Mesure de la polarisation des neutrons en cours d'expérience

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Submitted on 1 Jan 1969

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Mesure de la polarisation des neutrons en cours d’expérience

P. Delpierre, M. Heyman, J. Kahane, R. Sené, G. Saget

To cite this version:

P. Delpierre, M. Heyman, J. Kahane, R. Sené, G. Saget. Mesure de la polarisation des neutrons en

cours d’expérience. Revue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (2),

pp.254-256. �10.1051/rphysap:0196900402025401�. �jpa-00243248�

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diodes rapides ^et envoyées ^{sur la voie «} arrêt » d’un convertisseur temps-amplitude dont la voie « départ »

est déclenchée par ^une impulsion périodique provenant du faisceau pulsé ^et regroupé du Van de Graaff.

Chacune des impulsions provenant des 56 AVP 03 permet ^la différenciation _y-n après ^{avoir été} discriminée

en amplitude ^{et est} envoyée dans l’une des voies du châssis d’aiguillage ^{AP 32} (Intertechnique). L’impul-

sion fournie par le CTA ^est envoyée ^{dans un conver-}

tisseur d’amplitude ^{CA 12} (Intertechnique). ^{Si cette} impulsion ^{est en} coïncidence avec l’une des impulsions attaquant ^l’AP 32, ^{elle est} analysée ^en amplitude. ^Le

résultat de la conversion est aiguillé par l’AP 32 dans

un sous-groupe de ^canaux d’un bloc-mémoire BM 96.

La résolution en temps ^{est de l’ordre de} 2,5 ^{ns avec}

un scintillateur cylindrique ^{de 1"} 1 ~2 de diamètre et 2" de longueur, ^{et des neutrons de} 2,5 ^MeV.

Les détecteurs sont stabilisés en température par

une circulation d’eau à 220 autour des photomultipli-

cateurs. La variation de l’efficacité de détection des

neutrons d’une ^{source Po-Be est} inférieure à ± 1,5 %

sur trois mois.

1.3. MONITEURS.

L’installation comprend ^diffé-

rents moniteurs. L’un d’entre _eux, un détecteur direc- tionnel à BF3 dont l’efficacité est connue, fait l’objet

d’une autre communication à ^ce congrès. ^{Il est} placé

à 00 dans l’axe du faisceau. Un autre, semblable, ^est placé ^{à 900.} Enfin, ^{un troisième} placé ^à 1350, ^constitué

par ^un scintillateur plastique, ^{est utilisé en} temps- de-vol.

1.4. MESURES.

Les mesures peuvent ^{être conduites} entièrement par le calculateur à qui ^l’on indique préala-

blement les conditions de l’expérience. Les résultats sont lus par le calculateur, transférés sur bande magné- tique ^et analysés ultérieurement.

Un tel ensemble joint ^au calculateur permet ^ainsi

une utilisation rationnelle du faisceau. Nous avons

effectué des mesures de distribution angulaire ^{de neu-}

trons diffusés élastiquement par le lithium-6 de 2 à 2,9 ^MeV.

II. Électroaimant de précession ^de spin.

Enfin,

dans le,but d’effectuer des mesures de polarisation,

nous avons réalisé un électroaimant qui permet ^de faire pivoter ^{de 1800 la} polarisation ^{d’un faisceau de}

neutrons d’énergie ^maximale égale ^à 4,3 ^{MeV. Les} dépolarisations introduites _{par les} inhomogénéités ^de champ ^et de rémanence sont négligeables (inférieures

à 0,5 0/0).

MESURE DE LA POLARISATION DES NEUTRONS EN COURS D’EXPÉRIENCE

P. DELPIERRE, ^M. HEYMAN, J. KAHANE, ^{R. SENÉ et G.} SAGET,

Laboratoire de Physique Atomique ^et Moléculaire, Collège ^{de France.}

Résumé. - Afin de mesurer la polarisation de neutrons de 14 MeV parallèlement ^aux expériences ^de diffusions, nous avons construit un polarimètre à hélium gazeux. ^Pour réduire la durée de la mesure à une valeur faible devant celle de l’expérience ^{en cours, nous avons} comprimé l’hélium à 150 bars dans ^un volume de 300 cm3 placé ^le plus près possible ^{de la source.}

Abstract.

To measure the 14 MeV neutron polarization during scattering experiments,

we have built a gas polarimeter. To reduce the duration to a value small compared ^{to that}

of the experiment ⁱⁿ progress, ^{we have} compressed the helium at 150 bars in a volume of 300 cm3

disposed ^{as near to the source as} possible.

