Diffusion élastique et inélastique des protons de 155 MeV sur le carbone

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Submitted on 1 Jan 1960

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Diffusion élastique et inélastique des protons de 155 MeV sur le carbone

J.-P. Garron, J.-C. Jacmart, L. Massonnet, M. Riou, Ch. Ruhla

To cite this version:

J.-P. Garron, J.-C. Jacmart, L. Massonnet, M. Riou, Ch. Ruhla. Diffusion élastique et inélastique

des protons de 155 MeV sur le carbone. J. Phys. Radium, 1960, 21 (5), pp.317-319. �10.1051/jphys-

rad:01960002105031701�. �jpa-00236246�

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de 10 % inférieure à celles données _par les 2 groupes cités. La forme de notre courbe, dans l’intervalle

d’angles considérés est approximativement paral-

lèle à celle de Harvard, ^où da/d Q ^décroît jusqu’à

environ 90° C. M. ; par contre, pour Harwell

da/dQ ^{croît entre 30° et 90°. Toutefois nos résul-}

tats restent compatibles ^{avec ceux des auteurs cités}

de même qu’avec les valeurs théoriques ^{calculées à}

l,’aide du potentiel proposé par Signel ^et

Marshak [6, 7] ; l’arbitraire dans le choix possible

de certains paramètres permettent ^{de faire con-}

corder la courbe théorique ^{avec l’une ou} l’autre des courbes expérimentales. Dans l’état actuel, ^il

semble bien qu’il serait nécessaire de préciser ^{à la}

fois les résultats expérimentaux ^{et les} calculs théo-

riques.

BIBLIOGRAPHIE

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DIFFUSION ÉLASTIQUE ^ET INÉLASTIQUE ^DES PROTONS DE 155 MeV SUR LE CARBONE.

Par J.-P. GARRON, ^J.-C. JACMART, ^L. MASSONNET, ^{M. RIOU et Ch.} RUHLA,

Laboratoire de Physique Nucléaire, ^{Faculté des} Sciences, Orsay.

Résumé.

Nous avons déterminé par télescope à scintillateurs et en fonction de l’angle ^de diffusion, ^entre 5° et 60°, les sections efficaces différentielles de diffusion élastique ^et inélastique

avec excitation du noyau de carbone ^aux niveaux de 4,4-9,6-15 ^{et 20} MeV.

Abstract.

Elastic and inelastic scattering differential cross-sections of 155 MeV protons by

carbon have been studied by ^a scintillation telescope ^{between 5° and 60°.} Excitation levels of 4.4-9.6-15 and 20 MeV have been investigated.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^{ET LE RADIUM TOME} 21, ^MAI 1960, ^{PAGE 317.}

La diffusion élastique ^et inélastique ^des protons

de _moyenne énergie ^{sur le carbone a été étudiée}

par différents auteurs : à 96 MeV [1 , [2], ^{à 185 MeV} [3], ^{à 135 et 95 MeV} [4] ^{et à 68 MeV} [5]. ^Nous

avons repris ^{cette étude à l’aide du} synchro- cyclotron ^{de la} Faculté des Sciences de Paris,

à Orsay, ^{en vue de} préciser ^notamment l’excitation du carbone, ^{à un niveau vers 20 MeV} qui ^a pu être assimilé à celui de résonance géante.

Le dispositif expérimental ^que nous avons utilisé est représenté ^{sur la} figure ^{1 : les cibles} (graphite

de 1 ou 3 mm d’épaisseur, polyéthylène (CH2)n

de 3 mm) ^sont placées ^{dans une chambre à réaction}

sous vide de 70 cm de diamètre, ^fermée par ^une feuille d’aluminium de 0,1 ^mm d’épaisseur. ^L’éner- gie du faisceau de protons ^{à l’arrivée sur la cible}

est de 155,4 ^{MeV et sa section est d’environ 6 cm2.}

Les protons diffusés de grande énergie ^{sont observés}

par ^un télescope placé ^à l’extérieur de la chambre et constitué de trois scintillateurs alignés ^{sur un}

bras mobile autour de l’axe de la chambre. Les deux premiers scintillateurs sont des scintillateurs

plastiques ^{de 37 mm} de diamètre et de 6,6 ^mm d’épaisseur, ^{dont les} impulsions, lorsqu’elles ^{sont en} coïncidence, débloquent l’analyse par ^un sélecteur à 256 canaux des impulsions ^{de la voie} linéaire ; ^le

scintillateur de celle-ci est un cristal de NaI(Tl)

de 44,4 ^{mm de diamètre et} 50,8 ^mm d’épaisseur.

