De la fission aux nouvelles filiÃ¨res - Cenbg - IN2P3

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neutronique 243 Cm(n,f) en fonction de E n . De la même façon, le transfert d’un deuton donne le 245 Cm plus un proton ( 243 Am( 3 He,p) 245 Cm), et ainsi de suite. La figure 5 illustre bien un des grands avantages de l’utilisation d’une réaction de transfert qui permet la détermination de plusieurs sections efficaces simultanément, c’est à dire avec une combinaison unique cible-projectile et une seule énergie du projectile. Il faut noter par ailleurs que l’énergie disponible dans la collision (énergie du projectile E pr plus le Q de réaction moins l’énergie du recul du noyau composé E r ) est partagée entre l’énergie d’excitation du noyau composé et l’énergie cinétique de l’éjectile (nous considérons que l’éjectile reste toujours dans l’état fondamental). La probabilité de former le noyau composé avec une énergie d’excitation E* suit une distribution qui est déterminée par l’espace de phase disponible à chaque E*. L’énergie restante E pr +Q-E r -E* sera l’énergie cinétique de l’éjectile. Par conséquent, il n’y a pas qu’une seule énergie d’excitation possible pour le noyau formé comme c’est le cas pour un noyau composé produit après absorption d’un neutron, mais toute une distribution. Cela signifie qu’avec une énergie du projectile fixe, la méthode surrogate permet de remonter à des sections efficaces neutroniques en fonction de E n . 3 He n + 241 Am 242 Am ( 3 He,α) 243 Am ( 3 He,p) ( 3 He,t) ( 3 He,d) 245 Cm 243 Cm 244 Cm n + 244 Cm n + 242 Cm n + 243 Cm Figure 5 : Différentes voies de transfert peuplées dans la réaction 3 He+ 243 Am et leurs sections efficaces neutroniques associées. Détermination de la probabilité de fission Nous avons effectué ces mesures auprès de l’accélérateur Tandem de l’IPN Orsay qui fournit le faisceau de 3 He à 30 MeV. La figure 6 montre une vue de dessus du dispositif expérimental. Il est composé d’un détecteur de fission fait à partir de cellules photovoltaïques et de deux télescopes Si situés à 90 et 130 degrés par rapport à l’axe du faisceau. Le détecteur de fission est composé de 15 cellules photovoltaïques réparties en cinq plans disposés sur un cylindre. Ce cylindre est perpendiculaire au plan de réaction défini par le faisceau et les télescopes. La répartition des plans de cellules est choisie pour 176
mesurer la distribution angulaire des fragments de fission par rapport à l’axe moyen du noyau de recul. Le cinquième plan est placé 180º du premier, il complète la distribution angulaire aux angles arrières. Les télescopes servent à détecter et identifier les éjectiles. Lorsque le noyau composé associé à l’éjectile détecté fissionne, un des fragments de fission est détecté en coïncidence par les cellules photovoltaïques. Détecteur de fission 3 He(30 MeV) Fragment de fission 243 Am-cible (x= p,d,t,α) Télescopes Si ΔE E Figure 6 : Dispositif expérimental utilisé pour la détermination des probabilités de fission. Le spectre bidimensionnel situé dans la partie gauche de la figure 7 représente la perte d’énergie des éjectiles en fonction de l’énergie résiduelle mesurée dans un des télescopes. Cette représentation nous permet d’identifier les éjectiles associés aux différentes voies de transfert. Comme déjà expliqué précédemment, la nature de chaque particule légère éjectée signe la formation d’un noyau composé spécifique. Par exemple, la détection d’un triton correspond à un noyau composé 243 Cm. Le télescope permet aussi de déterminer l’énergie cinétique totale et l’angle de l’éjectile. Avec cette information et les valeurs de Q de la réaction de transfert nous pouvons déduire l’énergie d’excitation du noyau composé. Par exemple, en sélectionnant l’hyperbole du spectre bidimensionnel correspondant aux tritons, nous pouvons remonter au nombre total de 243 Cm formés en fonction de leur énergie d’excitation N tot (E*). Ceci est représenté sur la partie droite de la figure 7. Maintenant, si l’on considère les tritons détectés en coïncidence avec les détecteurs de fission on obtient le spectre N coin (E*) de la figure 7 qui correspond aux noyaux de 243 Cm formés qui ont fissionné. Notre détecteur de fission a une efficacité d’environ 50%. Celle-ci dépend principalement de l’angle solide sous-tendu mais aussi de l’énergie et de l’angle de recul du noyau fissionnant, ainsi que de l’anisotropie de la distribution angulaire des fragments de fission. Cela signifie que l’efficacité de notre détecteur va dépendre de l’énergie d’excitation. Nous avons déterminé la dépendance en énergie d’excitation de l’anisotropie des fragments de fission à l’aide des données expérimentales. Cette anisotropie a été incluse dans une simulation Monte-Carlo prenant en compte la géométrie du détecteur de fission afin de calculer l’efficacité Eff(E*). En faisant le rapport entre le spectre N coin (E*) et le spectre N tot (E*) de la figure 7, et en 177
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PORQUET Marie-Geneviève CSNSM - B
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