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Exemples d’utilisation d’un enregistreur
multiparamétrique
René Ballini
To cite this version:
31
EXEMPLES D’UTILISATION D’UN ENREGISTREUR
MULTIPARAMÉTRIQUE
Par RENÉ
BALLINI,
Centre d’Études nucléaires deSaclay.
Résumé. 2014
Après rappel de quelques résultats obtenus par enregistrement multiparamétrique
de coïncidences, des dispositifs prévoyant l’extension à des mesures de distributions angulaires sont décrits.
Abstract. 2014 After a short
description of some results obtained by
multiparametric
recording, devices designed for angular distribution measurements are described.PHYSIQUE
PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 25, MARS 1964, PAGE
Au
premier plan
desapplications
del’enregis-trement «
multiparamétrique
»[1], [2] figurent
lesmesures de coïncidences
[3],
etparticulièrement
cellesqui
étaient inabordables ou que l’on hésitait àentreprendre
en raison de leurdurée, rallongée
encore par la nécessité de
répéter
la mesure enfaisant varier tel ou tel
paramètre.
Un cas trèsdifférent est celui où
chaque
signal
d’un détecteur estaccompagné
d’un autresignal permettant
unclassement : par exemple, on
peut
enregistrer
si-multanément E et
deldx
pour uneparticule
chargée
eteffectuer, après
coup, leproduit
E(dÉldx)
permettant
l’identification ;
un autreexemple
est’l’utilisation
du «bidimensionnel »
à2 voies de 63 canaux
[3]
pourapporter
à l’infor-mation detemps
d’uncompteur
à scintillations unecorrection due à
l’amplitude [4],
avantqu’une
autre solution
[5]
ait rendu inutile cette correction.Avant de décrire dés schémas de
principe
d’enre-gistrement
multiparamétrique, rappelons quelques
résultatsdéjà
obtenus etquelques
projets
immé-diats.Sélection d’états finals dans une réaction p, n.
-L’enregistrement
simultané dutemps
de vol des[
FIG. 1. - Niveaux de 51Cr obtenus parV(p,
n).neutrons de
quelques
dizaines de keV parV(p,
n)
(fig. 1)
et del’énergie
des y émis par l’état final ainsi obtenu[6],
a constitué unappoint
à d’autresmesures effectuées sur la même réaction
[7], [8].
En utilisantconjointement
la variation de l’intensité des y et despics
detemps
devol,
la variation relative de la section efficace deproduction
de 51Crdans divers états excités a pu être déterminée en fonction de
l’énergie
initiale entre3,05
et3,2
MeV :on observe des fluctuations telles que les valeurs
maximales sont obtenues à des
énergies
généra-lement différentes pour différents états
finals,
cequi
s’explique
par des effetsstatistiques
sur lesniveaux du chrome - 52
compris
dans une banded’énergie
de 3 à 4 keV(épaisseur
de lacible).
Sélection d’états finals dans les réactions pro-duites par 6Li de
1,8
MeV sur 9Be et 6Li. - Lesspectres
departicules chargées
d’états finalscom-prenant
1°B*(720 keV),
’Li*(480
keV)
ou ’Be*(430 keV)
ont été sélectionnés par coïncidence avecles
impulsions
d’un détecteur de y vu de la cible sous ungrand angle
solide. Une note récente[9]
donne les conclusions de ces mesures[9], [10],
admettantl’hypothèse
d’un étatd’agrégat
inter-médiaire cible + d[11].
FIG. 2. -
Réaction
32
Les mesures sur
ont confirmé et
précisé
les conclusionsdéjà
tirées del’énergie
maximale des oc en coïncidence avec yde 480 keV sélectionnés par un sélecteur à 1 canal
[12].
Elles ont en outrepermis
d’observer lapartie
supérieure
duspectre
d’énergie
des oc de ce+
n+10B*.
La
répartition
étendued’énergie
de ces oc estdifficilement
compatible
avec 11B intermédiaire dans un des états excités antérieurement connus(fig. 2) (voir
note à la fin del’article).
Les mesures sur 6Li
+
’6Li(fig.
