Le schéma de désintégration de 99Mo

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Submitted on 1 Jan 1967

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Le schéma de désintégration de 99Mo

L. Dorikens-Vanpraet, E. Jacobs, K. Heyde, J. Demuynck, D. de Frenne

To cite this version:

L. Dorikens-Vanpraet, E. Jacobs, K. Heyde, J. Demuynck, D. de Frenne. Le schéma de désintégration

de 99Mo. Journal de Physique, 1967, 28 (1), pp.1-6. �10.1051/jphys:019670028010100�. �jpa-00206481�

LE JOURNAL DE PHYSIQUE

LE

SCHÉMA

DE

DÉSINTÉGRATION

^{DE 99Mo}

Par Mme L. DORIKENS-VANPRAET

(1),

^E.

JACOBS (1),

^K.

HEYDE, J.

^DEMUYNCK

(1)

et D. DE FRENNE

(1),

Laboratoire de Physique Nucléaire, Université de Gand, Rozier, 6-Gand, Belgique.

Résumé. - L’étude de la désexcitation de 99Mo à l’aide de

spectres

^{gamma et bêta et de}

coïncidences gamma-gamma ^et

bêta-gamma

^confirme l’existence d’un niveau à 1 130

keV,

de transitions gamma ^de 410, ^{620 et} 950 keV dans le 99Tc et d’une transition bêta de 240 keV.

Les résultats

expérimentaux

^sont

comparés

^aux niveaux calculés

théoriquement.

Abstract. ²⁰¹⁴ A careful

investigation

^{of the}

decay

^{of 99Mo}

by

^means of gamma ^and beta

spectra

^and gamma-gamma ^and

beta-gamma

coincidence

techniques,

proves the existence of a 1130 keV level ^and gamma transitions of 410, ^{620 and} 950 keV in 99Tc and of a 240 keV beta transition. The

expérimental

^{results are}

compared

^{with the}

theoretically

calculated level scheme.

Tome 28 No 1

JANVIER

¹⁹⁶⁷

Introduction. ^- Les articles relatifs à la désinté-

gration

^{du 99Mo}

[1], [2], [3], [4],

^ne concordent _pas

sur

plusieurs points,

^ce

qui

^{nous a semble}

justifier

^une

réinvestigation.

^Il

s’agit

^{surtout du niveau a 1 130 keV}

(voir fig. 1),

^{de la}

composante

beta de 240 keV et de la transition gamma de 950 keV mentionnes dans

[2]

et

[3]

^et des transitions _gamma de 410 et 620 keV mentionnees dans

[3]

et, ^en

plus,

^des

spins

^et

parit6s

de

plusieurs

^niveaux.

Résultats

expérimentaux.

^- 1. SOURCES. ^- Les

sources de 99Mo

(67 h)

livr6es par le

D6partement

^des

Radio6l6ments du

C.E.A., France,

^et par le « Radio- chemical

Centre », Amersham, Grande-Bretagne,

^ont

ete obtenues par irradiation de

molybd6ne

^naturel

dans ^un reacteur. Les autres radio6l6ments

produits,

le 93Mo ^et le

lOlMo,

n’interviennent _pas dans nos

mesures,

puisque

^{le 93Mo se}

désintègre

par

capture

d’61ectron vers le niveau de base du 93Nb

(qui

^est

stable)

^et que le lolMo n’a

qu’un temps

^{de vie}

de 14,6

^minutes.

2. SPECTRES DIRECTS. ^- Les

spectres

gamma directs

ont 6t6

enregistr6s

^a l’aide d’un d6tecteuc

NaI(TI)

de

1 1 11

₂ ^X

^2",

suivi d’une chaine

d’amplification

p

classique,

stabilis6e _par le

syst6me

^{de Waard}

[5],

et d’un

analyseur

multicanaux. Dans les

spectres directs,

^nous retrouvons les raies du tableau I. Le

(1)

Chercheurs a l’I.I.S.N.

