Transition dipolaire électrique anormale de 179Ta

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Submitted on 1 Jan 1963

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Transition dipolaire électrique anormale de 179Ta

Jérôme Valentin, A. Santoni

To cite this version:

Jérôme Valentin, A. Santoni. Transition dipolaire électrique anormale de 179Ta. Journal de Physique,

1963, 24 (9), pp.648-652. �10.1051/jphys:01963002409064800�. �jpa-00205543�

TRANSITION DIPOLAIRE ÉLECTRIQUE ANORMALE DE 179Ta Par J. VALENTIN et A. SANTONI,

Institut du Radium, Laboratoire Joliot-Curie, Orsay, ^France.

Résumé.

2014 Au

moyen ^de spectrographes ^{à aimants} permanents ^{et de cristaux} NaI(Tl) ^nous

avons trouvé dans 179Ta une transition dipolaire électrique ^{anormale de 30,7} keV. Grâce à une source de 179W et de 176W (lequel ^{a une} transmission E1 pure ^{de 100} keV) ^{nous avons montré}

que ^le coefficient de conversion _03B1LIII a la même valeur, que la transition dipolaire électrique

soit normale ou anormale. Ceci nous a permis de donner les valeurs _03B1LI, 03B1LII ^des coefficients de conversion avec une précision ^{de l’ordre de 20} %.

Abstract.

A 30.7 keV anomalous electric dipole transition has been found in 172Ta by ^means

of high resolution 180° spectrographs ^and with scintillation techniques.

Using ^{a source made of a} mixture of 179W and 176W (which ^{is known to have a 100 keV} E1 ^tran- sition) ^we have found that _03B1LIII for an anomalous E1 ^{has the same value as a normal} E1 ^tran-

sition. This fact, already observed, allows us to give ^the internal conversion coefficients with

an accuracy of about ²⁰ %.

PHYSIQUE 24, 1963,

1. Introduction.

Le schéma de niveaux de l8lTa a été établi par Gallagher [1]. L’état fonda- mental a pour p spin 7 p 2 ^{+ (404).} 404 ) Il existe deux ni-

9

veaux intrinsèques, ^{, l’un de} spin 9/2 - ^{(514) avec}

une énergie ^{de 152} keV, l’autre ^de spin 5 ^{2 + (402)}

ayant ^une énergie de 480 keV. Ces résultats con-

cordent avec les courbes d’énergie de Mottelson et Nilsson [2] qui prévoient ^ces niveaux de particules

dans la région ^{du 730} proton.

En vue d’établir les schémas de niveaux de noyaux impairs ^{178Ta et} 116 Ta, ^{nous avons entre-} pris l’étude de la désintégration ^{de 119W} pensant retrouver ^{les mêmes états} intrinsèques que dans la

désintégration ^{de 181W.}

Notre étude montre qu’il ^n’existe qu’une ^seule transition, ^{donc un} seul niveau excité atteint, ^dans

la désintégration ^{de 179W. Le} spectre ^{y ne met en}

évidence qu’un ^seul rayonnement ^de 30 keV. L’exa-

men des raies de conversion de cette transition manifeste que les rapports expérimentaux Li/Lii/Liii ^ne correspondent ^{à aucun} rapport

prévu théoriquement.

2. Préparation ^{des sources.}

^{Les sources de} tungstène ^{ont été} produites par irradiation de ^tan- tale métallique ^ou d’oxyde de tantale au synchro- cyclotron du laboratoire fonctionnant ^en protons

ayant ^des énergies ^{de 38 à 155 MeV.} L’isotope ¹⁷⁹

du tungstène ^{a été} formé par réaction (p, 3n) ^avec

des protons de 34 MeV obtenus en utilisant une

plaque ^{de 1 mm} d’aluminium comme ralentisseur.

Les sources y ont été séparées isotopiquement

FIG. 1.

Détermination des intensité ^relatives du pic d’échappement ^{et du} rayonnement de 30 keV do ^{17 9Ta.}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002409064800

649

au séparateur ^à double déflexion magnétique ^du

laboratoire [3]. ^Lés sources P ^{ont été} préparées ^par

extraction par solvant suivant une technique que

nous avons déjà ^décrite [4].

