Étude du mécanisme des réactions nucléaires induites par particules α de haute énergie I. Réactions 206Pb(α, xn)210-xPo

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Submitted on 1 Jan 1969

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Étude du mécanisme des réactions nucléaires induites par particules α de haute énergie I. Réactions 206Pb(α,

xn)210-xPo

R. Bimbot, H. Jaffrezic, Y. Le Beyec, M. Lefort, A. Vigny-Simon

To cite this version:

R. Bimbot, H. Jaffrezic, Y. Le Beyec, M. Lefort, A. Vigny-Simon. Étude du mécanisme des réactions

nucléaires induites par particules α de haute énergie I. Réactions 206Pb(α, xn)210-xPo. Journal de

Physique, 1969, 30 (7), pp.513-520. �10.1051/jphys:01969003007051300�. �jpa-00206811�

ÉTUDE

DU

MÉCANISME DES RÉACTIONS NUCLÉAIRES

INDUITES PAR

PARTICULES

^03B1 DE HAUTE

ÉNERGIE

I.

RÉACTIONS 206Pb(03B1, xn)210-xPo

Par R.

BIMBOT,

^H.

JAFFREZIC,

^{Y. LE}

BEYEC,

^{M. LEFORT et A.}

VIGNY-SIMON,

Laboratoire de Chimie Nucléaire, Institut de Physique Nucléaire, Orsay.

(Reçu

^{le 18 avyil}

1969.)

Résumé. 2014 Dans le cadre d’une étude

générale

^du mécanisme des réactions nucléaires induites par ^les

particules

^{03B1 sur des noyaux lourds, cet} article donne les résultats

expérimentaux

obtenus pour les réactions

206Pb(03B1, xn)210-xPo,

pour x ⁼ 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, ^{12 entre 40} et 150 MeV. Les

premières

conclusions que ^l’on

peut

tirer sont les suivantes :

La somme des sections efficaces des réactions

(03B1, xn)

^ne

représente,

^{au-dessus de 60 MeV,}

qu’une partie

relativement faible de la section efficace

inélastique

^{totale. Même si on lui}

ajoute

la section efficace du processus ^de fission

qui

^se

produit

^{au détriment de ces} réactions, ^{on n’atteint} pas, au-dessus de ¹⁰⁰ MeV, ^{la moitié de la} section efficace

inélastique

^totale.

De

plus,

^en utilisant les calculs

théoriques d’évaporation,

^on

peut décomposer chaque

fonction d’excitation en un

pic

attribuable à un processus de formation de noyau

composé

et une traîne à haute

énergie

^{dont le mécanisme est différent}

(processus

^«

direct »).

Cette

décomposition permet

^{de calculer une valeur}

approchée

^{de la} section efficace de formation d’un noyau

composé.

^{Ici encore on trouve une} valeur bien inférieure à la section efficace

inélastique

^totale

(rapport

^{0,4 à 80}

MeV),

^ce

qui

^{donne une}

probabilité

élevée pour les processus directs. En ^ce

qui

concerne ces processus, ^{on a} pu ^montrer

qu’une

interaction directe

quasi élastique

^du

type (03B1, n)

^{suivie de}

l’évaporation

de neutrons ne

peut expliquer

entièrement la traîne des fonctions d’excitation

(03B1, xn)

^{à haute}

énergie.

Un second article donnera les sections efficaces

expérimentales

^{des réactions}

Pb(03B1, pxn)Bi

et une étude

plus

détaillée des mécanismes de réaction.

Abstract. ²⁰¹⁴ As a first

step

^{in a more}

general study

^of 03B1-induced reactions ^on

heavy

nuclei, excitation functions have been measured from 40 to 150 MeV for the reactions

206Pb(03B1, xn)210-xPo,

^{with x up to 12,}

by

^induced

activity

^methods.

The

experimental

cross-sections for each of the individual reactions were added, ^{and the}

sum is

compared

^{with the}

optical

^model total cross-section. This

comparison

^{shows that,}

above 60 MeV,

(03B1, xn)

^{reactions account for a} small fraction of the total inelastic cross-section.

Even ^if the fission cross-section is added, ^the value obtained is less than 50

%

of the inelastic cross-section above 100 MeV.

