7.2
Dispositif exp´erimental
7.2.1
Le multid´etecteur GASP coupl´e au plunger de Cologne
Dans notre exp´erience, les noyaux de74Kr et76Kr sont peupl´es par r´eaction de fusion
´evaporation40Ca(40Ca, α2p)74Kr et40Ca(40Ca,4p)76Kr `a une ´energie de faisceau de
147 MeV `a 10 nAe. Cette ´energie, proche de la barri`ere, optimise le peuplement des noyaux de 74Kr et 76Kr. Le canal principal d’´evaporation est le 77Rb peupl´e par la
r´eaction 3p, les 76Kr et 74Kr ´etant respectivement les secondes et troisi`emes voies
majoritaires. La cible est compos´ee d’un sandwich d’or et de calcium pour pr´evenir l’oxydation. L’´epaisseur de la cible est de 800µg/cm2 avec un support de 2 mg/cm2
d’or. Une description de la fabrication d’une telle cible est d´ecrite dans le paragraphe suivant. Le stopper, o`u les noyaux produits sont implant´es, est constitu´e d’une feuille d’or de 12 mg/cm2. La vitesse du noyau compos´e est de v/c = 3.50(5) %, une vitesse
relativement ´elev´ee pour ce type d’exp´erience et permettant une s´eparation claire entre les transitions arr´et´ee et en vol.
Les rayonnements ´emis lors de la d´esexcitation du noyau sont mesur´es dans le multid´etecteur GASP [71] compos´e au moment de l’exp´erience de 32 germanium ´equip´es d’enceinte BGO en position rapproch´es et de son ´electronique standard. Les d´etecteurs germanium sont regroup´es en 7 anneaux avec des angles compris entre 36 et 144 degr´es par rapport `a l’axe du faisceau. Les d´etecteurs `a 90 degr´es ne sont pas utilis´es car, en raison de la d´ependance en cosθ de l’effet Doppler, les transitions ´emisent `a l’arrˆet ou en vol se confondent. Les 6 autres anneaux fournissent 6 mesures ind´ependantes du temps de vie pour chaque distance. L’uniformit´e du temps de vie selon les anneaux et les distances excluent les erreurs syst´ematiques comme l’effet de d´esorientation. Le trigger ´electronique est valid´e lorsqu’au moins deux d´etecteurs sont touch´es, ce qui permet de diminuer le bruit de fond, en particulier celui g´en´er´e par l’excitation Coulombienne du support de la cible et du stopper. La gamme en temps de vie mesurable est reli´ee `a la vitesse du noyau compos´e qui est de l’ordre de 12 µm/ps. La mesure a ´et´e r´ealis´ee sur 13 distances diff´erentes entre 7.5 µm et 1500 µm durant 12 heures chacune. La distance entre la cible et le stopper est assur´ee par le plunger de Cologne [72]. Ce dispositif permet de fixer la distance entre la cible et le stopper de fa¸con pr´ecise par vis microm´etrique et de la contrˆoler en permanence sous faisceau. La capacit´e ´electrique entre les deux feuilles est mesur´ee et la distance est corrig´ee lors de la moindre variation grˆace `a un dispositif pi´ezo-´electrique. Le d´etecteur GASP avec en son centre le plunger sont repr´esent´es dans la figure 7.2. Le d´etail de la cible et du stopper est ´egalement montr´e.
