Measurement and analysis of the 241 Am (n,γ) cross section at the Cern n _TOF facility

par Kevin Fraval

Thèse de doctorat en Physique nucléaire (Champs, particules, matières)

Sous la direction de Frank Gunsing.

Soutenue en 2013

à Paris 7 .

mots clés

• Centre européen pour la recherche nucléaire
• Sources de neutrons
• Scintillateurs liquides
• Spectrométrie gamma
• Détecteurs de photons

Titre traduit

Mesure et analyse de la section efficace 241Am(n,gamma) auprès de l'installation n_TOF, CERN

Résumé

La section efficace 241Am(n,gamma) a été mesurée auprès de l'installation n_TOF, au CERN par spectrometrie par temps de vol. Les détecteurs utilisés pour la-détection des photons étaient des scintillateurs liquide de type C6D6. Après calibration des détecteurs et sélection des évènements au delà d'un seuil de 300 keV en énergie déposée, les histogrammes extraits furent corrigés pour le temps mort et en efficacité via la méthode de fonction poids. Ces fonctions poids furent calculées par à l'aide de simulations numériques de la réponse des détecteurs effectuées avec MCNPX. Les différentes sources de bruit de fond furent estimées et normalisées afin d'être correctement soustraites du signal total. La rendement capture par l'échantillon fut ensuite calculé en divisant le taux net de comptage pondéré par le flux de neutrons incident et l'énergie d'excitation du noyau composé. Ce rendement fut ensuite normalisé au rendement de capture d'une résonance connue, nommément à 4. 9 eV sur l'isotope 197Au. Enfin, l'analyse des résonances avec le code SAMMY permit d'étendre le domaine résolu jusqu'à 320 eV, soit deux fois au delà des limites des précédentes évaluations. La section efficace thermique fut estimée à 678 +- 68 barns, et une analyse statistique des niveaux fut effectuée, ainsi qu'une analyse de la région non résolue, jusqu'à 150 keV. La section efficace moyenne entre 320 eV et 150 keV est supérieure aux précédentes estimations. De futurs travaux devront se concentrer sur la réduction du bruit de fond pour réduire l'incertitude sur la valeur thermique, et également la réduction de la sensibilité au flash gamma, afin d'étendre l'énergie maximale de la région non résolue.

Résumé

The 241Am(n,g) cross section was measured at the n_TOF facility, at CERN by time of flight spectrometry. The detectors used for photon detection were C6D6 liquid scintillators. After callbration and event selection above a 300 keV threshold, the extracted histograms were corrected for dead time an efficiency using the weighting function technique. These weighting functions were calculated using simulated detectors response obtained via MCPX. All the background sources were estimated and normalized for proper subtraction to the total signal. The sample's capture yield was then calculated by dividing the net weighted count rate by the incoming neutron flux and compound nucleus excitation energy. This yield was then normalized to the capture yield of a well know isotope, namely at 4. 9 eV on 197Au. Finally, resonance analysis performed with the SAMMY code allowed the extension of the resolved resonance range to 320 eV, which is twice larger than in previous evaluations. The thermal cross section was found to be 678 +- 68 barns, and a statistical analysis was performed, together with an unresolved region analysis, up to 150 keV. The average cross section between 320 eV and 150 keV is larger than in previous estimations. Future worl should focus on reducing background to minimize the uncertainty on the thermal value, and also reducing the sensitivity to the gamma flash, in order to extend the upper limit of the unresolved range.