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Les caractéristiques du premier état excité du noyau 5He formé par la réaction 7Li(d, α)5He

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Academic year: 2021

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(1)

HAL Id: jpa-00207253

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00207253

Submitted on 1 Jan 1972

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Les caractéristiques du premier état excité du noyau 5He formé par la réaction 7Li(d, α)5He

P. Gil, L. Marquez, J.L. Québert, H. Sztark

To cite this version:

P. Gil, L. Marquez, J.L. Québert, H. Sztark. Les caractéristiques du premier état excité du noyau 5He formé par la réaction 7Li(d, α)5He. Journal de Physique, 1972, 33 (4), pp.315-320.

�10.1051/jphys:01972003304031500�. �jpa-00207253�

(2)

LES CARACTÉRISTIQUES DU PREMIER ÉTAT EXCITÉ

DU NOYAU 5He FORMÉ PAR LA RÉACTION 7Li(d, 03B1)5He*

P.

GIL,

L.

MARQUEZ,

J. L.

QUÉBERT

et H. SZTARK

Centre d’Etudes Nucléaires de

Bordeaux-Gradignan,

Le

Haut-Vigneau, 33, Gradignan (Reçu

le Il août

1971,

révisé le 14 octobre

1971)

Résumé. 2014 La réaction d + 7Li ~ 03B1 + 03B1 + n a été étudiée à 1 MeV

d’énergie

incidente par la méthode des coïncidences 03B1-03B1 dans le but de déduire clairement les

caractéristiques

du 1er état excité de 5He. On trouve

qu’en

tenant compte des

phénomènes d’interférence,

tous les spectres

expéri-

mentaux sont bien

expliqués

si l’on

prend

pour ce niveau E* = 2,6 MeV et 0393 = 7 MeV.

Abstract. 2014 The reaction d + 7Li ~ 03B1 + 03B1 + n has been studed at 1 MeV incident energy

by

03B1-03B1 coïncidences. The purpose was to establish

clearly

the caracteristics of the 1st excited state of 5He.

Taking

into account the interference effects we can

explain

the observed coïncidence spectra with the parameters E* = 2.6 Mev and 0393 = 7 MeV.

Classification : Physics Abstracts

12.13, 12.37

I. Introduction. - La voie de sortie en

particules

dans la réaction d +

’Li,

à faible

énergie,

se compose de deux

particules

a et d’un neutron dont les méca-

nismes intermédiaires de formation sont de trois sortes

[1] :

1)

Formation intermédiaire de

’He

dans un état d’excitation donné :

2)

Formation intermédiaire de

’Be

dans un état d’excitation donné :

3) Tripartition

directe :

Les deux

premières

réactions sont des mécanismes

séquentiels

avec interaction dans l’état final entre deux des trois

particules,

le troisième mécanisme est une

émission simultanée des trois

particules,

sans interac-

tion dans la voie de sortie. Plusieurs auteurs ont étudié les différentes contributions en

compétition

par l’ob- servation de

spectres

directs ou par des mesures de coïncidences a - a et a - n. Il ressort de ces études un

désaccord

quant

à la

position

en

énergie

et l’existence du

premier

état excité de

’He.

L. D. Pearlstein

[2],

en

utilisant une méthode

variationnelle,

a calculé les trois

premiers

niveaux de

1"He

et du

’Li.

Son

analyse

conduit à un

premier

état excité

t -

très

large.

Un som-

maire donné par P. Fessenden

[3]

montre que cet état

excité n’est pas

observé,

ou bien se situe entre

2,5

et

5

MeV,

avec une

largeur

variant de 1 à 5 MeV et

plus.

Plus

récemment,

P. A.

Assimakopoulos [4,] [5]

a

trouvé,

pour ce

niveau,

une

énergie

d’excitation de

5,2

MeV

et une

largeur

de

5,6

MeV alors que B. Bilwes-Bou- rotte

(6)

n’a pas trouvé de preuve formelle de son

existence.

