Réactions induites sur l'or par des deutons de 10 à 70 MeV

HAL Id: jpa-00207102

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Submitted on 1 Jan 1971

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Réactions induites sur l’or par des deutons de 10 à 70 MeV

N. Chevarier, A. Chevarier, A. Demeyer, Tran Minh Duc

To cite this version:

N. Chevarier, A. Chevarier, A. Demeyer, Tran Minh Duc. Réactions induites sur l’or par des deutons de 10 à 70 MeV. Journal de Physique, 1971, 32 (7), pp.483-490. �10.1051/jphys:01971003207048300�.

�jpa-00207102�

RÉACTIONS INDUITES SUR L’OR

PAR DES DEUTONS DE 10 A 70 MeV

N.

CHEVARIER,

^A.

CHEVARIER,

A. DEMEYER et TRAN MINH DUC Institut de

Physique Nucléaire,

Université

Lyon,

^I

43,

Bd du 11 Novembre

1918, 69, Villeurbanne,

^France

(Reçu

^{le 15}

février 1971)

Résumé. ²⁰¹⁴ Les fonctions d’excitation des réactions (d, xn) ^{induites sur l’or} par les deutons ont été tracées jusqu’à l’énergie ^{de 70 MeV et} interprétées par ^un modèle statistique d’évaporation ^{et de}

réaction avant l’équilibre. ^Les rapports isomériques des réactions (d, ² n), (d, ⁴ n) ^{donnent des ren-} seignements complémentaires pour le _processus par noyau composé.

L’étude de la fonction d’excitation et des rapports isomériques pour la réaction (d, p 2 n) ^montre

que celle-ci est principalement ^une réaction de transfert.

Abstract. ²⁰¹⁴ Excitation functions have been determined for reactions induced in gold by ^deute-

rons up to 70 MeV. Isomer ratios were measured for (d, ² n) (d, ⁴ n), (d, ^{p 2} n) ^reactions.

The (d, xn) excitation functions have been interpreted ^{with a} statistical model including evapora- tion and precompound ^emission. Huizenga, Vandenbosch calculation method gives ^a good agree- ment with isomer ratios for (d, ² n) ^and (d, ⁴ n) reactions in the _range of _energy corresponding ^to compound ^nucleus process.

The (d, p 2 n) reaction both by its excitation function and its isomer ratio is shown to be mostly ^a

transfer reaction.

Classification

Physics Abstracts : 12.37

Les mesures des fonctions d’excitation des réactions

(d, xn), x

⁼

2, 4,

⁶

(d, p)

^et

(d,

p 2

n)

^{sur l’or ont été}

effectuées _pour une

énergie

^des deutons variant de 10 à 70 MeV.

Dans le cas des réactions

(d, xn),

ces mesures sont

analysées

par le modèle

statistique

^du noyau

composé

avec une densité de niveau de la forme

u-2

_exp

B/4

^au

auquel

^{est associé le modèle}

statistique précomposé

de Griffin permettant

l’interprétation

^{des traînées}

des fonctions d’excitation vers les hautes

énergies.

Cette étude est

complétée

par l’examen des rapports

isomériques

des réactions

(d,

²

n),

^et

(d,

⁴

n)

^et par leur

interprétation

^{dans le domaine}

d’énergie

^corres-

pondant

^aux réactions par noyau

composé.

Dans le cas des réactions

(d, p)

^et

(d,

p 2

n)

^{un essai}

est tenté pour ^{mettre en}

évidence,

^d’une part ^{la faible} contribution de la réaction _{par noyau}

composé,

d’autre part

l’impossibilité

de rendre compte par le modèle de Griffin des réactions de transfert.

Méthode

expérimentale.

^{- Les mesures des fonc-}

tions d’excitation _{pour les} réactions

(d, xn) (d, p)

^et

(d,

p 2

n)

^{sur l’or ont été} effectuées de 10 à 70 MeV

grâce

^aux

emplois respectifs

^des

synchrocyclotrons

^de

Lyon

^et

d’Orsay.

