centre d'etudes de bruyères-le-châtel
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CEA-R-4746
2 COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE < UJ
u
A.30
SECTIONS EFFICACES DIFFERENTIELLES
ET TOTALE DE LA REACTION 1 2C(n, n'3a)
A En = 14,2 MeV
par
Francis COÇU, Gérard HAOUAT, Jean LACHKAR,
Yves PATIN, Jean SI GAUD, Gérard DALBERA
Centre d'Etudes de Bruyères-le-Châtel
Rapport CEA-R-4746
1976 H U M B H M M I H M M H C.E.N • SACLAY B.P. n' 2, 91 190 - GIF-sur-YVETTE • France
SERVICE DE DOCUMENTATION Ca
PLAN DE CLASSIFICATION DES RAPPORTS ET BIBLIOGRAPHIES CEA
(Classification du système international de documentation nucléaire SIDON/INIS)
A 11 A 12 A 13 A 14 A IS A 16 A 17 A 20 A 30
B 11 B 12 B 13 B 14 B 15 B 16 B 21 B 22 B 23 B 24 B 25
B 30
Physique théorique
Physique atomique et moléculaire
Physique de l'état condensé
Physique des plasmas et réactions thermonucléajres
Astrophysique, cosmologie et rayonnements cosmiques
Conversion directe d'énergie
Physique des basses températures
Physique des hautes énergies
Physique neutronique et physique nucléaire
Analyse chimique et isotopique
Chimie minérale, chimie organique et physico-chimie
Radiochimie et chimie nucléaire
Chimie sous rayonnement
Corrosion
Traitement du combustible
Métaux et alliages (production et fabrication)
Métaux et alliages (structure et propriétés physiques)
Céramiques et cermets
Matières plastiques et autres matériaux
Effets des rayonnements sur les propriétés physiques des matériaux
Sciences de la terre
Action de l'irradiation externe en biologie
Action des radioisotopes et leur cinétique
C 30 Utilisation des traceurs dans les sciences de la vie
C 40 Sciences de la vie : autres études
C 50 Radioprotection et environnement
D 10 Isotopes et sources de rayonnements
D 20 Applications des isotopes et des rayonnements
Thermodynamique et mécanique des fluides
Ciyogénie
Installations pilotes et laboratoires
Explosions nucléaires
Installations pour manipulation de matériaux
radioactifs
Accélérateurs
Essais des matériaux
Réacteurs nucléaires (en général)
Réacteurs nucléaires (types)
Instrumentation
Effluents et déchets radioactifs
Economie
Législation nucléaire
Documentation nucléaire
Sauvegarde et contrôle
Méthodes mathématiques et codes de calcul
Divers
E 11 E 12 E 13 E 14 E 15
E 16 E 17 E 20 E 30
E 40 E 50
F 10 F 20 F 30 F 40 F 50 F 60
Rapport CEA-R-4746
Cote-matière de ce rapport : A. 30
DESCRIPTION-MATIERE (mots clefs extraits du thesaurus SIDON/INIS)
en français
SECTIONS EFFICACES DIFFERENTIELLES
DOMAINE 10-100 MEV
CIBLE CARBONE 12
REACTIONS PAR NEUTRONS
SECTIONS EFFICACES TOTALES
NEUTRONS
PARTICULES ALPHA
CARBONE 12
ETATS EXCITES
REACTIONS DE DESINTEGRATION
en anglais
DIFFERENTIAL CROSS SECTIONS
MEV RANGE 10-100
CARBON 12 TARGET
NEUTRON REACTIONS
TOTAL CROSS SECTIONS
NEUTRONS
ALPHA PARTICLES
CARBON 12
EXCITED STATES
BREAK UP REACTIONS
- Rapport CEA-R-4746 -
Centre d'Etudes de Bruyères-le-Châtel
SECTIONS EFFICACES DIFFERENTIELLES
ET TOTALE DE LA REACTION , 2 C(n, n'3 «) A En = 14,2 MeV
par
Francis COCU, Gérard HAOUAT, Jean LACHKAR,
Yves PATIN, Jean SIGAUD, Gérard DALBERA
- Mai 1976 -
CEA-R-4746 - COÇU Francis, HAOUAT Gerard, LACHKAR Jean, PATIN-Yves, SIGA'JD Jean, DALBEBA Gérard
SECTIONS EFFICACES DIFFERENTIELLES ET TOTALE DE LA REACTION 12„, ., , A En = 14,2 MeV
Sommaire.- La mesure des sections efficaces différentielles de la réaction . 1.2c(n,n'3a) a été effectuée pour une énergie de neutrons incidents de 14,2 MeV et pour quatre angles de détection des neutrons émergents : O n = 10,30,80 et 120". La méthode utilisée est celle du scintillateur diffuseur. Nous proposons pour cette réaction une valeur de la section efficace totale déduite de la distribution angulaire. Cette valeur est comparée aux résultats précédemment publiés et discutée. A la lumière de nos résultats, il semble que la voie a est alimentée en grande partie selon un processus séquentiel passant par les états excités du 1 2 C aux énergies d'excitation supérieures a 7,6S MoV.
