Auprès des réacteurs  
     
 
Diffusion super-élastique de neutrons sur l'isomère du lutécium 177
Diffusion inélastique de neutrons sur l'uranium 235
 
     
  Diffusion super-élastique de neutrons sur l'isomère du lutécium 177.  
     
 
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.
 
     
 
 
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.
 
Schéma de niveaux de la diffusion super-élastique du 177Lu.
  Agrandir le visuel
 
     
 
La diffusion super-élastique de neutrons offre un moyen efficace de désexciter les isomères K. L’interdiction de décroissance découlant des règles de sélection du nombre quantique K (projection du moment angulaire total sur l’axe de symétrie du noyau) peut alors être contourné par la formation d’un noyau composé. En effet, à l’énergie de séparation d’un neutron, le nombre quantique K n'est pas conservé.
 
Isomérie K  
Agrandir le visuel  
 
     
 
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.
 
     
 
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.
 
     
 
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.
 
     
 
 
La destruction de l’isomère est caractérisée par une diminution de l’activité γ du 177mLu après irradiation. Une spectroscopie γ avant et après l’irradiation est donc nécessaire pour obtenir la section efficace.
  Activité du 177mLu avant et après irradiation
  Agrandir le visuel
 
     
 
La capture radiative est mise en évidence par l'activation du noyau 178Lu dans la réaction 177mLu(n,γ)178m,gsLu. Une spectroscopie de la cible est donc effectuée. La période et l'énergie de la raie γ respectivement égale à 23.1 min et 325.6 keV identifie l'isomère 9- du 178Lu.
 
Spectre γ avec les raies du 178mLu et du 177mLu  
Agrandir le visuel  
 
     
 
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.
 
     
 
  Consultez le thème de recherche correspondant : l'isomérie
 
     
   
  © CEA/DAM Décembre 2015 • Mentions légales
© CEA 2015 • Tous droits réservés