^Les

empilements

^{utilisés sont cons-}

titués de cibles minces d’or

(3 mg/cm2) séparées

par des feuilles d’aluminium et de cuivre servant à

dégra-

der

l’énergie.

^Le

monitorage

^{du flux est fait} par l’in- termédiaire de la réaction

27 AI(d, ap) ^24Na

^étudiée

antérieurement

[1].

^Les

principales caractéristiques

des radioéléments observés sont résumées dans le tableau I. Notons que, dans le cas du _noyau

193gHg,

une décroissance de

période

^{3 h a} été observée sur

les gammas de 263 ^et 407 keV mais aucune mesure

absolue n’en a été déduite par manque d’informations

sur le schéma de

désintégration.

Dans la

plupart

^{des cas une}

séparation chimique

or-mercure s’est avérée

nécessaire,

^{elle a été réalisée}

par

simple chauffage ;

^cette

technique

^{mise au}

point

pour l’étude de la réaction

(d,

³

n) [10]

^{a été}

exposée

en détail antérieurement

[11].

Pour le cas de la réaction

19’Au(d,

p 2

n) 196Au,

la contribution de la réaction

197Au(n,

²

n) ^196Au

due à l’ambiance

neutronique

^a été estimée en

plaçant

une feuille d’or derrière

l’empilement

^{hors de la}

portée

^des

deutons ;

^{elle est de l’ordre de 6 à 7}

%.

L’étude des réactions

(d,

²

n)

^et

(d, p) entreprise

antérieurement

[12,13,14]

de 10 à 25 MeV est

complé-

tée à

plus

^haute

énergie.

^Les résultats obtenus pour les fonctions d’excitation des réactions

197 Au(d, xn)

^{x =}

2, 4, 6 19’Au(d,

p 2

n) et 19 7Au(d, p)

sont

représentés

^{sur les}

figures

^{1 à 5.}

L’imprécision

sur les mesures des sections efficaces est estimée à 20

% ;

^{elle est due en}

partie

aux erreurs

expérimen-

tales faites notamment sur

l’étalonnage

absolu des ensembles de comptage ^{et la} détermination du flux mais est en fait essentiellement tributaire de

l’impréci-

sion des schémas de

désintégration

^{et varie donc sui-}

vant les noyaux étudiés.

Les rapports

isomériques

^sont

exposés

^{dans le}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01971003207048300

484

TABLEAU 1

FIG. la ; ^b. - Fonctions d’excitation 197Au(d, ² n) 197Hg

et 197Au(d, ² n) 197mHg lb présent travail ; 0 Vandenbosch et al.

tableau II. Ils sont connus avec une

précision

^d’environ

10

à,l 5 1 %

^{et sont}

présentés

^{sous la forme :}

FIG. 2. ^- Fonctions d’excitation des réactions : 0 i97Au(d, 4 n) 195mHg;

0 197Au(d, ⁴ n) 1959Hg.

FIG. 3. ^- Fonction d’excitation de la réaction

197Au(d, ⁶ n) 193-Hg.

TABLEAU II

FIG. 4. ^- Fonctions d’excitation des réactions : o 197Au(d, p 2 n) 19 6gAu ;

4b 197Au(d, p 2 n) ^196mAu.

FIG. 5. ^- Fonction d’excitation de la réaction

197Au(d, p) ^198Au:

0 ^{Nassif et} al. ;

. Présent travail.

Notons que les valeurs des sections efficaces mesurées pour la réaction

(d, p)

^sont

supérieures

^à celles obser- vées

précédemment [13].

^{Ceci est lié à un}

problème

de

monitorage déjà signalé [11 J.

486

En observant ces résultats on remarque l’allure très différente des fonctions d’excitation des réactions

(d,

⁴

n)

^et

(d,

p 2

n) qui pourtant

^se

produisent

^dans

des domaines

d’énergie identiques

^{et ont} des seuils très

proches.