3)
ontpermis,
en
dépit
d’unestatistique
pauvre(8
à 10 heures demesure pour chacun des
angles
250 et400),
demettre en évidence la queue du
spectre
oc de l’étatfi-nal oc + n
+ 7Be*.
L’intérêttechnique
de ces mesuresFIG. 3. - Réaction
est que la sélection des coïncidences avec y de 430 keV
(en
présence
de 480 keV de7Li*)
auraitété
beaucoup
plus
difficile sansenregistrement
multiparamétrique :
ce dernier apermis,
enoutre,
d’obtenir simultanément
l’enregistrement
descoïn-cidences fortuites et un
auto-étalonnage
par lesdeutons de d
+ 1°B*.
Ces mesurespréliminaires
confirment les conclusions d’autres travaux[14]
sur
l’énergie
d’excitation très élevée de8Be,
admis comme état intermédiaire(*).,
Des mesures de coïncidences entre
particules
chargées
[15]
(ou
entre neutron etparticule
char-gée)
sont de nature àapporter
desrenseignements
plus
directs sur le mécanisme deréaction,
d’autantplus
qu’elles
ont un caractère de corrélation angu-laire(angle
solidefaible,
donc faible taux decomp-tage).
L’enregistrement multiparamétrique
per-mettant d’obtenir simultanément les résultats pour
plusieurs positions
desdétecteurs,
la durée de cesmesures rend
obligatoire
deprofiter
de cettepossi-bilité
(intéressante également,
bienqu’à
moindretitre,
pour lasimple
sélection de voies de sortiepar coïncidence avec des
y). Malheureusement,
lespetits
appareils
annexes ne sont pas encoreproduits
industriellement en vue de cette utilisation et doivent être construits par le même service où aété mis au
point l’enregistreur
multiparamétrique.
Des schémas de
principe,
en cours depréparation,
sont
exposés plus
loin avecplus
de détails que dans lesexposés
précédents
[16], [17].
Corrélations
angulaires
ay dans l’américium-241(fig. 4).
-Effectuées par R.
Kamoun,
ces mesuresconsistent à
enregistrer
simultanément le retardFIG. 4. - Coïncidences
ocy
dans le rayonnement de l’américium-241. entre une
impulsion
d’oc(détecté
par unejonction)
et une
impulsion
de y, ainsi que lesamplitudes
de cesimpulsions.
En vue d’observer les effets deprécession qui
se traduiraient par de faibles écartspar
rapport
à une décroissanceexponentielle
de137NP*, il a paru nécessaire d’utiliser
deuxdétec-teurs y avec le même circuit de définition de
temps :
le numéro du détecteur y(1
ou0)
est alors unquatrième paramètre
àenregistrer.
Il est à noter que les 15 «digits »
del’enregistreur
multipara-métrique
disponible
actuellement sont ici ennombre
trop
faible ;
eneffet,
il faudraitdisposer
au moins de 16 canaux sur lespectre
cc, 32 sur lespectre
y et 128 sur lespectre
detemps,
cequ
représente
déjà
16digits.
La durée des mesuresimposée
par la faible intensité de la source(réso-lution des a, coïncidences
fortuites)
rend souhai-table l’utilisation simultanée de 4 ou 8 détecteurs y,numérotés avec 2 ou 3
digits.
En raison desexi-gences sur la résolution
d’énergie
oc, il a parupréfé-rable de ne pas réaliser un
dispositif
avec un seuldétecteur y et
plusieurs
détecteurs a : à défaut d’un«
mélangeur
digital
», lesempilements
dans un«
mélangeur
analogique »
auraientprésenté
desinconvénients
appréciables
dans ce cas et sansgrande importance
sur la « voie y )) ; deplus,
il estactuellement
utopique d’espérer disposer,
en toutesécurité,
de 4 ou 8jonctions ayant
lesqualités
requises.
Au lieu de ne
dépendre
que d’un circuit decoïncidences
(avec
des limitesd’amplitude
supé-rieures aux seuils des circuits
rapides
comme éven-tuelles conditionssupplémentaires),
l’ouverture destraducteurs
d’analogique
endigital dépend
de l’unou l’autre de deux circuits de
coîneidences (fig.
