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Submitted on 1 Jan 1964
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Étude des cascades γ-γ dans la capture de neutrons thermiques conduisant au premier état excité de 200Hg
P. Carlos, H. Nifenecker, J. Fagot, J. Matuszek
To cite this version:
P. Carlos, H. Nifenecker, J. Fagot, J. Matuszek. Étude des cascadesγ-γ dans la capture de neutrons thermiques conduisant au premier état excité de 200Hg. Journal de Physique, 1964, 25 (12), pp.1013- 1016. �10.1051/jphys:0196400250120101300�. �jpa-00205906�
ÉTUDE DES CASCADES 03B3201403B3 DANS LA CAPTURE DE NEUTRONS THERMIQUES
CONDUISANT AU PREMIER ÉTAT EXCITÉ DE 200Hg
Par P. CARLOS, H. NIFENECKER, J. FAGOT et J. MATUSZEK,
Centre d’Études Nucléaires de Saclay, France.
Résumé. 2014 Nous avons étudié les cascades 03B3 2014 03B3 émises après capture neutronique par 200Hg
et partant du niveau de capture pour aboutir au premier état excité. Nous avons utilisé la méthode de Hoogenboom avec pour la détection des gamma de haute énergie un ensemble comprenant ;
un cristal NaI(TI) de 4" 6" et un cristal annulaire NaI(TI) de 8" 12".
Abstract. 2014 03B3 2014 03B3 cascades following thermal neutron capture in Hg-199 have been studied
using a Hoogenboom circuit, with a 4" 6" NaI(Tl) crystal inside a large 8" 12" NaI(Tl) crystal
annulus for the high energy gamma ray spectrum, while a single 4" 4" NaI(TI) crystal
detected the lower energy radiation. We give our results on 03B3 2014 03B3 cascades which go down from the capturing state to the first excited state.
25,.DECEMBRE 1964,
Introduction. 2013 Dans une 6tude ant6rieure [1],
nous avons montre que l’utilisation de la m6thode de Hoogenboom permettait l’emploi de cristaux d’iodure de sodium pour la detection des cascades y - y 6mises par le noyau compose formé lors de la capture d’un neutron. Cette m6thode, en effet, am6liore considérablement la resolution de ces d6-
tecteurs. Cependant, si l’on ne rencontre que peu de difficult6s dans 1’interpretation des resultats exp6rimentaux concernant les cascades issues du niveau de capture et aboutissant au niveau fonda-
mental, il n’en est pas de meme pour celles qui
aboutissent aux premiers et second niveaux excites
par exemple,. surtout si les intensites des cascades aboutissant au niveau fondamental sont 6lev6es.
En effet des pics homologues apparaissent dans le spectre somme, correspondant h l’addition des deux
impulsions gamma dont l’une est une impulsion Compton, et ces pics peuvent masquer compl6-
tement ceux qui appartiennent a la cascade 6tudi6e.
Cette difficulte a deja ete signalée par Vervier [2].
Nous avons done cherché a am6liorer, a haute 6nergie, la r6ponse d’un de nos d6tecteurs NaI(Tl)
afin d’obtenir un spectre de raies. Nous avons
utilise un ensemble comprenant un cristal central
entour6 d’un cristal annulaire afin d’y detecter les
gamma de 0,511 MeV 6mis par le cristal central.
Nous tenons a remercier M. Julien du S. P. N. B. E.
a qui nous devons d’avoir pu disposer de cet
ensemble.
Dispositif experimental. - C’est aupr6s de la pile EL-3 de Saclay, sur notre installation d’etude du rayonnement gamma de capture [1], que se sont effectuées les mesures rapportees ici. Le spectre gamma etait analyse, pour la partie haute 6nergie, par un ensemble Harshaw comprenant un cristal central NaI(Tl) de 4’ x 6" associ6 a un
photomultiplicateur RCA 8051 et place dans un
cristal annulaire NaI(TI) de 8" X 12" associé- a neuf photomultiplicateurs RCA 2061. La resolution
du cristal central est de 9 % pour le pic de cesium, celle du cristal annulaire est de 16 %.
La partie basse 6nergie du spectre gamma etait
analys6e par un scintibloc Quartz et Silice compre-
nant un cristal NaI(Tl) de 4" X 4" associ6 a un
photomultiplicateur 54 AVP, dont la resolution
sur le pic du cesium est de 8,7 %.
La figure 1 repr6sente le schema de notre ensemble d’analyse. La voie A, correspondant au
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:0196400250120101300
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cristal central associ6 a son cristal annulaire, est
r6serv6e a la detection des gamma d’6nergie sup6-
rieure;h 3 MeV. Dans ce domaine d’énergie les pics
d’annihilation deviennent de plus en plus impor- tants, et ceci d’autant plus que 1’6nergie du rayon gamma incident sur le cristal croit. La partie Compton du spectre a haute eriergie perd alors de
son importance et si l’on utilise le cristal annulaire
en fonctionnement anti-Compton on n’obtient qu’un effacement partiel des pics d’annihilation,
car les rayons gamma de 511 keV qui s’6chappent
du cristal central ont toujours une certaine pro- babilit6 de ne pas etre d6tect6s par le cristal annu-
laire ; comme d’autre part a haute 6nergie (6 a
9 MeV) la probabilite d’obtenir des pics d’annihi-
lation devient 6gale et meme plus grande que celle d’obtenir le pic photoelectrique, on en arrive a une
utilisation peu satisfaisante de cet ensemble.
