Propriétés statistiques de l'interaction des neutrons de résonance avec les noyaux moyens et lourds. - IV. Etude des largeurs de radiation

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Submitted on 1 Jan 1963

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Propriétés statistiques de l’interaction des neutrons de résonance avec les noyaux moyens et lourds. - IV. Etude

des largeurs de radiation

G. Bianchi, J. Colmin, C. Corge, V.-D. Huynh, J. Julien, J. Morgenstern, F.

Netter, M. Vastel

To cite this version:

G. Bianchi, J. Colmin, C. Corge, V.-D. Huynh, J. Julien, et al.. Propriétés statistiques de l’interaction des neutrons de résonance avec les noyaux moyens et lourds. - IV. Etude des largeurs de radiation.

Journal de Physique, 1963, 24 (11), pp.999-1002. �10.1051/jphys:019630024011099900�. �jpa-00205705�

999.

PROPRIÉTÉS STATISTIQUES ^DE L’INTERACTION DES NEUTRONS DE RÉSONANCE

AVEC LES NOYAUX MOYENS ET LOURDS.

IV. ÉTUDE DES LARGEURS DE RADIATION.

Par G. BIANCHI, ^J. COLMIN, ^C. CORGE, ^V.-D. HUYNH, J. JULIEN, ^J. MORGENSTERN,

F. NETTER et M. VASTEL,

Centre d’Études Nucléaires de Saclay, Seine-et-Oise.

Résumé.

La mesure relative du rapport 039303B3/0393 ^{de résonance en résonance est effectuée à l’aide}

du grand scintillateur liquide. ^{Des résultats sont} donnés pour Nd ^et Pt. L’existence de fluctuations des valeurs de 039303B3 ^est discutée. Le spectromètre ^à cristal annulaire est utilisé pour rechercher l’éventuelle contribution du processus de capture radiative directe (Au).

Abstract. - Relative measurement of the ratio 039303B3/0393 ^{is made from resonance to resonance}

with a large liquid scintillator. Results ^are given for Nd and Pt. Occurence of fluctuations of the 039303B3 values is discussed. The annular crystal spectrometer ^{is used to} investigate ^the possible

contribution from direct radiative capture (Au).

PHYSIQUE 24, NOVEMBRE 1963,

Comparaison des valeurs de r y ^{de résonance en} résonance. - Le grand nombre de voies de désexci- tation possibles par émission de rayonnements

gamma après capture ^{d’un neutron} suggère ^une

certaine constance de la largeur totale de radia- tion Py ^{de résonance en} résonance. Jusqu’à ^{ces ré-}

centes années, si certaines fluctuations, ^d’ailleurs faibles, ^{avaient été} observées pour certains noyaux

(In par exemple), ^le nombre de noyaux étudiés ^ne

permettait pas de tirer des conclusions définitives.

Des progrès dans la résolution en temps-de-vol ^et

dans les performances des détecteurs des rayon- nements gamma, joints ^à l’emploi d’analyseurs multidimensionnels, ont permis l’étudedesspectres

de rayonnement gamma de capture ^{et ainsi de}

mieux comprendre le mécanisme de désexcitation.

Un des résultats notables est que, de résonance à

résonance, ^les largeurs radiatives partielles (corres- pondant ^{à une} transition de l’état excité initial du noyau composé ^{à un état final} quelconque) ^obéis-

sent à une distribution en Z2 ^{avec un} degré ^de liberté, de la même manière _que les largeurs ^de

diffusion r n. On peut concevoir que si ^un nombre restreint de largeurs radiatives partielles ^constitue

un pourcentage important ^{de la} grandeur ry, ^une

fluctuation de ry ^est possible ^{de résonance à réso-}

nance, la distribution en x2 correspondant ^{à ces}

transitions privilégiées ayant ^{un nombre de} degrés

de liberté voisin du nombre de ces dernières.

Cameron [1] ^a déduit de la théorie de Blatt-

Weisskopf la relation ci-dessous pour hY :

les transitions considérées étant du type dipolaire électrique. ^La présence ^de reposant ^{3 dans E3}

(E == énergie ^du rayonnement gamma émis) ^favo-

rise les transitions El ^{à Fêtât} fondamental ou aux

premiers ^états excités si elles sont possibles. ^La figure ^{1 montre le cas de 195Pt + n} (le spin ^{de la}

résonance est 1- ou 0-). ^{On constate} _que ^la pré-

sence de plusieurs niveaux 2+ permet les transi- tions 1- -+ 2+ du type dipolaire électrique. ^Les

cas de 183W + n, 199Hg ^{+ n sont} similaires et pour ^ces noyaux, des fluctuations de ry ^{ont été} observées. Si le mécanisme de désexcitation auto-

FIG. 1.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019630024011099900

1000

rise ces fluctuations, ^{la mesure de la} grandeur ^ray

est plus ^délicate.