1976 28 p.
Commissariat a l'Energie Atomique - France
CEA-R-4746 - COCU Francis, ÏIAOUAT Gérard, LACHKAR Jean, PATIN Yves, SIGAUD Jean, DALBERA Gérard
INTEGRATED AND DIFFERENTIAL CROSS SECTIONS FUR THE 12C(n,n*3cO REACTION AT 14.2 MeV INCIDENT NEUTRON ENERGY.
Summary.- We have measured differential cross sections for the '"Cfn, n' Set) reaction at the 14.2 MeV incident neutron energy. Measurements have been made at the 4 neutron detection angles of 10, 30, 80 and 120° using the scintillating scatterer method. The integrated cross sec .ion for this reaction has been deduced and compared to previously reported results. From these data it appears that the (n,n'3a)reaction is mainl; governed by some sequential processés involving 12c intermediate iiucleus at exitation energies higher than 7.65 MeV.
1976 ^8 p.
Commissariat à l'Energie Atomique - France
S O M M A I R E
ABSTRACT
RE5UME
I - INTRODUCTION
II - DISPOSITIF EXPERIMENTAL
III - PRESENTATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DI5CUSSION
IV - CONCLUSIONS
V - REMERCIEMENTS
VI - APPENDICE
VII - REFERENCES
VIII - LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES
-3-
I - INTRODUCTION
Dans le cadre de l'étude expérimentale de l'interaction neutron-
noyau nous avons entrepris la mesure des sections efficaces de diffusion
élastique et inélastique des neutrons par C. Ces mesures ont été faites
dans la gamme d'énergie comprise entre 8 et 14,5 MeV où peu de données
avaient été rapportées avant ces mesures. On trouvera dans les références
H,2j la description de la méthode expérimentale et la présentation des
résultats de ces mesures.
Les niveaux excités de C sont donnés dans la figure 1. On peut
remarquer que le deuxième niveau a une énergie d'excitation (Q = -7,65 MeV)
supérieure à l'énergie de liaison des trois particules û£ dans 1 ̂C (Q = -7,275 MeV). Ainsi le. diffusion inélastique par le deuxième nivea
excité, ou par les niveaux d'excitation plus élevée, est en compétition
avec des processus qui produisent dans l'état final : 3 0( + n.
Les rapports d'embranchement Pem/ n pour la décroissance élec
tromagnétique de ces niveaux ont été mesurés (3). Leurs faibles valeurs
prouvent que la réaction C (n,n'3ot ) est le mécanisme prépondérant par
rapport à la réaction (n,n'VO .
Le mécanisme de la réaction C (n,n'3o() a été étudié à l'éner
gie des neutrons incidents de 14 MeV environ BU cours d'expériences où les
trois particules o( étaient enregistrées simultanément [ 4-5-6 I . Ces ex
périences utilisaient la technique des emulsions nucléaires ou celle des
chambres de Wilson. Ces études ont permis de conclure que le mécanisme de
la réaction est principalement régi par des processus séquentiels à deux
corps passant par des niveaux instables vis à vii de l'émission de particu
les oC DU de neutrons. La cassure simultanée du système n + ''C en quatre
particules n'a pu être observée jusqu'aux énergies des neutrons incidents
de 20 MeV environ [6]. L'étude de la réaction 1 2 C {P,P'3o() faite par
VA5IL'EV et al.fï] a conduit aux mêmes conclusions.
Récemment ANTALKOVIC et DOLEMEC f 8»?] ont montré que la plus
grande contribution dz la réaction C (ntn'3°() est due à la diffusion 1 2
inélastique des neutrons laissant le C dans des états excités d'énergie supérieure à 7,65 MeV ; la part restante a été attribuée à la réaction
-4-
(n>oO suivie de la décomposition du noyau résiduel excité 'Be en n + 2ot .
