Étude de la réaction 31P(p, (α0) 28Si induite par des protons de 1,4 MeV à 1,9 MeV

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Étude de la réaction 31P(p, (α0) 28Si induite par des protons de 1,4 MeV à 1,9 MeV

J. Vernotte, M. Langevin, H. Laurent

To cite this version:

J. Vernotte, M. Langevin, H. Laurent. Étude de la réaction 31P(p, (α0) 28Si induite par des protons de

1,4 MeV à 1,9 MeV. Journal de Physique, 1966, 27 (11-12), pp.773-779. �10.1051/jphys:019660027011-

12077300�. �jpa-00206472�

773.

ÉTUDE

DE LA RÉACTION

31P(p, (03B10)

^28Si INDUITE PAR DES PROTONS DE 1,4 MeV A

1,9

^MeV

Par J. VERNOTTE,

M. LANGEVIN et H.

LAURENT,

Laboratoire

Joliot-Curie, Orsay,

^France.

Résumé. ²⁰¹⁴ La fonction d’excitation de la réaction

31P(p, 03B10)28Si

^{a été} déterminée ^entre

1,4

^{MeV et}

1,9

^MeV.

Sept

résonances ont été trouvées. Des _mesures de distribution

angulaire

ont été faites sur quatre d’entre elles.

L’analyse

^{de ces} distributions

angulaires

permet de pro- poser les

spins

^et

parités

suivants : Ep

= 1,402

^MeV

(2+, 3-) ; Ep =1,509

^MeV

(1-) ; Ep

⁼

1,642

^MeV

(0+, 1-) ; Ep

⁼

1,893

^MeV

(1-).

Abstract. 2014

^The

yield

^{of the}

31P(p, 03B10)28Si

reaction has been studied in the energy range 1.4 MeV 2014 1.9 MeV. Seven resonances have been observed.

Angular

distribution measu- rements have been carried out for four of these resonances.

Angular

distribution

analysis gives

^the

following

^{values for}

J03C0 : Ep

= 1.402 MeV

(2+, 3-) ; Ep

= 1.509 MeV

(1-) ; Ep

^{= 1.642 MeV}

(0+, 1-) ; Ep = 1.893

^MeV

(1-).

PHYSIQUE

27,

NOVEMBRE-DÉCEMBRE 1966,

I. Introduction. ^- Au cours de 1’etude

pr6li-

minaire de la reaction

28Si(a, y)32S [1]

^{nous avons}

observe

plusieurs

^{niveaux excites de} 325. Ces niveaux

sont de

parité

^naturelle

(o+, 1-, 2+ ...),

^le noyau cible et la

particule

^incidente ayant ^{tous deux un}

spin

^{0 et une}

parité positive.

^{Dans le but de}

pr6ciser

le

spin

^{et la}

parite

^de certains de ces niveaux nous avons

entrepris

^{1’etude de} la reaction

31P(p, oco)28Si

ou ao

repr6sente

^le groupe de

particules alpha qui

atteint le niveau fondamental de 28Si. Les deux reactions cit6es ci-dessus

procèdent

par le ^mame noyau

compose 32 S,

et, la voie d’entree de ^{la reac-} tion

28Si( (l, y)32S

^6tant

identique

^{a la voie de sortie}

de la reaction

31P(p, OCO)28Si

^on peut penser observer les memes niveaux dans le

compose.

Cette derni6re reaction a

deja

^ete 6tudi6e par

Kuperus

^{et al.}

[2]

avec des

protons

^de

0,2 à 0,85

^{MeV et} par Clarke

et al.

[3]

^{avec des} protons ^{de 1 a 3} MeV. La fonction d’excitation obtenue _par ces derniers a 900 avec un

spectrom6tre magn6tique

^{montre un} certain nombre de resonances

qui,

^{dans la}

region

^de

1,4 it 1,9

^MeV

correspondent

^{bien 4} certains niveaux de 32S

deja

observes dans la réaction

28Si(oC, y)325.

^{En mesurant}

la distribution

angulaire

^des

particules alpha

^attei-

gnant ^le niveau fondamental de

28Si,

^{il est}

possible

d’obtenir une information sur le

spin

des niveaux du _noyau

compose,

^{et sur leur}

parité, puisqu’ils

^sont

de

parité

^naturelle.