3. Période.

Des sources séparées isotopi- quement ^ont permis de déterminer la période ^de

179W. Elle est égale ^à 37,5 ^-1- 0,5 ^m [5], ^valeur

différente de celle de 30 + 0,1 ^{m donnée} par Wilkinson [6] ^et de celle de 40 m trouvée par Rock [7].

4. Étude du rayonnement y.

Au moyen ^d’un cristal NaI(TI) ^{35 X 27} mm, muni d’une fenêtre d’aluminium de 50 y d’épaisseur ^{et relié à un} analyseur ^{TMC à 256} canaux, ^{nous avohs} constaté que le spectre ^{y ne} comprenait qu’un ^seul rayon- nement de 30 keV. Ce rayonnement ^{est confondu}

avec le pic d’échappement ^{de 28 keV dé la raie X.}

Mais ^une comparaison ^{entre le} spectre ^{y dé 179W}

et celui ^de 178W (lequel d’après Gallagher [7] ^se désintègre d’état fondamental à état fondamental)

montre clairement que le rayonnement ^{de 30 keV}

de 179W est beaucoup plus important ^{que celui}

de 1’8W. Par différence (fige 1) ^on peut ^connaître

la contribution exacte du rayonnèment y et ^dire

que la raie de 30 key a une intensité égale ^{à 22} %

du rayonnement X, soustractiôn faite du pic d’échappement.

5. Étude des électrons de 60nVerSiQn,

L’étude des électrons de conversion à l’aide d’un spectro- graphe ^{à aimant} permanent (B

¹²² gauss) ^a permis de donner la valeur plus précise ^de 30,7 ^keV

à cette unique transition. La figure ² présente ^le

Fic. 2.

TABLEAU I

ÉNERGIES ET INTENSITÉS DES RAIES DE CONVERSION

DE LA TRANSITION DE 30,7 ^{keV DE} 179W

spectre que ^{nous avong} obtenu et nos résultats sont résumés dans le tableau I. Les noircissements ont été déterminés _par une méthode adaptée ^de

celle décrite _par Albridge [9] ^et par décomposition

du spectre ^{obtenu au} microdensitomètre Vassy (fig. 3). Les résultats obtenus par ^ces deux mé- thodes concordent à :1: ⁴ % près.

FIG. 3.

Décomposition ^du microdensitogramme ^des raies LI, LII, Liii.

6. Discussion des résultats. - 6.1. IMPOSSIBILITÉ D’UN MÉLANGE DIPOLE-QUADRIPOLE.

Cette tran- sition avait déjà été trouvée par Harmatz ^et al [10], ^{mais ces auteurs} n’avaient pas déterminé les intensités relatives des différentes raies. Ils avaient conclu que la multipolarité ^de cette tran- sition devait être un mélange dipôle-quadripôle.

Nous avons réuni dans le tableau II les coef- TABLEAU II

COEFFICIENTS DE CONVERSION OCL POUR UNE TRANSITION DE 30,7 keV (Z

73)

ficients de conversion _OCL pour ^une transition de

30,7 keV pour les multipolarités .El, Ea, Mali M2.

Les valeurs sont extrapolées des valeurs de Sliv [11] pour Z

73.

Ces valeurs permettent d’éliminer les possibilités

d’un mélange È1 ⁺ Ma. ^En effet, expérimen- talement¡ ^{la raie LII est} plus ^{intense et les coef-}

ficients théoriques ^de conversion pour ^{une raie} LII,

sont pour ^un E1 ^et pour ^un M? plus ^faibles que les coefficients de conversion des raies Li et Lui.

Il faut également exclure la possibilité ^d’un

mélange E8 + M1. ^{La raie ZIII étant} faible, le,

pourcentage ^de E2 ^{doit être} peu élevé. Par voie de

conséquence, l’intensité de la raie LI serait trop forte, ^le pourcentage ^de M1 ^étant important.

La figure 4 concrétise cette discussion. Nous

FIG. 4.

Valeurs du rapport ^{de LI à I,II en} fonction du

rapport ^de LI ^à LIII pour ^un mélange (E + M 2) ^et

pour ^un mélange (Ml + E2).

avons porté ^en abscisse les valeurs du rapport LIILIIi ^{et en} ordonnée celle du rapport Li/Ln.