^{Pour des}

énergies

incidentes

supérieures

^à

30 MeV la section efficace de la réaction

(d,

p 2

n)

reste

pratiquement

constante. Ce

phénomène

^{est à}

rapprocher

des observations faites dans le cas des réactions

(a,

p

xn)

^{sur l’holmium}

[15]

^{et le}

plomb [16].

Interprétation théorique.

^{- Le but de cette}

analyse

est de faire une

comparaison,

pour les réactions

étudiées,

^{entre les}

renseignements

donnés d’une part par

l’interprétation théorique

des fonctions d’excita- tion à l’aide du modèle

statistique

^du noyau

composé

et de

Griffin,

^d’autre part par le calcul des rapports

isomériques

^{fait dans}

l’unique hypothèse

^du noyau

composé.

Interprétation

^{des fonctions} d’excitation. ^- 1. MODÈLE DU NOYAU COMPOSÉ. ^- Dans cette

hypo-

thèse la réaction passe par deux

étapes

distinctes : formation du _noyau

composé

^{dans un état excité}

dont

l’énergie

^est

partagée

^{entre un}

grand

^{nombre de}

nucléons

puis

désexcitation de ce noyau par

évapo-

ration successive de

particules.

L’analyse

^{a été} réalisée à l’aide d’un _programme décrit _par ailleurs

[17] qui

permet ^{le calcul des}

proba-

bilités absolues d’émission des

nucléons,

protons ^et

alphas

^à

partir

^de

l’expression P(e)

de donnée _par

Weisskopf [18].

m, s et

Qinv(E

^{sont la} masse, le

spin

^et la section efficace inverse de capture ^{de la}

particule

^{émise. Le nombre}

d’états

m(u)

par unité

d’énergie

^du noyau résiduel

disposant

^de

l’énergie u,

^est pour ^cette

analyse, exprimé

^{sous la forme :}

Notons _que les

énergies

de liaison des neutrons, pro- tons,

alphas,

pour chacun des _noyaux résiduels envi-

sagés

^{sont calculées à}

partir

^{des tables de}

Mattauch

[19], corrigées

^{des effets de}

paire (2 b

⁼

1,8

pour

l’or)

^et que les sections efficaces inverses utilisées sont celles du modèle

optique [20].

Les sections efficaces de capture des deutons ont, pour des

énergies

incidentes

supérieures

^{à 20}

^MeV,

été calculées _par une formule

semi-classique [16]

ne tenant pas compte des coefficients de

pénétrabilité.

Cette

approximation

donne des valeurs érronées par excès

[211

^{mais cette erreur reste faible devant les}

erreurs

expérimentales.

^{Pour les faibles}

énergies,

les valeurs utilisées sont celles tabulées _par

Shapiro [22]

sur la base d’un _noyau

représenté

par ^un

puits

^de

potentiel

^carré.

FIG. 6. ^- Réaction 19 7Au(d, ² n) 19 7Hg : points expérimentaux ;

courbe théorique : f ⁼ 0,25.

L’analyse

^{faite avec une valeur du}

paramètre

^de densité de niveau a ⁼ 24

MeV-1 donne,

^{dans le} domaine

d’énergie

moyenne

correspondant

^{aux réac-}

tions

(d,

²

n), (d,

⁴

n)

^et

(d,

⁶

n),

^{un accord correct} quant ^{à la}

position

^en

énergie

^du

pic d’évaporation

mais ne peut

justifier

les trainées des fonctions d’exci- tation vers les hautes

énergies.

^Pour les réactions

(d, p)

^et

(d,

p 2

n)

^la contribution de la réaction par noyau

composé

^est

pratiquement négligeable (Fig.

⁸

et

9).

