Vies moyennes des niveaux a 53.2 keV et 111.5 keV et moment magnétique du niveau a 111.5 keV du 58Co

1.E.I:2.B I

Nuclear Physics A194 (1972) 249--258; (~) North-HollandPublishing Co., Amsterdam

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V I E S M O Y E N N E S D E S N I V E A U X A 53.2 k e V E T 111.5 keV ET MOMENT

M A G N I ~ T 1 Q U E D U N I V E A U A 111.5 keV D U SSCo

B. HAAS, C. GEHRINGER, J. CHEVALLIER et J. C. MERDINGER Centre de Recherches Nucldaires, Strasbourg, France et E. BO~EK CRN Strasbourg, France et lnstitut de Physique Nucl~aire, Cracovie, Pologne Regu le 5 juin 1972 Abstract: To study the lowest levels of 5aCe, n7 angular correlations (method II) and y-factor and lifetime measurements have been performed using the SaFe(p, nT)SSCo reaction. The lifetime of the 111.5 keV level was found to be T~ = 0.184-0.03 ns. The lifetime of the 53.2 keV level was remeasured and found to be T~_ : 10.44-0.3 ~s. The y-factor of 111.5 keV state was determined to be g = +0.744-0.13 using the IPAD method. Branching and mixing ratios have also been obtained. Values of Jn = 4 + and 3 + were assigned to the levels at 53.2 keV and 111.5 keV, respectively. I E

NUCLEAR REACTIONS SaFe(p, nT), E ~ 3.9 MeV; measured Ey, 17, n~F-delay, nT(0), pT(O, H), a(Oy, H). 58Co deduced levels J, T~., g, y-branching. Enriched target.

1. Introduction D a n s le c a d r e du mod~le en couches simple, la configuration d e l'6tat f o n d a m e n t a l 58 d u 27Co31 est ( l f ~ ) - t ( 2 p ~ ) - I Cette configuration pr6voit u n multiplet de q u a t r e 6tats J~ = 2 +, 3 +, 4 +, 5 +. Le m o m e n t angulaire 2 + d u niveau f o n d a m e n t a l a 6t6 d6termin6 p a r des exp6riences de radioactivit6 fl [r6f. 1)]. Des mesures de coefficients de conversion d'61ectrons o n t p e r m i s d ' 6 t a b l i r le m o m e n t angulaire 5 ÷ d u niveau isom6rique ~ 25 keV observ6 p a r S t r a u c h 2). L a s6quence des spins et parit6s p o u r les niveaux d'6nergie sup6rieure a 6t6 p r o p o s 6 e en se b a s a n t sur les r6sultats de r6actions de transfert et de mesures de r a p p o r t s d ' e m b r a n c h e m e n t 3). D a n s ce travail nous avons 6tudi6 les niveaux excit6s ~ 53.2 et 111.5 keV, ~ l ' a i d e de la r6action 5aFe(p, n),)58Co, p a r des mesures de r a p p o r t s d ' e m b r a n c h e m e n t , de corr61ations angulaires nT, de vies m o y e n n e s et d u facteur g d u niveau A 111.5 keV. A u cours de la r6alisation de ces exp6riences, des valeurs de la vie m o y e n n e et d u m o m e n t m a g n 6 t i q u e p o u r le niveau ~t 53.2 keV ont 6t6 publi6es 4 - 6). 2. M6thodes exp6rimentales Les exp6riences o n t 6t6 r6alis6es ~ l ' a i d e d ' u n faisceau de p r o t o n s , d'6nergie incidente Ep -- 3.9 MeV, fourni p a r l'acc616rateur Van de G r a a f f 5.5 M V d u C R N de 249

250

B. HAAS

et al.