Secondly,

theoretical

evaporation

calculations have been used to estimate, in each of the individual reaction, ^the

part

^{which can} be attributed to a

compound-nucleus

^mechanism,

and the same method has

given

^{the total} cross-section for the formation of ^a

compound

^nucleus,

which

corresponds

^{to a}

probability

of 0.4 at 80 MeV. Therefore the

non-compound

^nucleus

mechanism is

important,

^{as it is shown}

by

^the

non-compound

^nucleus

part

^of

(03B1, xn)

^excitation

functions.

An

attempt

^{was made to}

explain

^this

part by

^an

(03B1, N)

knock-out followed

by

the evapo- ration of

(x 2014 1)

^{neutrons. It was} found that this mechanism cannot

entirely explain

^the

high

energy tails observed.

In a second paper will be

given

^the

experimental

cross-sections of

Pb(03B1, pxn)Bi

^reactions,

and a more detailed

study

of the reaction mechanisms.

La

possibilit6

d’utiliser le

synchrocyclotron

^{de la}

Faculte des Sciences

d’Orsay

pour acc6l6rer des par- ticules

alpha jusqu’a

^une

energie

de 167 MeV nous a

permis

d’aborder 1’etude des reactions nucl6aires in- duites _par ces

particules

^{dans un domaine}

qui, jusqu’a présent,

n’a pas ^ete

explore.

^En

^effet,

^{les travaux}

publies

^{sur ce}

sujet

^{ont trait aux} reactions induites par des

particules alpha d’energie

inferieure a 100 MeV.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE. ^- T. 30. N° 7. JUILLET 1969.

Parmi les nombreux auteurs

qui

^{ont étudié ces}

r6actions,

^on

peut

^{citer tout d’abord ceux}

qui

^ont

mesure les sections efficaces des reactions

(a, xn),

comme

Kelly

^et

Segr6 [1] Bi(a, xn)At, John [2]

Pb (a, xn) Po, Vinciguerra

^{et al.}

[3]

^{et Blann et Lanza-}

fame

[4] Au (oc, xn) Tl,

^Furukawa

[5] La (a, xn) Pr, Demeyer et

^al.

[6] Ho(x, xn)Tm

^et

Er(oc, xn)Yb.

Divers auteurs ont abord6 1’6tude des reactions

33

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01969003007051300

514

induites _par les

particules alpha

^en utilisant d’autres

m6thodes,

^{et en}

particulier

par 1’examen des distri- butions

angulaires

^des

particules

^{6mises au cours de}

ces reactions. C’est le cas par

exemple

de Sidorov

[7]

(distribution angulaire

^{des neutrons 6mis au cours de}

reactions sur le cobalt et le

nickel);

Hurwitz et al.

[8]

(distribution

^des protons ^{6mis au cours} des reactions

Mo(a, p)

^et

Rh(a, p));

^West

[9] (reactions

^{sur des}

noyaux de masse

comprise

^{entre 60 et}

200,

distributions

angulaires

^des

protons 6mis)

^{et Svenson et Gruhn}

[10]

(distribution

^des

protons emis).

Le but de ces auteurs était de tester la validite de la theorie

statistique

^de

l’évaporation.

^{I1 ressort de tous}

ces travaux que le seul mecanisme « formation du noyau

compose

^suivi

d’6vaporation

^de

particules » n’explique qu’en partie

les resultats

experimentaux.

Le d6saccord ^entre les calculs

d’6vaporation

^{fond6s sur}

la theorie

statistique

^et

1’experience

^{est de}

plus

^en

plus

net si

Fenergie

^des

particules alpha

incidentes croit.

Pour rendre

compte

^{des resultats}

experimentaux,

il faut donc

imaginer

l’intervention d’un processus

autre que le « noyau

compose

^{». Svenson et}

Gruhn,

par

exemple,

^{utilisent un mod6le}

propose

par Izumo

[11]

(modele d’6quilibre partiel).

^{D’autres auteurs} pensent

plutot

^{a un} type d’interaction directe entre la

particule alpha

^{et un ou}

plusieurs

nucl6ons du _noyau cible.

Afin de recueillir un

grand

nombre d’informations

sur les diff6rents mecanismes

possibles,

nous avons

entrepris

l’étude des reactions nucl6aires suivantes induites sur des

isotopes

^de

plomb :

Riactions

2o6pb(a, xn)210-xpo.

