Réactions (p, xn) induites dans l'or par des protons de 155 MeV

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Submitted on 1 Jan 1960

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Réactions (p, xn) induites dans l’or par des protons de 155 MeV

N. Poffé, G. Albouy, R. Bernas, M. Gusakow, M. Riou, J. Teillac

To cite this version:

N. Poffé, G. Albouy, R. Bernas, M. Gusakow, M. Riou, et al.. Réactions (p, xn) induites dans

l’or par des protons de 155 MeV. J. Phys. Radium, 1960, 21 (5), pp.343-345. �10.1051/jphys-

rad:01960002105034300�. �jpa-00236254�

343.

RÉACTIONS (p, xn) INDUITES DANS L’OR PAR DES PROTONS DE 155 MeV

Par Mme N. POFFÉ, ^{Mlle G.} ALBOUY, ^{MM. R.} BERNAS, ^M. GUSAKOW, ^{M. RIOU}

et J. TEILLAC,

Laboratoire de Physique Nucléaire, Faculté des Sciences, Orsay.

Résumé.

Nous avons étudié les sections efficaces des réactions (p, xn) pour la formation des

isotopes ^du mercure, de masse comprise entre 197 et 188, séparés _par ^déviation magnétique. ^Nous

avons identifié, ^{mesuré les} périodes ^et l’énergie ^des principales ^raies 03B3 des 190Hg, 189Hg, 188Hg et

de leurs descendants.

Abstract.

The (p, xn) cross-sections for mercury production ⁱⁿ gold have been investigated.

Masses between 197 and 188 have been separated by magnetic deflection. Half-lives and main _03B3- ray energies have been measured for 190Hg, 189Hg, 188Hg ^{and their} daughter products.

LE JOURNAL ^DE PHYSIQUE ^E1; LE RADIUM TOME 21, ^MAI 1960,

Plusieurs auteurs ont étudié, parmi ^{les réac-}

tions de spallation, ^{les réactions} (p, xn), ^{mais très}

peu de résultats expérimentaux fournissent des sections efficaces pour plus ^{de deux masses d’un}

même élément. Nous pouvons citer les ^{travaux sur} le bismuth [1], le césium [2] ^et l’yttrium [3]. ^Les

méthodes radiochimiques ^utilisées pour ^ces expé-

riences rendent difficile l’identification d’isotopes

de période ^{voisine. Le} problème ^est considérable-

ment simplifié ^{si l’on} emploie ^la séparation ^élec- tromagnétique ^des isotopes radioactifs. Anderson

et al. [4] ^ont déjà ^{utilisé ce} moyen pour des études de sections efficaces et de spectroscopie ^nucléaire

d’éléments formés par spallation. ^{Nous avons étu-}

dié par ^cette méthode, ^la formation des isotopes

du mercure dans l’or.

Nos cibles ont été irradiées dans le faisceau interne de pro tons de 155 MeV du synchrocyclo-

tron de la F aculté des Sciences de Paris. ^Les temps

d’irradiations étaient en général de l’ordre de 10 minutes et l’intensité d’environ 1 à 2 VA.

Le mercure formé était analysé ^au séparateur d’isotopes ^à double déviation magnétique ^{du labo-}

ratoire. Cet appareil [5] ^est constitué par ^{un ana-}

lyseur magnétique ^{à secteur de 60° en} champ ^homo- gène suivi d’un analyseur semi-circulaire à champ inhomogène ^du type Svartholm-Siegbahn. ^{Un dia-}

phragme intermédiaire, ^{situé entre les deux ana-} lyseurs, permet de sélectionner le faisceau isoto-

pique ^désiré qui ^est refocalisé au collecteur du deuxième étage après élimination des traces d’im-

puretés qui subsistent après ^la première analyse magnétique. ^La position ^des impacts ^des isotopes légers ^{du mercure a été} déterminée en utilisant les faisceaux ioniques ^{de même masse} provenant ^de

la dissociation de Gd CI+ ^{dans la source d’ions du} séparateur.