Il est difficile d’évaluer les différents mécanismes

qui

entrent en

jeu

par l’examen des

spectres

directs en raison de

l’importance

de la

partie

continue

qu’ils présentent.

Pour une réaction où

apparaissent

trois

particules

dans la voie de

sortie,

une méthode de coïnci- dence avec

enregistrement

des

énergies

de deux des

particules

dans deux directions données

permet

de

mieux étudier le mécanisme. Cette méthode

permet,

en

particulier,

d’éliminer les réactions

parasites

et de

séparer

les différentes voies de sortie. Nous avons utilisé

cette

technique

pour étudier la réaction

’Li(d, a)

an.

Nous avons

également

vérifié que les résultats fournis par

l’analyse

des mesures de coïncidence sont compa- tibles avec le

spectre

direct.

Soit une réaction

Ml

+

M2 -->

Ml + m2 + m3 +

Q

Ml

et

M2

sont

respectivement

les masses du

projec-

tile et du noyau

cible, mi, i

=

1,3

les masses des

parti-

cules émises et

Q

la chaleur de réaction. Nous définis-

sons dans le

système

de référence du centre de masse

l’énergie

et

l’angle

d’émission de la

particule

mi par a,

et 0; respectivement, 0ij

est

l’angle

entre les directions

des

particules

mi et

mj (i

=

1,3 et j

=

1,3).

Ces quan- tités sont

appelées respectivement Ei, ipi i et t/J ij

dans le

système

de référence du laboratoire.

Les lois de conservation de

l’énergie

et de

l’impul-

sion dans le

système

de référence du centre de masse

conduisent à une famille

d’ellipses lorsque 912

varie

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01972003304031500

(3)

316

entre 0 et n

(8).

On sait que la surface délimitée par cet ensemble

d’ellipses

est le

diagramme

de Dalitz. Le

mécanisme en deux

étapes

du

type :

m23 représente

l’état intermédiaire

d’énergie

d’exci-

tation

E23

et de

largeur T23

va se traduire sur le dia-

gramme de Dalitz par une ou

plusieurs

droites

d’équa-

tion e, = k et 82 + 83 = k’. k et k’ sont des constantes pour un noyau

d’énergie

d’excitation donnée. Les événements en coïncidence devront se situer à l’inter- section des

ellipses

et des droites. Dans le cas de la réaction d +

’Li,

le

diagramme

de Dalitz est

symé- trique

par

rapport

à la

première

bissectrice

lorsqu’on porte

sur les axes les

énergies

des

particules

oc. Le

passage par

1’5He

se traduira par une verticale et une

horizontale,

tandis que le passage par le

8Be,

dans un

état

défini,

sera traduit par une

oblique.

Dans le

système

de référence du

laboratoire,

on

obtient une relation un peu

plus compliquée

que celle

obtenue dans le SCM entre deux

énergies (8).

Le mécanisme

séquentiel

conduit aux relations ciné-

matiques : Ei

=

K et E2

+

E3

= K’ ou

K et K’ dépen-

dent des

anglets 1/1

1 et

1/12

pour un état d’excitation donnée. Nous avons

représenté

sur la

figure

1 le réseau

de courbes obtenu dans le

système

de référence du

laboratoire,

calculé pour

l’énergie

incidente

Eo

= 1

MeV, 1/12

= 90° et

1/1 1

variant entre 80° et

180°,

tracé dans le

plan

des

énergies (El, E2)

des

particules

a.

FIG. l. - Diagramme de Dalitz dans le système de référence du’ laboratoire. Position des courbes représentant les états fondamental (y) et excité (1/2-, 2,6 MeV) de 1’5He et les premier

(2+) et deuxième (4+) états excités du 8Be.

Nous avons

porté

les courbes

cinématiques représen-

tant le passage par les niveaux du

’Be

et de

1’5He qui peuvent

être formés.