Détermination de ry.

La valeur obtenue pour r y ^à partir ^des expériences de transmission et des méthodes d’analyse classique ^est généra-

lement approximative dès que la largeur ^{de dif-}

fusion r n ^est supérieure ^{à r y.} Considérons les valeurs ry ^des résonances de Pt [2] ^{situées à} 149,9 ^{eV et} 154,1 ^{eV :}

Il est hasardeux, ^{avec de telles} erreurs, de parler

de valeurs différentes pour la largeur ^{de radia-}

tion r y suivant l’état de spin. A l’exception ^des

cas pour lesquels ^{rn est très faible} (donc ^la préci-

sion sur r y ^{sera celle obtenue} pour la largeur

totale r), ^une expérience supplémentaire ^{est néces-}

saire pour déterminer ry.

La méthode habituelle et déjà employée ^consiste

à réaliser une expérience ^de capture [3]. ^{Le choix}

du détecteur est important, ^son efficacité devant être indépendante ^du spectre ^des rayonnements

gamma émis. Or la fluctuation de Py ^{étant due à} l’importance relative de certains groupes de ^tran-

sitions, les cristaux de NaI(Tl) ^{ne sont} pas les meilleurs détecteurs pour ^ce type d’expériences

d’autant plus que leur protection ^{contre les neu-}

trons diffusés par l’échantillon peut ^ne pas être suffisante. Le scintillateur liquide précédemment

décrit [4] ^est meilleur ainsi _que le détecteur réalisé par ^{Moxon et Rae} [5]. ^Les différences essentielles entre ces deux types de détecteurs résident dans leur efficacité (20 ^{fois meilleure} pour ^le scintil- lateur liquide) ^{et dans le} rapport signal/bruit ^de

fond (5 ^{fois meilleur} pour le détecteur du type Moxon-Rae). L’intensité de la source de neutrons

disponible ^{et le genre} d’expériences réalisées déter- mineront le choix du détecteur à utiliser.

Mesure relative de Fy/r. 2013 ^{Une mesure absolue}

du rapport Fy/P comporte de nombreuses diffi- cultés. L’intérêt portant ^{en fait sur} la fluctuation de ry pour les résonances, ^{d’un même} noyau, ^une

comparaison des valeurs de ry ^{de résonance en}

résonance est plus ^{aisée. En} plus de l’information délivrée par le ^taux de comptage dans l’ensemble du pic ^de résonance, nous avons ici tiré parti ^de

l’information donnée par le ^taux de comptage ^au sommet Eo de la résonance E. Pour cela, ^{la trans-}

mission de l’échantillon étudié en capture ^{est me-}

surée sur la même base de temps-de-vol (la ^lon-

gueur de base ^étant légèrement différente). ^La figure ² représente ^{les courbes} obtenues dans le

cas de Nd. Les conditions expérimentales ^{étant les}

mêmes (même ^{effet de} résolution, allure du flux

FIG. 2.

incident identique) permettent de comparer les aires partielles ^et de tirer des informations de la

comparaison du minimum de transmission et du sommet de la résonance ^{vu en} capture.

Soient _pour deux résonances, Toi ^et T02 ^les

transmissions minimales, N1 ^et N2 les nombres

d’impulsions (proportionnels ^au nombre de cap-

tures) enregistrés par le détecteur de rayons gamma

au sommet des résonances ; ^{on a} (en négligeant ^les

effets de diffusion multiple) :

cc est un terme correctif de normalisation du flux incident. Ce terme est d’autant plus négligeable

que les résonances sont plus voisines. On peut

même l’éliminer si le terme (1

To) ^{est, rem-} placé par la quantité (TVi

Noi) où les taux de

comptage Nï ^{et No;} correspondent respectivement

pour les deux résonances à la transmission réson- nante Tr

1 et au minimum de transmission. A

partir ^de (1) ^{on tire :}

Une deuxième ou plusieurs relations semblables peuvent ^{être obtenues à} partir ^du rapport ^ci-

dessous mettant en jeu l’ensemble du pic ^{de réso-}

nance :

L’usage de la relation (2) permet d’associer une

analyse ^{de forme aux méthodes} classiques ^{et ainsi}

de tirer.partï de la forte précision statistique ^aux

sommets des résonances et aussi du fait qu’une

erreur sur le minimum de transmission To ^est

moindre pour ^la quantité (1 - To) dès que To ^est

inférieur à 0,5. ^Si To ^{est de l’ordre de} 0,1, la quan- tité (1- T 0) ^{est dans ce cas bien} définie, ^{l’effet de}

diffusion multiple ^{étant encore faible.}

Première application ^aux résonances de Nd.

