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QUELQUES RÉSULTATS RÉCENTS CONCERNANT
LA FISSION DE 235U INDUITE PAR DES
NEUTRONS THERMIQUES
H. Nifenecker, C. Signarbieux, M. Ribrag, G. Perrin, A. Audias
To cite this version:
C l -154 H. NIFENECKER, C. SIGNARBIEUX, M. RIBRAG, G. PERRIN, A. AUDIAS
QUELQUES RÉSULTATS RÉCENTS CONCERNANT
LA
FISSION DE
2 35U
INDUITE PAR DES NEUTRONS THERMIQUES
H. NIFENECKRP,, C . SIGNARBIEUX, M. RIBRAG, G. PERRIN, A. AUDIAS DRP C . E. N., Saclay
Résumé. - On présente, d'une part, les résultats obtenus dans l'étude de la distribution des énergies cinétiques des fragments de fission par une méthode permettant d'éliminer les événements aberrants entachant habituellement ce type de mesure, d'autre part quelques nouvelles données expérimentales concernant la distribution des charges de ces mêmes fragments.
Abstract.
-
A method allowing one to get rid of most of the spurious events associated with solid state detector studies of fission fragments has been devised and applied to the thermal fission of 235U. In addition some new results on the charge distribution of these fragments have been obtained by the detection of their associated X rays.La mesure simultanée des énergies cinétiques des deux fragments associés à la fission permet de déter- miner la masse de ces fragments ; nous avons utilisé cette méthode pour étudier, en fonction de la masse des fragments, d'une part l'énergie cinétique totale moyenne des fragments en essayant d'améliorer la précision des mesures notamment dans la région symétrique, d'autre part la distribution des charges des fragments en mesurant l'énergie des rayons X prompts au moyen d'un détecteur à semiconducteur de haute résolution. Tous les résultats présentés ci-dessous concernent la fission thermique de 235U.
1. Energie cinétique totale des fragments. -
L'étude de la variation de l'énergie cinétique totale moyenne des fragments en fonction de leur masse a fait l'objet de nombreux travaux expérimentaux : la caractéristique intéressante de cette distribution est le creux accentué qu'elle présente dans la région des masses symétriques. Si la réalité de ce creux n'est pas contestée, il existe néanmoins une grande dispersion des résultats dans l'évaluation quantitative de la différence entre la valeur maximale et la valeur à la symétrie. Les raisons de cette incertitude sont expé- rimentales : tous les auteurs signalent en effet dans leurs mesures l'existence d'événements aberrants dus
aux queues des distributions des énergies cinétiques. Pour identifier et éliminer systématiquement ces événements aberrants, nous avons utilisé une méthode de cc surdétermination 1) de l'information expérimen- tale : l'expérience consistait à mesurer en plus des deux paramètres d'énergie cinétique, el et e,, un paramètre supplémentaire T, différence entre les temps
de vol des deux fragments. En négligeant, en première approximation, l'effet de l'émission prompte des neutrons et en tenant compte des relations de conser- vation de la masse et de la quantité de mouvement dans la réaction de fission, il est aisé de montrer que les 3 paramètres el, e,, T sont liés par la relation :
Mo masse du noyau fissionnant L longueur des deux bases de vol.
Si l'un des trois paramètres est mal mesuré, la relation (1) n'est pas vérifiée et l'information rejetée. Dans une récente publication [l] nous avons discuté en détail la précision de cette méthode.
Le dispositif expérimental consistait en deux détec- teurs à semiconducteur placés de part et d'autre
-
25 cm - d'un dépôt mince de 20 yg/cm2 de UF,, enrichi en 235U, sur support mince de 20 yg/cm2 de V.Y.N.S. Le flux thermique était de quelques 10' n/cm2/s.Pour un total de 8,46 x IO5 événements enregis- trés, le test de cohérence en a éliminé 726. Dans la région symétrique, 104 événements ont été éliminés sur un total de 513.
