Nuclear reactors have played an essential role in developing our current understanding of neutrinos. The precision measurement of these high-flux, pure-flavor and controllable artificial neutrino sources shed lights on a wide range of fundamental questions in physics. Specifically, the Reactor Antineutrino Anomaly hints that there may exist a novel eV-scale sterile neutrino, which requires new physics beyond the Standard Model. Performing reactor neutrino spectrum measurements at very-short baseline will improve our imperfect understanding of antineutrino emission from fissile material. CHANDLER is a new-generation neutrino experiment aiming for reactor antineutrino spectrum measurements, to test the eV-scale sterile neutrino oscillation hypothesis unambiguously. The second prototype detector, MiniCHANDLER, was deployed 25 meters from a $2.9~GW_{th}$ commercial nuclear reactor in North Anna, Virginia. To fight against the overwhelming background arising from its surface-level deployment, CHANDLER detectors adopt a novel design using lithium-6 ($^6$Li) loaded zinc sulfide (ZnS) scintillator to tag neutron capture events, which significantly improves the IBD detection efficiency. The use of the Raghavan optical lattice brings enormous enhancement of light collection towards high energy resolution, which unlocks reconstruction of event topology to further suppress backgrounds. The ability of measuring reactor antineutrino spectra enables the potential application of CHANDLER technology in nuclear nonproliferation. This thesis features the prototype detectors instrumentation, data analysis development and Monte Carlo study for the CHANDLER experiment during 2016 to 2020. The detector calibration and energy reconstruction with vertical muon forms a core piece of this thesis. We report our observation of IBD spectrum with 5.5$sigma$ significance with a four month deployment of the minimal shielded MiniCHANDLER prototype at North Anna. The application of separation cuts and topological selections in the analysis are instrumental for a segmented plastic scintillator detector. We also present our results from the proton scintillation quenching measurement at Triangle Universities Nuclear Laboratory, with the deployment of the first prototype detector, MicroCHANDLER, at a neutron beam. / Doctor of Philosophy / The sterile neutrino is a hypothetical particle yet to be observed, whose existence is suggested by a number of physics experiments with strong theoretical motivation. Due to the low chance of a neutrino interacting with matter, most neutrino detectors use a special process called inverse beta decay (IBD) to detect them. The CHANDLER experiment set out to measure antineutrinos produced by a reactor in the vicinity of its core. We found a significant signal of antineutrinos from our four-month deployment. This thesis details the technology and analysis that enables neutrino detection and improves detection efficiency. We also shows how we squeeze out the maximum information available to us from raw data, through the process called reconstruction. Other research topics related to the CHANDLER detector RandD are also included in this thesis.

Le détecteur Borexino, situé au laboratoire souterrain du Gran Sasso (LNGS), mesure les neutrinos solaires depuis 10 ans. Parmi les neutrinos solaires, le spectre continu du 8B jusqu’à 17 MeV permet de tester la zone de transition de l’effet de résonance dans la matière dit effet MSW. Cette nouvelle analyse augmente d’un ordre de grandeur la statistique par rapport à la précédente mesure de Borexino publiée en 2011. Pour ce faire, l’ensemble du volume scintillant a été inclus dans l’analyse, aucune coupure géométrique n’ayant été effectué au dessus de 5 MeV. Cela a permis l’identification d’un nouveau bruit de fond non pris en compte précédemment. L’ensemble des bruits de fond au dessus de 3 MeV est maintenant compris et la composante neutrino peut-être extraite d’un fit radial du détecteur. Afin de tester l’existence d’un neutrino stérile léger, une source de 3-5,5 PBq de 144Ce sera installée sous Borexino au début de l’année 2018 pour un an et demi de prise de données : c’est l’expérience CeSOX. Cette source est produite par PA MAYAK par purification de combustible nucléaire usagé, par conséquent les potentiels contaminants radioactifs sont très nombreux et peu contraints. Pour tester