Propriétés statistiques de l'interaction des neutrons de résonance avec les noyaux moyens et lourds - I. Progrès de l'appareillage

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Submitted on 1 Jan 1963

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Propriétés statistiques de l’interaction des neutrons de résonance avec les noyaux moyens et lourds - I. Progrès

de l’appareillage

G. Bianchi, J. Colmin, C. Corge, V.-D. Huynh, J. Julien, J. Morgenstern, F.

Netter, M. Vastel

To cite this version:

G. Bianchi, J. Colmin, C. Corge, V.-D. Huynh, J. Julien, et al.. Propriétés statistiques de l’interaction

des neutrons de résonance avec les noyaux moyens et lourds - I. Progrès de l’appareillage. Journal de

Physique, 1963, 24 (11), pp.990-993. �10.1051/jphys:019630024011099001�. �jpa-00205702�

en contradiction avec le dédoublement de la fonc- tion densité rI/Dl ^au voisinage ^{de A}

¹⁰⁰ [3].

Détection des petits ^niveaux.

^D’autres expé-

riences plus précises faites afin de mettre en évi-

dente ^ces petits ^{niveaux ont} permis de détecter

de résonances à 80,0

83,5

108,6

²³¹

30É - ^{312 et 724} eV, avec, pour les 3 premières résonances, les valeurs approximatives ^suivantes

de 2g ^{rn :} 0,003

0,015

0,012 ^{meV. Nous men-}

tionnons également l’existence probable ^{de réso-}

nances à 200

281 - 352 et 463 eV. Ceci ^con- firme donc le manque de petits niveaux constaté dans la distribution des t.

Détermination des paramètres des résonanees. - Elle est en cours, ^au moyen de l’analyse ^{de forme}

par ^une méthode de moindres carrés utilisant un

calculateur IBM 7090 ; le programme inclut l’effet

Doppler ^{et la} résolution expérimentale. Les pre- miers résultats sont donnés dans le tableau I.

BIBLIOGRAPHIE

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PROPRIÉTÉS STATISTIQUES ^DE L’INTERACTION DES NEUTRONS DE RÉSONANCE AVEC LES NOYAUX MOYENS ET LOURDS

I. PROGRÈS DE L’APPAREILLAGE.

Par G. BIANCHI, ^J. COLMIN, ^C. CORGE, V.-D. HUYNH, J. JULIEN, J. MORGENSTERN,

F. NETTER et M. VASTEL,

Centre d’Études Nucléaires de Saclay, Seine-et-Oise.

Résumé.

^Les expériences ^de temps-de-vol de neutrons à l’accélérateur linéaire de Saclay

ont été poursuivies

^cherchant particulièrement ^à déterminer les valeurs de la largeur ^de

radiation 039303B3 des résonances. Les progrès ^{récents de} l’appareillage ^ont porté ^sur

accroissement de la résolution en temps-de-vol (0,5 nanoseconde/mètre) ^et l’utilisation de deux nouveaux détec- teurs de rayonnement gamma,

grand scintillateur liquide sphérique ^et

ensemble à haute résolution formé d’un cristal scintillant central et d’une couronne scintillante montée en coïnci- dence.

Abstract.

Neutron time-of-flight experiments ^are continued at the Saclay’s ^linear accelerator, with emphasis to the determination of the resonance radiation width 039303B3. Recent progress of the apparatus ^are including higher time-of-flight resolution (0,5 nanosecond/meter) and utilisation of two

gamma-ray detectors,

big liquid spherical ^{tank and}

high resolution assembly

constituted by

^central crystal ^and

^annular crystal.

LE JOURNAL DE

PHYSIQUE

24, ^NOVEMBRE 1963,

Introduction.

L’étude des résonances de neu-

trons entreprise depuis plusieurs années à l’accélé- rateur linéaire de Saclay par la méthode du temps-

de-vol a été spécialement dirigée ^vers la recherche d’anomalies dans les propriétés statistiques ^des paramètres des résonances. L’étude s’est concen-

trée notamment sur le voisinage des couches satu- rées à 50, ^{82 et 126 neutrons.}

Les résultats présentés ^ici concernent plus parti-

culièrement les largeurs totales de radiation. On sait en effet qu’en principe ^ces largeurs, ^corres- pondant ^{à un} nombre très grand de voies de désex- citation de l’état excité du noyau composé ^formé

par capture ^{d’un neutron} lent, doivent être sensi- blement constantes de résonance à résonance. Nous

nous sommes attachés à déterminer jusqu’à quel point ^cette propriété ^était vérifiée, ^{en mettant en}

oeuvre simultanément des appareillages ^variés

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019630024011099001

pour lever les ambiguïtés concernant l’attribution

isotopique, l’attribution du spin, enfin le caractère

«

s

ou

p

de l’onde de neutrons incidents.

Mesures de section ef ficace totale.