REVUE De PHYSIQUE APPLIQUÉE ^TORIE 4, J"cIX 1969,

Nous avons réalisé un dispositif qui ^nous permet ^de

mesurer la polarisation ^{des neutrons} (d, t) ^{de 14} MeV, parallèlement ^aux expériences ^{en cours. Cette mesure}

se fait par diffusion ^{sur un} noyau de pouvoir d’analyse

connu. Afin d’éviter d’encombrer le faisceau de neu- trons défini _{par les} particules ^ce associées, ^{nous avons}

choisi un noyau diffuseur dont ^on peut détecter faci- lement le recul. Nous avons construit un spectromètre

à hélium gazeux ^sous très forte pression. ^Plusieurs

auteurs ont déjà fabriqué ^des appareils ^{sur ce} prin- cipe [1]. ^{Des mesures de} polarisation ^ont été réalisées

sur des neutrons (d, d) [2]. ^Nous nous sommes efforcés de réduire la durée de la mesure par rapport à celle des

expériences en cours en augmentant considérablement les angles ^{solides et} de rendre la mesure possible ^en

même temps que l’expérience principale. C’est donc surtout ces deux derniers points que ^nous développe-

rons. La méthode utilisée est la suivante : la polarisation

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900402025401

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est déduite de l’asymétrie droite-gauche de la diffusion

élastique ^{des neutrons sur} l’hélium. Les hélions de recul sont détectés par la scintillation qu’ils produisent

dans le gaz. Un photomultiplicateur ^est placé ^{en vue}

du volume _{de gaz} et ses impulsions ^sont sélectionnées par discrimination d’amplitude ^et coïncidences rapides

avec celles des détecteurs placés ^{à droite et à} gauche

de l’axe défini par la cible de tritium ^et le spectromètre.

I. Construction du spectromètre.

Elle pose deux

problèmes essentiels : d’une part, ^{maintenir une forte}

pression avec une masse minimale de matière ; ^’d’autre part, transmettre la lumière avec un rendement indé-

pendant ^du point d’émission. L’appareil ^est représenté

sur la figure ^{1. Le} xénon donne ^une scintillation plus

Fie. 1.

Spectromètre.

intense et mieux définie. Le dépôt ^de tétraphényl-buta-

diène (T.P.B.) n’est pas uniforme, ^mais réparti ^de façon à compenser les pertes par réflexion et transmis- sion de la lumière. Cette opération ^{est rendue très}

délicate du fait des grandes dimensions et nous avons

dû faire plusieurs ^{essais en} contrôlant chaque ^fois

"l’homogénéité ^{de la} réponse ^{en hauteur} d’impulsions

à l’aide d’un faisceau de neutrons de 1 cm de diamètre.

Nous trouvons un écart maximal de ± ⁶ % lorsque

nous contrôlons ainsi chaque point du volume de détection.

II. Calcul du pouvoir d’analyse moyen.

Montrons que ^nous pouvons utiliser ^un grand spectromètre placé

.très près ^{de la} source, ^sans nuire à la précision ^{de la}

mesure de polarisation ^{des neutrons.} Le nombre de

W G. 2.

neutrons diffusés suivant une trajectoire quelconque (fig. 2), ^{et détectés} par le scintillateur NE 213, ^{s’écrit :}

OÙ EA ^est l’efficacité de détection du NE 213. D’autre part, ^on sait que pour les neutrons (d, t) ^la polarisation

peut ^{se mettre sous la forme :}

où P3, composante vectorielle de la polarisation ^des

deutons incidents, ^{est une} constante, c’est la seule inconnue car P 33’ composante tensorielle, ^{est facilement}

mesurable par l’anisotropie ^{à la} production ^{des neu-}

trons. On divise le diffuseur et le détecteur en petits

volumes élémentaires et on calcule le nombre de scin- tillations dN produites pour chacune des trajectoires possibles. Lorsqu’on additionne les contributions dN,

la constante P3 peut être sortie des sommations. Le

256

1

nombre total de scintillations peut ^{donc se ramener à} la loi simple :

’

En posant ^P

S2/SV ^on voit que P peut ^{être considéré}

comme le pouvoir d’analyse moyen du diffuseur.

Nous avons utilisé les valeurs de Dodder, ^Gammel

et Seagrave pour la section efficace et le pouvoir ^d’ana- lyse de l’hélium. Nous avons programmé ^{le calcul} de SI ^et S2 ^en fonction des dimensions du diffuseur et du détecteur, ^{de leur} position, ^de P33 ^et de la subdivision des volumes du diffuseur et du détecteur. Nous avons

sorti également le nombre de trajectoires ^{et le nombre}

de scintillations correspondantes pour chacun des

angles ^{de diffusion} possibles. ^A chaque angle ^corres- pondent ^une énergie de l’hélium de recul et une hauteur

d’impulsion. ^{Nous avons} pu calculer ainsi l’élargisse-

ment du pic ^{de diffusion dû aux} grands angles ^solides.