5) :
FIG. 5. - Enregistrement
simultané’de
coïncidencesfor-tuites.
l’un est
réglé
defaçon
àenregistrer
les coïncidencesvraies,
l’autre defaçon
àn’enregistrer
que descoïncidences
fortuites ;
le
fonctionnement de l’und’eux se traduit par
l’inscription
de 1 sur un desFIC. 6. - Autre version du
schéma précédent.
«
digits
u, de
préférence
lapuissance
de 2 laplus
élevée. Dans ceschéma,
lestemps
de résolutionFiG. 7. -
Spectres
oc en coïncidence fortuite avec des y, obtenus avec le schéma 6 : « F » correspond au seuilsupérieur du sélecteur à 1 canal, « V » à l’intervalle entre
les deux seuils. Dans les mesures représentées par la
34
des deux circuits
identiques
de coïncidences restentégaux,
même si leur valeur réelle varie sous l’effet d’uncomptage
très élevé : ce n’était pas le casdans un
montage
(fig. 6)
déjà
réalisé dans desexpériences [9]
où unrayonnement
très intense à basseénergie
déformait suffisamment la mise enforme du
signal de jonction
pour que l’intervalle detemps
correspondant
audépassement
du seuilsupé-rieur du sélecteur à 1 canal ne soit pas
rigoureu-sement constant. La
figure
7représente
lesspectres
continus «(obtenus
enplaçant
un écranjhétéro-gène
de «papier
Joseph »
entre lajonction
et unesource
d’américium-241)
en coïncidence fortuite avec des y. Les 3spectres
cereprésentés
sur lafigure
7a ont même forme : lestemps
de résolution sont doncindépendants
del’énergie
des oc(même
lorsqu’un
taux decomptage
élevé entraîne d’autresperturbations)
àpartir
du seuil du circuitrapide :
dans lafigure 7b,
ce seuil estréglé
defaçon
à laisser déclencher le circuitrapide
par le bruit de fond.Distributions
angulaires.
- L’utilisation du codebinaire à l’entrée d’une
mémoire,
nonintégratrice
comme une bande
magnétique [1], [2] ou intégratrice
comme un « blocd’exploitation
», seprête
bien àl’opération
suivante : coder sur un certain nombrede
digits (2°
à 27 parexemple)
une information pro-venant indifféremment de diversesorigines,
et coder cetteorigine
sur lesdigits
suivants,
28 et 29 parexemple ;
on obtient ainsi 4spectres
de 256 canauxenregistrés
de 0 à255,
256 à511,
512 à767,
768 à 1023 suivant que l’information vient du détecteurnuméroté
0, 1,
2 ou 3.Deux méthodes sont utilisées :
mélange
analo-gique [18]
etmélange
digital
[2].
Dans lepremier
cas, le
codage
est effectué àpartir
des circuitsd’identité connectés aux entrées d’un
mélangeur,
dont la sortie est connectée à un traducteur
com-mun. En raison du
temps
d’accès de cedernier,
l’inscription
de l’identité dans une mémoire(remise
préalablement
àzéro)
doit être soumise à untemps
mort
suffisant,
afin de ne pas y êtreremplacée
par une autre avant d’en être extraite en mêmetemps
que le numéro de canal inscrit dans les
registres
de sortie du traducteur. D’autrepart,
le traducteurne
doit,
depréférence,
être autorisé à fonctionner que si la mise en mémoire de l’identité esteffecti-vement faite.
Le
projet
représ.enté
par lafigure
8répond
à cesconditions,
lesignal
d’ouverture soumis àtemps
mortpouvant être,
comme dans l’associationaiguilleur-CA
12 d’ «Intertechnique
», le seuilinfé-rieur de
pilotage
du traducteur. Un desprocédés
utilisés dans cetaiguilleur
pour éliminer lesinfor-mations
simultanées(présence
simultanée de 2n et 2nde
même valeur den)
estégalement
repré-senté dans la
figure
8 : la mise en mémoire y estpré,vue
avantcodage,
afin d’éviter des erreurs en cas designaux
à la limite desportes
d’entrée.de
traduction)
FIG. 8. -Codage d’identité : la mise effective en mémoire d’une identité et d’une seule
permet
l’enregistrement de l’information sortant du mélangeur.A moins d’utiliser des
amplificateurs
à seuil auxentrées du
mélangeur,
ceprocédé
n’élimine pas lesempilements
sur uneimpulsion n’ayant
pasdé-clenché de
signal
d’identitéenregistré.
