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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�
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. SZTARKCentre d’Etudes Nucléaires de
Bordeaux-Gradignan,
LeHaut-Vigneau, 33, Gradignan (Reçu
le Il août1971,
révisé le 14 octobre1971)
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 lescaractéristiques
du 1er état excité de 5He. On trouvequ’en
tenant compte desphénomènes d’interférence,
tous les spectresexpéri-
mentaux sont bien
expliqués
si l’onprend
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 canexplain
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 faibleénergie,
se compose de deuxparticules
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 mécanismesséquentiels
avec interaction dans l’état final entre deux des troisparticules,
le troisième mécanisme est uneémission 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 despectres
directs ou par des mesures de coïncidences a - a et a - n. Il ressort de ces études undésaccord
quant
à laposition
enénergie
et l’existence dupremier
état excité de’He.
L. D. Pearlstein[2],
enutilisant une méthode
variationnelle,
a calculé les troispremiers
niveaux de1"He
et du’Li.
Sonanalyse
conduit à un
premier
état excitét -
trèslarge.
Un som-maire donné par P. Fessenden
[3]
montre que cet étatexcité n’est pas
observé,
ou bien se situe entre2,5
et5
MeV,
avec unelargeur
variant de 1 à 5 MeV etplus.
Plus
récemment,
P. A.Assimakopoulos [4,] [5]
atrouvé,
pour ce
niveau,
uneénergie
d’excitation de5,2
MeVet une
largeur
de5,6
MeV alors que B. Bilwes-Bou- rotte(6)
n’a pas trouvé de preuve formelle de sonexistence.
Il est difficile d’évaluer les différents mécanismes
qui
entrent en
jeu
par l’examen desspectres
directs en raison del’importance
de lapartie
continuequ’ils présentent.
Pour une réaction oùapparaissent
troisparticules
dans la voie desortie,
une méthode de coïnci- dence avecenregistrement
desénergies
de deux desparticules
dans deux directions donnéespermet
demieux étudier le mécanisme. Cette méthode
permet,
enparticulier,
d’éliminer les réactionsparasites
et deséparer
les différentes voies de sortie. Nous avons utilisécette
technique
pour étudier la réaction’Li(d, a)
an.Nous avons
également
vérifié que les résultats fournis parl’analyse
des mesures de coïncidence sont compa- tibles avec lespectre
direct.Soit une réaction
Ml
+M2 -->
Ml + m2 + m3 +Q
où
Ml
etM2
sontrespectivement
les masses duprojec-
tile et du noyau
cible, mi, i
=1,3
les masses desparti-
cules émises et
Q
la chaleur de réaction. Nous définis-sons dans le
système
de référence du centre de massel’énergie
etl’angle
d’émission de laparticule
mi par a,et 0; respectivement, 0ij
estl’angle
entre les directionsdes
particules
mi etmj (i
=1,3 et j
=1,3).
Ces quan- tités sontappelées respectivement Ei, ipi i et t/J ij
dans lesystème
de référence du laboratoire.Les lois de conservation de
l’énergie
et del’impul-
sion dans le
système
de référence du centre de masseconduisent à une famille
d’ellipses lorsque 912
varieArticle published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01972003304031500
316
entre 0 et n
(8).
On sait que la surface délimitée par cet ensembled’ellipses
est lediagramme
de Dalitz. Lemécanisme en deux
étapes
dutype :
où
m23 représente
l’état intermédiaired’énergie
d’exci-tation
E23
et delargeur T23
va se traduire sur le dia-gramme de Dalitz par une ou
plusieurs
droitesd’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 desellipses
et des droites. Dans le cas de la réaction d +’Li,
lediagramme
de Dalitz estsymé- trique
parrapport
à lapremière
bissectricelorsqu’on porte
sur les axes lesénergies
desparticules
oc. Lepassage par
1’5He
se traduira par une verticale et unehorizontale,
tandis que le passage par le8Be,
dans unétat
défini,
sera traduit par uneoblique.
Dans le
système
de référence dulaboratoire,
onobtient une relation un peu
plus compliquée
que celleobtenue dans le SCM entre deux
énergies (8).
