{"id":7851,"date":"2026-11-13T15:20:23","date_gmt":"2026-11-13T14:20:23","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/?p=7851"},"modified":"2026-11-13T15:29:34","modified_gmt":"2026-11-13T14:29:34","slug":"falstaff-double-la-mise-premieres-mesures-en-coincidence-au-ganil","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ganil-spiral2.eu\/fr\/2026\/11\/13\/falstaff-double-la-mise-premieres-mesures-en-coincidence-au-ganil\/","title":{"rendered":"FALSTAFF double la mise : premi\u00e8res mesures en co\u00efncidence au GANIL"},"content":{"rendered":"\n

FALSTAFF a pris ses quartiers d\u2019\u00e9t\u00e9 \u00e0 NFS\/SPIRAL2 (Neutrons For Science) au GANIL \u00e0 Caen pour la mesure simultan\u00e9e des deux fragments issus de la fission de l\u2019uranium-235 induite par neutrons. Ce spectrom\u00e8tre a \u00e9t\u00e9 con\u00e7u et r\u00e9alis\u00e9 par une \u00e9quipe de physiciens, ing\u00e9nieurs et techniciens du CEA et de l\u2019IN2P3 (DPhN, GANIL, DEDIP et DIS). \u00c9quip\u00e9 d\u2019un seul bras jusqu\u2019en 2025, un second bras est venu compl\u00e9ter FALSTAFF pour la r\u00e9cente prise de donn\u00e9es \u00e0 l\u2019\u00e9t\u00e9 2026. C\u2019est donc une premi\u00e8re mesure en co\u00efncidence pour ce spectrom\u00e8tre d\u00e9di\u00e9 \u00e0 la caract\u00e9risation des fragments de fission. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

La r\u00e9action de fission induite par des neutrons thermiques a beaucoup \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9e depuis 80 ans, mais les donn\u00e9es \u00e0 plus haute \u00e9nergie sont rares. Dans le cadre du regain d\u2019int\u00e9r\u00eat pour l\u2019\u00e9nergie nucl\u00e9aire, dont celui pour les r\u00e9acteurs rapides, les \u00e9tudes fondamentales sont indispensables pour am\u00e9liorer la pr\u00e9cision des simulations afin de relever les d\u00e9fis pos\u00e9s par le d\u00e9veloppement de nouveaux concepts de r\u00e9acteurs, le d\u00e9veloppement durable, la s\u00fbret\u00e9 et la gestion des d\u00e9chets, etc. Les mod\u00e8les de fission et de d\u00e9sexcitation, qu\u2019ils soient ph\u00e9nom\u00e9nologiques ou microscopiques, connaissent aussi un int\u00e9r\u00eat renouvel\u00e9. Cependant, leur capacit\u00e9 \u00e0 pr\u00e9dire les observables de fission restent modeste et de nouvelles donn\u00e9es exp\u00e9rimentales sont n\u00e9cessaires \u00e0 leur d\u00e9veloppement. C\u2019est dans ce cadre que de nouveaux programmes exp\u00e9rimentaux amont ont vu le jour. Gr\u00e2ce, entre autres, \u00e0 l\u2019installation NFS\/SPIRAL2, des \u00e9tudes peuvent \u00eatre \u00e9tendues au domaine des neutrons rapides.<\/p>\n\n\n\n

C\u2019est le cas du spectrom\u00e8tre FALSTAFF, qui permet d\u2019\u00e9tudier en d\u00e9tail la fission, m\u00e9canisme complexe auquel participent les effets de d\u00e9formation \u00e0 la scission, les effets de structure, la dynamique et bien d\u2019autres ph\u00e9nom\u00e8nes. Le nouveau spectrom\u00e8tre mesure la vitesse et l\u2019\u00e9nergie des fragments, variables qui permettent, entre autres, de reconstruire des observables telles que la masse des fragments avant et apr\u00e8s \u00e9vaporation des neutrons, d\u2019en d\u00e9duire la multiplicit\u00e9 des neutrons \u00e9mis et d\u2019\u00e9tudier le partage de l\u2019\u00e9nergie d\u2019excitation. Les r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux pr\u00e9-\u00e9vaporation seront utilis\u00e9s comme donn\u00e9es d\u2019entr\u00e9e pour le code FIFRELIN, code d\u00e9di\u00e9 \u00e0 la d\u00e9sexcitation des fragments de fission, d\u00e9velopp\u00e9 au CEA\/IRESNE. Les r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux post-\u00e9vaporation seront compar\u00e9s aux pr\u00e9dictions du m\u00eame code. L\u2019ensemble des informations recueillies est aussi n\u00e9cessaire \u00e0 la r\u00e9alisation de bases de donn\u00e9es nucl\u00e9aires utilis\u00e9es pour la mod\u00e9lisation des r\u00e9acteurs rapides.<\/p>\n\n\n\n

