Estimation de la section efficace

En supposant que les noyaux proches du faisceau ou de la cible, observés à travers les cas-cades de photons γ qui les désexcitent, sont les quasi-cibles et quasi-projectiles produits par un mécanisme profondément inélastique, on peut tenter de donner un ordre de grandeur de la section efficace de production de ces noyaux, en comparant le nombre de coïncidences détectées pour ces isotopes, au cas des cascades désexcitant les produits de fusion-évaporation.

Le noyau pair-pair le plus produit par fusion-évaporation, selon les calculs PACE4, est le

100Pd, pour lequel la section efficace annoncée est de 265 mb (voir tableau 4.9). Le nombre coïn-cidences E₄+

1→2⁺₁ − E2+

1→0⁺₁ mesuré expérimentalement est de l’ordre de 2.10⁴. Si l’on considère le cas du noyau pair-pair⁹⁸Ru, pour lequel la section efficace prédite par PACE4 est de 86 mb, on compte environ 3,5.104 coïncidences entre les transitions 4+

1 → 2⁺1 et 2+

1 → 0⁺1 qui désexcitent ce noyau. On remarque que les données expérimentales sont en contradiction avec les prédictions des calculs réalisés avec PACE4, en ce qui concerne le rapport des sections efficaces de production de ces deux noyaux. Cependant, ces deux noyaux sont ceux dont les raies γ dominent les spectres de multiplicité 2, et sont donc les plus produits par les réactions de fusion-évaporation. On estime ainsi la section efficace de production de ces deux espèces à (200 ± 100) mb.

Si l’on compare maintenant avec les quasi-projectiles et quasi-cibles dont nous observons les cascades de décroissance, on voit que le nombre de coïncidences détectées est environ un ordre de grandeur inférieur. On peut donc estimer la section efficace liée à la population à haut-spin des principaux produits de collisions profondément inélastiques que nous observons (⁷¹Ga, ⁷²Ge) à environ 20 mb.

4.4 Conclusion

Nous avons réalisé une expérience visant à produire des noyaux riches en neutrons de la couche f p par collisions profondément inélastiques entre ions lourds. Les fragments d’intérêt n’ont pas pu être identifiés du fait de la contamination importante des spectres particule par les ions du faisceau rétrodiffusés par le support de181Ta. Nous avons tenté de déterminer la présence des fragments d’intérêt en étudiant le spectre des photons γ détectés par ORGAM, en coïncidence avec les particules chargées. Aucune raie caractéristique des fragments de collisions profondément inélastiques n’a pu être identifiée dans les spectres γ conditionnés par les particules.

Une étude des coïncidences γ − γ sans conditionnement nous a finalement permis d’observer les cascades yrast désexcitant un certain nombre de noyaux de composition proche de celle du faisceau et de la cible, et qui sont probablement produits au cours de collisions inélastiques entre le faisceau de³⁶Set la cible de⁷⁰Zn. On peut penser, compte tenu de l’énergie d’excitation impor-tante à laquelle sont peuplés ces noyaux, que le mécanisme à l’origine de leur production est un mécanisme profondément inélastique, dans lequel une large part de l’énergie cinétique est conver-tie en énergie d’excitation. Les résultats présentés dans [Szil 07], pour lesquels les fragments ont

Chapitre 4. Étude de la composante profondément inélastiques dans les collisions36S (154 MeV) +70Zn, pour la production de noyaux exotiques riches en neutrons

été détectés à l’angle de grazing, montrent en effet que les collisions quasi-élastiques (TKEL ∼ 0) ne permettent pas de peupler de manière importante les états situés à haut-spin et à grande énergie d’excitation, au contraire des collisions les plus profondes. Les fragments de ces collisions n’étant pas identifiés directement par notre dispositif, on ne possède cependant aucune information sur la quantité d’énergie relaxée, ni sur la distribution angulaire des fragments produits.

