HAL Id: jpa-00208225
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Niveaux de 137Cs alimentés dans la désintégration de 137Xe
E. Monnand, R. Brissot, J. Crançon, Ch. Ristori, F. Schussler, A. Moussa
To cite this version:
E. Monnand, R. Brissot, J. Crançon, Ch. Ristori, F. Schussler, et al.. Niveaux de 137Cs alimentés dans la désintégration de 137Xe. Journal de Physique, 1975, 36 (1), pp.1-6.
�10.1051/jphys:019750036010100�. �jpa-00208225�
LE JOURNAL DE PHYSIQUE
NIVEAUX DE 137Cs ALIMENTÉS
DANS LA DÉSINTÉGRATION DE 137Xe
E.
MONNAND,
R.BRISSOT,
J.CRANÇON,
Ch.RISTORI,
F. SCHUSSLER ET A. MOUSSACentre d’Etudes Nucléaires de
Grenoble, Département
de Recherche Fondamentale Laboratoire de ChimiePhysique Nucléaire,
BP85,
Centre deTri,
38041Grenoble,
France(Reçu
le 20 août1974)
Résumé. 2014
L’énergie
et l’intensité des transitions 03B3 suivant ladésintégration 03B2
de 137Xe ont étémesurées avec des détecteurs
Ge(Li).
Ceproduit
de fission gazeux est obtenu en utilisant lesystème
de
séparation isotopique
enligne
ARIEL. Un schéma des niveaux excités de 137Cs est construit à l’aide du résultat des mesures de coïncidencesGe(Li)-Ge(Li).
Abstract. 2014 Measurements made with
Ge(Li)
detectors arereported
for 03B3 transitionenergies
and intensities
following the 03B2 decay
of 137Xe. This gaseous fissionproduct
is obtainedusing
theon-line
isotope-separator
system ARIEL. A level scheme of 137Cs is constructed with the aid ofGe(Li)-Ge(Li)
coincidence results.Tome
36
No 1Janvier 1975
Classification
Physics Abstracts
4.116 - 4.220 - 4.240 - 4.460
1. Introduction. - Ce travail fait
partie
d’une étudesystématique
des gaz rares de fission de courtepériode
et de leurs descendants. La
désintégration
bêta de137 Xe
alimente les niveaux de137CS,
noyau à une couche fermée de 82 neutrons. Ces noyaux ont faitl’objet
de calculs détaillés dans le modèle des couches.L’étude de la
désintégration
bêta de13’Xe
adéjà
été
entreprise
parplusieurs
auteurs[1],
mais d’unefaçon
assez sommaire. Cecis’explique
par le fait que, àpart
la transition de455,5
keV dont l’intensité estenviron 30
%
desdésintégrations,
les autres transi-tions sont d’intensité très faible. Seul Holm
[2]
afait une étude
détaillée,
mais nedisposant
que d’un détecteur de faible volume et de résolutionmédiocre,
il a été
gêné
dans la mesure des transitions de hauteénergie
et n’a puséparer
de nombreuses raies y très voisines. Enfin il n’a pu faire de mesures en coïnci- dence y-yqu’avec
des détecteursNaI(Tl). Malgré
cesdifficultés Holm a donné un schéma de
désintégration qui,
bienqu’incomplet,
est en assez bon accord aveccelui que nous proposons ici.
Nous n’avons pas
jugé
utile dereprendre
lesmesures de la
période TI/2,
du bilan dedésintégration Qp
et des intensités relatives des branchesbêta,
nousavons
adopté
les valeurs suivantes :Qp = 4,15
±0,10 MeV, [2]
et[(Po) =
66%,
valeurproposée
par Martin[1] d’après
le schéma de Holm[2]
et les mesures de
Onega
et Pratt[3].
Il seraitcependant
intéressant de mesurer au
spectromètre magnétique
les intensités relatives des branches
flo
etB1.
2. Méthodes
expérimentales.
- 2.1 PRÉPARATIONDES SOURCES. - Les sources sont obtenues au moyen de l’ensemble de
séparation isotopique
enligne
« ARIEL », connecté dans une
première
version[4]
à une chambre à fission contenant des couches minces de
235U
recouvertes de couches mincesd’argent
etportées
à hautetempérature.
Les gaz rares de fissionse
dégagent
par diffusion dansl’argent.
Dans unedeuxième version le
séparateur
est connecté à unechambre à fission contenant 10 g de
235U02 mélangé
à 30 g de stéarate de
baryum
enpoudres
fines. Lachambre est
placée
dans un faisceau externe deneutrons du réacteur Mélusine du Centre d’Etudes Nucléaires de Grenoble
(0 z-
3 x108 n. cm - 2 . S - 1).
