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Submitted on 1 Jan 1964
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Étude de cascades γ-γ dans la capture thermique de neutrons par les isotopes 55Mn, 56Fe, 59Co, 199Hg
P. Carlos, H. Nifenecker, J. Fagot, J. Matuszek
To cite this version:
P. Carlos, H. Nifenecker, J. Fagot, J. Matuszek. Étude de cascadesγ-γ dans la capture thermique de neutrons par les isotopes 55Mn, 56Fe, 59Co, 199Hg. Journal de Physique, 1964, 25 (11), pp.957-960.
�10.1051/jphys:019640025011095700�. �jpa-00205900�
ÉTUDE DE CASCADES 03B3201403B3 DANS LA CAPTURE THERMIQUE DE NEUTRONS PAR LES ISOTOPES 55Mn, 56Fe, 59Co, 199Hg.
Par MM. P. CARLOS, H. NIFENECKER, J. FAGOT et J. MATUSZEK,
Centre d’Études Nucléaires de Saclay.
Résumé. 2014 Nous avons étudié les cascades 03B32014 03B3 émises, après capture neutronique, par les noyaux 55Mn, 56Fe, 59Co et 199Hg, partant du niveau de capture pour aboutir au niveau fonda- mental. Les raies gamma de désexcitation ont été analysées à l’aide d’un spectromètre du type Hoogenboom comprenant deux cristaux NaI(T1) de 4" X 4" et 5" X 4" associés à deux photo- multiplicateurs 54 AVP.
Abstract. 2014 03B3 2014 03B3 cascades following neutron capture in Mn55, Fe56, Co59 and Hg199 have been
studied using a Hoogenboom circuit, with two NaI(T1) crystals. We give our results on 03B3 2014 03B3 cascades which go from the capturing state to the ground state.
Introduction. - Dans une etude ant6rieure [1]
nous avons decrit 1’ensemble experimental avec lequel ont ete r6a]is6es ces experiences et nous
avons montr6 que l’utilisation de la m6thode de
Hoogenboom permettait 1’emploi de cristaux d’iodure de sodium pour la detection des cascades y - y 6mises par le noyau compose forme lors de la capture d’un neutron. Nos resultats ne concernent
que des cascades y - y issues du niveau de capture
et allant jusqu’au niveau fondamental. L’etude des
cascades, pour lesquelles 1’energie totale des rayons gamma est inf6rieure a 1’energie de liaison,
est d’autant plus difficile qu’il existe dans les cas-
cades y - y conduisant a 1’etat fondamental des raies de forte intensite.
Les 6chantillons que nous avons utilises 6taient de formes cylindrique (diam6tre 1 cm et longueur 2
a 4 cm dans le sens du faisceau de neutrons). On a
utilise pour 56Fe et 59Co des 6chantillons m6tal-
liques, et pour 55Mn et 199Hg des 6chantillons
d’oxydes. Pour les etudes sur les isotope 56Fe et 199Hg on a utilise des 6chantillons ayant la compo- sition isotopique naturelle, car dans de tels échan-
tillons, la capture est essentiellement le fait de ces
isotopes.
Les d6tecteurs 6taient places a 900 l’un de l’autre
de facon a éviter un comptage trop important de
gamma d’annihilation.
Cascades y - y dans la rdaetion 55Mn(n, y)56Mn.
- Les 6tats excites de 56Mn ont ete plusieurs fois
etudies soit par reaction (d, p) sur bbMn [3] soit
par reaction (n, y) sur 55Mn [4]. 11 nous a paru int6ressant d’6tudier cette reaction par la m6thode de Hoogenboom qui, utilisant des cascades y - y
permet dans certains cas de clarifier les schemas de
disintegration et de s’affranchir, surtout, des raies
gamma parasites dues a des reactions du type (B, y) comme c’est le cas ici du fait de la reaction
secondaire : 56Mn B> 56Fe + y. Le niveau fonda-
mental de 16Mn est connu pour 6tre un 6tat 3+.
Le niveau fondamental de 55 Mn 6tant un 6tat 5/2-,
le niveau de capture de 56 Mn peut etre un 6tat 2-
ou 3-. Alors que la capture de neutrons polarises
par des noyaux de 55Mn polarisés [5] semble indi-
quer une capture préférentielle dans 1’etat 2-,
1’etude des spectres gamma de capture de 55Mn
dans les resonances [6] a montre que les niveaux à 210 keV et 109 keV, f ormes directement a partir
du niveau compose, sont préférentiellement peuples
le premier a la reson-ance de 1080 eV (J = 3-),
le second a la resonance de 337 eV (J = 2-).
