Étude de la réaction 39K(p, γ)40Ca dans le domine d'énergie Ep = 2,6 — 2,8 MeV

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Submitted on 1 Jan 1971

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Étude de la réaction 39K(p, γ)40Ca dans le domine d’énergie Ep = 2,6 - 2,8 MeV

J. Dalmas, D. Bertault, M. Vidal, P. Walter, G.Y. Petit

To cite this version:

J. Dalmas, D. Bertault, M. Vidal, P. Walter, G.Y. Petit. Étude de la réaction 39K(p, γ )40Ca dans le domine d’énergie Ep = 2,6 - 2,8 MeV. Journal de Physique, 1971, 32 (2-3), pp.107-111.

�10.1051/jphys:01971003202-3010700�. �jpa-00207030�

ÉTUDE DE LA RÉACTION 3919K(p, 03B3)4020Ca

DANS LE DOMAINE D’ÉNERGIE Ep

⁼

^2,6

²⁰¹⁴

^{2,8 MeV}

par J.

DALMAS,

^D.

BERTAULT,

^M.

VIDAL,

^{P. WALTER et G. Y. PETIT}

Centre

d’Etudes

Nucléaires de

Bordeaux-Gradignan,

^Le

Haut-Vigneau, 33, Gradignan (Reçu

^{le 21 octobre}

1970)

Résumé. ²⁰¹⁴ Neuf résonances de la réaction

39K(p, 03B3)40Ca

^ont été observées dans le domaine

d’énergie Ep

⁼

2,6

²⁰¹⁴

2,8

^{MeV. Les}

énergies

^{et forces} de résonance ont été déterminées. Les modes de

désexcitation 03B3

^{de ces} résonances ont été

étudiés,

^ainsi que les

énergies

^{et modes de}

désexcitation 03B3

de

quelques

niveaux élevés du 40Ca, à l’aide d’un détecteur

Ge(Li)

^{de 40 cm3.}

Abstract. ²⁰¹⁴ The excitation function of the

39K(p, 03B3)40Ca

reaction has been studied for the proton energy range Ep ⁼

2,6

²⁰¹⁴

2,8

^{MeV. The}

energies

^{and resonance}

strength

values of reso- nances observed

therein,

^{have been} determined. The 03B3 ray de-excitation of these resonances and

energies

of certain

high

energy levels and their modes of

decay,

^{have been} studied with a 40 cm3

Ge(Li)

^detector.

I. Introduction. ^- _{Le noyau} de

2ôCa,

^double-

ment

magique,

^est

toujours l’objet

^d’un

grand

^nombre

d’études tant

théoriques qu’expérimentales.

^{Les détec-}

teurs à semi-conducteurs du

type Ge(Li) permettent

d’obtenir une meilleure

précision

que les détecteurs à scintillation dans les mesures

d’énergie

^des rayon- nements y, et par

suite,

^{de mieux}

préciser

^{les schémas}

de

désintégration

des niveaux d’excitation des _noyaux étudiés.

Nous avons

analysé,

^{avec un détecteur}

Ge(Li)

de 40

cm’,

les résonances de la réaction

39K(p, y)4oCa

pour ^une

énergie

^de

protons comprise

^entre

2,6

^et

2,8 MeV,

^et

comparé

^{nos résultats à ceux}

qui

^ont

été obtenus ^en 1966 dans la même

région,

^{avec des}

détecteurs de

type Na(I) cylindriques,

^de

10,2

^cm

de diamètre et

10,2

^{cm de}

long [1].

^{Ce travail est}

préliminaire

^{à une} étude semblable dans la

région comprise

^entre

2,8

^{et 4}

MeV,

^encore

inexplorée,

^à

l’exception

^de recherches de

résonances 39K(p, Yo)40Ca

[2-3].

II.

Dispositif expérimental.

^{- II.1 ACCÉLÉRA-}

TEUR. ^- Ce travail a été réalisé à l’aide de l’Accélé- rateur Van de Graaff de 4 MeV du Centre d’Etudes Nucléaires de

Bordeaux-Gradignan.

Nous avons mesuré la résolution en

énergie

^du

faisceau en utilisant la résonance à

991,90

^±

0,04

^keV

[4]

^de la réaction

2’Al(p, y)28Si.

Cette résonance a une

largeur

^{r = 100 ± 15 eV}

[5].

^La

figure

^{1 montre}

les résultats obtenus avec une cible

épaisse

^d’alumi-

nium.