En se basant sur l'analyse présentée ci-dessus on peut prévoir
la forme du spectre en énergie des neutrons émis par cette réaction. Il se
compose de pics de la réaction ^C (n,n')'^C y3 et superposés à un con
tinuum associé à la réaction (n,ei ) et à la décomposition du "Be en 2et + n.
Nous avons entrepris la mesure des sections efficaces différentiel
les cl^dA de l a réaction '^C (n,n'3({) à l'énergie des neutrons inci
dents de 14,2 MeV et pour quatre angles de détection de neutrons 10, 30,
80, 120°. Nous avons utilisé la technique de l'échantillon scintillant
ri0-13J . Les impulsions qui sont crées dans le scintillateur par les par
ticules e( ou les noyaux de recul et qui résultent de l'interaction des neu
trons rapides avec les noyaux de carbone du scintillateur, ont été enregis
trées en coïncide \ce avec le signal de temps de vol du neutron. Nous pré
sentons le dispositif expérimental puis nous commentons les mesures réali
sées .
II - DISPOSITIF EXPERIMENTAL -
Il est possible pour mesurer la section efficace C (n,n'3o^)
d'utiliser les impulsions électriques délivrées par un photomultiplicateur
de gain élevé et engendrées par les particules de recul dans le scintilla
teur qui lui est associé £10-11-12-13*1 . Ces particules de recul résultent
de l'interaction des neutrons avec les constituants du scintillateur
(Ne 102 A) qui sont, pour la plus grande part, des atomes d'hydrogène et de
carbone. La réponse lumineuse du scintillateur aux particulesc^ résultant
de la cassure du 'C en trois particules^ est supérieure à cells délivrée
par le recul des atomes de carbone résultant des processus de diffusion
élastique et inélastique par ces noyaux fl4,15j . L'expérience consistB donc
à enregistrer les événements en coïncidence entrB ce photomultiplicateur et
un détecteur de neutrons placé à une distance D de l'échantillon scintillant.
La mesure de la section efficace C (n,n'3C^) a été faite à l'é
nergie des neutrons incidents de 14,2 MeV. Ces neutrons étaient produits
par la réaction T (d,n) He en utilisant un faisceau de deutérons de 200 keV
-5.-
délivré par l'accélérateur Van de Graaff 550 keV du Centre d'Etudes de
Bruyères le Chatel. La figure 2 donne le schéma électronique utilisé.
Le faisceau de neutrons incidents était défini par les particules o{ asso
ciées de la réaction T(d,n)^He. Ces particules étaient détectées à 125° par
rapport au faisceau de deutérons incidents. Les particules d( étaient détec
tées par une diode à barrière de surface de 200 mn>2 de surface et placée
a 7,5 cm du centre de la cible de tritium. Le comptage de ces particules
au cours de l'expérience permettait de déterminer le flux de neutrons inci
dents. Le scintillateur diffuseur était jn cylindre de Ne102 A de 4 cm de
hauteur et de 2,5 cm de diamètre associé à un photomultiplicateur rapide
5d DVP à faible bruit. Le scintillateur était placé à une distance de 23,5
cm de la cible de tritium et dans le c6ne des neutrons (fig.2).
Les impulsions crées dans le diffuseur scintillant étaient mises
an coïncidence rapide { 2 % • 10 ns) avec les particules o( du c8ne asso
cié. L'intensité moyenne du faisceau de deutérons était de BOO nA : elle
était limitée par le taux de comptage sur les voies rapides du photomulti
plicateur associé au diffuseur et de la diode détectant les particules al
pha .
Les neutrons produits après interaction avec les atomes du scin
tillateur diffuseur étaient détectés par un scintillateur liquide Ne 213 de
5 cm d'épaisseur et de 12,5 cm de diamètre associé à un photomultiplicateur
XP 10t'0. L'ensemble, placé à l'intérieur d'une protection de paraffine et
de plomb était situé à une distance de 3,43 m du cylindre diffuseur. Dans
une deuxième série de mesures cette distance a été réduite à 1,57 m. L'é
nergie des neutrons était déterminée par la méthode du temps de vol entre
le scintillateur diffuseur et le détecteur de neutrons. Ce dernier était
muni d'un dispositif de discrimination neutron-gamma f17l .
