Détermination expérimentale de la perte d'énergie, des parcours et de la dispersion d'un faisceau de particules alpha de 54,4 MeV dans quelques éléments

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Submitted on 1 Jan 1968

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Détermination expérimentale de la perte d’énergie, des parcours et de la dispersion d’un faisceau de particules

alpha de 54,4 MeV dans quelques éléments

Tran Minh Duc, A. Demeyer, J. Tousset, R. Chery

To cite this version:

Tran Minh Duc, A. Demeyer, J. Tousset, R. Chery. Détermination expérimentale de la perte d’énergie,

des parcours et de la dispersion d’un faisceau de particules alpha de 54,4 MeV dans quelques élé-

ments. Journal de Physique, 1968, 29 (2-3), pp.129-135. �10.1051/jphys:01968002902-3012900�. �jpa-

00206627�

LE JOURNAL DE PHYSIQUE

DÉTERMINATION EXPÉRIMENTALE

DE LA PERTE

D’ÉNERGIE,

DES PARCOURS ET DE LA

DISPERSION

D’UN

FAISCEAU

DE PARTICULES ALPHA DE

54,4 ^MeV

DANS QUELQUES ^ÉLÉMENTS

Par TRAN MINH

DUC,

^A.

DEMEYER, J. TOUSSET,

^R.

CHERY,

Institut de

Physique

Nucléaire de Lyon

(France).

(Reçu

^{le 21}

juillet 1967.)

Résumé. 2014 On a déterminé les parcours des

particules alpha

^{de 54,4 MeV dans le cuivre,}

l’argent,

^{le terbium, le thullium et l’or} par des courbes ^de transmission avec mesures de courant.

Les pertes

d’énergie

^{et la}

dispersion

^{du faisceau}

après

passage dans ^une

épaisseur

^{donnée sont}

mesurées avec des détecteurs à

jonction.

Abstract. ²⁰¹⁴ The ranges of ^{54.4 MeV}

alpha particles

^are determined in copper, silver, terbium, ^{thullium and}

gold by

transmission curves with current measurements.

Energy

losses

through

^a

given

thickness and

straggling

^are determined with solid state detectors.

Introduction. ^- La connaissance de l’interaction des

particules charg6es

^avec la matiere

pr6sente

^un

grand

^{intérêt en}

physique nucl6aire,

^{notamment en}

ce

qui

^{concerne le}

probl6me

des cibles dans les accelerateurs.

Le

pouvoir d’arret,

^ou

perte d’énergie unitaire,

^est

exprime

par la relation

classique

^{de Bethe et}

Living-

stone

[1].

De nombreux travaux

th6oriques

^et

experimentaux

ont 6t6 men6s dans ce domaine

[2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]

^et il existe des tables tres utiles

[9], [10], [11]

donnant le

pouvoir

^{d’arret et le parcours des}

parti-

cules en fonction de leur

6nergie

dans divers

elements,

mais elles

présentent

malheureusement des

approxi-

mations ou des lacunes _pour certaines combinaisons element

cible-particule

^incidente.

Dans le cadre de

l’analyse

par activation avec

particules charg6es

^et pour 1’etude dans la

region

^des

terres rares des fonctions d’excitation des reactions dues aux

particules alpha

^de

54,4 MeV, produites

par le

synchrocyclotron

^de

Lyon,

nous avons 6t6 amenes a determiner

experimentalement

^le parcours des

particules alpha

dans le terbium et le

thullium,

ainsi _que les

pouvoirs d’arrêt;

nous nous sommes

attaches aussi a mesurer la

dispersion

^en

6nergie

^du

LE JOURNAL DE PHYSIQUE. ^{- T. 29. NOS} 2-3. FEVRIER-MARS 1968.

faisceau due au «

straggling » apres

^{travers6e de}

diverses

6paisseurs

^{de ces} absorbants. L’6tude est

6tendue au

cuivre,

^a

l’argent

^{et a l’or.}

Dispositif expérimental.

^{- Deux}

techniques experi-

mentales ont ete mises a 1’oeuvre. L’une est bas6e sur

la determination de la transmission du faisceau direct

en fonction de

1’epaisseur interpos6e,

par des mesures

de courants. Un

systeme

ralentisseur

[12]

^constitue

de trois

disques

^tournants

pr6sente

^sur le faisceau divers absorbants d’un m6me element dont les combi- naisons couvrent la _gamme des

epaisseurs

^{allant de}

zero au parcours R des

particules alpha

^{dans cet}

element. Derriere ces

disques

^{se trouve}

l’int6grateur

de courant se

composant

^d’une cage de

Faraday

reli6e a un convertisseur

tension-fréquence type

Vidar 260.

