Étude d'excitation de l'oxygène 16 par diffusion inélastique d'électrons

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Submitted on 1 Jan 1961

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Étude d’excitation de l’oxygène 16 par diffusion inélastique d’électrons

D.B. Isabelle, G.R. Bishop

To cite this version:

D.B. Isabelle, G.R. Bishop. Étude d’excitation de l’oxygène 16 par diffusion inélastique d’électrons.

J. Phys. Radium, 1961, 22 (10), pp.548-551. �10.1051/jphysrad:019610022010054800�. �jpa-00236497�

548.

ÉTUDE D’EXCITATION DE L’OXYGÈNE 16 PAR DIFFUSION INÉLASTIQUE D’ÉLECTRONS

Par D. B. ISABELLE (*) ^{et G. R.} BISHOP,

École Normale Supérieure, Laboratoire ^de l’Accélérateur Linéaire, Orsay.

Résumé.

L’étude du spectre des électrons diffusés inélastiquement par ^une cible d’eau nous a permis de vérifier l’existence d’une structure fine dans la résonance géante ^de l’oxygène ^16.

D’autre part, ^{nous avons mis en évidence une} résonance double se produisant pour ^une énergie égale à deux fois celle de la résonance géante. ^Une analyse de la variation de la section efficace de ces diverses résonances en fonction du transfert de quantité de mouvement doit nous permettre d’assigner ^une multipolarité ^{à chacune} des transitions excitées.

Abstract.

We have examined the spectrum of electrons inelastically scattered from water

targets ^with emphasis ^{in the} région of excitation known as the giant ^resonance in oxygen. The result shows that the giant ^resonance is formed by ^two principal ^electric dipole transitions with excitation énergies ^and relative intensities in good agreement ^with theoretical estimates. We have also observed two bands of excitation at energies equal ^{to twice the} energies ^{of the} giant

resonance transitions. The results are analysed ^to give ^an expérimental form factor for these transitions which permits ^a multipole assignment.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^{ET LE RADIUM TOME} 22, ^OCTOBRE 1961,

Les électrons et les photons interagissent ^avec

les _{noyaux de} façon sensiblement identique ^{et il est} possible d’associer à chaque ^{électron un} spectre ^de photons ^virtuels [1].

Il est donc possible de provoquer des réactions électronucléaires équivalentes ^{aux réactions} photo-

nucléaires classiques (y, n) ^et (y, p). ^{Or pour étudier}

les réactions photonucléaires ^{nous ne} disposons que

F’m. 1. - Spectre des ^{électrons diffusés sous un angle de 700 et ayant une énergie incidente} de 150 MeV. La courbe

en bruit plein représente ^le spectre élastique ^calculé.

de faisceaux intenses de photons ayant ^un spectre continu d’énergie, ^tandis que l’accélérateur linéaire met à notre disposition ^{un faisceau} d’électrons

* Boursier de thèse du C. E. A.

ayant ^une énergie bien déterminée dans une bande étroite. De plus ^{l’étude du} spectre des électrons diffusés inélastiquement ^{se fait avec} précision ^à

l’aide d’un spectromètre ( fig.1).

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019610022010054800

549 Nous avons appliqué ,cette ^{méthode à l’étude de}

l’excitation de l’oxygène ^{16 et} plus particuliè-

rement à celle de la résonance géante ^{de ce} noyau.

Dans- un précédent ^article (2) nous avons indiqué ^le dispositif expérimental ^et le déroulement ^des expé-

riences.

Nous ^avons maintenant un ensemble de résultats

expérimentaux ^{dans la} région de la résonance

géante (fig. 2). ^{Ils montrent} qu’il existe bien ^une structure fine présentant trois maxima respecti-

Frc. 2.

Spectres montrant la structure fine de la réso-

nance géante pour quatre valeurs différentes du transfert de quantité ^de mouvement, pour 180.

1. Ei = ¹⁰⁰ MeV, ⁰

60°, q

0,443 /-1.

