Réalisation

Les constituants de la cellule sont [voir les photos des Figure8.1et 8.3 et le schéma de la

Figure8.4] :

1. Le couvercle en aluminium.

Le couvercle est la partie traversée par le faisceau de neutrons. Il est réalisé en

aluminium 1050 A (A5), souvent choisi dans les expériences neutroniques car il est

quasi-transparent pour les neutrons. Le couvercle doit être très fin pour minimiser la

diffusion élastique incohérente. En même temps, il doit être assez épais pour résister

à la pression de l’hélium en particulier lors de la condensation. En effet, comme

on fait de la diffusion de surface, il faut s’assurer que la cellule soit entièrement

illuminée pour maximiser le signal et donc qu’elle ne soit pas bombée. L’épaisseur

choisie est ainsi de 1 mm.

Des tests ont été effectués sous pression, à chaud, en mettant 1.5 bars dans la

cellule placée dans une enceinte sous vide. Le couvercle s’est bombé de 1 mm, ce

qui est satisfaisant. Nous avons ensuite redressé le couvercle mécaniquement, ce

qui a contribué à sa raideur par écrouissage. Par la suite, la différence de pression

a toujours été maintenue à des valeurs inférieures à 1 bar.

2. Le corps en cuivre.

Le corps de la cellule est réalisé en cuivre OFHC, ce qui permet d’assurer la bonne

conductivité thermique nécessaire au refroidissement de la cellule et de l’hélium.

Le corps de la cellule présente un emplacement permettant de poser un joint en

indium assurant l’étanchéité avec le couvercle. Après fermeture de la cellule en

serrant les vis pour écraser l’indium, un test de fuites a été effectué au spectromètre

de masses. Un taux de fuite résiduel de 5×10−10 mbars l/s a été mesuré, ce qui

est très satisfaisant.

3. Le fritté d’argent

Neuf plaques de poudre d’agent C8 [97] de masse totale 11.2 g ont été frittées à

une température de 210◦C. On peut voir en Figure 8.2 la taille des grains après

frittage. Les plaques ont été ensuite collées à la poudre d’argent sur le corps en

cuivre préalablement argenté, à une température de 200◦C. La bonne tenue des

frittés à des sollicitations mécaniques a été vérifiée.

4. Les plaques de cadmium internes

Des plaques de cadmium de 0.5 mm d’épaisseur ont été collées à l’intérieur de

la cellule, masquant les frittés d’argent. Elles sont positionnées, par rapport au

faisceau incident, de telle manière qu’elles absorbent tous les neutrons transmis par

le couvercle [voir le schéma de la Figure 8.4]. Les plaques ont été collées avec de la

résine Stycast 2850 FT, en prenant soin de ne pas laisser de traces de colle dans la

région vue par les neutrons.

5. Les plaques de cadmium externes

Des plaques de cadmium de 0.5 mm d’épaisseur ont également été utilisées à

l’extérieur de la cellule, masquant les vis en acier inoxydable et les pièces en cuivre.

Elles ont été fixées à la colle néoprène, en prenant soin d’éviter de laisser des traces

de colle pouvant se trouver dans le faisceau, et en s’assurant que le collage porte

sur toute la surface du cadmium.

6. La pièce de raccord à la dilution

Un support en cuivre OFHC massif a été réalisé afin d’assurer une liaison mécanique

rigide et un contact thermique optimisé avec la boîte à mélange du réfrigérateur à

dilution. Six vis M4 en acier inoxydable assurent le contact thermique entre cette

pièce et la cellule. Une vis M8 en laiton assure la fixation de la pièce de raccord au

fond en cuivre de la boîte à mélange.

7. Les capillaires de remplissage

Le remplissage de l’hélium dans la cellule peut s’effectuer par deux circuits

in-dépendants, pour des questions de sécurité : en cas de bouchage, il est possible de

récupérer l’3He par le deuxième circuit. Deux capillaires de diamètre 1-1.5 mm ont

été brasés sur le corps de la cellule. Ensuite, ces derniers ont été soudés a l’étain

sur les capillaires de 0.5-1 mm de la dilution (un capillaire est visible sur la Figure

8.1). Ces capillaires ont été thermalisés sur les différents étages du réfrigérateur à

dilution, au moyen de plots en cuivre autour desquels plusieurs tours de capillaire

sont enroulés et soudés.

8. Tests de fuite

L’ensemble a été testé à froid, en premier lieu dans de l’azote liquide. On a pu

observer que l’azote cesse de bouillir rapidement après avoir plongé la cellule, du

fait de la grande conductivité thermique du cuivre et de l’aluminium employés.

L’étanchéité étant vérifiée après choc thermique, nous avons monté l’ensemble sur

le réfrigérateur à dilution, où de nouveaux test de fuites ont été réalisés. Dans

le cas des mesures sur l’3He, les exigences techniques d’étanchéité seraient moins

sévères que dans le cas décrit précédemment de l’4He superfluide sous pression,

mais le prix élevé de l’3He rend des tests minutieux indispensables.

Couvercle de la cellule

en aluminium pur

Soudure des capillaires

Boîte à mélange

Support en cuivre

Masque de cadmium

Figure 8.1: Photo de la cellule montée sur la dilution.

Figure 8.2: Image MEB du fritté d’argent de poudre C8 [97], obtenue au CNRS par

Olivier Tissot et Sébastien Triqueneaux.

Figure 8.3: Photos du corps de la cellule en cuivre argenté avec à gauche une vue sur

les plaques de fritté d’argent et à droite une vue sur les plaques de cadmium.

Figure 8.4: Les plaques de cadmium masquent le fritté d’argent et le fond de la cellule

en cuivre pour les neutrons incidents venant du côté droit de l’image. Dans cette

configuration, l’3He reste très proche des frittés d’argent.