Production du faisceau

Pour la mesure14_O(p,14_{O)p, nous avons choisi d’utiliser un faisceau d’}14_{O produit par}

l’installation SPIRAL au GANIL. Une ´energie de 6MeV/u a ´et´e retenue. Il s’agit d’un compromis entre :

– la n´ecessit´e de former des noyaux de 15_{F `a une ´energie d’excitation suffisante pour}

observer le deuxi`eme ´etat excit´e.

– la volont´e de limiter l’influence des canaux in´elastiques correspondant au peuplement d’´etats excit´es de l’14_{O. Ces canaux peuvent apparaˆıtre `a haute ´energie d’excitation}

et gˆener la mesure des ´etats du 15_F.

Pour tester la validit´e du dispositif exp´erimental et ´etalonner les d´etecteurs, notre mesure 14_O(p,14_{O)p a ´et´e pr´ec´ed´ee par la mesure d’une r´eaction de diffusion ´elastique}

r´esonante similaire, bien connue, en utilisant un faisceau stable. Notre choix s’est donc port´e sur la r´eaction 14_N(p,14_{N)p, avec la mˆeme ´energie incidente (6MeV/u), qui a d´ej`a}

fait l’objet d’´etudes par le pass´e ([West69], [Oln58]). Le sch´ema de production de ces deux faisceaux est d´ecrit en figure 3.4 et d´ecrit dans les paragraphes suivants.

3.2.1.1 L’installation GANIL

Le GANIL est une installation fournissant des faisceaux stables acc´el´er´es `a des ´energies interm´ediaires (entre 30 et 95 MeV par nucl´eon). Depuis 2001 il est compl´et´e par l’instal- lation SPIRAL qui permet de produire des faisceaux radioactifs `a des ´energies comprises entre 1.7 MeV et 25MeV par nucl´eon `a partir d’un faisceau stable g´en´er´e par l’installation primaire.

Fig._{3.4 –Sch´ema de production des faisceaux utilis´es : Un faisceau primaire de}20_{Ne est produit}

par la source d’ions et acc´el´er´e par C0 puis CSS1 et CSS2 `a 95MeV/A. Ce faisceau est envoy´e dans l’installation SPIRAL pour produire par fragmentation sur une cible de carbone des noyaux d’14<sub>N ou d’</sub>14<sub>O avec un ´etat de charge 3+. Le faisceau est ensuite post-acc´el´er´e jusqu’`a 6MeV/u</sub>

par le cyclotron CIME. Une feuille d’Al plac´ee `a l’entr´ee de LISE est utilis´ee pour le faisceau d’14O afin d’´eplucher les ions et de produire un ´etat de charge 8+. Apr`es s´election dans les deux dipˆoles de LISE, les ions sont envoy´es dans le dispositif exp´erimental.

L’installation GANIL est pourvue d’une source ECR (Electron cyclotron resonance) fonctionnant sur le principe suivant : Un champ magn´etique confine les atomes source (pro- duits `a partir de gaz ou de m´etaux selon l’esp`ece) dans un volume d´elimit´e. Ces atomes sont chauff´es puis ionis´es par une onde haute fr´equence afin de former un plasma compos´e d’ions et d’´electrons. Les ions sont ensuite tri´es selon leur charge ´electrique et extraits du plasma par un champ magn´etique. Le faisceau ainsi constitu´e subit une premi`ere acc´el´eration dans le cyclotron C0 puis est conduit dans les deux cyclotrons `a secteurs s´epar´es : CSS1 et CSS2. Ceux-ci acc´el`erent le faisceau jusqu’`a environ c/3. Ce faisceau est ensuite envoy´e dans les aires d’exp´erience pour utilisation imm´ediate, ou dans l’installation SPIRAL.

Dans l’installation SPIRAL, ce faisceau primaire est envoy´e sur une cible ´epaisse pour produire par r´eactions nucl´eaires, diverses esp`eces radioactives. Les esp`eces d’int´erˆet sont extraites de la cible ´epaisse puis ionis´ees et post-acc´el´er´ees dans le cyclotron CIME. Le faisceau secondaire ainsi constitu´e est ensuite envoy´e dans les aires d’exp´erience.