^Ce

phénomène déjà

^observé

[23] [24]

^est

généra-

lement

expliqué

^en attribuant une

grande

part ^{de la} réaction au «

stripping »

^{du deuton.}

2. MODÈLE DE GRIFFIN. ^- Ce modèle

[25]

^consiste

à

envisager

l’émission de

particules

^{au cours de la}

formation du _noyau

composé

avant que

l’équilibre thermodynamique caractéristique

^{de cet état ne soit}

atteint. Cette émission se traduit _par une composante à haute

énergie

^des spectres ^de

particules,

^ainsi que par les o traînées » des fonctions d’excitation. Elle

correspond

^{à un état dit «}

précomposé »

caractérisé par le nombre initial _ni de

particules

^{et de trous}

(appelés

indifféremment

excitons),

créés lors de la

première

interaction entre la

particule

^{incidente et}

le _noyau cible. Ce nombre croît

rapidement

^{à la suite}

d’une série d’interactions à deux _corps vers une

limite n

correspondant

^à la distribution à

l’équilibre.

Blann

[26] développant

^ce

^modèle,

définit la

probabilité

d’émission avant

l’équilibre

^{en sommant la}

probabilité

d’émission d’un état à n excitons sur tous les états

possibles

^{de la valeur}

initiale ni jusqu’à

^{la valeur à}

l’équilibre

^n.

L’expression

finale utilisée au cours de

l’analyse

^{est :}

Elle

dépend

^{de deux}

paramètres :

g : le nombre de

particules indépendantes

par MeV

au niveau de Fermi

qui

^{est relié au}

paramètre

^de

densité de niveau par

[27] g

^{= 6}

aln2,

ni : le nombre initial d’excitons

qui, d’après

^les

travaux

précédents,

^semble

dépendre

essentiellement de la nature de la

particule

incidente. Pour les _par- ticules ^a la valeur

généralement adoptée [28] [29]

^est

n; ⁼ 5, pour les protons

[30] ni

⁼ 3. Dans le cas

pré-

sent,

après

^divers

essais,

nous avons

adopté

^{la valeur}

ni ⁼ 3. Les

probabilités

d’émission de

particules

par désexcitation avant ou

pendant l’équilibre

^étant

connues, ^on calcule les sections efficaces de réaction

en admettant

qu’une

^fraction

f

^{de la réaction se} pro- duira _par émission dans le

précomposé,

^{la fraction}

(1 - f ) procédant

^alors par noyau

composé.

^Le

terme

f

^est

ajusté

pour rendre compte des résultats

expérimentaux,

^des valeurs très différentes variant de 7 à 65

%

^{lui ont}

déjà

été attribuées

[30] [26].

Pour l’ensemble des réactions

étudiées, l’analyse

^a

été faite avec les

valeurs n;

^{= 3 et a = 24}

^MeV’B

La

figure

⁷

représente

^{les résultats}

expérimentaux

^et

FIG. 7. ^- Réaction 19 7Au(d, 4 n) 19 7Hg :

les tracés

théoriques

^avec

f

⁼

^0,25

pour la réaction

(d,

²

n)

^et successivement

f

⁼

0,25

^et

0,55

pour la réaction

(d,

⁴

n).

^{On note}

qu’une interprétation

satisfaisante est obtenue _pour la réaction

(d,

²

n)

en admettant une contribution relativement

faible

d’émission dans l’état

précomposé

^mais que ^cette contribution semble augmenter pour la réaction

(d,

⁴

n),

c’est-à-dire _pour des

énergies

incidentes

plus

élevées. Ce résultat confirme des calculs faits

précé-

demment _par Barenshenkov

[31]

^d’une part, ^Blann d’autre part

[28].

^{Dans le cas de} la réaction

(d,

p 2

n)

le processus par noyau

composé

^devient

pratiquement négligeable (Fig. 8),

nous avons donc tenté

d’expliquer

cette réaction _par émission dans le

précomposé.

^On

FIG. 8. ^- Réaction 197Au(d, p 2 n) ^{196Au :} à points expérimentaux ;

observe alors un

décalage

^en

énergie

^{entre les résultats}

expérimentaux

^{et le tracé}

théorique qui

peut

s’expliquer

par le fait

qu’une partie

^{de la réaction}

procède

par

o pick-up »

^{du neutron ce}

qui

^demande

moins

d’énergie

^{incidente que son}

absorption

^dans

le noyau cible.