II

Appareillage expérimental. - 1)

^{CHAMBRE A}

REACTION. ^- Nous avons utilise le faisceau de protons de 1’accelerateur Van de Graaf de 4 MeV du

FIG. 1. ^- Schema de la chambre a reaction.

1)

^{Chambre a} reaction 500 mm. -

2)

^{Cible. -}

3)

^{Boite a fentes. -}

4) Diaphragme.

5)

^Ensemble

porte-détecteurs.

^-

6)

D6tecteurs. ^-

7) Cage

^de

Faraday

^isolee.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019660027011-12077300

774

laboratoire. Par une

optique

convenable nous ame- nons le faisceau au centre de la chambre 4 reaction.

La chambre a reaction

(fig. 1)

^{a un diam6tre de}

500 mm. Les cibles sont amen6es au centre de la chambre au moyen d’un sas fixe ^sur le couvercle.

Sur le

porte-cibles

coulissant dans le sas 6taient

g6n6ralement dispos6es

^{deux cibles et un} quartz permettant ^de

r6gler optiquement

la focalisation du faisceau. Les dimensions de

l’impact

^{du faisceau sur}

le quartz ^sont commandées _par les lentilles

quadru- polaires

^{d’une part, et d’autre}

part

par des levres en

tantale,

refroidies a 1’eau et

r6glables manuellement, qui

permettent ^de

n’accepter

que la section d6sir6e du faisceau. Avant d’atteindre la

cible,

^{le faisceau}

traverse un

diaphragme

anti-diffusion. La tache du faisceau _qur le quartz ^{6tait dans ces} conditions un

carr6 de 2 mm de côté.

Deux ensembles mobiles

indépendants

pouvant

tous deux

pivoter

^{dans un}

plan

horizontal autour

d’un axe passant par le centre

g6om6trique

^{de la}

chambre supportent ^les d6tecteurs. Ces deux ensembles sont

commapd6s

de l’ extérieur de la chambre et leurs rotations sont

repérées

^{sur deux}

tambours

gradu6s

^en

degr6s. ^Nous

^{avons vérifié que}

la

géométrie

^de

l’ ensemble

6tait bonne au moyen de la diffusion Rutherford des protons ^de

1,4

^{MeV sur}

un element _moyen,

l’yttrium.

Apres

^{avoir traverse la} cible le faisceau va

frapper

1’extremite d’un tube isol6 formant _cage de

Faraday,

Les

charges

ainsi collectées sont mesur6es au moyen d’un

int6grateur.

2)

^{CIBLES. - Les} cibles 6taient obtenues par

evaporation

^{sous vide de}

phosphure

^{de zinc}

(de

⁶⁰

a 90

yg/cm2

^de

ZU3p2)

^sur support ^{de carbone}

(environ

²⁰

fLg/cm2). L’épaisseur

^{6tait controlee au}

cours de

1’6vaporation

^{au moyen d’un}

dispositif

⁴

quartz piézoélectrique. L’6paisseur

^d’une

cible,

d6duite de la

largeur, experiment ale

^{de la r6sonance}

a

1,4 MeV, 11 ±

²

keV, ^est compatible

^{avec les}

valeurs donn6es

plus

^{haut en masse} par unite de surface

(compte

^{tenu de} l’inclinaison de la cible ^sur le

faisceau).

3)

DETECTEURS ET ÉLECTRONIQUE ^{ASSOCIEE. -} Nous avons utilise quatre d6tecteurs solides

ORTEC,

de 100 mm2 de surface et de 500 _u

d’6paisseur, auxquels

^nous

appliquions

^{une tension de 80 volts.}

Ces d6tecteurs isol6s

électriquement

^{de la masse de}

la

chambre,

^{6taient fixes a} 1’extr6mit6 d’un colli-

mateur et

montés,

trois d’entre° eux sur un des ensembles

mobiles,

^le

quatri6me

^sur 1’autre ensemble mobile. Des

diaphragmes (diametre

⁴

mm)

permet- taient de limiter

I’angle

^{solide de} detection. La dis-

tance des d6tecteurs a la cible est de 15 _cm, et

I’angle

^{solide sous}

lequel les

d6tecteurs voient la cible est de 6 X 10-4 st6radian. A chacun de ces

d6tecteurs est associee une

6lectronique identique :

un

préamplificateur de charge,

^un

amplificateur,

^un

s6lecteur monocanal et une échelle de comptage ^en

parallele

^{avec un}

analyseur

^{a 256 canaux. Les seuils}

des s6lecteurs 6taient

ajust6s

^{de mani6re 4}

n’accepter

que les

impulsions correspondantes

^aux

particules alpha recherch6es,

^dont

l’énergie

^{est connue} par ^une etude

pr6alable

^{de la}

ein6matique

^de la reaction.