Le mécanisme
séquentiel
conduit aux relations ciné-matiques : Ei
=K et E2
+E3
= K’ ouK et K’ dépen-
dent des
anglets 1/1
1 et1/12
pour un état d’excitation donnée. Nous avonsreprésenté
sur lafigure
1 le réseaude courbes obtenu dans le
système
de référence dulaboratoire,
calculé pourl’énergie
incidenteEo
= 1MeV, 1/12
= 90° et1/1 1
variant entre 80° et180°,
tracé dans le
plan
desénergies (El, E2)
desparticules
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 courbescinématiques représen-
tant le passage par les niveaux du
’Be
et de1’5He qui peuvent
être formés.L’angle t/12,
constant,correspond
dans notre
expérience
à laposition
du détecteurfixe, l’angle t/11 correspond
à diversespositions angulaires
du détecteur mobile. Nous voyons sur ce
diagramme
que les différents mécanismes se
séparent
bien suivant les valeursde t/11’
G. C.
Phillips [7],
J.Québert [8]
et J. P. Lau-gier [9]
ont observé dans l’étude de la réaction11B(p, oc)’Be -->
2 a des anomalies aupoint
de croise-ment des courbes
cinématiques
traduisant le méca- nismeséquentiel
sur lediagramme
de Dalitz. Cesphénomènes
sontexpliqués
commeprovenant
d’effets d’interférencesqui
seproduisent lorsqu’on
considèredes
particules
indiscernables. Nous avonsessayé
denous
placer
dans ce casparticulier
pour mettre en évidence le ler niveau excitéd,5He
et ses caractéris-tiques.
Sil’énergie
d’excitation de ce niveau est de2,6
MeV parexemple,
lepoint
de croisement se situe àt/11
=92,5°
ett/12
= 90°.II.
Dispositif expérimental.
- Nosexpériences
ontété 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 natureldéposé
sur carbone. Les deux détec- teurs sont desjonctions
à barrière desurface,
l’un fixeà
90°, l’autre, mobile, occupant
successivement lespositions angulaires : g/1
=850, 900, 92,50, 950, 97,50, 100°, 105°, 110°,
115°. Les détecteurs et le centre de la cible forment unplan
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 voietemps
ou voie
rapide.
Un ensemble depilotage
et d’unitésde conditionnement
permet
la sélection des événe- ments. Une matrice d’interconnexionpermet
de transférer vers le blocmémoire,
soit lespectre
detemps,
soit les événements en coincidence. Lalargeur
du
pic
de conversiontemps-amplitude
était de 20 ns.Le déroulement de
l’expérience
est suivi à l’aide d’unevisualisation X-Y. Les événements
enregistrés
sontainsi
repérés
parrapport
à deux axesreprésentant
lesénergies El
etE2
tandis que la densité estportée
sur untroisième axe
perpendiculaire
auplan (El, E2).
Leschéma de la
logique
d’ensemble dudispositif
électro-nique
est donné sur lafigure
2.Chaque
voieénergie
estanalysée
sur 64 canaux. Les données des mesuresexpérimentales
sont écrites sur cartesperforées
en vuede leur utilisation sur l’ordinateur IBM
360/44
del’Université de Bordeaux I. Pour la
monitrice,
nousavons utilisé le détecteur fixe relié à une chaîne d’ana-
lyse classique
formée d’unpréamplificateur
decharge,
d’un
amplificateur
linéaire et d’un sélecteur de 400 canaux. Nous avons utilisé pour normaliser lesmesures de coïncidence entre
elles,
le nombre d’événe- mentsenregistrés
dans lepic
a de la réaction6Li(d, a)
a.Pour
supprimer
les événementsparasites,
nous avonségalement enregistré
lesspectres
de bruit defond,
obtenus en
plaçant
une fenêtre sur leplateau
duspectre
detemps.
Cesspectres
ont été normalisés et retranchés desspectres
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 leformat 64 x
64,
c’est-à-direaprès étalonnage
enénergie
des deux voiesd’analyse,
dans leplan
desénergies (El, E2)
à l’aide de l’ordinateur IBM360/44.
III. Résultats
expérimentaux
etinterprétation. -
Pour donner une vue d’ensemble de nos
expériences,
nous avons reconstitué le
diagramme
de Dalitz dans lesystème
du laboratoire ensuperposant
dans leplan
desénergies
lesenregistrements
normalisés pour tous lescouples d’angles (w1, w2).
Pourcela, chaque point
dudiagramme
d’axesEl
etE2
estreprésenté
avec uneintensité
qui correspond
au nombre de coups maximum que donnel’expérience
àchaque couple d’angles d’enregistrement.
Ilapparaît (Fig. 3)
deux zones forte-ment
peuplées :
Ellescorrespondent
aux mécanismesde l’interaction dans l’état final avec formation intermé- diaire
d,5He
dans son état fondamental. Onpeut
observer unelégère augmentation
de densité dans lazone de
recoupement
des courbescinématiques prévue
pour un état excité de
2,6
MeV de1’5He.
