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Submitted on 1 Jan 1962
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Utilisation du séparateur d’isotopes d’Orsay pour
l’étude des réactions de spallation
N. Poffé, G. Albouy, M. Gusakow
To cite this version:
213
FIG. 2.
FIG. 3.
Le
duoplasmatron
pourrait
donc être utilisé commecanon
électronique
à forte émissivité dans les instal-lations dechauffage,
fusion ouusinage
sous vide.Lettre reçue le 25
septembre
1962.BIBLIOGRAPHIE
[1]
BECHERER(R.),
GAUTHERIN(G.)
et SEPTIER(A.),
J.Physique
Rad., 1962, 23,121 A/128
A.UTILISATION
DU
SÉPARATEUR
D’ISOTOPES D’ORSAY POURL’ÉTUDE
DES
RÉACTIONS
DE SPALLATION Par N.POFFÉ,
G. ALBOUY et M.GUSAKOW,
I. Introduction. - Les
expériences
que nous avonsréalisées à l’aide du
séparateur
d’isotopes
d’Orsay [1]
ont pour but essentiel la détermination des sections efficaces de réactions
(p,
xn).
Comme dans le cas de la
plupart
des autres réactions despallation,
laséparation
électromagnétique
estactuellement la seule méthode
permettant
d’obtenirsystématiquement
ungrand
nombre de résultats. Eneffet,
à desénergies
incidentessupérieures
àquelques
dizaines de
mégaélectron-volts,
il se forme engénéral
untrop grand
nombred’isotopes
pourque
leurspro-priétés
radioactives seulespermettent
de lesséparer.
pÉtant
donnél’incertitude
sur lerendement
de lasource
d’ions,
et la variation de ce rendement d’unieexpérience
àl’autre,
nous avonseffectué,
par lesméthodes que nous allons brièvement
décrire,
desmesures relatives. La normalisation des valeurs
rela-tives s’effectue par l’intermédiaire d’un des
isotopes
formés pourlequel
lapériode
ou unrayonnement
caractéristique
permet
la détermination absolue des sections efllcaces. Cetisotope
sert alors de momteurinterne.
II. Production des ions. - Nous
avons étudié les réactions
(p, xn)
surl’or,
et une étude est actuellement en cours sur le lanthane. Lesséparations
ont doncporté
surHg
et Ce. Dans le cas del’or,
irradié sousforme
métallique,
l’extraction du mercure se faitsim-plement
par volatilisation. Les feuilles d’or irradiéessont introduites dans des
capsules
demolybdène
et cescapsules
chauffées à environ 800 °Cdans
un four situé-à la
partie
inférieure de la source d’ions. Cettetempé-rature est nécessaire pour extraire avec un rendement
suffisant le mercure formé dans la masse de l’or. Les
autres éléments formés en
quantités
nonnégligeables
par réactions nucléaires dans l’or
(Au, Pt, Ir, Os)
nesont pas extraits à cette
température.
Dans le cas de l’étude du
lanthane,
le cérium formépar les réactions
(p,
xn)
nepeut
être volatilisé sélec-tivement. Il est extraitchimiquement
des cibles etmis sous forme de chlorure Ce
C’3
volatil.
Quelques
milligrammes
de cérium naturel servant d’entraîneurchimique
permettent
de voir le passage de CeCI,
dans leséparateur.
Une très faiblequantité
de tétrachlorurede
carbone,
introduite par une fuiteréglable
dans lasource d’ions
pendant
toute laséparation,
améliore le rendement d’extraction.La durée effective de
séparation
est d’environ 30 s.pour le mercure et de l’ordre de
cinq
minutes pour le cérium. Ceci nous aconduits
à introduire l’échantillondans la source d’ions
après
avoir effectué tous lesréglages.
Lacapsule
contenant l’élément àséparer
estd’abord
entreposée, après
avoir traversé un sas, dans unerégion
froideproche
de la source d’ions.Puis,
la haute tension étantappliquée
et tous lesréglages
ter-minés,
cettecapsule
estpoussée
dans le four par unsystème
de commande à distance. Il faut noterque,
si cette deuxième
étape
est effectuéebrutalement,
il se214
produit
uneperturbation
notable de l’arc de la sourced’ions
qui
peut
avoir commeconséquence
une défoca-lisation des faisceauxioniques.