Strasbourg. L'6paisseur des cibles "auto-support6es" de fer enrichi /~ 82 ~ en 58Fe 6tait de l'ordre de 150 pg/cm2; l'intensit6 moyenne du faisceau 6tait de 100 nA. La d6tection des rayonnements 7 se faisait/t l'aide d'un d6tecteur Ge(Li) de 3 cm 3 de volume, ayant une r6solution en 6nergie de 1.2 keV pour la raie de 136 keV du 57Co. Pour mesurer le temps de vie du niveau excit6 ~t 53.2 keV, nous avons utilis6 le syst~me du faisceau puls6 d6crit dans la r6f. 7). La fr6quence de r6p6tition permettait d'avoir une base d'analyse de 80 # s e t un temps d'activation de 10 ps. Le temps de vie du niveau excit6 ~t 111 keV a 6t6 mesur6 par la m6thode des coincidences diff6r6es ns,, en utilisant pour la d6tection des neutrons et des rayonnements 7 deux scintillateurs plastiques Naton 136(25 × 8 m m ) coupl6s/t des photomultiplicateurs XP 1021. La discrimination entre les coincidences y~ et n~, ainsi que la s61ection en 6nergie des neutrons se faisaient par la technique du temps de vol. Pour une s61ection d'6nergie appropri6e, la r6solution en temps obtenue/t l'aide d'une source de 22Na 6tait de 0.77 ns. La courbe de r6f6rence, dans des conditions identiques/t celles de l'exp6rience, a 6t6 obtenue en mesurant la vie moyenne connue du niveau excit6 ~t 377 keV [T~ = 0.117 ns, rff. 8)] dans 53Mn ~t l'aide de la r6action 53Cr (p, n~)53Mn, l'6nergie incidente des protons (Ep = 2.4 MeV) et l'intensit6 du faisceau (0.4 pA) 6tant ajust6es de faqon b, ce que l'6nergie des neutrons et le taux de comptage correspondent aux conditions de l'exp6rience. Le facteur # du niveau excit6/t 111 keV a 6t6 d6termin6 par la m6thode IPAD. La cible de 58Fe(200 #g/cm2), 61ectrod6pos6e sur un support de fer de 0.1 m m d'6paisseur, 6tait polaris6e par un champ externe du 1.4 kG. Dans les mesures de corr61ations angulaires n~ (m6thode II de Litherland-Ferguson) la d6tection des neutrons a 6t6 faite/t l'aide d'un scintillateur liquide N E 213 (12.5 x 2.5 cm). La s61ection en 6nergie des neutrons a 6t6 r6alis6e par la m6thode du temps de vol. La r6solution en temps 6tait de 4 ns.

3. R6sultats exp6rimentaux 3.1. RAPPORTS D'EMBRANCHEMENT ET PI~RIODES DES NIVEAUX EXC[TI~S A. 53.2 ET 111.5 keV A partir du spectre ~ retard~ montr6 dans la fig. 1, les rapports d'embranchement des transitions 7 d'6nergie 53.2 et 28.3 keV ont 6t~ d6duits, en tenant compte de l'efficacit6 relative du d6tecteur (mesur6e au moyen des sources 153Gd et 2*1Am). Pour le niveau h 111.5 keV les rapports d'embranchement ont 6t6 d6termin6s/t partir d'un spectre ~ direct. Dans nos mesures, le compteur Ge(Li) a 6t6 plac6/t 55 ° par rapport ~t la direction du faisceau incident. Les valeurs obtenues pour les rapports d'embranchement des transitions ~, sont en accord avec les valeurs publi6es pr6c6demment [r6f. 5)]. La p6riode du niveau/t 53.2 keV a 6t6 d6termin6e par l'analyse de la pente de la courbe de d6croissance de ce niveau, apr~s soustraction d'un fond constant (fig. 2).

SSCo VIES M O Y E N N E S

251

TABLEAU 1 Valeurs exp6rimentales des temps de vies des niveaux ~t 53.2 et 111.5 keV et rapports d ' e m b r a n c h e m e n t des transitions ~, Energie du niveau (keV)

jn

T~

53.2 (3)

4+

10.4 (3)/zs ") 11.4 ( 6 ) # s b ) 10.2 (6) a s c)

111.5 (5)

3+

") Notre travail,

Transition El --> Ef (keV) 53.2 53.2

0.18 (3) ns

b) R6f. s).

111.5 111.5

Rapport d'embranchement (a) (b) 0 25

64 (3) 36 (3)

71 29

0 53.2

60 (4) 40 (4)

57 43

c) R6f. 9).

53.2 KeV

53.2

2000

24.9

0

1500

c o

...

