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Interaction des ions bore 10 et bore 11 avec des noyaux d'uranium
Volume 24B, number 11
PHYSICS LETTERS
INTERACTION AVEC
29 May 1967
D E S I O N S B O R E 10 E T B O R E DES NOYAUX D'URANIUM
A. F L E U R Y ,
11
F. M I V I E L L E et G. N. SIMONOFF
L a b o r a l o i r e de C h i m i e N u c l b a i r e . F a c u l t b d e s S c i e n c e s de B o r d e a u x
Requ le 19 avril 1967
On a ~tudi~ les fonetions d'exeitation de 238pu, 236pu et 240Cm, 242Cm. Deux aspects de l'interaetion des ions bore ont ~t~ observes: formation du noyau compo~e, dissociation des ions incidents.
Les r ~ a c t i o n s e n t r e noyaux c o m p l e x e s peuvent c o n d u i r e s i m u l t a n ~ m e n t , d'une p a r t , ~ la f o r m a tion du noyau compos~ [1], et d ' a u t r e p a r t , ~ la d i s s o c i a t i o n des p r o j e c t i l e s l o r s q u e c e u x - c i sont constitu~s ~ B des noyaux l ~ g e r s tels que 6Li, 7Li, 10B, [2]. Dans le cas des ions b o r e , la d i s s o c i a t i o n conduit fi la p r o d u c t i o n de p a r t i c u l e s c~ et d ' i s o t o p e s de lithium, e s s e n t i e l l e m e n t 6Li pour 10B, et 7Li pour l l B . Dans le but d ' ~ t u d i e r ces r ~ a c t i o n s p a r rn~thodes r a d i o c h i m i q u e s , p l u s i e u r s e m p i l e m e n t s de c i b l e s & u r a n i u m , d ' e n v i r o n 15 t~m d ' ~ p a i s s e u r , ont 6t6 i r r a d i ~ s a v e c des ions 10B et l i b ~ l ' a c c ~ l ~ r a t e u r HILAC de l ' U n i v e r s i t ~ de Yale. Nos m~thodes & i n v e s t i g a t i o n c o n s i s t e n t fi m e s u r e r les s e c t i o n s e f f i c a c e s des p r o d u i t s obtenus p a r la fusion du noyau cible et du p r o j e c t i l e i n c i dent ou d'une p a r t i e de c e l u i - c i . Les s ~ p a r a t i o n s c h i m i q u e s des ~16ments Pu et Cm ~ p a r t i r de c i bles d ' u r a n i u m ont a l o r s ~t~ m i s e s au point [3]. E l l e s font appel ~ des m~thodes c h r o m a t o g r a p h i ques ( r ~ s i n e s anioniques) et des m~thodes d ' e x t r a c t i o n p a r solvant. Nous avons l a i s s ~ de cOt~ les ~l~ments Np, Am et Bk qui ne sont p a r d i r e c t e m e n t a c c e s s i b l e s dans notre e x p e r i e n c e en r a i son de l e u r p~riode. Les i s o t o p e s 236pu, 238pu et 240Cm, 242Cm ont ainsi ~t~ d~tect~s dans les c i b l e s et i d e n t i f i e s p a r l ' ~ n e r g i e de l e u r r a y o n n e m e n t a. Nous avons a l o r s c o n s t r u i t les fonctions d ' e x c i tation de ces i s o t o p e s p o u r des ~ n e r g i e s c o m p r i s e s e n t r e la b a r r i ~ r e coulombienne (voisine de 52 MeV) et 100 MeV dans le cas des ions 10B, 110 MeV dans le cas des ions 1lB. La v a r i a t i o n de l ' ~ n e r g i e des ions b o r e en fonction du p a r c o u r s dans l ' u r a n i u m a ~t~ calcul~e s e l o n la m~thode indiqu6e dans r6f. 4. Le s r ~ s u l t a t s e x p ~ r i m e n t a u x obtenus sont r e p r ~ s e n t ~ s s u r la fig. 1 dans le cas des i s o t o p e s de 576
~0"mb 238u +10B :=~SSpu 105"
238U +108 :=~36pu
~~~
105
40
60
80
t00
MeV
