Désexcitation de noyaux de dysprosium obtenus par bombardement de terbium par des protons

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Désexcitation de noyaux de dysprosium obtenus par bombardement de terbium par des protons

M. Lefort, G. Simonoff, X. Tarrago

To cite this version:

M. Lefort, G. Simonoff, X. Tarrago. Désexcitation de noyaux de dysprosium obtenus par bombardement de terbium par des protons. Journal de Physique, 1963, 24 (11), pp.833-835.

�10.1051/jphys:019630024011083300�. �jpa-00205621�

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DÉSEXCITATION DE NOYAUX DE DYSPROSIUM OBTENUS PAR BOMBARDEMENT DE TERBIUM PAR DES PROTONS

Par M. LEFORT, ^{G. SIMONOFF} (1) ^{et X.} TARRAGO,

Laboratoire Joliot-Curie, Faculté des Sciences de Paris, Orsay, Seine-et-Oise.

Résumé. 2014 ^{On a} construit les fonctions d’excitation entre 80 et 155 MeV des réactions (p, ⁹ⁿ⁾ (p, 10n) ^{induites sur} le terbium-159.

La comparaison ^{avec un} calcul fondé sur les interactions directes (p, xn) ^{avec x}

0, 1, 2, 3, suivies de l’évaporation de j ^{neutrons a} permis ^{de choisir une certaine forme} de variation de la

température ^{nucléaire en} fonction de l’énergie d’excitation. On a pu montrer, ^de plus, que l’in- fluence sur la désexcitation du ^moment angulaire apporté par les protons ^incidents est de très faible

importance, comparée ^{à ce} que l’on observe lorsque les ions lourds produisent ^{les mêmes} noyaux résiduels de dysprosium 150 et 151.

Abstract.

Excitation functions have been obtained between ⁸⁰ and 155 MeV for reactions

(p, 9n) ^and (p, 10n) ^{induced on 159Tb.}

Comparison ^with computations ^{based on} direct interactions (p, ^{xn) with x}

0, 1, 2, 3, followed by evaporation of j neutrons ^{has shown} that the choice of variation of nuclear temperature

as a function of excitation energy is unambiguous. ^The incidence on the de excitation ^to the

angular ^momentum given to the nucleus by protons ^{is of small} importance, opposite ^{to what}

has been observed when heavy ^ions produce ^{the same} residual nuclei 150Dy ^and 151Dy.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^TOME 24, ^NOVEMBRE 1963,

introduction.

On admet généralement que les noyaux ayant reçu ^une énergie dépassant ^plu-

sieurs dizaines de MeV ^se désexcitent essentielle- ment par ^le phénomène d’évaporation ^{décrit selon}

la théorie statistique par Weisskopf [1]. ^{Les nu-}

cléons évaporés ^le plus aisément ^{sont évidemment}

les neutrons, ^mais l’évaporation ^de particules chargées ^ne peut ^être négligée complètement que pour les noyaux très lourds lorsque la barrière de

potentiel ^{est élevée.}

Depuis plusieurs années divers auteurs [2, 3, 4, ^5]

ont tenté de calculer la probabilité d’évaporation

de nucléons et de particules ^{diverses à} partir ^d’une énergie d’excitation E*. 1B1ais lorsqu’on ^bombarde

un noyau ^avec des protons ^de grande énergie, ^la probabilité ^{de former un} noyau composé disposant

de l’énergie d’excitation maximale devient faible et toute une série d’interactions directes conduisent à des noyaux excités à des énergies plus ^{basses. Le}

bombardement _par particules plus ^lourdes pré-

sente l’avantage ^de conduire, ^{avec une} probabilité plus grande, ^au noyau composé puisqu’il n’y ^a pas de chocs nucléon-nucléon. Par contre le moment

angulaire important apporté ^{par l’ion lourd} (plu-

sieurs dizaines de A) ^{modifie les} conditions de désexcitation puisque ^le noyau excité devra éva- cuer, ^non seulement l’énergie apportée, ^{mais encore}

le grand ^moment angulaire, ^ce qu’il ^ne peut pas faire entièrement par émission de nucléons. Il en

résulte _que, tout en restant le meilleur _{outil pour} l’étude de la désexcitation de noyaux composés

(1) ^Adresse actuelle : Nouvelle Faculté des Sciences de Bordeaux-Talence,

très excités, ^{les ions lourds ont besoin du} complé-

ment d’études effectuées par des protons.

Alexander ^{et Simonoff} [6] ^{ont récemment exa-}

miné la désexcitation de noyaux de terbium et de

dysprosium obtenus par divers types d’ions lourds et ils ont pu montrer, par ^toute une,gamme d’expé- riences, que les ^neutrons n’emportaient pas toute

l’énergie d’excitation mais qu’une partie ^{de cette} énergie de 15 à 20 MeV devait être évacuée _par des

rayonnements quadrupolaires. ^{Le moment} angu- laire total emporté par photons ^{varie entre 20 et}

40 ? [7] selon l’ion lourd.