[~,5~]

~-14., K,v

28.3

I000

KeV

E

o z

..... °.~" °..°..°'.°°.°. ° •

500

•

:

°

...

;.'.

.

." -'..,

• ......::

."....

I

I

I

I

I00

200

300

400

Conoux

Fig. 1. Spectre 7 retard6 observ6 dans la r6action SSFe(pn)SSCo. Les rayonnements 7 de 28.3 et 53.2 keV sont les transitions du niveau isom6rique ~t 53.2 keV, celui de 14.4 keV est 6mis par le niveau excit6 de 14.4 keV du STFe.

252

B. HAAS

et al.

La valeur T{ --- 10.44-0.3 # s est en ban accord avec celles publiees precedemment [refs. s, 9)]. Les resultats sont donnes dans le tableau 1. Le temps de vie du niveau excite & 111.5 keV a 6t6 deduit des courbes de coincidences differees ny mesurees dans les reactions SSFe(p, ny) et SSCr(p, n?) (fig. 3). La valeur T{ = 0.184-0.03 ns a 6t6 obtenue par la methode des moments d'ordre deux (T{ = 0.184-0.02 ns) et trois (T{ = 0.174-0.03 ns). Dans cette analyse, nous avons tenu compte de la vie moyenne du niveau excite & 377 keV dans S3Mn. Les erreurs ant 6t6 deduites de l'analyse graphique des courbes de la ref. t o). Les resultats sont donnes dans le tableau 1. 5000 "C = 1 5 . 0 +- 0./,

o

#s

. 53.2

%,.

o.

E Z-"7 IJ

.-.%

1000 • ..'..'....

.O

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E

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o Z

500

•

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~....'.:...". • .::::..,:?-

.

...~

..

:. : :-:;.:.;i,:::, ? ]:.:}:...i L

1o'o

20,0 Canoux

300 ( 0.2/.~s per canal, )

Fig. 2. Courbe de decroissance de la transition 53.2 keV --->0. I

',

I

]

I

kL

I

I

I

--'-1

"~=0 25+-0.0'~ n£ ~

•

I~

111'

~°

1,;

\r:

! , ~ii

I

I

~

I

20 •~

RETARD GAMMA

I

~0

Z

1

60

I

I

80 CANAUX

Fig. 3. Courbe de coincidences diff~rees ng: (111.5 keV) du SSCo et courbe de r6ference n~ (377 keV) du SaMn.

SSCo VIES MOYENNES

35

253

\ ',\ ~Y

25

-='o°

~"

s'o°

,~o"

G en ~tegr~s

Fig. 4. Distributions angulaires du rayonnement y de 111.5 keY mesur6es pour les deux directions du champ externe (Or champ haut, ~ champ bus). 3.2. MESURE DU FACTEUR GYROMAGNI~TIQUE DU NIVEAU /~ 111.5 keV La cible utilis6e 6tant un ferromagn6tique, les noyaux de 5aCo form6s duns la r6action SaFe(p, n) sont soumis ~ une interaction hyperfine. La valeur du champ hyperfin, pour des noyaux de Co duns une matrice de fer, est 6gale ~t Hh.f. = --287.7 k G [r6f. it)]. Ceci nous a permis de r6aliser la mesure du facteur g par la m6thode I P A D 12). La distribution angulaire du rayonnement 7 de 111.5 keV a 6t6 mesur6e suivant les deux sens d'application du champ magn&ique externe (fig. 4). La normalisation de la distribution angulaire a 6t6 effectu6e h l'aide du rayonnement g a m m a de 111.5 keV d6tect6 duns un compteur fixe plac6 ~ 90 ° par rapport ~t l'axe du faisceau. La distribution angulaire d'un rayonnement ~, perturb6e par un champ magn6tique effectif perpendiculaire au plan de la r6action est donn6e par l'expression t 2):

W(O, t, H +) = ~ bN cos N(O-T-tOLt),

(1)

N pair

ofJ ~oL est la fr~quence de Larmor. Dans le cas de la mesure int~grale cette expression peut se d~velopper en fonction des polyn6mes de Legendre:

W(O, H +) = ~ A'NPN[cos (O~ AO)],

(2)

