Étude expérimentale de la réaction 32S(3He, α) 31S

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Étude expérimentale de la réaction 32S(3He, α) 31S

G. Rotbard, J. Kalifa, G. Ronsin, M. Vergnes

To cite this version:

G. Rotbard, J. Kalifa, G. Ronsin, M. Vergnes. Étude expérimentale de la réaction 32S(3He, α)

31S. Journal de Physique, 1967, 28 (8-9), pp.637-641. �10.1051/jphys:01967002808-9063700�. �jpa-

00206563�

637.

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE

DE LA

RÉACTION 32S(3He, 03B1)31S

Par G.

ROTBARD, J. KALIFA,

G. RONSIN ^et M.

VERGNES,

Institut de Physique Nucléaire, Laboratoire Joliot-Curie, Orsay.

Résumé. 2014 L’étude ^{de la réaction}

32S(3He, 03B1)31S

^à 7,6 ^{MeV a}

permis

^{de mesurer le bilan}

de la réaction et

l’énergie

^{des 15}

premiers

états excités du 31S. Les distributions

angulaires

^{des 03B1}

émis dans les réactions conduisant ^au fondamental et aux six

premiers

états excités sont

présentées.

Abstract. ²⁰¹⁴ The

32S(3He, 03B1)31S

^{reaction was studied with a 7.6 MeV 3He beam. The}

Q-value

^of the reaction and the

energies

^{of the first 15 excited states in 31S were measured.}

The

03B1-particle ^angular

distributions in the reactions

leading

^{to the}

ground

^{state and to the}

first six levels are

presented.

LE JOURNAL ^DE PHYSIQUE ^TOME 28, AOUT-SEPTEMBRE 1967,

Introduction. ^- La r6action

32S (3He, OC)31 S

^{a 6t6}

6tudi6e avec des 3He incidents d’une

6nergie

^de

7,6

MeV. Ce travail ^a ete

entrepris

dans le but de determiner la

position,

^le

spin,

^la

parite

^{et la}

largeur

r6duite des niveaux du 31S.

Ceux-ci 6taient alors _peu connus. Ils avaient seu-

lement ete observes dans les reactions

31P(p, n)31S [1], 28Si(a, n)31S [2]

^et

32S(p, d)31S. Depuis,

d’autres r6sul-

tats ont ete

publiés : Ajzenberg-Selove

^{et Wiza ont}

mesure les

energies

d’excitation de 33 niveaux

[4],

Fou et Zurmuhle ^ont mesure la distribution

angulaire

des ^a 6mis dans la reaction

32S(3He, ot) 31 S

aboutissant

au niveau fondamental ^et aux

premiers

^6tats

excites,

avec des 3He incidents de 15 MeV

[5].

^D’autre

part,

la distribution

angulaire

^{des a} aboutissant au fonda- mental a ete mesur6e a

plus

^basse

6nergie

par

Filosofo, Konieszny

^et

Pellegrini [6].

Dispositif expérimental.

^{- Les}

experiences

^{ont 6t6}

r6alis6es a 1’aide de l’accélérateur Van de Graaf de 4 MV du Laboratoire

Joliot-Curie

^a

Orsay.

La hauteur de la barri6re coulombienne 6tant de l’ordre de 6 a 8 MeV dans l’interaction ^entre des 3He

et les noyaux de la couche

2s-1 d,

la section efficace de reaction augmente considérablement

lorsque

^1’ener-

gie

^incidente passe de 4 a 8 MeV. Nous avons, pour cette

raison,

ete amenes a utiliser un faisceau d’ions 3He deux fois

charges

^de

façon

^a b6n6ficier d’une

6nergie

double de celle normalement

disponible.

La source d’ions Thonemann de l’accélérateur permet d’extraire d’un

plasma

^{d’hélium un courant}

de l’ordre de 100 a 200

[LA

dont environ 1

%

^d’ions

deux fois

charges. Apres acceleration,

^{les faisceaux}

sont

s6par6s

^au moyen de 1’aimant

d’analyse

^{a 90°}

[7].

En s6lectionnant le faisceau d’ions deux fois

charges,

nous avons pu obtenir une intensité de

0,1 yA

^au

centre de notre chambre a reaction derriere un dia-

phragme

^{de 1} mm2 d’ouverture. La

presence

^dans

l’accélérateur d’un courant

important

^{d’ions une fois}

charges

rend malheureusement al6atoire ce genre de fonctionnement.