La résolution mesurée est la résultante de la réso-

lution _propre de l’accélérateur

FA,

^de

l’élargissement

dû à l’effet

Doppler TD

^{et de la}

largeur

^{de la résonance}

FiG. 1. ^- Courbe de la résonance 27AI(p, y) ^{à 992 keV.}

r. Dans les conditions de

l’expérience, TD N

^{70 eV}

[6].

^{Etant donné} que

r m

^{est très}

supérieur

^{à 100}

eV,

la

grandeur prépondérante

^{dans cette somme}

quadra- tique

^est

TA,

^et si l’on admet une forme d’étalement de

type

Gaussienne _pour la courbe de résolution en

énergie

^de

l’accélérateur, F.

^est mesuré par la diffé-

rence

d’énergie

^{entre les}

points

^{du front de montée}

de côte

1/8

^et

7/8

^{de la} hauteur maximum

[7].

^{Au cours}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01971003202-3010700

108

de nos

expériences,

^la résolution de l’accélérateur était de 1 keV.

L’étalonnage

^en

énergie

^de l’accélérateur a été réalisé à

partir

des deux réactions

2’Al(p, y)28Si

^à

Ep - ^991,90

^±

^0,04

^{keV et}

13C(p, y)14N

^à

Ep

⁼

^{1 747,6}

⁺

^0,9

^keV

^[4],

ainsi que des seuils de réactions

’Li(p, n)’Be : Es

⁼

1 880,60

±

0,07

^keV

[4]

et 13C(p, n)13N : Es

^{= 3}

^235,7

⁺

^0,7

^keV

^[4].

La

charge déposée

^{sur la cible a} été mesurée à l’aide d’un

intégrateur.

^{Pendant les}

expériences,

^le

centrage

du faisceau sur la cible était surveillé en

enregistrant

le courant sur un

diaphragme placé

^{à 2 cm de la}

cible,

et un

potentiel

^{de - 200} volts était

appliqué

^{sur un}

second

diaphragme placé

^{entre la cible et le}

précédent

pour repousser les électrons secondaires.

II. 2 CIBLES. ^- Les résultats

présentés

^{ont été}

obtenus en utilisant des cibles d’iodure de

potassium

enrichi à 99

%

^en

39K, préparées

^par

évaporation

sous vide sur

support épais

^de

0,5

^{mm de tantale.}

L’iodure de

potassium

^{enrichi en}

^39K

^{a été fourni}

par le

Groupe

^de

Séparation Electronique

^{de Harwell}

(Grande-Bretagne),

^{et les}

évaporations

^ont été effec- tuées au Bureau Central des Mesures Nucléaires de Geel

(Belgique).

^{Nous avons} utilisé des cibles de

30,

80 et 100

Jlgjcm2.

^{Nous avons dû} travailler avec une

intensité de

faisceau

²

gA,

étant donnée la valeur relativement faible du

point

d’ébullition de l’iodure de

potassium ;

^le

support

^de tantale était directement refroidi _par un courant d’eau.

II. 3 SCINTILLATEUR GAMMA. - Pour étudier la fonction

d’excitation,

nous avons utilisé ^un détecteur

NaI(Tl)

^{de 5" x}

5",

^{relié à trois} sélecteurs

d’amplitude

à un canal. Le

premier (J5y > ^{9,2 MeV)}

était destiné à sélectionner les résonances

présentant

^{une transi-}

tion _yo. Le second

(2,2 E7 ^{4,2 MeV)}

était destiné à sélectionner les résonances alimentant les niveaux à

3,74

^et

3,90

^{MeV du} noyau de

4°Ca ;

^il

présente

^en

outre

l’avantage

d’éliminer la contribution des

rayonnements

gamma de 6 à 7 MeV dus à la réaction

’9F(p, ay)16o,

^{Le troisième}

(Er> ^{2,2 MeV)}

^était

destiné à

enregistrer

^la totalité du

spectre,

^{en éliminant} la

région

^{de basse}

énergie

^{où existe un bruit de fond}

important.

^{La distance entre la cible et la face d’entrée}

du détecteur était 2 cm et ce dernier était

placé

^{à 550}

de la direction des

protons

^incidents.

II .4 JONCTION SEMI-CONDUCTRICE. ^- Pour déter- miner les

énergies

^des

rayonnements

^{gamma, nous}

avons utilisé une

jonction Ge(Li)

^{de 40}

^cm3

^associée

à un convertisseur

analogique digital

CA 13 Inter-

technique,

^{et à un} bloc mémoire à 4 096 canaux

BM 96

Intertechnique.