La deuxieme

technique

utilis6e consiste a inter- poser le materiau 6tudi6 sur le faisceau diffus6 sous un

angle

^{de 15°} par ^une mince cible d’or

(5,85 mg/cm2 d’6paisseur)

^{et a mesurer}

1’energie

^des

particules

transmises en les recueillant sur un d6tecteur a

jonction

^a barrière de surface dans

lequel les particules alpha perdent

^{toute leur}

6nergie.

^{Les chambres de}

reactions utilis6es ont ete d6crites ailleurs

[13].

9

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01968002902-3012900

130

FIG. 1. ^--

Emplacement

^{et schemas du}

systeme

^ralen-

tisseur-cage

^de

Faraday

^{et chambres de reactions.}

La

figure

¹

indique

^les

emplacements

^et les schemas du

systeme ralentisseur-cage

^de

Faraday

^{et des cham-}

bres de reactions.

Rdsultats. ^- PARCOURS. ^- Les parcours dans le

cuivre, l’argent,

^le

terbium,

le thullium et l’or des

particules alpha

^sont determines _par les courbes de

FIG. 2. ^-

Exemple

d’une courbe de transmission

(ter- bium).

Ro ^est le parcours moyen

correspondant

^{a la}

transmission moitie ; Regt ^est le parcours

extrapolé.

transmission du faisceau

(fig. 2).

^{Les resultats sont}

rassemblés dans le tableau I et

compares

^{aux donn6es}

de

Williamson, Boujot

^{et Picard}

[11].

FIG. 3. ^-

Déplacement

^des

pics

^du

spectre

^en

6nergie

^des

particules alpha

transmises en fonction des

6paisseurs

^{de terbium}

interpos6es.

TABLEAU I

PARCOURS DES PARTICULES OC DE

54,4

^MeV

LES PARCOURS

(a)

^ET

(b)

^{SONT CALCULES}

SUR LE GADOLINIUM ET L’ERBIUM PARCOURS EN

mg/cm2

PERTES D’ENERGIE. ^- Les pertes

d’énergie

^subies

par les

particules alpha apr6s

passage dans divers absorbants ont ete mesur6es

d’après

^le

deplacement

des

spectres

^en

impulsions

^des

particules

^d6tect6es

par la

jonction ( fig. 3).

Le test de la m6thode de mesure a ete effectu6 en mesurant les

pertes d’énergie

^dans

l’aluminium,

^les

resultats sont en bon accord avec les donn6es de

Williamson, Boujot

^{et Picard}

[11] ( fig. 4).

FIG. 4. ^- Pertes

d’6nergie

dans F aluminium. Le trace

correspond

^{aux données de} Williamson et al.

[11].

Eryatum. ^- En abscisses, ^{lire :}

mg/cm2.

D’autre

part,

^{on atteint les} pertes

d’6nergie

^dans

le terbium et le thullium en mesurant de

faqon

^diffe-

rente

l’énergie

^des

particules alpha transmises;

^l’éner-

gie

^{de ces derni6res est} d6termin6e _par mesure de leurs parcours moyens dans

l’aluminium,

les relations

parcours-énergie

6tant extraites des tables de William- son,

Boujot

^{et Picard}

[11].

FIG. 5. ^- Pertes

d’6nergie

^{dans le} terbium. Les resultats

proviennent

^{de deux series de mesures, l’une avec}

detecteur a

jonction,

^1’autre par ^{mesure de} parcours dans l’aluminium.

Les deux series de resultats sont coh6rentes comme

le montre la

figure

^5.

Les resultats sur le

cuivre,

le thullium et l’or sont

rassembles dans la

figure

^6.

PRECISION DES MESURES. ^- Parcours. ^- La valeur donn6e _pour le _parcours dans

chaque

^{element est le}

r6sultat d’une _moyenne sur trois mesures en

regle g6n6rale,

pour

chaque

^{cas 1’ecart entre une mesure}

et la _moyenne est

toujours

^{inferieur a 5}

mg/cm2.

Pour le

thullium,

nous avons fait une dizaine de

mesures

qui

^{donnent une} moyenne :

Perte

d’inergie.