FIG. 1

Schema de

désintégration

^{du 99Mo.}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019670028010100

2

FIG. 2

a ) Spectre

gamma

enregistre

^{avec une source de 99Mo}

2

jours apr6s production (avec analyse).

b) Spectre

gamma

enregistre

^{avec une autre source}

de 99Mo 41

jours apr6s production.

scintillateur 6tant

enveloppé

d’une couche de cuivre de

0,5

mm, ^nous detectons tres mal les _gamma de faible

6nergie, qui

^{ne sont de ce} fait pas inclus dans le tableau I.

L’analyse graphique

^de

plusieurs spectres

gamma directs ^a

permis

de calculer les intensites des transitions _gamma,

indiqu6es

^{dans le} tableau I. La transition de 410

keV,

^{si elle}

existe,

^{est cach6e sous}

la distribution

Compton

des transitions de 740 ^et 780 keV ^et sous le flanc de la raie

photoelectrique

de 372 keV : elle n’est _pas retrouv6e dans

I’analyse

^gra-

phique

^des

spectres

^directs.

Remarquons

^la

presence

d’une

raie,

^non pas a 950

keV,

^{mais a}

930 ±

^{5 keV :} l’intensit6 de celle-ci ne d6croit pas ^avec la meme

p6riode

que celle des ^autres raies

(voir fig. 2).

L’enregistrement

^d’un spectre gamma ^toutes les

FIG. 3. ^- Decroissance des raies gamma ^{du 99Mo -+} 99Tc.

12 heures

pendant

²⁴

jours

^{avec la meme source}

de 99Mo a

permis, apr6s analyse

^{de ces}

spectres,

^de suivre la décroissance des raies _gamma

(voir fig. 3).

Un calcul des moindres carr6s donne les resultats du tableau I pour

T1/2.

^Nous constatons que la décroissance de la raie de 930 keV contient deux

composantes :

^{une de}

9,6 jours

^{et une de}

^66,5

^heures.

TABLEAU I

(1)

Les intensites des deux ^{raies de} 740 et 780 keV,

non

s6par6es

^{dans les}

spectres

^{directs, ont} ete d6termin6es a

partir

des coincidences gamma-gamma.

(2)

^{Voir dans le texte.}

3

FIG. 4. ^-

Diagramme

^{de Kurie du}

spectre

beta direct.

L’existence d’une

composante

^de

9,6 jours indique

la

presence

^{d’un autre} radio6l6ment dans la _source, identifi6 comme 6tant 92Nb. Pr6cisons _que cette

impurete

^{se retrouve dans tous} les 6chantillons de 99Mo

6tudi6s, qu’ils proviennent

^du

C.E.N., Belgique,

^du

C.E.A., France,

^{ou du «} Radiochemical Centre _»,

Amersham, Grande-Bretagne. D’après

^les

renseigne-

ments fournis _par le

departement

des Radio6l6ments du

C.E.A., Saclay, France,

^{le 92Nb ne}

proviendrait

pas d’une

impurete

dans la cible de

molybd6ne,

^mais

serait forme _par une reaction

(n, p)

^{sur le}

92Mo, present

pour

15,7 %

^{dans le}

molybd6ne

^naturel.

Reste encore la

composante

^de

66,5

^{heures dans}

la décroissance de la raie de 930 keV : elle cor-

respond

^{a une} intensite de

0,09::f:: 0,03 % (raie

de 140 keV 100

%).

Le

spectre

beta direct a ete

enregistre

^{avec un}

detecteur

plastique

NE 102 A de forme

conique (de façon

^a avoir la forme de

1’angle

solide determine _par le detecteur ^et la

source)

^{avec un} diam6tre frontal de

31,75

^{mm et une}

epaisseur

^{de 6 mm.} La stabili- sation se fait a 1’aide de

signaux

^lumineux

[10].

