Réaction 174 Y b( 3 He, pγ) 176 Lu ↔ 175 Lu(n, γ)

B.4.5.1. Motivation

Cette expérience a pour but de mesurer la section ecace de capture par méthode de substitution sur un isotope stable du luthécium pour lequel il existe des données neu-troniques ables nécessaires pour comparer les résultats. La mesure a eu lieu en 2010 avant la publication des résultats des sections ecaces neutronique de capture pour le 155Gd[Sci10]. Les résultats de l'expérience sur le 175Luont été publiés en 2012 [Bou12].

B.4.5.2. Résultats et interprétation

La mesure s'est déroulée auprès de l'accélérateur Tandem d'Orsay. Un faisceau d'3He d'énergie de 24 MeV bombarde une cible de174Y bde 250 µg/cm2déposée sur un support carbone de 40 µg/cm2. Les éjectiles de la réaction de transfert sont détectés à des angles de 108° à 152° par rapport à l'axe du faisceau par deux télescopes en silicium ∆E−E com-posés de 32 pistes chacun. La détection des gammas en coïncidence avec les éjectiles est assurée par quatre scintillateurs liquides C6D6. La gure B.6 représente la section ecace de capture du175Luen fonction de l'énergie du neutron incident. L'écart important ob-servé entre les sections ecaces obtenues par la méthode de substitution et par réaction induite par neutron est attribué aux mêmes raisons que celles expliquant les résultats de la réaction 156Gd(p, p⁰γ)¹⁵⁶Gd . Des calculs de rapports d'embranchement gamma G^{T ALY S}_γ (E^∗, J^π) du 176Lu^∗ avec le code TALYS [Kon] ont été réalisés an d'extraire, à partir de ceux-ci, des informations directes sur la distribution de spin Jπ du noyau

com-Figure B.7.: Ajustement de la probabilité d'émission gamma du 176Lu^∗ (à gauche) [Bou12]. Distribution de spin peuplée pour la réaction174Y b(³He, pγ)¹⁷⁶Lu (en violet) comparée à celles de la voie induite par neutron correspondantes calculées avec TALYS pour deux énergies de neutron diérentes (à droite).

posé formé en réaction de transfert. Cette méthode repose sur un ajustement de la prob-abilité d'émission gamma expérimentale en considérant qu'elle puisse s'exprimer comme une combinaison linéaire des GT ALY S

γ (E^∗, J^π)calculés. En eet, d'après l'équation A.12, la probabilité d'émission gamma expérimentale Pγ(E^∗) peut s'écrire comme :

P_γ^surro(E^∗) =^X Jπ  1 2σ^√2π^e −^{(J − ¯J )2} 2σ2  .G^{T ALY S}_γ (E^∗, J^π) (B.6)

Où la distribution de spin inconnue FCN

surro(E^∗, J^π)est approximée par une gaussienne indépendante de l'énergie d'excitation. Les états de parités positives et négatives du noyau sont supposés équiprobables. Les paramètres ajustables ¯J et σ correspondent au spin moyen et à l'écart type de la distribution, respectivement. Les résultats de la procédure d'ajustement sont représentés sur la gure B.7 et la distribution de spin extraite est comparée avec celles calculées par TALYS pour les données induites par neutrons. La probabilité d'émission gamma du 176Lu^∗ est parfaitement reproduite pour une distribution de spin centrée en ¯J = 7, 1 ~ et d'écart type σ = 2, 1 ~. La valeur moyenne de la distribution en spin de la voie induite par neutron est plus petite (≈ 4 ~) et ne semble dépendre que faiblement de l'énergie du neutron incident entre 0,1 MeV et 1 MeV environ.

Au nal, cette étude aura permis de conrmer l'écart observé entre les sections ecaces de capture mesurées par voie directe et indirecte dans la région des terres rares. De plus, l'exploitation des données mesurées ont permis d'obtenir des informations sur la distribution de spin peuplée par la réaction de transfert.

B. Etat de l'art des expériences de substitution

Figure B.8.: Section ecace de capture du 232T h mesurée par réaction de transfert [Wil12] et comparée à des données neutroniques [Aer06] et à l'évaluation ENDF/B-VII.0.

B.4.5.3. Réaction232T h(d, pγ)233T h ↔232T h(n, γ) B.4.5.4. Motivation

Cette expérience a pour but de mesurer la section ecace de capture par méthode de substitution sur l'unique isotope stable du thorium pour lequel il existe des données neutroniques ables nécessaires pour comparer les résultats. C'est la première mesure de section ecace de capture réalisée avec cette méthode sur un actinide pour lequel il existe des données neutroniques ables. Les résultats ont été publiés en 2012 [Wil12]. B.4.5.5. Résultats et interprétation

L'expérience s'est déroulée au cyclotron d'Oslo. Un faisceau de deuton de 12 MeV bom-barde une cible auto-supportée de 232T h de 968 µg/cm2. La détection des éjectiles est réalisée par un système en forme d'anneau appelé SiRi (pour Silicon Ring [Gut11]) qui est composé de huit télescopes silicium de huit pistes. Les rayons gamma sont détectés en coïncidence avec les éjectiles par le système CACTUS qui forme un ensemble de détection de 27 scintillateurs inorganiques NaI. Ces éléments du dispositif expérimental présentés ici sont également présents pour la mesure de ce travail de thèse, et seront décrits plus précisément au chapitre C. La gure B.8 représente les résultats de la mesure de la sec-tion ecace de capture qui est comparée à une mesure directe réalisée par Aerts et al. [Aer06] et à l'évaluation ENDF-BVII.