^{- Elles} peuvent ^se

produire

^soit par ^un processus de _noyau

compose,

^soit

par ^un processus ^«

direct »,

^{ce terme}

designant

^de

facon g6n6rale

tout autre mecanisme _que la formation d’un noyau

compose.

^{Le choix de cet}

isotope

^de

plomb

^{a 6t6}

determine _par le fait _que les reactions

2°9Bi (p, xn) 21o-xpo

ont

deja

ete 6tudi6es au laboratoire

[12].

^Le noyau

compose

^{2lopo et les}

isotopes

^{mesures 6tant les}

^memes,

on peut ainsi faire une

comparaison

^{directe entre les}

deux

types

de reactions. En

particulier,

les calculs

th6oriques

concernant

1’evaporation

^de

particules

^a

partir

^du noyau

compose

^{sont les memes.}

Riactions

208Pb(cx, xn)212-xpo.

^{- La}

comparaison

entre les fonctions d’excitation de ces reactions et des

pr6c6dentes,

^en

particulier

^{en ce}

qui

^concerne

l’ampli-

tude du

pic correspondant

^{a un} mecanisme de _noyau

TABLEAU I

CARACTERISTIQ,UES

^{DES ISOTOPES DE POLONIUM}

[15]

* Ce nombre n’est pas ^a

proprement parler

^le

rapport

d’embranchement

(voir texte).

TABLEAU II RESULTATS EXPERIMENTAUX

516

compose, permettra

d’obtenir certains

renseignements

sur la

competition fission-evaporation

lors de la d6sexcitation des _noyaux de

polonium.

Riactions

2°sPb(a, pxn)209-XBi

^et

208 Pb(o,., pxn)211--"Bi.

- Dans ces

reactions,

la contribution d’un _processus de _noyau

compose

^est

^faible,

^en raison de la faible

probabilite d’6vaporer

^un

proton.

Nous pensons donc

pouvoir

^{ainsi isoler} les processus directs ^et mieux determiner leur

importance

^{et leur nature.}

Cet article a pour

objet

^{de donner} les resultats

exp6-

rimentaux concernant les reactions

206Pb (oc, xn)210-0153po

et les

premi6res

conclusions _que l’on

peut

^{tirer de ces} résultats. Dans ^un second article seront

publi6s

^les

resultats des ^{autres mesures et une} 6tude

plus

^d6taill6e

des mecanismes des reactions.

Méthodes

expérimentales.

^- Les cibles 6taient des feuilles minces

(15 Mg/CM2)

^{de 2o6pb}

isotopiquement s6par6,

^de

puret6 ^96,2 %.

Elles 6taient irradi6es _par le faisceau interne du

synchrocyclotron.

L’intensit6 du faisceau était mesur6e _par

monitorage, grace

^{a la}

reaction

19?Au(u, an)l9sAu

induite dans une feuille d’or

alignee

^avec la cible de

plomb.

La section efficace absolue de cette reaction a 6t6 mesur6e par Blann et

Lanzafame

[4] jusqu’a

^{100 MeV et} par Bimbot et

Le

Beyec [13] jusqu’a

^{160 MeV.}

En

principe,

connaissant la distance R du bord de la cible au centre de la

machine,

^{on en} deduit par le calcul

1’energie

^des

particules

bombardant la cible.

Mais,

du fait des oscillations de

phase

^et des oscillations

bétatroniques,

^{la cible ne}

reçoit

pas ^un faisceau de

particules monoénergétiques.

^{Une 6tude}

eXpérimentale

faite ^au laboratoire a montre _que

1’energie

moyenne des

particules

reçues ^est inferieure de 14

%

^a

1’energie

nominale d6finie par le rayon. De

plus,

^en

plaçant

^la

cible en retrait par rapport ^{a un écran d6bordant} de 2 _mm, la definition de

l’ énergie

^{est meilleure et le}

flux sur la cible elle-meme est r6duit de

façon impor-

tante, ^ce

qui

^{est tres} favorable 6tant donne le

point

^de

fusion relativement bas du

plomb. ^Enfin,

^{nous nous}

sommes

assures,

par ^une m6thode

expos6e

par ail- leurs

[13],

que le faisceau de

particules

^{a n’6tait} pas

pollu6

par des

deutons,

les conditions d’acceleration de deutons _par le

synchrocyclotron

^{6tant en effet tres}

voisines de celles des

particules alpha.

