La polarisation des neutrons de la réaction de stripping 12C(d,n) 13N

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La polarisation des neutrons de la réaction de stripping 12C(d,n) 13N

A. Budzanowski, K. Grotowski, H. Niewodniczanski, J. Nurzynski

To cite this version:

A. Budzanowski, K. Grotowski, H. Niewodniczanski, J. Nurzynski. La polarisation des neutrons de

la réaction de stripping 12C(d,n) 13N. J. Phys. Radium, 1960, 21 (5), pp.366-368. �10.1051/jphys-

rad:01960002105036601�. �jpa-00236265�

366

Une répétition ^de l’expérience ^{ci-dessus avec 3He}

au lieu de 4He a donné les asymétries gauche-

droite suivantes aux angles indiqués (C. M.) :

40o,201310 ± 8 % ; ;52.5°,-19 ± 5% 650, - 15 ± 7% ; 76°,-26 ± 5 % ; 85o, 2013 10 ^{± 5} % ; 1000, ^{12 ::1: 10} % ;

1100, + 40 ± 8 % ; 1200, +54 ± 9 %.

On peut voir que ^la diffusion élastique de pro- tons de 10 MeV par 3He donne lieu ^à des polarisa-

tions très considérables. Il est intéressant de spé-

culer jusqu’à quel point ^{les forces} spin-spin ^sont

comprises ^{dans cette} réaction, ^Ceci peut ^être

contrôlé en mesurant la polarisation des noyaux de 3He diffusés par ^les protons.

REMERCIEMENTS. - Les plaques photographi-

ques qui ^ont permis ^{d’obtenir les données} ci-dessus

ont été exposées ^{à Los Alamos et} analysées à Saclay. ^{L’un des auteurs} (Louis Rosen) ^désire

remercier les Laboratoires de Saclay pour l’aimable accueil qu’ils ^{lui ont} réservé, ^en particulier ^{M. Thi-}

rion et Mme Faraggi, pendant l’analyse des-données

ci-dessus.

LA POLARISATION DES NEUTRONS DE LA RÉACTION DE STRIPPING 12C(d,n) ^13N (*).

Par A. BUDZANOWSKI, ^K. GROTOWSKI, ^H. NIEWODNICZANSKI et J. NURZYNSKI,

Centre de Physique Nucléaire, Cracovie, Pologne.

Résumé. 2014 On a étudié la polarisation des neutrons provenant ^de la réaction de stripping 12C(d, n) ^13N pour l’angle 03B8lab

^{15° et} l’énergie ^{des deutérons} Ed = 12,9 MeV. La valeur de la

polarisation ^{des neutrons liés avec} le niveau énergétique 3,56 MeV du _noyau résultant 13N fut déterminée :

(0,39 ± 0,11). ^On donne aussi quelques remarques générales ^sur les résultats préli-

minaires de la polarisation ^des neutrons pour les angles 03B8lab égaux ^à 30°, 45° et 60°.

Abstract. 2014 The polarization ^{of neutrons emitted from the} stripping ^reaction 12C(d, n) ^{13CN has}

been investigated ^{at the reaction} angle 03B8lab ^{= 15°} and deuteron energy Ed

^12.9 MeV. The pola-

rization of neutrons connected with the 3.56 MeV energy level ⁱⁿ 13N nucleus was found to be

2014

(0.39 ± 0.11). ^{Also some} general ^remarks concerning ^the preliminary ^{results of the} pola-

rization of neutrons at the reaction angles 30°, ^{45° and 60° are} given.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^{ET LE} RADIUM TOME 21, ^MAI 1960, ^{PAGE 366.}

1. Introduction.

La polarisation ^{des nu-}

cléons provenant de la réaction de stripping ^des

deutérons était prédite théoriquement ^{et calculée}

par ^Newns [14], ^{Horowitz et Messiah} [8], ^Ches-

ton [3], ^Sawicki [17], ^{Newns et Refai} [15], ^Sachtler [18] ^{et autres.} Expérimentalement ^cet effet était observé pour la première fois par Hillman ^en 1956 [6] dans la réaction 12C(d, p)13N pour des

protons ^{liés avec l’état} fondamental _{du noyau} 13C.

