Périodes de niveaux excités du calcium 40 et de l'iode 132

HAL Id: jpa-00206438

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00206438

Submitted on 1 Jan 1966

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of

sci-entific research documents, whether they are

pub-lished or not. The documents may come from

teaching and research institutions in France or

abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est

destinée au dépôt et à la diffusion de documents

scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,

émanant des établissements d’enseignement et de

recherche français ou étrangers, des laboratoires

publics ou privés.

Périodes de niveaux excités du calcium 40 et de l’iode

132

S. Gorodetzky, N. Schulz, Julien Chevallier, A.C. Knipper

To cite this version:

521.

PÉRIODES

DE NIVEAUX EXCITÉS DU CALCIUM 40 ET DE L’IODE 132 Par S.

_GORODETZKY,

N.

_SCHULZ,

J. CHEVALLIER et A. C.

_KNIPPER,

Institut de Recherches

_Nucléaires,

_Strasbourg,

France. Résumé. 2014 Cet article

présente

la mesure de la

_{période, T1/2}

=

(2,15

±

0,08)

_ns du

premier

niveau excité de 40Ca. Les mesures de coïncidences différées dans 132I ont

_permis

de fixer l’ordre d’émission _{des deux rayons gamma de} 52 keV et 232 _{keV ;} les

_périodes

sont

égales

à

_T1/2

=

(0,96

_±

0,04)

ns _{pour le} niveau à 52 keV et à

_T1/2

=

(1,42

_±

0,05)

ns _pour

le niveau à 284 keV. Ces

_valeurs,

et des mesures du coefficient de conversion interne _03B1K,

per-mettent d’attribuer les ordres

_{multipolaires}

M1 + E2 et E2

_{respectivement}

_pour les transi-tions de 52 et 232 keV.

Abstract. 2014 The half-life

T1/2

=

(2.15

_±

0.08)

ns has been measured for the first excited

state in 40Ca.

_Delayed

coincidence measurements in 132I determine the emission order of the 52 keV and 232 _{keV gamma-rays ;} half-lives have been measured as

T1/2

=

(0.96 ± 0.04)

ns

for the 52 keV level and

_T1/2

=

(1.42

±

0.05)

ns for the 284 keV level. These

_values,

together

with measured internal conversion coefficients 03B1K, allow

assignment

of

multipole

orders M1 + E2 and E2

_respectively

for the 52 keV and 232 keV transitions.

PHYSIQUE 27, 1966,

Les mesures de vies _moyennes décrites dans ce

travail

ont été effectuées à l’aide d’un _montage

lent-rapide

comprenant un convertisseur

temps-ampli-tude basé sur le

principe

du chevauchement des

impulsions [1].

Les _pentes des courbes de coïnci-dences retardées obtenues avec des scintillateurs NE 102

_couplés

à des

_{photomultiplicateurs}

56

_AVP,

étaient

_analysées

par la méthode des moindres

carrés

(1).

I. Période du niveau excité à

_3,35

MeV du

cal-cime 40. - 1-1. MESURE. - Une cible de calcium

naturel

_évaporé

sur un _support d’alumine était

bombardée _par un faisceau de _protons à la résonance

de

_5,4

MeV

_[3].

Les électrons des

_paires

internes _par

lesquelles

le niveau à

_3,35

MeV de 4°Ca se désexcite

étaient _{détectées par} un scintillateur

plastique

de

4,5

mm

d’épaisseur

et de 10 mm de diamètre. Les

feuilles d’aluminium

_interposées

entre ce cristal et la cible

_{correspondaient}

à 70

_Mg/CM2

_{d’absorbant,}

c’est-à-dire à une _perte

d’énergie

de

0,3

MeV _pour les électrons et de 6 MeV _pour les _protons. Ceux-ci étaient détectés dans un scintillateur NE 102 de

0,2

mm

d’épaisseur couplé

directement

(sans graisse

de

_silicone)

à la

_photocathode

du

photomultipli-cateur et maintenu _par une feuille de

0,005

mm

d’aluminium. La sélection

_d’énergie

était

_placée

sur le

_{pic p’}

des _protons conduisant au

_premier

état

excité

_{( fcg. 1).}

(1)

Les valeurs des trois mesures de vies moyennes

ont été

_reportées,

comme résultats

_{préliminaires,}

dans

un résumé des vies _{moyennes mesurées à} l’Institut de

Recherches Nucléaires de

_{Strasbourg [2].}

FIG. 1. - Réaction

4°Ca(pp’).

