(dans notre expérience environ 650 ns, au vu de la cinématique de réaction) jusqu’au plan focal où ils sont implantés. Le temps que mettent les noyaux à atteindre le plan focal impose une contrainte sur la durée de vie des isomères dont la décroissance est observable. En effet, un isomère ayant une durée de vie inférieure à quelque dizaines de nanosecondes se désexcitera avant d’atteindre le plan focal. L’état isomèrique 20+de durée de vie de 1.23 µs du noyau de140Nd est tout à fait adapté (la probabilité que l’isomère 20+décroissent avant d’atteindre le plan focal est de seulement 25%).
Le spectromètre "Gamma-ray, Recoil, Electron, Alpha, Tagging" (GREAT) est disposé au plan focal du spectromètre RITU. GREAT (dont un schéma simple est présenté dans la Figure 5.5a et une photo dans la Figure 5.5b) se compose de plusieurs détecteurs de silicium et de germanium pour étudier la désexcitation des noyaux de recul. A la sortie de RITU les noyaux s’implantent dans une feuille de silicium doublement segmentée ("Double-side Silicon Strip Detectors", DSSD). Ce détecteur est utilisé le cas échéant pour détecter les particules chargées issues de la décroissance radioactive, notamment dans l’étude des noyaux super-lourds. Dans notre expérience cette information a été considérée comme superflue pour l’analyse, puisque nous ne nous intéressons pas à l’étude de la décroissance β des noyaux produits. En amont de ce détecteur silicium un compteur proportionnel à fils (Multi Wire Proportionel Counter, MWPC) détermine la position de chaque ion entrant dans GREAT. Il sert également de référence en temps pour la totalité du dispositif expérimental. Un détecteur germanium planaire segmenté de 12 × 6 cm2 et 1.5 cm d’épaisseur est situé 3 mm après la feuille de silicium. Il est composé de 24 × 12 segments donnant ainsi une taille des segments de 5 mm. Une fenêtre d’entrée de 500 µm d’épaisseur en béryllium a été choisie, afin de diminuer l’absorption des rayons X et des photons γ de basse énergie. Ce détecteur est ainsi dédié à la mesure des rayons X et des photons γ de basse énergie. Il est donc tout indiqué pour démontrer l’existence de la transition reliant les états 20+et 18+à 7429 keV et 7393 keV respectivement du noyau de 140Nd. Pour les photons γ plus énergétiques trois clovers Ge (un gros et deux petits) composés chacun de quatre cristaux entourent la chambre de GREAT (voir Figure 5.5).
5.3 Analyse des données
5.3.1 Relecture et construction d’événements
La relecture et la reconstruction des événements exploitables et analysables, étape dans laquelle on indique comment les données doivent être traitées et organisées, a été réalisée en utilisant le programme d’analyse GRAIN [110].
Le programme de relecture GRAIN a été conçu pour fonctionner avec un systéme d’acquisition sans trigger de type "Total Data Readout" (TDR). Ce système d’acquisition a été élaboré afin de minimiser le temps mort électronique particulièrement préjudiciable dans le cas de la spectroscopie combinant analyse prompte et retardée (Recoil Decay Tagging, RDT). En effet, ce type d’expérience nécessite l’usage d’une large porte temporelle d’acquisition pour mesurer toute la décroissance, ce qui génère
(a) (b)
FIGURE5.5 – Station GREAT schématisée (a) et photographiée (b) [109]. Dans le schéma (a) les deux
petits clovers n’ont pas été représentés.
un temps mort élevé. Pour pallier à ce problème, un système d’acquisition a été créé sans trigger, où chaque signal est lu, enregistré et traité de manière asynchrone et marqué d’un temps absolu appelé "time stamp". Les données brutes sont donc constituées d’une chaine de données non structurées, non filtrées, mais ordonnées en temps. L’étalonnage, l’alignement en temps et la suppression des données indésirables (fond Compton, empilement, saturation et piedestal) sont réalisés durant la relecture des données. Les corrélations spatiales et temporelles doivent être opérées après coup au moment de la relecture des données brutes.
Lors de la construction des événements par GRAIN, deux types de trigger sont disponibles en fonction du travail souhaité :
– pour les expériences où seul JUROGAM II est actif pour l’analyse, une condition sur la mul-tiplicité des événements est créée pour enregistrer des événements correspondant uniquement aux réactions induites par le faisceau ;
– pour les expériences de type RDT (notre cas), la reconstruction est basée sur la structure tem-porelle des données. L’implantation des ions dans la station GREAT défini une structure avant, instantanée et retardée aux rayonnements détectés. La reconstruction de l’événement commence par l’identification de l’implantation, puis la construction de l’événement autour de ce dé-clenchement. L’événement obtenu comporte les γ prompts mesurés dans JUROGAM II avant l’implantation, ainsi que les γ retardés issus de sa décroissance. Le trigger utilisé par GRAIN se défini par la voie d’acquisition et la fenêtre en temps.