FIG, 1.

Dispositif expérimental.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01960002105031701

318

Cette épaisseur ^étant inférieure au parcours des

protons d’énergie maximum, ^{on a} placé ^{entre les}

deux premiers scintillateurs un ralentisseur de

polyéthylène ^{de 85 mm} d’épaisseur qui ^ralentit

à 97,5 ^{MeV des} protons ^{de 150 MeV.} Ce ralentisseur

présente ^{en outre} l’intérêt d’arrêter les deutons et

particules plus ^{lourdes et} d’accroître la séparation

relative des différentes raies de protons ^{sans les} élargir sensiblement. Le seuil du télescope ^{se situe}

ainsi à 115 MeV. L’ouverture angulaire ^{du téles-}

cope, compte ^tenu de la section du faisceau, ^est

de 20. La figure ² représente ^le spectre ^de protons

FIG. 2.

Spectre ^en énergie ^des protons ^{diffusés à 30°}

par 12C. Ep incidents : 155 MeV. Cible : graphite ^{3 mm.}

diffusés à 30° par ^le carbone (cible ³ mm) ^obtenu

dans ces conditions et en plaçant ^{dans le} synchro- cyclotron ^un diaphragme interne de cuivre rédui-

Les valeurs pour la diffusion élastique ^concordent

aux erreurs expérimentales près ^{avec celles de}

Caverzasio et Michalowicz [6].

La figure ³ représente ^en fonction de l’angle ^de

diffusion dans le laboratoire les sections efficaces diff érentielles élastique ^et inélastiques pour les niveaux de 4,4-9,6-15 ^{et 20 MeV. Les} valeurs abso- lues _pour ces deux derniers niveaux sont assez

imprécises ^{à cause de} l’arbitraire introduit par la

décomposition ^et la déduction du spectre continu,

l’erreur pouvant ^{atteindre 50} %. ^D’autre part, ^les

valeurs aux angles inférieurs à 20° sont assez incer- taines à cause de l’importance ^du pic élastique

sant de moitié l’intensité du faisceau sorti et sa

dispersion ^en énergie ^{à une valeur} pratiquement négligeable par rapport ^à la résolution du téles- cope (1). ^{Celle-ci est} 2,5 % par rapport ^à l’énergie

des protons ^{arrivant sur le} cristal de NaI(Tl) ^et

de 1,6 % par rapport à l’énergie ^des protons ^sortant

de la cible. On peut ^ainsi séparer nettement les raies de diffusion élastique ^et inélastique ^avec

excitation du _noyau de carbone aux niveaux de

4,4-9,6 ^{et 20 MeV.} Notre résolution est insuffisante pour déterminer si cette dernière raie est simple ^ou

double. Par décomposition ^on peut également sépa-

rer la raie correspondant ^au niveau de 15 MeV, ^ou

à des niveaux voisins. On observe, ^de plus, ^un spectre ^{continu vers les basses} énergies ^corres- pondant vraisemblablement aux protons ^{des réac-}

tions _p, 2p ^ou p, pn dont les seuils ^sont à 15,96 ^et 18,72 ^MeV.

L’étalonnage ^en énergie ^{a été effectué} d’après ^la position des raies de diffusion élastique ^{sur le car-}

bone et l’hydrogène ^{d’une cible de} polyéthylène

à 15°, ^{20° et 25°. La} comparaison des intensités de

ces raies, compte ^tenu des sections efficaces de diffusion pp mesurées à 155 MeV par Caverzasio et

Michalowicz [6], permet ^de déterminer les sections efficaces absolues de diffusion élastique ^{sur le car-}

bone à ces angles ^{et de} là, par comparaison ^des

intensités de différentes raies pour ^{une même} inten- sité de protons ^{sur la cible de} carbone, ^{de déter-}

miner les sections efficaces différentielles élas-

tiques ^et inélastiques ^aux différents angles.