Les

isotopes

^de

polonium

form6s par reaction

(a, xn)

et leurs

caractéristiques

^de

désintégrations

^sont

indiqu6s

dans le tableau I

[14].

^{En ce}

qui

^{concerne les iso-}

topes 203,

^{201 et 199}

qui présentent

^{un 6tat}

isom6rique

a vie assez

longue,

les valeurs d’embranchement

port6es

dans le tableau

repr6sentent

^le

rapport

^{du nombre de}

noyaux ^se

d6sint6grant

^{en 6mettant la}

particule

^{a consi-}

d6r6e au nombre total de _noyaux du meme

isotope (groupant

^{les deux}

isom6res) presents

^au

temps

^{0. Ce} n’est donc _{pas a}

proprement parler

^un

rapport

^d’em-

branchement, puisque

^le

rapport

^de

production

^des

deux isomères intervient dans ce nombre.

Cependant,

nos mesures ont montre _que dans nos

experiences (oc, xn)

le

rapport

^de

production

des deux isom6res est le meme que dans les reactions

(p, xn) grace auxquelles

^ces

valeurs d’embranchement ont ete 6tablies

[15].

^L’utili-

sation de ces valeurs

permet

donc d’accéder a des sections efficaces correctes pour la somme des deux isomeres.

La

separation chimique

^du

polonium

^a ete effectuee selon une m6thode

deja

^{utilis6e lors de 1’etude des}

reactions

(p, xn)

^dans le bismuth et

qui

^{consiste en un}

depot spontan6

^sur argent, ^a

partir

d’une solution

nitrique

^{maintenue a} 95 OC. En effectuant quatre

depots

successifs d’une duree de 10 _mn, 1’extraction du

polonium

^est

pratiquement

totale. Les mesures

d’activité

alpha

^ont ete faites a 1’aide de d6tecteurs a

jonction

^{au silicium et} la resolution

globale

^{de 1’en-}

semble de

comptage

^{était de} l’ordre de 25 keV _pour les

energies

^des rayonnements ^mesures.

TABLEAU III RESULTATS EXPERIMENTAUX REACTION

206Pb(cx, 5n)205po

Rdsultats

expérimentaux

^et

interprdtation.

^{- Nous}

avons rassemblé dans les tableaux II et III les valeurs de sections efficaces a

partir desquelles

^{sont obtenues}

les fonctions d’excitation

port6es

^{sur les}

figures

^{1 et 2.}

FIG. 1. ^- Fonctions d’excitation

expérimentales

^des

r6actions

(oc, xn) :

8,

206Pb((X, 2n)20SPo ;

^*,

206Pb(,x, 6n)204po

0,

206Pb((X, 4n)206Po ;

^X,

206Pb(oc, 7n)203po

8,

206Pb(oc, 5n)205po ;

^6,

206Pb((x, 8n)202po

FIG. 2. ^- Fonctions d’excitation

exp6rimentales

^des

reactions

(a, xn) :

0,

2ospb(a, 9n)201Po ;

^*,

206Pb(oc, 11n)199Po

.,

206Pb( ex, 10n)200po

^0,

206Pb( ex, 12n)19SPo

Deux

caracteristiques importantes apparaissent

^sur

ces courbes : d’une

part,

^le

pic correspondant

^au noyau

compose

^est

particulierement important

^{avec une lar-}

geur a mi-hauteur d’environ 20 MeV. D’autre part, ^a haute

6nergie,

les sections efficaces sont encore relative-

ment

6lev6es,

^ce

qui

^{se traduit} par ^une traine s’étendant loin au-dela du

pic

^de noyau

compose.

Dans ce

qui suit,

^nous allons d’abord montrer

l’importance

relative des reactions

(oc, xn)

par rapport

aux autres types de reactions en comparant ^{la somme} de leurs sections efficaces a la section efficace

in6lastique

totale.

Puis,

pour ^une reaction

(a, xn) individuelle,

nous discuterons des mecanismes

possibles (noyau

^com-

pose,

interaction

directe)

^a

partir

^d’une

comparaison

de sa fonction d’excitation avec celle de la reaction

(p, xn) correspondante.

a)

^{SOMME DES} SECTIONS EFFICACES

(«, xn).