Ensuite cette polarisation ^des protons de la réac- tion (d, p) ^{avait été} enregistrée ^dans quelques ^cas

pour les cibles suivantes : 9Be, loB, 12C, ^{28Si et}

4oCa [2], [5], [7], [9], [10]. ^{En ce} qui ^concerne

l’évidence expérimentale ^{de la} polarisation ^des

neutrons de la réaction (d, n) il existe seulement

un court abstract unique par Haeberli ^et Rolland dans le programme de la Conférence ^à Washington (avril 1957) de la Société Américaine de Phy- sique [4]. ^{Ces auteurs} avaient examiné la polari-

sation des neutrons dans la réaction 12C(d, n)13N

(*) ^Une partie des résultats de ce travail concernant la

polarisation ^des neutrons pour l’angle ^de la réaction 01ab ^{= 15°} fut publiée ^dans le Bulletin de l’Académie Polo- naise des Sciences, Série des sciences mathématiques, ^astro- physiques ^et physiques, 1959, 7, ^583.

avec les deutérons d’énergie 2,5 ^à 3,6 ^{MeV. Cela}

veut dire que dans ^ces expériences les neutrons de la réaction (d, n) correspondaient ^{au niveau} énergétique fondamental du noyau 13N.

La polarisation dans la réaction de stripping ^est théoriquement interprétée par la distorsion de l’onde plane du deutéron entrant et celle du nu-

cléon sortant. Le signe ^{de la} polarisation ^causée

par la distorsion de l’onde plane ^{des deutérons est} opposé à celui de la polarisation ^causée par la dis- torsion de l’onde plane ^du nucléon sortant [15], [18].

L’effet final de la polarisation ^{est obtenu} pratique-

ment par ^une simple ^{addition de ces} deux effets.

Les résultats expérimentaux ^obtenus jusqu’ici ^in- diquent pour la plupart ^{des cas} pour 1

1 de la

particule capturée ^la prépondérance de la distor- sion de l’onde plane du deutéron.

Le degré ^{de la} polarisation du nucléon sortant dans la réaction de stripping fournit des infor- mations concernant le mécanisme de la réaction considérée et l’extension de la contribution de la formation du _noyau composé ^{à cette} réaction. Il semble probable que sij ^une connaissance exacte du mécanisme de la polarisation ^{dans les réactions}

de stripping ^était obtenue, ^le signe ^{de la} polarisation

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01960002105036601

367

pourrait être d’une grande aide dans la distinction entre les valeurs 1 + 1/2 ^{ét 1} - 1/2 ^du spin ^des

niveaux énergétiques du noyau résultant.

Ce rapport présente les résultats préliminaires

des travaux sur la polarisation ^{des neutrons dans}

la réaction 12C(d, n)13N. Ces résultats sont limités

aux mesures de la polarisation ^des neutrons à un

seul angle’ de la réaction 6lab

15° et à l’énergie

des deutérons Ed

12,9 ^MeV.

II. Arrangement expérimental.

^{Le faisceau}

de deutérons de 12,9 ^MeV d’énergie ^du cyclo-

tron de 120 cm de Cracovie traversant les lentilles

quadrupolaires magnétiques ^et l’aimant déviateur était concentré sur la cible située à environ 11 m

de l’aimant du cyclotron (v. fig. 1). L’intensité du

FIG. 1.

Arrangement expérimental : ^{1. Anneau de} tungs- tène ; ^2. Cible de charbon ; ^3. Collimateur en paraffine ;

4. Compteur proportionnel rempli d’hélium ; ^5. Comp-

teur à scintillation de Hornyak ; ^{6. Écran de} plomb ;

7. Écran d’eau.

courant d’ions au cours de ces expériences ^{était de}

3 à 4uA. La cible était une feuille de tungstène ^de 0,3 ^mm d’épaisseur, que l’on refroidissait _{par de} l’eau, ^couverte par ^une couche de charbon ie

7 mg/cm2 d’épaisseur. L’angle ^{de la réaction} Ol.b

15° correspondant ^{à 0c.m.} =17° avait été choisi à cause de la valeur relativement grande

que la théorie prévoit pour l’intensité du faisceau de neutrons et la polarisation différente de zéro à cet angle [13], [18]. ’

Le procédé ^{de la diffusion n - oc était utilisé}

comme analyseur ^{de la} polarisation. ^{A cause du}

fond élevé de neutrons et de la nécessité de distin- guer les neutrons appartenant ^aux divers groupes

énergétiques ^la méthode de coïncidence était appliquée. ^{Les neutrons diffusés} élastiquement ^sur

les noyaux d’hélium dans le compteur proportion-

nel étaient enregistrés par ^un compteur ^{à scintil-}

lation pour ^neutrons rapides ^du type ^de Hornyak.

