Distribution angulaire de la réaction 6Li(p, a)3He de 100 à 300 keV

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Submitted on 1 Jan 1961

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Distribution angulaire de la réaction 6Li(p, a)3He de 100 à 300 keV

N’Guyen Huu Khanh, L. Goldman, R. Bouchez

To cite this version:

N’Guyen Huu Khanh, L. Goldman, R. Bouchez. Distribution angulaire de la réaction 6Li(p, a)3He de 100 à 300 keV. J. Phys. Radium, 1961, 22 (5), pp.267-270. �10.1051/jphysrad:01961002205026700�.

�jpa-00236444�

DISTRIBUTION ANGULAIRE DE LA RÉACTION 6Li(p, a)3He ^{DE 100 A 300 keV}

Par N’GUYEN HUU KHANH, ^{L. GOLDMAN et R.} BOUCHEZ,

Laboratoire de Physique Nucléaire, Université et C. E. A., ^Grenoble.

Résumé.

La distribution angulaire ^des particules ^{3He de} la réaction 6Li(p, 03B1)3He ^a été mesurée à 144, 171, 215 et 247 keV, ^{de 45° à 150° utilisant un} spectromètre ^{03B1 à} scintillation ICs et un sélec- teur 200 canaux. Les points obtenus sont représentés ^{de 60° à 150°} par I(03B8) ^{~ 1 + A cos} 03B8, ^avec

A ~ 0,25, ^{montrant une forte} prédominance ^de l’émission des 3He vers l’avant ; ^en outre, il appa- raît une diminution aux plus petits angles. La théorie du noyau composé, utilisant deux niveaux (1,5 MeV, 3/2 +, ^ondes S) (1,85 MeV, 5/2 2014, ondes P) interprète ^{seulement 20} % du coefficient A ;

la plus grande partie de l’interaction semble due à un processus de

pick-up» du groupe deuton du 6Li par le proton.

Abstract.

The angular distribution of 3He-particles ^{from the} 6Li(p, 03B1)3He reaction has been measured below 300 keV. The distribution obtained I(03B8) ^{~ 1} + ^{A cos 03B8} (with ^{A ~} 0.25) beyond

60° gives preferentially ^{an emission in} the forward direction.

The compound ^nucleus theory ^{with two} interfering ^levels (3/2 ^{+ at 1.5 MeV and} 5/2

^at

1.85 MeV) ^{does not} explain ^the angular distribution observed ; ^{a direct} interaction process (pick-up)

seems to take place ^{at such a low} proton energy.

L’étude de la réaction gLi(p, «)3He par Marion (1956), pour ^une énergie ^des protons ^de 0,6 ^à 2,9 MeV, ^a montré que si l’on pouvait ^{décrirè la}

distribution angulaire par des ondes de protons s

ou p jusqu’à ^environ 2,5 ^{MeV il} n’était pas possible

1

de le faire à 2,9 ^{MeV et} qu’il fallait supposer ^soit des ondes de momeht angulaire plus élevé soit ^un processus d’interaction directe. Ayant ^incidem-

FIG. 1.

La courbe continue est la courbe d’excitation

expérimentale de la réaction 6Li(p, «)$He (Marion, 1956):

Les courbes discontinues ont été obtenues à partir ^{de la}

formule de Breit et Wigner ^{en utilisant les} paramètres

du tableau I.

ment observé pour ^une énergie de 200 keV que les

particules 3He étaient surtout émises vers l’avant,

nous avons entrepris l’analyse ^{détaillée de la dis-}

tribution angulaire qui ^n’était pas connue au-

dessous de 300 keV.

Dans ce domaine d’énergie ^le seul niveau 3/2 + de 1 MeV (protons s) ^ne peut expliquer ^{une telle} distribution ; ^{ce niveau} 3/2 + ^n’est d’ailleurs pas sûr (Marion, 1956) ^{la forme de} la section efficace ne

s’accordant _pas bien (fig. 1) ^{avec une} résonance à

un niveau. Quant ^{au second niveau} 5/2 - ^de 1,85 ^MeV (ondes P) ^{il est fort} éloigné ^{et une inter-}

férence avec le niveau 3/2 + produit ^{un terme en}

cos 0 qui ^{ne suffit} pas à interpréter ^la forme obser- .vée _pour la distribution angulaire.

Dispositif expérimental. - ^Le dispositif expéri-

mental a été décrit précédemment (Bouchez, 1960, Goldman, 1960) ^et comprend essentiellement un

accélérateur électrostatique (300 kV, 1 mA), ^l’éner- gie ^{du faisceau étant définie} par la stabilité 1 %

de la génératrice haute tension SAMES.