L’étalonnage

^en

énergie

^était

déduit,

pour

chaque spectre enregistré,

^{de la}

position

^{de certains rayonne-}

ments gamma du bruit de fond et des

positions

^des

pics total, simple

^{et double}

échappement

^en

prenant

la valeur

mo C2 = 511,006

^{keV. Les}

rayonnements

gamma utilisés dans ^ces

étalonnages

étaient dus aux

réactions

parasites :

27 Al(p, p’ Y) : EY - 843, 1013,

^@

27 Al(p, rxy)24Mg:

Ey

⁼

^{1 368,6}

^{keV et}

23Na(p, ay) : Ey

^{= 1 632}

^keV,

ainsi que les

rayonnements

gamma dus ^au

228T11:

Ey

^{= 2}

^614,3

^±

^0,09

^{keV et au}

4’K : E,

^{= 1 460 keV.}

L’efficacité relative de la

jonction

^{a été étudiée à}

partir

^des

rayonnements

gamma de ^sources d’étalon- nage :

22Na, 24Na, 6°Co, ^$8Y

^et

22 8Th,

^ainsi que

ceux de

quelques

résonances des réactions

26Mg(p, "1)27 Al, 23Na(p, Y)24Mg

^et

27 Al(p, y)28Si [7] :

certaines résonances alimentent directement un niveau

connu pour ^se désexciter exclusivement _par une tran- sition vers le niveau

fondamental ; ainsi,

^{au cas où}

le niveau intermédiaire ne subit aucune autre ali-

mentation,

^{les deux}

rayonnements

gamma observés ont même intensité et les surfaces sous les

pics

^dans

un

spectre pris

à 550 de la direction des

protons

^inci- dents fournissent une mesure de l’efficacité relative pour les deux

rayonnements.

^{Il a été} nécessaire d’en-

registrer

^les

spectres

de telles résonances ^car les sources

classiques

^ne fournissent _pas de

rayonnements

gamma

d’énergie supérieure

à 3 MeV. La

figure

^{2 donne les}

FIG. 2. ^- Courbe d’efficacité d’un détecteur Ge(Li) ^{de 40 cmz.}

courbes d’efficacité ainsi obtenues à

partir

^de

couples

de

rayonnements

gamma

d’énergie

^{connue et d’inten-}

sité

comparable.

^Le

rapport

^des efficacités

simple

^et

double

échappement, qui ^peut

^{être considéré comme}

une mesure du volume du détecteur demeure cons-

tant

(0,34)

^{entre 2 et 11 MeV.}

^Compte

^{tenu des}

erreurs

statistiques,

^la

précision

^{a été estimée à 15}

%.

Nous avons ensuite testé ^cette courbe à

partir

^de

résonances de la réaction

39K(p, y)40Ca

^{dont les}

schémas de désexcitation ont été déterminés _par Lindeman et ses collaboratéurs

[8],

^à l’aide d’une

jonction

^{de 30}

^cm’.

Les résultats ainsi obtenus sont

en très bon accord avec ceux de ces auteurs.

III. Résultats. - III.1 FONCTION D’EXCITATION. ^- Nous avons identifié neuf résonances de la réaction

FIG. 3. ^- Fonction d’excitation de 2,6 ^{MeV à} 2,82 ^MeV (cible KI) de la réaction 39K(p, y) ^40Ca.

39K(p, y)40 Ca

^{dans la}

région Ep

⁼

^2,60

^à

^2,85

^MeV.

La

figure

³

représente

la fonction d’excitation enre-

gistrée

^à

partir

^de l’intensité des

rayonnements

gamma

d’énergie comprise

^entre

2,2

^et

4,2 MeV,

^{en utilisant}

une cible d’iodure de

potassium

^{de 30 ± 5}

gg/cm’

enrichie à 99

%

^en

^39K.

^{Nous avons} retrouvé trois

FIG. 4. ^- Courbe de résonance de la réaction 39K(p, y) ^mon-

trant l’existence de deux résonances voisines à Pep ^{= 2 815 keV}

’ et Ep ⁼ 2 821 keV.

résonances aux

énergies Ep - ^{2 649,}

^{2 661 et 2 815}

(toutes

^±

2,5) keV, déjà

^{mises en évidence} par Leen- houts et Endt

[1].

^En

analysant plus précisément

^la

dernière,

nous avons observé

qu’il

^{y avait dans cette}

région

^{une résonance}

double,

la seconde

beaucoup plus faible, présentant

^{seule une} transition yo

(Fig. 4).