L’angle t/12,

constant,

correspond

dans notre

expérience

à la

position

du détecteur

fixe, l’angle t/11 correspond

à diverses

positions angulaires

du détecteur mobile. Nous voyons sur ce

diagramme

que les différents mécanismes se

séparent

bien suivant les valeurs

de t/11’

G. C.

Phillips [7],

J.

Québert [8]

et J. P. Lau-

gier [9]

ont observé dans l’étude de la réaction

11B(p, oc)’Be -->

2 a des anomalies au

point

de croise-

ment des courbes

cinématiques

traduisant le méca- nisme

séquentiel

sur le

diagramme

de Dalitz. Ces

phénomènes

sont

expliqués

comme

provenant

d’effets d’interférences

qui

se

produisent lorsqu’on

considère

des

particules

indiscernables. Nous avons

essayé

de

nous

placer

dans ce cas

particulier

pour mettre en évidence le ler niveau excité

d,5He

et ses caractéris-

tiques.

Si

l’énergie

d’excitation de ce niveau est de

2,6

MeV par

exemple,

le

point

de croisement se situe à

t/11

=

92,5°

et

t/12

= 90°.

II.

Dispositif expérimental.

- Nos

expériences

ont

été réalisées à l’aide de l’accélérateur Van de Graaff de 4 MeV du Centre d’Etudes Nucléaires de Bordeaux-

Gradignan.

Nous avons utilisé des cibles minces de Lithium naturel

déposé

sur carbone. Les deux détec- teurs sont des

jonctions

à barrière de

surface,

l’un fixe

à

90°, l’autre, mobile, occupant

successivement les

positions angulaires : g/1

=

850, 900, 92,50, 950, 97,50, 100°, 105°, 110°,

115°. Les détecteurs et le centre de la cible forment un

plan

avec le faisceau. Les deux détec-

teurs sont reliés à un circuit de coïncidences formé de deux voies

énergies

ou voies lentes et d’une voie

temps

ou voie

rapide.

Un ensemble de

pilotage

et d’unités

de conditionnement

permet

la sélection des événe- ments. Une matrice d’interconnexion

permet

de transférer vers le bloc

mémoire,

soit le

spectre

de

temps,

soit les événements en coincidence. La

largeur

du

pic

de conversion

temps-amplitude

était de 20 ns.

Le déroulement de

l’expérience

est suivi à l’aide d’une

visualisation X-Y. Les événements

enregistrés

sont

ainsi

repérés

par

rapport

à deux axes

représentant

les

énergies El

et

E2

tandis que la densité est

portée

sur un

troisième axe

perpendiculaire

au

plan (El, E2).

Le

schéma de la

logique

d’ensemble du

dispositif

électro-

nique

est donné sur la

figure

2.

Chaque

voie

énergie

est

analysée

sur 64 canaux. Les données des mesures

expérimentales

sont écrites sur cartes

perforées

en vue

de leur utilisation sur l’ordinateur IBM

360/44

de

l’Université de Bordeaux I. Pour la

monitrice,

nous

avons utilisé le détecteur fixe relié à une chaîne d’ana-

lyse classique

formée d’un

préamplificateur

de

charge,

d’un

amplificateur

linéaire et d’un sélecteur de 400 canaux. Nous avons utilisé pour normaliser les

mesures de coïncidence entre

elles,

le nombre d’événe- ments

enregistrés

dans le

pic

a de la réaction

6Li(d, a)

a.

Pour

supprimer

les événements

parasites,

nous avons

également enregistré

les

spectres

de bruit de

fond,

(4)

obtenus en

plaçant

une fenêtre sur le

plateau

du

spectre

de

temps.

Ces

spectres

ont été normalisés et retranchés des

spectres

de coïncidence.

FIG. 2. - Schéma d’ensemble du dispositif électronique : PA, préamplificateur ; A, amplificateur ; LR, ligne à retard ; MF, mise en forme ; MFR, mise en forme à retard variable ; CTA, convertisseur temps amplitude; CA 25, CA 13, convertisseur

analogique digital ; HC 17, logique de pilotage ; AP 22, AP 25, unités de conditionnement ; BM 96, bloc mémoire ; RG 96,

unité de visualisation.