La réaction

(d, p) qui

^est connue comme étant ^une réaction de transfert ne peut ^être

analysée

correctement par émission dans le

précomposé (Fig. 9)

^ce

qui

confirme les limites

d’application

^{du modèle de Griffin}

qui

^est essentiellement

statistique

^et suppose

l’absorp-

tion de la

particule

^incidente par le

noyau-cible.

FIG. 9. ^- Réaction (d, p) :

Interprétation

^des

rapports isomériques.

^{- L’ana-}

lyse

^des rapports

isomériques

permet de confirmer _par

quel

processus ^se

produit

^{la réaction. Pour un}

couple

488

d’isomères

donnés,

^{la valeur de ce} rapport

dépend

essentiellement de la fraction du moment

angulaire

transmis au noyau par la

particule

^incidente.

Si la réaction

procède

par noyau

composé

^{tout le}

moment

angulaire apporté

par la

particule

^incidente

est transmis au noyau. Ce moment augmentant ^avec

l’énergie incidente,

^{la formation} de l’isomère de

spin

le

plus

^{élevé est de}

plus

^en

plus favorisée,

^{donc le} rapport augmente ^avec

l’énergie.

FIG. 10. ^- Rapports isomériques pour la réaction (d, ² n) :

· points expérimentaux ; 0 points ^calculés.

L’analyse

^des rapports

isomériques

des réactions

(d,

²

n), (d,

⁴

n), (d,

p 2

n)

^sera

entreprise

^{dans un}

certain domaine

d’énergie

pour

lequel

^on supposera que la réaction se fait _{par noyau}

composé,

^{la contri-}

bution de tout autre processus étant

négligeable.

L’expression adoptée

pour la densité de niveau d’un noyau

d’énergie

^{u de moment J est :}

p(u, J)

⁼

p(u, 0) (2

^{J +}

1) exp[ - ^J(J

⁺

^1)/2 U2]

où

p(u, 0)

^{est le terme} de densité de niveau pour ^un état de moment

angulaire

^nul et u, terme de

spin cut-off,

^{est le}

paramètre

de distribution des moments

angulaires.

^{Le terme}

p(u, 0) dépend

seulement de

l’énergie

d’excitation du _{noyau, il} est de la forme

p(u, 0)

^oc exp 2

.J a U.

^{Les calculs ont été faits avec}

un

paramètre

^de densité de niveau a ⁼ 24

MeV-1 correspondant

^à la valeur

A/8

^{donnée par la théorie}

du _gaz de Fermi.

Le calcul

comprend

^trois

étapes :

a)

Distribution de

spin

^{dans noyau}

composé.

Elle est calculée à

partir

^du

spin

^{I du noyau cible et des}

coefficients de transmission de la

particule

^incidente.

b)

Distribution de

spin

^du noyau résiduel

après

^émis-

sion d’une ou

plusieurs particules.

^Elle

dépend prin- cipalement

^des coefficients de transmission _{des par-} ticules émises et du terme de

spin

^cut-off.

c)

Distribution de

spin

^du noyau résiduel

après

émission

possible

^{de gammas.} Cette émission est sup-

posée dipolaire.

Cette méthode

d’analyse

^a donné lieu à de nom-

breuses

applications,

certaines introduisant

quelques

améliorations

[32] [33]

mais la conclusion

qui

^ressort

de l’ensemble de ces travaux est que la valeur

théorique

du terme de

spin

^{cut-off est}

généralement supérieure

aux valeurs donnant un accord satisfaisant avec les résultats

expérimentaux.

^{Pour le modèle du} gaz de

Fermi, l’expression théorique

^{étant : U2 =}

IR T lh2 (où IR

^{est le moment} d’inertie du _noyau considéré

comme une

sphère rigide

^{et T la}

température nucléaire),

on est amené à

adopter

^{un moment d’inertie I =}

kIR

avec k g3 ^1.

Nous avons calculé les rapports

isomériques pour

^les

réactions étudiées en admettant

1/IR

⁼

^0,3.