III. Résultats

expérimentaux.

^-

1)

^FONCTION

D’EXCITATION. ^- Les d6tecteurs etant

places

^aux

quatre

angles

suivants dans le laboratoire :

90°, 125°,

^{150° et}

170°,

^{nous avons construit} quatre fonctions d’excitation. La

figure

²

repr6sente

^la

fonction d’excitation obtenue a 170°. Entre

1,4

^et

1,9

^MeV nous avons observe sept resonances que

nous pouvons

attribuer,

par des considerations de

cinématique, à

la reaction

31P(p, ao)28Si.

^{Nous indi-}

quons

dans

le tableau 1

l’ énergie

^des

protons a

^la

resonance,

^et

l’énergie

d’excitation du _noyau com-

posé 32S,

^en utilisant la valeur

Q(p, y)

⁼

^8,864

^MeV

[4].

L’accord est bon entre nos résultats et ceux de Clarke et al.

[3].

TABLEAU 1

RESONANCES DANS LA REACTION

31P(p, (l0)28Si

2)

DISTRIBUTIONS ANGULAIRES. ^- Nous avons

mesur6 les distributions

angulaires

^des ao

emis,

pour les quatre resonances suivantes : 1402

keV,

1509

keV,

^{1642 keV et 1 893 keV.} Suivant les resonances nous avons mesur6 les distributions _angu- laires _{poiir six} ou sept

angles.

^{Nous avons utilise un}

d6tecteur a 1600 comme moniteur. Le deuxieme ensemble mobile

supportait

les trois autres détec- teurs,

s6par6s

^{chacun de 25°.}

L’6nergie

^des

particules alpha

que ^nous voulons d6tecter est de l’ordre de deux fois

l’ énergie

^des

protons incidents : les

impulsions

^{dues a ces}

parti-

cules

alpha

^sont done voisines des

empilements

^de

deux

impulsions

dues A la diffusion Rutherford sur

le

phosphure

de zinc. La section efficace de cette

diffusion est tres

sup6rieure

^{a la} section efficace de la reaction

(p, ao)

^et nous avons diminue le nombre

d’empilements

^en travaillant avec une intensite de

5/100 yA

^{ou de}

1/10 uA

^suivant que les

angles

d’observation 6taient

plus

^{ou moins vers l’ avant.}

On voit sur la

figure

^{3 un}

exemple

^des spectres obtenus.

FIG. 2. ^- Fonction d’excitation obtenue a 1700.

FIG. 3. ^-

Spectre

^{obtenu a} la resonance la

plus

^intense

(Ep

^{= 1893}

keV)

^{montrant le}

pic

^{du aux}

particules alpha

^{et les}

pics

^{dus a} la diffusion Rutherford.

Blab ⁼

1700; Q

^{= 50}

ycb ;

^{1 -}

0,07 yA ;

Ep

=1,89

MeV ; ^{Ea =}

2,98 MeV ;

Eemp ⁼

3,31

^MeV.

Nous nous sommes limites a des

angles

^d’obser-

vation

compris

^{entre 170° et 850. Vers}

1’avant,

^la

diffusion Rutherford augment,e ^{en effet tres vite et}

le taux

d’empilements

^devient trop

important.

^En

admettant _que les resonances observ6es sont inter-

pr6tables

par ^une formule a un

niveau,

^{les distri-}

butions

angulaires

^sont

sym6triques

par rapport 900 dans le centre de _masse, et cette limitation ne

nuit

pas a l’interpr6tation

^{des resultats}

expéri-

mentaux.

Des

resonances

dans la diffusion

élastique (p, p) s’ajoutent

^{a la} diffusion Rutherford. Dans le do- maine

d’energie

^incidente

6tudi6,

il y ^a deux reso-

nances

12C(p, p) [5]

^et quatre resonances

31P(p, p) [6].

Nous avons tenu compte ^{de ces} resonances dans

l’appréciation

^du spectre

d’impulsions

^{dues au}

ph6-

nom6ne

d’empilement.