Nous avons finalement tenté de déterminer un ordre de grandeur de la section efficace de production des isotopes dont nous observons la désexcitation. Nous avons pour cela comparé le nombre de coïncidences détectées entre les transitions désexcitant les états de basse énergie des fragments de collisions inélastiques, au cas des produits de fusion-évaporation, pour lesquels cette section efficace a été déterminée grâce au programme PACE4.

L’analyse des données de cette expérience exploratoire, la première utilisant le dispositif ORGAM, a permis de mettre en évidence la possibilité d’identifier des fragments de collisions inélastiques, uniquement grâce à leurs émissions de photons γ. Les photons étant émis à l’arrêt dans la cible épaisse, ce type d’expérience doit donc permettre d’étendre le schéma de niveaux de noyaux exotiques dont le spectre en énergie d’excitation n’est connu à faible énergie. Les noy-aux de65,67Coet61,62Mn[Pauw 09, Chia 10] ont d’ailleurs récemment été produits par collisions profondément inélastiques entre un faisceau de64Niet une ciblé épaisse de238U. Ce type de dis-positif en cible épaisse permet d’exploiter le fait que la section efficace différentielle d’émission des fragments de collisions profondément inélastiques est assez peu piquée.

D’autres pistes peuvent également être envisagées, avec une cible mince, pour étudier par spectroscopie γ des noyaux produits par ces mécanismes profondément inélastiques. On peut no-tamment envisager la détection, au-delà de l’angle de grazing, des fragments émis aux angles avant, comme on peut le voir sur la figure 4.37. Les fragments émis aux angles avant ont en effet une énergie cinétique plus importante, ce qui doit permettre leur identification en Z avec un téle-scope ∆E − E en silicium. Les photons γ étant, dans ce cas, émis en vol, la mesure de leur énergie nécessite cependant de réaliser une correction Doppler.

On peut également envisager d’identifier les fragments émis autour de 0˚, où la section effi-cace est maximale. On peut pour cela positionner autour de 0˚, un spectromètre munis un dispositif d’identification ∆E − E au plan focal, comme illustré sur la figure 4.38. Il est alors nécessaire de supprimer les ions du faisceau diffusé à 0˚ dans le spectromètre. Une identification complète peut alors être envisagée, grâce à la mesure du temps de vol à travers le spectromètre. En couplant ce dispositif à un détecteur de photons γ placé autour du point cible, on peut alors étudier par spec-troscope γ les fragments produits, après correction Doppler de l’énergie des photons détectés en coïncidence avec les fragments. Ce type d’expérience pourrait être réalisé auprès du tandem d’Or-say grâce au spectromètre BACCHUS, qui possède un dispositif permettant d’arrêter le faisceau.

4.4. Conclusion Ge Ge Ge Ge Détection γ Cible mince Ge Ge θ_grazing Télescopes ΔE-E

Détection des fragments au-delà de θ_grazing

FIGURE4.37 – Dispositif envisageable pour l’étude de fragments de collisions profondément inélastiques détectés aux angles avant, au-delà de l’angle θgrazing.

BACCHUS Ge Ge Ge Ge Détection γ Suppression du faisceau Identification ΔE-E Spectromètre Plan focal Cible mince Détection des fragments à 0°

FIGURE 4.38 – Identification des produits de collisions profondément inélastiques avec le spectromètre BACCHUS.

Chapitre 4. Étude de la composante profondément inélastiques dans les collisions36S (154 MeV) +70Zn, pour la production de noyaux exotiques riches en neutrons

Chapitre 5

Étude par spectroscopie γ des noyaux de

59Mn et 57Cr produits par

fusion-évaporation au tandem d’Orsay

Au cours de l’année 2005, le précurseur du détecteur ORGAM a été utilisé pour réaliser, auprès du tandem d’Orsay, une expérience visant à étudier par spectroscopie γ, les noyaux de59

25Mn₃₄ et