^{Ceci est}

en accord avec des résultats

déjà

^{obtenus sur l’or en}

particulier

pour les réactions

(a, xn) [35], (n,

²

n) [34], (p, n)

^et

(d,

²

n) [12] :

Notons que les coefficients de transmission des

deutons,

^{neutrons et} protons ^ont été

pris

^{dans la} littérature

[37] [20].

FIG. 11. - Rapports isomériques pour la réaction (d, ⁴ n) : à points expérimentaux ;

0 points ^calculés.

Pour les réactions

(d,

²

n)

^et

(d,

⁴

n)

^{l’accord est}

satisfaisant et l’on constate que la montée du rapport

isomérique correspond,

^en

énergie,

^au

pic d’évapora-

tion observé pour les fonctions d’excitation. Vers les hautes

énergies,

les valeurs des rapports

isomériques

deviennent

plus

^{faibles et varient} peu ^ce

qui

^confirme

que la réaction se fait par ^un mécanisme autre que le noyau

composé.

Pour la réaction

(d,

p 2

n)

^{le calcul}

des rapports

isomériques

^dans

l’hypothèse

^du noyau

composé,

^donne les valeurs

théoriques

^{faibles devant}

les résultats

expérimentaux (Fig. 12).

^{Il serait} peut- être souhaitable

d’envisager

^la contribution

d’évapo-

ration de deutons et de

tritons,

^{mais celle-ci ne}

pourrait

combler l’écart entre les fonctions d’excitation

expérimentales

^{et calculées.}

FIG. 12. ^- Rapports isomériques pour la réaction (d, p 2 n) : ,& points expérimentaux ;

0 points ^calculés.

FIG. 13. ^- Rapports isomériques pour la réaction

197Au(X, a’ n) 196Au : ¹ À points expérimentaux ;

0 points ^calculés.

Pour les

plus

^hautes

énergies

^{nous avons voulu}

contrôler _{que la} réaction ne

procédait

pas par émission de la

particule

incidente dans la voie de sortie. Pour mette en évidence ce dernier

point,

^l’étude des rap- ports

isomériques

^{de la}

réaction 19’Au(a,

^a’

n) 196Au, correspondant

^{à ce} processus

d’interaction,

^{a été entre-}

prise.

^Elle permet ^de

souligner

que dans le cas de la réaction

(a,

^a’

n)

^le rapport

isomérique

^{décroît lente-}

ment vers les hautes

énergies

alors que dans le cas de la réaction

(d,

p 2

n),

^ce rapport augmente ^de

façon

continue avec

l’énergie.

Semblables variations ont

déjà

été observées par Natowitz

[23]

pour les réactions

(d, p)

^ce

qui

confirme que, dans notre cas, le méca- nisme

prépondérant

^{est une réaction de transfert ou}

plus précisément

^de

pick-up

^{du neutron.}

Conclusion. ^- Il ressort des résultats ci-dessus _que l’association des modèles du _noyau

composé

^{et de}

Griffin permet ^{de rendre} compte ^{des réactions}

(d, xn)

entre 10 et 60 MeV à condition d’utiliser des valeurs de

f

^{croissant avec}

l’énergie. L’analyse

des réactions

(d, p)

^et

(d,

p 2

n)

confirme que le modèle de Griffin

ne peut

interpréter

que les réactions

procédant

par

absorption

^{de la}

particule

^incidente par le noyau- cible suivie d’une désexcitation _par émission de _par- ticules avant

l’équilibre.

Il serait souhaitable d’avoir des

renseignements plus précis

pour les valeurs des

paramètres n; et f à partir

^d’autres types

d’expérience

telle _que l’étude des spectres ^de

particules

^émises.

Remerciements. ^- Nous tenons à remercier M. le Professeur J. Tousset pour l’intérêt constant

qu’il

^a

porté

^{à ce travail effectué dans son} laboratoire ainsi que M. Le

Beyec

du Laboratoire de Chimie Nucléaire

d’Orsay

pour ^son aide

précieuse

^{lors des}

irradiations effectuées

auprès

^du

synchrocyclotron d’Orsay.

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