Détecteur de fission à basse température (77 °K)

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Submitted on 1 Jan 1969

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Détecteur de fission à basse température (77 °K)

J. Blons, M. Dumazert, C. Eggermann, J. Fermandjian, Y. Pranal

To cite this version:

J. Blons, M. Dumazert, C. Eggermann, J. Fermandjian, Y. Pranal. Détecteur de fission à basse

température (77 °K). Revue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (2),

pp.287-289. �10.1051/rphysap:0196900402028700�. �jpa-00243264�

287.

DÉTECTEUR ^DE FISSION A BASSE TEMPÉRATURE (77 °K)

J. BLONS, ^M. DUMAZERT, ^C. EGGERMANN, J. FERMANDJIAN ^{et Y. PRANAL,}

Service des Mesures Neutroniques Fondamentales, C.E.N., Saclay.

Résumé. 2014 La section efficace de fission par des ^neutrons de 16 eV à 35 keV du 239Pu ^a été mesurée à l’accélérateur linéaire de 45 MeV de Saclay par la méthode du temps-de-vol

avec un scintillateur gazeux d’un type ^{nouveau contenant} 1 g de matière fissile ^et refroidi à la température ^{de l’azote} liquide. La résolution nominale était de 1 ns/m ^et les résultats obtenus sont comparés ^{à des mesures} antérieures.

Abstract.

The neutron fission cross-section of 139Pu has been measured with a new type

of gas scintillator containing 1 g of fissile material at liquid nitrogen temperature. ^The

measurement was carried out by ^the time-of-flight ^method using ^the Saclay ^{Linac as a} pulsed

neutron source. The resolution obtained with this detector is compared with those of other measurements.

REVUE ^DE PHYSIQUE APPLIQUÉE ^{TO~IE 4, JUIX 1969,}

1. Introduction.

Le scintillateur décrit ici a été construit _pour effectuer des mesures de section efficace de fission à haute résolution dans le domaine des résonances. Ce scintillateur détecte les fragments ^de

fission ^en présence ^du rayonnement ^{x très intense de} la radioactivité naturelle de 23spu. Actuellement la résolution des spectromètres ^de neutrons est telle que les résonances observées _par temps ^{de vol ne sont}

principalement élargies que par l’effet Doppler ^{et le}

temps ^de ralentissement dans la source : a) ^L’effet Doppler ^{est dû à} l’agitation thermique ^{des atomes dans}

le réseau cristallin de l’échantillon. Cet effet propor- tionnel à la racine carrée de la température ^effective

est indépendant ^{de la} longueur ^{de vol et ne} peut ^donc être réduit qu’en ^{abaissant la} température ^{de l’échan-}

tillon (il n’est pas nécessaire d’avoir ^une température

inférieure à 77 OK puisqu’en abaissant celle-ci au-delà de cette valeur on diminue _{peu la} température ^effec- tive) ; b) ^De plus, ^à l’accélérateur linéaire, ^{la résolution}

est aussi limitée _{par le} temps de ralentissement dans la source [1]. ^{Pour des neutrons de basse} énergie, ^la dispersion ^en temps qui ^{en résulte est} équivalente ^à

une distribution rectangulaire ^{de durée 2} yslilE (eV).

Il en résulte _{que la} résolution ^en énergie peut ^être améliorée en augmentant ^la longueur de la base de vol; ^{le taux de} comptage par canal de sélecteur décroît alors très vite (en 1 ~L3) ^{et il devient nécessaire}

de construire ^un détecteur de grande capacité.

II. Description.

Le corps du scintillateur, ^isolé

de l’extérieur _par ^un vide secondaire, ^{est constitué de}

deux viroles concentriques ^{soudées à deux} brides cir- culaires portant ^{des fonds} plats. ^L’azote liquide ^se

trouve entre ^ces deux viroles et maintient le détecteur à77oK (fig. 1).

FIG. 1.

Détecteur à l’intérieur de l’enceinte à vide.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900402028700

288

FIC. 2.

A) Section efficace totale (Saclay [5]) ; B) ^Section efficace de fission (mesurée ^{à 77} OK, Saclay, ^ce travail) ; C) Section efficace de fission (ancienne ^{mesure faite à} Saclay ^{à 16 m et 300 OK} [4, 5] ) ; D) ^Section

efficace de fission (lors ^{Alamos en utilisant une} explosion nucléaire à 185 m [6]).

Le scintillateur comprend ¹² cellules situées dans trois plans parallèles. L’ensemble contient _{1 g de} pluto-

nium. Le gaz scintillant ^{est un} mélange ^{d’hélium et}

d’azote (2 %) [3].

III. Application à la mesure de la section efficace de fission de 239PU.

La section efficace de fission de 239Pu ^a été mesurée au moyen de ^ce détecteur entre 16 eV et 35 keV par la méthode du temps ^{de vol en} utilisant l’accélérateur linéaire de Saclay ^{de 45 MeV}

comme source pulsée ^{de neutrons} [1]. ^{La distance de}

vol était de 50 m. Une partie ^de l’électronique (photo- multiplicateurs ^{56 UVP} Radiotechnique, discrimina- teurs en amplitude, etc.) ^{se trouve} auprès du détecteur.