Des expériences préliminaires ^{nous ont} permis

d’étudier séparément quelques isotopes particu-

liers du mercure et de déterminer une valeur absolue de section efficace qui ^{nous a servi à}

normaliser les valeurs relatives obtenues par la suite.

a) Pour l’étude des isotopes ^de période ^courte

du _mercure, nous avons utilisé la double dévia- tion magnétique ^en confirmant préalablement ^par

l’étude de 191Hg, qui ^{est bien} connu, la méthode d’identification des masses. Les différents isotopes

se désintégrant essentiellement _par capture K, ^nous

avons mesuré les activités par les rayonnements ^K.

Nous disposions ^pour ces mesures et pour l’analyse

des spectres y de scintillateurs Na 1 (Tl) ^{et d’un}

sélecteur d’amplitudes ^{à 256 canaux. Les résultats}

obtenus sont résumés ci-dessous :

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01960002105034300

344

Les rapports d’intensitz des activités _correspon- dant aux diverses périodes confirment les filia- tions avec une précision suffisante étant donné l’influence en général inconnue des conversions internes. Pour 189Hg cependant, ^{on observe une}

intensité beaucoup trop importante pour la pre- mière période (9 m) par rapport ^{aux suivantes.}

Nous n’avons pu jusqu’à présent expliquer ^ce

désaccord.

b) Les courbes d’évolution de l’activité totale du mercure séparé par distillation ^sous vide de l’or irradié ont permis ^{d’isoler les} périodes ^de 2,7 j ^et 180 j attribuées respectivement ^à 197Hg ^{et 195Au}

formé par filiation de 195Hg. ^{Nous avons déduit de}

ces mesures, compte ^tenu du rendement de fluo-

rescence .K et des coefficients de conversion interne des _y, les sections efficaces de formation des deux

isotopes. Les valeurs obtenues sont 3 mb _pour

197Hg ^{et 20 mb} pour lsSHg avec une erreur d’envi-

ron 30 %. ^Le rapport des deux sections efficaces

est en accord avec celui que l’on observe _par sépa-

ration magnétique. ^{Une mesure} antérieure [7] ^nous

avait conduit à une valeur plus élevée de la sec-

tion efficace de formation de 197Hg ^{due à la} pré-

sence de 191pt formé par filiation à partir ^de 191Hg.

Le 194Hg [7] ^de période ⁷⁰⁰ j, ^{dont l’activité}

n’a pas ^été décelée après séparation magnétique, ^a

été étudié sur des échantillons d’or irradié, après

décroissance de tous les autres isotopes ^{du mercure.}

Nous avons observé un rayonnement ^{L de} longue période que ^nous attribuons à 194Hg. ^{La crois-}

sance de 194Au, identifié par ^sa période ^{et son} spectre d’énergie ^{y confirme cette} attribution. La valeur de la section efficace de formation de 194Hg

évaluée à partir de l’activité de son descendant est

égale ^à 0,02 ^mb. Cette valeur anormalement basse

ne semble _pas devoir trouver une explication ^dans

le phénomène ^de spallation ^mais plutôt dans l’inter-

prétation ^{de la} désintégration ^du 194H g.

La mesure relative des sections efficaces des réactions (p, xn) ^{a été} effectuée à trois reprises après séparation magnétique ^par simple ^déviation.

Les résultats obtenus sont reproduits ^{dans la} figure ^{1. La} détermination des activités initiales à

partir ^{des courbes} de décroissance peut ^{se faire de} plusieurs manières : en extrapolant ^à l’origine (instant ^{de la} séparation) ^{soit la courbe} globale,

soit les courbes partielles correspondant ^{aux diver-}

ses périodes obtenues par décomposition ^{de la}

courbe globale. Un calcul de filiation qui peut ^se

faire pour chacun des descendants des ^mercures

permet de déterminer l’activité initiale. Il a fallu utiliser cette méthode de recoupement pour tenir

compte ^d’une légère contamination, peut-être ^due

à une diffusion de mercure atomique ^{dans le} sépa- rateur, qui ^{rend difficile} l’interprétation ^{de cer-}

taines courbes expérimentales. ^Ceci explique ^la dispersion des résultats indiquée par les barres d’erreur de la figure ^{1. Les} points expérimentaux

sont les valeurs _moyennes. Pour diminuer la conta-

mination, ^{nous nous} proposons de refaire ^cette

expérience ^en utilisant le spectre ^{de masse obtenu} après ^{double déviation.}