Les gaz rares émanés sont véhiculés sous vide par
une canalisation de 1 mètre de
long jusqu’à
la sourced’ions du
séparaieur.
L’activité obtenue est d’environ 100J.1Ci
à saturation.Après séparation
en masseles ions
137 Xe
sontimplantés
dans un ruban d’alu- miniumpouvant
sedéplacer
à vitesse variable d’une manière continue ou discontinue. Lespectre
directArticle published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019750036010100
2
N3 UU CANTAL
FIG. 1. - Spectre gamma direct, région des basses énergies. Les pics sans indication d’énergie correspondent principalement à des conta-
minations ou des raies d’échappement. Sources obtenues avec la chambre à fission à haute température.
de
137 Xe
est obtenu en travaillant defaçon
disconti-nue ;
après
accumulation de l’activitépendant
30 sou 1 min sur le
ruban,
la source est transférée devant le détecteur en 3 s et lecomptage
est effectuépendant
2 ou 3 min.
Une vérification de l’attribution de raies à
137 Xe
est
faite,
pour les raies d’intensité pastrop faible,
encomparant
deuxcomptages
successifs décalés dans letemps
de 4 min. Les raies lesplus
faibles sontattribuées tentativement à
137 Xe,
soit parcequ’elles
trouvent
place
dans le schéma au moyen duprincipe
de
Ritz,
soit parcequ’elles n’appartiennent
pas aux contaminantspossibles qui
ont été étudiés au labo-ratoire et dont les transitions sont bien connues, enfin le
spectre
du bruit defond,
dû à la radioactivité ambiante et à l’acculumation des descendants des gaz rares dans diversesparties
duséparateur,
a étésoigneusement
vérifié.2.2 APPAREILS DE MESURES. - Les
spectres
directssont observés avec un détecteur
Ge(Li)
de 50cm3 (résolution 2,3
keV à 1 333keV).
Les mesures decoïncidences y-y sont faites avec ce détecteur
associé
à un second de 46cm3 (résolution 3,5
keV à1,33 MeV).
Les
impulsions
sontanalysées
par un convertisseuranalogue-digital
associé à un bloc mémoire à 4 096 ca- naux(CA 13
+ BM96Intertechnique).
Pour les mesu-res de coïncidences y-y, les fenêtres sont sélectionnées ’ à l’aide d’une unité de conditionnement
(AP 22 Intertechnique), permettant
de mesurer simultané-ment
4,
8 ou 16spectres.
Letemps
de résolution dusystème
de coïncidences est de 30 ns. La durée desmesures en coïncidence est de l’ordre de 8
heures,
avec défilement continu et lent du ruban.
Le traitement des données est effectué au moyen du programme SAMPO
[5]
avec un ordinateurIBM
360/60.
’
3. Mesures et résultats. - 3. 1 SPECTRES ’ÿ DIRECTS.
- Les
figures
1 et 2 montrent lespectre
de137 Xe respectivement
à basse et à hauteénergie.
Lespectre
FIG. 2. - Spectre gamma direct, région des hautes énergies. Les
. raies sans indication d’énergie correspondent à des raies d’échap- pement, les raies marquées d’un * appartiennent à 136I. Sources
obtenues avec la chambre à diffusion et émanation dans le stéarate de baryum.
3
à haute
énergie
a été obtenu eninterposant
12 mmd’aluminium et 4 mm de
plomb
entre la source et ledétecteur. Dans ce dernier
spectre (Fig. 2);
nousconstatons la
présence
des raies intenses de1361.
Ceci est dû à l’émanation de
l’hydrure
d’iode et à laformation d’ions
correspondants,
enquantité
variableavec les conditions de fonctionnement de la source
d’ions.
Les
énergies
et intensités relatives des raies y de137 Xe
sont données dans le tableau I. Nousretrouvons,
avec
quelques
dédoublementspermis
par la réso- lutionmeilleure,
toutes les transitions attribuéesavec certitude par Holm
[2]
et unepartie
de cellesattribuées avec
doute,
et de très faible intensité.Parmi ces
dernières,
les raies de 2 004 et 2 017 keVsont à attribuer à
138Xe.
TABLEAU 1
Energie
et intensité relative des raies y de137 Xe
a) la présence possible de 135mXe rend peu précise l’intensité de cette raie ;
b) l’intensité absolue de la transition y de 455,5 keV est Iy = 32 % [1].