Les discriminateurs doivent être placés directement à la sortie de l’anode des photomultiplicateurs, les para- sites dans les câbles étant très importants. ^L’autre partie (alimentation stabilisée des photomultiplicateurs,

télécommande des discriminateurs, ^{mises en} forme, sécurité, ^{codeur en} temps, etc.) ^{se trouve dans la salle}

de mesure (environ ^{à 100} m) ^de façon ^à effectuer les

réglages ^{en dehors du} faisceau de l’accélérateur. L’amé- lioration de la résolution est mise en évidence _par la

figure ² [7].

On peut ^voir que la résolution obtenue avec le

nouveau détecteur (courbe B) ^{est nettement} supérieure

à celles d’anciennes mesures de fission faites à Saclay

ou à Los Alamos. Les résolutions sont comparables ^à

celles des mesures de section efficace totale et ceci a

permis d’effectuer une analyse ^correcte des résonances

jusqu’aux environs de 440 eV [8]. Signalons ^{une étude}

similaire (faite ^{avec une chambre} d’ionisation) ^mesu-

rant la section efficace de fission de 235U [9].

Les auteurs remercient Mlle Valentin qui ^{a fourni}

les dépôts ^{de 239pu.}

289

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^MICHAUDON (A.), Thèse de Doctorat d’État, ^Paris,

1964, Rapport ^{C.E.A., n° 2552.}

[2] ^BLONS (J.) ^{et al.,} C. R. Acad. Sci. Paris, 1968, 267, 901.

[3] ^EGGERMANN (Ch.) ^{et al.,} Nucl. Inst. Methods (à pa-

raître).

[4] ^{DE SAUSSURE} (G.) ^{et al., C. R. coll.} Salzbourg,

mars 1965, A.I.E.A., Vienne, I, p. 205.

[5] ^DERRIEN (H.) ^{et al.,} Nucl. Data for ^Reactors (A.I.E.A., Vienne, 1967), II, ^195.

[6] ^SHUNK (E. R.) et ^al., Rapport LADC-7620, Los Ala- mos, U.S.A.

[7] ^MICHAUDON (A.), ^{Conf. on} Neutron Cross Sections, Washington, ^{mars 1968.}

[8] BLONS (J.), Rapport ^à paraître.

[9] ^MOSTOVAYA (T. A.) ^{et MOSTOVOI} (V. J.), ^Kurchatov

I.V., Moscou, U.R.S.S., juillet ^1968.

MISE AU POINT D’UN SCINTILLATEUR GAZEUX A FAIBLE BRUIT DE FOND

D. PAYA, J. BLONS, J. FERMANDJIAN, A. FUBINI et Y. PRANAL,

Service des Mesures Neutroniques Fondamentales, C.E.N., Saclay.

Résumé. - On décrit ^un scintillateur gazeux de grandes dimensions dans lequel ^{la mise}

en coïncidence de photomultiplicateurs ^a permis de réduire considérablement le bruit de fond le rendant particulièrement adapté ^{à la mesure} de sections efficaces de fission très faibles.

Abstract.

A large-volume gas scintillator is described in which, by ^means of coincidences between photomultipliers, ^{it has been} possible ^to significantly reduce the background. ^Such

an arrangement ^is particularly ^suitable for the measurement of very small fission cross-sections.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE ^TOME 4, JUIN 1969,

1. Introduction.

La mesure des sections efficaces de fission au-dessous du seuil, par des ^neutrons de basse

énergie, impose ^{un certain nombre de} conditions dans le choix du détecteur. Celles-ci sont liées, ^d’une part ^à la valeur extrêmement faible de la section efficace,

d’autre part ^{à la} radioactivité naturelle de l’échantillon étudié ^{et de ses} descendants. Ces conditions sont souvent

contradictoires. C’est ainsi que le faible taux de comptage ^{incite à} augmenter ^la quantité d’échantillon alors _{que les} empilements d’impulsions ^{dues aux}

rayons oc, si on utilise un détecteur de fragments ^de fission, imposent rapidement ^{une limite à cette} augmen- tation. Le bruit de fond est aussi un facteur à considérer,

car c’est de son importance que ^va dépendre ^la possi-

bilité de déceler les résonances les plus petites. ^Le

scintillateur _gazeux a été choisi _parce qu’il peut contenir une quantité ^assez grande d’élément fissile et

qu’il ^{donne des} scintillations brèves qui présentent ^un risque d’empilement ^{réduit. Un soin tout} particulier ^a

été pris pour diminuer le bruit de fond.

II. Description.

Le scintillateur est représenté schématiquement ^{sur la} figure ^{1. Il est} constitué de six cellules identiques ^{contenues dans un} corps cylin-

REVUE DE

PHYSIQUE APPLIQUÉE. -

^{4. N° 2.}

^1969.

FIG. 1.

Vue du scintillateur gazeux.