Expérience ^{avec les} protons.

^{Il nous a} semblé intéressant d’étudier dans ce domaine les réactions

(p, xn) ^{sur le} terbium-159. Les mesures de sections efficaces des isotopes 151 Dy ^et 150Dy ^{sont aisées}

par suite de l’existence d’embranchements a dans leur décroissance. Ainsi le bombardement d’une cible mince de Tb2 03 suivi de la mesure- de la radioactivité ^« des atomes de recul permet-il

d’obtenir sans séparation chimique la section eflicace.

Rappelons que, selon Mac Farlane [8], ^le dys- prosium-151 ^{est un émetteur a} pour 6,2 % ^avec

une période ^de 17,9 ^{min. Le} dysprosium-150 ^{a un}

embranchement de 17,9 % ^{et une} période ^de 7,4 min. Enfin "ODy ^décroît rapidement par

capture électronique ^{en donnant} partiellement

l’isomère de niveau fondamental de 149Tb lui- même emetteur ^oc pour 10 % ^{avec une} période

de 4,1 ^heures.

La mesure de la décroissance u après ^bombar-

dement de lSSTb présente effectivement une décom-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019630024011083300

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position ^{en trois} périodes ^de 7,4 min, 1,8 ^{min et} 4,1 ^heures.

On effectuait le bombardement de cibles d’envi-

ron 100 microgrammes par cm2 ^avec le faisceau externe de synchrocyclotron. Pour construire les fonctions d’excitation on atténuait l’énergie ^en interposant ^des lames de cuivre d’épaisseur ^maxi-

male 1,88 ^cm pour obtenir 85 MeV. La cible était

placée ^{à 10 cm de ces écrans de} façon à minimiser l’influence de neutrons parasites ^{et à} conserver une

énergie ^de protons bien déterminée. Une feuille collectrice des atomes de recul était juxtaposée ^{à la}

cible ainsi qu’un ^moniteur d’aluminium (réac-

tion 2’Al (p, 3pn)24Na). ^{On a} vérifié que, dans ^ces

conditions, ^le rapport C22 NaIOE24 Na ^{est le même}

que ^sans cuivre et que par conséquent ^{le flux de}

neutrons issus des écrans apporte ^une contribution

négligeable ^{à la mesure de "Na} par la réaction

parasite 27Al(n, oc)24Na [9]. ^{Moins de 5 minutes} après l’irradiation, ^{la cible et le} collecteur étaient

placés chacun dans une chambre alpha ^à impul-

sions et les comptages ^{effectués toutes les 30 se-}

condes.

FIG. 1.

Décroissances alpha d’une cible et d’une feuille collectrice bombardées à 126 MeV.

La figure ^{1 montre un} exemple ^{de la décrois-}

sance sur les deux sources. On remarquera que l’effet de recul est plus sensible pour la décrois-

sance de 4,1 ^heures correspondant ^à l’isotope ^le plus léger. ^En effet, ^{il est formé à} partir des noyaux les plus excités donc disposant ^des énergies ^de

recul les plus élevées. La fraction _reçue sur le collecteur est de 60 %. ^Pour l’isotope ^{150 elle est}

de 50 % ^et pour 151 d’environ 47 %. ^{Ces résultats}

montrent que même des énergies ^de quelques ^cen-

taines de keV peuvent être discriminées par des

expériences ^{de recul. La} figure 2 illustre les fonc-

FIG. 2.

Fonctions d’excitation de 150 Dy ^{150 et 151} Dy.

Traits pleins : ^Valeurs expérimentales.

Pointillés : Valeurs calculées.

tions d’excitation obtenues pour les deux isotopes

151 et 150 du dysprosium. ^{Les seuils sont} respec- tivement de 80 et 98 MeV et les maximums aux

environs de 105 et 120 MeV.

Comparaison ^avec l’étude des _noyaux rexcités

formés par ions lourds.

Si le mécanisme des réactions conduisant à ces deux isotopes ^{était celui}

d’une simple désexcitation ((p, 9n) ^et (p, 10n)),

comme dans le cas de bombardement _{par ion}

lourd, ^on pourrait ^estimer- l’énergie cinétique

moyenne disponible pour chaque ^{neutrons émis.}

Mais, ^en réalité, ^{il faut d’abord} connaitre la répar-

tition des énergies d’excitation laissées dans les noyaux après ^les cascades d’interaction directe.