Le spectre ^en

6nergie

^des

particules charg6es

^6mises

par la cible peut ^{etre mesure de 100 a 1350 en utilisant}

un

analyseur magnétique

^{muni dans son}

plan

^focal

d’une

jonction

^a localisation

(1). Deux jonctions

^mo-

biles, plac6es

dans la chambre a

reaction,

peuvent ^se

d6placer

^{de 15° a}

160°,

^{mais leur} utilisation est limit6e par la

presence

^{des 3He diffuses}

61astiquement

par le noyau 6tudi6 et par les

impuretes

^{de la} cible. Les

pics resultants,

^tres

intenses,

masquent ^{en effet de} nombreuses raies _a, et les

impulsions correspondantes

introduisent dans les circuits

6lectroniques

^des

empi-

lements dont

l’importance

^interdit

pratiquement 1’emploi

^{de ces}

jonctions

^aux

petits angles.

^{La resolu-}

tion en

6nergie

^des

jonctions mobiles, enfin,

^ne

permet

pas

toujours

^de

s6parer

^{les raies (X}

correspondant

^à

des niveaux

d’6nergies

^{voisines. Les} distributions

angulaires

^{sont donc}

toujours

^{mesur6es en utilisant}

l’analyseur magnétique,

^{et ce n’est} que dans certains

cas favorables

qu’il

^est

possible

d’6tendre 1’etude de la distribution

jusqu’a

^{1600 en} utilisant les

jonctions

mobiles. Une

jonction fixe, plac6e

^{a 1700 dans la}

chambre a

reaction,

^sert de moniteur.

L’analyseur magnétique

^{est un aimant a 1800 du}

type

Mileikowsky [8]

^{de 40 cm de} rayon moyen, dont les

pieces polaires

^ont ete modifi6es afin d’obtenir une

double focalisation et

d’augmenter

^la

longueur

^utili-

sable du

plan

^{focal. Il}

donne,

^{d’une source mono6ner-}

g6tique

^{de 1 mm X 1 mm}

plac6e

^{au centre de la}

(1)

^Cette

jonction

^est

fabriquee

^{par «} Nuclear-Diodes »

represente

^{en Prance} par

Quartz-Silice.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01967002808-9063700

638

chambre a

reaction,

^une

image

de dimensions inf6- rieures à 2 mm X 2 _mm,

qui

^se

deplace

^{de 1 mm} pour

une variation relative de

1’energie

^{de 10-3. La lon-}

gueur utilisable du

plan

^{focal est} d’environ 8 cm.

L’ouverture

angulaire

^est

6gale

^a

0,525

^{X 10-2 sr. Le}

champ

^{est mesure a} l’aide d’une sonde a resonance nucl6aire

plac6e

^{dans une}

petite region

^{ou le}

champ

de fuite est rendu

homogène.

^Un

6talonnage

^{a 6t6}

fait _par rapport ^{a une sonde a} effet Hall

plac6e

^au

centre des

pieces polaires.

^{L’axe de rotation de 1’ai-}

mant est vertical et son

plan

^median peut ^tourner de ^- 30° a + 1350 _par rapport ^a la direction du faisceau incident. Dans sa

rotation,

^{1’aimant entraine}

le couvercle de la chambre a reaction. L’6tanch6it6

est assur6e par ^un

joint qui glisse

^{sur une surface de}

t6flon collé.

Dans le

plan

^{focal de}

1’analyseur

^{se trouve une}

jonction

^a localisation.

Lorsqu’une particule

^arrive

sur la

jonction,

celle-ci fournit deux

impulsions,

^l’une

proportionnelle

^a

1’energie perdue

par la

particule,

l’autre

proportionnelle

^au

produit

^{de cette}

6nergie

par

une fonction de la

position.

^Des

particules

^{de nature}

differente

( a, deutons...)

focalisées en un meme

point

ont des

energies

diff6rentes. Les

impulsions

^{d’ « 6ner-}

gie »

peuvent ^{donc etre utilisees} pour

aiguiller

^les

impulsions

^{de «} localisation »

correspondantes

^sur

l’un des _groupes de 128 canaux d’un s6lecteur d’am-

plitude. Chaque

groupe

correspond

^{ainsi a un} type ^de

particule.

^La connaissance du

champ

^de

1’analyseur,

du

type

^de

particule

^{et de}

l’amplitude

^de

l’impulsion

de localisation

permet

de determiner de

façon precise 1’6nergie [9].

