La discrimination de formes. Application à l'étude de la diffusion élastique neutron-proton à 14,5 MeV

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La discrimination de formes. Application à l’étude de la

diffusion élastique neutron-proton à 14,5 MeV

G. Ambrosino, F. Cambou, J.P. Crettez

To cite this version:

156 A.

LA DISCRIMINATION DE FORMES

APPLICATION A

L’ÉTUDE

DE LA DIFFUSION

_ÉLASTIQUE

NEUTRON-PROTON A

_14,5

MeV

Par G.

_AMBROSINO,

F. CAMBOU

_(*)

et J. P.

_CRETTEZ,

Laboratoire _{Maurice-de-Broglie,} Paris.

Résumé. 2014 La décroissance des

impulsions lumineuses _produites dans des scintillateurs

miné-raux ou _organiques par des particules ionisantes diffère selon la nature de ces _{particules :} on décrit deux _{procédés qui} permettent de choisir les _impulsions dues à des _protons ou celles dues aux

particules 03B1, en _{présence d’impulsions créées par} un flux de rayons 03B3.

Abstract. 2014 The

decay of luminous _{pulses, produced} in _inorganic or _organic scintillators _by

ionising particles, differs with the nature of the

_{particles :}

the authors describe two _procedures

allowing the

selection of pulses created

_by

_protons or 03B1 _particles, in _{the presence of}

_pulses

due to a

flux _of 03B3 rays.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM

PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME _22, SUPPLÉMENT NOVEMBRE _1961, AU N~ 11.PAGE

1.

Principe.

--

L’impulsion

lumineuse _{émise par}

un cristal minéral

_(ou

_organique),

sous l’action

d’une

_particule

_ionisante,

_peut

être

_{décomposée,}

en

première approximation,

en deux

_{exponentielles ;}

ces

_composantes

définissent deux

_temps

de vie

Tl

et

_T~

_{pour les} centres excités du scintillateur. Les valeurs de

_{T 1}

et

_{T 2}

et leurs

_importances

relatives

sont liées à la densité d’ionisation des

_particules

incidentes. Pour l’iodure de

_césium,

le tableau 1 résume les résultats

_{expérimentaux}

_[1]

et

_{[2] :}

De

_même,

le tableau 2 résume les

_propriétés

de

l’anthracène

_{[3], [4]}

:j

TABLEAU 2

Pour discriminer les

_impulsions

selon la nature

des

_particules

incidentes,

on

_peut

_comparer une

impulsion reproduisant

fidèlement

la scintillation à la tnême

_{impulsion di f f éremment intégrée [5], [6], [7],}

(*) Actuellement au Centre de

Physique

Nucléaire de la

Faculté des Sciences de Toulouse.

[8].

Supposons

la scintillation

_{représentée}

_par une

seule

_{exponentielle}

de constante de

_temps

X

_pour

un

_alpha

et

_~,y

_pour un

_gamma).

Soit

_{U 1}

_{l’impulsion}

(négative)

recueillie sur l’anode :

Soit

_U2

_{l’impulsion (positive)}

recueillie sur une

dynode :

Un circuit détecteur conservera de ces

_impulsions

des

_amplitudes

de crête

_{U 10 et U2o ~}

Une combinaison linéaire de

_{U 10}

et

_U20

fournit

un

_signal

dont la hauteur h est :

La constante k est

_ajustée

_par un

_réglage

conve-nable de manière que h = 0

pour une scintillation

due à un

_photon

_gamma.

_Lorsque

la scintillation

est due à une

_particule

_{alpha :}

TABLEAU 1

157 A

Le

_signal

dû à des

_{protons (ou}

des

_particules

alpha)

sera

positif

_pour l’anthracène et

négatif

pour CsI

(voir

les tableaux 1 et

2).

Fie. 1. -

Forme théorique des impulsions délivrées par un

compteur à scintillations équipé d’un cristal CsI(Tl~ pour

une constante de _temps du circuit _anodique de 0,2 ps.

Une méthode nouvelle et

_{plus générale [9]}

se fonde sur la mesure d’une

_période

_{moyenne pour}

_chaque

impulsion

suivie du classement des

_impulsions

sui-vant cette

_période.

La

_figure

1

_représente

la forme

théorique U(t)

des

_impulsions

_anodiques

_prises

sur un P. M.

_équipé

d’un cristal CsI

_(constante

de

temps :

0,2 pus).

Une droite

_parallèle

à l’axe des

temps,

située au tiers environ de

_{l’amplitude}

des courbes

_U(t),

définit des

_{temps t,,,}

_{et ty}

nettement

différents.

La méthode consiste à utiliser cette différence :

on _{superpose à}

_{l’impulsion anodique}

une

impulsion

carrée de

_signe

_opposé

et

_{proportionnelle}

à

l’ampli-tude de

_{l’impulsion.}

En

_pratique,

il est

_plus

com-mode d’utiliser une

_impulsion

_{décroissante,}

car les

différences entre _t0153

_{et ty}

seront encore

_{plus grandes}

(cf.

fig.1

où une droite en

_pointillé

définit _ta et

_t’y).

2. Résultats

_{expérimentaux.}

- Ces différentes

méthodes ont été _{utilisées pour} tracer des

_spectres

de

_{particules alpha}

ou de

_protons

_{(de recul)}

en

pré-sence d’un

_rayonnement

_{gamma :} le détecteur

(minéral

ou

_organique)

reste insensible aux _{rayons y}

émis _{par des sources,} 22Na ou

118y,

d’une centaine

ric. 2. -

Dispositif d’étude de la diffusion _élastique.