Compte tenu de l’intensit6 du gamma de 7,26 MeV
aboutissant directement au niveau fondamental,
on peut dire que c’est une transition E,. Si, on
admet que les autres transitions d’intensite compa- rable sont du meme type, les niveaux peuples par celles-ci sont des 6tats 1+, 2+, 3+ ou 4+. Par des
mesures de temps de vie des trois premiers niveaux excites, N. d’Angelo [7] a pu etablir que ceux-ci 6taient respectivement des 6tats 2+, 1 + et 2+.
La figure 1 repr6sente le spectre obtenu par le
spectromètre de somme, l’énergie totale des raies y
en coincidence 6tant fix6e et 6gale a 1’energie de
liaison E = 7,260 MeV. Nos resultats concordent dans 1’ensemble avec ceux obtenus dans les tra-
vaux ant6rieurs. Les cascades suivantes :
7,04 - 0,210 MeV ; 6,100 - 1,150 MeV ; 5,92 -1,32 MeV ; 5,76 --1,53 MeV ; 5,52 -1,73 MeV ; 5,20 - 2,05 MeV ; 5,03 - 2,22 MeV ; 4,72 - 2,52 MeV ; 4,56 - 2,66 MeV ; 3,42 - 3,84 MeV ; sont
6mises du niveau de capture et aboutissent au
niveau fondamental ou au premier 6tat excite de 0,025 MeV conf ormement aux resultats de Groshev [4]. Les. pics homologues que nous trou-
vons a 7,04 MeV et 0,21 MeV correspondent en
fait a deux cascades non r6solues 7,04 MeV - 0,210 MeV et 6,96 MeV - 0,31 MeV, ainsi qu’h la
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FIG. 1. - 55Mn(n, y)66Mn. - Spectre somme. Energie des cagcades y = energie de liaison (E en MeV).
cascade triple 6,79 - 0,27 - 0,21 MeV comme le
prouve le pic a 0,480 MeV. Les pics homologues à 4,85 MeV et 2,34 MeV d’une part, et 4,22 MeV
et 2,96 MeV d’autre part sont probablement formed
par des doubles cascades aboutissant au niveau excite de 0,108 MeV. Les pics a 4,42 MeV - .1,66 MeV-- 1,15 MeV - 2,82 MeV correspondent
tres certainement a la cascade triple 4,42 MeV - 1,66 MeV 2013 1,15 MeV.
Nous etablissons par ailleurs 1’existence certaine d’une cascade 6,41- 0,84 MeV et 1’existence pos- sible d’une cascade 5,40 2013 1,88 MeV.
Cascades y 2013 y dans la reaction 56Fe(n, y)57Fe.
- Les 6tats excites de 57Fe ont ete etudies par reaction (d, p) sur 66Fe [8] et par reaction (n, y)
sur 56Fe [9]. Plus r6cemment Vervier et Bartho-
lomew [10] ont établi, en mesurant la polarisation
circulaire du gamma de 7,64 MeV que cette tran- sition 6tait en fait un doublet : 49 % de l’intensit6 de, la raie correspond a une transition a 1’etat
fondamental, le reste correspond a une transition
au 1 er 6tat excite de 0,014 MeV. Ce r6sultat a 6t6 confirme par Ewan et Tavendale [11] en observant
le spectre gamma de d6sexcitation de 56Fe, form6
par capture neutronique, avec une jonction p. i. n.
au germanium diffus6c au lithium. Fiebiger, Kane
et Segel [12] ont etudie les cascades y - y formees dans ]a reaction 56Fe(n, y’)57Fe en se limitant, pour la partie du spectre a haute 6nergie, aux gamma
d’energie sup6rieure a 5,914 MeV. Le niveau de capture de 57Fe est un etat 1/2+ et son niveau
fondamental est connu pour etre un 6tat 1/2-.
Compte tenu de l’intensit6 de la transition de
FiG. 2. - 56Fe(n, y)5?Fe. - Spectre somme. Bnergie des cascades y = energie de liaison (E en MeV).
dire que c’est une transition El. Si on admet que les autres transitions issues du niveau de capture
et d’intensite comparable sont du meme type, les niveaux peuplés par ces transitions sont alors des
etats 1/2-" ou 3,2-. Ainsi 1 e 1 er niveau excite 4
0,014 MeV et le 31-e niveau excite a 0,366 MeV sont
tous deux des etats 3/2-. -
La figure 2 est le spectre gamma obtenu pour
une energie totale des cascades 6gale a 7,64 lB1eV.