l’hypothèse stérile, une mesure en flux, une mesure en forme et une mesure combinée seront effectuées dans l’ensemble du détecteur Borexino. Ces mesures sont fortement dépendantes de la connaissance intime de la source (composition, forme du spectre beta du 144Ce, énergie moyenne 144Ce et 144Pr). A cette fin, un spectromètre gamma a été spécifiquement étalonné et entièrement simulé au CEA, Saclay. De même un spectromètre beta a été dessiné, assemblé, simulé et est en cours d’étalonnage. Finalement, des mesures de spectrométrie alpha et de masse seront réalisés sur des échantillons représentatifs envoyés au CEA, Saclay afin de contraindre au mieux la composition de la source de 144Ce de SOX. / Located in the Gran Sasso underground laboratory (LNGS), Borexino measures solar neutrinos for 10 years. Among solar neutrinos, 8B continuous spectrum (up to 17 MeV) enables to test the transition zone between vacuum and matter regime of the MSW effect. This new measurement increases by one order of magnitude the exposure with respect to previous Borexino publication. To do so, the entire active volume is considered in this analysis above 5 MeV. A new background has been identified and a radial fit is done above 3 and 5 MeV enabling to extract the neutrino component. Existence of a light sterile neutrino would have important consequences on astrophysics and cosmology. SOX is the only experiment aiming at testing this hypothesis using a punctual radioactive source. A 3-5.5 PBq 144Ce source is actually under production and will be positioned under Borexino in 2018. Precise knowledge of the source is one of the main challenge of this experiment, based on rate and shape neutrino measurement. Two critical parameters are the heat released by the source for activity measurement and the expected neutrino spectrum in the detector. We first describe the SOX experiment insisting on 144Ce source production. Then, we focus on Saclay installations dedicated to constrain radioactive contamination inside the source using representative samples. Alpha, gamma and mass spectroscopy calibration and simulation are discussed and competitive constrains are derived. A status on 144Ce beta shape measurements is done as well as presentation of future measurement.

La réévaluation théorique du flux d'antineutrinos émis par les réacteurs nucléaires a révélé un déficit de 6% entre le flux observé et le flux attendu. Cette anomalie des antineutrinos de réacteur est significative à 2.7 σ, et une possible interprétation de ce résultat est l'existence d'un état stérile léger du neutrino vers lequel les neutrinos pourraient osciller à très courte distance. Le projet STEREO présenté dans ce manuscrit a pour objectif de prouver ou d'infirmer l'existence d'une telle oscillation.L'expérience est installée près (~10 m) du cœur compact du réacteur de recherche de l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble, France, qui produit un important flux d'antineutrinos électroniques avec une énergie comprise entre 1 et 10 MeV. Le volume utile du détecteur STEREO consiste en une structure de 2 m3 segmentée en six cellules identiques remplies de scintillateur liquide dopé au gadolinium et alignées dans la direction du cœur. La détection s'effectue à l'aide de la réaction beta-inverse.Cette configuration offre une excellente sensibilité à une éventuelle oscillation à courte distance en mesurant la distorsion relative du spectre des antineutrinos dans chaque cellule en fonction de l'énergie et de la distance.Les lignes expérimentales de faisceaux de neutrons de l'ILL produisent un fort bruit de fond qui a été caractérisé à l'occasion de plusieurs campagnes de mesure. Leur analyse a permis de valider le design des lourds blindages passifs installés autour du détecteur et de la zone d'installation pour modérer leurs effets sur l’expérience STEREO.De plus, un détecteur supplémentaire est installé au-dessus de STEREO pour signaler la présence d'un muon issu du rayonnement cosmique et définir un veto aux mesures physiques. Ces muons, lors de leur passage à travers les blindages du détecteur, peuvent produire des neutrons rapides capables d’imiter le signal attendu par les antineutrinos. Il est donc essentiel de définir un veto qui soit le plus efficace et homogène possible.Il prend la forme d'une cuve de 2.5 m3 remplie d'eau dont la détection est basée sur l’effet