FIG. 3. - Variation de la section efficace différentielle de

la diffusion _{élastique (n-p)} à _14,58 MeV.

de micro-curies

_{[2], [7], [8]}

et

_[9],

_placées

à

_quelques

centimètres du cristal.

Ces méthodes

_permettent

l’étude des réactions nucléaires à basses

_{énergies :}

un cristal

scintil-lateur CsI recouvert d’un diffuseur mince est

_placé

dans un faisceau de neutrons

_rapides

monoéner-gétiques ;

sa

_réponse

est

_{proportionnelle}

à

_l’énergie

des ions de recul.

_{L’efficacité,}

liée à

_{l’épaisseur}

du

diffuseur,

est faible tandis _que la sensibilité aux

rayons gamma est

grande

et la méthode usuelle consiste à mesurer la

_répartition

des neutrons

diffusés. La discrimination de

_forme,

en

_supprimant

la sensibilité aux _{rayons gamma,}

_permet

la mesure

158 A

Les

_impulsions

du

_{photomultiplicateur}

_(sortie

linéaire)

passent

dans un circuit de coïncidences

(fig.

2)

avant de

_pénétrer

dans le sélecteur

d’ampli-tudes : les seules

_impulsions

_analysées

sont celles

qui

sont en coïncidence : d’une

_part,

y avec les

impulsions

provenant

du circuit

_{discriminateur,}

ce

qui

élimine le bruit de fond _{gamma ;} d’autre

_part,

avec des

impulsions

délivrées par un

_compter

qui

détecte les

_particules

associées aux

_neutrons,

ce

qui

élimine le fond

_parasite

tout en fournissant la

valeur du flux de neutrons.

La

_figure

3

_représente

la variation de la section

efficace différentielle de diffusion

_{élastique (n-p)}

à

14,6

MeV obtenue par cette

_{méthode ;}

les

_points

expérimentaux

sont _{déduits de la courbe des}

pro-tons de recul

_(Csl

recouvert d’une feuille de

poly-éthylène

de

_{3/10 mm)}

et le

_pouvoir

de résolution

(7

%)

ne

_permet

_{pas de} connaître les

_points

corres-pondant

à un

_angle

de diffusion du neutron

supé-rieur à 1600 dans le

_système

du centre de masses.

A la

_précision

des _mesures, la variation du

_pouvoir

de résolution avec

l’énergie

produit

une déforma-tion

_négligeable

du

_spectre.

La

_{répartition angulaire}

a été

_{représentée}

_par

une formule de la forme :

p étant

l’angle

de diffusion dans le

système

du centre de

_gravité.

La fonction déduite de

_{l’expérience}

_présente

un

minimum pour une valeur de _cp voisine de 900

(a

voisin de

_zéro).

D’autre

_part,

la valeur de b est

de

0,09 ± 0,01.

BIBLIOGRAPHIE

-[1] STOREY _{(R. S.),} JACK _(W.) et WARD _{(A. G.),} Proc. Phys. Soc., 1958, 72, 1, 468.

[2] CAMBOU (F.), Amélioration des méthodes de spectro-métrie des neutrons _{rapides. Thèse, Paris,} février 1961

[3] OWEN (R. B.), Nucleonics, 1959, 17, n° _9, 92. [4] CAMBOU _(F.) et AMBROSINO _(G.), C. R. Acad. Sc., 1960,

250, 1034.

[5] FORTE _(M.), Studia Ghisleriana, 1959, 2, 281.

[6] BROOKS _{(F. D.),} Nuclear Instr. _{Methoâs, 1959, 4,} n° _3,

151.

[7] CAMBOU

_(F.),

CRETTEZ _{(J. P.)} et AMBROSINO _(G.), C. R. Acad. _{Sc., 1960, 251, 2683.}

[8] AMBROSINO _(G.), CAMBOU _(F.) et CRETTEZ _{(J. P.),} C. R. Acad. _{Sc., 1960, 251,} 703.

[9] CRETTEZ _{(J. P.),} CAMBOU _(F.) et AMBROSINO _(G.), Colloque

d’Électronique

Nucléaire, Belgrade, mai 1961.

SPECTROMÈTRE

A NEUTRONS RAPIDES A LITHIUM 6 ET DIODES AU SILICIUM par

J.

_BOK,

B. DE

_COSNAC,

J. P.

_NOEL,

R.

_SCHUTTLER,

M.

_LOTT,

J. P. MILLOT J. RASTOIN

Service d’Étude de Protection des Piles.

Département des Études de Piles, C. E. _{N., Fontenay-aux-Roses.}

Résumé. 2014 Les auteurs utilisent la réaction

En mesurant la somme des _énergies de l’03B1 et du triton, on déduit l’énergie du neutron incident

L’appareil se _{compose d’une cible mince (1 03BC)} de 6LiF _placée entre deux diodes à barrière de surface _{[1], qui} permettent de mesurer _l’énergie des _{particules chargées} sortant du LiF.

On a calculé la résolution théorique d’un tel spectromètre et testé _{l’appareillage} d’une _part en

neutrons thermiques, d’autre _part par neutrons de 2,5 ; 3,6 et 4,7 MeVproduits par un accélérateur

de 600 keV.

Abstract. 2014 Using the reaction

and _measuring the added _energies of the 03B1 particle and of the triton, the _{energy of} the incident neutron is deduced. The _apparatus is made of a thin 6LiF target between two surface barrier

diodes, able to measure _{the energy of the charged particles issuing} from the LiF.