La mesure de l'efficacité du détecteur de neutrons a été faite en
enregistrant avec le même dispositif électronique les neutrons de la diffu
sion (n,p) par les atomes d'hydrogène du scintillateur diffuseur pour diffé
rents angles de détection du neutron diffusé. Le seuil de détection des
neutrons était rit; 500 keV. Dans ces conditions expérimentales la résolution
totale en temps (Hait voisine de 2ns.
Un enregistrement biparamétrique des informations relatives à
-6-
1'énergie des particules produites, détectées dans le scintillateur diffu
seur, et du temps de vol des neutrons associés à ces événements, a permis
une meilleure estimation du bruit de fond.
Nous avons étudié avec un soin particulier la réponse du diffuseur
scintillant aux diverses particules produites par interaction des neutrons
avec les atomes du diffuseur. En premier lieu des protons sont produits par
diffusion (n-p) sur les atomes d'hydrogène. Nous avons porté dans la premiè
re partie (A) du tableau 1 l'énergie des protons associés aux neutrons émis
à l'angle 6n. L'observation d'un pic dû aux protons à l'angle Wn m 10°
prouve que le seuil de détection Est pour les protons inférieur à 400 keV.
Il a été estimé à partir d'expériences complémentaires à 40 keV environ.
La diffusion élastique des neutrons par les noyaux de carbone com
munique à ces derniers des énergies rapportées dans la partie B du tableau
1. L'analyse de nos résultats montrB que le seuil de détection pour les no
yaux de carbone dB recul est environ 90 keV. En effet, nous avons déduit de
nos mesures la section efficace différentielle des neutrons diffusés élasti-
quement et détectés en coïncidence avec les impulsions dues au carbone. Aux
angles de 30, 80 et 12D° la section efficace mesLrée est en bon accord avec
celle donnée directement à partir d'un diffuseur de graphite et rapportée
par HA0UAT et al. Jl] - A l'angle de 10° la valeur mesurée ici est plus fai
ble d'un facteur 6 ce qui prouve que le seuil de détection est supérieur a
15 keV. La valeur du seuil a été confirmée par un traitement analogue pour
la diffusion inélastique conduisait au niveau Q = - 4,43 MeV de C (partie
C du tabJeau 1). Dans le cas de la réaction (n,n'3cH), l'énergie des trois
particules OC est recueillie simultanément dans le diffuseur scintillant
(partie D du tableau 1). Si on considère que ces énergies ne se combinent
pas linéairement p 5 "1 , le signal lumineux recueiJ.li est sensiblement plus
faible que celui correspondant à une seule particule <^ .de même énergie.
Cette remarque laisse prévoir une valeur effective du seuil de détection
pour les particules Q( plus élevée que pour une 3eile particule de même na
ture. On peut aussi penser que la distribution en énergie de ces trr*ls par
ticules e;,itraine des effets de seuil compj.exes qui tendent à réduire l'effi
cacité de détection a basse énergie Jn étalonnage grossier en énergie per
met d'évaluer que la région du seuil de détection s'étend entre 400 keV et
700 keV. Ces considérations expérimentales nous ont conduit à tenir compte
de ces effets dans la mesure de la réaction (n,n'3C^) à 10°.
-7-
La figure n° 3 représente les événements enregistrés au cours d'
une expérience où la base de vol était de 1,57 m, le détecteur de neutrons
étant placé à 30° par rapport à l'axe du faisceau de neutrons incidents.
La résolution en énergie du scintillateur diffuseur était de 1'ordre de
1 MeV pour des protons de 3,5 MeV. Cette résolution comprend la dispersion
angulaire des neutrons diffusés et la résolution électronique du système de
détection. Grâce à la visualisation biparamétrique définie précédemment
il est possible de distinguer les différentes particules de recul qui sont
apparues dans le scintillateur diffuseur au cours de l'expérience..
L'identification des protons est facile dans les conditions ex
périmentales de la figure n° 3. Il existe une différence moins nette pour
le C de recul et les particules c( . La figure nfl 4 aermet d'apprécier cet
te différence et représente la projection des événements enregistrés en
fig. n° 3 sur l'axe énergie exprimée en canaux, pour une zone en temps de
vol qui englobe les particules o( et les C de recul correspondants. La sé
paration entre ces noyaux est suffisante et ne nécessite pas un traitement
supplémentaire d'identification.
III - PRESENTATION DES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET DISCUSSION.
