Distributions angulaires et sections efficaces de la fission de l'uranium, le bismuth et l'or, induite par des protons de 156 MeV

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Submitted on 1 Jan 1963

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Distributions angulaires et sections efficaces de la fission de l’uranium, le bismuth et l’or, induite par des protons

de 156 MeV

L. Kowalski, C. Stephan

To cite this version:

L. Kowalski, C. Stephan. Distributions angulaires et sections efficaces de la fission de l’uranium, le bismuth et l’or, induite par des protons de 156 MeV. Journal de Physique, 1963, 24 (11), pp.901-903.

�10.1051/jphys:019630024011090100�. �jpa-00205660�

901.

DISTRIBUTIONS ANGULAIRES ET SECTIONS EFFICACES DE LA FISSION DE L’URANIUM, ^{LE BISMUTH ET} L’OR,

INDUITE PAR DES PROTONS DE 156 MeV Par L. KOWALSKI et C. STEPHAN,

Laboratoire Joliot-Curie de Physique Nucléaire, Faculté des Sciences, Orsay, ^France.

Résumé.

Les sections efficaces différentielles de fission induite par des protons ^{de 156 MeV}

sur l’uranium, le bismuth et l’or ont été mesurées avec des jonctions ^au silicium. Nous avons

trouvé dans le système ^{du centre de masse une} anisotropie légèrement positive pour les trois

éléments, ^soit + (6 % ± ¹ %) pour U, + (13 % ± ² %) pour Bi, + (11 % ^± 3 %) pour Au.

Nos déterminations de sections efficaces totales de fission sont donné 1 370 ± 250 mb pour U,

126 ± ^{20 mb} pour Bi et ²⁴ ± ⁴ mb pour Au.

Abstract.

We have measured with solid state detectors differential cross sections of fission of U, Bi, Au induced by ^{156 MeV} protons. ^We have found in the centre of mass a small positive ^aniso- tropy for all the targets, ^{that is} + (6 % ^{± 1} %) ^for U, + (13 % ^{± 2} %) ^for Bi, + (11 % ^{± 3} %)

for Au. Total fission cross-sections were found to be : 1 370 ± 250 mb for uranium, 126 ± ²⁰ mb for bismuth, ²⁴ ± ⁴ mb for gold.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE TOME 24, ^NOVEMBRE 1963,

Introduction.

Les distributions angulaires ^des fragments ^{de fission ont fait} l’objet de nombreuses études [1], [2]. ^On peut, ^en effet, ^lier l’anisotropie

observée à une orientation privilégiée ^{des moments} angulaires ^des noyaux fissionnants [3], [4].

Plusieurs auteurs ont publié ^en particulier ^{des ré-}

sultats concernant des mesures d’anisotropie ^lors

de la fission induite par ^des particules ^de grande énergie. Ainsi, ^{on a trouvé avec des} protons ^de

600 MeV une distribution à peu près isotrope [5], [6], [7], [8]. ^Par contre, ^{Ramaniah et} Sugarman [9]

à 450 MeV indiquent pour le ^{bismuth une aniso-} tropie positive ^tandis que Meadow [10] ^{à 155 MeV}

trouve une anisotropie légèrement négative. ^On

définira l’anisotropie par la relation

L’utilisation de jonctions n-p ^{au silicium offre}

un certain nombre d’avantages ^par rapport ^aux

méthodes radiochimiques ^{et aux émulsions nu-}

cléaires utilisées par ^ces auteurs, ^{tant dans la} définition de l’angle d’émission des fragments que dans la ^mesure de leur énergie cinétique. Aussi,

nous a-t-il semblé intéressant de reprendre ^cette

étude sur les trois éléments U, Bi, ^{Au à l’aide des} protons ^{de 156 MeV du} synchrocyclotron d’Orsay

en utilisant cette méthode.

Dispositif expérimental.

_Après focalisation les

protons traversaient ^une chambre à réaction de 100 cm de diamètre dans laquelle ^on faisait le vide.

Nous utilisions simultanément deux détecteurs,

fixés à des boîtes étanches placées ^à l’intérieur de la chambre et contenant des préamplificateurs ^de charge ^à transistors. Notre dispositif permettait ^de

faire tourner les détecteurs ainsi _que la cible de

l’extérieur de la chambre, indépendamment ^{les uns}

’

des autres ; la distance cible-détecteur était de

30.cm. ^{Nous avons} utilisé des jonctions ^{ORTEC à}

barrière de surface de 2,4 ^{cm de diamètre. Pour}

éviter l’empilement, nous avons travaillé avec des

impulsions rapides qui ^étaient envoyées ^{dans des} amplificateurs rapides à seuil linéaire. Ces impul-

sions étaient finalement analysées par des sélec- teurs multicanaux. Nous avons utilisé des cibles de U, Bi, ^{Au de 50} yg/cm2 ^{à 300} pLg/cm2 déposées

sur des supports ^minces (30 03BCg/cm2) ) de cellulose collés sur des cadres de grandes ^dimensions (11 ^{cm X 12} cm). ^{Dans le cas du bismuth et de} l’or, ^les dépots étaient obtenus par évaporation

sous vide. Pour l’uranium nous avons utilisé le

procédé d’électropulvérisation capillaire. ^En appli- quant ^une tension de 3 000 V sur le fil placé ^dans

le capillaire, ^le support ^{mince se collait sur du}

mercure placé ^{sous la feuille et le} dépôt ^{se faisait} uniquement ^{sur la zone en contact avec le} ménisque

de mercure [11].

Distribution angulaire.

