7.5
Méthode de reconstruction des observables
Lors d’une simulation, la position, le temps d’arrivée des fragments sur les détecteurs de temps de vol et l’énergie qu’ils déposent dans la chambre à ionisation seront utilisés pour la reconstruction des observables d’intérêt que sont la vitesse et l’énergie des fragments.
La vitesse est déterminée à partir de la position et du temps d’arrivée des fragments sur les détecteurs de temps de vol Start et Stop. Cette donnée sert à déterminer les masses initiales des fragments (méthode 2V).
La masse finale est déterminée avec la méthode EV qui nécessite la connaissance de la vitesse et de l’énergie des fragments. L’endroit du système de détection auquel cette méthode s’applique est le point d’entrée du fragment dans le détecteur Stop, où la vitesse du fragment est déterminée. Comme l’énergie cinétique du fragment est mesurée dans la chambre à ionisation, cette dernière doit être corrigée des pertes d’énergie subies par le fragment dans la fenêtre d’entrée de la chambre à ionisation et dans la feuille émissive du détecteur Stop. La masse finale du fragment est alors déterminée. Cette procédure est réalisée de manière itérative afin d’avoir une convergence en masse.
Les masses initiales obtenues par la méthode 2V, nécessitent la détermination simultanée de la masse des deux fragments. La vitesse de chacun des fragments doit être celle au niveau de la cible. La première étape consiste à déterminer l’énergie du fragment après le détecteur Start. Celle-ci est alors corrigée des pertes d’énergie subies par les fragments dans la feuille émissive du détecteur Start, dans le support de la cible si besoin, et dans la cible. La nouvelle vitesse des fragments est alors déterminée à partir desquelles les masses initiales des fragments sont calculées. Ce processus est répété jusqu’à ce que les masses des fragments avant évaporation convergent.
Différentes étapes permettent de confirmer le bon fonctionnement du programme d’analyse des données. L’une d’elles consiste à reconstruire la multiplicité des neutrons émis (différence entre les masses initiales et finales) en fonction de la masse initiale des fragments. La comparaison données reconstruites/données simulées est représentée sur la Figure C.7.12. Elle montre que globalement les données reconstruites surestiment les données d’entrées de la simulation Geant4. Cette surestimation est vraisemblablement liée à une sous-estimation des corrections de perte d’énergie, et donc à une sous-estimation de l’épaisseur des matériaux traversés. La méthode de reconstruction doit donc encore être peaufinée.
0.4 −0 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 2 4 6 8 10 12
Masse initiale [uma]
80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 ν neutrons e Multiplicit 2 − 1 − 0 1 2 3 4 5 6 7 e e es d'entr e Donn es reconstruites e Donn Rendement en masse [%] 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Figure C.7.12 – Multiplicités des neutrons en fonction de la masse des fragments en entrées de la simulation Geant4 (courbe noire) et reconstruites (courbe rouge).
Résolution en masse
Les contributions respectives de la méconnaissance de l’épaisseur de la cible traversée par les fragments (uranium d’épaisseur 0.08 µm) et des résolutions temporelles σt=150 ps, spatiales
CHAPITRE 7. CHOIX DES DÉTECTEURS sont présentées dans le Tableau C.7.2pour les fragments 98Rb et 140Cs. Ces différentes incerti- tudes sont sommées dans leur ordre d’énumération.
Ce tableau montre que la méconnaissance de l’épaisseur de cible traversée engendre la plus grande source d’incertitude sur les masses initiales qui est de 0.5 uma. Les contributions des autres résolutions sont identiques et égales à ∼0.05 uma. Pour les masses finales légères et lourdes, la plus grande source d’incertitude est celle de l’énergie des fragments. La résolution temporelle a aussi une influence significative sur les fragments légers par rapport aux lourds. En effet à une résolution donnée, la vitesse des fragments légers étant plus importante que celle des lourds, le temps de vol est moindre ce qui conduit à une dégradation de la résolution en masse.
Contributions aux résolutions en masse Masses initiales 140Cs 98Rb Épaisseur connue, σ(E) =0 %, σ(X) =0 mm, σ(t) =0 ps 0.15 0.66 0.34 Épaisseur calculée, σ(E) =0 %, σ(X) =0 mm, σ(t) =0 ps 0.51 0.66 0.34 Épaisseur calculée, σ(E) =1 %, σ(X) =0 mm, σ(t) =0 ps 0.51 1.23 0.88 Épaisseur calculée, σ(E) =1 %, σ(X) =2 mm, σ(t) =0 ps 0.58 1.58 1.14 Épaisseur calculée, σ(E) =1 %, σ(X) =2 mm, σ(t) =150 ps 0.68 1.86 1.58 Tableau C.7.2 – Contributions des différentes résolutions expérimentales aux résolutions en masse (uma) avant et après évaporation sur le 98Rb et le 140Cs.
Conclusion
Le développement du spectromètre 2V-EV FALSTAFF est motivé par l’étude de la fission induite par neutron rapide. Les faibles sections efficaces de fission des actinides à ces énergies nécessitent que le dispositif couvre le plus grand angle solide pour réduire le temps d’une expé- rience. Les différents détecteurs du dispositif doivent donc être de grande taille. Les détecteurs gazeux sont donc préférés aux détecteurs solides. De plus la détermination des masses avant et après évaporation avec des incertitudes respectivement inférieures à 1 uma et 2 uma nécessite que les détecteurs de temps de vol et d’énergie possèdent des résolutions temporelles σt∼120 ps
et en énergie ∆E
E ∼1 %.
La simulation Geant4 du dispositif et la reconstruction des événements ont permis de valider ces valeurs de résolutions. L’étude des paramètres de la simulation influençant les pertes d’éner- gie subies par les fragments dans les divers matériaux du dispositif a permis de sélectionner les plus adaptés à notre application.
Les détecteurs de temps de vol MWPC-SeD et d’énergie de type chambre à ionisation rem- plissent l’ensemble des critères et ont donc été choisis pour constituer le dispositif FALSTAFF. La caractérisation des détecteurs du prototype du premier bras de FALSTAFF, visible sur la Figure C.7.4, fait l’objet des chapitres suivants. Ce dispositif étant constitué de détecteurs gazeux, leur principe de fonctionnement fait l’objet du prochain chapitre. Ensuite les caracté- risations et les méthodes de détermination de la vitesse et de l’énergie des fragments de fission avec les deux MWPC-SeD et la chambre à ionisation seront présentées.
Chapitre 8
Principe de fonctionnement d’un
détecteur gazeux
Le dispositif FALSTAFF est exclusivement constitué de détecteurs gazeux basses pressions. Dans les détecteurs MWPC-SeD et la chambre à ionisation, l’isobutane est respectivement à une pression de 7 mbar et aux alentours de 30 mbar. Le principe de ces détecteurs repose essentielle- ment sur l’interaction coulombienne de la particule incidente avec les atomes composants le gaz. Cette interaction conduit à un transfert d’énergie des fragments vers les atomes constitutifs du gaz comme décrit dans la Section 7.4.3. Lorsque l’énergie déposée dans le matériau conduit à l’ionisation du milieu, il y a création de paires électron/ion. L’application d’un champ électrique permet alors de séparer les paires et de diriger les électrons vers l’anode du détecteur, ce qui in- duit un signal sur l’électrode. Ce signal est alors rapidement pré-amplifié avant son transit dans les câbles pour éviter qu’il ne se détériore par l’ajout de bruit électromagnétique (diminution du rapport signal sur bruit). Il est ensuite amplifié et mis en forme avant d’être numérisé. Ces différentes étapes sont maintenant détaillées.