Nous avons effectué la mesure du temps de vol des neutrons diffu
sés en coïncidence a\/ec les particules de :• ecul dans le diffuseur, à quatre
angles : 10,30,80,120°. Nous avons sélectionné, au cours de ]'analyse, le
temps de val correspondant uniquement aux particules o( .
Les résultats expérimentaux sont p.4sentés sur les figures (5-B).
En abaisse nous avons porté le temps de vol des neutrons diffuués exprimé
en canaux et en énergie. L'axe des ordonnées représente le nombre de neu
trons en coïncidence avec les particules ©C • ̂ e nombre d'événements est
corrigé de l'efficacité du détecteur de neutrons. Les barres d'erreurs in
diquées sur ces figures tiennent compte des erreurs statistiques et de
l'incertitude affectant la mesure de l'efficacité du détecteur de neutrons
( 5$ pour En > 4 MeV et 5 à 20 % pour En •<, 4 MeV). Les spectres présentent
en particulier un pic très prononcé qui peut être reproduit par une gaus-
-8-
sienne de 1 MeV de largeur à mi-hauteur. Comme la résolution expérimentale
attendue est du même ordre de grandeur, ceci suggère qu'en fait la largeur
intrinsèque de ces pics est faible |"'8"1 . Les énergies des neutrons dif
fusés correspondant à l'énergie d'excitation du C de 7,653 sont en accord
avec celles mesurées pour le pic le plus prononcé sur les spectres à
©= 3D, 80, 120 Fig. (6-7-8). A 9n = 10° fig (5) il semblerait y avoir un
fort désaccord entre la mesure de l'énergie du pic et le calcul de l'éner
gie du neutron diffusé. En fait cet écart est dû à l'effet de seuil discuté
ci-dessus. Cet effet se fait d'autant plus sentir que l'énergie des trois
particules ot est faible.
le
On peut déduire l'énergie cinétique des trois alpha par la formu
la + E 12 * + Q 3*.
i = 1
i p -où E est l'énergie cinétique de recul de C
H
._ est son énergie d'excitation •- i - _
Q 3<< =• (n 12 C
3m . ) c 2 = - 7,27 MeV
où m.n et mQt sont respectivement les masses des '̂ C et des alpha.
3 est la somme des énergies des trois alpha.
La somme des énergies des trois particules 6l est donnée dans
le tableau 1 partie D.
Dans la figure (9) nous présentons la distribution angulaire des
..eutrons pour la réaction :
n + 12ç ^ n' + 3o( (tableau 2). Une courbe continue passe
par les quatre points expérimentaux et nous permet d'évaluer la valeur de
la section efficace totale û 202 + 30 mb. Cette valeur est comparée dans
le tableau 3 aux données existantes. Cette valeur trouvée confirme celle
de 235 mb proposée par LACHKAR et al |161 .
Pour les autres niveaux le processus séquentiel est moins évident.
Comme on peut le voir dans la figure (11) il a été possible de décomposer
-9-
la distribution en énergie des neutrons par des gaussiennes dont la largeur
est celle déduite des études antérieures I18 I .
Ces mécanismes donnent un spectre de neutrons très étendu (appendice) qui
s'ajoute au processus que nous proposons pour le niveau Q a -7,66 MeV du
C. L'étude plus précise des mécanismes qui interviennent dans cette réac
tion nécessiterait ia mesure de paramètres supplémentaires.
IV - CONCLUSIONS
Nous avons mesuré les sections efficaces différentielles de la
réaction 'C (n,n'3C() pour les angles de détection du neutron 10,30,80,
120°. La section efficace intégrée déterminée da. J ce travail est cohérente
avec les mesures de la section efficace totale et des autres sections effi
caces partielles relatives à cette énergie. Cette cohérence est discutée
dans la référence M 61 .
Nous avons pu discerner un processus séquentiel de la forme :
n + ' 2 C i n' + , 2 C *
I ... M. qui se traduit par la présence de pics de rsut.rons. Les énergies d'excita
tion du ^C sont supérieures ou égales à 9,66 MeV et ceci confirme les
conclusions des expériences faites anteriaurement et qui utilisent d'autres
méthodes.
La technique utilisée doit nous permettre des mesures a d't?utres
énergies '.e nejtrons incidents dans les cas où la somma des énergies des
particule? ot libérées dans le scintillateur est suffisante en vue d'une
bonne identification des particules.