Sauf circonstances
exceptionnelles
(nombreuses
coïncidences vraies éliminées par un
dispositif
d’ex-clusion),
lespertes
relatives decomptage
sur tousles détecteurs sont
égales
maispeuvent
êtreimpor-tantes,
untemps
mort commun élevéagissant
surtous et étant déclenché
conjointement
par tous.Le
mélange
digital
consiste à utiliser pourchaque
détecteur un traducteur dont l’avis de transfert estutilisé comme
signal
d’identité et dont letemps
d’accèsn’impose
untemps
mortqu’aux
infor-mations du détecteur intéressé. Lespertes
decomp-tage
sont alorsplus
faibles,
mais différentes pour les divers détecteurs : elles nedépendent,
pourchacun,
que de son propre taux de
comptage,
à conditionque le
temps
d’accès del’enregistreur (après
mé-lange
digital)
soit faible et ne nécessite l’exclusionque d’informations très
rapprochées :
c’est le casavec un
rythmeur
et le circuit « OU exclusifrapide,
étudié par A.Pagès
et sescollaborateurs,
éliminant tous lesempilements
entre deuxdétec-teurs.
Exemples simples
de «mélange analogique »
dansdes mesures de coïncidences. -
L’enregistrement
radio-actifs a été cité
plus
haut. Dans le schéma 9 d’abordréalisé,
onprofite
de laprésence
d’un traducteur(immobilisé
dans un « bi-convertisseur CA 12»)
pour
signaler
le fonctionnement du détecteur y, :au cours d’essais n’utilisant que ce
détecteur,
onFIG. 9. -
Dispositif
utilisé pour les premières mesures surl’américium-241 : le mélangeur
analogique
a été mis aupoint
par R. Chaminade et ses collaborateurs(Saclay,
SPNME).
contrôle que toute information est
accompagnée
de l’avis de transfert de ce traducteurauxiliaire,
utilisé comme
signal
d’identité. Onaccepte
dansce cas le
risque
négligeable
de coïncidencestriples
FIG. 10. - Utilisation de deux détecteurs de neutrons
produits
par T(d, n) et diffusés : le détecteur aenre-gistre la « particule associée » au neutron.
ocyy avec
codage
erroné(attribution
ày,)
mais aussicelui
d’enregistrer
avec une identité correcte uneimpulsion
ayant
donné lieu à coïncidencerapide,
empilée
sur uneimpulsion
de l’autre détecteurn’y
ayant
pas donné lieu.Bien
qu’il
nes’agisse
pas, àproprement
parler,
d’un
enregistrement
multiparamétrique
decoïnci-dences,
ledispositif
detemps
de vol( fig.
10)
danslequel
MmeConjeaud
et ses collaborateurs utilisentdeux détecteurs de neutrons est à
rapprocher
duprécédent :
leréglage
de la sensibilité duregistre
d’identité et de celle du circuit d’ouverture dutraducteur assurent ici l’élimination des erreurs
de
codage.
,Distributions
angulaires
en coïncidence. - Onpeut
imaginer
de nombreuses variantes pour chacun des schémassuivants,
constitués pour l’essentiel par unassemblage
d’élémentsdéjà
étu-diés(dont
des discriminateursrapides
à seuilréglable, tels que
ceuxqu’ont
mis aupoint
J.Qui-dort et ses
collaborateurs).
Les
figures
11 et 12représentent
desexemples
demélange
analogique,
lafigure
13 unexemple
demélange
digital.
FiG. 11. - Autre version de la
figure 9,
généralisable à
plus
de deux détecteurs y.La
figure
11 est une autre version de lafigure
9(enregistrement
du retard ocY en mêmetemps
quedes
amplitudes
cc ety) :
lagénéralisation
àplus
36
FIG. 12. -
Codage de coïncidences doubles AB
(avec
enregistrement des
fortuites),
un mélangeuranalogique
étant utilisé sur chacune des voies A et B.