Les cibles de Li naturel étaient obtenues _{par éva-}

poration, ^et introduites dans la chambre à réaction

sous forme de LiOH.

Les particules ^{a et} 3He furent détectées à l’aide de deux spectromètres (3 % pour ^{les oc de 8 MeV}

du 7Li) ^à scintillation _par ICs. L’un, ^{la voie fixe}

situé à 750 du faisceau de protons ^{était utilisé}

comme « moniteur » ; ^{l’autre la voie} mobile, ^don-

nait à la fois le spectre ^des particules ^{ce et 3He et le} spectre ^des particules ^oc du’Li(p, 20e). ^{Vers l’avant}

les particules ^{a et 3He ont} toujours ^{été bien} sépa- rées, ^{mais vers l’arrière} (y > 1350) ^les particules « (6Li) parvenaient ^sur le cristal ICs avec une énergie

d’environ 800 keV (E, c2e ²⁰⁰ keV) ^étaient partiel-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01961002205026700

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lement’ cachées _{par les} protons ^diffusés. Chaque

détecteur avait un angle ^solide D/47T ^{N 5.10-4.}

Devant les cristaux d’ICs on dispose ^{un écran}

200 vg/cm2 polystyrène ^{recouvert de 150} vg/cm2

aluminium évaporé pour arrêter les protons diffusés.

Trois chaînes électroniques ^{ont été} réalisées d’une

part ^{la voie} fixe pour la détection des oc du 7Li utilisée comme ^« moniteur » de la réaction, ^et

d’autre part la voie mobile à angle ^{variable était} dédoublée, ^une première partie ^{donnant le} spectre ^oc

et 3He du 6Li, la seconde partie ^{donnant le} spectre ^a

du 7Li _pour obtenir la distribution angulaire ^simul-

tanée de la réaction 7Li(p, 2oc) ^{utilisée comme test.}

Les spectres ^étaient analysés par ^un sélecteur 200 canaux (seuil ^{400 keV} pour 03B1).

Résultat -des mesures. - On a effectué les ^me-

sures pour les énergies 144, 171, ^{215 et 247} keV, pour chaque énergie ^{on a mesuré} l’intensité relative

des particules ^3He pour ^un angle y(L) ^variable

de 45° à 1500. L’énergie ^des particules ^{3He étant} plus grande que celle des ^oc le spectre ^{3He est nette-}

ment séparé ^{des ce et} le bruit de fond négligeable.

La hauteur des impulsions ^{des 3He est environ}

deux fois celle des ^oc à Ep

^{2.00 keV} et cp = 135°.

La distribution angulaire ^{des 3He est ainsi} plus

aisée à obtenir, ^{et. la} précision ^est beaucoup plus grande que pour celle des oc, ^en outre on peut ^en

déduire la distribution des oc.

Le résultat des expériences ^{montre la} prédo-

minance vers l’avant dans l’émission des parti-

cules 3He, ^{mais l’on constate une nette indication}

d’une diminution relative aux très petits angles.

Il serait utile _pour préciser ^{de mesurer} la distri- bution au-dessous de 45° (fig. 2).

Calcul de la distribution angulaire.

^Nous

avons calculé les coefficients de la distribution

angulaire ^de la réaction 6Li(p, (X)3He A partir ^du

formalisme mathématique ^{de Blatt et} Biedenharn.

Le calcul de la distribution angulaire ^{nécessite en} général des sommations sur les nombres quantiques magnétiques ^et fait intervenir des séries de Clebsch- Gordon dont la détermination directe est souvent

,très pénible. ^{Blatt et} Biedenharn ont remarqué que

toutes les sommations sur les nombres quantiques magnétiques ^sont essentiellement géométriques ^et

ne dépendent pas du processus particulier ^{de réac-}

tion. En introduisant les coefficients W(ljl’j’ ; sk)

de Racah, ^{ces auteurs} montrent que ^toute distri- bution angulaire peut ^{se mettre sous la forme}

où À. est ^la longueur d’onde réduite de la voie

d’entrée, Sa ^et Sx les spins ^{de la} particule ^incidente

et du noyau’ cible, Pk (cos 0) ^le polynôme ^de

FIG. 2.

Distribution angulaire ^des particules ^{3He de}

la réaction "Li(p,oc)9He ^{dans le centre de masse. Les}

droites en pointillées correspondent ^{à une loi en} (1 + A ^cos 0) ^en négligeant ^les points expérimentaux ^au-

dessous de 600.