Par la même technique on peut également étudier d'autres réac
tions tellt'T que :
(n,n'p) , ,-i;n'ol ) , (n,n't) en chargeant notre scintillateur par un pro
duit additif comportant les noyaux cibles.
-10-
V - REMERCIEMENTS
Nous remercions le groupe accélérateur pour l'aide apportée lors
de la surveillance de la machine pendant les nuits de fonctionnement .
VI APPENDICE
1 "? L'étude du processus de la cassure directe du C en trois alpha
dans la réaction ' 2(;(n ,n'3ol ) nécessite un soin tout particulier. L'état
final est défini par les coordonnées Pj, P21 ?3» P4 qui caractérisent
chaque particule éjectée. î. > \\\ "I i = 1,4. L a conser
vation de l'énergie est des quantités de mouvement au cours de la réaction
imposent quatre relations entre les 12 paramètres dg l'état final et les
grandeurs qui définissent l'état initial. L'état final sera donc en réali
té défini cinématiquement que dans une expérience où les huit observables
restantes sont mesurées, ces quantités étant soit des énergies soit des
angles d'émission attribués aux particules éjectées. Dans l'hypothèse d'
une distribution coplanaire on peut écrire la conservation de l'énergie et
de l'impulsion sous la forme :
Eo + Q (1)
Po Pi CDS Ci (2)
i sin tfi (3)
où E Q est l'énergie cinétique incidente du neutron Q est définie par
4
m c % ^ ^ " mi j) c2 = - 7,27 MeV
i = 1
Q = \ m a -H •
L
-11-
avec m_, m et"^^=» définies respectivement p?r la masse du neu-u c *-*___ mi
i = 1 A tron incident, la masse du noyau de carbone et ̂ ^^"mi la somme des
i = 1
masses des trois particules alpha éjectées et du neutron. La combinaison
des trois équations (1), (2), et (3) permet de retrouver la fonction de
distribution en impulsion des trois particules éjectées dans la voie de
sortie.
$ ( P,, P 2, P3,8, > 9?,93) = P Q
2 (1 - m 4/ m o) + P,2 ( , + mA/m
+ P, (1 + " V m ? ) + P/( 1 + ̂ / m 3 ) - 2-MQ - 2PD P, Cos 0,
• s &2 - 2P0 P 3 CDS 9 3 + 2P, P 3 Cos (9, - 9 3 ) " 2 P° P2 C
+ 2 P , P 2 Cos ( 9 , - G 2 ) + 2P2 P 3 cos ( 0 2 - 9 3 ) E ° ( 4 )
f (P.1Pj>P3) avec ^ 9?' 0T déterminés est une ellipsoïde dans un
repère orthonormé.
Dans le pian p., = cte on obtient une ellipse dont l'équation
est donnée par :
^ (Pl,P2> = 0 = A P,2 + B P̂ -2 + C P 2
2 + D P, +E P 2 + F (5)
•J
A = <1 + °M/m, 1 D - < 2 P3 C o
h cos (6, - © 2 ) ] E = |
+ m4/m 2 1
1
(©, - © 3 ) - 2P a Cos 9, 1 2 P 3 Cos - 9 2 - 9 3) - 2P,
C = ] 1
'o C°s ©2 "i
F - j P D
2 (1.mVn.0 ) - 2m4Q + P3^(1 +
m
4 / m 3 ) - 2P o P3 Cos 83 |
Si les quatre particules issues de la cassure directe du "C
-12-
en trois particules alpha sont émises dans un plan, nous devrons mesurer
cinq observables pour déterminer le problème cinématiquement. Les cinq ob
servables à mesurer pourront être par exemple trois angles et deux impul
sions, ia troisième étant déterminée par la résolution de l'équation (5).
La méthode de la plaque photographique ou la chambre de Wilson permet de
déterminer le nombre de paramètres nécesf.aires pour l'étude du processus
à cassure directe du '^C e n trois alpha. Par ces méthodes on mesure les
traces laissées par les particules ionisantes que sont les particules al
pha éjectées dans la voie de sortie et l'on détermine ainsi le problème ri-
nématiquement. Par notre expérience qui permet la mesure de la somme des
énergies alpha — -~ ^ l'angle et l'énergie du neutron émis, notre
i = 1 problème à quatre corps en voie de sortie n'est pas déterminé cinématique
ment. En fait la mesure de
i = 1
tion des différentes particules.
ne nous sert que pour 1'identifica-
II peut être intéressant de connaître lorsque P-, = cte les maxima
et minima de P 1 et Pj.