Tcherenkov. Cette lumière émise par le passage des muons est récoltée sur 20 tubes photomultiplicateurs répartis au-dessus de la cuve et un additif est rajouté dans l'eau pour améliorer la collection de lumière sur les photomultiplicateurs.Ce veto à muons couvre complètement le détecteur STEREO ainsi que ces blindagesL'étude de plusieurs configurations de ce veto à muons sous la forme de prototypes avant la construction de l'instrument final a permis de définir une méthode de déclenchement du signal pour les muons extrêmement efficace tout en conservant une sensibilité réduite aux autres particules. Ces nombreux tests ont par ailleurs permis la validation et l'optimisation de l'électronique développée pour l'expérience au LPSC qui est la même pour le détecteur STEREO et pour le veto à muons.Après avoir caractérisé le flux de muons sur place et l'efficacité du veto à muons, une simulation a été développée et a permis d'évaluer le nombre de faux événements dus à ces neutrons. Ainsi, ce résultat a confirmé les prérequis scientifiques de l'expérience, à savoir la capacité à sonder l'anomalie des antineutrinos de réacteur en 300 jours de données réacteur.Le détecteur est actuellement en place sur site et prévoit de livrer ses premiers résultats fin 2016. / The re-evaluation of the theoretical antineutrino flux emitted by nuclear reactors revealed a deficit of about 6% between the observed flux and the expected one. This so-called reactor antineutrino anomaly has a statistical significance of 2.7σ, and one possible explanation to this deficit could be the existence of a light sterile neutrino state into which reactor antineutrino oscillate at very short distances. The STEREO project, which will be presented in this thesis, aims to find an evidence of such oscillation.The measurement will take place at only few meters (~10 m) from the compact core of the Institut Laue-Langevin (ILL) research reactor in Grenoble, France, which provides a large flux of electron antineutrinos with an energy range from 1 to 10 MeV. The sensitive volume of the STEREO detector is 2m3 of organic liquid scintillator doped with Gadolinium, consisting of 6 cells stacked along the direction of the core and detecting anti-neutrinos via inverse beta decay.This setup will provide excellent sensitivity to short-baseline oscillations effects by precisely measuring any relative distortion of the antineutrino spectrum as a function of both energy and baseline.Close proximity to the reactor yield a high background environment from nearby experiments that is managed through heavy shielding surrounding the detector. Many measurements campaign has been performed to characterized this background and had allowed the improvement of the passive shielding design installed on-site.Moreover, an additional detector is settled above STEREO to tag the presence of an incoming cosmic muon and define a muon veto. These muons will produce fast neutrons during their interaction through the shieldings of STEREO and these neutrons can mimick the expected antineutrino signal. Therefore it is crucial to define the most efficient and homogenous veto to these muons.It consists of a tank of 2.5m3 of water detecting muons by their Cerenkov radiation. The light emitted is collected thanks to 20 photomultipliers positionned at the top of the tank and a chemical compound is added into the water to improve the light collection on the photomultipliers.This muon veto fully covers the STEREO detector along with its shieldings.Several configurations of the muon veto system using prototypes before the final instrumental has allowed to define a trigger system which allows an excellent efficiency to cosmic muons regarding a little sensitivity to others particles. These numerous tests were also used to check and optimize the dedicated electronics builded at LPSC, which is the same for both the STEREO detector and muon veto.After characterization of the muon flux on site and with respect to the muon veto efficiency, a simulation has been developped to evaluate the rate of fake antineutrino event expected from the muon-induced fast neutrons. Thus, this result has confirmed the scientific requirements of the experience, which is the ability to probe the reactor antineutrino anomaly in 300 days of reactor data.STEREO is at the moment being comissionned and will deliver his first results at the end of 2016.