L'écart entre les données de Wilson et les données neutroniques est très important à basse énergie puis se stabilise autour d'environ 15% entre 0,5 MeV et 1 MeV d'énergie du neutron incident. Au-delà, l'écart grandissant est principalement causé par la détection

des gammas provenant de la ssion du thorium. En eet, le dispositif expérimental utilisé lors de cette expérience ne permet pas de séparer les gammas provenant de la ssion des gammas provenant du noyau composé étudié. L'accord entre les données de cette étude à partir d'environ 0,5 MeV est interprété comme la conséquence de l'augmentation de la densité de niveaux du232T h^∗ avec l'énergie d'excitation. La probabilité de désexcitation par émission neutron est alors moins sensible à la diérence de distribution de spin puisque davantage de niveaux du noyau résiduel sont disponibles pour l'émission neutron (limite de Weisskopf-Ewing atteinte). La conclusion de l'étude porte sur la possibilité d'extraire des sections ecaces de capture neutronique par la méthode de substitution pour des actinides, mais seulement à partir d'une certaine énergie, et seulement si le dispositif permet de soustraire correctement la contribution des gammas provenant de la ssion du noyau.

Ce travail a le mérite d'exprimer clairement les résultats de la probabilité d'émission gamma sur un actinide connu, cependant d'après notre compréhension de la méthode, il y aurait quelques erreurs d'analyse (que nous allons développer) qui impactent sur la conclusion de l'étude. Il est fondamental lors de l'analyse de discriminer les diérentes sources de rayons gammas détectés de ceux qui proviennent du noyau composé étudié. Des neutrons provenant de la réaction 232T h(d, pnγ) peuvent être capturés par des dé-tecteurs NaI et contaminent de cette façon la mesure de la probabilité d'émission gamma qui est alors surestimée. Une fenêtre en temps de 22 ns est appliquée par Wilson et al. [Wil12] an de discriminer par temps de vol ces neutrons des gammas de capture. De cette façon, une partie seulement des neutrons d'énergie inférieure à 700 keV sont alors supprimés avec un tel dispositif expérimental et non la totalité comme il est décrit dans l'étude. En eet, les détecteurs NaI ont une certaine résolution en temps, une proportion des neutrons d'énergie proche de 700 keV sont donc détectés (cf section D.1.3.2).

De plus, l'utilisation d'un faisceau de deuton implique l'apparition du phénomène du break-up du deuton, où celui-ci a une certaine probabilité de se casser en un proton et un neutron en approchant le champ coulombien et nucléaire du noyau cible (cf section E.2.1.2). Il en résulte que la détection d'un proton peut ne pas être associée à la for-mation d'un noyau composé, ce qui a pour conséquence de surestimer le terme Ns(E^∗) de l'équation A.10 et donc de sous-estimer la probabilité d'émission gamma. Dans cette étude, il est écrit que si le phénomène de break-up était présent, alors la détection de protons provenant du break-up entrainerait la diminution de la probabilité d'émission gamma, qui ne pourrait alors pas être égale à 1 sous Sn contredisant de cette façon les résultats de l'étude. Or, il est possible de montrer qu'il ne peut pas y avoir de break-up du deuton pour des énergies d'excitation inférieures au Sn, en d'autres termes, la ciné-matique de réaction montre E.4 qu'aucun proton détecté correspondant à des énergies d'excitation du noyau composé inférieures à Snne peut provenir du break-up du deuton. L'argument cité dans ce travail concernant le break-up du deuton ne peut donc pas être utilisé pour prouver l'absence de ce phénomène pour des énergies d'excitation supérieures au Sn.

Enn, l'émission d'un neutron n'est physiquement possible que pour des énergies d'excitation du noyau composé supérieures au Sn, entrainant une chute de la proba-bilité d'émission gamma à partir de cette énergie qui était jusqu'alors, la seule voie de

B. Etat de l'art des expériences de substitution

Figure B.9.: Probabilité d'émission gamma du noyau 233T h mesurée par la réaction de transfert232T h(d, p).([Wil12])

désexcitation possible. Au regard de la gure B.9 qui représente la probabilité d'émission gamma du noyau composé 233T h en fonction de l'énergie du neutron incident, la chute caractéristique de l'ouverture de la voie d'émission neutron a lieu environ 200 keV avant Sn, ce qui est physiquement impossible.

Ce problème est probablement dû à une mauvaise calibration de la réaction en énergie et a un impact important sur la section ecace de capture nale. Notons que les diérents éléments d'analyse traités dans cette section seront repris et approfondis lors de l'analyse des données de ce travail thèse et pourront ainsi être clariés.