Ces valeurs sont données par :
p^ Max.,Min. = _ ( D _ E B / 2 ( ; ) I \j | n . E B/ 2 C M-
2 [A - B 2 / 4 c ]
BV t C F- E.' 4C
Max., Min. E + Max, Min,
2 C
La figure n° 10 donne pour des cas cinématiques coplanaires les
fonctions
~f(Zn ; EoU ;(E0(3 = 0, 1 , 3 MeV) 6 n = C.&od = B<A2 - 0°
courbes a,b,c.
- 1 3 -
et f ( E n ; E<*1 ! E<<3 = 0,1 MeV ; 9 n = 0° ; 9 ^ , = 6 ^ = 180"
cQi-rbes c , d .
L'équation du second degré (5) nous donne deux solutions accepta
bles pour l'impulsion du neutron dans la mesure où elles sont évidemment
toutes deux positives. En général l'une de ces impulsions sera grande et
l'autve beaucoup plus faible. Les événements qui produisent ces deux impul
sions ne sont pas dissociables iZs appartiennent au i.iême mécanisme de réac
tion et li mesure d'un seul groupe de neutrons sous-estimerait la mesure de
la section efficace. Il importe donc lors de ces expériences d'utiliser un dé
tecteur de neutrons de seuil très bas.
-14-
VII - REFERENCES -
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-15-
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Manuscrit reçu le 17 mars 1976
-1.6-
VIII - LEGENDE DE5 FIGURES ET TABLEAUX
Figure 1 : Niveaux d'énergie mettant en jeu la réaction '2c (nfn')3o(
Figure 2 : Schéma de principe du dispositif expérimental.
Figure 3 : Analyse biparamétrique desdeux paramètres enregistrés pendant
1'expérience.
- En abcisse le temps de vol du neutron entre le scintillateur
diffuseur et le détecteur de neutrons.
- En ordonnée la réponse impulsionnelle à l'énergie laissée
dans le scintillateur diffuseur par les protons, alpha, et ''C
de recul.
Figure A : Projection sur l'axe énergie dans la figure 3 des événements
regroupés dans une bande temps de vol-énergie qui prend les 1 ? alpha et les £C de recul correspondants.
Figures 5-6-7-B : Présentation des résultats expérimentaux.
- En abcisse deux échelles l'une en canaux l'autre en énergie
de neutrons correspondantes.
- Er ordonnée le nombre d'événements enregistrés corrigés de
l'efficacité du détecteur de neutrons.
Figure 9 : Distribution angulaire des neutrons dans le système du labora
toire pour la réaction n + ''C > n' + *'C*
C » 3 W
et pour des neutrons incidents de 14,2 MeV.
Figure 1D : Courbes cinématiques coplanaires quatre corps pour les cas
particuliers.
a,b,c E <*3 = 0,1,3 MeV 0 n = 0° , 0«l 2 = 0^, = 0°
c.d Eol3 -- 0,1 MeV 0 n = 0° © O ( 2 » 9 0 t 1 =1B0°
Figure 11 : Spectre de décomposition N(En)dEn pour Qn = 3'J" JRéf, 1 6j
-17-
Tableau 1 -Energies des particules A - Energie des protons de la diffusion n-p B - Energie des neutrons diffusés élastiquement sur C - Energie des C de recul
C - Energie des neutrons diffusés inélastiquement sur le premier niveau du 1 2C Q --â,â3 MeV
- Energie des ' 2C de recul D - Energie des trois alpha provenan. de la cassure de C
Q 3 o^= - 7,27 MeV.
Tableau 2 -Résultats expérimentaux de la section efficace différentielle aux angles de détection du neutron Q n = 10, 3D, 80, 120° .
Tableau 3 -Comparaison de gV avec différents auteurs cités en référence.