FiG. 13. - Utilisation d’un
mélangeur digital
dans une mesure de coïncidences.
soit en
remplaçant
par un «aiguilleur »
industriel(1)
avec
quelques
aménagements,
les circuits ETd’entrée des
registres
(fig. 11)
et tout cequi
suit.Le schéma 12
(à
compléter
par 11 et8)
est destinéà
l’enregistrement
de coïncidences AB : à chacune despaires A,Bl, AlB2, A2BI
etA2B2
sont associés(1)
Quelques
aménagements de l’aiguilleur «Inter-technique » du type « 32 voies » sont alors à prévoir : remise
en forme (avec
allongement)
du signal d’ouverture destraducteurs, ordre de transfert délivré soit par le circuit de
temps
mort, soit par les traducteurs s’ilss’y
prêtentmontage de type « XY »).
deux circuits de
coïncidence,
dont l’un ne détecteque des fortuites
(voir fig. 5).
Dans le schéma
13,
c’est unmélangeur
digital
[2]
qui
dirige
sur la « voie B » lesspectres
d’ampli-tude
B¡
àB4.
Les traducteurs Breçoivent
lesmêmes ordres d’ouverture et de
transfert,
cequi
augmente
laprobabilité
desuperposition
maisper-met d’éliminer alors
l’enregistrement par
unpro-cédé relativement
simple, s’appliquant
à dessignaux
vraiment simultanés. L’utilisation depilo-tages
distincts pour les traducteurs B(à partir
deplusieurs
circuits de coïncidences installés comme dans lesfigures
11 et12)
diminuerait laprobabilité
desuperposition,
maisimposerait
undispositif
d’exclusion
plus complexe,
si la condition « OUexclusif » était
jugée
nécessaire.Le schéma 14
permet,
en utilisant unmélangeur
analogique,
d’éliminer lesempilements
sur desFIG. 14. - Utilisation d’un
mélangeur analogique
avecélimination des
empilements
sur desimpulsions
n’ayantpas donné lieu à coïncidence
rapide.
L’ordre définitif detransfert, destiné aux traducteurs et aux registres d’iden-tité, n’est pas
représenté.
Le schéma 8 peut être utiliséen encadrant les signaux d’identité, à l’entrée des
registres, par une
porte
assezlarge.
impulsions n’ayant pas
donné lieu à coïncidencerapide. L’opération
« OU exclusif »n’est, ici,
paseffectuée sur des informations mises en mémoire
(fige 8)
mais sur lessignaux
d’identité non soumis à coïncidencerapide :
sous latriple
condition notée dans lafigure
14,
etpendant
letemps
mortimposé
digital reçoivent
l’ordre définitif d’ouverture et lecodage
d’identité est mis enmémoire, après
misepréalable à zéro. Pour que
cemontage
soitéqui-valent au schéma
13,
il faudrait en touterigueur
que le
mélangeur
nereçoive
que des informationsaccompagnées
d’un
signal
d’identitéprovenant
, d’un
amplificateur
à seuil ou d’uneporte
linéaire ;
deplus,
l’intervalle detemps
où lesempilements
sont
possibles
estplus long qu’avec
lemélange
digi-tal.Enfin,
l’installation et leréglage
sontbeaucoup
plus
faciles dans ce dernier cas( fig.13).
Dans les
dispositifs qui
ont étéénumérés,
untemps
mortglobal
estimposé
à toutes lescoïnci-dences
enregistrées
et déclenché partoutes,
cequi
ne constitue pas un inconvénient bien sérieux en raison des faibles taux de
comptage.
Les instal-lations effectivement réalisées avec le matériel actuelseront,
àquelques
détailsprès,
conforme à un des schémas 11 à 14.Manuscrit reçu le 23 juillet 1963.
Note
ajoutée
sur épreuve. - Ce résultat avait conduit àavancer l’hypothèse d’une « tripartition )) ; une
interpréta-tion
plus
satisfaisante est apportée par des travaux ulté-rieurs sur la réaction 6Li + 6Li [13] et par des mesures decoïncidences, actuellement en cours entre particules chargées
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