254

B. H A A S et al.

off AO est l'angle de rotation li6 ~ la fr6quence (.DL par la relation: tg(NAO) = NOJLZ. La valeur du coefficient d ' o r d r e quatre ayant 6t6 trouv6e 6gale ~ z6ro dans la limite des barres d'erreur, la distribution angulaire exp6rimentale (fig. 4) est d o n c d6crite par: W(O, H e) --- 1 + A ~ P 2 [ c o s (O-+AO)], (3) off A~ est li6 au coefficient d'ordre deux de la distribution non perturb6e par la relation: A2 =

A~ [1 +(2o9z)2 ] - ½ - ¼A~(1 - [1 + (2o9z)2 ]-~)"

Par la m6thode des moindres carr6s les param&res de la fonction (3) ont 6t6 ajust6s aux points exp6rimentaux. Le d6phasage entre les deux courbes est: 2AO = (28 + 2) °. De la relation entre le d6phasage et la fr6quence de L a r m o r on d6duit: tnL = 0.266_+0.022. Le champ effectif (Her f = - 2 8 6 . 4 k G ) a 6t6 calcul6 tt partir de la valeur Hh.c = --287.7 k G ~t 0 ° K [r6f. ~1)] en tenant compte de la temp6rature, de l'aimantation t~ saturation et de la valeur du c h a m p de polarisation de la cible (1.4 kG). Des valeurs de z, H etf et o)L on d6duit: g = 0.74+0.13. L'effet dfi au c h a m p transitoire magn6tique, estim6 d'apr~s la th6orie de Lindhard et Winther 13), 6tant inf6rieur h 3 %, a 6t6 n6glig6. L'erreur sur le facteur g est d o n c due principalement ~t l'erreur sur la vie moyenne.

3.3. DISTRIBUTIONS ANGULAIRES ET CORRI~LATIONS ANGULAIRES n~ Utilisant la m~me cible que dans la mesure du facteur # nous avons d6termin6 les coefficients A~v de la distribution angulaire du rayonnement g a m m a de 111.5 keV, la cible n'6tant pas polaris6e. TABLEAU 2

Coefficients de la distribution angulaire du rayonnement 7 de 111.5 keV mesur6s avec et sans le champ magn6tique ext6rieur et coefficients de la corr61ation angulaire nT(A'z,4)valeurs exp6rimentales; .42,4 valeurs corrig6es par les facteurs d'att6nuation, dus ~t la perturbation (toz = 0.266±0.022) et ~t la correction g6om6trique Corr61ation angulaire n~'

Distribution angulaire Hext ~ 0 A'2 A'4 A2 A4

--0.192 (10) --0.220 (11)

Hext = 0 --0.193 0.003 --0.222 0.004

(10) (12) (12) (17)

n? (111.5 keV) --0.25 0.04 --0.29 0.06

(3) (3) (4) (5)

n~, (58.3 keV) --0.10 0.04 --0.12 0.06

(4) (5) (5) (7)

SSCo VIES MOYENNES

255

En tenant compte de la perturbation de la distribution due/t l'interaction hyperfine, M1, nous avons calcul6 les valeurs des coefficients A2 et A4 pour la distribution non perturb6e. Les valeurs obtenues ainsi que la valeur du coefficient A2 d~duite de la mesure du facteur g sont donn6es dans le tableau 2, apr6s correction par les coefficients de g6om6trie. X2l i

T 111,5

•---,, _ [

_

o

i

i

I

I

--""''",

"

i

1o 1i

s .

t co0,S0e

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I x'l

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,.---~-.,.

L

L

"N

-+--

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4-3

10

i/'

, 0

0,25

....

0 -I ,--',,I 3,/o

0,5 cos28

0,75-

1

1-80

-~0

'/kJ '/l

0 arc tg

+LO

,It ,ii +80

Fig. 5. Corr6lation angulaire n7 et l'analyse en Z 2 des transitions 111.5 -+ 0 keV et l I 1.5 ~ 53.2 keV.

