3.4 Reconstruction du spectre d’énergie d’excitation.
Dans les deux sections3.1et3.2, nous avons expliqué que le dispositif expérimental employé induit des incertitudes importantes aussi bien sur l’angle d’émission des particules détectées que sur leur énergie. Dans la partie précédente, il a été montré que ces incertitudes ont un impact potentiellement important sur la résolution en énergie d’excitation. Afin de quantifier précisément l’impact de l’ensemble des incertitudes, une simulation a été réalisée. Nous présentons ici les ingrédients employés pour la réaliser ainsi que les résultats obtenus dans le cas du dispositif expérimental utilisé. Les résultats de cette simulation serviront de base à l’étude et à l’interprétation des spectres d’énergie d’excitation obtenus lors de l’expérience.
3.4.1 Simulation réalisée.
La simulation réalisée a pour but de reproduire le plus fidèlement possible le dispositif expérimental afin de comprendre et exploiter les spectres expérimentaux. Dans un premier temps, nous avons réutilisé la simulation relative à l’effet de l’épaisseur de cible à laquelle nous avons rajouté le détecteur annulaire dans le dispositif de détection. Dans un second temps, les différents effets pouvant induire un biais sur la reconstruction de l’énergie d’excitation ont été implémentées :
•
Expérimentalement, le faisceau présente un étalement important (de l’ordre de 2 cm suivant l’axe des abscisses et 1 cm suivant l’axe des ordonnées). Celui-ci induit des incertitudes importantes lors du calcul de l’angle d’émission du proton (voir partie3.1). Cet effet ainsi que l’incertitude de la position du point d’interaction au niveau de la cible (due à la précision de la reconstruction obtenue avec les CATS) ont également été pris en compte.•
L’incertitude sur l’énergie du proton détecté qui est engendrée par la méthode d’étalonnage a été prise en compte. Pour le straggling en énergie induit dans la cible, nous avons pris un effet moyen (12 keV) quelque soit l’énergie ou l’angle d’émission du proton.•
Nous avons montré précédemment que le straggling angulaire est important dans la cible et qu’il varie considérablement avec l’énergie du proton (voir Fig. 3.4(b)). Le straggling angulaire a été considéré sur la base d’une épaisseur moyenne de cible traversée.3.4.2 Résolution et forme des pics.
Cette simulation a été réalisée pour la réaction de transfert34Si(d,p)35Si peuplant l’état fondamental
du35Si. Les résultats obtenus selon que les différentes sources d’incertitudes sont prises en compte (en
bleu hachuré) ou non (en rouge) sont présentés figure Fig.3.6.
L’effet de l’épaisseur de cible suffit a induire un fort élargissement du pics d’énergie d’excitation. En effet, on constate que la courbe rouge de la figure Fig.3.6est plutôt proche d’une fonction "porte" ayant une largeur d’environ 780 keV. Prendre en compte le "straggling" ainsi que les différentes sources d’incertitudes induit un étalement encore plus important du pic (courbe bleu hachurée Fig. 3.6). Selon cette simulation, les pics expérimentaux ne seront pas gaussien : c’est le résultat de la convolution d’une fonction créneau avec une gaussienne. L’allure des pics expérimentaux aura alors l’expression analytique suivante :
y(x) =
A
2
er f(x− x√
0− R
2σ
) − er f (
x− x
0+ R
√
2σ
)
(3.3) oùA,x
0,Retσ
sont des paramètres d’ajustement.FIGURE 3.6: Spectre d’énergie d’excitation obtenu lors de la simulation de la réaction de transfert
34Si(d,p)35Si. En rouge, résultat obtenu en simulant uniquement l’effet de l’incertitude du lieu de reac-
tion dans l’épaisseur de la cible (ici 2.6 mg.cm−2) et en considérant une tache faisceau ponctuelle et
centrée. La courbe en bleu hachuré est le résultat obtenu en y ajoutant les effets de straggling angulaire et en énergie ainsi que l’effet de la largeur de la tache faisceau.
3.4.3 Évolution des caractéristiques des pics.
A partir de la simulation, il est possible de tester l’évolution des caractéristiques des pics d’énergie d’excitation en fonction de l’angle d’émission. L’effet le plus notable est l’élargissement des pics d’énergie d’excitation comme on peut le constater sur la figure Fig.3.7.
On constate une forte évolution de la largeur des pics en fonction de l’angle d’émission du proton. Cet effet est d’autant plus important que l’énergie d’excitation est élevée et que l’énergie du proton émis est basse. On remarque figure Fig.3.7 que la largeur diminue fortement à partir de 130◦ dans le cas
d’un pic à 12 MeV d’énergie d’excitation. Cela s’explique par le fait que les protons n’ont pas une énergie suffisante pour sortir de la cible, induisant une forte asymétrie du pic d’énergie d’excitation et donc une réduction de la largeur du pic. La figure Fig. 3.8 justifie l’explication précédente. Cette figure montre le pourcentage de protons qui sont détectés en fonction de l’énergie d’excitation. Pour obtenir cette figure, seuls les protons émis aux angles tels qu’ils devraient être détectés ont été considérés. Sur la figure Fig.3.8ont constate une forte diminution de l’efficacité de détection pour des énergies d’excitation supérieures à 11 MeV. Cette limite correspond exactement à la limite à partir de laquelle l’évolution de la largeur des pics commence à avoir un comportement particulier (voir Fig.3.7). Ainsi, à partir de 11 MeV d’énergie d’excitation, l’efficacité de détection présente une forte dépendance avec l’énergie des protons et leurs angles d’émission. Il sera nécessaire de tenir compte de cet effet lors, par exemple, de la détermination des sections efficaces.
3.4. Reconstruction du spectre d’énergie d’excitation. 97
FIGURE3.7: Evolution de la largeur des pics d’énergie d’excitation en fonction de l’angle d’émission du
FIGURE 3.8: Pourcentage des protons détectés parmi l’ensemble des évènements émis à des angles
couverts par les détecteurs MUST2 et S1. La perte d’évènements représentée ici est celle inhérente à l’épaisseur de la cible (ici 2.6 mg.cm−2). L’ensemble de la couverture angulaire a été pris en compte ici.