7.2.2
Fabrication de la cible
La r´eaction de fusion-´evaporation a n´ecessit´e la pr´eparation, `a Cologne au sein du groupe plunger, de cibles de 40Ca. La principale difficult´e de ce type de cibles est
qu’elles ne doivent, en aucun cas, ˆetre contamin´ees par des noyaux d’oxyg`ene. En effet, la section efficace de fusion 40Ca+16O est bien sup´erieure `a la section efficace 40Ca+40Ca. Il est donc indispensable de minimiser la pr´esence d’oxyg`ene dans la
cible. Le calcium naturel est compos´e `a 96.94% de 40Ca. Celui-ci est vendu sous
forme carbonate CaCO3. Il est donc n´ecessaire d’extraire le carbone et l’oxyg`ene
durant la pr´eparation de la cible. Le calcium est d´epos´e par ´evaporation sur une feuille d’or de 2 mg/cm2 coll´ee `a l’´epoxy sur le support en aluminium. Le calcium
est isol´e de sa forme carbonate par oxydo-r´eduction avec du zirconium. Le m´elange est compos´e de 100 mg de calcium pour 250 mg de zirconium et conditionn´e en pastille `a une pression de 10 tonnes, puis introduite dans une capsule en tantale pinc´ee aux deux extr´emit´es et perc´ee en son centre. La capsule est ensuite plac´ee
7.2. Dispositif exp´erimental 147
entre deux ´electrodes refroidies par eau et qui, par effet Joule, sera port´ee `a haute temp´erature. La cible munie de sa feuille d’or est viss´ee sur un large support en cuivre de 5 cm d’´epaisseur plac´e au dessus de la capsule en tantale. Ce bloc de cuivre sert `a refroidir la cible afin de permettre la condensation du calcium sur la feuille d’or. L’ensemble de l’installation est plac´e dans une chambre `a vide munie d’une pompe primaire et d’une pompe cryog´enique.
La pr´esence d’un bon vide est indispensable pendant la phase d’´evaporation. En effet, afin de minimiser le d´epˆot de tout autre noyau comme l’oxyg`ene, un vide inf´erieur `a 10−6mbar est n´ecessaire. Dans le cas de notre installation, cela repr´esente
plus de 12h de pompage. La pression de d´epart est typiquement de l’ordre de 5- 6·10−7 mbar. Une fois cette pression atteinte, un courant peut ˆetre appliqu´e `a la
capsule de tantale. La rampe en intensit´e traversant le tantale doit ˆetre tr`es lente car plusieurs r´eactions successives suivant la temp´erature se produisent. A faible amp´erage, on observe tout d’abord l’´evaporation de l’eau contenue dans et sur la capsule entrainant une augmentation de la pression par palier. La pression pendant sa phase de mont´ee ne doit pas d´epasser 10−5mbar. Quand toute l’eau est ´evapor´ee,
commence l’´evaporation du CO2 contenu dans le CaCO3. De mˆeme, la rampe en
intensit´e doit ˆetre tr`es lente en contrˆolant la pression. L’´evaporation du CO2 prend
une demi-heure en montant par petits paliers d’intensit´e. Lorsque l’on n’observe plus de variation de la pression en augmentant l’intensit´e, cela signale la fin de l’´evaporation du CO2 et le d´ebut de celle du calcium m´etallique puisque le dernier
oxyg`ene a ´et´e captur´e par oxydo-r´eduction par le zirconium. La temp´erature du tantale doit ˆetre port´ee entre 1300 et 1400 0C. Une temp´erature trop ´el´ev´ee ou un
mauvais vide peuvent entrainer une mauvaise adh´erence du calcium sur la feuille d’or. Pour cela, la temp´erature doit ˆetre control´ee r´eguli`erement.
CaCO3+ Zr
evap eau
−→ CaCO3+ Zr
evap CO2
−→ CaO + Zr red−ox−→ Ca + ZrO evap Ca−→ ZrO .
Durant l’´evaporation la couleur de la cible change, signe du d´epot de calcium. L’´evaporation dure entre 50 minutes et une heure et se termine par une l´eg`ere remont´ee de pression. Une estimation de l’´epaisseur de calcium est difficile `a faire. On peut soit faire une diff´erence de poids entre l’avant et l’apr`es ´evaporation sur la cible, soit l’estimer par un copeau recueilli sur le support en cuivre. Pour notre premi`ere cible en calcium enrichi, nous avons utilis´e la deuxi`eme m´ethode et mesur´e une ´epaisseur proche de 800µg/cm2, ce qui est l’´epaisseur esp´er´ee. Une pellicule d’or
sont plac´es entre 2 ´electrodes afin d’ˆetre ´evapor´es. En position de d´epart, la cible est plac´ee `a 4,5 cm `a la verticale du d´epˆot de calcium, puis apr`es rotation, `a 9 cm du d´epot d’or afin d’avoir une ´evaporation la plus uniforme possible. Pour pr´evenir l’oxydation de la cible, le transport s’effectue sous vide et le montage sur le porte cible est r´ealis´e dans une atmosph`ere satur´ee en argon.