La tr\u00e8s bonne stabilit\u00e9 du spectrom\u00e8tre observ\u00e9e pendant les diff\u00e9rentes p\u00e9riodes de mesures de l\u2019\u00e9t\u00e9 2026 s\u2019explique par le travail technique intensif r\u00e9alis\u00e9 sur la version compl\u00e8te de FALSTAFF ces deux derni\u00e8res ann\u00e9es. Ce r\u00e9sultat prometteur permet d\u2019envisager d\u2019autres exp\u00e9riences \u00e0 NFS pour la caract\u00e9risation des fragments de fission d\u2019autres actinides dont l\u2019uranium-238, le plutonium-239, le neptunium-237, l\u2019uranium-233 et le thorium-232. <\/p>\n\n\n\n

Le spectrom\u00e8tre FALSTAFF [1], dans sa version compl\u00e8te avec deux bras, a \u00e9t\u00e9 install\u00e9 dans la salle de temps de vol de NFS en avril 2026. Sur la Fig. 1 les deux bras (bleu et rose) sont plac\u00e9s de chaque c\u00f4t\u00e9 de la partie centrale qui accueille la cible d\u2019uranium-235.<\/p>\n\n\n\n

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\"\"<\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Fig. 1<\/strong> Photographie des deux bras du spectrom\u00e8tre FALSTAFF dans la salle de
temps de vol de NFS-SPIRAL2 (\u00e0 gauche) et sch\u00e9ma de l\u2019ensemble de d\u00e9tection (\u00e0 droite).<\/p>\n\n\n\n

Le faisceau de neutrons [2] produits par l\u2019interaction d\u2019un faisceau de deutons avec une cible de 9<\/sup>Be \u00e9paisse[1]<\/a>, sort du collimateur encastr\u00e9 dans le mur derri\u00e8re FALSTAFF. Le spectre en \u00e9nergie de neutrons tr\u00e8s large ainsi produit et utilis\u00e9 avec FALSTAFF couvre des \u00e9nergies de l\u2019ordre de quelques centaines de keV jusqu\u2019\u00e0 40 MeV avec une intensit\u00e9 maximale \u00e0 15 MeV de 2 x 106<\/sup> n\/cm2<\/sup>\/s \u00e0 l\u2019endroit de la cible de FaLSTAFF plac\u00e9e \u00e0 5 m du convertisseur.<\/p>\n

La cible tr\u00e8s fine (195 mg\/cm2<\/sup>) d\u2019uranium-235, pr\u00eat\u00e9e par le JRC-Geel (Belgique), permet aux deux fragments de fission de sortir apr\u00e8s l\u2019interaction en ayant perdu tr\u00e8s peu d\u2019\u00e9nergie cin\u00e9tique. Les fragments, \u00e9mis dos-\u00e0-dos sur 4p, peuvent ensuite \u00eatre d\u00e9tect\u00e9s avec une efficacit\u00e9 g\u00e9om\u00e9trique d\u2019environ 0,35 % par les ensembles de d\u00e9tection identiques install\u00e9s sur chacun des bras de FALSTAFF. Cette faible couverture g\u00e9om\u00e9trique est compens\u00e9e par une grande efficacit\u00e9 de d\u00e9tection intrins\u00e8que et un flux de neutrons incidents \u00e9lev\u00e9. Chacun de ces ensembles (Fig. 2) est constitu\u00e9 de deux d\u00e9tecteurs Sed-MWPC[2]<\/a> [3] pour la mesure du temps de vol et de la position afin de d\u00e9terminer la vitesse. Une chambre \u00e0 ionisation axiale, plac\u00e9e derri\u00e8re les Sed-MWPC et dans laquelle les fragments sont arr\u00eat\u00e9s, assure la mesure de l\u2019\u00e9nergie cin\u00e9tique r\u00e9siduelle.<\/p>\n

Les d\u00e9tecteurs Sed-MWPC sont compos\u00e9s d\u2019une feuille \u00e9missive (0,5 mm de mylar aluminis\u00e9, la composition du mylar \u00e9tant similaire au film alimentaire) \u00e0 laquelle des \u00e9lectrons sont arrach\u00e9s par le passage des fragments. Ces \u00e9lectrons sont ensuite dirig\u00e9s par un champ \u00e9lectrostatique vers un compteur proportionnel \u00e0 fils. Ce dernier compos\u00e9 d\u2019une anode et d\u2019une cathode segment\u00e9e fonctionne avec de l\u2019isobutane basse pression (6 mbar) et permet la mesure en position avec une r\u00e9solution spatiale (\u00e9cart type s) de 2 mm et une mesure du temps de passage des fragments d\u2019une r\u00e9solution temporelle (\u00e9cart type s) de ~200 ps. Le dernier \u00e9l\u00e9ment du dispositif, les chambres \u00e0 ionisation axiales, ont une fen\u00eatre mince de mylar aluminis\u00e9 de 0.9 mm et sont remplies d\u2019isobutane \u00e0 30 mbar. Un champ \u00e9lectrique parall\u00e8le \u00e0 la direction des fragments dans le gaz est appliqu\u00e9 et le signal sur l\u2019anode est enregistr\u00e9 en fonction du temps d\u2019arriv\u00e9e avec une r\u00e9solution en \u00e9nergie DE\/E de 1%. Le profil de perte d\u2019\u00e9nergie des fragments dans le gaz est ainsi reconstruit et devrait permettre de remonter \u00e0 l\u2019identification de la charge nucl\u00e9aire du fragment.<\/a><\/p>\n\n\n