^COMPA-

RAISON AVEC LA SECTION EFFICACE

INELASTIQUE

^TOTALE.

- La section efficace

in6lastique

^totale

repr6sente

^la

somme de toutes les reactions nucl6aires

possibles.

^En

premiere approximation,

^on

peut

considerer _que les seules reactions entrant en

ligne

^de compte ^{sont les} reactions

(a, xn), (oc, p xn), (oc, a xn)

^et la fission

(a, f ) .

Sur la

figure 3,

nous avons

report6

les valeurs des sections efficaces _que nous connaissons :

La courbe 1 est la section efficace

in6lastique

^totale

(a

⁺

206Pb)

calcul6e par

Khodaï-Joopari [15]

^suivant

le modele

optique

^de

Huizenga

^et

Igo [16].

La courbe 2 est la section efficace de fission du 206Pb _par les

particules

^{u mesur6e} par le meme auteur

[16].

La courbe 3 ^est la somme des reactions

(x, xn) d’apres

^{nos resultats}

experimentaux.

Les valeurs de la section efficace de

production

de 2°?Po utilis6e dans cette somme ont ete estim6es _par

interpolation d’apres

les courbes voisines.

La courbe 4

repr6sente

^{la somme} des courbes 2 et 3

et la difference ^entre les valeurs ainsi obtenues et la

FIG. 3. ^-

Comparaison

de la section efficace

inelastique

totale

(courbe 1)

^avec la section efficace de fission

(courbe 2)

^{et la somme} des sections efficaces des reactions (a,

xn) (courbe 3).

^{La courbe 4 est la somme}

des courbes 2 et 3. L’6cart entre cette courbe et la courbe 1

repr6sente

^{la somme des reactions}

(a, pxn)

et

(a, cxxn)

^se

produisant

presque exclusivement par interaction directe.

section efficace

in6lastique

^totale

repr6sente

^{les reac-}

tions

(tJ.., p xn)

^et

(a, tJ.. xn).

Cette diff6rence est tr6s

importante (de

1’ordre de 1 500 mb a 120

MeV),

^ce

qui

^conduit a penser que la

probabilite

^des processus directs est loin d’etre

n6gligeable

^{a des}

energies sup6-

rieures a 60 MeV.

En utilisant _pour les sections efficaces des reactions

(a, ocxn)

^{les valeurs mesurées} par Blann et Lanza- fame

[4]

^{sur un} noyau

voisin, l’or,

^on peut ^{acc6der a} la somme des sections efficaces des reactions

(a, p xn), not£e Xl (u,

p

xn) :

Y- (,x, p xn) :::::::: - [E (cx, xn)

⁺

E (cx, axn)

+

cr(a, f)].

Le r6sultat est

port6

^{sur la}

figure

^{4 ou on a}

6galement

trace la somme des reactions

209Bi (p, p xn)

^obtenue

FIG. 4. ^-

Importance comparee

^{des reactions} (p, p xn)

et

(a,

p xn).

2:(p, p xn) represente

^{la somme des sections}

efficaces des reactions

2°9Bi(p,

p

xn)

^{209-xBi obtenue}

exp6-

rimentalement

[12]. E(a, p‘xn) represente

^{la somme des}

sections efficaces des reactions

206Pb (oc, pxn)209-XBi

^esti-

m6e

d’apres

^les references [4] ^et [15] ^{et ce travail.}

518

exp6rimentalement [12].

^{On constate} que la section efficace

totale E(cx, p xn)

^est

importante.

^{A 100}

MeV,

elle est de l’ordre de 1 000

mb,

c’est-a-dire du meme ordre de

grandeur

que la section efficace totale

E(p, pxn)

^{sur 209Bi}

(900

^{mb a 100}

MeV).

b)

^{MECANISME DES REACTIONS}

(a, xn).

COMPARAISON

AVEC LES REACTIONS

209Bi(p, xn)210-,,,Po.

^{- Les reac-}

tions _par

protons 209Bi(p, xn) 21o-xpo

^ont ete bien d6- crites _par un mecanisme base sur le mod6le de reaction

en deux

6tapes.