3.2 COÏNCIDENCES
y-y[Ge(Li)-Ge(Li)].
- Vu la fai-ble intensité absolue des raies y
de 137Xe
nous avonsseulement pu faire des mesures en coïncidence avec
les raies les
plus
intenses. Les résultats sont résumésdans le tableau II.
3.3 DURÉE DE VIE DU PREMIER NIVEAU EXCITÉ. - Nous avons tenté de mesurer cette durée de
vie,
en utilisant les coïncidences retardées bêta-raie gamma de 455 keV. Lespectre
bêta était détecté dans unscintillateur
plastique
NE 102 la raie gamma dansun cristal
NaI(Tl),
tous deux montés sur desphoto- multiplicateurs
56 DVP. La courbe des coïncidencespromptes
a unelargeur
à mi-hauteur de1,6
ns, la courbe de coïncidences obtenue avec une série desources de
13’Xe
ne s’endistingue
pas dans les limites de l’erreurstatistique.
Onpeut
donc seulement estimer une limitesupérieure
de la durée de vie du niveau de 455 keV :T1/2 0,1
ns.4. Schéma de
désintégration de 137 Xe.
- Le schéma dedésintégration
de13’Xe proposé
est montré surla
figure
3.4
TABLEAU Il
Résultats des mesures de coïncidences y-y
Les intensités des
branches
et les valeurs deslog ft
sont déduites de la balance d’intensité des transitions y pourchaque
niveau. Les intensités y absolues sont déduites de la valeur citéeplus
hautpour
[(Po)
et du coefficient de conversion aK =0,009
de la transition de 455
keV,
mesuré parAchterberg
et al.
[6].
La conversion interne des autres transitions aboutissant au fondamental a éténégligée,
vu leurfaible intensité et leur
énergie.
Le schémacomprend
23 niveaux excités et
permet
deplacer
54 transitions ysur les 83 observées. Les transitions non
placées représentent
autotal,
moins de0,2 %
des désinté-grations.
Tous les niveaux en dessous de 2 100
keV,
ainsi queceux à 2
850,
3 037 et 3 378 keV sontplacés d’après
les coïncidences y-y confirmées par le
principe
decombinaison de Ritz. Parmi lès niveaux de haute
énergie,
le niveau à3 159,6
keVest justifié
par l’absence de coïncidences avec les transitions de455,5, 849,0
et
982,4
keV.Quant
aux niveaux à 3583,0,
3693,5,
3797,0
et 3
907,5 keV,
ils sontjustifiés
par le fait qued’après
la valeur admise pour
Q,6,
les raies y observées à cesénergies
nepeuvent
aboutirqu’au
niveau fondamental.On remarque d’abord le doublet de niveaux à
1 575,0
et1 576,9 keV,
dédoublementdéjà pressenti
par Holm
[2].
Les cascades982,4
+594,5 = 1 576,9
keVet 1
119,5
+455,5
=1 575,0
keV ont un écart auprin- cipe
de Ritz trèssupérieur
aux erreurs de mesure, mais surtout la raie de1 273,2
keV est en coïncidenceavec les raies de
594,5
et1 576,0
keV et non avec la raie de 1119,5
keV. Nous confirmons donc les résul- tats de Holm avec une meilleureprécision
sur lesénergies.
La raie observée à 1 576 keV dans lespectre
direct est sans doute double car elle estplus large
que lanormale,
mais sadécomposition
est rendue peuprécise
par laprésence
dupied
de la raie de 1569,8
keVaussi nous avons estimé les intensités relatives des deux composantes
d’après
les mesures en coïncidenceavec la raie de
1 273,2 keV,
d’où les intensitésportées
dans le tableau II.
Par contre les raies à 934 et 1 067 keV ont pu être dédoublées avec une
précision
raisonnable au moyen du programmeSAMPO, grâce
à leur isolement vis-à- vis des raiesvoisines,
on a ainsi obtenu les intensités relatives des raies à933,3, 934,4,1066,6
et1 067,8
keV.Leur
placement
sur le schéma est basé sur les coïnci-dences et le
principe
de Ritz. Enfin la raie à 2098,6
keVest
probablement
double etplacée
tentativement surle schéma.
5. Discussion. - Le niveau fondamental
de 137 Xe
a le
spin 7/2 d’après
la réaction nucléaireIl
correspond
à l’orbite 2f 7/2-
observée commefondamental dans les noyaux à 83
neutrons,
Z
pair, 137
A 145. Le niveau fondamental de13’Cs
a lespin 7/2
mesuré par résonance sur faisceauatomique [8]
etcorrespond
à l’orbite1 g 7/2 + .