^{- Les}

pics

^des spectres ^en

énergie

dans les cas les

plus d6favorables,

c’est-a-dire vers les

grandes absorptions,

^sont determines a un canal

pr6s,

ce

qui correspond

^{a une}

imprecision

de 300 keV sur

les pertes

d’énergie.

^{Dans les cas les}

plus favorables,

nous pouvons

esp6rer

^une

precision

^{de 50 keV.}

132

FIG. 6. ^- Pertes

d’6nergie

^{dans le cuivre,}

1’argent,

^{le thullium et l’or.}

Les traces

correspondent

^{aux donn6es de} Williamson et al.

[11 ] .

Fluctuations sur les

pertes d’energie. « Straggling ».

^-

Le

phénomène

de fluctuations des parcours dues ^aux collisions

6lectroniques

^des

particules alpha

^traversant

une

6paisseur

mat6rielle provoque ^une

dispersion

^en

6nergie

^du

faisceau,

^{meme si ce dernier est a}

1’origine

monocinétique.

^On

peut

^{assimiler cette}

dispersion

^ou

«

straggling »

^{a une} distribution

gaussienne, dispersion qui s’ajoute

^{a la}

dispersion

propre du faisceau incident

experimental,

elle-meme de forme

gaussienne.

^Le

parametre qui

definit la

dispersion

totale du faisceau

TABLEAU II

PERTES D’ENERGIE DES PARTICULES OC DE

54,4

^MeV

AVEC DISPERSION EN ENERGIE INTRODUITE PAR ABSORPTION

(«

STRAGGLING

»)

apr6s

travers6e de

l’absorbant,

^{le carre de} la deviation standard ^ou

variance,

^{est donc la somme} des variances.

On peut ^ainsi obtenir la

dispersion

^en

6nergie

^du

faisceau introduite _par «

straggling »

^en prenant ^la difference des carr6s des

largeurs

^a mi-hauteur 03A92 et

Qo

des

pics

^du spectre ^en

6nergie

^des

particules alpha

avec et sans absorbant

(fig. 3) :

Ici sont tenus comme

n6gligeables

^et inclus dans le terme de «

straggling )

^{les autres} elements de dis-

persion

^tels que les collisions

nucl6aires, l’inhomog6-

neite ou les

impuret6s

des mat6riaux utilises comme

absorbants.

Les «

straggling >>

^en

energie,

pour

chaque element,

en fonction de la perte

d’6nergie

^sont

indiqu6s

^dans

le tableau II.

La

figure

⁷

r6capitule

les resultats sur la

dispersion

dans les différents elements. Dans la

region

des faibles

absorptions (zone

^de

Landau), la largeur a

^mi-hauteur

correspond

^{a 40}

%

^{de la} perte

d’ énergie

^{et a}

partir

d’une perte de 10 MeV elle se stabilise a un taux

d’environ 10

%

^{de la} perte

d’6nergie.

Une meme variation de ce rapport

03A9/Eo -- E,

en fonction de la perte

d’6nergie,

^{est observ6e} pour le «

straggling »

d’un faisceau de deutons de 27 MeV dans de 1’aluminium.

134

FIG. 7. ^-

Rapport

^{de la}

largeur

^a mi-hauteur de la distribution en

6nergie

^{sur la}

perte d’6nergie

03A9s/Eo ^{- E}

en fonction de Eo - ^E.

TABLEAU III PERTES D’ENERGIE

ET « STRAGGLING » DES DEUTONS DE 27 MeV

Fluctuations sur les parcours. ^- La

dispersion

^des

parcours atteints _par les

particules d’energie

^incidente

identique

^{dans un} element considéré a la forme d’une distribution

gaussienne

^{autour d’un} parcours moyen

Ro :

Dans la courbe de transmission au parcours moyen

Ro,

c’est-a-dire a la transmission

moiti6,

^la pente ^est

6gale

^a

l/B/27ro’ :

Donc,

^on peut determiner la deviation standard _03C3R de la distribution autour du _parcours moyen

Ro :

Le tableau IV nous donne la

dispersion

^en parcours dans les elements etudies.

TABLEAU IV

DISPERSION DES PARCOURS DES PARTICULES ALPHA

DE 54,4 MeV

«

Straggling »

^en

dnergie

^au parcours moyen

Ro.

^-

A la deviation standard _6R

correspond

la deviation standard _aE de la distribution en

6nergie

^{autour de la}

valeur _moyenne nulle des

particules alpha.

