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Submitted on 1 Jan 1965
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Le faisceau de protons polarisés de 141 MeV du
synchrocyclotron d’Orsay. Application à la mesure de la polarisation dans la diffusion élastique p - 12C et p - d
M. Poulet, A. Michalowicz, Y. Le Guen, K. Kuroda, D. Cronenberger, G.
Coignet
To cite this version:
M. Poulet, A. Michalowicz, Y. Le Guen, K. Kuroda, D. Cronenberger, et al.. Le faisceau de pro- tons polarisés de 141 MeV du synchrocyclotron d’Orsay. Application à la mesure de la polarisa- tion dans la diffusion élastique p - 12C et p - d. Journal de Physique, 1965, 26 (7), pp.399-402.
�10.1051/jphys:01965002607039900�. �jpa-00205982�
LE FAISCEAU DE PROTONS POLARISÉS DE 141 MeV DU SYNCHROCYCLOTRON D’ORSAY APPLICATION A LA MESURE DE LA POLARISATION
DANS LA DIFFUSION ÉLASTIQUE p 2014 12C ET p 2014 d
Par M. POULET, A. MICHALOWICZ, Y. LE GUEN, K: KURODA,
D. CRONENBERGER et G. COIGNET,
Institut du Radium, Laboratoire Joliot-Curie, Orsay, Seine-et-Oise.
Résumé. - Le faisceau de protons polarisés du synchrocyclotron d’Orsay est décrit. L’énergie
est de (141 ± 2 MeV), la polarisation de (61,6 ± 2,5) %. La polarisation dans la diffusion élas-
tique p - 12C et p - d a été mesurée dans l’intervalle 10° 2014 25° lab. pour le carbone et 23° 2014 160° CM pour le deutérium. Les résultats sont comparés à ceux déjà existants et aux calculs théoriques pour le deutérium.
Abstract. - The polarized proton beam from the Orsay synchrocyclotron is described. The
protons have an energy of (141 ± 2 MeV) and (61.6 ± 2.5) % polarization. Polarization in p 2014 12C and p - d elastic scattering was measured in the angular range 10° - 25° lab. for carbon and 23° 2014 160° CM for deuterium. The results are compared with previous values and with theore- tical calculations for deuterium.
PHYSIQUE 26, 1965,
Introduction. - De nombreuses exp6riences de Physique Nuel6alre necessitent l’utilisation d’un faisceau de protons polarises. C’est la raison pour
laquelle nous avons ete amenes a apporter des
ameliorations au faisceau pr6c6demment utilise au laboratoire, lors des mesures de P et D dans la
diffusion p - p [1].
Dans cet article, nous d6crivons 1 e faisceau que
nous avons mis au point et ses caracteristiques qui
permettent de conclure a l’anlélioration de l’inten- site et de la polarisation. A titre d’applications,
nous indiquerons les resultats obtenus dans la dif- fusion 6]astique p - 12 C et p - d a 140 MeV.
I. Le faisceau polarise - la figure 1 sch6ma-
tise 1’ensemble de 1’optique du faisceau. Le faisceau
de protons polarises est obtenu par diffusion a l’;Ant6rieur du synchrocyclotron sur une cible de
FIG. 1. - Extraction et. focalisation du faisceau polarise.
carbone C 1 (largeur 15-mm, 6paisseur 1,87 glCM2) plac6e sur les trajectoires regenerees au voisinage
d’un ventre d’oscillations radiales. Ila position de C1 est r6g]able le long d’un rayon : il est done
possible d’optimiser - dans certaines limites - l’intensit6 extraite et l a polarisation (variation
de 01) en fonction de ce paramètre. Une partie du
faisceau interne, non diffus6 par C1, est extraite
par le canal magn6tique. Son intensite, mesuree à
1’aide d’une chambre d’ionisation, sert de moniteur
lors de 1’6tude de la focalisation du faisceau pola-
ris6 par les quadrupoles Q1, Q2 et donne aussi une
indication auxiliaire dans 1’etude du rapport d’ex- traction, de ce meme faisceau, ’en fonction du para- m6tre de position de la cible Ci.
Les protons polarises, extraits par diffusion à
gauche, sont analyses en énergie par le champ de
fuite du synchrocyclotron, qui contribue ainsi a améliorer la rPsolution en 6nergie. Mais il a, par
contre, l’inconv6nient de creer une forte focall-
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01965002607039900
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sation des trajectoires dans le plan vertical, d6fa-
vorable au rendement d’extraction, compte tenu de l’optique d’ensemble du faisceau.
tjii diaphragme horizontal de 2 cm d’ouverture
place au foyer vertical s6lectionne les trajectoires utiles ; les particules traversent alors une premiere paire de lentilles quadrupolaires Q, de grande ouver-
ture (0 = 18 cm ; dans les experiences prece-
dentes [1] I> = 12 cm) situee 6 1,9 m de ce foyer.