La

longueur

^{de la}

jonction employee

^{est 50 mm, ce}

qui

permet ^d’6tudier pour ^une valeur du

champ

^des

particules

^{de meme nature dont les}

energies

^different

de 5

%.

^La resolution en

position

^{de cette}

jonction

est de 1 mm.

La

figure

¹

represente

^le

spectre

^{des a 6mis} par ^une

source de RdTh

plac6e

^{au centre} de la chambre a reac- tion _pour une valeur du

champ qui

permet ^d’observer simultan6ment les a de

5,421

^{et de}

5,338

^{MeV du}

RdTh et ceux de

5,445

^MeV du ThX. Les raies ont

FIG. 1. ^-

Spectre

^{cx d’une source de RdTh.}

une

largeur

^a mi-hauteur de 14

keV,

^ce

qui correspond

a une resolution en

6nergie

^de

2,5

^{X 10-3.}

Les

cibles,

^sans support, de sulfure de zinc ont 6t6

pr6par6es

par

evaporation

^sous vide. Leur

epaisseur

varie d’une cible a l’autre entre 60 et 100

[.Lgjcm2.

Rdsultats

expdrimentaux.

^- A. NIVEAUX D’ENERGIE

DU 31S. ^-

L’énergie

des niveaux du 31S est d6termin6e a

partir

^{de la mesure de}

1’energie

^{des a} 6mis dans la reaction

32S(3He, (X)31S.

^Le

present

travail s’est limit6

FIG. 2. ^-

Spectre d’energie

^des

particules

^{« emises a 140}

dans la reaction

32S(3He, CX)31S.

a) Spectre

obtenu pour ^une valeur du

champ

^de

1’analyseur.

b )

^{ensemble du}

spectre.

^Les traits verticaux sont

proportionnels

^aux intensites des raies.

a 1’6tude des niveaux

d’énergie

d’excitation inferieure

ou

6gale

^{a 5 MeV. La}

partie

inferieure de la

figure

²

repr6sente

^le

spectre

^«

correspondant,

^{observe à}

OLalo

^{= 140. La}

longueur

des traits verticaux est

proportionnelle

^a l’intensit6 des raies (x. Un tel

spectre

n’est _pas obtenu en une seule

experience,

^{mais n6ces-}

site

plusieurs

^mesures successives :

chaque

^mesure

correspond

^{a une} valeur diff6rente du

champ

^de

1’analyseur magnétique

^et

fournit,

^a la sortie de

1’analyseur d’amplitude,

^un

spectre

de localisation

comme celui

represente

^{dans la}

partie sup6rieure

^de

la

figure

^{2. Ce}

spectre

de localisation permet ^{de cal-}

639

culer avec

precision

^les

énergies

des raies a et de determiner leurs

intensités, qui

^sont normalis6es au

moyen de la

jonction

^{moniteur. Une zone}

d’énergie (de

l’ordre de 5

%

^de

1’6nergie

^{focalisee au centre de}

la

jonction

^a

localisation)

^{est ainsi 6tudi6e a}

chaque

mesure, ^et les variations du

champ

^de

1’analyseur

^sont

determinees de

façon

^{a obtenir un} recouvrement des

zones successivement

explor6es.

Le bilan de la reaction a ete trouve

6gal

^{a 5}

⁴⁸⁶

20 keV. Cette valeur ^{est en} bon accord avec la valeur

exp6rimentale

^de

5,48 + 0,05

^MeV

publi6e

par Fou et Zurmuhle

[5]

^ainsi

qu’avec

^{la valeur}

th6orique

^de

5

486 ±

¹² keV d6duite des tables de masse ato-

mique [10].

Dans le tableau

I,

les valeurs mesur6es des

energies

d’excitation ^sont

compar6es

^aux valeurs obtenues par

Ajzenberg-Selove

^{et Wiza}

[4].

L’accord semble satisfaisant.

TABLEAU I

Un niveau de faible

6nergie

^{a ete}

signale

^{a diff6-}

rentes

reprises

^dans le noyau miroir

31P,

^en

particulier

dans une etude de la reaction

32S(n, d)31P [12].

^Cette

etude

donne,

pour ^ce

niveau,

^une

6nergie

^de

^{450 +}

100

keV,

^un

spin

^{et une}

parite 1/2

⁺

identiques

^{a ceux}

du fondamental. Ce niveau n’a

cependant

pas 6t6 observe dans une autre etude de la meme reaction

[13]

ni dans la reaction

3°Si (d, n)31P [14].