^Tous

les

spectres

^{beta sont}

corrig6s

pour la resolution du detecteur et pour la distribution de r6trodiffusion

comme decrit dans

[11].

La

figure

^{4 montre le}

diagramme

de Kurie du

spectre

direct. Les

composantes

^beta

qui

^en

d6coulent,

leur

6nergie

^{maximale et} leur intensite ^sont montr6es dans le tableau II. La composante beta de 240 keV

TABLEAU II

n’est pas retrouvee dans

l’analyse

^du

spectre

^direct

(a

^{cause de sa} faible intensite et des fautes accumul6es dans la

region

des basses

energies

par la soustraction successive des trois droites de

Kurie),

^mais 1’existence

en est

prouvee

par les

spectres

de coincidence

(voir plus loin) :

^{son intensite est} d6termin6e a

partir

^des

intensites des transitions _gamma.

3. COINCIDENCES GAMMA-GAMMA. - La

figure

⁵

repr6sente

la sch6matisation du

spectre

bidimensionnel de coincidences gamma-gamma,

enregistre

^{avec deux}

d6tecteurs

NaI (Tl)

de 4" x

4",

^{a une distance}

de 22 cm de la source, d’une chaine de coincidences

rapide classique

^{et d’un}

analyseur

^{4 096 canaux}

multiparamétrique. Remarquons

que le

temps

^{de vie} de

3,6

^{ns du niveau a 180 keV ne}

joue

^aucun

role,

FIG. 5. ^- Sch6matisation du

spectre

bidimensionnel de coincidences gamma-gamma.

vu que la resolution du circuit de coincidences est

de 50 ns. D’autre

part,

les cascades

passant

par le niveau

isom6rique

^{de 6 h}

(142 keV)

^sont

perdues.

La

figure

^{6 montre un} detail de la

figure

^{5 : le}

spectre

coincidant avec la raie de 180

keV, apr6s

correction pour les coincidences ^avec les raies de 140 keV et de 372 keV et pour les fortuites. Les

4

FIG. 6. ^-

Spectre

gamma

en coincidence avec la transition de 180 keV.

coincidences de la

figure

⁵ confirment le schema de

disintegration

^{de la}

figure

^1.

4. COINCIDENCES BETA-GAMMA. - Les

experiences

de coincidences

beta-gamma

^{ont ete} effectuées a 1’aide

FIG. 7. ^-

Diagramme

de Kurie du

spectre

^beta

en coincidence avec la transition gamma de 950 keV.

des d6tecteurs _gamma et beta decrits

plus

^haut

(voir

« spectres ^directs

>>),

d’une chaine de coincidences

rapides

^{usuelle et d’un}

analyseur

^{4 096 canaux}

multiparametrique.

La

figure

^{7 montre le}

diagramme

de Kurie du spectre ^{beta en} coincidence avec des

energies

gamma de 900 a 1 000

keV, après

correction pour les coinci- dences avec le flanc haute

6nergie

de la raie

photo6lec- trique

^{de 740 + 780 keV et} pour les fortuites. Cette

figure

demontre bien 1’existence d’une transition beta

avec

Emax

^{= 240 keV. En} dessous de 180

keV,

^les

points experimentaux

devient de la droite de

Kurie, principalement

^{a cause de la}

presence

des raies de conversion interne des transitions _gamma de 180

en 140 keV.

FiG. 8. ^-

Diagramme

de Kurie du

spectre

^{beta en}

coincidence avec les transitions gamma de 740 ^et 780 keV.