^{Dans un}

premier ^stade,

^le

proton

incident subit ^un certain nombre de chocs

elastiques

avec les nucl6ons du _noyau

cible,

^{un ou}

plusieurs

nucl6ons

pouvant acqu6rir

^assez

d’6nergie

pour etre

projetés

^{hors du noyau.}

Apr6s

^ces

interactions,

^on

obtient un noyau résiduel avec une certaine

energie

d’excitation

qui

^se

r6partit thermodynamiquement

^sur

1’ensemble des

nucléons;

1’emission de neutrons ou de

particules charg6es

^se fait ensuite _par «

evaporation

^».

Les fonctions d’excitation des reactions

(p, xn) peuvent

etre ainsi

d6compos6es

^en

plusieurs parties ( fig.

⁵

b)

rIG. 5. ^- Mecanismes

compares

^{des reactions}

(a, 6n) et (p, 6n) :

a) («, 6n) :

^{1, Courbe}

experimentale ;

^{2, Mecanisme}

de noyau

compose ;

^1-2, Mecanismes « directs »

(courbe

obtenue par difference des ^deux

premieres) .

b) (p, 6n) :

^{1, Courbe}

experimentale ;

^{2, Mecanisme}

de noyau

compose ;

^3, Mecanisme d’interaction directe

(p, N)

^{suivie de}

l’evaporation

de 5 neutrons.

et l’on

peut distinguer

^nettement la contribution du processus de _noyau

compose

de celle des cascades d’interaction directe

(P, N(x - 1) n).

Les courbes _por- t6es sur la

figure

^{5 b sont} le r6sultat de calculs de type Monte-Carlo

[12-17].

On

peut

penser a ^une

decomposition analogue

pour les fonctions d’excitation des reactions

(x, xn), qui présentent

^une allure tres semblable a celle des reac- tions

(p, xn).

^{En ce}

qui

^concerne le mecanisme

d’évapo- ration,

^{il est}

identique

^a celui des reactions par

protons,

le _noyau

compose

^{forM6 2lopo 6tant} le meme dans les deux cas. Par contre, le traitement de l’interaction directe

pr6sente

des difficultes car on ne sait pas si

l’approximation

^de

l’impulsion

^{est encore}

applicable

au choc d’une

particule alpha

^{sur un neutron du}

noyau cible.

A

partir

des courbes

experimentales,

^on peut ^tenter d’isoler la

partie

^« noyau

compose »

de celle dite

« d’interaction directe ». Considérons par

exemple

^la

fonction d’excitation de la reaction

(tJ..,6n)

^{sur la}

figure

^{5 a.}

D’apres

les resultats de calculs

d’6vaporation

effectu6s a

partir

^de noyaux excites de

210pO,

^{avec un}

parametre

de densite de niveaux ^{a =}

15,

^on

obtient, apres

normalisation a la valeur maximale de la section efficace de la reaction

206Pb(tJ.., 6n),

^{une bonne}

approxi-

mation de la contribution du _processus de _noyau

compose.

La courbe obtenue ^est not6e 2. Par soustrac-

tion de ^cette courbe a la courbe

eXpérimentale 1,

on peut ^{tracer la courbe}

(1-2) repr6sentant

^{la contri-}

bution des _processus directs.

En effectuant une

decomposition

^semblable pour 1’ensemble des fonctions d’excitation

experimentales,

nous pouvons determiner une valeur

approximative

de la section efficace totale de formation d’un _noyau

compose.

En

effet,

la section efficace d’une reaction

(oc, xn)

^se

produisant

par noyau

compose

^est

6gale

^au

produit

de la section efficace de formation d’un _noyau

compose a(NC)

par la

probabilite qu’a

^ce noyau

compose d’6nergie

d’excitation E*

d’évaporer

^exactement

x neutrons :

Les fonctions

P(E*, xn) peuvent

^{etre obtenues} par le

calcul,

^{et en}

prenant

la valeur maximale de

sNC(a, xn)

à

laquelle correspond

le maximum de

P(E*, xn),

^on

peut

ainsi acc6der a

a(NC)

pour

1’energie

^{incidente E}

correspondant

^{au maximum de la} fonction d’excitation.

Si on

dispose

^de

plusieurs

^courbes

(a, xn),

^on

peut

determiner la variation de

a(NC)

^avec

1’energie.

Dans notre cas, ^une difficult6

surgit

^{du fait que la}

fission est un mode de d6sexcitation

possible

^{dont il}

n’est _pas ais6 de tenir compte ^{dans le} calcul de

P(E*, xn).