La recherche de neutrinos stériles et légers est, à l’heure actuelle, l’un des enjeux majeurs de laphysique des neutrinos. Une indication de leur existence résulte de l’anomalie des antineutrinosde réacteur, qui découle du déficit de 6% entre les taux prédits et les taux observéspar les expériences à courte distance de réacteurs. Ce déficit peut être interprété comme uneoscillation à courte distance des neutrinos. L’objectif de l’expérience STEREO, situé auprès duréacteur de recherche de l’Institut Laue Langevin (ILL), à Grenoble, France, est d’étudier cetteoscillation. La cible du détecteur de neutrinos est placée entre 8,9 et 11,1m du coeur compactdu réacteur d’ILL. Le détecteur consiste d’environ 2t d’un scintillateur liquide, dopé avec duGd. Le volume actif est séparé dans le sens de la longueur en six cellules. Les antineutrinos sontdétectés par la désintégration bêta inverse, où ils interagissent avec un proton libre (ion H+) etproduisent un positron et un neutron. Les deux particules sont détectées dans le scintillateurpar une coïncidence retardée où le positron crée un signal prompt et le neutron est capturéaprès un temps de modération. La lumière produite par le scintillateur est mesurée par lesphotomultiplicateurs (PM). Le détecteur est complété par un“gamma catcher” qui entoure la cible et par un veto à muons.Ce manuscrit présente des études concernant la préparation et la mise en exploitation del’expérience STEREO. La conception du blindage magnétique des PM a été menée sur la basede simulations par éléments finis afin d’examiner différentes options, d’étudier en détail lesperformances de l’option retenue ainsi que de déterminer la qualité nécessaire des matériauxutilisés. Sur la base de ces études, la collaboration a retenu un plan de blindage en deuxcouches: une couche de fer doux à l’extérieur, couvrant le détecteur et le veto à muons, et unecouche de mu-métal autour de la cible. Ce blindage réduit les champs magnétiques externes à laposition des PM de la cible à moins de 60μT pour toutes les configurations connues de champsexternes. Ceci réduit à moins de 2% une variation de l’amplification des PM induite par deschangements des champs magnétiques.D’autre part, des études du bruit de fond sur le site de STEREO ont été menées. Unecartographie du bruit de fond du rayonnement gamma a été effectuée avec des détecteurs augermanium et un scintillateur NaI, afin de valider l’efficacité du blindage installé. Uneestimation du taux de bruit de fond est présentée et comparée au taux mesuré avec STEREO.Dans l’état actuel de l’analyse des données, le bruit de fond de coïncidences fortuites est inférieurau bruit de fond corrélé induit par les muons cosmiques. Après une première phase d’exploitationde STEREO, un “doigt de gant” en fin de vie situé à l’avant de STEREO a dû être retiré.Un bouchon était adapté à l’extrémité de ce doigt de gant afin de réduire le bruit du fondpour STEREO. Ce dispositif n’ayant pas pu être réinstallé à la suite l’enlèvement du doigt degant, un nouveau blindage a été proposé par l’ILL. Une série des simulations neutroniques etphotoniques (MCNP) a été effectué pour étudier l’effet de ce changement sur le bruit de fondautour de STEREO et pour décider si le blindage proposé était suffisant. Les deux scénariosavant et après l’enlèvement ont été comparés et selon cette simulation, la situation du bruit defond devrait être améliorée.Enfin une procédure a été proposée et appliquée pour analyser les données de calibration del’échelle d’énergie de STEREO. La procédure a été élaborée pour être applicable pour toutes lessources de calibration disponibles et pour minimiser les incertitudes systématiques. Le résultatpeut être utilisé pour ajuster les paramètres de la simulation Geant4 du détecteur développée parla collaboration, par comparaison avec des données mesurées et après pour déterminer l’échellede l’énergie avec la précision requise de < 2%. / Light sterile neutrinos are currently a topic actively discussed in neutrino physics. Oneindication of their possible existence and their participation in neutrino oscillations is the ReactorAntineutrino Anomaly, which states a deficit of about 6% between predicted and observedantineutrino fluxes in short baseline reactor neutrino experiments. The STEREO experimentaddresses this anomaly by searching for neutrino oscillations at baselines of 8.9-11.1m from thecompact core of the research reactor of the Institut Laue Langevin (ILL), Grenoble, France. Forthis purpose a Gd-loaded liquid scintillator detector was designed with an active target massof about 2 t. The target volume is subdivided in six optically separated cells along the line ofpropagation of the neutrinos. The electron antineutrinos emitted from the reactor are detectedvia the inverse beta decay on hydrogen nuclei, where a positron and a neutron are created. Thesetwo particles are detected in the scintillator in delayed coincidence, with the prompt signal fromthe positron and a delayed signal from neutron capture. The scintillation light created in theprocesses is read out by photomultiplier tubes (PMTs) on top of the detector cells. The detectoris completed by a gamma catcher