Afin de d6terminer les spins des niveaux excit6s/t 53.2 et 111.5 keV, les mesures de corr61ation angulaire n7 pour les transitions g a m m a de I l l . 5 et 58.3 keV ont 6t6 r6alis6es. Par l'analyse en polyn6mes de Legendre, les coefficients A~v ont 6t6 d6termin6s. Sur la fig. 5 sont repr6sent6es les courbes exp6rimentales. Les valeurs corrig6es pour les effets de perturbation hyperfine et de g6om6trie sont donn6es dans le tableau 2. L'analyse en X2 de la corr61ation angulaire de la transition de 111 keV donne comme moments angulaires possibles J -- 2 ou 3. La valeur 2 du moment angulaire conduit /l deux valeurs 6 > 0.5 du m61ange multipolaire, incompatible avec la valeur mesur6e pour la vie moyenne de ce niveau; cette valeur entra?nerait, par rapport aux

B. HAAS et al.

256

unit6s Weisskopf, une acc616ration sup6rieure h 1000 de la t r a n s i t i o n E2 p o u r un mdlange M1 + E2. ( P o u r ce calcul nous avons utilis6 les coefficients de conversion de H a g e r et Seltzer 14).) L a valeur 3 d u m o m e n t angulaire c o n d u i t h deux solutions d u m 6 1 a n g e m u l t i p o l a i r e : 6 = -0.04+__0.02 et 6 = 4 . 0 + 0 . 3 . P o u r les m~mes raisons que pr6c6demment, la deuxi~me solution p e u t &re rejetfe. L a seule solution acceptable est d o n c J ~ = 3 + e t 6 = - 0 . 0 4 _ _ 0 . 0 2 . L ' a n a l y s e en X2 de la corr61ation angulaire de la t r a n s i t i o n 111.5 ~ 53.2 k e V a d m e t 3 ou 4 p o u r m o m e n t a n g u l a i r e d u niveau h 53.2 keV. D a n s le cas J = 3, les solutions 6 = + 0 . 5 6 + 0 . 0 6 et 6 = - 6 + 2 c o n d u i s e n t h une acc616ration sup6rieure ~ 700 de la t r a n s i t i o n E2 p o u r un m61ange M 1 + E2. L a valeur 4 d u m o m e n t angulaire c o n d u i t / t deux solutions p o u r le mdlange m u l t i p o l a i r e : 6 = +0.02+__0.03 et 6 = +8__2. L a derni6re s o l u t i o n p e u t &re rejet6e p o u r les m~mes raisons que pr6c6demment. L a seule solution acceptable est d o n c J~ = 4 + et 6 = + 0 . 0 2 + 0 . 0 3 .

4. Discussion Les spins 4 et 3 o n t 6t6 attribu6s aux niveaux e x c i t 6 s / l 53.2 keV et 111.5 keV respectivement. Ces valeurs c o n f i r m e n t les suggestions faites ~t l ' a i d e des 6tudes des r6actions de transfert, qui 6tablissaient la parit6 positive de ces niveaux 3). C o n n a i s s a n t les r a p p o r t s d ' e m b r a n c h e m e n t et les coefficients de m61ange de multipolarit6, en utilisant les coefficients de conversion tabul6s 14) nous avons d6duit les t e m p s de vie partiels et les avons c o m p a r 6 s aux unit6s Weisskopf. Les r6sultats s o n t pr6sent6s dans le t a b l e a u 3. D a n s le cadre d u mod61e en couches, le facteur g p o u r un n o y a u i m p a i r - i m p a i r , p e u t s'6crire sous la forme: g = ½(gp+g.)+½(gp _ g . ) Jp(Jp~- ]) - Jn(Jn + 1),"

J ( J + 1) off p ( n ) d6signe le p r o t o n ( n e u t r o n ) i m p a i r .

TABLEAU 3

Temps de vies partiels des niveaux excit6s ~ 53.2 et I 11.5 keV Transition

6

E2

MI

(keV) 53 53 111 111

25 0 53 0

4+ 4+ 3+ 3+

5+ 2+ 4+ 2+

--0.33 (6) a) 0.02 (3) 0.04 (2)

2249 (350) #s 124 (20) #s 20 (20)lts

1.0 (2) 0.80 (13) 12

(12)

245 (40) ps

4.0(7) × 10 -6

0.48 (8) ns 0.32 (6) ns

0.23 (4) 0.06 (1)

Les valeurs utilis6es des coefficients de conversion interne ont 6t6 extrapol6es ~t partir des tables de r6f. 14): ~(M1) = 1.3, ~(E2) = 59.3 (28.3 keV), ~(E2) = 6.5 (53.2 keV) et ~(MI) = 0.2 (58.3 keV). ") Valeur donn6e dans la r6f. 4).

