3.5 Dimensions de la chambre d’ionisation
4.1.3 Énergie des particules émises et énergie déposée dans le volume utile 106
L’énergie déposée dans le volume utile est une donnée importante du projet SCALP. En effet, la discrimination des réactions lors des futures expériences se fera en déterminant l’énergie déposée de chaque événement et le temps de vol du neutron incident associé. La détermination avec précision de l’énergie déposée est donc primordiale.
La figure 4.17 (en page 109) représente les valeurs moyennes de l’énergie déposée pour chaque énergie du neutron incident (en annexe C les tableaux C.19 et C.20 sont relatifs aux données représentées sur cette figure). Les valeurs moyennes de l’énergie déposée par énergie du neutron incident par réaction sont équivalentes pour différents gaz simulés (les marqueurs sont superposés sur la figure 4.17).
Figure 4.15 – Valeur moyenne des CRT (Coïncidence Resolving Time) estimée. Les marqueurs ronds représentent les événements relatifs aux réactions dans le mélange gazeux (97% de CF4 et 3% de CO2) et les marqueurs carrés aux réactions dans le CF4.
Figure4.16 – Valeur moyenne des CRT (Coïncidence Resolving Time) estimée en fonc-tion de l’énergie déposée. Les marqueurs ronds représentent les événements relatifs aux réactions simulées dans le mélange gazeux (97% de CF4 et 3% de CO2) et les marqueurs carrés aux réactions simulées dans le CF4.
Figure 4.17 – Valeurs moyennes de l’énergie déposée pour chaque énergie du neutron incident. Les marqueurs ronds représentent les événements relatifs aux réactions simulées dans le mélange gazeux (97% de CF4 et 3% de CO2) et les marqueurs carrés aux réactions simulées dans le CF4. Les courbes en pointillées représentent les ajustements à partir d’une fonction polynomiale d’ordre 1 sur les valeurs expérimentales.
La valeurs simulées de l’énergie déposée sont proportionnelles aux valeurs de l’énergie cinétique du neutron incident. Un ajustement polynomial d’ordre 1 est réalisé.
Avec Edep et En respectivement l’énergie déposée et l’énergie du neutron incident, cette fonction linéaire est de la forme :
Edep = a + b · En (4.7)
Le tableau 4.1 représente les constantes a et b déterminées pour chaque ajustement. La proportionnalité de la relation entre Edep et En est démontré par le fait que la constante b soit centrée sur 1.
19 F(n,p) 19 F(n,d) 19 F(n,t) a -4,024 ± 0,004 -5,776 ± 0,006 -7,57 ± 0,08 b 0,9974 ± 0,0005 1,0007 ± 0,0007 1,002 ± 0,008 χ2/ndf 5,87 × 10−4/27 2,37 × 10−4/18 2,58 × 10−3/9 19 F(n,α) 12 C(n,α) 16 O(n,α) a -1,5230 ± 0,0008 -5,706 ± 0,004 -2,21504 ± 0,00008 b 1,0000 ± 0,0001 1,0008 ± 0,0005 0,99983 ± 0,00001 χ2/ndf 1,70 × 10−4/40 1,21 × 10−4/18 1,03 × 10−6/37
Tableau 4.1 – Constantes déterminées à partir de l’ajustement polynomial d’ordre 1 pour les réactions simulées dans le mélange gazeux (97% de CF4 et 3% de CO2).
Les valeurs de la constante a correspondent aux valeurs des bilans en énergie de chaque réaction associée. Ces valeurs sont listées dans le tableau 3.5 dans le chapitre 3, et sont bien cohérentes avec les valeurs de la constante a.
Les figures 4.18 (en page 111) et 4.19 (en page 112) représentent les valeurs moyennes du temps de vol estimé pour chaque réaction simulée et pour chaque énergie du neutron incident.
Sur ces deux figures des paraboles sont visibles. Elles sont toutes confondues sur la figure 4.18, ce qui démontre que la détermination du temps de vol des neutrons à partir de leur énergie cinétique incidente est correcte, et ne dépend ni des types de réactions ni du mélange gazeux utilisé.
Par contre sur la figure 4.19 ces paraboles sont séparées. Seul le mélange gazeux utilisé n’influe pas dans la détermination du temps de vol (les réactions sur le CF4 et sur le mélange gazeux sont confondues, pour une même réaction). La bonne détermination du temps de vol du neutron incident est primordial pour discriminer les signaux des diffé-rentes réactions nucléaires prenant place dans le volume utile.
Figure4.18 – Valeurs moyennes du temps de vol estimé à partir des énergies des neutrons incidents. Les marqueurs ronds représentent les événements relatifs aux réactions simulées dans le mélange gazeux (97% de CF4 et 3% de CO2) et les marqueurs carrés aux réactions simulées dans le CF4.
Figure 4.19 – Valeurs moyennes du temps de vol estimé à partir des énergies des neu-trons incidents en fonction de l’énergie déposée. Les marqueurs ronds représentent les événements relatifs aux réactions simulées dans le mélange gazeux (97% de CF4 et 3% de CO2) et les marqueurs carrés aux réactions simulées dans le CF4.
Les résultats présentés dans ces deux figures sont listés dans les tableaux C.21 et C.22 en annexe C.
Les figures 4.20 (en page 114), 4.21 (en page 115), et les figures 4.22 (en page 116) et 4.23 (en page 117) , et les tableaux C.23, C.24, C.25 et C.26 associés en annexe C, re-présentent l’énergie moyenne des particules émises et des noyaux résiduels après réaction, en fonction de l’énergie cinétique du neutron incident (pour les figures 4.20 et 4.22) et fonction de l’énergie déposée (pour les figures 4.21 et 4.23).
Sur ces figures, plus l’énergie cinétique du neutron incident augmente, plus les éner-gies de la particule émise (proton, deuton, triton, alpha) et du noyau résidu augmentent. Quelque soit le gaz utilisé, pour une même énergie neutronique cinétique, les énergies des particules émises et des noyaux résidus sont les mêmes.
La différence d’allure des courbes des réactions (n,p) par rapport aux autres courbes s’explique par le fait que le parcours des protons est plus important que le parcours des autres particules étudiées et qu’en l’occurrence elles ne déposent pas entièrement leur énergie dans le volume utile.
Pour les réactions 19
F(n,α)16
N et pour des neutrons incidents d’énergie inférieure à 10 MeV, les énergies des particules alpha émises sont au maximum de 6, 5 MeV et les noyaux 16
N résiduels de 2 MeV. Pour les réactions 16
O(n,α)13
C ces énergies sont respec-tivement de 5, 6 MeV et de 2, 2 MeV.
4.2 Analyse des données simulées
La mesure de la section efficace est le but même du projet SCALP. La possibilité d’es-timer les sections efficaces des réactions d’intérêt et leur précision attendue est l’objectif des simulations Geant4 avec le programme SICSimulation.
Les sections efficaces sont déterminées expérimentalement à partir des histogrammes représentant le nombre d’événements par énergie cinétique du neutron incident, et à partir du volume utile et du flux de neutron incident par énergie.