III. Mise en place de l’ensemble du polarimètre.

L’angle ^{de diffusion} 8M ^{a été choisi de} façon ^{à obtenir}

une durée minimale de _mesure, c’est-à-dire ^un _pro- duit (P2 ^x N) maximal. Nous avons tracé la courbe de ce produit ^en fonction de 0, ^{et nous trouvons deux} maximums, ^{l’un à} 740, ^{l’autre à 1320. Nous avons}

choisi _{740 pour} nous permettre ^de placer ^{des barres}

d’ombre. Nous avons alors P

0,67 ^{etN = 700 im-} pulsions par heure pour 2,5 ^{X 106} n/s/47r, ^et pour la

géométrie adoptée. ^Le dispositif ^{de mesure est donc}

constitué _par notre spectromètre ^{à hélium} placé ^{à 22 cm}

de la source de neutrons, ^deux scintillateurs NE 213 de 51 cm de diamètre sur 76 cm de hauteur, placés

à 20 cm du spectromètre ^{et à 7 40 de} part ^{et d’autre} de l’axe de symétrie. Des blocs de laiton protègent

les détecteurs contre les neutrons issus directement de la cible. L’électronique ^est simplifiée ^le plus possible ( fig. 2). L’analyseur d’amplitude ^{ne sert qu’à la véri-}

fication hebdomadaire des seuils. Les neutrons détectés par les scintillateurs liquides ^sont séparés des gamma par discrimination de forme [3]. ^La résolution des

coïncidences ^et les retards des impulsions ^sont réglés ^à

l’aide d’un convertisseur temps-amplitude ^de façon ^à

sélectionner le pic ^de temps de vol des neutrons diffusés.

Ceci nous a amenés à fixer la résolution à 2~ = 10 ns.

IV. Mesures.

Les spectres d’impulsions ^{de recul}

des hélions en coïncidence avec les neutrons détectés

présentent ^un pic ^assez large ^{mais bien} séparé ^{du bruit}

de fond. Avec la géométrie adoptée, l’énergie ^varie

de 2,3 ^à 5,6 ^{MeV et} le calcul de la largeur ^{à mi-hauteur}

donne 41,7 %. ^{On mesure 54} % ^{sur les} spectres. ^On

ne pouvait espérer ^mieux puisque l’hétérogénéité ^due

à la réflexion et à la transmission de la lumière, ^déter-

minée ^avec un faisceau mince de neutrons, ^est de -1- ⁶ %.

Nous avons tout d’abord effectué des mesures avec

analyse ^des impulsions des hélions de recul. Nous avons

essayé d’estimer le résidu d’impulsions parasites ^dans

le pic ^{en déduisant un} spectre de diffusion totale,

c’est-à-dire obtenu sans coïncidences, normalisé par le résidu qui apparaît après ^le pic ^de diffusion. On obtient ainsi un spectre qui ^{ne contient} que le pic ^de

diffusion. Le nombre d’impulsions totalisées sur le spectre ^{de bruit de} fond, ^{à l’endroit du} pic, ^{donne la} proportion d’impulsions parasites ^{dans le} pic. ^{On effec-}

tue ainsi des mesures en neutrons polarisés ^{et non} polarisés successivement afin d’éliminer les fausses

asymétries. ^{Avec le} flux moyen de 3 X 106 n/s/47c ^dont

nous disposons, une mesure de 15 heures nous donne par exemple : Pn = 12,1 % =:t 2,4.

En comptant directement loê impulsions ^{en coïnci-}

dences avec le détecteur, ^nous commettons une erreur

due au bruit de fond, ^{mais nous en} connaissons le signe

et la grandeur. ^{Durant une} expérience ^{de diffusions}

sur un corps dont on étudie le pouvoir d’analyse, ^nous enregistrons ^les comptages ^du polarimètre. ^{A la fin de} chaque journée, ^nous pouvons ainsi vérifier si les ^neu- trons ont été polarisés à peu près normalement et, ^à la fin de l’expérience, ^nous pouvons calculer, ^{avec une}

bonne statistique, ^la polarisation moyenne des ^neutrons utilisés.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^SHAMU (R. E.), Nucl. Instr. Methods, 1961, 14, 297.

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Phys., 1968, 106, ^250.

[3] ^{KAHANE (J.) et al., ce colloque.}