Pour vérifier les différentes

opérations effectuées,

nous avons reconstitué tous les

enregistrements

dans le

format 64 x

64,

c’est-à-dire

après étalonnage

en

énergie

des deux voies

d’analyse,

dans le

plan

des

énergies (El, E2)

à l’aide de l’ordinateur IBM

360/44.

III. Résultats

expérimentaux

et

interprétation. -

Pour donner une vue d’ensemble de nos

expériences,

nous avons reconstitué le

diagramme

de Dalitz dans le

système

du laboratoire en

superposant

dans le

plan

des

énergies

les

enregistrements

normalisés pour tous les

couples d’angles (w1, w2).

Pour

cela, chaque point

du

diagramme

d’axes

El

et

E2

est

représenté

avec une

intensité

qui correspond

au nombre de coups maximum que donne

l’expérience

à

chaque couple d’angles d’enregistrement.

Il

apparaît (Fig. 3)

deux zones forte-

ment

peuplées :

Elles

correspondent

aux mécanismes

de l’interaction dans l’état final avec formation intermé- diaire

d,5He

dans son état fondamental. On

peut

observer une

légère augmentation

de densité dans la

zone de

recoupement

des courbes

cinématiques prévue

pour un état excité de

2,6

MeV de

1’5He.

Le méca-

nisme

statistique, qui

doit donner une

population

uniforme sur l’ensemble du

diagramme,

semble peu

important.

Les

particules

a dues à la

désintégration

du niveau fondamental du

’Be

n’ont pas été

enregis-

trées

(cela

n’est

possible

que pour des

angles tjJ 1

voisins de

180°).

Celles

provenant

de la

désintégration

du 1" état excité du

’Be

ont été

supprimées

par les seuils de

l’électronique (de

l’ordre de 1

MeV).

FIG. 3. - Reconstitution du diagramme de Dalitz expérimental.

Une autre

façon

de montrer les résultats

expérimen-

taux est de

projeter

sur les axes

énergies

la

population

en événements

enregistrés

pour

chaque couple d’angles.

Nous avons

représenté

sur la

figure

4 les courbes

isométriques

obtenues par

projection

sur la voie

mobile

El.

Nous pouvons remarquer la

rapide

décrois-

sance de l’intensité

quand l’angle tf¡ 1 augmente.

Si nous supposons que les événements

enregistrés

pour

g/1

= 1150

proviennent uniquement

du mécanisme

statistique,

nous pouvons dire que ce mécanisme

représente

au maximum

8 %

des

enregistrements

effec-

tués vers

w1

=

92,5°

et 3

%

de celui effectué à

850.

FIG. 4. - Courbes isométriques expérimentales obtenues par

projection sur l’axe El.

(5)

318

Nous avons

analysé

les 18

spectres

de

projection :

9

spectres projetés

sur la voie mobile

El

et 9

spectres projetés

sur la voie fixe

E2.

Notre

analyse

a été faite en

représentant

l’interaction dans l’état final entre deux

particules

par un terme de

Breit-Wigner, qui

s’écrit

dans le

système

de référence du centre de masse, en

supposant

les

particules

discernables :

avec

Le 1 er indice

correspond

à la

particule

émise dans la

première étape,

les deux autres aux

particules

en interac-

tion. Dans notre

expérience,

nous détectons deux

parti-

cules de même nature : les

particules

a, la troisième

particule,

le neutron, n’étant pas détecté. L’élément de matrice va donc s’écrire pour la formation intermé- diaire

d,5He

dans un état d’excitation donné : A =

A1,23

+

A1,32

+

A2,13

+

A2,31

soit en remar-

quant

que

Al,23

=

A1,32

et

A 2,31 = A 2,13 :

Pour la formation de

8Be

dans un état d’excitation

donné,

on

peut

écrire :

soit comme

précédemment

La

probabilité

de

désintégration

s’écrit :

i=3

où dT

= Il d3 Pi (j3(p -

z

P’) b(E - E’)

est l’élément i=1

de volume de

l’espace

des

phases.

