Ce travail est isolé : il n'a presque pas de voisins, le plus proche étant à une distance de 0.535. Autour se trouvent des études sur la diffraction des neutrons, la diffusion, les techniques de détection des neutrons et les détecteurs à scintillateurs. Mais toutes concernent soit les neutrons thermiques, soit d'autres gaz et géométries. Le compteur sphérique à azote pour neutrons rapides est ici un pionnier. Auparavant, de tels détecteurs avaient été essayés avec des spectres continus, mais personne ne les avait calibrés sur un faisceau monoénergétique.
Le détecteur est une sphère en aluminium de 30 cm de diamètre, remplie d'azote à une pression de 1 bar. À l'intérieur se trouve le capteur ACHINOS à 11 anodes : de petites billes en acier inoxydable de 1 mm de diamètre, placées à 1.4 cm du centre. Chaque anode possède son propre préamplificateur et sa propre numérisation. Les neutrons ont été produits par un accélérateur tandem à Athènes via la réaction 7Li(p,n)7Be. Le faisceau a été collimaté à travers des ouvertures dans du polyéthylène boré. Les énergies des neutrons étaient de 0.75, 1.0, 1.425, 1.8, 2.22, 2.517 et 2.75 MeV. Pour chaque énergie, les amplitudes des impulsions et les temps de montée ont été mesurés.
Les neutrons ont été détectés via deux réactions : 14N(n,p)14C et 14N(n,α)11B. Chacune donne son propre pic sur le graphique amplitude-temps de montée. Pour la réaction (n,p), le pic est étalé en temps en raison du grand parcours des protons. Pour (n,α), le pic est compact. La résolution en énergie est de 3.1–5.0% pour le canal alpha et d'environ 7% pour le canal proton. L'énergie reconstruite dépend linéairement de l'énergie du faisceau. Pour la réaction (n,α), la pente est de 1.000±0.015, et pour (n,p), elle est de 0.83±0.10. Cela reste dans les limites des erreurs statistiques.
La principale différence avec les travaux voisins est la première calibration quantitative d'un compteur sphérique à azote avec des neutrons monoénergétiques. Auparavant, on ne disposait que de spectres continus provenant de sources. Désormais, on a des points de référence. Cela prouve que le détecteur peut fonctionner comme un spectromètre, et non pas seulement comme un compteur. De plus, la lecture individuelle de chaque anode permet de rejeter les événements de bruit de fond et d'améliorer la résolution.
On peut ensuite augmenter la pression d'azote pour accroître l'efficacité et réduire l'effet de paroi. On a déjà de l'expérience jusqu'à 1.8 bar. On peut élargir la gamme d'énergie : l'accélérateur fournit des neutrons jusqu'à 20.5 MeV. Il serait intéressant de tester la réponse aux neutrons thermiques, où la section efficace de capture de l'azote est trois ordres de grandeur plus faible que celle de l'hélium-3, mais cela reste acceptable pour certaines applications.
Ce travail aura un impact sur la dosimétrie neutronique en médecine, le contrôle des matières nucléaires, la caractérisation du bruit de fond dans les laboratoires souterrains pour la recherche de matière noire et la désintégration double bêta sans neutrino.
Effectuer des mesures à plus haute pression d'azote et avec d'autres mélanges gazeux. Étudier le comportement du détecteur à des énergies supérieures à 2.75 MeV, où la contribution de la réaction (n,α) augmente.
Pour la physique neutronique, le problème de la spectrométrie précise des neutrons rapides dans des champs mixtes demeure. Le compteur sphérique à azote pourrait offrir une solution économique avec une bonne résolution, mais il faut mieux comprendre la systématique, en particulier le déficit balistique pour le canal proton.
Le détecteur n'atteignait un gain stable qu'après 18 heures suivant la mise sous tension haute tension. La raison de ce long délai pour atteindre le plateau n'est pas encore claire, mais après cela, le gain restait stable.