La courbe A représente les variations de LI/LII

en fonction du rapport LIILIII pour ^un mélange Eï ⁺ M2 (de ^{0 à 10} % de M2) ^{et la courbe B la}

même variation pour ^un mélange E2 --E- M, (de ² %

à 5 % ^de E2). ^{On voit} qu’aucun mélange dipôle- quadripôle ^ne peut expliquer ^les rapports expéri-

mentaux Li /Lii/Liii.

6.2. NATURE El ^{DE LA} TRANSITION.

Le fait, déjà mentionné que la raie y de 30 keV a une

intensité égale ^{à 22} % ^du rayonnement X, ^sous-

traction faite du pic d’échappement, ^nous permet

de déterminer la multipolarité de la transition de 30,7 ^{keV. Si} l’on suppose que ^toute la désin-

tégration nourrisse le niveau excité de 30,7 ^keV

et qu’il n’y ait pas de population directe du niveau fondamental ^on pourra écrire :

ou

Ottotai étant le coefficient de conversion total de la transition.

La valeur expérimentale NY/Ng

22/100 ^con-

duit à la valeur (Xtotai

3,5. ^{Si l’on se} place ^dans

le cas général, ^il peut y avoir population ^directe

du niveau fondamental et par suite :

Les valeurs de _llLtotal sont respectivement :

pour un E2 : 594, pour ^un M2: 1506, pour ^un

Ml : 17,7. Quant ^aux multipolarités ^d’ordre supé-

rieur à 2, les coefficients de conversion ont des valeurs encore plus élevées. ^{Pour un El, oeztotai}

est égal ^à 1,31.

On est conduit à penser qu’il s’agit ^{d’une tran-}

sition dipolaire électrique anormale. Elle obéit, ^en effet, ^aux critères des transitions E1 anormales de Church et Weneser [12], ^{et comme dans tous les}

cas rencontrés la raie LII est la plus ^intense (voir

par exemple ^réf. [13]).

7. Coefficients de conversion.

Lors de l’étude des niveaux d’énergie ^de 116 Ta, ^{nous avons}

montré [4] que la transition de 100,2 ^{keV est une}

transition El. ^{La raie K de cette} transition a une

énergie ^de 32,6 ^{keV et le} spectre y de la désinté-

gration ^{de 176W ne met en} évidence que le rayon- nement de 100 keV.

Nous avons utilisé ce fait établi pour déter- miner les coefficients de conversion oez du rayon- nement de 30,7 keV de 179W. Nous ^avons préparé

deux _sources, l’une ’de 1793W, l’autre de 176W et avons mélangé ^les deux activités pour n’obtenir

qu’une ^seule source g que nous avons placée ^dans

un spectrographe 1800 à ^aimant permanent ayant

un champ ^{de 46} gauss. L’exposition ^{a duré 76 m} (soit ² périodes ^{de 179W et} 0,54 période ^{de 176W).}

Dès le début de l’exposition (temps t

0) ^nous

avons relevé le spectre y d’un échantillon du

mélange ^176W

^179W (fig. 5).

FiG. 5.

Spectre y du mélange ^l’9W

^176W. Spectre [1]

relevé au temps ^{t = 0.} Spectre [2] ^{relevé au} temps

t

105 minutes.

Cette expérience permet, ^d’une part, ^{de con-}

naître le rapport ^au temps t

0 des intensités des rayonnements y de 30,7 ^et 100,2 ^{keV. Sous-}

traction faite de la contribution du pic d’échap-

pement, ^{nous avons trouvé :}

On peut, ^d’autre part, déterminer le rapport ^de

651

l’intensité de la raie Lui de 179W à celle de la raie K de 1"6iV. Compte ^tenu des corrections d’efficacité [14] ^et de rayon, ^{nous avons} obtenu :

ILIU/IK

0, 6 0 8.