Nous avons mesuré

l’énergie

^{de ce} yo décelé _par son

pic

de double

échappement,

^en

plaçant

^la

jonction

à 900 de la direction des

protons

incidents. La

région correspondante

^{a été étalonnée à} l’aide des

pics total, simple

^{et double}

échappement

^du

rayonnement

gamma alimentant le niveau à

1,778

^{7 MeV dans la}

résonance à 992 keV de la réaction

2’Al(p, y)28Si

en utilisant les résultats de

Meyer

^{et Wolmarans}

[9].

Cette mesure nous a

permis

^de

placer

^{la seconde}

résonance à une

énergie Ep =

^{2 821 ± 3 keV en}

prenant

pour

énergie

^de

séparation

^d’un

proton

^du

40 Ca

la valeur mesurée _par Lindeman et ses colla- borateurs

[8] Q

^{= 8}

^329,4

^±

^0,9

keV. Ce résultat est

en excellent accord avec celui de Heimlich et Mans-

berg [3] qui placent

^{une résonance}

39K(p, yo)40 Ca

à une

énergie Ep

^{= 2 822 keV.}

III. 2 FORCES DE RÉSONANCES. ^- Nous avons mesuré la force de la résonance

à Ep

^{= 2 815 keV en}

^comparant

cette résonance à la résonance à

Ep =

^{2 043 keV}

pour

laquelle

^{nous avons}

adopté

Nous avons utilisé une cible

épaisse

^{et déduit le}

rapport

des forces des deux résonances de la relation

[10]

où f représente

la force de

résonance,

La valeur moyenne ^sur

plusieurs expériences,

^du

rapport

trouvé pour ^ces deux résonances est

0,38,

ce

qui

^conduit à attribuer une force de 10 eV à la résonance à

Ep

^{= 2 815}

^{keV ;}

^{ceci est en bon accord}

avec le résultat de Leenhouts ^et Endt

[1].

Les valeurs des forces des ^autres résonances que

nous avons identifiées ont été déduites ensuite de la

comparaison

^{de ces} résonances à la résonance à

Ep

⁼

2 815 keV [7].

Les résultats sont résumés dans le Tableau 1.

110

TABLEAU 1

TABLEAU II

FIG. 5. ^- Rapports d’embranchement de niveaux de réso-

nances et d’états liés du _noyau

20 4 OCa.

Les

énergies

d’excitation ont été calculées en uti- lisant la valeur

Q = 8 329,4

^±

0,9

^keV

[8].

III.3 RAPPORTS D’EMBRANCHEMENT. ^- Les _spec- tres des résonances identifiées ont été étudiés avec le détecteur

Ge(Li), placé

à 550 de la direction des _pro- tons incidents. Les

rapports

d’embranchement des gamma de désexcitation ont été déterminés en utilisant la courbe d’efficacité relative dont nous avons

parlé plus

^haut.

Certaines résonances

présentaient

^des transitions

vers des niveaux

élevés,

^dont nous avons

essayé

^de déterminer

l’énergie

^{et le mode de} désexcitation. Nos résultats

comparés

^{aux résultats} antérieurs sont résumés dans le Tableau II.

Les résultats _que nous avons obtenus pour ^ces neuf résonances sont

représentés

^{sur le schéma}

figure

^5.

IV. Discussion. ^- Résonance à

Ep =

^{2 649 keV :}

Leenhouts et Endt ont observé une transition

r -

3,74

^MeV

accompagnée

^de transitions

inconnues ;

nous avons bien retrouvé cette

transition,

^{mais n’en}

avons pas observé d’autres.

L’hypothèse

^{d’une tran-}

sition

analogue-antianalogue

^{AT = 1 a été}

envisagée,

mais le calcul de la force de transition en unités

Weisskopf,

^à

partir

de la force de résonance et sup-

posant Tp N

^{r donne}

^seulement 1 M 12 ^10-1.

Cette résonance serait la seconde

présentant

^la

particularité

^d’une transition à 100

%

^{vers le niveau}

à

3,74 MeV,

^la

première

^{mise en} évidence par Leen- houts et Endt se situant à

Ep

^{= 1 954 keV.}

- Résonance à

Fp

^{= 2 661 keV : nous confirmons}

la transition ^r ->

5,28

^{MeV observée} par Leenhouts et Endt

[1],

mais n’avons pas observé la transition

r ->

3,90

MeV que ^{ces auteurs} avaient décelée. Nous

observons une nouvelle transition r ->

6,025 MeV,

mais le schéma reste à

compléter,

^{notamment en ce}

qui

^concerne l’alimentation du niveau à

3,74

^MeV.