Pour surmonter cette

difficulty

^{nous avons}

s6par6

^le

terme

cr(NC)

^{en deux}

parties : cy(NC, f) repr6sentant

la section efficace du _processus de fission du _noyau

compos6,

^et

a(NC-f)

la section efficace de formation d’un _noyau

compose

^ne fissionnant _{pas par} la suite.

Le calcul

precedent

^nous permet ^{d’accéder a}

6 (NC-f )

qui repr6sente

^une borne inferieure de

a(NC).

^Une

borne

superieure

^{nous est donnee en}

ajoutant

^a

a(NC-f)

la totalite de la section efficace de fission

6(a, f).

^La

valeur ainsi obtenue est

trop

^{forte car certains cas de} fission peuvent ^{succ6der a un} mecanisme direct.

Cepen- dant,

^{a faible}

6nergie,

les deux determinations condui-

sent a des valeurs assez voisines de ^sorte _que Fen peut estimer a environ 850 mb la section efficace du _noyau

compose

pour ^une

energie

de 70 MeV. Ceci

correspond

a une

probabiIité

^de

produire

^le noyau

compose

^de

0,4 environ,

les evaluations

th6oriques

^{dans le cas de}

reactions _par proton conduisent a une valeur de

0,25.

L’écart entre ces deux

probabiIités

^n’est pas tres

grand

et il y ^a donc lieu

d’envisager

^comme pour les protons

une contribution

importante

^{des autres} processus d’interaction.

Sur la

figure

^{5 a, on voit que} la section efficace du

ou des _processus d’interaction directe

prend

^{une valeur}

importante

pour ^une

energie 16g6rement sup6rieure

^à

celle du maximum du noyau

compose. ^Ensuite,

^elle

d6croit lentement mais conserve n6anmoins des valeurs notables

jusqu’aux

^{tres hautes}

energies.

Nous allons

tenter

d’expliquer

^ces

caractéristiques

par ^un m6ca- nisme de cascade

(a, N)

^{ou la}

particule

^a conserverait

son

individualité,

^mecanisme

identique

^{aux cascades}

d’interaction directe

(p, N) quand

^le

projectile

^{est un}

proton.

Pour

cela,

^{il est utile de connaitre} la distribution des

energies

d’excitation des _noyaux residuels

apr6s

^cas-

cade

(u, N).

Afin de determiner 1’allure de cette distri-

bution,

nous avons utilise une courbe

expérimentale

^don-

nant la section efficace différentielle de diffusion 61as-

tique

^de protons ^{de 30}

MeV,

par des _noyaux d’h6lium

en fonction de

l’ angle

6 de diffusion des

protons

^{dans le}

systeme du

^{centre de masse}

(dajdQ

⁼

f(6)) [18].

^Nous

avons assimil6 le choc

(p, oc)

^{au choc}

(n, cx),

^{la masse}

du neutron 6tant voisine de celle du proton ^{et la}

r6pul-

sion coulombienne etant consideree comme

n6gligeable

par rapport ^a

l’ énergie cin6tique

^du proton ^incident.

Le choc

elastique

^{d’un neutron de 30}

MeV,

^{sur une}

particule

^{a au repos, est}

equivalent

^au choc d’une

particule

^cx de 120 MeV sur un neutron au repos

(dans

^le

systeme

^{du centre de}

masse).

^On

peut donc,

en transformant la courbe

da/dQ

⁼

f(O),

^{obtenir la}

distribution en

energie

^{dans le}

systeme

^du laboratoire des neutrons 6mis au cours des chocs

(oc, N)

^ou

Ea

⁼ 120 MeV. On _passe ensuite _par soustraction a la distribution des _noyaux residuels en

portant

^en abscisses

1’energie

d’excitation E*. La

figure

^{6 donne}

1’allure des courbes obtenues.

L’énergie

d’excitation maximale du _noyau 209Po ^est

1’energie

d’excitation du noyau

compose qui

serait form6 _par fusion de la _par- ticule u de 120 MeV avec le _noyau 206Pb diminu6e de

1’energie

de liaison du dernier neutron dans le

polo-

nium 210. Soit E* N 108 MeV. Cette courbe montre

qu’il

^doit y avoir une tres

grande proportion

^de

noyaux residuels ayant ^une

energie

d’excitation 6lev6e.