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\"\"
Fig.2<\/strong> Photographie et sch\u00e9ma de l\u2019ensemble de d\u00e9tection d\u2019un des bras de FALSTAFF.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Les tr\u00e8s bonnes r\u00e9solutions temporelles, spatiales et en \u00e9nergie atteintes sont n\u00e9cessaires pour obtenir une bonne r\u00e9solution sur les masses pr\u00e9- et post-\u00e9vaporation pour les fragments lourds et l\u00e9gers et d\u00e9terminer correctement la corr\u00e9lation entre la multiplicit\u00e9 des neutrons \u00e9mis et la masse du fragment. Cette observable, directement reli\u00e9e \u00e0 l\u2019\u00e9nergie d\u2019excitation du fragment, participe au bilan \u00e9nerg\u00e9tique de la r\u00e9action. Cette information, en plus de permettre l\u2019am\u00e9lioration des mod\u00e8les, est tr\u00e8s importante pour la construction des bases de donn\u00e9es qui sont ensuite utilis\u00e9es dans les simulations de diff\u00e9rents sc\u00e9narios de r\u00e9acteurs.<\/p>\n\n\n

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\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Fig. 3<\/strong> Temps de vol des fragments de l\u2019uranium-235 dans FALSTAFF pour diff\u00e9rentes \u00e9nergies de neutrons incidents. L\u2019unit\u00e9 est proportionnelle au temps de vol. Le premier pic correspond aux fragments les plus rapides (les fragments dits l\u00e9gers) et le second aux fragments dits lourds, les plus lents.<\/p>\n\n\n\n

Sur la Fig. 3 une analyse pr\u00e9liminaire permet de voir l\u2019\u00e9volution du temps de vol des fragments entre les deux d\u00e9tecteurs Sed-MWPC en fonction de l\u2019\u00e9nergie des neutrons incidents. La vall\u00e9e entre les deux pics provient des fissions sym\u00e9triques dont la probabilit\u00e9 augmente avec l\u2019\u00e9nergie incidente du neutron. Ce comportement attendu est aussi visible sur les distributions en \u00e9nergie.<\/p>\n

La prise de donn\u00e9es s\u2019est \u00e9tal\u00e9e sur quelques semaines r\u00e9parties en juin, juillet et ao\u00fbt. Durant toute cette p\u00e9riode la r\u00e9ponse du d\u00e9tecteur est rest\u00e9e stable ce qui est particuli\u00e8rement remarquable pour ces types de d\u00e9tecteurs. C\u2019est en grande partie gr\u00e2ce au travail r\u00e9alis\u00e9 sur l\u2019automatisme de la gestion du vide, des pressions de gaz et des tensions que FALSTAFF a pu atteindre une telle stabilit\u00e9. Ce succ\u00e8s est prometteur pour les futures exp\u00e9riences envisag\u00e9es \u00e0 NFS sur d\u2019autres actinides tels que l\u2019uranium-238, le plutonium-239, le neptunium-237, l\u2019uranium-233 et le thorium-232.<\/p>\n

Contacts: Jean-Eric Ducret (GANIL) and Diane Dor\u00e9 (IRFU\/DPhN, CEA-Paris-Saclay)<\/p>\n\n\n\n

References<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

[1] First experiment with Falstaff at NFS<\/a>, January 2023<\/p>\n\n\n\n

[2] First converter towers of NFS at Spiral2<\/a>, July 2018<\/p>\n\n\n\n

[3] J. Pancin et al., \u00ab A new design of secondary electron detector for low-energy radioactive ion beam \u00bb<\/em>, Nuclear Instruments and Methods A1092 (2026) 171816.<\/p>\n\n\n\n

Notes<\/strong><\/p>\n\n\n\n

[1]<\/a> \u00ab \u00c9paisse \u00bb s\u2019entend ici en comparaison du libre parcours moyen d\u2019un deuton de 40 MeV d\u2019\u00e9nergie cin\u00e9tique dans du b\u00e9ryllium, quelques dizaines de \u00b5m.<\/p>

[2]<\/a> MWPC\u00a0: multi-wire proportional chamber<\/em>, ou chambre proportionnel multifils en fran\u00e7ais.<\/p><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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