Les simulations jouent un rôle crucial dans l’analyse des données traitées dans ce document. En effet, ce sont elles qui permettent d’obtenir les valeurs numériques et les incertitudes des états que nous interprétons à partir de nos spectres expérimentaux. Une attention toute particulière doit donc leur être apportée pour qu’elles soient le plus fidèle possible à la réalité et une partie du travail de cette thèse a consisté à développer de nouveaux outils ou à améliorer des simulations existantes. A l’heure actuelle, l’ensemble du dispositif expérimental est simulé à travers trois programmes différents ce qui nous permet de :
4.4. Conclusion • Étudier les spectres de décroissance gamma en coïncidence avec l’énergie relative.
• Simuler la décroissance des noyaux d’intérêt et la détection du fragment chargé et des neutrons en prenant en compte la déformation des observables mesurées par le dispositif expérimental.
Chapitre 5
Résultats
Ce chapitre présente les différents résultats obtenus en utilisant les techniques d’ana-lyse et de simulations décrites dans les chapitres 3 et 4. La philosophie générale de ce chapitre consistera à suivre la chaîne des isotopes d’Azote du plus léger au plus lourd en profitant de l’occasion pour passer à travers la drip-line. La première partie est consacrée à l’étude des spectres de rayonnement gamma du22
N disponibles lors de notre expérience et dont la compréhension est vitale lors de l’examen du dernier isotope d’Azote lié : le
23
N. La deuxième partie est centrée sur les états non liés du 23
N mais illustre la nécessité d’étudier les corrélations entre les spectres d’émissions de rayons gamma et ceux d’éner-gie relative. Enfin les deux dernières parties de ce chapitre sont consacrées aux premiers isotopes d’Azote au delà de la drip-line qui sont complètement inconnus à ce jour.
5.1 Spectroscopie gamma des derniers isotopes d’Azote liés
L’étude d’états liés par spectroscopie gamma n’est pas le sujet principal de cette thèse, cependant nous avions à notre disposition un détecteur NaI 4π qui entourait notre cible aussi avons nous eu accès à un lot de données qui mérite d’être présenté. De plus, comme mentionné dans le chapitre 1, les systèmes non liés étudiés peuvent, lors de leur décroissance, former un fragment dans un état excité qui lui même décroît par émission d’un photon gamma. L’énergie relative fragment-neutron reconstruite lors de tels événe-ments ne correspond plus à la somme de l’énergie de décroissance et du seuil d’émission neutron. Afin de l’obtenir, il est nécessaire d’ajouter à l’énergie relative mesurée, l’éner-gie du rayonnement gamma émis par le fragment. Cette correction ne peut être effectuée événement par événement car la probabilité de détection des rayonnements gamma par notre dispositif n’est pas de 100 %, cependant une bonne connaissance des états excités liés des fragments formés est indisensable à l’interprétation des systèmes non liés étudiés.
5.1.1 Spectroscopie gamma de l’Azote 22
L’Azote 22 possède deux états excités liés qui décroissent par émission de rayonnement gamma. Ces derniers ont été étudiés lors d’une expérience au GANIL[48] et sont connus. Cependant si notre dispositif expérimental ne nous permet pas d’atteindre la résolution de l’expérience de Sohler qui était dédiée à la détection des rayonnement gamma des isotopes d’Azote les plus lourds et utilisait un détecteur Germanium, nous pouvons vérifier que nos propres observations sont compatibles avec leurs résultats. Le premier état excité a
Figure 5.1 – À gauche, schéma de niveau pour le 22N proposé dans la référence [48]. À droite, spectre de rayonnements gamma observé lors de l’expérience ayant donné lieu à la référence [48].