Les résultats à partir des relations (2) ^et (3) ^ont

été trouvés en excellent accord. La quantité ^ry

étant toujours inférieure à r, ^{on en déduit} d’après (2) que le rapport rY1 /r1 ^{doit être au} plus égal ^{à A.}

Cette simple remarque permet l’attribution de la valeur de spin ^J

^{3 à} la résonance à 43,2 ^{eV de}

145Nd. On obtenait pour cette résonance :

d’où deux valeurs possibles ^du rapport rYjr :

et

La résonance de 143Nd située à 55,3 ^eV prise

comme référence indiquait que le rapport Py/F

pour la résonance à 43,2 ^{eV ne} pouvait ^être supé-

rieur à 0,3 ; d’où la valeur de spin ^{J= 3.}

Cette méthode doit permettre l’attribution de la valeur correcte du spin pour les résonances ^où ry ^« r, ^{si les} expériences de transmission ne

permettent pas de conclure.

Le rapport rYl/r1 ^sera d’autant mieux déter- miné _que ry, ^est voisin de r 2 d’où l’intérêt de

prendre ^comme résonances de référence celles ayant

une valeur Tn faible. Une fluctuation possible ^{de r y}

de résonance à résonance peut, par ^cette méthode,

être mise davantage ^en évidence que par les seules

expériences de transmission pour les ^résonances

avec Tn ray.

Si rYl ^{est faible} comparé ^à ri, ^la précision ^{sur ry.}

dépend de celle obtenue d’abord _pour r 1 ^{et ensuite}

de la quantité ^A ry,. Ir 2. ^Une précision ^{de 10 à 15} %

sur rYl paraît raisonnable si l’on dispose ^d’une

bonne résonance de référence. La valeur rn de la

largeur de diffusion étant généralement ^{bien connue} (à quelques % près), ^on peut dans la relation (2)

écrire

et déduire pour ^toute valeur de rys ^{une valeur} de r Y1’

Les expériences ^{ne sont pas encore terminées}

pour donner une valeur définitive du rapport (ry/r) pour la résonance à 43,2 eV de 145Nd [6].

Le rapport des valeurs rY pour les ^résonances situées à 102,2 ^et 103,6 eV déduites des expériences

de transmission a été confirmé par les ^mesures réalisées avec le scintillateur liquide.

Autres déterminations préliminaires.

a) ^PLA-

TINE,

Le rapport ^des valeurs de Fy pour ^{les deux}

résonances de Pt citées précédemment ^{a été trouvé} égal, ^en employant la méthode déjà décrite, ^{à :}

Ce rapport ^{est à} comparer ^à la valeur 0,5 + 0,3

tirée des différences (F2013Fn). ^On peut objecter

que l’efficacité du détecteur est différente suivant la résonance considérée, ^le spin étant différent. La

figure ^{3 montre} pour ^ces deux résonances le rapport

du nombre de captures détectées pour différentes bandes d’énergie. L’horizontale obtenue montre la

qualité du détecteur.

FIG. 3.

b) PRASÉODYME.

Un effort particulier ^{a été}

consacré ^aux résonances de 141pr situées à 85 et 383 eV. Pour ces deux résonances ry ^est supérieur

à rn et les valeurs trouvées précédemment [2]

montraient une grande différence des valeurs res-

pectives ^de Fy. Une meilleure résolution.et un écran très épais ^ont permis ^{une nouvelle} analyse ^{de la}

résonance à 383 eV, analyse ^rendue difficile par la

proximité ^de l’intense résonance située à 350 eV.

Les paramètres ^{obtenus sont} les suivants :

Une nouvelle résonance à 113 eV a été trouvée mais sa faible intensité ne permet pas de déduire des paramètres ^{valables. Le} fait que, pour des écrans peu épais, l’allure de la courbe de trans- mission dépende ^{surtout de la} quantité so r peut

entraîner des écarts importants dans la détermi- nation de r _{et 60.} L’allure d’une résonance pour ^un écran épais dépendra ^{de ao r2. Les valeurs} grn

trouvées par ^les différents laboratoires sont en

général compatibles tandis que les valeurs de T’

sont assez différentes ce qui ^{entraîne des désaccords}

pour la détermination ^de r y

^{r --- r n.}

1002

Variation de ry ^{de noyau en noyau.}

^{Les résul-}

tats obtenus pour ^{Pr et} Nd donnent les valeurs suivantes pour rY : .

141Pr + n : r y >

^{85 meV avec deux résonances}

143Nd + ^{n :} ry >

^{95 meV avec} deux résonances 145Nd +n: 1’,> ^{= 60 meV avec} trois résonances.