I I I. Collection. - La collection se fait
généralement
au
premier
étage
duséparateur.
Le nombred’isotopes
simultanément collectés
(une
dizaineenviron)
estlimité par les
périodes
radioactivesqui
deviennent trèscourtes
(inférieures
àquelques
minutes)
pour lesnuclides
très déficients en neutrons.Le collecteur est constitué par une feuille de cuivre ou d’aluminium de
0,1
mmd’épaisseur placée
dansle
plan
focal duséparateur.
La condition de focali-sation étant trèsimportante
pour laqualité
de lasépa-ration,
laposition
du collecteur estajustée
lors dechaque
expérience
defaçon
à obtenir desimpacts
netsobservés visuellement sur les faisceaux marqueurs.
Le marquage des masses est obtenu par volatilisation de Gd
C’3 (pour
lemercure)
et de Ba(pour
lecérium).
Pour essayer de
pallier
les inconvénients d’une per-turbation éventuelle lors de l’introduction de l’échan-tillon dans la sourced’ions,
le collecteur est enréa-lité
composé
de deux feuilles de cuivreidentiques
super-posées.
Si l’on constate une défocalisation ou undéplacement
des raies en début deséparation,
onfait tomber la
première feuille, qui
sert ainsi de feuille degarde,
et l’on effectue les mesures sur la deuxième feuillequi
n’a été découverte quelorsque
lefonction-nement de la source est redevenu normal.
Pour l’étude individuelle de certains
isotopes
insuffi-samment connus, nous avons été amenés à utiliser le 2e
étage
duséparateur.
IV. Mesures
après
la collection. -a)
MESURES AU2e ÉTAGE. - Pour
pouvoir
observer des nuclides depériode
très courte[2],
nous avons monté unscintil-lateur derrière le collecteur. L’influence du
champ
magnétique
sur le tubephotomultiplicateur
r’est pasgênante,
cechamp
restant constantpendant
toute la durée del’expérience ;
il suffit d’étalonner l’instal-lation decomptage
enprésence
duchamp.
Parcontre,
l’activité
présente
dans la source d’ions et dans le corpsdu
séparateur, importante
devant l’activitérecueillie,
nécessite l’utilisation d’unblindage
deplomb :
la pro-tection du cristal scintillateur(1 cm)
doit êtreren-forcée
par
un murépais (15
à 20cm) placé
entre lasource et le tube de collection.
Nous avons ainsi pu mesurer des
périodes
inférieuresà une minute
(185Hg)
et déterminer la duréede.
lacollection en notant l’accroissement de l’activité sur
le collecteur.
De
plus,
nous avons observé un effet dû àl’impact,
sur le
collecteur,
des faisceaux marqueurs : dans le casde
192Hg (période
6h)
ilapparaît, après
lacollection,
une décroissance de l’activité d’environ
3%
par minute.Cette
décroissance,
qui
cesselorsque
l’on arrête lesfaisceaux marqueurs,
pourrait s’expliquer
par unarra-chement
su P erficiel
de la feuille collectrice.b)
COLLECTION SIMULTANÉE AU PREMIER ÉTAGE. -Nous avons d’aborddécoupé
la feuille de cuivre en nous basant sur lesimpacts
visibles des faisceauxmar-queurs. Les échantillons ainsi obtenus sont examinés
individuellement avec des ensembles de
spectro-graphie
yclassiques
et les intensités relativesdéter-minées à
partir
des courbes de décroissance del’acti-vité. Cette méthode
présente
ledésavantage
de l’incer-titude surl’emplacement
et l’écartement exact desimpacts
correspondant
aux différentes masses. Les mesures par ailleurs sontlongues
etpeuvent
durerplusieurs
semaines.Nous avons alors monté un collimateur de Pb
placé
sur un cristal deNaI(Tl).
La feuilleportant
l’ensembledes
isotopes
estdéplacée
devant lafente
(1
mm)
de cecollimateur par une vis sans fin.