2. Ei

⁹⁰ MeV, ⁰

100°, q

0,600 ^f-1.

3. Ei= ¹⁵⁰ MeV, ⁰

70°, q

0,803 ^f-1.

4. Ei = ^.215 MeV, ⁰

80°, q

1,325 ^f-i.

vement à 22,6 MeV, 24,1 ^{MeV et} 25,7 ^{MeV. Pour} pouvoir ^déduire des résultats expérimentaux ^les

sections efficaces correspondantes ^{à ces} excitations il nous faut éliminer toutes les contributions ^corres-

pondantes ^au pic élastique ^{et aux états excités} ayant ^une énergie d’excitation inférieure ^{à 22} MeV.

Nous avons déjà indiqué [2] quels étaient les

phénomènes physiques dont il faut tenir compte

pour calculer l’extension du pic élastique ^{[3], les}

calculs ont été faits avec un ordinateur IBM 650 et nous ^avons tenu compte ^{du fait que notre cible}

était constituée ^d’un mélange d’oxygène ^et d’hydro- gène. ^De plus, ^{dans leg cas où les états excités de}

basse énergie ^{ont une} section efficace importante,

nous avons tenu compte ^de l’extension ^vers les basses énergies ^des pics inélastiques correspondants.

Dans ces conditions les spectres ^{calculés sont en}

bon accord ^avec les spectres ^mesurés près ^des pics élastiques, tandis que pour les énergies ^finales basses, ^il peut y avoir des désaccords de l’ordre de 15 % ^au maximum. Il semblerait _que ce désaccord

provienne d’erreurs. dues au dispositif expérimental (électrons ^{de basse} énergie diffusés par les parois

de la chambre de diffusion ^ou les abberrations ^du spectromètre), ^{mais ce désaccord influence très peu}

- ( ⁵ %) - la forme du spectre ^{calculé dans le}

domaine d’énergie qui ^{nous intéresse.}

La décomposition ^des spectres ^{dans la} région ^de

la résonance géante ^{a été faite de} façon empirique

en tenant compte ^{de la forme du} pic élastique (fige 3). ^{C’est de cette} décomposition que provient

FIG. 3.

Exemple ^de décomposition ^{d’un spectre détaillé.}

180. Décomposition ^{de la résonance géante.}

Eo = 90 MeV ^e==100o.

la principale ^source d’erreurs dans ^nos mesures,

erreurs que ^nous estimons ^{être au} total de 25 %.

Les sections efficaces inélastiques ^{ainsi mesurées}

sont corrigées pour tenir compte ^des phénomènes

d’émission de photons ^virtuels (correction ^de Schwinger) ainsi que des émissions de- photons

réels et de la dispersion d’énergie ^{(Landau strag-} gling) ^à la traversée de la cible. Pour analyser ^nos

résultats nous définissons, pour chaque ^{niveau et}

pour chaque ^{valeur du transfert de} quantité ^de mouvement, q ^un facteur de forme F(q) [4] ^donné

par

6egp représentant ^la section efficace expérimentale

.

et _am la section efficace théorique pour ^un noyau

1

point ^{sans spin.} Nous donnons ^sur la figure ⁴ la

variation ^de F2(q) ^{en fonction de q, nous voyons}

que les deux niveaux à 22,6 ^et 25,7 ^{MeV varie de} façon sensiblement équivalente, ^tandis que le ni-

veau intermédiaire à 24,1 ^MeV varie différemment.

Pour déterminer le caractère électrique ^ou magné- tique ^{de cette} transition nous avons utilisé le fait que :

.

-

pour ^une transition électrique

-

pour ^une transition magnétique

Cette différence apparaît quand ^{on fait la som-}

mation de l’élément de, ^matrice correspondant ^sur

les spins ^{des états initiaux et finaux [4]. Nous}

FIG. 4.

Variation du carré du facteur de forme en fonc- tion du transfert de quantité ^de mouvement, pour ieO.