La

figure

^{8 montre le}

diagramme

de Kurie du _spec-

tre beta en coincidence avec les raies _gamma de 740

et 780 keV. Elle contient une seule

composante

^beta

avec

Emax

^{= 440 keV.}

La

figure

^{9 montre le}

diagramme

^{de Kurie du}

spectre

^{beta en} coincidence avec des

energies

gamma de 350 a 450

keV, apr6s

correction pour les coinci- dences avec la distribution

Compton

des raies de 740

et 780

keV,

^et les fortuites. La

figure

contient deux

composantes

^{beta avec}

Emax

⁼ 880 keV et

Emax ===

440 keV. Cela fournit la preuve de 1’existence de la transition _gamma de 410 keV et permet ^{meme de} calculer son intensite relative a celle de la transition de 372 keV. Si l’intensit6 de la transition de 372 keV

5

FIG. 9. ^-

Diagramme

^{de Kurie du}

spectre

^{beta en}

coincidence avec les transitions gamma de 372 ^et 410 keV.

est

1,8 % (tableau I),

la transition de 410 keV a une

intensite de

0,45 % ::f:: 0,10.

Les

spins

et

parit£s

des dtats excitds du 99Tc. ^- La

figure

10 compare les niveaux

exp6rimentaux

^aux

niveaux calcul6s

th6oriquement.

^La

configuration

^du

niveau de base du 99Tc

(7tg9’2)3 (vd5 2)s

permet ^de calculer a

partir

des niveaux excites du

98Mo,

^et par la

technique

^des

c.f.p.,

les niveaux excites du 99Tc.

FIG. 10. ^-

Comparaison

des niveaux excites du 99TC

exp6rhnentaux

^et

th6oriques.

L’introduction de 1’effet de la couche

PIi2’

^a

posteriori,

permet ^{de trouver aussi} des niveaux de

parit6 negative (1/2 -, 5/2-

^et

3/2) -.

^Une

diagonalisation

^{exacte de}

la

configuration (Pl/2)1 (g92)m (dS/2)n avec 0 -, 1,- 2, 0

m 5 ^{et n =} 6

[6]

donne des resultats _{tres peu} diff6rents. Les niveaux

indiqu6s

^en

pointill6s

^{dans la}

figure

^{10 sont retrouv6s en}

couplant

^{un trou dans la}

couche

Pl 2

^{avec le niveau 2 + du coeur de 98Mo}

[7] qui

se trouve a une

6nergie

de 780 keV. Cela donne des niveaux

3/2-

^{a 520 keV et}

5/2-

^{a 1150 keV.}

Expérimentalement

le niveau de base de 99Tc est

determine comme 6tant

9/2 +

^a

partir

^des

spectres atomiques

^{et du fait} que y

appartient

^au groupe g9 2 de Schmidt

[1].

^Cela

correspond parfaitement

^{a la}

pr6-

diction

9/2+

^{du mod6le en couches.}

Dans

[1] J"

du niveau a 140 keV est d6termin6

comme

7/2

^{+ a}

partir

^{de «K} de la transition de 140 keV

(qui

^est

Ml)

^et de 1’existence de la transition de 2 keV

entre les niveaux de 142 keV ^et 140 keV.

Ajoutons qu’une r6gle empirique indique

que, dans les noyaux

ayant

^un

grand spin (7/2, 9/2

^ou

plus)

pour le niveau de base et un

premier

6tat excite de faible

6nergie,

le

spin

^{de ce}

premier

6tat excite est donne

par j

^{2013 1}

(en

^ce

cas j

⁼

9/2).

^{Pour le niveau}

isomirique

^{a 142 kev}

(6 h),

^le

temps

de vie de la transition de 142 keV

indique Aj

^{= 4 et} le mod6le en couches

pr6dit

7c ^{= -}

[1].

^En

plus,

remarquons que ^ce niveau iso-

m6rique 1/2-

^est

present

^{dans tous les} noyaux envi-

ronnants du 99Tc. Les niveaux a 140 keV

(7/2 +)

^et

à 142 keV

(1/2-)

^{sont retrouv6s}

th6oriquement (voir fcg. 10).