Lesisotones
impairs
à 82 neutrons,135
A145,
ont été étudiés par Wildenthal et al.
[9]
au moyen des réactions nucléaires(’He, d)
et(d, ’He).
Les deuxniveaux de
plus
basseénergie
sont les niveaux1 g 7/2 +
et 2d
5/2+,
le fondamental étant7/2+
pour53 Z
57puis 5/2+
pour59
Z , 63. Les niveaux de par- ticule 3s1/2+
etlh 11/2-
dans137CS,
excités dansla réaction de
stripping
sont situés entre1,5
et2,2
MeV.La
probabilité
de leur alimentation bêta directeest
négligeable,
leur alimentation indirecte par des transitions gamma estpossible
mais doit être faible.Aussi ne retrouve-t-on
ici, parmi
les niveaux observés par Wildenthal etal.,
que le fondamental7/2+
lepremier
niveau excité5/2+
etpeut-être
le niveau à2 068 keV
qui
serait le niveau3/2 +,
ainsiqu’on
leverra
plus
loin.Nous observons un
grand
nombre de niveauxentre 850 et 2 100
keV,
alimentés par des transitions bêta interdites dupremier
ordre et dont lesspins
sontdonc
compris
entre3/2+
et11 /2 + ;
cette dernièrevaleur étant d’ailleurs exclue pour ceux
qui
se désexci-tent vers le niveau
5/2 + .
Ces niveaux nepeuvent
avoirune structure
simple
à unequasi-particule
et résultentdu
couplage
d’unproton
d5/2
ou g7/2
avec lesexcitations
de 136Xe.
Celles-cipourraient
être décritespar un modèle vibrationnel mais
l’espacement
desniveaux
0+
2+ 4+6+
de laquasi-bande
fondamentale n’est pas favorable à cetteinterprétation, qui
a cepen- dant donné des résultats satisfaisants pour les noyaux à 83 neutrons[10].
Lespremiers
niveaux excités de136Xe
et des noyauxpair-pair N= 82, 136 A 144,
5
FIG. 3. - Schéma de désintégration de 13’Xe. Les niveaux placés dans la colonne de droite sont ceux de la réf. [2].
s’interprètent bien,
aucontraire,
par lecouplage
desquasi-protons
d5/2
et g7/2 [14].
Pour les noyaux de Z
impair
à 82 neutrons lescalculs
théoriques
lesplus
récents sont ceux deFreed et Miles
[11]
et deHeyde
etWaroquier [12],
utilisant tous deux la
description
enquasi-particules
et
l’approximation
de Tamm-Dancoff. Les états dequasi-protons
considérés sont tous ceux de la couche 50 Z82,
leursénergies
sontdéduites,
par la méthode d’inversion deséquations
du gap, de celles des niveauxexpérimentaux,
observés dans les réactionsde transfert d’un nucléon et identifiables comme
niveaux
principalement
à unequasi-particule.
L’inter-action résiduelle est choisie
différemment ;
Freed etMiles utilisent directement les éléments de matrice de
l’interaction,
calculés par Elliott et al.[13]
àpartir
desdéphasages nucléon-nucléon,
alors queHeyde
etWaroquier
utilisent unpotentiel
d’inter-action
de formegaussienne dont
lesparamètres
sontajustés d’après
lesspectres
des noyauxpair-pair
à82 neutrons
[14].
Lesspectres
de niveaux excités obtenus par ces deux méthodes ne sont pas identi- ques,mais,
au moins pour137 Cs
il y a un accord raisonnable à basseénergie,
les deux méthodesdonnant un
grand
nombre de niveaux excités résul- tant ducouplage
de 3quasi-protons,
et situés entre800 et 2 000 keV.
Le niveau fondamental et le niveau à
455,5
keVont la
configuration prépondérante
à unequasi- particule indiquée plus
haut. La transition gamma M 1est donc 1-interdite et n’est observée que
grâce
aumélange
avec desconfigurations
à 3quasi-particules.
La transition E2 est, elle aussi très sensible à ce
mélange
et les
prévisions théoriques
des deux calculs sontassez différentes : H. W. obtiennent
T1/2
=5,4
ns(96 % E2)
alors que F. M. obtiennent7B/2
=1,8
ns(0,2 % E2).