Legendre ^{d’ordre k et les} coefficients Ck ^sont définis

par

Dans cette expression ^les coefficients Z(l’j’lj ; sk) ,

sont liés aux coefficients W de Racah par la rela- tion

Z(l’j’Lj ; sk)

,

Ces quantités purement géométriques ^ne dépen-

dent que des ^moments angulaires ^totaux j, ^des

moments orbitaux 1 et des spins s des voies. Tandis que les quantités a’l2 82 j’IRI(Xl ^{si j’} > sont des éléments de la matrice de collision dont l’expres- sion, souvent très compliquée, dépend ^{des condi-}

tions physiques ^{et de la nature de} l’interaction.

Dans la réaction 6Li(p, OC) 3He ^le spin ^Sa du pro- ton est 1/2 ^{et le} niveau fondamental _{du noyau} cible a pour spin 6’a: =1, ^le spin ^{de la voie d’entrée}

,

peut ^donc prendre ^{deux valeurs} S, == 1/2 ^ou 3/2.

Cependant, ^{seule la valeur} 3/2 ^_de S, ^intervient

dans cette réaction _pour former avec les protons

s et p de moment orbital li

^{0 et} 1, ^les

niveaux 3/2 + ^et 5/2 - ^{du 7Be} qui correspondent

aux niveaux miroirs de 7,7 ^{et de} 6,5 ^{MeV du 7 Li.}

Comme la ^« voie de sortie » est composée ^d’une particule ^{oc de} spin ^{0 et} d’un noyau d’3He de

spin 1/2, ^le spin S2 ^{de cette voie est} 1/2 ^{et le moment} orbital l2 ^doit prendre ^{les valeurs} 2, ^{3 etc... Les}

ondes d’ordre supérieur ^des protons ^incidents pénè-

trent de plus ^en plus difncilement dans le noyau cible pour provoquer la réaction, ^{aussi ne consi-}

dérons-nous ici que les valeurs 12

^{2 et 3.}

Nous avons déterminé les valeurs des coefficients

Z(t’j’lj ; 8k) qui interviennent dans’ cette réaction à

partir ^{des tablés de} Sharp, Kennedy ^et Hoyles ^et

par ^un calcul direct. Compte ^{tenu des} hypothèses précédentes, l’expression ^{de la} distribution angu- , laire de cette réaction en fonction des éléments de

la matrice de collision s’écrit :

ou encore :

et

Nous avons explicité ^ces éléments de matrice en

utilisant la formule de Breit et Wigner :

où les quantités G(CXZ3») ^sont définies à partir ^des largeurs partielles r(,°s’) par la relation :

et les phases Ç0153 ^sont telles que

Gi et _Les F, désignant ^{les fonctions} coulombiennes.

caractéristiques ^{des deux} niveaux de réso-

nance ont été déterminées à l’aide des courbes d’excitation expérimentales ^{et sont} réunies dans le tableau T.

.

TABLEAU 1

Notons que nous avons ^« déplacé » ^{le niveau à}

basse énergie pour obtenir un meilleur accord avec la courbe expérimentale.

Comparaison ^avec l’expérience.

^{Dans la bande} d’énergie comprise ^entre 0,6 ^{et 2} MeV, ^{les courbes}

de distribution angulaire ^{déduites de nos calculs}

s’accordent bien avec les courbes expérimentales ^et théoriques ^de Marion, ^{Weber et Mozer} (fig. 3, 4).

Mais pour les énergies plus ^{faibles, nos valeurs} théoriques sont nettement inférieures à celles obte-

nues par L Goldman (tableau II).

TABLEAU II

Le coefficient A étant défini _par la relation :

Nous voyons que les valeurs calculées du coeffi-

cient A sont seulement d’environ 25 % ^des valeurs

expérimentales.

270

Fie. 3.

Courbes de distribution angulaire : 6Li(p, a)gHe.

L’interprétation théorique ^{de la} distribution

angulaire ^à l’aide de la théorie du _noyau composé

avec les deux niveaux 3/2 ^{+ et} 5/2 - ^ne peut

donc _pas expliquer les résultats expérimentaux, ⁿⁱ

pour les ^{très faibles} énergies au-dessous de 300 keV,

ni pour les énergies ^{au delà de} 2,5 ^MeV (Marion, 1956). ^{Il semble} qu’un processus d’interaction di-

FIG. 4. - Courbes de distribution angulaire : sLi(p, rt)8He.

recte ^{a eu} lieu dans cette réaction même pour les faibles énergies.

De nouvelles expériences ^seront nécessaires _pour étudier la zone d’énergie comprise ^{entre 300 et}

600 keV et il sera souhaitable qu’une ^{étude théo-} rique ’sur la base de la théorie de l’interaction directe soit entreprise pour éclaircir le problème.

Manuscrit reçu le ³⁰ janvier ^1961.

BIBLIOGRAPHIE BLATT (J. M.) et BIEDENHARN (L. C.), ^{Rev. Mod.} Physics,

1952, 24, 258.

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