Courbes :

1) 1,65 ^{X 10-2} Jj[1,05:Alj3 q] ⁺ 1,5 ^{X 10-3} J2 [j 05-4 1/3 q]

2) 1,38 ^{X 10-2} J2 [1,05 Ai/3 q]

3)

5,17 ^10-3 J2 0 [1,05 ^{A 1/3} q] 2 01 ^X 10-2’Jf[1,06 Al/3 q].

5 , ^{x 7 x x 0-3} Jg [x , ^{05 A} 1/3 q] + 2 , ^{0 1 x x 0- 2} Jf [x , ^{0 6 A 1/3} q] .

avons donc mesuré la section efficace pour la même valeur de q ^{obtenue à des} angles différents (800 ^et 1200) par variation de l’énergie incidente. Ceci nous a montré que l’état à 24,1 ^{MeV était de même}

caractère que les deux ^autres qui ^sont des transi- tions électriques.

Pour assigner ^{un ordre de} multipolarité ^{à ces}

transitions nous avons admis avec Schiff [4] que le facteur de forme d’une transition d’ordre 1 est pro-

portionnel à la fonction sphérique ^{de Bcssel de}

même ordre. Le résultat de cette comparaison

montre que : le niveau ^à 22,6 ^MeV correspondrait

à la superposition d’une transition électrique dipo-

laire et d’une transition électrique monopolaire ;

le niveau à 24,1 MeV semble être la superposition

d’une transition électrique monopolaire ^{et d’une}

transition électrique quàdrupolaire ; le niveau à

25,7 ^{MeV serait} électrique dipolaire uniquement.

D’autre part, ^{Fallieros et coll.} [5] ^{ont démontré}

que pour la résonance géante dipolaire ^excitée par

Fic. 5.

Comparaison des résultats expérimentaux ^avec

les calculs théoriques ^{de Fallieros et} aL, pour 160.

Pour q donné, IFin 12

1Flel crine]/OEel-

FIG. 6.

Spectres montrant l’existence de deux réso-

nances entre 40 et 50 MeV, pour 160.

Courbes : 1) Eo ^{= 150} MeV, ⁰ = 15°, q

x,00 f-1.

2) Eo ^{= 150} MeV, ⁰

900, q = 0,83 f-1.

3) Eo ^{= 150} MeV, ⁰

70°, q = 0,68 fw.

4) Eo ^{= 100} MeV, ⁰

60-, q = 0,44 f-1.

les électrons le facteur de forme inélastique était égal à q fois le facteur de forme élastique pour le même transfert de quantité ^de mouvement. Nous

avons porté ^{sur la} figure ^{5 la courbe donnant la}

variation de ce facteur de forme théorique ^ainsi

que les points expérimentaux que nous avons obte- nus.

°

551

L’étude détaillée des spectres d’électrons diffusés

( fig, 1) ^{nous a} permis ^{de mettre en évidence l’exis-}

tence d’une résonance double à deux fois l’énergie

de la résonance géante. ^{Cette résonance corres-} pondrait à la deuxième composante ^de Î’o8cillateur harmonique qui prévoit ^{soit une} transition mono-

pole électrique ^{soit une} transition électrique qua-

drupolaire. ^Une analyse ^en facteur de forme iden-

tique ^à celle que nous avons faite dans le cas de la résonance géante ^{nous a montré} que ^ces deux réso-

nances semblent bien être dues à la superposit,ion prévues par la théorie.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^DALITZ (R. H.) ^{et YENNIE} (D. H.), Phys. Rev., 1957, 107, 1598.

[2] ^ISABELLE (D.) et BISHOP (G.), C. R. Acad. Sc., 1960, 521, 697.

[3] ^BOUNIN (P.) et BISHOP (G.), Contribution au Congrès

de Strasbourg, ^donnent les formules détaillées néces- saires pour ^ce calcul.

[4] ^SCHIFF (L. I.), Physical Rev., 1956, 96, ^765.

[5] ^FALLIEROS (S.), ^FERRELL (R. A.) ^{et PAL} (M. K.),

Nuclear Physics, 1960, 15, ^363.