Les coïncidences entre les noyaux de recul de

l’hélium et les neutrons diffusés étaient enregistrées

pour les deux positions ^du compteur ^de Hornyak,

droite et gauche. ^Le compteur proportionnel ^était rempli ^d’hélium spectroscopiquement pur ^à la

pression ^{de-11 atm.} L’angle ^{de diffusion des neu-}

trons était de 90° dans le système des coordonnées de c. de _m., correspondant ^à 76° dans le labora- toire. Les mesures étaient contrôlées par ^un nombre fixé de coups du compteur proportionnel. ^{Le fond} produit par les coïncidences accidentelles était déterminé par ^un branchement et retrait périodi-

que d’un circuit de 25 _u sec. de retard entre le

compteur ^de Hornyak ^{et le} système des coïnci- dences.

Une séparation plus ^exacte des groupes de ^neu- trons des différentes énergies n’était pas possible ^à

cause de la mauvaise qualité ^{de notre} analyseur ^de

la polarisation. Néanmoins, l’analyse ^du spectre

des impulsions de coïncidences du compteur pro-

portionnel ^{démontre une forte} abondance ^{des neu-}

trons correspondant ^au niveau excité de 3,56 ^MeV

du noyau 13N. Les résultats obtenus par Middleton,

et autres [13] pour Ed

8,1 ^MeV corrigés ^{afin de} correspondre ^à l’efficacité de notre compteur proportionnel donnent pour les nombres relatifs des neutrons correspondant ^au premier ^niveau excité, ^au second niveau excité, ^{et au} fondamental dans le noyau 13N ^les chiffres suivants : 1 : 0,3: 0,14.

Conformément à nos résultats _pour Ed = 12,9 MeV

les neutrons correspondant ^au second niveau ex-

cité des noyaux 13N ^sont relativement encore plus

nombreux. ^{Ceci est} compatible ^avec les résultats des mesures du spectre d’énergie ^des protons provenant ^{de la réaction} 12C(d,p)13C pour Ed

¹⁴ MeV [12]. ^{Des mesures} auxiliaires faites

en usant une cible de tungstène ^{nu sans charbon}

ont montré que l’effet de fond des neutrons de la réaction du stripping des deutérons sur le tungs-

tène ne dépasse pas 10 % de l’effet obtenu pour la cible recouverte d’une couche de charbon.

III. Résultats.

Le degré ^{de la} polarisation ^des

neutrons calculé à partir ^de l’asymétrie gauche ^et

droite de la diffusion sur les noyaux d’hélium dans le plan de la réaction est (- 0,39 ± 0,11).

Comme direction positive ^{de la} polarisation ^on adopte ^la direction du produit ^{Kentr. X Ksort.}

où .Kentr. ^et Ksort. indiquent ^{le vecteur} d’onde de la

particule ^entrante et sortante respectivement.

Les mesures faites _pour vérifierl’appareillage ^et

les méthodes expérimentales appliquées ^donnèrent

les résultats suivants pour l’asymétrie ^au-dessus

et au-dessous déterminée comme :

où Nau-dessus ^et Nau-dessous indiquent les nombres de coïncidences obtenu9 avec le compteur ^{à scintilla.}

tion respectivement ^{au-dessus et} au-dessous du plan

368

de la réaction perpendiculairement ^{à ce} plan.

Ce degré ^{de la} polarisation ^{des neutrons élas-} tiquement ^diffusés dans l’hélium était déterminé par l’analyse ^du déphasage (phase ^shift analysis)

faite par Seagrave [19] ^{et Levintov} [11].