Les mesures

de transmission au maximum de résolution sont effectuées _avec une base de parcours ^de 100 mètres,

l’accélérateur linéaire délivrant des impulsions ^de

60 nanosecondes de largeur ^à mi-hauteur. ^Nous disposons ^d’un analyseur ^de temps-de-vol ^du type

«

accordéon » [1] ^à largeur ^{de canaux variable au}

cours d’un cycle d’analyse. ^La largeur ^minimale

des canaux est de 50 nanosecondes. La souplesse ^du système « accordéon » a facilité grandement l’explo-

ration de domaines étendus de temps-de-vol. ^L’ana- lyseur ^est généralement couplé ^{à un bloc} d’exploi-

tation de résultats [2] ^{à 4} 096.canaux dans lequel

on utilise 2 048 ^canaux _{pour le} temps-de-vol ^{et où}

sont présentés simultanément les deux spectres

obtenus avec ou sans échantillon. L’écran étudié est en effet mis en place ^et retiré alternativement environ toutes les demi-minutes tandis qu’un ^écran

fixe comportant des résonances convenables _per- met d’évaluer le bruit de fond.

Les résultats sont systématiquement exploités ^à

l’aide de l’ordinateur IBM 7090 de Saclay qui ^est

même utilisé pour l’étude de doublets rapprochés [3].

Mesures de la largeur totale de radiation.

Un détecteur 403C0, manufacturé par Nuclear Enterprises,

a été installé sur une des bases de temps-de-vol ^de

l’accélérateur linéaire de Saclay. ^Ce type ^{de détec-}

teur [4] ^{est la meilleure} approximation ^{du détec-}

teur idéal pour la ^mesure des sections efficaces de

capture radiative, défini par ^une efficacité de 100 %

et indépendante ^{du mode de} désexcitation, ^une géométrie ^{403C0 et une} absorption ^totale. L’emploi ^de liquides scintillants organiques ^{offre de} plus ^une

très bonne résolution en temps, inférieure ou de l’ordre de 10 nanosecondes [5].

En principe ^une capture ^{donne une} impulsion correspondant ^à l’énergie ^{de liaison du neutron}

lent incident. Mais les fluctuations sur le nombre de photons ^{de lumière} qui atteignent ^les photo-

cathodes et les fluctuations ^sur la fraction des pho-

toélectrons recueillie ^{sur les} premières dynodes, respectivement ^{dues aux} grandes dimensions du

détecteur ^{et aux} larges photocathodes ^des photo- multiplicateurs, introduisent ^une dispersiôn ^élevée

sur la hauteur de l’impulsion. ^Ceci joint ^{au fait} qu’un ^ou plusieurs rayons y de la cascade de désex- citation peuvent ^{ne subir aucune} interaction avec

le liquide scintillant explique ^la composante ^non

nulle du spectre d’amplitude ^{aux basses} énergies.

Enfin, pour ^une énergie de liaison donnée, ^le spectre d’amplitude ^{sera d’autant} plus ^{étroit et centré sur}

cette énergie que la multiplicité ^{de la cascade sera} grande.

Des calculs utilisant la méthode de Monte- Carlo [6] ^montrent que, pour des multiplicités

usuelles égales ^à 3, l’efficacité intrinsèque (proba-

bilité d’au moins une interaction) ^{est voisine de}

100 % ^et pratiquement insensible au choix du noyau, ^au mode de la cascade et aux dimensions du

détecteur, ^au-delà d’une certaine taille qui ^est approximativement ^{celle de notre} appareil. Cepen-

dant l’efllcacité peut décroitre considérablement si la capture ^est caractérisée par ^une forte transition directe au niveau fondamental.

Le détecteur se présente ^{comme un réservoir} sphérique de 1 mètre de diamètre traversé diamé- tralement par ^{un canal} cylindrique permettant ^le passage du faisceau. La cible se trouve au centre

géométrique ^{de la} sphère. ⁸ photomultiplicateurs

E. M. ï. ^de 12,7 ^cm de diamètre observent la sphère.

Leurs’fenêtres frontales sont en contact avec le

liquide scintillant. La surface sensible n’est qu’en-

viron 3 % ^de la surface totale intérieure. Une éva-

luation simple [7] ^montre que l’usage d’un réflec- teur interne _(ici peinture blanche) ^fait croître de

~

2,8 % ^{à - 17} % la fraction recueillie de la lumière totale émise.

Le xylène ^{constitue le} solvant des 500 litres de

liquide scintillant. POPOP ^en est le soluté secon-

daire, L’ensemble donne une bonne réponse ^lumi-

neuse (78 % de celle de l’anthracène), ^des temps

de décroissance courts (2,4 ns) ^{et une faible auto-}

absorption ^{des photons} de luminescence. L’empoi-

sonnement’ du détecteur avec 15 litres de borate de

méthyle ^a permis d’atténuer fortement le pic ^de 2,2 ^{MeV dû à la} _capture ^{des neutrons} par l’hydro- gène présent ^en grande quantité ^{dans le} liquide organique. ^La perte ^de transparence due à l’em-

poisonnement ^{semble avoir été} compensée par ^un

FIG. 1.

Spectres ^en temps ^{de vol sur le} tungstène.

FIG. 2.

Spectres d’amplitude de trois résonances du

tungstène.

FIG. 3.

Spectres d’amplitude ^{de 2} résonances du platine.