Nous avons comparé ^{nos résultats} expérimen-

taux avec 1 es prévisions théoriques que l’on peut

déduire du modèle de réaction proposé par Ser-

FIG. 1.

ber [8] : 1) Interaction directe du proton ^incident

avec quelques nucléons du noyau-cible ^{et émission}

« rapide » d’un certain nombre de nucléons éner-

giques, le noyau résiduel ^étant laissé dans un état excité. 2) Désexcitation du noyau résiduel par ^un processus d’évaporation.

Pour établir la courbe de variation des sections

efficaces, nous avons utilisé les résultats de Metro-

polis ^{et al.} [9], ^obtenus par la méthode de Monte-

Carlo, ^sur l’interaction directe d’un proton ^avec

un noyau lourd. Par interpolation des résultats en

fonction du nombre de masse du noyau cible, ^on

trouve une section efficace totale de réaction de

1,6 ^{barns. Le nombre} moyen de nucléons émis _par interaction directe est 1,5 (0,9 ^{neutron et} 0,6 pro-

ton). L’énergie moyenne d’excitation _{du noyau} résiduel est alors E ci 90 MeV.

Mais la dispersion ^des énergies d’excitation autour de la valeur moyenne ^est importante. ^Nous

avons adopté pour le calcul ^la distribution des

énergies d’excitation calculée _par Metropolis ^{et al.}

pour des protons ^{de 157} MeV bombardant une

cible d’uranium (fig. 2a).

Pour ce qui ^concerne l’évaporation, ^{nous avons}

utilisé la théorie de Weisskopf, reprise ^{et étendue}

par Jackson [10] ^{au cas où il existe un} spectre d’énergies d’excitation, ^et qui permet le calcul des

probabilités d’évaporation. ^{Nous avons suivi la}

méthode analytique ^{de Jackson, en} adoptant ^suc-

345

cessivement _{pour la} température ^nucléaire 6, qui

est un paramètre important, ^{une valeur constante} (6 ⁼ 1,9 MeV) ^et d’après Lang ^et Le Couteur [11],

la valeur 6

8,5E/A (cette expression ^redonne

6

1,9 ^MeV pour E ⁼ 90 MeV). Les courbes de variation des sections efficaces ont la même allure dans les deux cas. Nous avons gardé ^{la seconde} expression, qui ^est généralement ^utilisée ( fcg. 1).

La normalisation de la courbe théorique ^{est faite}

en admettant la section efficace totale de réaction

de 1,6 ^{barns. On trouve} ainsi, pour 195Hg, ^{une sec-}

tion efficace de 24 mb, voisine de la valeur ;expé-

rimentale.

Nous avons vérifié l’influence de divers _para- mètres sur la forme de la courbe. La parité ^du

nombre de neutrons du _noyau résiduel se traduit par ^une oscillation de + 0,6 ^MeV environ de l’éner-

gie de liaison du dernier nucléon [10], [12]. ^Les

variations de sections efficaces qui ^en résultent,

atténuées par le fait qu’un même noyau peut ^être

formé par des voies différentes, ^sont de l’ordre de

10 %, inobservables avec la précision ^{actuelle de}

nos mesures.

Nous avons tracé aussi les courbes de variation des sections efficaces correspondant ^à des distri- butions d’énergie d’excitation voisines de celles

calculées _par Metropolis ^{et al.} (fig. ^{2a et} 2b). ^{On voit}

que ^les sections efficaces relatives varient d’une manière très sensible avec la forme du spectre d’énergie d’excitation. En particulier ^{dans la} région

des noyaux peu déficients en neutrons où la pré-

cision de nos mesures est la mPilleure, ^{la forme du} spectre ^calculé par Metropolis ^{et al. est confirmée.}

Il semble donc que la ^mesure des sections effi-

caces permette ^une étude de la variation, ^{en fonc-}

tion de l’énergie ^des protons ^{incidents et du nombre}

de _masse, des spectres d’énergie d’excitation.

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