Les cascades 7,28 2013 0,36 MeV ; 6,37 --1,27 MeV ; 6,02 2013 1,63 MeV ; 5,90 2013 1,72 MeV ; 5,51 2013 2,14 MeV ; 4,80 - 2,84 MeV ; 4,41 - 3,24 MeV ; 4,22 --- 3,43 MeV, issues du niveau de capture et aboutissant au niveau fondamental ou au 1 er 6tat excite concordent avec les resultats publi6s ante-
rieurement [9-12].
4,93 - 2,72 MeV. L’existence du niveau à
0,820 MeV signale par Cohen [13] est confirmee ;
ce niveau semble etre fDrm6 par la triple cascade 6,02 - 0,82 - 0,82 MeV, ce qui rend compte du pic a 6,82 MeV.
Le pic a 0,530 lB1eV est forme en partie par des gamma d’annihilation et en partie par la triple
cascade 6,37 - 0,54 - 0,70 MeV signal6e par
Fiebiger, Kane et Segel [12]. Son intensité semble toutefois plus importante que celle a laquelle on
s’attendrait s’il n’y avait que ces deux contri-
butions en jeu.
Cascades y - y dans la r6a61ion j9Co(n, y)60CO.
2013 La figure 3 repr6sente le spectre obtenu pour
une energie totale des cascades y - y 6gale à
FIG. 3. - 59Co(n, y)60CO. - Spectre somme. Energie des cascades y = energie de liaison (E en MeV).
7,50 MeV. Les cascades suivantes ont ete obser- vees : 7,20 - 0,29 MeV ; 6,98 - 0,45 MeV ; 6,87 - 0,560 MeV ; 6,68 - 0,80 MeV ; 6,48 - 0,96 MeV ; 6,25 - 1,25 MeV ; 5,97 - 1,52 MeV ; 5,67 2013 1,84 MeV ; 5,19 - 2,30 MeV ; 4,90 - 2,59
MeV. Elles sont issues du niveau de capture et
aboutissent a 1’etat fondamental ou au 1 er niveau excite a 0,06 MeV. Nos résu]tats concordent avec ceux des precedents auteurs [4]. Les energies
donn6es ici sont celles de la reference [4].
,L’état fondamental de 59Co est un 6tat 7/2-, ce
qui donne pour le niveau de capture de 6°Co les
6tats possible 3- et 4-. La presence d’une tran-
sition intense entre le niveau de capture et Fetat
fondamental 5+ est en faveur de 1’etat 4- pour le niveau de capture.
Cascades y 2013 y dans la reaction 199Hg(n, y)2ooHg
2013 La figure 4 repr6sente le spectre obtenu pour
une energie totale des cascades y - y 6gale à 8,05 MeV. Les cascades suivantes ont ete obtenues :
7,65 - 0,37 MeV ; 6,45 2013 1,57 MeV ; 5,96 - 2,04
960
FIG. 4. - 199Hg(n, y) 200Hg. - Spectre somme. Energie
des cascades y = energie de liaison (E en MeV).
MeV ; 5,67 - 2,30 MeV ; 5,38 - 2,64 MeV ; 4,32 - 3,75 MeV. Nos resultats concordent dans 1’ensemble avec ceux de mesures ant6rieures [14-15]
Les energies donnees ici sont celles de la reference
[14] pour les cascades 7,65 - 0,37 MeV ; 6,45 - 1,57 MeV ; 5,38 - 2,64 MeV. Confor-
mement a [14], la cascade 7,65 - 0,37 MeV est pratiquement due en totalite aux triples cascades 6,45 -1,20 - 0,37 MeV ; 5,96 --1,69 - 0,37 MeV
et 5,65 - 2,00 - 0,37 MeV. Ces deux dernieres
cascades triples peuvent expliquer la presence des.
pics a 2,04 MeV -- 2,30 MeV -- 5,67 MeV et 5,96 MeV. Nous pensons 6tudier la contribution des cascades triples dans ce spectre dans un travail ult6rieur. Les cascades possibles 5,96 - 2,04 MeV
et 5,67 - 2,30 MeV signal6es par Adyssevich-
Groshev-Demidov [16] ne le sont plus dans [14] et
n’ont pas ete vues par Segel [15]. La cascade 4,76 - 3,24 MeV est form6e par plusieurs doubles
cascades, non r6solues ici, dont principalement les
cascades 4,84 - 3,18 MeV et 4,73 - 3,29 MeV. La
cascade 4,32 - 3,75 MeV permet de concliire à 1’existence d’un niveau a 3,75, MeV ou a 4,32 MeV
en accord avec Bartholomew et Naqui [17].