A la sortie de ce quadrupole, le faisceau prati- quement parallele traverse une deuxieme paire de
lentilles quadrupolaires Q2 qui assure sa double
focalisation au centre de 1’enceinte a reactions de
I’analyseur magn6tique de 1200 laboratoire. Le faisceau polarise est ainsi conduit dans la meme aire expérimentale que le faisceau normal et on
peut ainsi utiliser I’analyseur magnetique pour les 6tudes de diffusion (fig. 2). Le zero degr6 du fais-
ceau est décalé de So par rapport au zero degr6 du
faisceau normal de 155 MeV.
FiG. 2. - Dispositif general de mesure. 1, 2, 3, 4 : scin- tillateurs plastique. - 5 : .scintillatcur tournant.
II.[ Caraetdristiques du faisceau utilis6 dans les
mesures de la polarisation p ---12 C et p -- d. -- 1. INTENSITII ET IMAGE DU FAISCEAU. - L’ilBage
du faisceau au centre de 1’enceinte a reactions se
pr6sente sous la forme d’une ellipse verticale. Une
photo étudiée au microdensitometre montre que 90 % de l’intensit6 est contenue dans un rectangle
de 3,5 cm X 5,8 cm. L’intensité totale mesuree à l’aide d’une chambre d’ionisation correspond à
3 X 107 protons/sec pour un faisceau inteine de
1,5 u.A environ (maximum possible 2,5 a 3 uA).
a- 2. PliERGIE. - Le spectre en energie du faisceau de protons polarises a 6t6 etudie a zero degr6 à
1’aide de l’analyseur magnetique. L’6nergie
moyenne du faisceau au centre de 1’enceinte à reactions est de 141 MeV pour une dispersion à
mi-hauteur de :I:: 2 MeV.
3. POLARISATION. - La mesure de la polari-
sation P1 du faisceau a ete realisee de facon absolue par deux m6thodes differentes. Toutes deux n6ces- sitent 1’emploi d’un polarimetre decrit dans un
article precedent [2]. Installe sur le banc de sortie de l’analyseur magnétique (fig. 2), il permet :
a) 1’etude des spectres des particules diffus6es
par une cible C2 au niveau de 1’enceinte a reactions : coincidences doubles 1-2 ;
b) la mesure de I’asym6trie e obtenue dans la diffusion des particules incidentes sur une cible C3 :
coincidences triples 1-2-3 et. 1-2-4.
avec Pi, polarisation des protons incidents sur Cg ; P, pou- voir d’analyse de C...
En outre, les coincidences 1-2-5 permettent d’en- registrer la distribution dans 1’espace des protons.
Le scintillateur 5 est un scintillateur tournant [3]
dont la position cod6e permet, au cours d’une
mesure, le controle et le rep6rage de l’axe du faisceau.
1. Mithode I. - Le pou-,,roir d’analyse P3(Ea) du polarimetre est mesure eii fonction de 1’energie.
Pour cela, on utilise la valeur absolue mesuree au
laboratoire (58,3 ± 0;5) % de la polarisation dans
la diffusion elastique p - 12C des protons de
155 MeV incidents sur une cible de 12C
(0,65 g/CM2) [4] P3(E3) est mesuree en r6dulsant 1’energie des protons a la sortie du spectrometre magnetadue a l’aide d’absorbants de CH2’
La polarisation PBI) du faisceau polarise est
alors deduite de la mesure de I’asym6trie au niveau
du polarimetre - mesure a 0z = 00 -’
2. M éthode II. - I-Ttilis6e par M. 0. Scott [5],
elle necessite trois mesures d’asymetries. Soient E1, E2, E31’energie des protons incidents sur les cibles
de carbone, C1, C2, C3 représentant respectivement
la cible d’extraction du faisceau polarisé, une cible
de diffusion au niveau de 1’enceinte a reactions et celle enfin d’analyse du polarimetre. Si Pl(E1, 61), P2(E2, 82), P3(E3, 03) repr6sentent la polarisation
moyenne obtenue par simple diffusion elastique
aux angles 81, 02, 63 (lab.), les trois mesures sont
les suivantes :
a) Ea === P,(El, 61) P2(E2, 02) par diffusion 6
gauche et a droite et integration des spectres
obtenus dans la diffugion élastiqup en faiscea1J polarise.
b) £b = Pi(Ei, 61) P3(E3, 03). L’analyseur est pl ace a 0. = 0°, sur l’axe du faisceau polarise et 1’symetrie mesuree a ]’aide du polarimetre.
c) ec - p 2 (F2, ’ 0’) 2 P3(E,, 63) par double dif- fusion r6alis6e en faisceau non polarise pr6ala- blement, degrade en energie. Pi, P 2, P3 sont
inconnus. Mais il est possible d’assurer l’égalité des
angles et des energies : F2 = E2, 02 = 02, E3 = E3 63 = 03- Pi I’ se deduit alors tres simplement des asymetries Fa, Eb, Sc.