and a muon veto.This manuscript covers parts of the preparation and the commissioning of the STEREOexperiment. As basis for the design process of the magnetic shielding for STEREO’s PMTsa series of finite element simulations was performed. The studies of different general layoutsand required material qualities as well as of details of the final design are summarised. Underconsideration of these studies the collaboration opted for a shielding design, a double layer setupwith an outer soft iron and inner mumetal layer, which has the required shielding efficiency toreduce the magnetic field at the position of the detector PMTs below 60 μT for all known externalmagnetic field configurations. This limits the maximum PMT gain change due to variations ofthe external magnetic fields to < 2%.Furthermore different studies have been performed concerning the on-site background situation.A mapping of the-ray background was conducted with high purity germanium detectorsand a NaI scintillator detector, in order to validate the efficiency of the installed shielding. Thefocus lied on the characterisation of the count rate in the neutron capture energy window. Anestimation of the background rate is presented and compared to the rate obtained in STEREO.At the current state of the analysis the background of accidental coincidences in STEREO is aminor contribution compared to the muon induced correlated background. In addition a seriesof MCNP simulations was performed to determine the impact of a beamtube removal in thevicinity of STEREO on the overall reactor-related background situation. The beamtube wasclosed by a dedicated shielding, optimised for background reduction for STEREO, which couldnot be reinstalled after removal of the tube. A new shielding at the end of the former beamtubewas proposed by the ILL. Its shielding effect was studied with MCNP and compared tothe previous configuration in order to assess whether the new shielding suffices or needs to beimproved. According to these simulations the background situation is expected to improve.Finally a procedure is proposed and applied for the analysis of the energy calibration ofthe STEREO detector. The procedure is designed to be applicable to all available calibrationsources and to minimise systematic uncertainties. It can be used to adjust parameters in theexisting Geant4-based simulation of the detector, developed by the collaboration, by comparisonto measured data and later to determine the energy scale with the required precision of < 2%.

Orientador: Marcelo Moraes Guzzo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-01T21:05:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zavanin_EduardoMarcio_D.pdf: 12290577 bytes, checksum: e37b2af24ec03321ad993ebd98fbc0dc (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: O objetivo desse trabalho é estudar um mecanismo alternativo à hipótese de neutrino estéril para a solução das anomalias dos antineutrinos de reatores, da anomalia do Gálio e da anomalia dos aceleradores. Vamos também entender como encaixar esse mecanismo na teoria da física de partículas através de interações não padrão. Além disso, vamos estudar o duplo decaimento beta sem a emissão de neutrinos e colocar vínculos para a massa efetiva de Majorana. Não obstante, vamos entender os limites que o experimento ECHo fornecerá para medidas direta da massa dos neutrinos / Abstract: The objective of this work is the study of an alternative mechanism, that is not the hypothesized sterile neutrino, to solve the reactor anti-neutrino anomaly, the Gallium anomaly and the LSND anomaly. We will also understand how to fit this mechanism in the theory of particle physics through non standard interactions. In addition, we will study the neutrino-less double beta decay and set constraints to the effective Majorana neutrino mass. Furthermore we will understand the limits that the ECHo experiment will provide for direct measurements of the neutrino mass / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 2013/02518-7 / 1189631/2013 / FAPESP / CAPES

L’expérience Double Chooz a pour but la mesure précise de l’angle de mélange θ₁₃. Son évaluation repose sur l’étude de la disparition des antineutrinos produits par les réacteurs de la centrale de Chooz, disparition due au phénomène d’oscillation des neutrinos. Deux détecteurs identiques composés de liquide scintillant permettent d’effectuer une mesure relative, diminuant ainsi les incertitudes systématiques. Le détecteur proche, qui fournit la normalisation du flux de neutrinos émis, est en cours d’installation, son achèvement est prévu pour le printemps 2014. Le détecteur lointain, sensible à l’effet de θ₁₃, est situé à un kilomètre environ et prend des données depuis 2011. Dans cette première phase de l’expérience, les données acquises par le détecteur lointain sont comparées à une prédiction du flux de neutrinos émis par les réacteurs pour estimer le paramètre θ₁₃. Au sein de cette thèse, l’expérience Double Chooz et son analyse sont présentées. Une attention particulière est portée à l’étude des bruits de fond et au rejet de signaux parasites constitués de flashs lumineux émis par les photo-multiplicateurs. Les