Le tableau ci-dessous indique les valeurs des sections efficaces da id ^{(ù en millibarn} par stéradian de diffusion élastique (0) ^et inélastique (niveaux 4,4 ^et 9,6 MeV) ^{obtenues à 0 =} 150, 20°, ^{25° et}

30° (laboratoire) pour des protons ^{de 155 MeV.}

accompagné ^{d’un fond} continu satellite d’énergie

inférieure dû aux réactions dans le scintillateur I Na

(déterminé ^en plaçant ^le télescope ^{dans le faisceau}

direct à faible intensité), du même ordre d’intensité que les raies cherchées. Les sections efficaces inté-

grées ^{6 sont} les suivantes :

Si l’on admet que ^les distributions à différentes

(1).-1 Voir l’exposé nO..10, ^{p. 308.}

319

énergies ^{E sont} fonction du moment K transféré au

noyau, soit ^aux faibles angles

nos valeurs concordent assez bien avec celles des autres auteurs, ^{notamment celles} de la section efficace élastique ^{à 96 MeV} [2], ^{à 135 MeV et}

95 MeV [4]. La section efficace inélastique ^avec

excitation du niveau de 4,4 MeV, ^concorde égale-

ment sauf toutefois à 0 E ²⁵⁰ MeV1/2. degrés

où nos valeurs sont plus faibles que ^les valeurs à

FiG. 3.

Diffusion élastique ^et inélastique ^des protons

sur le 12C. Ep incidents : 155 MeV.

95 MeV et 135 MeV [4] ^et présentent ^{un maximum}

à 250 MeV’/ 2 degrés ^{comme à 182 MeV} [3].

La distribution angulaire ^observée pour l’exci-

tation du niveau de 4,4 ^MeV (transition ^{0+ ~} 2+ )

est en accord avec la distribution calculée [10] ^à partir du mécanisme d’interaction directe et du modèle en couche. On remarquera que la distri- bution observée _pour l’excitation du niveau de

9,6 ^{MeV est très} semblable à celle du niveau de

4,4 ^MeV.

Par ailleurs de premières ^{valeurs aux faibles} angles ^{pour le} niveau de 20 MeV sont apparues nettement plus faibles que celles obtenues ^à 182 MeV [3], ^{mais des mesures} ultérieures ont montré

qu’elles ^sont du même ordre. D’autre part, ^la

distribution observée décroît beaucoup plus ^lente-

ment avec l’angle 6 que la distribution en 6-2 cal- culée par Kawai ^et Terasawa [11] ^en supposant que l’excitation est dipolaire électrique ^{et se} produit uniquement par interaction coulombienne ; ^au-

dessus de 10° l’excitation serait donc due essentiel- lement à une interaction nucléaire, ^comme pour les autres niveaux.

L’énergie ^du niveau excité par diffusion de pro- tons de grande énergie (20 + 0,5 ^{MeV si on} suppose

un niveau unique) paraît inférieure à celle de la résonance géante ^observée par réaction

11B(p, y)12C [7], [8] (22,5 ^{MeV avec} indication de niveaux à 21,4 ^et 22,1 MeV) ^ou par réaction

12C(y, n)11C [9]. L’excitation de ce niveau ne

pourrait ^être appréciable qu’aux ^faibles angles, ^de

l’ordre de 10°.

Nous avons obtenu des valeurs préliminaires ^à

0

20°, 30°, ^{40° et 50°} pour des protons ^incidents

de 100 MeV, ^en ralentissant le faisceau primaire

avant les lentilles de focalisation _par un écran de

graphite ^{de 10} g/cm2 ^{et en utilisant le} télescope

sans ralentisseur de polyéthylène. ^{Les sections}

efficaces obtenues _pour les 5 raies, élastique ^{et iné-} lastiques, concordent avec celles ^{obtenues à 155 MeV}

pour ^une même valeur de 6 E.

Des mEsures sont en cours sur la corrélation

angulaire ^{entre les} protons ^diffusés inélastiquemeni

avec excitation du niveaude 20 MeV, ^{et les} protons

de désexcitation de ce niveau.

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