Il se

peut qu’il

y ait ^un doublet dans cette

région.

- Résonance à

Ep

^{= 2 694} keV : si l’on considère que les transitions

importantes

^ne

peuvent

pas être de

type

^{M2 ou}

octupolaire,

^{le schéma de} désexcitation de cette résonance conduit à restreindre les

spin

^et

parité

^{à la valeur J03C0 =} 3- pour ^cette résonance.

- Résonance à

Ep

⁼ 2 754 keV : cette résonance

présente

^{une forte} transition vers le niveau 5- à

4,49 MeV ; cependant,

^une transition

importante

^vers

le fondamental

(0+)

^{est observée en même}

temps.

L’énergie

^du yo a été mesurée ^comme

précisé plus haut,

pour le yo de la résonance à 2 821

keV,

^et

après comparaison

^{de cette valeur avec}

l’énergie

^du y

correspondant

^{à la} transition r --> 4 491

MeV,

^ainsi

qu’avec l’énergie

d’excitation du niveau résonnant déduite de

l’énergie

de résonance des

protons (prenant Q = 8 329,4

^±

0,9

^keV

[2],

^{nous trouvons des résul-}

tats concordants. Si ces deux gamma ^sont issus de la même

résonance,

les seules

possibilités

^de

spin

^et

parité

pour le niveau résonnant ^sont J03C0 =

2+

ou

3-,

conduisant ainsi soit à ^un

rayonnement

^{E3 de}

6,523 MeV,

^{soit à un}

rayonnement

^{E3 de}

11,014

^MeV.

Dans les deux cas, ^nous trouvons une valeur de

1 M 2

inférieure à

10- 5.

Nous _pouvons raisonnable- ment conclure _que ces deux _y ne doivent _pas

provenir

de la même

résonance,

^et

qu’il s’agit probablement

d’un doublet. La

complexité

du schéma de désexci- tation observé va dans le sens de cette

supposition.

- Résonance

à Ep

^{= 2 815 keV : nos} résultats pour cette résonance sont en accord avec ceux de Leen- houts et Endt

[1]

^au

sujet

de l’existence de transitions

r -->

3,74,

^r ->

3,90

^{et r} -->

5,24 MeV ;

^{mais nous}

observons en outre deux transitions nouvelles r -->

5,28

et r -->

5,61

MeV. Le schéma obtenu conduit à des

possibilités

^de

spin

^et

parité

^{Jn -}

^{3 t}

pour ^cette résonance. Le calcul des valeurs

de 1 M 12

pour les transitions El et MI déduites du schéma trouvé et dans les deux

hypothèses

fournit pour les transi- tions El

possibles

^{dans l’un ou l’autre} cas, des valeurs

comprises

^{entre 4 x}

^{10 - 5}

^{et 3 x}

^{10 - 4.}

^{Les niveaux}

du

41 Ca

atteints dans ces transitions ont un

spin isotopique

^{T =}

0,

^et des transitions

El,

interdites _par la

règle

de sélection de

spin isotopique,

^{ne sont} pas exclues.

Cependant,

^nous remarquons que

l’énergie

du niveau résonnant se situe à

3,414 MeV,

^au-dessus du

premier

^{état T = 1} du noyau de

41 Ca,

^{et ce niveau}

pourrait

avoir aussi ^un

spin isotopique

^{T = 1 et}

être ^un état

analogue

^{du niveau à}

^3,414

^{MeV du noyau}

de

4°K.

Remarquons

enfin que les deux résonances

présen-

tant une transition _yo, rencontrées dans cette

région

font chacune

partie

^d’un

doublet,

et, _que, ^tous les doublets rencontrés dans la

région Ep

⁼

^{0,5 - 2,8}

^MeV

ont un de leurs membres

qui présente

^{une transition}

yo

[1] ;

^{il se}

^peut

que

l’explication

^{de ce résultat soit}

triviale et due

simplement

^{au fait}

qu’il

^est

plus

^facile

de mettre un doublet en évidence si l’un des membres

présente

^une transition _{yo :} en

effet,

^le

premier

^niveau

du _noyau de

40 Ca

se situant à

3,35 MeV,

^{il est très} facile d’isoler ces transitions.

Nous remercions Monsieur J. L.

Irigaray, Chargé

de Recherche au C. N. R. S. et Monsieur M.

Asghar,

Professeur Associé à la Faculté des Sciences de Bor-

deaux,

pour l’intérêt

qu’ils

^ont

porté

^{à ce travail et}

les conseils

qu’ils

^{nous ont}

prodigués.

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