flux de neutrons aux interfaces entre les différents volumes du détecteur affectent la définition du volume d’interaction et partant l’efficacité de détection. L’étude détaillée de ces effets de bord est présentée. Dans le cadre de l’expérience Double Chooz, des études ont été menées afin d’améliorer la prédiction des flux de neutrinos émis par les réacteurs. Ces travaux ont mis à jour un déficit des taux de neutrinos observés dans les expériences passées à courtes distances des réacteurs. Ce déficit pourrait s’expliquer par une oscillation vers une saveur stérile. Le projet Stereo a pour but d’observer la distorsion — caractéristique de l’oscillation — du spectre des neutrinos en énergie et en distance de propagation. Cette thèse s’attache à présenter le concept du détecteur, les simulations réalisées, ainsi que les études de sensibilité. Les différents bruits de fond et les blindages envisagés pour s’en prémunir sont enfin discutés. / The Double Chooz experiment aims to measure the θ₁₃ mixing angle through the disappearance—induced by the oscillation phenomenon—of anti-neutrinos produced by the Chooz nuclear reactors. In order to reduce systematic uncertainties, the experiment relies on the relative comparison of detected signals in two identical liquid scintillator detectors. The near one, giving the normalization of the emitted flux, is currently being built and will be delivered in spring 2014. The far detector, sensitive to θ₁₃, is located at about one kilometer and is taking data since 2011. In this first phase of the experiment, the far detector data are compared to a prediction of the emitted neutrino flux to estimate θ₁₃. In this thesis, the Double Chooz experiment and its analysis are presented, especially the background studies and the rejection of parasitic signals due to light emitted by photo-multipliers. Neutron fluxes between the different detector volumes impact the definition of the fiducial volume of neutrino interactions and the efficiency of detection. Detailed studies of these effects are presented. As part of the Double Chooz experiment, studies were performed to improve the prediction of neutrino flux emitted by reactors. This work revealed a deficit of observed neutrino rates in the short baseline experiments of last decades. This deficit could be explained by an oscillation to a sterile state. The Stereo project aims to observe a typical signature of oscillations: the distortion of neutrino spectra both in energy and baseline. This thesis presents the detector concept and simulations as well as sensitivity studies. Background sources and the foreseen shielding are also discussed.

Interagissant très peu avec leur environnement, les neutrinos peuvent aujourd'hui être clairement détectés à l'aide d'une technologie largement éprouvée reposant sur l'utilisation de liquide scintillant et de photo-multiplicateurs. Les progrès réalisés ces dernières années permettent de réduire la taille et la complexité des détecteurs et laissent ainsi entrevoir les premières applications à ces particules. Première expérience placée à 7,2 m d'un coeur de réacteur nucléaire, le détecteur Nucifer démontre la possibilité de compter les antineutrinos venant du combustible à cette faible distance induisant un environnement très défavorable en terme de bruits de fond. Dans cette thèse, nous présentons l'analyse ayant permis de rejeter les différents bruits de fond venant du réacteur et de son circuit de désactivation mais aussi des muons atmosphériques. Une prédiction du taux d'antineutrinos avec différentes simulations Monte-Carlo a également été réalisée et se trouve en accord avec le taux mesuré dans la limite des incertitudes statistiques et systématiques. Sur près d'un an de prise de données, nous avons pu suivre l'évolution en puissance du réacteur Osiris. Une étude de sensibilité a montré que la présence de plutonium dans le coeur d'Osiris était détectable à 95 % CL dès que cet isotope contribue à hauteur de 10 % de la masse fissile (1,5 kg dans Osiris). En outre, le détecteur a montré une grande stabilité tout au long de la prise de données prouvant que le contrôle à distance des réacteurs nucléaires est possible. Cette expérience ouvre donc la voie à de nouveaux modes de contrôle des réacteurs nucléaires pour les autorités de sûreté. Dans le cadre des travaux sur les spectres d'antineutrinos émis par les réacteurs nucléaires, un déficit a récemment été mis en évidence dans le taux des antineutrinos mesurés pour les expériences à courte distance des réacteurs. Ce déficit, appelé anomalie réacteur, pourrait trouver son origine dans une nouvelle oscillation à travers un état stérile du neutrino à l'électronvolt. L'expérience Stéréo a pour but de trancher sur l'existence ou non de cette oscillation en se plaçant à 10 m du réacteur nucléaire de l'ILL. En observant une distorsion à la fois en énergie et en distance, le détecteur permettra en effet d'apporter une conclusion solide sur ce phénomène. Nous revenons ici sur le développement du projet et sur les différents choix technologiques réalisés pour améliorer la sensibilité de l'expérience. Une attention particulière est portée sur l'estimation