II faut remarquer que cela n’infirme pas les excellents r6sultats obtenus par Bostrom et
Draper [3] : leur ensemble, fonctionnant en anti-
coincidence, comporte en effet un cristal annulaire
de 2"60 d’6paisseur et un cristal de 5" X 4" situe derri6re le cristal central pour d6tecter les Compton
de haute énergie ; pour des raisons d’encombrement
ce cristal complémentaire n’a pu etre mis en place
pour notre experience.
Nous avons tourne la difficult6 en n’acceptant I’analyse sur le cristal central que lorsque le cristal
annulaire d6tecte, au pic photoelectrique, un rayon
gamma de 511 keV. L’ensemble a d’abord ete test6
avec une source de Po-Be. La distance a respecter
entre la face avant du cristal central et celle du cristal annulaire est de 5 a 8 cm : il faut en effet éviter la r6apparition du second pic d’annihilation
FIG. 2. - Spectre y du Po-Be. 2-a) Sans coincidence sur
0,511 MeV. 2-b) Avec coincidences sur 0,511 MeV.
par le fait que si l’un des rayons gamma de 511 keV
est d6tect6 par le cristal annulaire, I’autre puisse
sortir du cristal central sans traverser le cristal
annulaire, ceci se produisant d’autant plus facile-
ment que la face avant est plus proche de celle du
cristal annul aire.
La figure 2 montre les spectres obtenus avec une
source de Po-Be, en coincidence ou non avec les
impulsions de 511 keV du cristal annulaire. La
figure 3 montre les spectres obtenus dans les memes conditions avec les rayons gamma de capture de 199Hg
FIG. 3. - Spectre y de 200Hg.
Cascades y - y issues du niveau de capture et
aboutissant au premier état excité de 200Hg.-
Les d6tecteurs 6tant places a 1800 l’un par rapport
a 1’autre ( fig. 1). Un s6lecteur a une bande, situe apr6s le circuit somme, était r6gl6 pour ne laisser passer que les impulsions correspondant a la dissi-
pation dans les deux d6tecteurs d’une 6nergie 6gale
a 7,66 MeV - 0,511 MeV.
La figure 4 repr6sente le spectre obtenu sur la
voie basse 6nergie (Ey 2,5 MeV). On peut con-
clure sans ambiguïté aux cascades 6,45 MeV - 1,20 MeV; 5,96 MeV - 1,70 MeV ; 5,65 MeV - 2,0 MeV ; et 5,38 MeV - 2,27 MeV. Les energies
que nous donnons ici sont celles publi6es par Groshev [4], car elles sont de loin les plus precises.
L’utilisation de 1’ensemble cristal central-cristal annulaire permet en particulier de lever le doute
sur les cascades 6,45 MeV - 1,20 MeV et 5,38 MeV - 2,27 MeV car les pics a 1,20 MeV et 2,27 MeV peuvent tres bien provenir d’impulsion Compton correspondant aux cascades intenses
FIG. 4. - Cascades y vers le 1er niveau excite de 200Hg.
6,45 MeV - 1,57 MeV et 5,38 MeV - 2,64 MeV partant du niveau de capture pour aboutir au niveau fondamental [1].
Nos resultats. concordent avec ceux de Groshev
[4] qui indique en outre les doubles cascades
6,39 MeV 2013 1,26 MeV et 6,30 MeV - 1,34 MeV.
L’intensité de ces cascades et la resolution de notre
spectrometre font qu’il ne nous est pas possible de
confirmer ou d’infirmer 1’existence de ces cascades.
L’existence du pic a 0,370 MeV provient de triples cascades El - E2 - 0,370 MeV, une des impulsions correspondant a E1 ou E2 6tant une impulsion Compton. Les pics a 0,660 MeV et 1,420 MeV ont leurs origines conform6ment au
schema de Groshev, dans les triples cascades, telles
que 5,38 MeV - 1,60 MeV - 0,660 MeV et 6,45 MeV - 1,41 MeV - 1,20 MeV. L’intensite du pic a 0,660 MeV ne correspond pas en effet à la cascade possible 6,95 MeV - 0,68 MeV sugg6r6e
par Segel [6] et d’autre part le niveau a 1,776 MeV
de 200 Hg (1,410 MeV + 0,368 MeV = 1,778 MeV)
n’est pas peuplé directement par un gamma de haute energie.
La figure 5 repr6sente le schema de d6sint6-
gration que nos resultats nous ont permis d’etablir.
