Étude expérimentale de transitions électromagnétiques dans le noyau 28Mg

1.E.I:2.B[

Nuclear Physics A197 (1972) 423--429; (~) North-Holland Publishing Co., Amsterdam Not to be reproduced by photoprint or microfilm without written permission from the publisher

I~,TUDE EXPI~RIMENTALE DE TRANSITIONS I~LECTROMAGNI~TIQUF~ D A N S LE NOYAU

ZSMg

P. FINTZ, B. R A S T E G A R t, N. E. D A V I S O N t t , F. HIBOU, G. G U I L L A U M E et A. G A L L M A N ' N

Centre de Recherehes Nucldaires et Universitd Louis Pasteur, Laboratoire de Physique Nucl~aire et d'lnstrumentation Nucldaire, Strasbourg, France Requ le 26 juin 1972

(Revis6 le 28 septembre 1972) Abstract: The first five excited states o f 2SMg have been studied by observing y-rays from the ' 6 M g ( t , py)2SMg reaction, in coincidence with protons, in Na[(TI) and Ge(Li) detectors, at incident energies between 2.5 and 3.2 MeV. Doppler-shift attenuation measurements lead to the mean-lives z,, = 2.0 =0.4 ps, 1.1 =t=0.3 ps and 96___30 fs for the levels at 1.47, 3.86 and 4.02 MeV, respectively, and to tipper limits o f ~ -< 50 fs and < 120 fs for the levels at 4.56 and 4.88 MeV. Angular correlation measurements (method [I) were used to determine spins, mixing ratios and y-branching ratios. The 4.02 MeV level has most probably j~r ~ 4 +.

E

N U C L E A R R E A C T I O N Z6Mg(t, p'/), E = 2.5-3.2 MeV; measured a(Ep, ET, 0py). Doppler-shift attenuation. -'SMg deduced levels, 7-branching ratios, J, 6, r,~. Enriched target.

1. Introduction Le noyau 28Mg appartient ~t une r6gion des couches s-d dont le caract~re collectif a 6t6 souvent mis en 6vidence. Ce noyau a 6t6 peu 6tudi6 et son analyse th6orique dans une version de couplage interm6diaire du mod61e SU(3) ne conduit pas ~ une description tr~s satisfaisante 1). I1 est done important d'obtenir sur le plan exp6rimental le maximum d'informations concernant 2SMg, afin de susciter de nouveaux d6veloppements th6oriques. Lorsque ce travail a 6t6 commenc6, il existait des donn6es exp6rimentales sur les 6nergies d'excitation des niveaux de 2SMg [r6f. 2)] sur les moments angulaires et parit6s de certains de ces niveaux 3), ainsi que sur les m61anges multipolaires de quelques transitions 61ectromagn6tiques 4). Ces exp6riences ont 6t6 r6alis6es '3, l'aide de la r6action 26Mg(t, p)28Mg, qui seule permet d'atteindre facilement ce noyau. Nous avons utilis6 cette m~me r6action aux 6nergies de bombardement de 2.54, 2.90 et 3.20 MeV, afin d'obtenir des informations sur la vie moyenne des niveaux de * Boursier de I'[AEA. tt Adresse actuelle: University of Manitoba, Department of Physics, Winnipeg 19, Manitoba, Canada. 423

424

P. FINTZ

et al.

2SMg dont l'6nergie d'excitation est inf&ieure ~. 5.0 MeV. Dans cette 6tude, la m6thode des coincidences p-y a 6t6 utilis6e, car elle pr6sente deux avantages: d'une part une direction de recul bien d6finie pour les noyaux form6s, d'autre part une alimentation s61ective des niveaux 6tudi6s. Ce travail a 6t6 compl6t6 par des mesures de corrdlations angulaires p o u r plusieurs niveaux et en particulier pour le niveau de 4.02 MeV d'6nergie d'excitation, dont le moment angulaire et la parit6 n'dtaient pas connus. De plus, notre 6tude nous a permis d'apporter des informations nouvelles et de confirmer celles d6jh existantes sur les transitions 61ectromagn6tiques des cinq premiers niveaux excit6s de 28Mg. Une d6termination pr6cise des 6nergies des niveaux partir des spectres de coincidences est 6galement donn6e.