^{Nous avons utilisé}

comme moniteur l’une des deux jonctions placée

à un angle ^fixe (90°) par rapport ^{à la} direction du faisceau. Pour chaque angle choisi pour la jonction mobile, nous avons déterminé les nombres de frag-

ments de fission des deux détecteurs à partir ^des spectres ^{totaux en} énergie ^obtenus après ^sous-

traction du fond sans cible fissile (fig. 1). ^{La cible}

restait toujours orientée à 45° par rapport ^au

faisceau. Des deux positions possibles ^{nous choi-}

sissons celle qui ^{était la} plus favorable vis-à-vis du détecteur mobile. Les distributions angulaires

ainsi obtenues sont représentées ^{sur la} figure ^2.

Ces courbes ne sont pas symétriques ^mais pré-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019630024011090100

902

FIG. 1.

Spectre énergétique ^{des fragments de fission}

à 900 par rapport ^{au faisceau.}

Courbe 1 : observée expérimentalement.

Courbe 2 : après soustraction du fond.

FIG. 2.

Distributions angulaires ^des fragments

de fission observées expérimentalement.

sentent une remontée vers l’avant ^ce qui s’explique

par la grande quantité ^{de mouvement que} possède

le noyau ^{au moment} de la fission. Dans une expé-

rience décrite dans un précédent ^article [12] ^nous

avons mesuré directement cette quantité ^{de mou-}

vement en détectant en coïncidences les fragments

émis par le même noyau suivant l’angle ( 180°

p)

entre les deux jonctions. ^{Dans tous les cas,} l’angle cp moyen obtenu est diff érent de zéro. Il est de 4°

pour U, de 7° pour Bi, de 80 pour Au. Un calcul

permet ^d’en déduire la vitesse du noyau fission- nant et d’obtenir les distributions angulaires ^dans

le système ^{du centre de masse} représentées ^{sur la} figure ^{3. Les courbes tracées sur la} figure ^{ont été}

Fie. 3.

Distributions angulaires ^des fragments ^{de fission}

dans le système du centre de masse.

obtenues par la méthode des moindres carrés ^en

partant ^d’une expression de la forme

Les anisotropies positives ainsi trouvées sont de

(+ 6 % ± 1,5 %) pour l’uranium, ^de (13 % + ² %)

pour le bismuth ^et de (11,5 % ± ³ %) pour l’or.

Pour nous assurer que ^nous n’introduisions pas

d’anisotropie instrumentale dans nos mesures, ^nous avions auparavant ^{vérifié à la} pile ^{EL3 de} Saclay

que la distribution angulaire ^des fragments ^{de la}

fission induite par des ^neutrons lents sur une cible de plutonium ^était isotrope ^{à au moins 1} % près.

Sections efficaces de fission.

L’intensité du faisceau était mesurée de façon ^{absolue à l’aide}

d’une chambre d’ionisation à hélium placée ^der-

rière la chambre à réaction et étalonnée par rap-

port ^{à un} cylindre ^de Faraday. L’épaisseur ^des

cibles était déterminée à 4 % près par pesée pour le bismuth et l’or et, ^à partir ^de l’activité absolue oc

pour l’uranium. En tenant compte ^de l’angle ^solide

de détection et en effectuant la correction apportée

par l’anisotropie, ^{on trouve les} sections efficaces

totales de fission

903

Les résultats obtenus sont en accord avec ceux

trouvés précédemment par d’autres auteurs, ^{en ce} qui ^{concerne l’uranium et} le bismuth [13], [14].

Par contre, la valeur trouvée pour l’or est diffé- rente de celle obtenue précédemment [13] ^mais

nous pensons que ^notre détermination est plus pré-

cise.

Conclusion.

On peut penser que lorsque ^les

fissions sont précédées par la formation directe de noyaux composés ^{sans cascade} intermédiaire, l’anisotropie augmente ^en fonction de l’énergie ^des protons incidents. En effet, ^la composante perpen- diculaire au faisceau du moment angulaire ^du

noyau fissionnant, qui ^est responsable ^{de l’aniso-} tropie [4] augmente ^avec l’énergie ^des protons. ^La

diminution de l’anisotropie ^observée expérimen-

talement à partir ^de quelques dizaines de MeV [10]

peut cependant s’expliquer par l’apparition ^{de cas-}

cades nucléaires de plus ^en plus importantes pré-

cédant la fission, ^{ne laissant au} noyau fissionnant

qu’une ^{fraction du moment} angulaire ^{initial. Cela} explique l’anisotropie relativement faible que ^nous

avons observée à 156 MeV. Le fait que ^nous obser-

vons une quantité ^{de mouvement} transférée au

noyau fissionnant plus grande ^{dans le cas de Bi}

et Au que dans le ^cas de U, peut expliquer ^l’aniso- tropie ^{deux fois} plus petite ^obtenue pour la cible d’uranium.

Remerciements.

Que ^M" Langevin-Joliot ^et

M. Radvanyi ^{trouvent ici nos} remerciements pour l’aide efficace ^et les conseils qu’ils ^{nous ont} pro-

digués ^{tout au} long ^{de ce} travail. Nous tenons

également ^{à remercier M. Netter} qui ^{nous a}

accueillis à Saclay ^{et dont} l’aide nous ^{a été particu-}

lièrement précieuse. Nos remerciements vont égale-

ment à M. David-Boyer pour ^la préparation ^des cibles, ^{à M. Corbe} pour la réalisation de l’élec-

tronique ^ainsi qu’à ^toute l’équipe ^du synchro- cyclotron.

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