SSCo VIES M O Y E N N E S

257

TABLEAU 4 Facteurs g e x p d r i m e n t a u x et calculds p o u r trois niveaux (0, 53.2, 111.5 keV) du SSCo (les calculs o n t dt6 faits en utilisant les valeurs d u module h particules i n d d p e n d a n t e s , y~.p. et les valeurs empiriques des n o y a u x voisins, #~m~) Configuration

j~r

gs.p.

ffemp

,qexp

(~rl f~ ) - ~(v2p~_) - ' (~r1f~r)- *(vl f~:) * (~z1f_~)- a(v2pk) -* (ztl f.~)- ~(v2p~) ~ (:rlf~_)- ~(vl f~_)1

2+

3.12 1.74 1.06 1.60 1.29 1.65 1.70 1.42

2.02 1.41 1.03 1.17 0.94

2.026 (6)

4+

(~I f~)- ~(~2p~)-' (~1 f ~ ) - ~(v2p.t_) ~ (~zl f ~ ) - ~(vl f~) '

3+

1.046 (2)

1.31 1.45 1.07

0.73 (13)

Dans le tableau 4, les facteurs g expdrimentaux des niveaux de spins 2 +, 4 + et 3 + sont compards aux valeurs calculdes pour trois configurations neutron en utilisant soit les valeurs de Schmidt: gs.p.(mod61e b~ particules inddpendantes), soit les moments magn&iques expdrimentaux des noyaux impairs voisins: gemp(57Co, 57Fe et 61Ni). D'apr~s les valeurs obtenues on peut supposer que le niveau fondamental 2 + poss~de une configuration Qrlf~ 1, v2p~ 1) prddominante avec une contribution (rclf~-1, vlf~) compatible avec les rdsultats obtenus h l'aide des rdactions de transfert 5). En outre le bon accord entre les valeurs gexp et getup indique que les configurations des particules impaires sont les mSmes que pour les noyaux impairs voisins. La valeur du facteur g pour le niveau 5. 111.5 keV de spin 3 ÷, est compatible avec la configuration prddominante (Trlf~-1, v l f~ )~ laquelle on ajoute une faible contribution (~zlf~-1, vlf~l). Pour le niveau excitd h 53.2 keV de spin 4 +, les trois configurations neutron sont possibles; la transition M1 entre les dtats 3 + et 4 + &ant favorisde par rapport ~. la transition de l'dtat 3 ÷ vers l'dtat 2 +, on peut considdrer que le niveau ~t 53.2 keV poss~de une configuration dominante (7rlf~ a, vlf~); de plus le retard de la transition M1 entre les niveaux b. 53.2 et 24.9 keV est en faveur d'une configuration principale (rrlf~ 1, v2p~ 1) pour ce dernier. A l'aide de la transformation de Pandya, nous avons calculd les dnergies des niveaux du 58Co 5. partir des dnergies des quatre dtats de la configuration (~lf~71, v2p~) du S6Co(0 keV : 4 +, 165 keV : 3 ÷, 575 keV : 5 ÷, 970 keV : 2+). En dormant l'dtat fondamental du 58Co de spin 2 ÷, on trouve les niveaux 5 + 5. 120 keV, 3 + ~t 505 keV et 4 ÷ ~ 870 keV. Les 6tats dtudids 5. 53.2 et 111.5 keV ne sont donc pas les membres du multiplet (rrlf~ 1, v2p~-1). Nous remercions M.R. Armbruster pour l'intdr~t qu'il a portd & ce travail, ainsi que M.A. Knipper pour les discussions que nous avons eues avec lui. Nous remercions 6galement le personnel technique du CRN de Strasbourg pour l'aide apportde & la r~,alisation de cette expdrience.

258

B. HAAS

et nl.

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