Ce rapport permet de déterminer la valeur du

rapport ^des intensités électroniques ^au temps t

⁰ puisque :

soit :

La connaissance des rapports des intensités des

photons ^et des intensités des électrons au temps

t

0 permet de déterminer _aLIII pour la ^tran- sition de 30,7 ^keV puisque :

03B1LIII - 179 = NY-176 I0-LIII = 185 x 0,608 = 1 87 03B1K- 176 NY-179 IO-K ⁹³ 0,65

Comme ocg

0,285, ^et comme nous avons

évalué nos erreurs à 20 %, OCLIII

0,53 ± 0,11.

Pour une transition El normale de 30,7 ^keV

OCLIII

0,50. On voit donc que OCLIII ^a la valeur

tabulée, ^ce qui ^{est en accord avec la} systématique

d’Asaro [15] qui ^montre que dans ^une transition

dipolaire électrique anormale, OCLIII ^conserve la valeur normale.

Sachant que les rapports expérimentaux LI’LIII LIII ^sont 0,67/1,0/0,4 (tableau 1), ^on peut

donner comme valeurs des coefficients de conver-

sion :

On remarquera que la même anomalie ^se retrouve dans les raies M. Le rapport

8. Désintégration ^{directe au niveau excité.}

Les valeurs trouvées pour les coefficients de ^con- version permettent ^{d’évaluer OLtotal à} 2,83. ^{On a}

montré dans la section 6.2 que ^(Xtotai était égal ^à 3,5 lorsque ^la désintégration s’effectuait totalement de l’état fondamental de 1’9W au niveau excité de 179Ta. Dans ces conditions, ^on peut ^estimer qu’il y ^{a très} peu, ^ou même pas, de désintégration

directe de niveau fondamental à niveau fonda- mental.

9. Coefficient d’anomalie.

Si l’on définit [15]

le coefficient d’anomalie comme étant le rapport : - 1 LIexp - OtLthéorl + I .«LII ezp - 03B1LII théor I

f 03A3 03B1(L)théor

cette transition a un coefficient d’anomalie de

l’ordre de 1, ^ce qui d’après ^la systématique ^d’Asaro

établie sur les calculs de Weisskopf [16], ^entral-

nerait un retard de 3 X 105. La transition aurait alors une période ^de 1,4 ^{X 10-7 s.}

10. Conclusions.

Comme nous l’avons ^men-

tionné, ^les spins prévisibles ^sont

Puisque la transition de 30,7 ^{keV est une tran-}

sition El, ^le spin ) + ^{(402) serait} inexplicable.

Nous retenons, par suite ^{p les} spins 2 ^{p 2 + (404) et} 9 ₂ ^{- 514 .} ( ) ^{Reste à} déterminer quel quel est le ^{est le} spin p ^de l’état fondamental. Rock [7] ^{a montré} que ^le spin

de l’état fondamental de 179W avait pour valeur

7 - ^{et la} configuration (514).

2 g ( )

Comme nous avons prouvé que ^la désintégration

s’effectue très préférentiellement ^ou totalement du niveau fondamental de l’9W au niveau excité de 179Ta, ^nous devons admettre que ^ce niveau excité a le spin 9- et ₂ ^la configuration (514), ^la

similitude des parités ^{et des} configurations (AK

0) favorisant la population du niveau de

30,7 ^keV.

De plus, ^les règles de sélection de Nilsson et Rasmussen [17] pour les transitions E1, impliquent

que les transitions E1, pour lesquelles ^AK

1,

AN

1, ^Onx

1, ^AA

^{0 sont} interdites.

C’est précisément ^le cas, si l’on admet que la transition de 30,7 ^keV relie le niveau de spin

9 ^{(514) au niveau} fondamental de spin

7 + (404).

2 + (404).

L’interdiction explique l’anomalie. On remar-

quera que la même interdiction ^et la même ano-

malie se retrouvent dans les noyaux 177Lu [18] ^et

On peut ^{enfin utiliser comme} confirmation, ^le

fait que la valeur de log f t ^{est très} basse, ^{de l’ordre} de 4,6.

Ces conclusions nous permettent de proposer le

schéma de désintégration ^{de 179W de la} figure ^6.

Nous tenons à remercier M. R. Foucher _pour certains échanges ^{de vue} extrêmement profitables.

Manuscrit _reçu le 10 ^{mai 1963.}

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