On peut

exprimer

^{6E comme} 6tant la valeur de

1’energie

^des

particules

^{dont le parcours serait}

6gal

a 03C3R; ^en

effet,

^celles

qui,

^par

exemple,

^{ont un} par-

cours

superieur

^au parcours moyen

Ro

^{de la}

quantite

^6R,

doivent, apr6s

avoir franchi la distance

Ro, poss6der

une

6nergie

r6siduelle _aE suffisante _pour leur _per-

mettre de

parcourir

^encore la distance _{aR :}

La

dispersion

du faisceau due ^{au «}

straggling »

est donn6e _par la relation :

Dans les conditions

d’experience,

03C3o ^est de l’ordre de

0,5 MeV,

^donc

n6gligeable

devant le terme de

«

straggling

^».

TABLEAU V

DISPERSION EN ENERGIE AU PARCOURS

MOYEN Ro ELEMENTS

_(03C3s ^EN MeV

S’il 6tait

possible

d’avoir le

spectre

^en

6nergie

^des

particules

transmises

apr6s

la distance

Ro,

^{on aurait}

une distribution _que l’on peut

approximativement

assimiler a une distribution

gaussienne

^{autour d’une}

valeur ^non nulle dont la deviation standard serait la moiti6 de la valeur

pr6c6dente

^{03C3s; la}

largeur

^{a mi-}

hauteur serait alors

6gale

^{a :}

TABLEAU VI

Conclusion. ^- Les resultats obtenus _pour les pertes

d’ énergie

^{et les} parcours ^{sont en assez} bon accord

avec les donn6es de

Williamson, Boujot

^{et Picard}

[11]

en ce

qui

^{concerne le}

cuivre,

^{l’or et}

l’argent;

pour le terbium et le thullium

qui

^ne

figurent

pas ^sur les

tables,

nous avons trouve des 6carts avec les valeurs d6duites a

partir

^{des donn6es pour} les elements imm6- diatement

voisins,

^le

gadolinium

^et 1’erbium. Les

precisions apportees

^{sur le «}

straggling »

^nous per- mettent de mieux

appr6cier

la finesse des traces des fonctions d’excitation vers les basses

energies après

ralentissement _par

absorption.

Nous tenons a remercier M. L. Feuvrais et M.

J.

R. Pizzi d’avoir mis a notre

disposition

^et

leurs conseils et leurs

appareillages.

^{Nous remercions}

6galement l’équipe

^du

synchrocyclotron

^{de son}

aimable collaboration.

BIBLIOGRAPHIE

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versité de Lyon, ^1966.

DÉSEXCITATION ÉLECTROMAGNÉTIQUE

^DU

^NIVEAU 4,51

MeV DE 48Ca Par S.

GORODETZKY, J. BRITZ,

^P.

CHEVALLIER,

^B.

RABIN,

^G.

SUTTER,

Institut de Recherches Nucléaires de Strasbourg, France,

et R.

DROUIN,

Faculté des Sciences, Université Laval, Québec, ^Canada.

(Reçu ^{le 23}

septembre 1967.)

Résumé. 2014 On a étudié les modes de désexcitation

électromagnétique

^{du niveau à 4,51 MeV}

de 4gCa au moyen de la réaction

48Ca(p, p’)48Ca.

Les résultats obtenus montrent que le

rapport 03934.51MeV~3,83MeV/03934.51MeV~0MeV

^{vaut 4 x} 10-5 fois le

rapport

^{calculé à}

partir

^{du modèle}

de

Weisskopf.

Abstract. ²⁰¹⁴ The

electromagnetic

de-excitation modes of the 4.51 MeV level of 48Ca have been studied

by

^{means of the}

48Ca(p, p’)48Ca

^reaction. The results obtained show that the

experimental

^ratio 03934.51 MeV ~

3.83 MeV/03934.51 MeV ~ 0 MeV

^{is 4 10-5} times the ratio calculated

using

^the

Weisskopf

^model.

Les noyaux doublement

magiques

^{160 et 4°Ca ont}

de nombreuses

propri6t6s

^{communes. En}

particulier,

leurs trois

premiers

6tats excites ont

respectivement

les

spin

^et

parite J’03C0

⁼

0+, 3-,

2+. L’6tat fondamental

est decrit comme une

superposition

^{d’6tats 0}

particule-

0 trou, ²

particules-2

^{trous et 4}

particules-4

trous, dont