ÉTUDE DE LA RÉSONANCE GÉANTE DU Ca40 PAR DIFFUSION INÉLASTIQUE D’ÉLECTRONS

Par J. ^P. PEREZ Y JORBA (*) (**) ^{et H.} NGUYEN NGOC (*),

(*) Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire, Orsay.

(**) ^{Faculté des} Sciences de Bordeaux.

Résumé.

La résonance géante ^{du 40Ca a été} étudiée par diffusion inélastique d’électrons.

Une structure de la résonance a été observée, ^{en accord avec des} prédictions théoriques. ^{La valeur}

de la section efficace _pour l’absorption photonucléaire, intégrée ^{sur la} région ^{de la résonance} géante,

a été déterminée en utilisant la méthode des quanta ^virtuels.

Abstract.

The giant ^{resonance in Ca40 has been studied} by inelastic electron scattering.

Structure in the resonance has been observed in agreement ^with theoretical predictions. ^The

value of the cross-section for photonuclear absorption, integrated ^{over the} region ^{of the} giant

resonance has been determined using the method of virtual quanta.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM TOME 22, ^OCTOBRE 1961, ^{PAGE 551.}

Introduction.

^La diffusion d’électrons de haute énergie ^sur des noyaux s’est révélée un excel- lent moyen d’étude des réactions photonucléaires

et en particulier ^des résonances géantes [1], [2], [3].

Une structure de la résonance géante ^a même pu être mise en évidence dans le cas de 160 [3]. ^Une

étude semblable a été entreprise ^{ici sur le} 4°Ca, ^dans

le but de mettre en évidence la résonance géante,

de déterminer éventuellement ^une décomposition

en pics ^de différentes énergies, ^d’évaluer les sections efficaces correspondantes ^de photodésintégration ^et d’appliquer ^les règles ^{de somme à ces} sections effi-

caces.

Description ^{des méthodes} expérimentales.

^On

a utilisé le faisceau d’électrons produit par l’accélé- rateur linéaire d’Orsay ^{à des} énergies ^de 120, ^{150 et}

180 MeV. La résolution instrumentale obtenue

dépend ^{de 3} paramètres : 1Q la définition du fais-

ceau qui ^{dans cette} expérience ^a toujours ^été prise égale ^là 0,2 % ; ^{2° le «} straggling ^{» dans la cible} qui

introduit un élargissement fonction de l’épaisseui

de la cible et de l’angle qu’elle ^{fait avec le} faisceau, élargissement qui ^{a varié de} 100 ^{à 200 keV suivant}

les circonstances expérimentales, ^{3° la} largeur ^{de la}

fente à la sortie du spectromètre qui correspondait

à une dispersion ^de 0,2 %.

Le dispositif expérimental ^{est similaire à celui}

décrit ailleurs [4]. ^{On a} utilisé des cibles de Ca na-

turel où la proportion ^{de 4°Ca est 97} %. ^{Les résul-}

tats seront donnés pour le Ca naturel. Lps cibles étaient des plaques ^{de Ca de} 1, ^{2 ou 3 mm. Deux} types de cibles étaient utilisés. Elles étaient soit aluminisées en surface ^{avec un} dépôt d’aluminium de l’ordre de quelques microns, ^soit placées ^dans

une enceinte ^sous vide, ^les parois ^de l’enceinte tra- versées par le faisceau étant constituées _par des feuilles d’aluminium de 12 microns d’épaisseur.

Analyse ^{des données.}

^{On a tracé des} _spectres

d’électrons diffusés à 3 énergies ^et plusieurs angles.

Pour chaque spectre, ^{on trace d’abord une courbe} générale ^{où l’on mesure le taux de} comptage ^en

fonction de l’énergie des électrons diffusés que ^l’on fait varier ^de l’énergie ^maximum (pic élastique) jusqu’à ^une énergie ^{minimum de} 20 MeV. Ensuite

on s’attache à étudier avec précision ^la région ^cor-