Résultats préliminaires sur une source de photons monochromatiques par annihilation en vol de positons

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Submitted on 1 Jan 1960

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Résultats préliminaires sur une source de photons monochromatiques par annihilation en vol de positons

J. Miller, C. Schuhl, G. Tamas, C. Tzara

To cite this version:

J. Miller, C. Schuhl, G. Tamas, C. Tzara. Résultats préliminaires sur une source de photons monochromatiques par annihilation en vol de positons. J. Phys. Radium, 1960, 21 (5), pp.296-298.

�10.1051/jphysrad:01960002105029601�. �jpa-00236240�

296.

MESURES DE DIFFUSION ÉLASTIQUE D’ÉLECTRONS DE 28 MeV PAR LES NOYAUX LOURDS

Par J.-B. BELLICARD et P. BARREAU,

Section de Physique nucléaire à moyenne énergie ^{C. E.} N., Saclay.

Résumé.

Nous avons effectué une série de mesures sur la diffusion d’électrons de 28 MeV par les noyaux d’or ^et de bismuth. Les distributions angulaires des électrons diffusés nous ont

permis de déterminer avec une précision ^{de 2} % le rayon quadratique moyen des distributions de

charge ^{de ces deux} noyaux. Nous obtenons pour le paramètre r0 lié au rayon R d’une sphère ^homo- gène adoptée ^comme modèle de distribution de charge ^les valeurs suivantes : _r0

1,17 ± 0,02 pour l’or ^et r0

1,15 ± 0,03 pour le bismuth (R

r0 A1/3.10-13 cm). Ces résultats sont compa- tibles avec ceux obtenus _par la diffusion d’électrons d’énergie supérieure ^{à 150 MeV.}

Abstract.

We have made measurements of 28 MeV electron scattering by gold and bismuth nuclei. Angular distributions of scattered electrons have allowed us to determine the root mean

square radius of the charge distribution of the two nuclei with a precision ^{of two} percent. ^For

the parameter r0 connected to the radius R of an homogeneous sphere considered as charge ^dis-

tribution model, ^we found the values : _r0 = 1.17 ± 0.02 for gold, r0 = 1.15 ± 0.03 for bismuth.

These results are in agreement ^with high energy electron scattering ^results.

(A paraître ^{dans Nuclear} Physics.)

RÉSULTATS PRÉLIMINAIRES SUR UNE SOURCE DE PHOTONS MONOCHROMATIQUES

PAR ANNIHILATION EN VOL DE POSITONS

Par J. MILLER, ^C. SCHUHL, ^{G. TAMAS et C. TZARA}

Section de Physique Nucléaire à Moyenne Energie, ^{C. E.} N., Saclay.

Résumé. - Le rendement d’une source de photons ^de spectre ^{étroit et} d’énergie variable, ^basée

sur les propriétés de l’annihilation en vol des positons, ^est étudié. Les résultats expérimentaux

sont en accord avec les calculs.

Abstract.

The yield ^{of a} process ^for the production ^of photons ^{with a narrow} spectrum ^and

of variable energy, based ^on the properties ^of the annihilation in flight ^of positons, is studied.

The experimental results agree with calculation.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^{ET LE RADIUM TOME} 21, ^MAI 1960,

LE JOURNAL

PHYSIQUE

^{RADIUM TOME} 21, ^MAI 1960, ^{PAGE 296.}

Introduction.

La mise à notre disposition

de photons

monochromatiques », de spectre

étroit et d’énergie continûment variable, ^{est d’un}

intérêt primordial pour l’étude de l’interaction des photons ^avec les nucléons et les noyaux.

Le rendement a été calculé d’une source de tels

photons ^{obtenus en} annihilant en vol des positons d’énergie définie, ^ces derniers étant produits ^à partir d’électrons de grande énergie ^{issus d’un}

accélérateur [1].

Nous exposons les premiers ^résultats expé-

rimentaux obtenus.

Avant de poursuivre, je ^me permettrai ^d’insis-

ter sur un point : pour les habitués des particules,

un faisceau monocinétique ^{est une affaire courante.}

Pour l’utilisateur de photons, ^{il n’en est} pas ainsi.