Les valeurs déduites de la relation donnée par Cameron [1] ^{donnent :}

Si les valeurs théoriques ^{sont un} peu différentes,

on retrouve bien pour les valeurs expérimentales

une diminution dans le même rapport ^{de 143Nd à}

145Nd. La présence pour les noyaux étudiés de résonances avec une forte valeur de la largeur ^de

diffusion rend difficile pour ^ces résonances la

mesure de r y ^{et la recherche d’une} éventuelle corré- lation entre r n ^et ry.

Recherche d’anomalies liées à un processus de

capture ^directe.

On sait que les spectres ^des rayonnements gamma de capture ^{des neutrons} thermiques [7] révèlent la présence de groupes de raies intenses de rayonnement gamma dans l’inter- valle de nombre de masse 170 A 208, ^{et de}

transitions très intenses aux premiers ^{états excités}

dans l’intervalle 24 A 70. Lane et Lynn [8]

en ont fourni une explication ^{en reliant ces tran-}

sitions à la présence ^d’états

p

situés près ^de

l’état fondamental. Leurs calculs s’appuient ^{sur les}

valeurs fournies par la connaissance des spectres

obtenus avec des neutrons thermiques. ^{Mais ce}

processus d’interaction directe mérite aussi d’être étudié de résonance à résonance, ^{car la} largeur partielle pour ^une transition favorisée à un état de

particule p’ après capture ^est proportionnelle, ^selon

la théorie de Lane et Lynn, ^{à la} largeur ^réduite I"

de la résonance, largeur obéissant à une distribution

en x2 ^{à un} degré de liberté. On conçoit donc que si

ces transitions favorisées sont intenses (le spectre

des rayonnements gamma dans le domaine ther-

mique ^{le montre)} la valeur de ry peut fluctuer de résonance à résonance et être en corrélation avec

la yaleur ^Tn.

a) ^DANS L’INTERVALLE DES NOMBRES DE MASSE

50 A 70, ^{nous avons trouvé} quelques ^nou-

velles résonances dans Cu (648 ^{et 990} eV) ^et

Zn (281 ^{et 322} eV) pour lesquelles ^{1B ro-..J F}

et, ^des expériences ^en cours, ^on s’efforce aussi de déduire une valeur correcte de Py pour les résonances à forte valeur de F’. Simultanément

avec le cristal annulaire précédemment ^{décrit sont}

étudiés le spectre ^des rayonnements gamma de ^ces résonances et aussi le spectre ^entre résonances.

b) DANS L’INTERVALLE DES NOMBRES DE MASSE

170 A 208, ^{Pt ET Au sont} étudiés. Des études sur Hf et Th sont envisagées. ^{Dans ce}

dernier type d’expériences, ^on s’efforce d’étudier l’allure de la courbe de capture pour l’énergie ^des rayonnements ^de capture correspondant ^{aux tran-}

sitions anormalement fortes. En effet, ^{si ces tran-}

sitions correspondent ^à celles décrites dans le for- malisme de Lane et Lynn, ^une asymétrie ^{dans la} formerde ^{la résonance doit} apparaître.

Ce processus peut ^être considéré pour expliquer

les fluctuations de Fy que ^nous observons dans 195Pt + ^n. Pour ce noyau, la plus importante ^fluc-

tuation apparaît pour les deux valeurs Fy ^{des réso-}

nances situées à 66,9 ^et 67,5 ^eV [2]. ^Le fait que ^les résonances ont le même minimum de transmission et des valeurs de spin différentes entraîne, ^comme

les grandeurs grn ^{et r sont} sensiblement égales,

une forte différence dans les valeurs de Py. ^Une expérience ^de capture ^{avec haute} résolution en

temps ^{est en cours} pour confirmer ^ce rapport.

Conclusion.

Les quelques exemples ^décrits

montrent que le comportement ^des largeurs ^de

radiation et des largeurs radiatives partielles ^est

encore mal connu. Une étude systématique ^et

sérieuse exige plusieurs types d’expériences (expé-

riences de transmission, pour obtenir grn ^et F, expériences ^de capture ^{avec étude du} spectre ^du rayonnement gamma émis pour obtenir les valeurs relatives des largeurs radiatives partielles ^{et la}

valeur correcte du spin ^{J de la} résonance). ^Trois

bases de temps-de-vol ^sont simultanément utilisées à Saclay pour la réalisation de ^ces expériences.

Une étude sur l’existence ou non de corrélations entre les différents paramètres ^{et les} espacements

entre niveaux exige ^de disposer ^{d’un nombre élevé}

de résonances analysées ^avec précision ^{et de ne} pas omettre les plus faibles d’entre elles qui ^{sont diffi-}

ciles à mettre en évidence. Un vaste champ ^d’inves- tigation ^{reste donc ouvert dans le sens} que ^nous

venons de décrire.

BIBLIOGRAPHIE

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