Dans le cadre de notre exp´erience, les faisceaux utilis´es ont ´et´e produits `a partir d’un faisceau primaire de 20Ne acc´el´er´e `a 95 MeV/A. Ce faisceau a ´et´e envoy´e sur une cible de carbone dans l’installation SPIRAL pour produire des noyaux d’14_N3+_ou14_O3+_{`a 6MeV/u,}

extraits par la m´ethode ISOL. Apr`es acc´el´eration, le faisceau secondaire a ´et´e envoy´e dans la ligne LISE pour une s´election fine des noyaux d’int´erˆet.

3.2.1.2 La Ligne LISE

LISE est un spectrom`etre magn´etique d´edi´e `a la production et s´election de faisceaux radioactifs d’une grande puret´e (figure 3.6). Son acceptance est de ± 2.5% en moment soit environ ±5% sur les ´energies. Lorsque le spectrom`etre est utilis´e en production, il dispose en entr´ee d’une cible permettant la production de diverses esp`eces par fragmentation d’un faisceau primaire.

Fig. _{3.6 – Plan de la ligne LISE. Dans le cadre de cette exp´erience nous avons utilis´e la ligne}

LISE 2000.

jusqu’au premier dipˆole (DP1) qui r´ealise une s´election des particules suivant leur rigidit´e magn´etique B.ρ d´efinie par :

B.ρ = m.v

q (3.11)

Seules les esp`eces avec un B.ρ en accord avec celui du dipˆole continuent leur parcours dans l’installation tandis que les autres sont d´evi´ees hors de la ligne et stopp´ees par des fentes. Entre les deux dipˆoles un d´egradeur peut ˆetre ins´er´e pour ralentir les esp`eces en fonction de leur vitesse et masse (donc modifier le B.ρ) et faciliter leur s´eparation. Il n’a pas ´et´e utilis´e dans notre exp´erience.

Les particules restantes sont ensuite envoy´ees dans le deuxi`eme dipˆole (DP2) qui s´elec- tionne une nouvelle fois les esp`eces selon leur B.ρ. De plus, il corrige la dispersion des trajectoires introduites par le premier dipˆole et permet d’orienter les noyaux d´esir´es sur un point focal (cibles, d´etecteurs d’identification, etc).

Suite `a ce premier ´etage, le faisceau a ´et´e envoy´e dans une premi`ere zone d’exp´erience (D4), constituant la partie LISE 2000, pour utilisation. Pour assurer la puret´e du faisceau d’14_{O, un ´etat de charge 8}+ _{a ´et´e s´electionn´e grˆace `a une feuille mince d’Al (0.9 µm) de}

type ”stripper” plac´ee entre les deux dipˆoles.

3.2.1.3 Caract´eristiques des faisceaux obtenus

La mesure de la puret´e et de l’intensit´e du faisceau a ´et´e r´ealis´ee grˆace `a un d´etecteur silicium plac´e devant le dispositif exp´erimental. Le faisceau d’14_{N a ´et´e produit dans un}

´etat de charge 3+ _{`a tr`es haute intensit´e (environ 10}8_{pps) et grande puret´e. Il a ´et´e utilis´e}

pendant une dur´ee de 24 heures, avant l’utilisation du faisceau d’14_O.

Pour le faisceau d’14_O8+_{, une intensit´e maximale de 1.88 × 10}5 _{particules par seconde}

a ´et´e mesur´ee. Une contamination en 14_{N inf´erieure `a un pourcent a ´et´e obtenue. Sur les}

spectres d’identification (´energie, temps de vol) une grande dispersion dans les temps de vol a ´et´e observ´ee et estim´ee `a 50ns. Cet ´etalement en temps est dˆu `a :

– La dispersion en ´energie inh´erente `a l’acc´el´erateur, environ ´egale `a : ∆E

E ≈ 1

500 (3.12)

induisant une dispersion en vitesse de 3.3 × 10−3 _{cm/ns `a l’´energie choisie. Apr`es}

conduction du faisceau de la source `a la zone d’exp´erience, cela ´equivaut `a un ´ecart sur les temps de vol de environ 5ns.

– La dispersion en temps inh´erente `a la g´en´eration du faisceau par le cyclotron CIME.