Courbe a : _spectre des

protons. Courbe b : même spectre en coïncidence avec

les électrons des

_paires

internes.

La

_figure

2 montre l’une des deux courbes de coïncidences retardées obtenue. Une _prompte a été

mesurée en coïncidences

p3

_{-~-~- y} dans la réaction

522

17AI(pp’) ;

l’énergie

de bombardement des _protons

était choisie de

façon

à faire coïncider

_l’énergie

des

protons

pg

avec celle des _protons

p’

de la réaction

~°Ca(pp’).

Quoique

n’étant _pas obtenue dans les

mêmes

conditions,

les électrons _ayant été

_remplacés

par des rayons gamma, cette _prompte

_indique

_que la

_pente

de la courbe de résolution est environ

quatre fois

plus

forte _que celle des courbes de coïncidences retardées.

_L’analyse

de ces dernières conduit à la valeur

FIG. 2. - Période du

premier

niveau excité de 4°Ca.

Courbe a : courbe de coïncidences retardées

_pl

-

e

obtenue dans la réaction

_{4°Ca(pp’).}

Courbe b : courbe de coïncidences _promptes

_P8

-

y obtenue dans la réaction

_A127(pp’).

Cette vie _moyenne a aussi été déterminée _par

Kloepper, Day

et Lind

_[4]

en observant à l’aide

d’un _compteur à scintillations

_NaI(Tl)

la décrois-sance en fonction du _temps de l’état

produit

_par des

faisceaux

_pulsés

de neutrons et de _protons. La valeur

publiée

T =

(3,4

~

0,2)

ns est la combinaison des

résultats

_{correspondants}

aux réactions

Cette dernière valeur est en bon accord avec notre

résultat : T =

(3,10

~

0,12)

ns.

1-2. DiscussioN. - L’élément de matrice

mono-polaire

M =

il 1

r§§[1

> de transition _des

pro-p

cessus à électrons

peut

être mis sous la forme M =

p1~2

où R est le _rayon du _noyau et où le

para-mètre _p caractérise l’intensité de l’interaction

nu-cléaire. Ce

_paramètre

est déterminé _par la

rela-tion

_p2

=

T2~F~’i,

Ti

étant la

probabilité

de

transi-tion et

_Fui

une fonction

[5]

du nombre

atomique

et t de

_l’énergie

de la transition

_(i

= _{e ou} r suivant _que

la transition a lieu _par conversion interne ou _par

émission de

_{paires internes).}

Dans

_4°Ca,

l’intensité de la désexcitation du

premier

niveau _par conversion interne n’est _que

de

_0,64

_%

_comparée

à l’émission de

_paires

internes

_[6].

La valeur

_{expérimentale}

de _p déduite de

cette dernière est de

_0,15.

Alors

_qu’une

valeur

théo-rique,

basée sur l’excitation d’une

particule,

donne

0,8

[7],

un calcul faisant intervenir un

_mélange

de

configurations

à une et à deux

_particules

conduit

à la valeur de

_{0,26 [8].}

Pour la transition

mono-polaire

de

_160,

_noyau

_plus

étudié _que

_4°Ca,

on

constate aussi _que les excitations de

_plusieurs

parti-cules rendent mieux _compte de la valeur

expéri-mentale de p

qu’une

excitation d’une

particule ;

quant aux modèles

collectifs,

ils conduisent à des

valeurs de _p encore

_plus

fortes _que celle donnée par

l’excitation d’une

_particule.