A partir de ces nouvelles données, nous avons calculé la variation de l'énergie cinétique totale moyenne en fonction de la masse des fragments et trouvé 21,2
+
0,8 MeV comme différence entre la valeur maximale et la valeur à la symétrie. Cette valeur est plus faible d'au moins 3 MeV que les valeurs publiées précédemment dans la littérature, nous pensons devoir lui accorder une plus grandeQUELQUES RÉSULTATS RÉCENTS CONCERNANT LA FISSION DE 235U C 1
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155 confiance du fait que, dans notre expérience, la pro-portion d'événements aberrants à la symétrie a été réduite à quelques pour cent, à comparer à quelques dizaines pour cent dans les expériences précédentes.
2. Distribution des charges des fragments.
-
Nous avons également entrepris une mesure simul- tanée de la charge et de l'énergie, donc de la masse, des fragments de fission. Pour cela nous avons détecté simultanément les fragments émis par un dépôt de 100 pg de235U
évaporé sur 20 pg de V.Y.N.S. ainsi que les rayons X émis par les fragments. Cette expérience avait déjà été faite par différents auteurs [2] mais sur le californium-252. D'autre part, la résolution de notre détecteur de rayons X qui était de 1,2 keV nous a permis de pointer avec précision les charges du fragment lourd alors que jusqu'à présent les résolutions obtenues qui avoisinaient 4 keV rendaient cette tâche impossible.La probabilité de détecter un rayon X d'énergie donnée lorsqu'une fission a eu lieu peut s'écrire :
où Y ( Z , M) représente la probabilité du mode de
Toux de Comptage
fission (2, M , et 92-2, 236-M), A K ( 2 , M) la proba-
bilité pour qu'un fragment de fission (2, M ) ait une
vacance électronique dans la couche K ; cette vacance semble être produite essentiellement par émission d'électrons de conversion, ~ ~ ( 2 ) est le coefficient de fluorescence K de l'atome de numéro atomique Z ; ce coefficient est donné approximativement par la formule :
Entre Z = 30 et Z = 40 FK(Z) varie de 0,4 à 0,7 et entre Z = 50 et Z = 60 de 0,85 à 0,90. Enfin E(E) correspond à l'efficacité photo-électrique du détecteur et w est un facteur purement géométrique. Pour notre détecteur (une diode au silicium lithium de 3 mm d'épaisseur) l'efficacité était de 0,95 à 20 keV, 0,60 à 30 keV et 0,35 à 40 keV. La figure 1 représente le spectre des rayons X observés en coïncidence avec les fissions. On remarque la structure fine très apparente à Z = 53, les pics principaux se trouvant à
Z = 55 et Z = 40. La figure 2 représente le spectre
C l - 1 5 6 H . NIFENECKER, C. SIGNARBIEUX, M. RIBRAG, G. PERRIN ET A . AUDIAS
-
5 0A Chorqe Io plus probable en fonction de Io morse Chorge moyenne en lonct~on de Io masse daopres
-
4 0 les mithodes rodiochimiques9 O 1pO 110 120 130 140 150 Masse
1
FIG. 3.
Taux d e des rayons X observé en coïncidence avec un fragment
Comptage de masse 140 (ou 96). On remarque les deux pics
bien séparés à Z = 53 et Z = 55 mais l'absence de rayons X correspondant à Z = 54.
La figure 3 donne la charge la plus probable en fonction de la masse du fragment. On y a également
-
fait figurer la distribution de chargc obtenue en conser-vant pour les noyaux la densité relative de charge de
b
l'uranium-236 et les rtsultats radio-chimiques donnant
Z moyen en fonction dc A. On remarque que dans nos mesures les valeurs obtenues pour les charges des fragments lourds et légers sont cohérentes (pour une même masse, la somme des Z vaut environ 92), ce qui n'est pas le cas pour la courbe radiochimique. Cet effet peut être dû à l'émission de neutrons prompts d'une part et à une évaluation erronée des chaînes radioactives d'autre part. II semble que la fission très asymétrique soit caractérisée par un enrichisse- ment du fragment léger en protons. Enfin, il est inté- ressant de constater le fait que nous n'avons pas
..
.
détecté de fragments ayant un Z égal à 52 ou 54.:
.