Cette répartition ^a été obtenue à 240 MeV _pour 149Ce _par Metropolis ^{et al.} [10] par des calculs de Monte-Carlo. En utilisant les mêmes hypothèses, Gradstejn [11] ^{a construit ce} spectre pour des

énergies incidentes due’82, ^{110 et 155 MeV et} par

interpolation ^{nous avons} estimé les répartitions ^à 95, 120 ^{et 135 MeV.}

Pour une cascade donnée, nous avons calculé la probabilité d’émission de j ^neutrons qui ^conduit

au noyau 151Dy( j

9, 8, 7, ^selon (p, y), (p, n) ^ou

p, 2n)) ^{ou au} noyau 150Dy.

La méthode utilisée est dérivée de celle de Jackson [2] ^{mais avec une} température ^nucléaire

variable dépendant ^{de E*.} Cependant ^{on a choisi}

comme excitation moyenne E*, ^non pas l’énergie

au début de la chaîne d’évaporation ^{E*, mais une}

valeur moitié [12] : ^E*

E*/2

^{at2. Le choix du}

paramètre a correspondant ^{à la} densité de niveau

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est délicat. Avec A/17, ^les fonctions d’excitation calculées se trouvent décalées vers les grandes énergies d’environ 15 MeV _par rapport aux courbes

expérimentales. ^{On a} recherché la relation E*

f(t)

la plus convenable pour rendre compte ^{des résul-}

tats obtenus _par bombardement _{par ions} lourds [6].

Pour cela on a choisi les fonctions d’excitation de la formation de l49Tb¡. L’existence d’un isomère de haut spin ^149Tbm fait écran aux grands ^mo-

ments angulaires ^{et la} désexcitation conduisant à Tbt semble avoir lieu uniquement par neutrons.

Pour diverses réactions d’ions lourds d’énergies différentes, ^ces auteurs ont obtenu des fonctions d’excitation (I.L, xn) ^{avec x allant de 4 à 9. Aux} probabilités ^maximales correspondent ^certaines énergies d’excitation. En prenant ^{2t comme} énergie

.

cinétiquç moyenne des neutrons et en retranchant

03A3B, somme des ^{énergies de liaison, on peut tracer}

une courbe E*

f(t).

Comme on le voit sur la figure ³ la relation E

Al10t2 ^rend convenablement compte ^de

cette courbe. Ce paramètre a

A j10 ^{a donc été}

FiG. 3.

Température ^{nucléaire en} fonction de l’énergie d’excitation. ^Les points marqués Hi indiquant les valeurs obtenues à partir ^{des ions lourds.}

choisi avec A

155. Dans ces conditions les- - valeurs calculées sont en concordance avec les fonctions d’excitation expérimentales (fig. 2).

Il faut remarquer que les valeurs absolues sont

toujours plus élevées. On a pris pour la section efficace géométrique 1,1 ^{barn. De} plus ^{on a tenu} compte ^de l’évaporation ^de protons ^{en admettant}

qu’à chaque ^stade d’évaporation ^le rapport p/n ^est égal ^à

avec En

énergie ^{médiane du} spectre ^{de neu-}

tron =1,7 ^{t et Ep} pour ^le spectre ^de proton

Ep

V + 1,7t ^{avec barrière V de} 6,5 ^{MeV. Ceci}

diminue de 40 % la section efficace de la réac- tion (p, 10n). ^{Il devient alors} possible ^de calculer,

comme pour les réactions par ions lourds, l’énergie

moyenne disponible par neutron, ^en prenant ^l’éner- gie d’excitation correspondant ^{à la} probabilité

maximale d’évaporer j neutrons, énergie ^fixée par le ^{choix du} paramètre A110. En retranchant

lBj ^{et en divisant} par j ^{on obtient} 3,8 ^{MeV aussi}

bien pour (p, 9n) que pour (p, 10n). ^{Cette valeur}

est à comparer ^{à celle} d’environ 6 MeV déduite par Alexander et Simonoff des fonctions d’excita- tions produites par les ions lourds sur les dyspro-

sium. Le grand ^moment angulaire apporté ^{dans ce}

dernier cas entraîne qu’environ ⁷ neutrons sont

évaporés ^{avec une} énergie d’excitation de 95 MeV,

alors que, par protons, ^{la même} énergie permet l’évaporation ^{de 9 neutrons. Comme les} spectres

des énergies cinétiques ^des neutrons sont proba-

blement très analogues, ^on peut ^en conclure que, dans le cas des ions lourds, ^environ 1/3 ^de l’énergie est cédée sous forme ^de photons lorsque ^{tous les}

niveaux ont été épuisés par l’émission de ^neutrons.

Ces résultats mettent en évidence ; 1) l’impor-

tance du choix de la température ^{nucléaire en}

fonction de l’énergie d’excitation ; 2) l’influence du moment angulaire ^sur les processus de désexcita-

tion.

Nous remercions le Docteur J. Alexander du Lawrence Radiation Laboratory ^à Berkeley qui

a amicalement pris part à la discussion de ces

résultats.

BIBLIOGRAPHIE

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