II. Périodes de niveaux excités de l’iode 132.

-Une cascade de deux _{rayons gamma} de 52 et 232 keV suit la

_{désintégration}

bêta

_{(220 keV)}

de 132Te

(78 heures).

Les

_{multipolarités}

_proposées

_par Cheever et coll.

_[9]

_pour ces deux transitions dans ls2l ont été confirmées _{par la} mesure des

coefl’i-cients de conversion interne oex. Les courbes de

coïn-cidences _{retardées y} - X

et p

-

y ont

_permis

de fixer l’ordre d’émission des deux rayons gamma

(fig. 3).

FIG. 3. - Schéma de

désintégration

du tellure 132. Un niveau J" = 2+ à

161,48

keV

(ou

à

166,02 keV~

_a été

signalé

par Fransson et Bemis

_[11].

II-1. MESURES DE SPECTROSCOPIE NUCLÉAIRE.

-Une étude

_{spectroscopique}

des niveaux

_d’énergie

de 132I est rendue difficile _par la décroissance

de 132I

_{(2,3 heures)}

vers 132Xe : des _spectres bêta

allant

_jusqu’à

_2,1

MeV et _gamma

_jusqu’à

_2,2

MeV

masquent

les transitions à étudier. De ce

fait,

les

sources

liquides

de 132Te obtenues du RCC Amersham ou de

Saclay,

étaient

_épurées

immédia-tement avant leur utilisation et

_déposition

sous forme solide.

_L’isotope

132I était _{entraîné par des}

vapeurs d’iode inactif

rajouté

à la solution.

Avec ces sources de 132Te

traitées,

nous avons

déterminé les

_énergies

_{des rayons gamma,} en

utili-sant un cristal NaI calibré à l’aide des sources de

b7C~~

111Ag, l3il~

166Ho,

uoTm et

_{203 Hg.}

Des mesures du _{spectre gamma} en coïncidence avec

l’une ou l’autre des radiations nous ont fourni les coefficients u-K. ; les résultats sont

_reportés

dans le tableau I en même _{temps que} les mesures d’autres

auteurs. La

_comparaison

des coefficients ag

expéri-mentaux et

_théoriques

montre _que la transition

de 52 keV est une transition

Mi

-~-

E2

où la

compo-sante

_dipolaire

_magnétique

_prédomine.

_D’après

le

schéma de

_{désintégration,}

lâ transition de 232 keV

est alors nécessairement

_{quadrupolaire électrique,}

ce

qui

est confirmé tant _par les mesures de coef-ficients de conversion interne

_{(ocK :}

voir tableau

_I,

rapports

.LIILITILII1 : ~11j)

que par la mesure de vie

moyenne.

Des mesures d’activité du 132Te avec son

des-cendant 132I en

équilibre

ont montré

_qu’il

_y a

0,98 :l= 0,10

rayons gamma

d’énergie

232 keV par

désintégration ;

la radioactivité bêta de 132Te n’a

donc pas d’embranchement. Dans un travail

_récent,

Fransson et Bemis

_[11]

ont relevé l’existence de deux rayons gamma de 112 et 116 keV en cascade entre

les niveaux à 284 et à 52

_{keV ;}

leur intensité est

de 2

_%

_{par rapport} à la transition de 232 keV. 11-2. MESURES DE TEMPS DE VIE. - La

figure

4 montre le _{spectre gamma} d’une source

_épurée

de

132Te dans un scintillateur

plastique

tronconique

(0

= 20 mm et 12 mm, h = 20

mm).

Le

pic

observé

à 28 keV

_{(l’énergie Compton}

du _{rayon gamma} de 122 keV de 57Co est de

39,5

keV)

est le

_pic

photo-électrique

des rayons X de l’iode _provenant de la conversion interne des deux rayons gamma. Une

première

série de mesures de _temps a été réalisé en

FIG. 4. -

Spectre

du _{rayonnement gamma} d’une source

épurée

de tellure 132

_{(scintillateur plastique NE102)}

et sélections

_{d’énergie.}

coïncidences _y - X _avec les sélections

d’énergie

indiquées

à la

_figure

4. Un

_exemple

de ces mesures

est illustré _par la

_figure

5

_qui

_permet de constater que le rayon gamma de 230 keV est la radiation

mère. Une courbe de résolution _prompte en

22I~Ta,

obtenue avec les mêmes sélections

_{d’énergie, indique}

une _pente à droite de

0,44

ns. Le résultats des

différentes mesures conduit à la valeur de

pour la

période

du niveau excité à 52 keV. Aucune

correction n’est à faire _pour le retard introduit _par

l’émission X

_puisque

la

_largeur

du niveau Il est

de 10 eV

_[13].