Fig. 1. Fonctions d'excitation de formation des isotopes de Pu. Pu, s u r la fig. 2 dans le cas des i s o t o p e s de Cm. P o u r Pu ces c o u r b e s p r ~ s e n t e n t une mont~e r a pide ~ p a r t i r de la b a r r i ~ r e co u l o m b i en n e, suivie d'tme c r o i s s a n c e plus lente. Ce c a r a c t 6 r e est beaucoup plus prononc~ pour l ' i s o t o p e 238 de Pu que pour l ' i s o t o p e 236. I1 s e m b l e d i f f i c i l e d ' e x p l i q u e r la f o r m e des c o u r b e s p a r un m ~ c a n i s m e d ' 6 v a p o r a t i o n ~ p a r t i r d'un noyau compos~. A u s s i , a v o n s - n o u s pens~
Volume
24B,
number
11
PHYSICS
LETTERS
29 May
1967
2 3 8 U ( a ' 6 n ) 2 3 6 p u ' 2 3 8 U ( d ' 4 n ) 2 3 6 N p 22fl-, h 236pu"
I
~0"mb
5
10
),
5"
5
I0
240
do
'
238
II
2.~.0
BC
10:
E
,,b
't
go
~6o
'M,v
Fig. 2. Fonetions d'excitation de f o r m a t i o n des isotopes de Cm. q u e la f o r m a t i o n d e s i s o t o p e s de P u p e u t ~ t r e le r 6 s u l t a t d ' u n e i n t e r a c t i o n a v e c le n o y a u c i b l e d ' u n e p a r t i c u l e a 6 m i s e a u c o u r s de la r u p t u r e d e s i o n s bore apr~s une diffusion in~lastique. Les r6act i o n s e n v i s a ~ 6 e s s o n t a l o r s 2 3 8 U ( a , 4 n ) 2 3 8 p u et 238U(c~, 6n)2"36pu. Nous avons essay~ de calculer les courbes avec les hypoth6ses indiqu6es. C e s c a l c u l s ont m o n t r 6 [3] q u e la d i s s o c i a t i o n e n v i s a g 6 e n e s u f f i t p a s fi e x p l i q u e r l e s s e c t i o n s e f f i c a c e s 6 1 e v 6 e s de 2 3 8 p u , n o t a m m e n t a u v o i s i n a g e de la b a r r i ~ r e c o u l o m b i e n n e . On p e u t a l o r s r e m a r q u e r q u e 238Np c o n d u i t fi 2 3 8 p u p a r 6 m i s s i o n /3- a v e c u n e p 6 r i o d e t r o p courte pour permettre son observation directe. La participation parall61e d'une r6action 2 3 8 U ( d , 2 n ) 2 3 ~ N p p e r m e t a l o r s de m i e u x a p p r o c h e r les valeurs exp~rimentales. En effet, la fonction d ' e x c i t a t i o n de l a r 6 a c t i o n (d, 2n) [5] p r 6 s e n t e u n e m o n t 6 e r a p i d ~ p a r t i r de l a b a r r i 6 r e c o u l o m b i e n n e suivie d'une trai'ne vers les hautes 6nergies. D ' u n e f a q o n a n a l o g u e , o n p e u t , d a n s le c a s de l a f o r m a t i o n de 2 3 6 p u e n v i s a g e r l e s d e u x r 6 a c t i o n s
L a s 6 p a r a t i o n i m m 6 d i a t e de l ' 6 1 d m e n t Np d a n s les cibles dolt permettre d'dvaluer la contribution de l a r 6 a c t i o n i n d u i t e p a r l e s d e u t o n s . D a n s le c a s de C m , la f o r m e d e s c o u r b e s e s t tr6s diff6rente despr6c~dentes. Eneffet, chacune d ' e l l e s p a s s e p a r un m a x i m u m p r o n o n c ~ c a r a c t 6 ristique d'un m6canisme par noyau compos6. L e s i s o t o p e s 2 4 0 C m et 2 4 2 C m p e u v e n t ~ t r e f o r m 6 s s o i t d i r e c t e m e n t a u c o u r s de la r 6 a c t i o n n u c l 6 a i r e ( 6 v a p o r a t i o n de n e u t r o n s et d ' u n p r o t o n p a r t i r du n o y a u c o m p o s 6 ) , s o i t p a r 6 v a p o r a t i o n de n e u t r o n s u n i q u e m e n t s u i v i e de la c a p t u r e K d e s n o y a u x 2 4 0 B k ou 242Bk. D a n s c e d e r n i e r c a s , la c o u r b e c a l c u l 6 e fi l ' a i d e du m o d e de c a l c u l de J a c k s o n [6] p o u r la r 6 a c t i o n 2 3 8 U ( 1 1 B , 7 n ) 2 4 2 B k n o u s a p e r m i s d ' o b t e n i r un b o n a c c o r d q u a l i t a t i f a v e c la c o u r b e e x p 6 r i m e n t a l e . D ' a u t r e p a r t , le r a p p o r t F n / F f de l a r g e u r d ' d m i s s i o n de n e u t r o n s l a r g e u r de f i s s i o n a 6t6 d 6 d u i t e p o u r le n o y a u f i s s i o n n a n t m o y e n 2 4 6 B k p a r la c o m p a r a i s o n d e s sections efficaces expdrimentales aux sections efficaces calcul6es sans fission. Nous avons obtenu F n / F f = 0 . 