Cet effet peut être dG au phénomène de fission lui-même ou plus probablement à l'inhibition des pro-
70 4,o 30 $0 ?,O 8,0 9,0 C o m u x cessus de conversion interne pour les noyaux 2 = 52,
54. En effet ces noyaux sont proches du noyau à
FIG. 2. - Spectre des rayons X couche complète Z = 50 et l'on peut penser que leurs
MESURE DE 11 POUR L'URANIUM-235 AVEC DES NEUTRONS C 1
-
157 élevée pour donner lieu à une forte conversion interne. SIGNARBIEUX (C.), RIBRAG (M.), NIFENECKER (H.) Seule une étude plus approfondie des fragments (en cours de publication a Nuclear Physics).légers complémentaires permettra de clarifier ce point. [2] Determination of the primary nuclear charge of fission fragments from their caracteristics K-X ravs emyssion in spontaneous fission of 2 5 z ~ f .
Bibliographie GLENDEMN (L. E.), U N ~ K (J. P.), GRIFFIN (M. C.), Physics and Chemistry of fission, Vol. 1, p. 385,
[l] Mesure précise dans la région des masses symétriques, IAEC, 1965.
de l'énergie cinétique des fragments de la fission [3] a, p, y spectroscopy. SIEGBAHN (K.), North Holland thermique de 235U. Publishing Company, Vol. 2, p. 1533, 1965.
MESURE
DE
5
POUR L'URANIUM-235 AVEC DES NEUTRONS INCIDENTS
D'ÉNERGIE COMPRISE ENTRE
7 ET 14
MeV
J. FREHAUT, J. GAURIAU, M. LABAT J. PERCHEREAU et M. SOLEILHAC
C . E. A., Centre d'Etudes de Bruyères-Le-Chatel
Résumé. - En utilisant la technique du gros scintillateur liquide, nous avons mesuré le nombre moyen de neutrons prompts de fissions provoquées sur 235U. Les neutrons ont été produits par réaction D-D avec le faisceau pulsé d'un accélérateur Tandem 12 MeV. La droite représentative de la variation de G peut être mise sous la forme : V = 0,139 E f 2,421 (E en MeV, Référence
252Cf: Y = 3,782).
Abstract.
-
A large, loaded-liquid scintillation counter has been used to measure the average number T of prompt neutrons emitted in the neutron induced fission of 235U. Neutrons were produced by D(d, n) reaction with the pulsed beam from a 12 MeV Van de Graaff accelerator. The best fit to the experimental points is given by the relationship : ?(E) = 0.139 E+
2.421 (based on T (25 2Cf spont.) = 3.782).1. Réactions productrices de neutrons.
-
Les neutrons incidents d'énergie comprise entre 7 et 13 MeV ont été produits par réaction D-D en bombardant, à l'aide d'un faisceau de deutérons provenant d'un accélérateur tandem 12 MeV, une cible gazeuse de 11 cm de long chargée en deutérium à une pression variant entre 1 et 1,8 atmosphère suivant l'énergie étudiée. Nous avons utilisé, pour toutes ces mesures, un faisceau de deutérons pulsé à un taux de répétition de 2,5 MHz, donnant des bouffées de 5 x IO-' seconde à mi-hauteur.Le point à 14,4 MeV a été obtenu en utilisant les neutrons produits par réaction (d, T) sur une cible solide de tritium bombardée par des protons accé- lérés dans un petit accélérateur de 120 keV. Pour ce point, nous avons utilisé la technique de la particule associée.
La largeur du pic de temps de vol obtenu était com- prise entre 5,5 et 6,5 nanosecondes sur le tandem et était de 2,5 nanosecondes sur le 120 keV.
2. Mesure du nombre moyen de neutrons de fission.
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Nous n'entrerons pas ici dans le détail de la technique du gros scintillateur liquide qui nous permet d'individualiser les neutrons de fission, détectés avec une efficacité légèrement supérieure à 80%.
Signalons qu'afin de réduire le bruit de fond dû aux neutrons incidents diffusés par la chambre à fission et détectés par le scintillateur liquide, dès qu'une fission est détectée, on envoie le faisceau de l'accélérateur en dehors de la cible. Ce décentrage réalisé avec un déflecteur électrostatique dure 50 micro- secondes, temps pendant lequel nous détectons les neutrons de fission.
Nous avons mesuré l'efficacité du scintillateur liquide en utilisant les neutrons de fission spontanée de 252Cf