- TABLEAU 1 -
Energie en MeV Angle de détection ries neutrons
Energie en MeV !D° 10" B0° ' 20°
A diffusion (n-p)
Energie du proton associa au neutron émis à l'angle Q n 0,4 2 1,55 1 3,77
B diffusion élastique
Energie du neutron 14,16 1 3,SB 12,37 ! 1 ,05
B diffusion élastique
Energie du C associé au neutron n,G35 0,32 1 ,81 1,'5
C diffusion inélastique par le premier niveau de C Q = -4,4 3 MeV
Energie du neutron émis à % 9,7 9,47 8,21 7,15
C diffusion inélastique par le premier niveau de C Q = -4,4 3 MeV
Energie du C associé au neutron n,07 0, 3 1 ,56 2,62
D réaction de cassure du ^C en 3d,
Q3rf, = ~7,n MeV
Energie du neutron fi,'17 6,' 5,'5 4 , 14
D réaction de cassure du ^C en 3d,
Q3rf, = ~7,n MeV
Energie de recul de ~C G,1 7 0,44 1 ,39 2,2 D
réaction de cassure du ^C en 3d,
Q3rf, = ~7,n MeV Energie des 3 o^ 0,55 0,B2 1 ,7B 2,58
- TABLEAU 2 -
(deg . î 10 30 BD 120
d t f / d A
(mb/s r ) 37,QB - 9 27,66 î 3 16,12 * 3 10,68 - 3
- TABLEAU 3 -
Réf . £ i n t é g r é en mb
Ce t r a v a i l 202,2 ± 30
Gr in e t a l . 10 190 ± 2 0
Frye e t a l . 19 2 30 i 50
V a s i l ' e v e t a l . 20 176 i B2
E v a l u a t i o n ENDF/BIV 224
E v a l u a t i o n B i l l 16 235
- 20 -
FIG. 1
- 21 -
«T~ JE,:il.-.---::^y-. OIFTUSUM .. S
• ' m - . - ,
P.A
Cfl .->
X CAD
a
CAD
FIG. 2
- 22 -
C9
I/'
(X 121
T. d.V.
FIG. ?
110 -
z UJ
s UJ
z UJ
> UJ
I
1 i I
0 = 80°
- d =3,43 m ~"
" 1 • • •
-
\ D / ° D \ ° p >v °
— \ 0 / Xa -
, 2 cV / 3a
1 1 10 20 30 40
— N° CANAL-*-
FIG. 4
?3
i W
1 1
/
1
r i s 3,43 m
/ •s i 11
8. id" I ' • • 1- -7,6 6MhV -
• * ! 3,17 V 8,3 • • M»
1 i I 1
40 ' 9 00 Numcre du canal
FIG. 5
, .- , - j
S = 30°
1
Q=-7,66M«V
1
6. I0 3
, .- , - j
S = 30° )
1
d = 1,57m
| 4.10 3 _
0 =-10,84M«V
6.3
1 2.103
• • • ' • . 1.63 2,65 6.3
1
J 1 J _ . _ „ I 1 - _ l 35 40 45 50
n u n t i u du canal
FIG. 6
24
15 lo'
"" I
S = 80' * =3 ,43»
— I I
Q=-7.B6MaV
1<?
"" I
S = 80' * =3 ,43»
— I I
9. 10*
• • • . \ I vn 1,IT ««• \n
I, I I I
3D 40 Nasara tm eaaal
FIG. 7
S =120 ' =3.43 «
q=-7.88M>¥
40 48 Naaiira da caaal
FIG. 8
2";
8
I I I I I I I I"
7
6 -
5 -
_ 4 > S - 3 Ui
2
1
V r *\ \ X \ A » ! \ i
-!• \ !" • \ » » X
\ ;
i i > i N i i 3 4 5 6
Ea(MeV)
FIG. 10
40
1 1
-
30 \ E, =14,2 M»V -
( «A
"')
\ 0T=202,2mb
- 2 0 ~
£ 10 ^ V . -
0 1 1 I ÏÔ5~
S (* . i ) ISO
FIG. 9
- 26 -
3 4 5 - E n ( M e V ) ^
FIG .11
Achevé d'imprimer
par
le CEA, Service de Documentation, Saclay
Mai 1976
DEPOT LEGAL
2ènw trimestre 1976
La diffusion, à titre d'échange, des rapports et bibliographies du Commissariat à l'Energie Atomique est assurée par le Service de Documentation, CEN-Saclay, B.P. n° 2, 91 190 - Cif-sur- Yvette (France).
Ces rapports et bibliographies sont également en vente à l'unité auprès de la Documentation Française, 31, quai Voltaire, 75007 - PARIS.
Reports and bibliographies of the Commissariat à l'Energie Atomique are available, on an exchange basis, from the Service de Documentation, CEN-Saclay, B.P. n° 2, 91 190 • Gif-sur-Yvette (France).
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Edité par te Service de Documentation
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