Les valeurs obtenues dans le

systeme

^{du labora-}

toire ont ensuite 6t6 transformées dans le

systeme

du centre de masse. La

figure

^{4 montre la variation}

avec

l’ angle

^du rapport ^de la section efficace diff6- rentielle a un

angle

^{et de la section efficace diff6-}

rentielle a

160°, angle

^{ou 6tait}

place

le moniteur.

IV.

Analyse

des resultats. ^-

1)

^{FORMATION DU}

NIVEAU DANS LE NOYAU COMPOSE. ^- Les valeurs du

moment

angulaire

^du niveau fondamental _{du noyau} final

(0+)

^{et des}

particules

^sortantes

(particules alpha);

éliminent la

possibilite

^{d’un «}

m6lange

^de

moment orbital » dans la voie de sortie.

Dans la voie

d’entree, le

noyau cible

31P(Jj2+)

^et

776

le proton peuvent ^se

coupler

de mani6re a donner

un

spin

^{de voie} d’entrée 8

6gal

^{a 0 ou a 1. Les} noyaux formes dans le _noyau

compose

^{etant de}

parité

^natu-

relle,

la conservation de la

parité impose qu’il n’y

ait pas de ^«

m6lange

^{de moment orbital » dans la}

voie d’entr6e. Par contre

(sauf

pour le niveau

JTt ⁼ 0+

qui

^{ne peut etre form6 que} par des pro- tons 1 ⁼ 0 avec s ⁼

0)

^il y ^{a une}

possibilit6

^de

«

m6lange

^de

spin

^{dans la} voie d’entree ^» suivant que les

spins

^du proton ^et du noyau cible se

couplent

a 0 ou a 1. II faut tenir compte ^{de cette}

possibilit6

dans

l’analyse

^des distributions

angulaires.

FIG. 4. ^- Distributions

angulaires experimentales.

Les courbes continues

representent

^les distributions

angulaires theoriques :

^les

param6tres

^{J et t sont ceux} du tableau 2. Voir texte.

2)

FORMULATION DE LA FONCTION DE DISTRI- BUTION ANGULAIRE. ^- La section efficace diffe- rentielle d’une reaction

proc6dant

par l’interm6diaire de niveaux bien d6finis dans le _noyau

compose

peut

etre

d6velopp6e

^{en somme de}

polynomes

^de

Legendre

d’ordre

pair [7] :

Les coefficients

Ak,

^dont

1’expression générale

^est

donn6e dans

[7],

^{sont dans notre cas :}

s :

spin

de la voie d’entr6e

(s

^{= 0 ou s =}

1),

J : moment

angulaire

^{du niveau du}

compose

(J = lv = la.).

Les coefficients Z ^sont tabul6s

[8].

^{11 faut enfin}

tenir compte ^{de la}

possibilite

^de

m6lange

^de

spin

dans la voie

d’ entrée, qui

^{donnera une} distribution

angulaire

^{de la forme :}

oil t ⁼

r ps=I llr ps=o ^l, rpsi

^{6tant la}

largeur

pour la capture ^d’un proton ^{de moment}

orbital 1,

^{avec un}

spin s

^{dans la} voie d’entr6e. Les distributions _angu- laires

th6oriques auxquelles

^nous comparons les dis- tributions

angulaires experimentales

^{sont :}

FIG. 5. ^- Variation

de x2

pour la resonance

En

== 1,402

^{MeN-. Le} paramètre ^t

représente

^le

m6lange

de

spin

dans la voie d’entree. La valeur de

Z2

^est

divisee par le nombre de pai-am6tres

libres,

c’est-a-dire le nombre de

points experimentaux

moins le nombre de param6tres ^autour

desquels

s’effectue la recherche

(dans

^cette

experience,

^{un seul} parametre :

t).’

^La

limite a

0,1 %

^{est aussi}

representee.

3)

RESULTATS. ^- Nous avons utilise l’ordinateur UNIVAC H07 de la Faculte des Sciences

d’Orsay

pour

analyser

^{nos resultats} par la methode des moindres carrés. La m6thode

employee

^est compa- rable a celle de Glaudemans et al.

[10].

^{Le pro-}

gramme

calcule,

^en fonction du

paramètre t

^variant

de 0 a +

oo, 1’6cart

^{entre les} distributions

angulaires expérimentale

^et

theorique.