Les seules sources ^de y monochromatiques ^connues correspondent ^{aux niveaux} d’énergie des noyaux, donc sont variables en énergie de manière conti-

nue (1). Quant ^{à la Téaction} 3T(p, y)4He, ^elle permet d’obtenir des _y dont l’énergie ^{est forcé-}

ment supérieure ^à 19,7 MeV, ^de plus ^{sa section}

efficace maximum est d’environ 1O-29 cm2/

stéradian, pour des protons ^{d’environ 5 MeV.}

Nous _pouvons faire varier l’énergie ^car

E - Q + 3/4 ^{E p et,}

^{en outre} par effet Doppler,

Principe ^{de la} production ^des photons.

^Des

électrons d’énergie maximale E (grande par rap-

port àl’énergie des électrons au repos (E- -» mc2)) frappent ^{une cible} d’un matériau lourd, d’épaisseur comparable ^au parcours des électrons. Ils provo- (1) ^{Ce n’est} que dans le domaine des radiofréquences que l’on sait obtenir un rayonnement ^d’une fréquence prédé-

terminée.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01960002105029601

297

quent ^{des cascades} principalement par rayonne- ment de freinage ^et création de paires.

Les électrons incidents sont convertis en pho-

tons et en paires e+ e", ^ces dernières emportant

une fraction non négligeable ^de l’énergie ^incidente.

Les positons ^{sortant ont un} spectre d’énergie

étalé jusqu’à ^{E- - 2MC2 et une} distribution

angulaire ^{très ouverte.}

Un analyseur magnétique ^de grande ^transmis-

sion isole le faisceau de positons d’énergie E+

bien définie. Ces positons rencontrent une cible d’un matériau léger ^{où ils subissent} des inter- actions : d’une part, ^avec les noyaux, donnant lieu à une émission de rayonnement ^de freinage ;

d’autre part ^{avec les} électrons, ^donnant principa-

lement de l’annihilation en deux photons.

Caractéristiques ^des photons monochromati- ques.

Si, ^{dans le} système ^{du centre masse, les}

Fie. 1.

Forme du pic ^des photons monochromatiques

dans le système du laboratoire.

deux gamma d’annihilation ^{sont de même} énergie,

dans le système ^du laboratoire le spectre ^des pho-

tons est symétrique ^{Y q} par ^p rapport ^pp à 1(E+ _{2 (E} ^{+ mc2 + mc2) )}

et il se concentre en deux pics ^situés approximati-

vement à 1 ^{mc2 et à ( E +} + 1/2 ^{mc2 . ) Ces deux pics}

ont une largeur ^à mi-hauteur de 1 ₂ ^{mc2 pour}

E+ ^{» mc2.}

La figure ¹ représente ^{la forme du} pic ^des pho-

tons monochromatiques calculée dans le système

du laboratoire ^{dans les cas où :}

1) ^les positons ^et les électrons ne sont pas

polarisés,

2) ^{ils sont} polarisés ^{avec les} spins parallèles :

m == 1,

3) ^{ils sont} polarisés ^{avec les} spins antiparallèles :

m=0. ’

Les photons ^{de haute} énergie sont ^{émis vers}

l’avant et la corrélation angle-énergie ^des photons permet, par réduction de l’angle ^{solide d’observa-}

tion de ceux-ci, de réduire à volonté la largeur ^du spectre d’énergie. ^{Cette raie} plus ^{étroite est obtenue}

au prix d’une diminution du flux de photons.

Le spectre continu du rayonnement ^de freinage qui s’étend de 0 à E+ - ^mc2 devient, relativement

au spectre d’annihilation, ^de plus ^en plus ^intense quand l’énergie augmente. Cependant, ^on peut

en soustraire les effets en inversant le ^sens du

champ magnétique ^dans l’analyseur. ^{Les effets}

observés alors sont dus au rayonnement ^{de frei-}

nage des électrons de même énergie qui, ^à l’appro-

ximation de Born, ^est identique ^{à celui des} posi-

tons.

Montage expérimental.

^{Le schéma de} l’appa-

reil en cours de montage ^est représenté ^{sur la} figure ^{2. A la sortie} de l’accélérateur linéaire de

FIG. 2.

Schéma de l’appareillage.

Saclay (dont ^les caractéristiques ^{sont 30 MeV}

pour 80 (LA d’intensité moyenne) les électrons heurtent une cible de platine ^{de 10 mm} d’épaisseur.