Notre capacité à reproduire le spectre de rayonnement gamma de l’Azote 22 est essen-tielle pour la compréhension de l’Azote 23. Le premier état excité de cet isotope est assez problématique car il est situé à une énergie de 183 keV, or le seuil en énergie des cristaux de DALI2 est situé à environ 200 keV. Cependant, dans le laboratoire, la désexcitation des fragments ne s’effectue pas au repos mais à une vitesse avoisinant 60% de la vitesse de la lumière, l’effet Doppler est par conséquent très important et pour les couronnes avant de DALI2, l’énergie déposée par effet photo-électrique d’un rayonnement gamma de 183 keV est équivalente à ce que déposerait un photon de presque 300 keV émis par un noyau au repos dans le laboratoire. Par conséquent une partie des rayonnements produits par le premier états excités de l’Azote 22 sont mesurés, cependant pour reproduire cor-rectement le spectre gamma de cet isotope des précautions sont à prendre sur les seuils effectifs dans la simulation décrite dans le paragraphe 4.
De nombreuses voies de réactions produisant un fragment de 22
N en coïncidence avec un neutron ont été accessibles lors de la campagne et nous n’explorerons que quelques unes d’entre elles. En particulier nous nous attarderons sur la réaction de knockout d’un proton (24
O,23
N+n) qui est particulièrement intéressante car elle ne met en jeu qu’un seul nucléon, ce qui permet d’effectuer des calculs théoriques sur les facteurs spectroscopiques afin d’appuyer l’interprétation des spectres expérimentaux. Nous étudierons également la diffusion inélastique du 23
N ainsi que quelques réactions de fragmentations à partir d’isotopes de Fluor.
Les différents spectres en énergie des rayonnements gamma détectés en coïncidence avec les fragments de22
N ainsi que l’ajustement effectué à l’aide de simulations GEANT4 sont présentés dans la figure 5.2.
Les différents spectres ont été ajustés en utilisant l’hypothèse de deux états exci-tés dont le second décroît uniquement par cascade vers le premier. Les résultats
obte-5.1. Spectroscopie gamma des derniers isotopes d’Azote liés
(keV)
γE
0 500 1000 1500 2000 2500 3000Counts
20 40 60 80 100 120 (24O,22N+γ) Data Fit result Cascade Background(keV)
γE
0 500 1000 1500 2000 2500 3000Counts
100 200 300 400 500 600 700 800 900 ) γ N+ 22 N, 23 ( Data Fit result 183 keV state Cascade BackgroundFigure 5.2 – Spectres en énergie des rayonnements gamma détectés en coïncidence avec les fragments de22N. À gauche dans la réaction de knockout d’un proton et à droite pour la diffusion inélastique de l’Azote 23.
nus pour leurs énergies sont de 175 ± 20 keV pour le premier état et une différence de 828 ± 10 keV entre les deux états, ce qui conduirait à une énergie de 1003 ± 30 keV pour le deuxième état excité de l’Azote 22. Ces résultats sont compatibles avec l’étude menée précédemment au ganil et on remarque que l’ensemble de nos spectres peut être ajusté correctement avec les mêmes paramètres pour ces deux états excités. Deux des voies de réactions (24
O,22
N) et (26
F,22
N) sont reproduites en utilisant uniquement la cascade de-puis le deuxième état excité sans avoir à ajouter une composante liée à la désexcitation du premier état.
(keV)
γE
0 500 1000 1500 2000 2500 3000Counts
20 40 60 80 100 120 ) γ N+ 22 F, 26 ( Data Fit result Cascade Background(keV)
γE
0 500 1000 1500 2000 2500 3000Counts
10 20 30 40 50 60 70 (27F,22N+γ) Data Fit result 183 keV state Cascade BackgroundFigure 5.3 – Spectres en énergie des rayonnements gamma détectés en coïncidence avec les fragments de 22N lors de réactions de fragmentation d’isotopes de fluor.
Ces résultats nous permettent à la fois de confirmer des connaissances déjà acquises mais ils seront de plus essentiels pour la partie 5.2.
hypothèse. Aucun rayonnement gamma n’est visible dans aucune de nos voies de réac-tion. Cette constatation simplifie l’analyse par spectroscopie de masse invariante du 24
N car toutes les paires (23
N,n) seront constituées d’un fragment de 23
N dans l’état fonda-mental. Les énergies relatives mesurées correspondront ainsi directement à l’énergie de décroissance du noyau père.
γ