L’ensemble de détection est
réglé
enénergie
sur unebande
correspondant
à unrayonnement
caractéris-tique
de l’ensemble desisotopes
étudiés. On détermine lespectre
de l’intensité durayonnement
en fonction dela
position
de la feuilleet,
connaissant leurspériodes
et les schémas de
désintégration
desnuclides,
onpeut
endéduire les activités et les sections efficaces relatives.
Les
figures
1 et 2 montrent à titred’exemple
unspectre
FIG. 1.
FIG. 2.
ainsi obtenu pour
Hg
et pour Ce. Lesavantages
decette
technique
sont larapidité
de la mesure,qui
permet
dejuger
immédiatement de laqualité
de laséparation
(la figure
3 est unexemple
despectre
où undéplacement
des faisceaux aprovoqué
un215
fonds.
(Ce
fonds est dû à la contamination lors de laséparation
et aux yénergiques
traversant l’écran ducollimateur).
FIG. 3.
,
L’angle
solide très
petit exige
une activitésupé-rieure à celle
qui
est nécessairelorsqu’on
découpe
lafeuille. Une irradiation de 20 mn avec un faisceau de
protons
de 1 à 2(lA
sur environ 150 mg de cible donne une activité suffisante.Les deux méthodes
peuvent
êtrecombinées,
décou-page de la feuilleaprès repérage
exact de laposition
des masses au collimateur.Fic.4.
Une série
d’expériences
de cetype,
effectuées enfaisant varier
l’énergie
d’irradiationpermet
d’établirles fonctions d’excitation pour les différentes réactions. La
figure
4 montre les résultats obtenus pourréac-tions 197Au.
(p, xn)Hg [3].
. Lettre reçue le 3 octobre 1962.
BIBLIOGRAPHIE
[1] BERNAS
(R.),
SARROUY(J. L.)
et CAMPLAN(J.),
J.Phy-sique
Rad., 1960, 21, 191 A.[2] ALBOUY
(G.),
GUSAKOW(M.)
et POFFÉ(N.),
J.Phy-sique
Rad., 1960, 21, 751.[3] POFFÉ
(N.),
ALBOUY(G.),
GUSAKOW(M.)
et SARROUY(J. L.),
J.Physique
Rad., 1961, 22, 639.MESURE DE
DIFFUSIVITÉ
THERMIQUE
AUX
FRÉQUENCES
ACOUSTIQUES
Par P. LEROUX-HUGON et G.WEILL,
Laboratoire de
Magnétisme
et dePhysique
du Solide,Centre National de la Recherche
Scientifique,
Bellevue(Seine-et-Oise).
La mesure de la diffusivité
thermique
par la méthoded’Angstrüm
est devenue d’unemploi
courant pour l’étude des semi-conducteurs(cf.
notamment[1]).
Lesfréquences
utilisées sont de l’ordre de 10-2 Hz. ’ Le choix defréquences
plus
élevéesprésente
degrands
avantages :
1)
pour une diffusivitédonnée,
la dimensiond’échan-tillon nécessaire à une mesure
précise
est inversementproportionnelle
à la racine carrée de lafréquence :
onpeut
doncopérer
sur deséprouvettes plus petites,
etpar
conséquent plus
homogènes ;
..2)
il est intéressant depouvoir
utiliser desampli-ficateurs
électroniques sélectifs,
cequi
devientpossible
au-dessus dequelques
Hz ;
3)
les mesures sontplus rapides :
si l’on considère eneffet que le
régime semi-permanent
s’établit seulementau bout de
quelques
centaines depériodes,
onconçoit
que l’utilisation de
fréquences
élevéespermet
ungain
de
temps
considérable.L’utilisation de ces
fréquences
nécessite undispositif
de
chauffage
sansinertie,
et ceci nous a conduit àdévelopper
une méthodeproposée
par Becker[2] :
l’éprouvette
enexpérience
est chauffée par un faisceau lumineux haché à lafréquence
convenable. Nous avonsopéré
entre 12 et 200 Hz.Principe.
-Si la lumière est transformée en chaleur
sur la face éclairée de
l’éprouvette,
onpeut
admettreque la
température
sur cette surface est de la formeEn
effet,
même si un certain nombred’harmoniques
de la