Pour les

spectres

de

projection

sur les voies

énergies,

on obtient les relations suivantes :

-

projection

sur la voie mobile

El :

d Wl

et

d W2

sont les éléments

d’angle

solide dans le

système

du

laboratoire, Po l’impulsion incidente, P1

et

P2,

les

impulsions

des

particules

en coïncidence.

Les effets d’interférence sont

reproduits

en conser-

vant les termes croisés dans le calcul de

Dans le mécanisme

statistique,

on suppose que la

probabilité d’occupation

des éléments de volume de

l’espace

des

phases

est constante, ce

qui

donne

1 A 12

= Cte. Le mécanisme

statistique

se traduit sur

le

diagramme

de Dalitz par une densité de

population

uniforme.

Il reste en

compétition

pour

expliquer

les

spectres

de

projection,

les

particules

a

provenant

de la

désintégra-

tion du deuxième état excité de

8Be,

et celles

provenant

de la formation et de la

désintégration

du noyau

5He

dans son état fondamental ou son

premier

état excité.

Le mécanisme

statistique

intervient

également

mais

nous avons vu

expérimentalement

que sa contribution est faible. Un programme de calcul

permet

de calculer les

spectres théoriques

et de les comparer aux

spectres expérimentaux.

Le meilleur accord est recherché par

une méthode du minimum de

X2 qui

fournit les cons-

FIG. 5. - Analyse de quelques spectres de projection : i spectre expérimental ;

-- spectre théorique total ;

- - - - contribution de l’état fondamental de 1’5hue.

(6)

tantes de normalisation des différents mécanismes.

Ces constantes doivent être les mêmes pour tous les

spectres projetés

si nos

hypothèses

de

départ

sont

bonnes.

Nous avons

essayé

de

reproduire

les

spectres expéri-

mentaux en introduisant l’état fondamental de

’He (F

= 580

keV)

donné par la relation

(1)

et un terme

représentant

le niveau

4+

du

’Be (E* = 11,4 MeV ;

T = 7

MeV)

donné par la relation

(2).

Les

spectres

ainsi calculés

Si

et

S2

ne

permettent

pas de

reproduire

correctement les courbes

expérimentalesr

Nous sommes alors arrivés à la conclusion que la contribution du

4+

du

’Be

dans notre

expérience

est

négligeable.

Un tel niveau aurait

permis

en effet de

reconstituer sur le

diagramme

de Dalitz

(Fig. 3),

une

densité

oblique d’événements,

nettement visible. Il n’en est rien

expérimentalement

et c’est

pourquoi

nous

avons

rejeté

cette

hypothèse.

Une

analyse

semblable nous a

permis

d’éliminer la

présence

du mécanisme

statistique.

Nous avons alors considéré le passage par l’état fondamental de

’He

et le passage par le 1" état excité

Fie. 6. - Contributions théoriques au spectre direct du niveau 2+ du 8Be, du fondamental et du premier état excité de 1’5He. Le

rapport

a [ SHe(i;-)

a été trouvé égal à 3,4 Jb 0,1.

U[5He(î -)]

de

5 He

l’énergie

d’excitation et la

largeur

ont été

considérées comme des

paramètres.

Les valeurs de ces

paramètres

sont fournies par la méthode

du x2

mini-

mum. Les meilleurs résultats ont été obtenus pour une

énergie

d’excitation de

(2,6

±

0,2)

MeV et une

largeur

de

(7

±

2)

MeV. Les erreurs de ces

paramètres

ont été

estimées à

partir

du

comportement du x2

autour du minimum. Nous avons

représenté

sur la

figure

5

quelques-uns

des 18

spectres analysés.