Pour la détection _{des rayons}

_bêta,

l’un des deux cristaux

_tronconiques

a été

remplacé

_par un cristal

cylindrique

de 15 mm de diamètre.

_{L’épaisseur,}

e = 5 _{mm, a} été choisie

pour

pouvoir,

dans les

sélections

_{d’énergie,}

éviter le

_{plus possible}

la contri-bution des

_{rayons ~}

de

_{grande énergie}

_provenant

TABLEAU 1

Énergies

et coefficients de conversion interne «g des deux transitions gamma observées dans l’iode 132. Les

524

FIG. 5. - Période du niveau excité à 52 keV de l’iode 132.

Courbe de coïncidences

_{retardées B}

232 keV - X.

j

de la

_{désintégration}

de 132I

_qui

se reforme dans

les sources

_épurées.

Cette contribution est visible

dans le _spectre de _temps des coïncidences

_{~3- - Y}

(fig. 6).

La moyenne

pondérée

de nos différentes

mesures

indique

une

période

pour le niveau excité à 284 keV.

Nous avons

_procédé

à une mesure de contrôle en

enregistrant

la courbe de coïncidences retardées

~3- -

X. Cette courbe

_F(t)

est la somme d’une

prompte

P(t)

et de deux courbes de coïncidences

retardées,

l’une

_{correspondant}

à la vie _moyenne

’t’ 1 =

1 jA1

du niveau à 284 keV et l’autre aux deux

vies _{moyennes ’t" 1} et _i2 =

1/À2

_en cascade :

Lorsque t croît,

la courbe

_{Log F(t)}

tend vers une droite de

_pente

-

À1

(fin. 7).

Discussion. - Le

spin

mesuré 4 de l’état fonda-mental est en accord avec la

_règle

de

_couplage

faible de Nordheim

_[14]

si le _proton

_impair

se trouve dans l’état g~/2 et le neutron dans l’état

_d3/,

ainsi _que le

FiG. 6. - Période du niveau excité à 284

keV de ,-°1 l’iode 132. Courbe de coïncidences retardées

~

-

y 232 keV.

FIG. 7. - Courbe de coïncidences

différés ~

- X

prévoit

la

_séquence

de niveaux

_proposés

_par

Klinkenberg [15].

L’énergie

d’excitation du

_premier

niveau est de

52

_keV,

comme le montrent nos mesures. Cette transition _peut

_{correspondre :}

- soit à _une transition

neutronique 81/2

-~

_{~3/2 ;}

- soit à _une transition

protonique

entre les états

gy/2 et

_db~2

comme dans les _noyaux voisins

125j,

127I~

125I et 1251

_{[16] ;}

- soit

à une transition entre deux états de la

même

_{configuration}

_{(~7/2)~ (d3 j2) 1.}

Dans ces trois _cas, la _composante

_dipolaire

magné-tique

de la transition doit être ralentie. Le facteur de ralentissement est de l’ordre de 60 _pour une

transition

_neutronique

_{M1l -}

interdite dans les

noyaux impairs

[17],

de 100 à 200 _pour les transi-tions

_{Mi 1 -}

interdites dans les

_{isotopes impairs}

de

l’iode

_[16]

et de 30 à 300 _pour les transitions entre états de même

_{configuration [18].}

En tenant _compte du coefficient de conversion interne CXK, du coefficient

~2 =

2,5

_X 10-4

[11]

_et du

rapport

d’embran-chement,

l’on déduit de la

_période

du

_premier

niveau excité un facteur de ralentissement de 35 _pour la

composante

M1

de la transition. Les connaissances

actuelles concernant le _noyau

_impair

-

impair

132I

ne nous _{permettent pas de} nous _prononcer en

faveur de l’une des

_{configurations proposées}

_pour le

premier

niveau.