En utilisant les courbes donnant les

probabilités

FIG. 6. ^- Distribution en

energie

d’excitation des noyaux de 2o9Po resultant de cascades

(a, N)

^sur

2ospb.

d’6vaporation

^{des neutrons a}

partir

^du noyau 209po et

la courbe obtenue

pr6c6demment,

nous avons calcule les sections efficaces relatives des reactions

a 120 MeV. Si 1 est la section efficace de la

premiere reaction,

^{on trouve} pour les deux autres

respective-

ment 5 et 11.

Or,

les sections efficaces de

production

des

isotopes 2o4po,

^{203Po et 2°2Po sont} seulement dans les

rapports 1,1,5

^{et 2. La} section efficace de

production

de 204Po n’est donc _pas aussi faible _que ne le laisse supposer le calcul base sur cette

hypothese.

Cependant,

^{il faut} remarquer que la distribution des noyaux residuels a 6t6 obtenue en consid6rant un

choc

(a, N)

^{sur un neutron sans vitesse initiale. De}

plus,

on suppose que le neutron issu du choc

(x, N)

^sort

du _noyau sans subir de choc avec d’autres nucl6ons du _noyau.

Mais,

^{6tant donne} que le libre _parcours moyen des

particules alpha

dans la matiere nucl6aire doit etre

faible,

^on

peut

penser que les chocs efficaces

(a, N),

c’est-a-dire conduisant a la

projection

^du

neutron hors du _noyau, se

produiront

^{dans une zone}

externe la ou

l’ énergie cin6tique

interne des neutrons est la

plus

^{faible. La} courbe de distribution en

energie

des _noyaux residuels ne devrait donc _pas en etre notablement d6form6e. De

plus,

^{si le} neutron sort

apr6s

un choc avec un autre

nucl6on,

^son

energie

^sera

plus

faible ^et ce processus rend encore

plus probable

^1’emis-

sion de ^neutrons de faible

6nergie,

^et par

consequent

accentue le d6saccord avec

1’experience.

La forme de cette distribution des _noyaux residuels donnant une forte

probabilite

^{d’avoir une}

energie

d’excitation voisine de celle du _noyau

compose

^favorise

1’elargissement

^des

pics

de noyau

compose

^et

explique

des valeurs de section efficace encore

importantes

jusqu’a

^{40-50 MeV}

après 1’energie

^de la valeur maxi- male des fonctions d’excitation.

Cependant,

^bien que la distribution des _noyaux residuels

apr6s

^cascades

(a, N)

520

soit tres

approximative,

^on peut penser que les valeurs relativement

grandes

^{de section efficace} pour des 6ner-

gies

de bombardement bien

sup6rieures

^{a celle de}

formation du _noyau

compose

^sont difficilement

expli-

cables _par un choc d’interaction directe

(oc, N)

^suivi

d’6vaporation

^{de neutrons, meme si l’on tient} compte des

quantités

^{de mouvement} des nucl6ons a l’int6rieur du _noyau.

11 faudrait alors

envisager

^un type d’interaction

plus complexe,

^{et il est}

probable qu’a energie

suffisamment 6lev6e la

particule

^{oc ne conserve} pas

longtemps

^son

individualite a l’int6rieur du _noyau cible.

L’ensemble de ce travail ^a mis ^en evidence le fait que, pour des

energies sup6rieures

^{a 60}

MeV,

^{les m6ca-}

nismes directs prennent ^une

importance

inattendue _par rapport ^{au mecanisme de} noyau

compose.

^{Les reac-}

tions du

type (oc, p xn)

actuellement a 1’6tude devraient donc avoir une section efficace ^assez

grande.

^De

plus,

la contribution d’un _processus de _noyau

compose

6tant faible dans ces

reactions,

elles devraient permettre de mieux 6tudier ces mecanismes d’interaction directe.

Les resultats

experimentaux

^{obtenus et} des conclusions

plus

d6taill6es sur les mecanismes de reaction feront

l’objet

^d’un

prochain

^article.

Nous tenons a remercier C.

Deprun

pour ^sa colla- boration a la

partie eXpérimentale,

^ainsi que

1’6quipe

de conduite du

synchrocyclotron.

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