Le méca-nisme
statistique, qui
doit donner unepopulation
uniforme sur l’ensemble du
diagramme,
semble peuimportant.
Lesparticules
a dues à ladésintégration
du niveau fondamental du
’Be
n’ont pas étéenregis-
trées
(cela
n’estpossible
que pour desangles tjJ 1
voisins de
180°).
Cellesprovenant
de ladésintégration
du 1" état excité du
’Be
ont étésupprimées
par les seuils del’électronique (de
l’ordre de 1MeV).
FIG. 3. - Reconstitution du diagramme de Dalitz expérimental.
Une autre
façon
de montrer les résultatsexpérimen-
taux est de
projeter
sur les axesénergies
lapopulation
en événements
enregistrés
pourchaque couple d’angles.
Nous avons
représenté
sur lafigure
4 les courbesisométriques
obtenues parprojection
sur la voiemobile
El.
Nous pouvons remarquer larapide
décrois-sance de l’intensité
quand l’angle tf¡ 1 augmente.
Si nous supposons que les événementsenregistrés
pourg/1
= 1150proviennent uniquement
du mécanismestatistique,
nous pouvons dire que ce mécanismereprésente
au maximum8 %
desenregistrements
effec-tués vers
w1
=92,5°
et 3%
de celui effectué à850.
FIG. 4. - Courbes isométriques expérimentales obtenues par
projection sur l’axe El.
318
Nous avons
analysé
les 18spectres
deprojection :
9
spectres projetés
sur la voie mobileEl
et 9spectres projetés
sur la voie fixeE2.
Notreanalyse
a été faite enreprésentant
l’interaction dans l’état final entre deuxparticules
par un terme deBreit-Wigner, qui
s’écritdans le
système
de référence du centre de masse, ensupposant
lesparticules
discernables :avec
Le 1 er indice
correspond
à laparticule
émise dans lapremière étape,
les deux autres auxparticules
en interac-tion. Dans notre
expérience,
nous détectons deuxparti-
cules de même nature : les
particules
a, la troisièmeparticule,
le neutron, n’étant pas détecté. L’élément de matrice va donc s’écrire pour la formation intermé- diaired,5He
dans un état d’excitation donné : A =A1,23
+A1,32
+A2,13
+A2,31
soit en remar-quant
queAl,23
=A1,32
etA 2,31 = A 2,13 :
Pour la formation de
8Be
dans un état d’excitationdonné,
onpeut
écrire :soit comme
précédemment
La
probabilité
dedésintégration
s’écrit :i=3
où dT
= Il d3 Pi (j3(p -
zP’) b(E - E’)
est l’élément i=1de volume de
l’espace
desphases.
Pour les
spectres
deprojection
sur les voiesénergies,
on obtient les relations suivantes :
-
projection
sur la voie mobileEl :
où
d Wl
etd W2
sont les élémentsd’angle
solide dans lesystème
dulaboratoire, Po l’impulsion incidente, P1
et
P2,
lesimpulsions
desparticules
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 laprobabilité d’occupation
des éléments de volume del’espace
desphases
est constante, cequi
donne1 A 12
= Cte. Le mécanismestatistique
se traduit surle
diagramme
de Dalitz par une densité depopulation
uniforme.
Il reste en
compétition
pourexpliquer
lesspectres
deprojection,
lesparticules
aprovenant
de ladésintégra-
tion du deuxième état excité de
8Be,
et cellesprovenant
de la formation et de ladésintégration
du noyau5He
dans son état fondamental ou sonpremier
état excité.Le mécanisme
statistique
intervientégalement
maisnous avons vu
expérimentalement
que sa contribution est faible. Un programme de calculpermet
de calculer lesspectres théoriques
et de les comparer auxspectres expérimentaux.
Le meilleur accord est recherché parune 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.
tantes de normalisation des différents mécanismes.
Ces constantes doivent être les mêmes pour tous les
spectres projetés
si noshypothèses
dedépart
sontbonnes.
Nous avons
essayé
dereproduire
lesspectres expéri-
mentaux en introduisant l’état fondamental de
’He (F
= 580keV)
donné par la relation(1)
et un termereprésentant
le niveau4+
du’Be (E* = 11,4 MeV ;
T = 7
MeV)
donné par la relation(2).
