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 -

f il HAOUATG. - LACHKAR J. - SIGAUD J. - PATIN Y. - and COCU F. * - t

CE.A. Report R-4641 -(1975)- Conf. Nucl. Cross Sections and Technolo­gy Washington (March 1975).

f 2*1 HAOUAT G. - COCU F. -Neitronaya Fisika, (1974), Vol.3, 233 (Kiev Conf.)

I" 3] MAK H.B. - EVANS H.C. and EWAN G.T. -Gueen's physical review,( 1 975), V.6, JJ>_

[ 4j BARNES C.A. and NICHOLS Davis B. Nuclear Physics, (1 973), A 217, 125-14D.

[ s] BRINKLEY T.A. - ROBSON B.A. and TITTERTON E.W. -Proc. Phys. S o c , 0 9641 V.B4, 201-211.

f 6] FRYE G.M.Jr. - ROSEN L. - STEWART L. -Physical Review, (1 955), V.99, 1, 1375.

f 7*1 VASIL'EV S.5. - KOMAROV V.V. - POPOVA A.M. -J.E.T.P., (1958\ 6., 1016.

[ BJ ANTOLKOVIC B. - HUDOMALJ J. -Nuclear Physics , (1 975), A237, 253-259.

[ 9] ANTOLKOVIC B. and DOLENEC Z. Nuclear Physics 0975)1 A237, 235-252.

[10J GRIN G.A. - VAUCHER B. - ALDER J.C. and JOSEPH C. Helv. Phys. Acta, (1969), £2, 990-1002.

[l1 J GRIN G.A. _ VAUCHER B. - JOSEPH C. - ALDER J.C. et L0UDE J.F. Helv. Phys. Acta, (1965), .38., 36B-370.

-15-

GRIN G.A. - JOSEPH C. - VAUCHER B. - LOUDE J.F. - HENCHOZ A. -

Helv. Phys. Acta, (1965), ,38> 666-668.

[Uj JOSEPH C. - GRIN G.A. - ALDER J.C. - VAUCHER B. -

Helv. Phys. Acta, (1967)1 £0, 693-709.

[14] SMITH D.L. - POLK R.G. - MILLER T.G. -

Nucl. Inst, and Math., (19681 6±, 157-166.

[15] SNELL A.H. -

Nuclear Instruments and their uses . Editor John Willey and Sons inc , New-York-London, V.1, P.116.

[ie] LACHKAR J. - C0ÇU F. - HA0UAT G. - LE FL0CH P. - PATIN Y. - SIGAUD J.-

NEANDC (E) 168 "L" INDC (FR) 7/L. (1975)

Ortec Model 460 Delay line amplifier 458 pulse shape anlysec.

AJZENBERG- SELOVE F. and LAURITSEN T. -

Nuclear Physics (1 968J A 114, 1-142.

[19] FRYE G.M. - ROSEN L. - STEWART L. -

Phys. Rev., (1955), ,99, 1375.

[20] VASIL'EV S.S. - KOMAROV V.V. - POPOVA A.M. -

J.E.T.P., (1958), 6., 1016.

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).

Individual reports and bibliographies are sold by the Documentation Française, 31, quai Voltaire, 75007-PARIS.

Edité par te Service de Documentation

Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay Boîte Postale n" 2

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