Une fois le trigger défini, GRAIN organise le flux de données pour extraire les spectres, les matrices et les cubes nécessaires à l’analyse. Le fonctionnement de GRAIN est illustré dans la Figure 5.6. On voit qu’il combine une interaction directe sur l’interface graphique (comme le zoom sur les spectres, l’échelle
5.3. ANALYSE DES DONNÉES 121
FIGURE5.6 – Schéma fonctionnel du programme de relecture des données GRAIN [103, 110].
et la position du curseur) et une interaction indirecte via les fichiers d’entrée.
L’addback pour les clovers consiste à sommer les énergies mesurées dans différents cristaux d’un même clover lorsque les différents dépôts d’énergie proviennent d’un même photon détecté qui a diffusé d’un cristal à l’autre. Cette étape compresse les données et déplace des événements qui étaient dans le fond Compton des différents cristaux dans le pic d’absorption total du clover. De ce fait, lorsque l’on conditionne la coïncidence sur une transition, la statistique dans le photopic s’accroît pour un fond plus faible : l’analyse est plus sensible, donc plus riche. L’algorithme d’addback est implémenté en JAVA dans la macro du code.
L’algorithme d’addback considère 3 cas en fonction du nombre de cristaux touchés dans le clover considéré :
– multiplicité 1 : l’information de l’événement est recopiée pour définir l’événement du clover ; – multiplicité 2 : deux cas de figures apparaissent (voir Figure 5.7) :
1. si les deux cristaux touchés sont adjacents, alors on somme ces deux énergies et le "time stamp" conservé provient du cristal qui a mesuré le maximum d’énergie ;
2. si les deux cristaux touchés sont diagonaux, alors la probabilité que les deux cristaux soient touchés par le même photon est très faible. C’est pourquoi ces événements ont été rejetés pour les clovers de JUROGAM II ;
"time stamp" de l’événement est défini par le cristal qui a mesuré le maximum d’énergie pour limiter l’erreur liée au "walk" et au "jitter".
(a) Deux cristaux touchés adjascents. (b) Deux cristaux touchés diagonaux.
FIGURE5.7 – Illustration des deux cas d’addback correspondant à un événement de multiplicité deux.
Lorsque les deux cristaux touchés sont adjacents, cas (a), l’addback est accepté. A l’inverse, si les deux cristaux touchés sont diagonaux, cas (b), alors l’addback est refusé.
5.3.2 Alignement en temps et correction de la dérive en temps
En moyenne la différence de temps entre les différents détecteurs de JUROGAM II doit être nulle. Or on mesure près de 300 ns entre la voie d’acquisition la plus rapide et la plus lente. Ce non-alignement produit un dédoublement et un élargissement du pic de coïncidence. L’alignement regroupe les pics de coïncidence en un unique pic (voir Tableau 5.2). Cette étape diminue l’ouverture optimale de la porte de coïncidence temporelle pour conserver la totalité de la statistique. De ce fait, moins de coïncidences fortuites sont conservées.
Une fois que les différents détecteurs sont alignés en temps, il convient d’observer l’évolution du pic de coïncidence en fonction de l’énergie du photon γ sachant qu’il ne doit pas dépendre de l’én-ergie déposée. Les clovers se comportent normalement, mais les détecteurs de type Phase 1 montre une dérive prononcée à basse énergie détériorant la résolution du pic de coïncidence (voir Figure 5.8). La compensation de cette dérive provenant du walk a été effectuée à partir d’une loi exponentielle. Après compensation, le pic de coïncidence est symétrique et plus fin (voir Figure 5.8).
Tableau 5.2 – Tableau récapitulatif de l’évolution de la résolution temporelle de JUROGAM II en fonc-tion des étapes de pré-analyse. L’erreur typique est de 10 ns sur toutes les valeures indiquées.
JUROGAM II
Etape Clover Phase 1 Clover + Phase 1
FWHM FW.1M FWHM FW.1M FWHM FW.1M
Données brutes 110 ns 210 ns 110 ns 480 ns 220 ns 330 ns Données alignées en temps 110 ns 210 ns 80 ns 180 ns 100 ns 210 ns Dérive compensée +alignement 110 ns 210 ns 120 ns 170 ns 110 ns 210 ns