des bruits de fond provenant du réacteur nucléaire ainsi que des expériences voisines utilisant des faisceaux de neutrons. Des mesures expérimentales alliées à des simulations ont permis de quantifier les flux de rayons gammas et de neutrons ainsi que leur direction afin de prévoir les blindages nécessaires. Enfin, nous présentons les performances du prototype correspondant à une cellule du détecteur final. / In spite of a faint interaction with their environment, neutrinos can be now clearly detected thanks to a proven technology based on liquid scintillators and photomultiplier tubes. The advances made these last years allow to reduce the size and the complexity of the detectors and therefore naturally lead to the first applications with these particles. As the first experiment to be placed at 7.2 m of a nuclear core, the Nucifer detector demonstrates the possibility of counting antineutrinos coming from the nuclear fuel at such a short baseline despite the very unfavourable environment in term of the background noises. In this thesis, we present an analysis which rejects the various background noises coming from the reactor and its deactivation circuit but also from the atmospheric muons. A prediction of the antineutrino rate with several Monte-Carlo simulations was also performed and is in good agreement with the measured rate, within statistical and systematic uncertainties. After nearly one year of data taking, we were able to follow the power evolution of the reactor Osiris. A sensibility study showed that the presence of plutonium in the Osiris core was detectable at 95 % CL as soon as this isotope contributes at the level of 10 % of the fissile mass (1,5 kg in Osiris). Besides, the detector was very stable throughout the data taking proving that the remote control of nuclear reactor with a neutrino detector is possible. Thus, this experiment opens the way to new control modes of nuclear reactors by the nuclear safety authorities. As part of the work on the antineutrino spectra emitted by nuclear reactors, a deficit was recently highlighted in the observed antineutrino rate for the experiments at short baseline. This deficit, called the reactor anomaly, could be explain by a new oscillation into a sterile state of the neutrino at the electronvolt scale. The Stereo experiment aims to test the existence of this oscillation by performing measurements 10 m away from the ILL nuclear reactor. By observing a distortion pattern of the energy and distance dependence of the neutrino spectrum, the detector will be able to provide a solid proof of this phenomenon. We present here the project development and the various technological choices that we have done to improve the experiment sensibility. The estimation of the background noise coming from the nuclear reactor as well as the nearby experiments using neutron beams has been performed with on-site measurements and simulations to design the shielding of the detector. Eventually we present the performances of the prototype which corresponds to one cell of the final detector.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 639748 bytes, checksum: 09ac6e93733c265a01578d25967f780c (MD5) Previous issue date: 2009-10-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this thesis, we develop some phenomenological aspects of a model based on the gauge symmetry SU(3)CNSU(3)LNU(1)N (311νR), that include righthanded neurinos in its matter content. We establish all the necessary structure for the study of the phenomenological aspects of the model. First, we obtain bounds on the angle that mix the gauge bosons Z and Z′, taking into account a requirement of the model, namely, that the number of fermionic families is exactly three. Also we implement the mass for both species of neutrinos (left-hand and right-handed) via type II seesaw mechanism, obtained adding to the model a sextet of scalars which will be responsible by the violation of the lepton number. The main consequence is the rising of a sterile neutrino with mass in the KeV range, satisfying all the cosmological and astrophysical constraints. This neutrino will a viable candidate for warm dark matter in the universe. / Nesta tese, desenvolvemos alguns aspectos relacionados `a fenomenologia de um modelo com simetria de gauge SU(3)CNSU(3)LNU(1)N (331νR), que possui neutrinos de m ao direita no seu conte´udo de mat´eria. Estabelecemos toda a estrutura necess´aria para o estudo dos aspectos fenomenol´ogicos do modelo. Primeiro, vamos obter v´ınculos no angulo que mistura os b´osons de gauge Z e Z′, levando em conta uma exig encia imposta pelo modelo, ou seja, que o n´umero de fam´ılias fermi onicas ´e exatamente tr es. Tamb´em implementamos termos de massa para ambas as esp´ecies de neutrinos (m ao esquerda e m ao dieita) via mecanismo seesaw tipo II, obtido adicionado ao modelo um sexteto de escalares, que ser´a respons ´avel pela viola¸c ao do n´umero lept onico. A principal consequ encia ´e o surgimento de um neutrino est´eril com massa na escala de KeV , satisfazendo todas as restri¸c oes cosmol´ogicas e astrof´ısicas. Esse neutrino ser´a um vi´avel candidato `a mat´eria escura morna do universo.