Les constantes

de normalisation ne varient pas en fonction de

l’angle Y",.

Cette

analyse

confirme les résultats

prévus

par des considérations

cinématiques

sur le

diagramme

reconsti-

tué.

Nous avons ensuite vérifié que ces résultats étaient

compatibles

avec le

spectre

direct obtenu à 900 par la voie

d’analyse

de la monitrice. La forme

théorique

du

spectre

direct

peut

être calculée à

partir

de la

probabilité

de transition donnée par le relation

(3).

On obtient

dans le

système

de référence du centre de masse l’ex-

pression :

sont les limites

d’intégration,

données par les solutions de

l’équation

de

l’ellipse

dans le

système

du centre de

masse pour

B12

= 0 et 7T.

Il faut tenir

compte

dans le

spectre

direct des

parti-

cules a

provenant

de la

désintégration

du 1 er état excité

FIG. 7. - Spectre direct dans le système de référence du centre de masse :

0 spectre expérimental ; spectre théorique.

(7)

320

du

8Be (énergie

d’excitation de

2,9 MeV, largeur

T =

1,45 MeV).

Nous avons donc introduit dans le calcul de

l’intégrale

deux termes utilisant la rela-

tion

(1)

pour les états fondamental et excité de

1"He

et un terme donné par la relation

(2)

pour le niveau

2+

du

8Be.

La

figure

6

représente

les formes

théoriques

données par ces trois

expressions.

Les trois courbes ont été

ajustées

avec le

spectre expérimental

transformé

dans le

système

du centre de masse. Le

spectre

calculé

reproduit

bien le

spectre

oc

expérimental (Fig. 7).

IV. Conclusion. - La méthode des coïncidences réalisée dans ces conditions

particulières

nous a

permis

de faire une sélection des mécanismes :

l’énergie

inci-

dente a été choisie inférieure aux

énergies

seuil de for- mation des niveaux

16,6

et

16,9

MeV du

8Be ;

le choix

de la

position angulaire

des détecteurs et les seuils de

l’électronique

nous ont

permis

d’écarter les

particules

a

provenant

de la

désintégration

de l’état fondamental et du

premier

état excité

2+

du

8Be ;

les

particules

a

provenant

de la formation et de la

désintégration

du

niveau fondamental de

l’5He,

ont contribué

principa-

lement pour les mesures effectuées à

tp 1

= 85° et 90°.

Nous avons montré que le mécanisme

statistique

inter-

vient peu sur l’ensemble des mesures. Les événements

enregistrés

entre

92,5°

et 105° ne

pouvaient

donc

parvenir

en

majeure partie

que par le passage par l’état

4+

du

’Be

ou par un état excité de

1’5He.

Conformé- ment à notre

expérience,

seule

l’interprétation

faisant

intervenir un niveau excité de

1’5He

de

2,6

MeV

d’énergie

et de 7 MeV de

large

a donné des résultats satisfaisants.

Dans le spectre

direct, qui

n’est autre que

l’intégrale

du

diagramme

de

Dalitz,

tous ces mécanismes sont

mélangés. Cependant,

le fait de

pouvoir

le

reproduire

en utilisant les résultats fournis par l’étude des mesures

de coïncidence constitue une bonne vérification de nos

résultats et tend à confirmer l’existence du 1 er état excité

d,5He

avec les

paramètres précédents indiqués

ainsi que la nécessité de tenir

compte

des

phénomènes

d’interférence

qui

améliorent sensiblement les résultats

théoriques.

Remerciements. - Nous remercions M.

Lesgour-

gues et

l’équipe

de maintenance du Van de Graaff de 4 MeV du CEN de

Bordeaux-Gradignan,

ainsi que Mme

Virassamynaïken,

de ce même

laboratoire,

pour la

préparation

de nos cibles.

Bibliographie [1]

LAURITSEN

(T.),

AJZENBERG-SELOVE

(F.),

Nucl.

Phys.,

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