Dans

[1],

^{le niveau à} 180 keV est caractérisé _par

5 /2 +

parce que ti

appartient

^au groupe

d5,2

de Schmidt et que aK,

K/L

^{et r} d6montrent _que la transition de 41 keV est

MI

^et celle de 181 keV est

E2.

^{La theorie}

retrouve ce niveau

5/2 +

^{mais a une}

6nergie trop

haute

( fig. 10).

La valeur

log ft

⁼

8,5

de la transition beta alimen-

tant le niveau a 514 kev

indique Aj

⁼

0,

^{1 ou}

2,

avec

changement

^de

parite.

^{Si nous}

acceptons J r == 1/2+

pour le niveau de base du 99Mo

[1], [3], [8], [9],

cela donne pour le niveau ^a 514 keV

1/2-, 3/2-

^ou

5/2-.

^{Le fait} que ^ce niveau se d6sexcite uni- quement par la transition _gamma de 372 keV vers

le niveau

1/2- (142 keV)

^{et non vers} les niveaux

5/2 + , 7/2+

^ou

9/2+,

^{exclut la}

possibilite 5/2-.

^{Reste donc}

1/2-

^ou

3/2-.

^{Seul un 6tat}

3/2-

peut

s’expliquer

^th6ori-

quement ^{a cette}

energie. [1] indique J

⁼

1/2 +

^ou

3/2 +

pour le niveau a 920 keV à

partir

de la valeur

log ft

⁼

6,4

de la transition beta alimentant ce niveau. Des cor-

rélations

angulaires

gamma-gamma 740-180 keV

et

740-(41)-140

keV que nous avons effectu6es ne

permettent

pas de

distinguer

^{entre les deux}

spins possibles,

mais d6montrent _que la transition de 740 keV ^est de nature

E2,

^au moins pour 95

% (avec

moins de 5

%

^de

Ml) .

^{Seul un 6tat}

3/2 +

peut ^etre

explique

par la theorie a une

6nergie

^de 920 keV. Le niveau a 920 keV 6tant

3/2 + (ou 1/2+)

^{et le niveau}

a 514 keV

3/2- (ou 1/2-),

^{il est tres}

probable

^{que les}

6

transitions de 410 keV et 780 keV soient de meme nature

El.

L’estimation de

Weisskopf

donne alors pour leurs intensites relatives

14,0/1780

⁼

1/7,

^ce

qui correspond parfaitement,

dans la limite des erreurs

expérimentales,

^avec les intensites trouv6es

exp6rimen-

talement

(I4lo/hso = 1/8).

Ceci constitue une confir- mation indirecte de la

parite

des niveaux. Nous avons

determine la valeur

log ft

^{de la} transition beta de 240 keV comme 6tant

7,3.

^Ceci

correspond

^a

3 J

⁼

0,

1 ou 2 «

oui »,

^donc

1/2-, 3/2-

^ou

5/2’

pour le niveau a 1130 keV. Comme ce niveau se d6sexcite vers les niveaux

5/2+

^{a 181 keV et}

3/2- (ou 1/2-)

^{a 514}

^keV,

cela exclut la

possibilite 1/2-.

^{Reste donc}

3/2-

^ou

5/2-.

Le fait

qu’il n’y

^a pas de transition

perceptible

^vers

le niveau

3/2

⁺

(ou 1/2 +)

^a 920 keV est

plutot

^{en faveur}

de

5/2-,

^ce

qui correspond

^{a la}

prediction théorique.

Ce travail fait

partie

^{du programme} de recherches de 1’I.I.S.N.

Belgique.

Les auteurs tiennent a remercier le Professeur

J. Verhaeghe,

pour l’int6r6t

qu’il

^a

port6

^{a ce}

travail,

et le Professeur C. C.

Grosjean

^{et ses}

collaborateurs,

pour avoir mis a leur

disposition

l’ordinateur IBM 1 620 du Laboratoire de Calcul de l’Universit6 de Gand.

Manuscrit reçu ^le 1er

juillet

^1966.

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