Un analyseur magnétique, ^{constitué par deux}

secteurs d’orange permet ^de fournir des positons

d’une énergie prédéterminée. L’avantage ^{du sec-}

teur d’orange ^{est son} grand angle d’ouverture.

Une feuille de lithium de 2 à 3 ^mm d’épaisseur

est placée ^{dans le second aimant suivant la forme} théorique que devrait avoir la pièce polaire ^pour

focaliser les positons ^{en un} point (en négligeant

les fuites magnétiques). ^{De ce fait, les gamma}

d’annihilation produits ^sont concentrés ^{en une} tache dont la largeur ^{est due à la} distribution _angu- laire propre du rayonnement d’annihilation ^en vol. En changeant ^la position ^{du lithium, on modi-}

fie la distance de focalisation des photons ^mono- chromatiques.

Naturellement, ^les photons ^{circulent sous vide}

entre la cible de platine ^{et la cible} de lithium. Les

298

positons qui émergent ^{de la cible} de lithium sont déviés par le champ magnétique ^{afin de} 8uppfimef

le bruit de fond.

Résultats préliminaires.

^La figure ³ repré-

sente les résultats obtenus [2] ^{avec un} analyseur magnétique dont la transmission était 500 fois plus

Fie. 3.

Évolution des spectres ^de photons ^{étudiés avec un} cristal de Nal en fonction de l’énergie ^des positons.

petite que celle de l’appareil ^{final. La} dispersion

en énergie ^des positons ^était AE,IE,

^2.10-3 (soit 40 keV pour 20 MeV). ^Le courant moyen des électrons de l’accélérateur était limité ^à 4 {LA

et l’angle ^{solide de} réception ^des photons ^{dans le} spectromètre ^à cristal était réduit à 4,5.10-4

stéradian afin d’éviter les empilements.

Dans ces conditions la largeur calculée du pic

d’annihilation ^{est de} 0,4 ^{MeV et} varie peu ^avec

l’énergie ^E+.

Les champs réglés ^pour

E+ = ¹⁰ 13,5 ^{17 et} 20,3 ^MeV

correspondaient ^{à des photons} d’énergie

=

10,25 13,75 17,25 ^et 20,55 ^MeV.

1,a réponse spectrale du cristal est beaucoup plus large ^{que le spectre des} photons. ^{Ceci nous}

FIG. 4.

Rendement en photons d’annihilation pour ^un courant primaire ^{de 4} [LA d’électrons de 30 MeV.

interdit de vérifier la forme de la raie de photons monochromatiques.

Le rendement en photons d’annihilation en

fonction de l’énergie ^des positons (pour ^{les condi-}

tions expérimentales déjà indiquées) ^{est calculé à} partir ^de la surface du pic ^et du rendement du cristal à l’énergie considérée. Il est représenté ^sur

la figure ^4.

Ces résultats confirment approximativement

les calculs. C’est-à-dire que, dans ^notre montage final (fig. 2), ^{av ec 50} [iA d’électrons de 30 MeV,

une énergie ^de positons ^{fixée à} E+

²¹ MeV,

une dispersion DE+ /E+

^{10-2 et} pour 3 ^mm de

lithium, ^nous obtiendrons environ 3.10-g ^anni- hilation _par seconde.

Mesure de la largeur de la raie.

Le premier dispositif ^{ne nous a} pas permis ^{de mesurer la}

forme de la raie de photons. ^{Grâce à} l’intensité

plus grande que ^nous obtiendrons, ^nous pensons utiliser la diff usion élastique ^des y ^sur le niveau de 15,11 ^MeV du carbone-12. En faisant varier

l’énergie ^des positons ^{autour de} 15,11 MeV, ^la réponse ^{obtenue aura la forme} d’une isochromate du spectre ^de- photons monochromatiques.

Utilisation du faisceau de photons ^monochro- matiques.

^Une fois ^les caractéristiques ^du

faisceau de photons ^bien déterminées, ^{nous nous}

proposons d’étudier la diffusion élastique ^{et la}

diffusion inélastique ^des y ^sur divers noyaux ainsi que la photodésintégration de noyaux légers.

RÉFÉRENCES

[1] ^TZARA (C.), Rapport ^{C. E. A. n°} 814, 1958. [2] ^MILLER (J.), ^SCHUHL (C.), ^TAMAS (G.) ^{et TZARA} (C.),

C. R. Acad. Sc., 1959, 249, ^2543-2545.