6 2 . D ' a p r ~ s H u i z e n g a et al. [7], l a v a l e u r du r a p p o r t F n / F f p o u r le m ~ m e n o y a u f i s s i o n n a n t m o y e n e s t 0.64. Des calculs plus approfondis sur l'~vaporation de p r o t o n s ~ p a r t i r de n o y a u x c o m p o s 6 s s o n t e n cours d'61aboration. Les auteurs veulent exprimer leur gratitude au P r o f e s s e u r B e r i n g e r e t a u x D o c t e u r s I. P r e i s s et H. B a k h r u p o u r l e u r a v o i r f a c i l i t 6 l ' i r r a d i a t i o n d e s cibles.
Rdfdrences 1. J . M . Alexander et G.N. Simonoff. Phys. Rev. 133 (1964) B93. 2. R.W. Ollerhead, C. Chasman et D.A. Bromley, Phys. Rev. 134 {1964) B74. 3. F. Mivielie, Th~se 3~me Cycle, Bordeaux 1967. 4. A. Fleury et F. N. Simonoff, Congr. Intern. de Physique nuclCaire, P a r i s (1964) C134. 5. Ph. Lavollee, Th~se 3~me Cycle, Bordeaux 1966. 6. J.D. Jackson, Canad. J. Phys. 34 (1956} 767. 7. R.Vandenbosch et J . R . Huizenga, Proc. Second United Nations Intern. Conf. on Peaceful uses of atomic energy 15 {Geneva, 1958}.
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INTERACTION AVEC
29 May 1967
D E S I O N S B O R E 10 E T B O R E DES NOYAUX D'URANIUM
A. F L E U R Y ,
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F. M I V I E L L E et G. N. SIMONOFF
L a b o r a l o i r e de C h i m i e N u c l b a i r e . F a c u l t b d e s S c i e n c e s de B o r d e a u x
Requ le 19 avril 1967
On a ~tudi~ les fonetions d'exeitation de 238pu, 236pu et 240Cm, 242Cm. Deux aspects de l'interaetion des ions bore ont ~t~ observes: formation du noyau compo~e, dissociation des ions incidents.
Les r ~ a c t i o n s e n t r e noyaux c o m p l e x e s peuvent c o n d u i r e s i m u l t a n ~ m e n t , d'une p a r t , ~ la f o r m a tion du noyau compos~ [1], et d ' a u t r e p a r t , ~ la d i s s o c i a t i o n des p r o j e c t i l e s l o r s q u e c e u x - c i sont constitu~s ~ B des noyaux l ~ g e r s tels que 6Li, 7Li, 10B, [2]. Dans le cas des ions b o r e , la d i s s o c i a t i o n conduit fi la p r o d u c t i o n de p a r t i c u l e s c~ et d ' i s o t o p e s de lithium, e s s e n t i e l l e m e n t 6Li pour 10B, et 7Li pour l l B . Dans le but d ' ~ t u d i e r ces r ~ a c t i o n s p a r rn~thodes r a d i o c h i m i q u e s , p l u s i e u r s e m p i l e m e n t s de c i b l e s & u r a n i u m , d ' e n v i r o n 15 t~m d ' ~ p a i s s e u r , ont 6t6 i r r a d i ~ s a v e c des ions 10B et l i b ~ l ' a c c ~ l ~ r a t e u r HILAC de l ' U n i v e r s i t ~ de Yale. Nos m~thodes & i n v e s t i g a t i o n c o n s i s t e n t fi m e s u r e r les s e c t i o n s e f f i c a c e s des p r o d u i t s obtenus p a r la fusion du noyau cible et du p r o j e c t i l e i n c i dent ou d'une p a r t i e de c e l u i - c i . Les s ~ p a r a t i o n s c h i m i q u e s des ~16ments Pu et Cm ~ p a r t i r de c i bles d ' u r a n i u m ont a l o r s ~t~ m i s e s au point [3]. E l l e s font appel ~ des m~thodes c h r o m a t o g r a p h i ques ( r ~ s i n e s anioniques) et des m~thodes d ' e x t r a c t i o n p a r solvant. Nous avons l a i s s ~ de cOt~ les ~l~ments Np, Am et Bk qui ne sont p a r d i r e c t e m e n t a c c e s s i b l e s dans notre e x p e r i e n c e en r a i son de l e u r p~riode. Les i s o t o p e s 236pu, 238pu et 240Cm, 242Cm ont ainsi ~t~ d~tect~s dans les c i b l e s et i d e n t i f i e s p a r l ' ~ n e r g i e de l e u r r a y o n n e m e n t a. Nous avons a l o r s c o n s t r u i t les fonctions d ' e x c i tation de ces i s o t o p e s p o u r des ~ n e r g i e s c o m p r i s e s e n t r e la b a r r i ~ r e coulombienne (voisine de 52 MeV) et 100 MeV dans le cas des ions 10B, 110 MeV dans le cas des ions 1lB. La v a r i a t i o n de l ' ~ n e r g i e des ions b o r e en fonction du p a r c o u r s dans l ' u r a n i u m a ~t~ calcul~e s e l o n la m~thode indiqu6e dans r6f. 4. Le s r ~ s u l t a t s e x p ~ r i m e n t a u x obtenus sont r e p r ~ s e n t ~ s s u r la fig. 1 dans le cas des i s o t o p e s de 576
~0"mb 238u +10B :=~SSpu 105"
238U +108 :=~36pu
~~~
105
40
60
80
t00
MeV
Fig. 1. Fonctions d'excitation de formation des isotopes de Pu. Pu, s u r la fig. 2 dans le cas des i s o t o p e s de Cm. P o u r Pu ces c o u r b e s p r ~ s e n t e n t une mont~e r a pide ~ p a r t i r de la b a r r i ~ r e co u l o m b i en n e, suivie d'tme c r o i s s a n c e plus lente. Ce c a r a c t 6 r e est beaucoup plus prononc~ pour l ' i s o t o p e 238 de Pu que pour l ' i s o t o p e 236. I1 s e m b l e d i f f i c i l e d ' e x p l i q u e r la f o r m e des c o u r b e s p a r un m ~ c a n i s m e d ' 6 v a p o r a t i o n ~ p a r t i r d'un noyau compos~. A u s s i , a v o n s - n o u s pens~
Volume
24B,
number
11
PHYSICS
LETTERS
29 May
1967
2 3 8 U ( a ' 6 n ) 2 3 6 p u ' 2 3 8 U ( d ' 4 n ) 2 3 6 N p 22fl-, h 236pu"
I
~0"mb
5
10
),
5"
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I0
240
do
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238
II
2.~.0
BC
10:
E
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't
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~6o
'M,v
Fig. 2. Fonetions d'excitation de f o r m a t i o n des isotopes de Cm. q u e la f o r m a t i o n d e s i s o t o p e s de P u p e u t ~ t r e le r 6 s u l t a t d ' u n e i n t e r a c t i o n a v e c le n o y a u c i b l e d ' u n e p a r t i c u l e a 6 m i s e a u c o u r s de la r u p t u r e d e s i o n s bore apr~s une diffusion in~lastique. Les r6act i o n s e n v i s a ~ 6 e s s o n t a l o r s 2 3 8 U ( a , 4 n ) 2 3 8 p u et 238U(c~, 6n)2"36pu. Nous avons essay~ de calculer les courbes avec les hypoth6ses indiqu6es. C e s c a l c u l s ont m o n t r 6 [3] q u e la d i s s o c i a t i o n e n v i s a g 6 e n e s u f f i t p a s fi e x p l i q u e r l e s s e c t i o n s e f f i c a c e s 6 1 e v 6 e s de 2 3 8 p u , n o t a m m e n t a u v o i s i n a g e de la b a r r i ~ r e c o u l o m b i e n n e . On p e u t a l o r s r e m a r q u e r q u e 238Np c o n d u i t fi 2 3 8 p u p a r 6 m i s s i o n /3- a v e c u n e p 6 r i o d e t r o p courte pour permettre son observation directe. La participation parall61e d'une r6action 2 3 8 U ( d , 2 n ) 2 3 ~ N p p e r m e t a l o r s de m i e u x a p p r o c h e r les valeurs exp~rimentales. En effet, la fonction d ' e x c i t a t i o n de l a r 6 a c t i o n (d, 2n) [5] p r 6 s e n t e u n e m o n t 6 e r a p i d ~ p a r t i r de l a b a r r i 6 r e c o u l o m b i e n n e suivie d'une trai'ne vers les hautes 6nergies. D ' u n e f a q o n a n a l o g u e , o n p e u t , d a n s le c a s de l a f o r m a t i o n de 2 3 6 p u e n v i s a g e r l e s d e u x r 6 a c t i o n s
L a s 6 p a r a t i o n i m m 6 d i a t e de l ' 6 1 d m e n t Np d a n s les cibles dolt permettre d'dvaluer la contribution de l a r 6 a c t i o n i n d u i t e p a r l e s d e u t o n s . D a n s le c a s de C m , la f o r m e d e s c o u r b e s e s t tr6s diff6rente despr6c~dentes. Eneffet, chacune d ' e l l e s p a s s e p a r un m a x i m u m p r o n o n c ~ c a r a c t 6 ristique d'un m6canisme par noyau compos6. L e s i s o t o p e s 2 4 0 C m et 2 4 2 C m p e u v e n t ~ t r e f o r m 6 s s o i t d i r e c t e m e n t a u c o u r s de la r 6 a c t i o n n u c l 6 a i r e ( 6 v a p o r a t i o n de n e u t r o n s et d ' u n p r o t o n p a r t i r du n o y a u c o m p o s 6 ) , s o i t p a r 6 v a p o r a t i o n de n e u t r o n s u n i q u e m e n t s u i v i e de la c a p t u r e K d e s n o y a u x 2 4 0 B k ou 242Bk. D a n s c e d e r n i e r c a s , la c o u r b e c a l c u l 6 e fi l ' a i d e du m o d e de c a l c u l de J a c k s o n [6] p o u r la r 6 a c t i o n 2 3 8 U ( 1 1 B , 7 n ) 2 4 2 B k n o u s a p e r m i s d ' o b t e n i r un b o n a c c o r d q u a l i t a t i f a v e c la c o u r b e e x p 6 r i m e n t a l e . D ' a u t r e p a r t , le r a p p o r t F n / F f de l a r g e u r d ' d m i s s i o n de n e u t r o n s l a r g e u r de f i s s i o n a 6t6 d 6 d u i t e p o u r le n o y a u f i s s i o n n a n t m o y e n 2 4 6 B k p a r la c o m p a r a i s o n d e s sections efficaces expdrimentales aux sections efficaces calcul6es sans fission. Nous avons obtenu F n / F f = 0 . 6 2 . D ' a p r ~ s H u i z e n g a et al. [7], l a v a l e u r du r a p p o r t F n / F f p o u r le m ~ m e n o y a u f i s s i o n n a n t m o y e n e s t 0.64. Des calculs plus approfondis sur l'~vaporation de p r o t o n s ~ p a r t i r de n o y a u x c o m p o s 6 s s o n t e n cours d'61aboration. Les auteurs veulent exprimer leur gratitude au P r o f e s s e u r B e r i n g e r e t a u x D o c t e u r s I. P r e i s s et H. B a k h r u p o u r l e u r a v o i r f a c i l i t 6 l ' i r r a d i a t i o n d e s cibles.
Rdfdrences 1. J . M . Alexander et G.N. Simonoff. Phys. Rev. 133 (1964) B93. 2. R.W. Ollerhead, C. Chasman et D.A. Bromley, Phys. Rev. 134 {1964) B74. 3. F. Mivielie, Th~se 3~me Cycle, Bordeaux 1967. 4. A. Fleury et F. N. Simonoff, Congr. Intern. de Physique nuclCaire, P a r i s (1964) C134. 5. Ph. Lavollee, Th~se 3~me Cycle, Bordeaux 1966. 6. J.D. Jackson, Canad. J. Phys. 34 (1956} 767. 7. R.Vandenbosch et J . R . Huizenga, Proc. Second United Nations Intern. Conf. on Peaceful uses of atomic energy 15 {Geneva, 1958}.
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