Mesures de pouvoirs d'arrêt des gaz pour les ions lourds de 3 à 13 MeV par nucléon

par Isabelle Orliange

Thèse de doctorat en Chimie nucléaire

Sous la direction de René Bimbot.

Soutenue en 1985

à Paris 11 , en partenariat avec Institut de physique nucléaire (Orsay, Essonne ; 1956-2019) (laboratoire) et de Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Marc Lefort.

Le jury était composé de René Bimbot, Marc Lefort, Claude Deutsch, Jean-Pierre Rozet.

mots clés

• Charge effective
• État de charge moyen
• Pouvoir d'arrêt (physique nucléaire)
• Excitation nucléaire

Résumé

Le pouvoir d’arrêt des gaz H₂, O₂, Hg, N₂, Ne, Ar, Kr, Xe, CH₄, C₂H₂O, CO₂, CF₄ a été mesuré pour 5 ions lourds Ne, Ar, Cu, Kr et Ag à des énergies allant de 3 à 13 MeV/u. Ces mesures ont confirmé l’existence d’une différence gaz-solide pour les pouvoir d’arrêt (le pouvoir d’arrêt d’un solide étant supérieur à celui du gaz). Une telle différence avait été prédite théoriquement par Bohr et Lindhard en 1954 et mise en évidence pour la première fois expérimentalement par Gelssel et al. En 1982. Cet effet peut s’interpréter qualitativement par une différence de charge effective de l’ion au sein du milieu ralentisseur. Des estimations de l’ordre de grandeur des temps de collisions dans les solides et les gaz et des temps de désexcitation des différents niveaux atomiques montrant que cette explication est plausible pour les cas étudiés ici. Cependant, le calcul de l’état de charge des ions Ar et Fe effectués dans deux cas particuliers (Ar + N₂s ou N₂g) et Fe + (Cs ou Cg) à l’aide d’un modèle théorique et de sections efficaces de collisions atomiques expérimentales ne rend pas compte totalement des différences observées.

Titre traduit

Measurements of the stopping powers of gases for heavy ions of 3 to 13 MeV/nucleon

Résumé

The stopping powers of gases have been measured for incident ¹⁰Ne, ¹⁸Ar, ²⁹Cu, ³⁶Kr and ⁴⁷Ag ions of 3 to 13 MeV/u. These measurements have confirmed the existence of a gas-solid difference for the stopping powers (the stopping power of solids being larger than that of gazes). Such a difference was theoretically postulated by Bohr and Lindhard in 1954, and experimentally observed for the first time by Geissel in 1982. This effect can be qualitatively interpreted by a difference in the ion’s effective charge in stopping power. However, the determination of charge state distribution for Ar and Fe ions in two particular cases (Ar + N₂s ou N₂g) and (Fe + Cs ou Cg) from a theoric model and experimental cross sections for atomic collisions don't quantitatively account for observed differences.