La vie moyenne

partielle

ïy =

2,2

ns du niveau

excité à 284 keV renforce

_{l’hypothèse}

_que la

tran-sition de 232 keV est une transition

_{quadrupolaire}

électrique ;

en

_effet,

la formule de

_Weisskopf,

_indique

une vie _{moyenne de} 30 ns si le niveau se désexcite

par une transition

_E2.

Remerciements. - Nous tenons à remercier

MM. K. Fransson et C. E. Bemis de nous avoir

communiqué

les résultats de leurs travaux avant

publication.

Manuscrit reçu le 1er avril 1966.

BIBLIOGRAPHIE

[1]

GORODETZKY

_(S.),

RICHERT

_(R.),

_{MANQUENOUILLE}

(R.)

et KNIPPER

_(A.),

Nucl. Instr. and

_Meth.,

1960, 7, 50.

[2]

GORODETZKY

_(S.)

_{et coll.,}

Proc.

_Gatlingburgh

Conf.

on

_{Electromagnetic}

Lifetimes and

_Properties

of Nuclear

_States,

_{p 79 N} A

_S,

DC 1962.

[3]

BENT

_{(R. D.)}

et KRUSE

_{(T. H.), Phys.}

_Rev.,

_1958,

109, 1240.

[4]

KLOEPPER

_{(R. M.),}

DAY

_(R.

_B.)

et LIND

_{(D. A.),}

Phys.

Rev., 1959, 114,

240.

[5]

THOMAS

_(R.),

_Phys.

_{Rev., 1940, 58,}

714.

[6]

NESSIN

_(M.),

EKLUND

_{(K. E.)}

et KRUSE

_{(T. H.),}

B. A. P.

_{S., 1959, 4,}

278.

[7]

BERENBAUM

_(R.)

et UMEZAWA

_(M.),

Nuclear

_Physics

1962, 39, 177.

[8]

VISSCHER

_{(W. M.),}

Communication

_privée

_{citée par}

Kloepper

et coll.

_[4].

[9]

CHEEVER

_{(G. D.),}

KOSKI

_{(W. S.),}

TILLEY

_(D.

_R.)

et MADANSKY

_{(L.), Phys.}

_{Rev., 1958, 110,}

922.

[10]

YVANOV

_{(Y. F.),}

RUMER

_{(I. A.)}

et BUKACK

_{(A. Y.),}

Izv. Akad. Nauk.

_SSSR,

Ser.

_{Fiz., 1965, 29, 157.}

[11]

FRANSSON

_(K.)

et BEMIS

_(C.

_E.),

Nuclear

_Physics,

1966, 78, 207.

[12]

SLIV

_{(L. A.)}

et BAND

_{(I. M.),}

Tables of Internal

Conversion

_{Coefficients,}

1961.

[13]

CALLAN

_{(E. J.),}

Conference on the Role of Atomic

Electrons in Nuclear

Transformations,

Varsovie,

1963.

[14]

NORDHEIM

_{(L. W.),}

Rev. Mod.

_Physics,

1951, 23,

322.

[15]

KLINKENBERG

_(P.

F.

_A.),

Rev. Mod.

_{Physics, 1952,}

24, 63.

[16]

BEMIS

_{(C. E.)}

et FRANSSON

_{(K.), Phys.}

Letters,

1965,

19, 567.

[17]

WAY

_(K.),

KUNDU

_{(D. N.),}

MCGINNIS

_{(C. L.)}

et VAN LIESHOUT

_(R.),

Ann. Rev. Nucl.

_{Sc., 1957,}

6, 129.

[18]

TALMI

_{(I.) et}

UNNA

_(I.),

Ann. Rev. Nucl.

_{Sc., 1960,}