Le niveau fondamental de 199Hg est un 6tat 1 j2-,
ce qui donne pour le niveau de capture de 2°°Hg
les 6tats possibles 0- ou 1-. Le niveau fonda- ment-xl de 20OHg est un 6tat 0+ et la faible inten-
site de la transition directe et de la transition au
1 er 6tat excite 2 + (0,07 %) nous am6nent a con-
clure que le niveau de capture est essentiellement
un 6tat 0- ; ceci concorde avec les mesures de diffusion de neutrons thermiques par le mer-
cure [18] et avec l’étude du spectre gamma de
2°°Hg a la resonance de 34 eV [19].
Conclusion. - L’utilisation de la methode de
Hoogenboom appliqu6e a 1’6tude des cascades y - y entre le niveau de captnre neutronique et le
niveau fondamental apparait comme un moyen
d’invesligation puissant des niveaux nucléaires.
Dans les conditions de nos mesures (bruit de fond
tres faible, resolution atteignant 7,5 % a 800-keV
et 2 °Ä it 6 MeV), nous avons pu non seulement
confirmer, sur les isotopes etudies, 1’existence des cascades deja établie par spectrom6tre magnetique
pour la plupart mais encore mettre en evidence de
nouvelles cascades.
II convient de noter que la spectrom6trie magn6- tique sur les electrons de conversion externe n’etablit pas la preuve de 1’existence des cascades
puisque celles-ci sont reconstituees a partir des
mesures d’energie des transitions y individuelles.
Notre m6thode est au contraire une demonstration directe de l’existence de ces cascades. Elle se trans- pose directement, par ailleurs, 6 1’etude des corr6- lations angulaires y - y qui doit permettre de lever les indéterminations subsistant sur les carac-
t6ristiques des niveaux etudies.
BIBLIOGRAPHIE
[1] CARLOS (P.), NIFENECKER (H.), SAMAMA (R.) et
FAGOT (J.), Application de la Méthode de Hoogen-
boom à l’étude des cascades 03B3 2014 y, J. Physique, Supp. Phys. Appl., 1964, 25, 203 A.
[2] VERVIER, Pile Neuron Research in Physics, 1962, 189.
[3] GREEN (J. W.) et al., Phys. Rev., 1957, 108, 841.
[4] BARTHOLOMEW (G. A.) et al., Phys. Rev., 1953, 89, 386.
GROSHEV (L. V.) et al., J. Nuclear Energy II, 1958, 8,127.
[5] BERNSTEIN (S.) et al., Phys. Rev., 1954, 94,1243.
[6] KENNETT, BOLLINGER et CARPENTER, Phys. Rev., 1958, 76, 1.
[7] D’ANGELO (N.), Phys. Rev., 1960, 117, 2, 510.
[8] MCFARLAND et al., Phys. Rev., 1955, 99, 655.
BLACK (C.), Phys. Rev., 1953, 90, 381.
[9] KINSEY et BARTHOLOMEW, Phys. Rev., 1953, 89, 375.
GROSHEV (L, V.) et al., J. Nucl. Energy, 1956, 3, 258.
[10] VERVIER et BARTHOLOMEW, Proceedings of the Inter- national Conference on Nuclear Structure, Kingston, 1960, 650.
[11] EWAN (G. T.) et TAVENDALE (A. J.), Nucl. Ins.
Meth., 1964, 26, 183.
[12] FIEBIGER (N. F.), KANE (W. R.) et SEGEL (R. E.), Phys. Rev., 1962, 125, 2031.
[13] COHEN (L. B.), Bull. Am. Phys. Soc., 1951, 6, 10.
[14] GROSHEV (L. V.) et al., Doklady Akad. Nauk., SSSR 2014 Ser. Fiz. XXVII, 1963, 11, 1377.
[15] SEGEL (R. E.), Phys. Rev., 1958,111,1620.
[16] GROSHEV (L. V.) et al., Peaceful uses of Atomic
Energy. Conf. Acad. Sc., USSR, Moscou, 1955.
[17] BARTHOLOMEW et NAQUI, Bull. Am. Phys. Soc.,
série II, 1963, 8, 1, 86.
[18] HIBDON et al., Phys. Rev., 1951, 82, 560.
[19] LANDON et RAE, Phys. Rev., 1957,107,1333.