^Le

spin

^{du niveau reso-}

nant est tralt6 comme un

parametre

^{inconnu. La}

valeur de ^t

adoptee

^{est celle}

qui

^{fournit la}

plus petite

^{valeur de}

Z2.

^Les

figures

^{5 a 8 montrent les}

resultats obtenus. Sur les

figures,

^{on a trace une}

FIG. 6. ^- Variation de

x2

pour la resonance F,p =

1,509

^MeV.

droite

qui repr6sente

^{la limite de}

0,1 %

que 1’on consid6re habituellement comme la limite entre ies valeurs

probables

^et

improbables

^de

X 2.

^Cela

signi fie

que la

probabilité que x2

^{a de}

d6passer

^{cette limite}

est inf6rieure a

0,1 %.

Les resultats sont

consignes

dans le tableau 2.

4)

DISCUSSION :

1)

Risonances à 1 509 keV et 1893 keV. ^- Nous trouvons la valeur J" ⁼ 1- pour la ^résonance 7

778

FIG. 7. ^- Variation

de Z2

pour la resonance E, ⁼ 1,642 ^MeV.

TABLEAU 2 RESULTATS DE L’ANALYSE

DES DISTRIBUTIONS ANGULAIRES

(Ep

^{= 1 893}

keV),

^{en accord avec la valeur doiln6e}

par Paul et al.

[11] (31p(p, y)32S),

par Cohen- Ganouna et al.

[6] (31P(p, p )31 P)

^et par

Langevin

et al.

[1] (28Si(a, y)32S).

Nous trouvons

aussi

la valeur Jrt ⁼ 1- _pour la resonance 3

(E,

^{= 1 509}

keV),

^{en accord avec}

Cohen-Ganouna et al.

[6]. L’6nergle

^{de resonance}

trouv6e par ^ces auteurs est

plus

^6lev6e

(1

^{521 keV}

au lieu de 1 509

keV,

1 904 keV ^au lieu de 1 893

keV).

^{Nous avons}

egalement d6velopp6

^les

distributions

angulaires

obtenues à ces deux reso-

FIG. 8. ^- Variation

de X2

pour la resonance Ep ⁼

1,893

^MeV.

nances sous la forme d’une somme de

polynomes

^de

Legendre.

^Les coefficients du

d6veloppement

^{ont 6t6}

calcul6s _par la m6thode des moindres

carrés,

^telle

qu’elle

^est

expos6e

par Cziffra et al.

[12],

^{a l’aide}

d’un programme 6crit pour 1’UNIVAC 1107. Le

parametre t

^{calcule a}

partir

^des coefficients du d6ve-

loppement [9]

^est

compatible

^{avec celui obtenu avec}

1’autre mode

d’analyse (Ep ==

^{1 509}

keV,

t ⁼

0,44 ± 0,01) (Ep

^{== 1 893}

^{keV, t}

^{= 7 ±}

1,7).

2)

^{Résonance à} 1 642 keV. ^- Pour lever l’indé- termination entre les deux valeurs

propos6es

pour la

spin

^{et la}

parite (0+

^ou

1-),

^{nous avons fait une}

mesure du rendement en cible

épaisse.

^{La valeur}

trouv6e

(y(oo)

⁼

86 ± 7af101° protons)

^{nous conduit}

a une valeur de

(2J

⁺

1) (Fp r rx/r).

⁼ 267 eV. Des considerations sur les

largeurs

^{reduites nous font}

pencher

^{en faveur} de J" ⁼ 1-. Des mesures

plus pr6cises

^sont en cours au laboratoire.

3)

^{Risonance à 1402 keV. - Nous n’avons} pas choisi entre les valeurs

proposees,

^{2+ ou 3-. Nous}

pensons lever cette indétermination au moyen de

mesures de correlations

angulaires

^sur les cascades de d6sexcitation des niveaux

correspondants

^{f ormes}

dans la reaction

28Si((X, y)32S.

V. Remerciements. ^- Nous remercions M. C. Ste-

phan

pour des conseils dans 1’elaboration _{des pro-} grammes ^et M. J. P.

Schapira

^{pour de} fructueuses discussions. Nous remercions enfin

l’équipe

^des

ing6-

nieurs et des conducteurs de l’ accélérateur Van de Graaf

d’Orsay.

Manuscrit _regu le

8 juin

^1966.

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