(1) ^Groshev et al. : Atlas of y ray spectra from radia- tive capture of thermal neutrons.

(2)

Landolt Bôrnstein », vol. 1.

FIG. 4.

barbotage ^d’azote gazeux, les conditions d’ampli-

fication n’ayant pas été modifiées.

Pour étudier la réponse ^{de ce} détecteur, ^le tung- stène a été choisi car il présente plusieurs isotopes

dont les énergies de liaison sont nettement diffé- rentes. L’enregistrement ^{sur bande} magnétique ^à

16 pistes permet ^de classer les impulsions ^{en hau-}

teur sur 128 canaux et en temps ^{d’arrivée sur} 512 canaux. Sur les 512 canaux en temps ^sont enregistrées ³ résonances à 27 ; 46,6 ^et 48,1 ^eV

dues à 183W (énergie ^{de liaison En}

7,42 MeV),

une résonance à 21 eV due à 1112W (En =(6,18 MeV)

et une résonance à 18,8 ^{eV due à 186W} (En = 5,3 MeV).

L’analyse multidimensionnelle [8] ^{nous a tout}

d’abord permis ^de visualiser simultanément

8 spectres ^en temps-de-vol, correspondant ^{à des}

bandes d’analyse ^en amplitude différentes. On constate sur la figure 1 que pour ^une bande d’analyse

assez haute en amplitude ^{la résonance de 21 eV est}

fortement atténuée et celle à 18,8 ^{eV est} complète-

ment effacée. Malgré ^{sa faible} résolution en énergie

ce détecteur est donc capable ^de séparer ^{les trois} isotopes présents ^du tungstène. ^{On constate de} plus que les trois résonances de 183W s’atténuent

identiquement, ^en particulier ^{celles à} 48,1 ^{eV et à} 46,6 ^{eV. Or la} première ^{a un} spin J = 0 alors que la seconde a un spin ^J

¹ [9] ^ce qui, a priori, permet ^de penser que les schémas de désexcitation seraient différents. Plus précisément, il existe des transitions directes au niveau fondamental et aux

premiers ^états excités 2+ dans la résonance à

46,6 ^eV qui n’existent pas dans celle à 48,1 ^eV.

Enfin les multiplicités des cascades de ces deux résonances seraient un peu différentes. Ceci invite à penser que le détecteur donnerait ^une même

réponse pour les différentes résonances d’un même

isotope, exception faite des résonances dont les cascades présentent ^de trop ^fortes composantes ^à

haute énergie. ^Le platine ^{a été étudié en vue de}

vérifier cette hypothèse.

L’analyse ^en amplitude ^{de ces} cinq ^résonances

donne les résultats sous une forme différente. Les

spectres ^{obtenus sont} identiques ^{à ceux obtenus à} Oak-Ridge [10]. Les trois résonances de la3W ont

un spectre identique mais différent des spectres ^des

résonances de 182 W et de 186W eux mêmes diffé- rents entre eux. On ^constate bien sur la figure ²

que la coupure haute du spectre ^{est en relation}

directe avec l’énergie ^de liaison, ^{étant d’autant} plus élevée que ^cette dernière est plus grande,

comme le laissaient voir les spectres ^en temps-de-

vol. La figure 3 démontre le même effet poùr ^deux

résonances de 195pt et l9aPt.

Mesures à haute résolution des transitions radia- tives partielles.

^{La mise en} service, ^simulta-

nément avec le laboratoire de Yale [11], ^{d’un dé-}

tecteur de rayonnement gamma ^à haute résolution,

sur une base de temps-de-vol, permet ^{enfin de}

mieux définir les transitions radiatives d’énergic élevée, ^au prix d’une efficacité de détection réduite nécessitant des enregistrements ^de plusieurs jours

sur l’analyseur multidimensionnel.

L’appareillage ^fourni par Harshaw représenté

sur la figure 4 consiste ^{en un} cristal scintillant

NaI(TI) ^central couplé ^{à un} photomultiplicateur,

et entouré d’un cristal annulaire NaI(TI) cpuplé ^à

9 photomultiplicateurs.

Le spectre ^{A est le} spectre ^en amplitude ^des impulsions ^{obtenues sur le} cristal central en ré- ponse ^aux rayons y de 4,43 ^{MeV d’une source}

Po -

Be. Le pic ¹ correspond ^à l’échap- pement ^du cristal central d’un quantum ^d’annihi-

lation consécutif à la création d’une paire par ^un rayon y. Ce quantum ^a des chances d’être détecté par le cristal annulaire. Grâce à ^un dispositif ^à coïncidence, ^on n’analyse l’amplitude ^des impul-

sions venant du cristal central que si l’on reçoit

simultanément du cristal annulaire une impulsion correspondant ^{à la} détection d’un rayon y de 511 keV. On obtient alors le spectre ^en ampli-

tude B. La forme de la figure ^B dépend peu ^de la

position du cristal central dans le cristal annulaire ;

afin de ne pas trop perdre ^{en taux de} comptage ^on

excentre le cristal central comme indiqué ^{sur la} figure (ainsi il n’est pas trop éloigné ^{de l’échan-}

tillon bombardé _par les neutrons).

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