^{Le niveau corres-}

pondant

^{du 31S} n’a pas ete observe. Si ce niveau

existe,

son facteur

spectroscopique

^{est inferieur a}

1/15

^{de celui}

du fondamental.

B. DISTRIBUTIONS ANGULAIRES. ^- Les niveaux des noyaux miroirs 31P et 31S

présentent,

^{comme le montre}

la

figure ^3,

^{une tres}

grande

similitude. Aucun modele

ne rendant bien

compte

^{de la}

position

^{de ces niveaux}

et 6tant donne

qu’on

^ne

dispose

que de _peu de rensei- gnements ^sur leurs structures, il ^est interessant de

FIG. 3.

Comparaison

des niveaux

d’energie

^{du 31S} et du 311’.

determiner leurs facteurs

spectroscopiques.

^{Dans ce}

but,

^les distributions

angulaires

^{des oc} 6mis dans les reactions aboutissant au fondamental et aux 6 _pre- miers etats excites du 31S ont ete mesur6es et sont

representees

^{sur les}

figures

^{4 a 8.}

Des difficult6s

techniques

^nous ayant

emp6ch6s, jusqu’h present,

^{de mesurer} les distributions

angulaires élastiques,

^{il est difficile} de connaitre les

parametres

du modele

optique,

^ce

qui

^rend

ambigue l’interpr6ta-

tion des distributions

angulaires

par ^un modele de reaction directe dans une

approximation

^{de Born avec}

ondes distordues

(D.W.B.A.).

Une etude

syst6matique

^des

parametres,

^actuelle-

ment en cours, devrait permettre

prochainement

^la

determination des facteurs

spectroscopiques.

C. NIVEAU DE

3,08

^{MeV DU 31S. - Le}

present

travail _prouve 1’existence dans le 31S d’un niveau

d’6nergie

d’excitation

6gale

^{a 3}

^{087 ±}

15 keV. Ce

niveau, qui

^{n’avait ete observe} ni par

Ajzenberg-

Selove et Wiza

[4],

ⁿⁱ par Fou ^et Zurmuhle

[5],

^avait

ete

signale

dans les reactions

31P(p, n)31S [1]

^et

28Si (oc, n)31S [2].

^{I1 a aussi ete}

signale

^{dans une etude}

r6cente

[11]

^de la reaction

32S(3He, (X)31S.

Le niveau

correspondant

^dans le noyau miroir 31P

est le niveau dont

1’energie

d’excitation est

6gale

^à

3,13

^{MeV. Des mesures} de correlations

angulaires

entre les _{y 6mis} en cascade dans la reaction

3°Si(p, y)31P

ont

permis

^de determiner les

spins

^et

parites

^d’un

certain nombre de niveaux du 31P

[15].

^{Dans le cas}

du niveau de

3,13 MeV,

ces mesures montrent que les seules valeurs

possibles

pour le

spin

^sont

1/2

^et

3/2

^et

que la

parite

^est

positive.

^{I1 n’est} pas

possible

^{de lever}

l’indétermination _par des mesures de correlations

641

angulaires.

^{Une mesure de}

polarisation

^des y

[16]

^{aF r}

cependant permis

de choisir la valeur :

I"

⁼⁼

1/2+.1

Pour le niveau de

3,08

^{MeV du}

31S,

^un

spin 3/2 parite positive correspondrait,

pour le neutron

capture

dans la reaction

32S(3He, a)31S,

^{a un moment orbi-}

tal l ⁼ 2. Un

spin 1/2, parite positive, correspondrait

a /=0.

Des resultats

préliminaires,

^{obtenus en} utilisant la m6thode

D.W.B.A.,

^montrent que les formes des dis- tributions

angulaires th6oriques

^{sont assez} différentes pour 1 ⁼ 2 et 1 ⁼ 0. Cette derni6re valeur permet de

reproduire

^{assez bien la forme} de la distribution

angulaires

du niveau de

3,08 MeV,

^ce

qui

conduirait à attribuer a ce niveau un

spin 1/2, parite positive,

^en

accord avec le r6sultat

[16]

^obtenu pour le 31P. Le facteur

spectroscopique

^{du niveau de}

3,08

^{MeV est}

alors de l’ordre de 10

%

de celui du niveau fonda- mental du 31S.

Nous ^{tenons a}

exprimer

^nos remerciements a

l’équipe technique

de l’accélérateur dont la

pers6v6-

rance a

permis

^{d’obtenir ces} resultats dans des condi- tions de fonctionnement tres difficiles.

Manuscrit requ le 22 ^mars 1967.

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