Nous obtenons seulement une limitesupérieure Tl,2 0,1
ns. La situation est tout à faitanalogue
à celle observée dans139La
et14 1 Pr
et discutée par H.W.,
la durée de vie du niveau d5/2
est extrêmement sensible au
mélange
deconfiguration
et l’interaction
gaussienne qui
donne un meilleuraccord avec
l’expérience
pour lesspectres
de niveaux excités donne de moins bons résultats ici que l’inter- action réaliste d’Elliott et al. Il serait intéressant demesurer le
rapport
demélange E2/Ml,
malheureu-sement les
coefficients
aK(M 1)
et OCK(E2)
sont peu différents.Le niveau à 849 keV est
probablement
le niveau à3
quasi-particules [(7/2, 7J2)i, 7/2] 5/2+, prévu
à760 keV
(H. W.)
ou 805 keV(F. M.).
Les calculs de H. W.prévoient
que la transition de 849 keV estpratiquement
E2 pure et celle de 393 keVpratique-
ment MI pure, avec un
rapport
de branchement6
1(393)/1(849)
=1,4
x10-4.
Le rapport observé estbeaucoup plus grand ( ~ 0,2),
la transition M 1 est doncbeaucoup
moins ralentie que laprévision
théo-rique.
Le niveau à 982 keV estprobablement
leniveau
3/2+
résultant du mêmecouplage
que lepré- cédent,
etprévu
à 926 keV(H. W.)
ou 970 keV(F. M.).
La transition de 982 keV est alors E2 pure et les calculs de H. W.
prévoient
que la transition de 527 keVest
pratiquement
MI pure etbeaucoup
moins intense.C’est ce
qu’on
observe mais l’intensitéexpérimentale
de la transition de 527 keV est mal connue
(tableau I).
L’alimentation gamma du niveau à 982 keV est
supérieure
à sadésexcitation,
aussi il estprobable qu’il
se désexciteégalement
par une transition de 133keV,
difficile àobserver,
vers le niveau à 849 keV.Les niveaux
11/2+
et9/2+ prévus théoriquement
à 1 000 et 1 049 keV par H. W. ne semblent pas obser- vés
ici,
la désexcitation du niveau à 1 280 keV n’est pascompatible
avec cesspins. Quant
aux nombreuxniveaux observés entre 1 500 et 2 100
keV,
il n’est paspossible
dans l’état actuel despossibilités expé- rimentales,
de les identifier aux niveauxthéoriques.
On
peut
seulement dire que la densité des niveauxobservés, compte
tenu des limitesprobables
de leursspins,
est bienreproduite
par les calculs. Pour allerplus
loin il faudrait des mesures de conversioninterne,
rendues très difficiles par la brièveté de la
période
et la
grande
intensité duspectre bêta,
ou des mesuresde corrélations
angulaires
rendueségalement
trèsdifficiles par la
complexité
duspectre
gamma et la faible intensité des raies.Le niveau à 2 068 keV est
peut-être identique
auniveau à une
quasi-particule
d3/2+
observéexpéri-
mentalement
[9]
à 2 070 keV et retrouvéthéoriquement
à la même
énergie.
Sa désexcitation vers le fonda- mental7/2+
et lepremier
niveau excité5/2+
peut êtrecomparée
auxprévisions théoriques.
Nous obtenons1(1613)/I(2 068) x 11,
alors que H. W.prévoient
un
rapport égal
à1,6.
Si ce niveau est bien à unequasi-particule
d3/2
la transition bêtaqui
l’alimenteest interdite
unique
à unequasi-particule,
ennégli- geant
lesmélanges
deconfiguration.
Nous obtenons pour cettetransition; log (ft) ~ 7,9.
Le niveau à 2 850 keV est alimenté par une transi- tion dont le
produit ft
est relativement faible. Comme l’adéjà signalé Holm,
ilpourrait
être dû aucouplage
d’un
proton
à une vibrationoctupolaire
du coeur.Effectivement le niveau 3- est situé à 3 276 keV dans
136Xe
et à 2 881 keVdans 138Ba.
La transition bêta est alorspermise
mais retardéepuisque
due seule- ment aumélange
avec des états departicule
deparité négative.
Il estcependant remarquable
que ce niveaualimente presque tous les niveaux excités de basse
énergie
et à moins que ces niveaux soient tous despin 3/2, 5/2
ou7/2,
avec l’attribution5/2-
pour le niveau à 2 850keV,
on observerait un certain nombre de transitions M2 intenses. Aussi nepeut-on
exclure que le niveau à 2 850 keV ait en réalité uneparité positive.
Nous remercions le Dr A.
Baudry
pour saparti- cipation
à la mesure de durée de vie décrite au§
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