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Auprès des réacteurs
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Diffusion
super-élastique de neutrons sur l'isomère du lutécium
177. |
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Le Lutécium 177 possède un état excité de haut spin Jπ = 23/2-
et de grande énergie d’excitation En=970 keV. Cet état
métastable est un isomère K d’une durée de vie T1/2 de 160.44 jours. Ces caractéristiques ajoutées
à celles de son niveau fondamental (T1/2 = 6.7 jours) et au schéma de niveau
du 177Lu font du 177mLu un bon candidat pour étudier la diffusion
super-élastique de neutrons appelée aussi INNA (INelastic Neutron Acceleration). Cette
diffusion apparaît dans les collisions avec
des noyaux excités. Dans cette réaction, le noyau peut perdre partiellement ou
totalement son énergie d’excitation en la transmettant au neutron diffusé.
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La figure ci-contre montre les
différentes voies possibles pour les transitions neutrons (en rouge) issues de
la diffusion super-élastique de neutrons sur le niveau isomère du 177Lu
(23/2-) en passant par la formation d’un noyau composé 178Lu (en
bleu). Les niveaux en vert font partie du schéma de niveau du 177Lu.
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Schéma de niveaux de la diffusion super-élastique du 177Lu.
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Agrandir le visuel
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Pour étudier la diffusion super-élastique avec le 177mLu, une collaboration
de plusieurs laboratoires (DASE, DAPNIA/SPhN et SPN) a entrepris la production d’une
cible d’isomères la plus pure possible. Environ 1014
isomères, soit quelques nanogrammes de matière, ont pu être obtenu après
plusieurs étapes déterminantes. Le 177mLu est produit à partir
de la réaction 176Lu(n,γ)177mLu.
Une séparation isotopique de cet isotope naturel du lutécium (2.6%) a été
nécessaire pour atteindre la pureté de 99.993 %. Cette opération a été réalisée
sur le site de Bruyères-le-Châtel par une équipe du DASE.
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La production a été effectuée à l'institut Laüe Langevin de Grenoble qui dispose
d’une source de très haut flux de neutrons. En 50 jours d’irradiations, 1014
noyaux de 177mLu ont été formés ainsi que 1018 noyaux de Hf provenant
de la décroissance du 177Lu fondamental. Une séparation chimique a permis
d'extraire les noyaux de lutécium. Ces noyaux ont ensuite été déposés sur un support
pour former les cibles de nos expériences.
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Pour mesurer la section efficace de diffusion super-élastique de neutrons, une méthode originale
a été proposée. Elle consiste en deux types de mesures dans un même flux de neutrons. La première
mesure donne la section efficace de destruction de l’isomère tandis que la seconde fournit la
section efficace de capture radiative. Les deux sections efficaces sont comparées. La différence
entre les deux donne à l’énergie thermique la section efficace de diffusion super-élastique.
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Pour ces expériences, les sources de neutrons disponibles à Saclay, sur les
réacteurs de recherche ORPHEE et OSIRIS et à Grenoble à l’institut Laüe
Langevin ont été utilisées. Ces lieux d’expérience ont été choisis afin d’obtenir un ensemble
cohérent et complet de mesures de capture et de destruction du 177mLu.
Les flux de neutrons allant d’un spectre thermique pur à un spectre comportant
une composante de près de 15% de neutrons épithermiques. En se basant sur la
convention de Westcott qui décompose la section efficace en une partie thermique
(En < 0.14 eV) et une partie épithermique, des sections efficaces comparables
ont pu être obtenues. Par soustraction de ces
sections efficaces de capture et de destruction, une valeur de section
efficace pour la diffusion super-élastique sur le 177mLu a été
extraite. Cette valeur relativement élevée nous encourage à poursuivre ces
études et à proposer maintenant une mesure directe des neutrons accélérés par
ce processus. Cette mesure pour chaque énergie de neutrons donnerait accès aux
largeurs Γn des différentes
voies de diffusion inélastique des neutrons. Ces informations apporteraient un
plus pour répondre à la question de la conservation ou non du nombre quantique K.
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