Au cours de cette experience nous nous sommes
apergus que la probabilite de detection de cascades
triples n’était pas n6gligeable et pouvait masquer
FIG. 5. - Schema de désintégration de 200Hg.
(Énergies en MeV.)
la detection de cascades doubles de faible intensité.
Nous avons alors étudié ce phenomene pour les cascades issues du niveau de capture et aboutissant a 1’etat fondamental de 200Hg.
Contribution des cascades triples dans Ia ddtee-
tion des cascades doubles aboutissant au niveau fondamental de 200Hg. - Cet effet a ete signal6
par Draper [6] et Bartholomew [7]. Dans un mon- tage sym6trique, si I3 est l’intensit6 mesur6e d’un
pic correspondant a une cascade triple et I2 celle correspondant a une cascade double on a :
p = I3/I2 = kQ ou Q est 1’angle solide du detec- teur vu de la cible. La contribution des cascades
triples dans le spectre somme sera donc difiérente pour deux angles solides diff6rents.
Afin de ne pas trop reduire le taux de comptage,
nous avons laiss6 fixe un des détecteurs, celui qui correspond a la voie d’analyse et nous avons place
1’autre en deux positions differentes de mani6re a avoir un rapport d’angle solide de 1,8 environ. Les gamma de basse 6nergie observes sont : 0,370 MeV;
1,20 MeV ; 1,57 MeV ; 1,72 MeV ; 2,04 MeV ; 2,29 MeV ; 2,64 MeV ; 3,26 MeV ; consid6rant que le gamma de 2,64 MeV ne correspond qu’a la cas-
cade double 5,38 MeV - 2,64 MeV on peut 6tablir
le tableau suivant :
On en conclut que les pics a 0,370 MeV et à 1,20 MeV correspondent a la detection de la cas-
cade triple : 6,45 MeV - 1,20 MeV - 0,370 MeV.
Les pics a 1,57 MeV et 1,72 MeV correspondent
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aux cascades doubles 6,45 MeV - 1,57 MeV et 6,30 MeV - 1,72 MeV avec 6galement une contri-
bution de la cascade triple 5,96 MeV -1,70 MeV - 0,370 MeV. Une explication analogue peut etre donnee. pour le pic a 2,04 MeV. Les pics a 2,28 MeV
et 3,26 MeV correspondent a la cascade double
5,73 MeV - 2,29 MeV et aux cascades doubles
non r6solues 4,84 MeV - 3,18 MeV et 4,73 MeV -
3,29 MeV.
Conclusion. - L’utilisation de la m6thode de
Hoogenboom pour l’étude de cascades y - y pr6-
sente 1’avantage certain de permettre l’utilisation de cristaux d’iodure de sodium comme d6tecteurs mais elle pr6sente divers inconvenients que nous voulons signaler :
a) La detection, dans le cas d’une géométrie
telle que celle de la figure 1, de part et d’autre
d’un vrai pic photoélectrique d’énergie Ei, de pics
fictifs d’6nergie Ei ± 511 keV et ]Ei - L 250 keV
provenant de photons d’annihilation et de recul.
Un moyen simple d’éviter ces effets parasites est
de mettre les deux d6tecteurs a 900.
b) La detection de pics fictifs correspondant aux impulsions Compton ou de paires, inh6rentes a la
r6ponse des détecteurs d’iodure de sodium, qui ajout6es a des impulsions photoelectriques donne
une impulsion correspondant a 1’energie s6lee-
tionn6e par le s6lecteur a une bande. Cet effet a 6t6 étudié derni6rement par Schriber et Hogg [8]. Les
resultats que nous pr6sentons ici permettent de
conclure que l’utilisation d’un cristal annulaire d’anticoincidence am6liore notablement la r6ponse
du spectromètre-somme.
c) La detection de cascades triples dont 1’effet
peut etre étudié, du moins qualitativement, par sa
dependance vis-a-vis de 1’angle solide source-
d6tecteur.
Manuscrit reçu le 1er août 1964.
BIBLIOGRAPHIE . [1] Application de la méthode de Hoogenboom pour l’étude
des cascades 03B3 2014 y. J. Physique (Physique appli- quée), 1964, 25, 203 A. 2014 Étude des cascades 03B3201403B3
dans la capture thermique de neutrons par les isotopes 55Mn, 56Fe, 59Co et 199Hg, J. Physique, 1964, 25, 957.
[2] VERVIER, Pile Neutron Research in Physics, 1962, p.189.
[3] BROSTROM et DRAPER, The review of scientific Instru- ments, 1961, vol. 32, no 9.
[4] GROSHEV et al., Izvest. Akad. Nauk., S. S. S. R., 1963, 27, 1377.
[5] SEGEL, Phys. Rev., 1958, 111, 1620.
[6] DRAPER et FLEISCHER, Nucl. Instr. Mehods, 1960, 9,
67.
[7] BARTHOLOMEW, Communication personnelle.
[8] SCHRIBER et HOGG, Nucl. Instr. Methods, 1964, 26,
141.