Les
spectres
ainsi calculésSi
etS2
nepermettent
pas dereproduire
correctement les courbesexpérimentalesr
Nous sommes alors arrivés à la conclusion que la contribution du
4+
du’Be
dans notreexpérience
estnégligeable.
Un tel niveau auraitpermis
en effet dereconstituer sur le
diagramme
de Dalitz(Fig. 3),
unedensité
oblique d’événements,
nettement visible. Il n’en est rienexpérimentalement
et c’estpourquoi
nousavons
rejeté
cettehypothèse.
Une
analyse
semblable nous apermis
d’éliminer laprésence
du mécanismestatistique.
Nous avons alors considéré le passage par l’état fondamental de
’He
et le passage par le 1" état excitéFie. 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
oùl’énergie
d’excitation et lalargeur
ont étéconsidérées comme des
paramètres.
Les valeurs de cesparamètres
sont fournies par la méthodedu x2
mini-mum. Les meilleurs résultats ont été obtenus pour une
énergie
d’excitation de(2,6
±0,2)
MeV et unelargeur
de
(7
±2)
MeV. Les erreurs de cesparamètres
ont étéestimées à
partir
ducomportement du x2
autour du minimum. Nous avonsreprésenté
sur lafigure
5quelques-uns
des 18spectres analysés.
Les constantesde normalisation ne varient pas en fonction de
l’angle Y",.
Cetteanalyse
confirme les résultatsprévus
par des considérationscinématiques
sur lediagramme
reconsti-tué.
Nous avons ensuite vérifié que ces résultats étaient
compatibles
avec lespectre
direct obtenu à 900 par la voied’analyse
de la monitrice. La formethéorique
duspectre
directpeut
être calculée àpartir
de laprobabilité
de transition donnée par le relation
(3).
On obtientdans le
système
de référence du centre de masse l’ex-pression :
sont les limites
d’intégration,
données par les solutions del’équation
del’ellipse
dans lesystème
du centre demasse pour
B12
= 0 et 7T.Il faut tenir
compte
dans lespectre
direct desparti-
cules a
provenant
de ladésintégration
du 1 er état excitéFIG. 7. - Spectre direct dans le système de référence du centre de masse :
0 spectre expérimental ; spectre théorique.
320
du
8Be (énergie
d’excitation de2,9 MeV, largeur
T =
1,45 MeV).
Nous avons donc introduit dans le calcul del’intégrale
deux termes utilisant la rela-tion
(1)
pour les états fondamental et excité de1"He
et un terme donné par la relation
(2)
pour le niveau2+
du
8Be.
Lafigure
6représente
les formesthéoriques
données par ces trois
expressions.
Les trois courbes ont étéajustées
avec lespectre expérimental
transformédans le
système
du centre de masse. Lespectre
calculéreproduit
bien lespectre
ocexpérimental (Fig. 7).
IV. Conclusion. - La méthode des coïncidences réalisée dans ces conditions
particulières
nous apermis
de faire une sélection des mécanismes :
l’énergie
inci-dente a été choisie inférieure aux
énergies
seuil de for- mation des niveaux16,6
et16,9
MeV du8Be ;
le choixde la
position angulaire
des détecteurs et les seuils del’électronique
nous ontpermis
d’écarter lesparticules
aprovenant
de ladésintégration
de l’état fondamental et dupremier
état excité2+
du8Be ;
lesparticules
aprovenant
de la formation et de ladésintégration
duniveau fondamental de
l’5He,
ont contribuéprincipa-
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
entre92,5°
et 105° nepouvaient
doncparvenir
enmajeure partie
que par le passage par l’état4+
du’Be
ou par un état excité de1’5He.
Conformé- ment à notreexpérience,
seulel’interprétation
faisantintervenir un niveau excité de
1’5He
de2,6
MeVd’énergie
et de 7 MeV delarge
a donné des résultats satisfaisants.Dans le spectre
direct, qui
n’est autre quel’intégrale
du
diagramme
deDalitz,
tous ces mécanismes sontmélangés. Cependant,
le fait depouvoir
lereproduire
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 lesparamètres précédents indiqués
ainsi que la nécessité de tenir
compte
desphénomènes
d’interférence
qui
améliorent sensiblement les résultatsthéoriques.
Remerciements. - Nous remercions M.
Lesgour-
gues et
l’équipe
de maintenance du Van de Graaff de 4 MeV du CEN deBordeaux-Gradignan,
ainsi que MmeVirassamynaïken,
de ce mêmelaboratoire,
pour lapréparation
de nos cibles.Bibliographie [1]
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