3. Polarisation moyenne du faisceaux. - Dans ces
deux methodes, nous avons ete conduits a faire certaines corrections sur les asymetries experi-
mentales d’6nergie, d’angle, de centrage de la tache
des faisceaux, mais ces corrections sont faibles
(2 a 3 %). En particulier, grace a 1’analyseur magnetique, les energies ont ete ajustees au mieux
et la distribution spatiale des protons au niveau du polarimetre obtenue a 1’aide du scintillateur tour- nant nous a permis de r6duire l’incertitude angu- laire au niveau de la cible C3 h ± 0,06°. Les erreurs
tiennent compte des incertitudes sur les correct
tions, des imprecisions sur les zeros degr6 des
faisceaux au niveau de 1’enceinte a reactions esti- m6es a ± 0,10, et de la statistique. La moyenne des deux methodes conduit a P1= 61,6 % ih 2,5 %
La valeur de Pi utilisee dans les experiences précé..
dentes [1] etait de 44 %. Renormalisée a la suite des indications de Jarvis [6], elle vaut 51,5 %.
Soit un gain de 10 % en faveur du faisceau actuel.
La position de la. cible interne est, par consequent,
tres importante. L’augmentation de la polarisation
du faisceau a ete réalisée sans porter prejudice à
l’intensit6 qui peut etre consideree comme am6- lior6e par rapport aux conditions de travail ante- rieures différentes des conditions actuelles (fonc-
tionnement de la machine, largeur de la cible Cl, diaphragmes, lentilles).
III. Polarisation dans la diffusion 61astique
p -12C et p - d. - Nous avons utilise le fais-
ceau de protons polarises pour mesurer la polari-
sation en fonction de 1’angle de diffusion, dans la
diffusion elastique p -12C et p - d. Les cibles de carbone (y = 0,65 gfcm2) et de deuterium liquide (u = 0,85 g/cm21 sont plac6es au centre de
1’enceinte a reactions et 1’analyseur magnetique permet une bonne separation des spectres elas- tiques aux angles etudies. Pour. le meme angle 62
de diffusion, l’analyseur est plac6 alternativement a droite et a gauche de 1’axe du faisceau polarise
et les spectres traces sans cible (12C) ou cible
vide (d) ont permis la soustraction du bruit de fond. La polarisation est obtenue a partir de I’asyni6trie mesuree sur les spectres integres et la
connaissance de la polarisation Pi du faisceau incident. Les erreurs que nous donnons sont les
erreurs absolues compte tenu des erreurs statis- tiques, de lincertitude sur Pl, sur le position-
nement geometrique de la cible a deuterium
liquide, erreurs aussi sur la soustraction du bruit de fond.
DIFFUSION p - 12C. - Le tableau I donne les valeurs obtenues pour la polarisation dans la dif-
fusion elastique p --12C a 139 MeV, energie
moyenne des protons compte tenu de 1’epaisseur
de la cible. Nous comparons nos resultats avec ceux obtenus a Uppsala [7] a 155 MeV et a Harvard [8] a 135 MeV, les resultats de Harvard etant renormalises par le facteur (0,85) donne par Jarvis [6]. I,’ensemble de ces resultats apparait coh6rent, au moins entre 100 et 200 lab (fig. 3).
TABLEAU I
FIG. 3. - Polarisation dans la diffusion elastique p - 12C.
DIFFUSION p - d.- A chaque angle du labora- toire, nous avons analyse les spectres des protons
diffusés et aussi celui des deutons de recul ce qui permet pratiquement d’etudier la polarisation a
tous les angles. Le tableau II donne l’ensemble des resultats obtenus pour energie incidente moyenne de 138 MeV, compte tenu de 1’6paisseur cible.
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TABLEAU II POLARISATION
DANS LA DIFFUSION 9LASTIOUE p - d a 138 MeV
Sur la figure 4, sont reportés nos resultats conjoin-
tement avec ceux obtenus par Postma a Harvard [9] et nos mesures a 155 MeV [2] effec-
tu6es par une methode différente : utilisation du faisceau non-polaris6 et analyse a 1’aide du polari-
metre des protons diffuses. Nos resultats actuels sont proches de ceux obtenus a 155 MeV dans la
region angulaire oii les mesures se recoupent et
confirment le d6saccord deja constate [2] avec les
resultats de Harvard dans la region angulaire
150 - 350 CM. Par contre, au dela de 500 CM la
polarisation mesuree est en accord a la precision
des mesures avec les resultats obtenus a Harvard.
L’ensemhle de ces resultats de la polarisation dans
la diffusion elastique p - d est a comparer aux
FIG. 4. - Polarisation dans la diffusion elastique p - d.
Les courbes sont celles calculees par P. Benoist- Gueutal et F. Gomez-Gimeno : 2013201320132013 courbe d6ter- minee a partir des dephasages de Breit, - - - courbe d6termin6e a partir du potentiel de Gammel-Thaler.
courbes obtenues par P. Benoist-Gueutal et F. Gomez-Gimeno qui analysent th6oriquement la polarisation dans Particle suivant [10].
Manuscrit regu le 20 mai 1965.
BIBLIOGRAPHIE
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Physique, 1965, 26, 403.