IV. Discussion.

Le niveau énergétique ^de 3,56

MeV dans _{le noyau} 13N, lequel ^{est le} plus ^res- ,ponsable pour les, neutrons observés, ^{est un}

niveau à une particule ^{avec l}

^2.

En ce qui ^{concerne les résultats} obtenus par Juveland et Jentschke [10J, ^{Hensel et Parkin-}

son [5], ^Hillman [6] ^et Hird, ^{Cookson et Bokhari} [7]

pour le niveau du noyau résultant avec 1

1 le

signe négatif ^{de la} polarisation suggère pour ^le niveau énergétique ^de 3,56 ^MeV de 13N la valeur du spin 3/2+.

D’autre part, ^le signe négatif de la polarisation

des protons ^{de la réaction} 12C(d, p)13C correspon- dant au deuxième niveau excité 5/2+ du noyau 13C

avec 1

2 nous permet de supposer que dans ces

deux cas le signe négatif ^{de la} polarisation ^déter-

mine la valeur j ^{= l} --1%2. ^Cela pourrait ^{être lié}

avec la prépondérance ^{de la} distorsion de l’onde du nucléon sortant.

La polarisation obtenue dans ^ce travail dépasse

considérablement la valeur calculée par Newns et Refai [15]. ^Cette discordance ^{est semblable} à celle des mesures de Hillman [6] qui, pour la pola-

risation des protons ^{dans la réàction} 12C(d, p)13C

avec Ed

4,05 ^{MeV et} 0c.m.

30°, ^{a obtenu la}

valeur

(0,58). ^{Il est} possible ^{que cette haute}

valeur de polarisation ^{soit liée avec la} petite ^diffé-

rence entre l’énergie des nucléons sortants et celle de la diffusion à la résonance de ces nucléons.

Une analyse plus ^{exacte de ces} effets serait pos- sible si la dépendance angulaire ^et énergétique ^de

la polarisation ^des neutrons de la réaction (d, n)

était connue. Les mesures dé la polarisation ^des

neutrons de la réaction 12C(d, n)13N ^{ont été effec-}

tuées ensuite pour les angles ^{de la réaction 6iab} égaux ^à 30°, 45°, ^{et 600.}

Les évaluations préliminaires ^{de ces mesures}

démontrent que ^les valeurs absolues de la pola-

risation des neutrons pour les angles ^{8iab au-dessus}

de 150 décroissent graduellement, ^la polarisation

restant négative. ^A peu près pour l’angle ^6Iab

³⁰⁰

la polarisation change ^de signe ^{et devient} positive.

Pour les angles ^01ab égaux ^{à 45° et 600 la} polarisa-

tion des neutrons continue à s’accroître eu restant

positive.

L’interprétation ^{exacte de ces résultats est} impossible ^sans la connaissance de la distribution

angulaire ^et énergétique ^{des neutrons dans cette}

réaction. Les travaux ayant pour but la détermi- nation de ces dépendances, ^{effectués avec la mé-}

thode des émulsions nucléaires, ^{sont maintenant}

en cours.

C’est seulement en ayant ^{ces données} qu’on pour- rait déterminer les participations relatives, pour les différents angles ^{dé la} réaction, ^{des neutrons corres-} pondant ^{aux divers états} excités du noyau ^ré- sultant 13N. Pourtant, ^{les résultats} concernant les distributions angulaires ^et énergétiques ^obtenues

par les ^{autres auteurs} pour des énergies ^{de deu-}

térons différentes démontrent _que, probablement

aussi pour les angles de la réaction 01ab ^au-dessus de 150, ^la part ^{des neutrons} correspondant ^aux

transitions avec Al

2 est prépondérante.

Les auteurs témoignent leur reconnaissance au

personnel ^du cyclotron pour son travail continu pour maintenir et améliorer les conditions de travail du

cyclotron, ^{au Dr} E. Zielinski de l’École des Mines et

Métallurgie ^à Cracovie pour le remplissage ^{de leurs} compteurs proportionnels ^avec de l’hélium spec-

troscopiquement pur, ainsi qu’à ^{MM. A. Radwan}

et Z. Wronski pour leur aide substantielle ^{à la} pré- paration ^de l’appareillage.

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