2. Techniques exp~rimentales Les vies moyennes des niveau× de 1.47, 3.86, 4.02, 4.55 et 4.87 MeV d e / S M g ont 6t6 mesur6es par la m6thode d'att6nuation de l'effet Doppler, en 6tudiant les spectres de rayonnements ~ en coincidence avec les groupes de protons. Le d6tecteur de particules annulaire en silicium, type barri~re de surface, 6tait plac~ ~ 2 cm de la cible; l'angle moyen de d6tection 6tait de 163 ° par rapport au faisceau incident. Le d6tecteur de rayonnements ~ [Ge(Li) de 40 cm 3 de volume, 3 keV de r6solution pour la raie de 1332 keV de 6°Co] 6tait plac6 alternativement ~ 45 ° et 120 ° par rapport au faisceau incident. Les cibles de 300/~g/cm z d'6paisseur 6talent obtenues par laminage de feuilles de magn6sium enrichi en Z6Mg. Le ralentisseur consistait en une couche d ' o r de 4 mg/cm 2 6vapor6e sur la cible. Pour pouvoir d6terminer de fa~on pr6cise les 6nergies des transitions 7, nous avons mesur6 les rayonnements 7, provenant des premiers niveaux, A l'aide d'un d6tecteur Ge(Li) de 100 cm 3 de volume (2.7 keV de rdsolution pour la raie de 1332 keV de 6°Co) et plac6 ~ 90 ° par rapport au faisceau incident. Les rayonnements ,2 ~taient 6tudi6s en coincidence avec les groupes de protons d6tect6s h l'aide d'un d6tecteur en silicium, type barri~re de surface, plac6 ~t 0 ° par rapport au faisceau incident; cette d6tection des protons vers l'avant avait pour effet d'augmenter notablement le rendement en taux de coincidences et de r~duire l'61argissement Doppler des raies ~,. Dans ces deux s6ries d'exp6riences, vies moyennes et 6nergies des transitions ~,, nous avons tenu compte d'6ventuelles variations de gain dans les spectres ~ en analysant simultan6ment le spectre de sources de 6°Co et 22Na, d~clench6 par les coincidences ~-~, entre le d6tecteur Ge(Li) et un cristal N a I (TI) prot6g6 des rayonnements 7 provenant de la cible par un 6pais blindage de plomb. Les corr61ations angulaires P-7 relatives aux niveaux de 3.86, 4.02, 4.55 et 4.87 MeV ont 6t6 mesur6es, .h Et = 3.20 MeV, en se pla~ant dans la g6om~trie II de Litherland-Ferguson. Le d6tecteur de protons 6tait b. 5 cm de la cible; l'angle moycn de d6tection 6tait 173 °. Le d6tecteur de rayonnements 7(NaI(TI) de 12.5 x 15 cm) 6tait plac6 '~ 28 cm du centre de la cible et aux angles de d6tection 0 °, 30 °, 45 °, 60 ° et 90 °. Par ailleurs, des mesures effectudes avec une plus grande statistique aux angles

T R A N S I T I O N S D A N S 2SMg

425

de 0 °, 45 ° et 90 °, ont permis de d6terminer les rapports d'embranchement des transitions 7 issues du niveau de 4.87 MeV. Les cibles utilis6es 6taient identiques 5. celles pr6c6demment d6crites.

3. M~thodes d'analyse Pour l'6valuation des vies moyennes, le facteur d'att6nuation F~p(Z) a 6t6 extrait des mesures effectuges 5. 45 ° et 120 ° (fig. 1). La variation de F(z) en fonction de la vie moyenne Zm a 6t6 calculge par la m6thode de Blaugrund 5) en tenant compte de deux milieux ralentisseurs. Une erreur de 20 % a 6t6 admise sur le pouvoir d'arrat nuclgaire k, de Lindhard et al. 6). Les coefficients du pouvoir d'arr~t 6lectronique k¢ ont 6t6 calculgs par interpolation 5. partir des tables de Northcliffe et Schilling 7). I

1

ii

I

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I

I

/,557keV~1473keV

S°Co(1332 keV)

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1500 1550 NUHERO DU CANAL

i

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3200

3250

Fig. 1. Spcctres partiels des r a y o n n e m e n t s 3) de 1473 et 3083 keV d6tect6s respectivement b. 09, ~ 45 c (a) et t20 ° (b), en coincidence avec les protons a l i m e n t a n t le niveau de 4.55 MeV. La raie de calibrage de 1332 keV de la source de O°Co est 6galement report6e.

Les valeurs, k¢ = 0.153 et 0.555 des ralentissements respectifs dans le magn6sium et dans l'or, ont 6t6 adopt6es avec une erreur de 10 %. Pour le calcul de F(z) nous avons suppos6 que la cible 6tait constitu6e de six tranches minces de 50 pg/cm 2 d'6paisseur chacune et nous avons adopt6 la moyenne des valeurs obtenues pour ces six tranches. L'enrichissement de la cible en Z6Mg 6tant supdrieur 5. 90 %, nous avons n6glig6 la correction ( < 0 . 2 700 sur F(z)) correspondant h l'impuret6 isotopique. Les valeurs de z m report6es dans ce travail tiennent compte des erreurs sur k~ et kn. Les 6nergies des rayonnements 7 report6es et relatives 5. la r6action 26Mg(t, p7) ont 6t6 corrig6es des effets de recul du noyau r6siduel. Pour l'analyse des corr61ations angulaires, nous avons utilis6 le formalisme de Poletti et Warburton s). La convention de signe du m61ange multipolaire est celle de Rose et Brink 9).

426

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et al.

4. R~sultats et discussions

4.1. N[VEAU DE 1.47 McV Ce premier niveau 2 + se d6sexcite vers le niveau fondamental par une transition d'6nergie 1473.5_+0.5 keV. Le facteur F(z) correspondant "~ ce niveau a 6t6 6valu6 dans une premibre exp6rience ~t E, = 2.54 MeV; l'analyse des spectres ~ des coincidences entre le groupe de protons alimentant ce niveau et les rayonnements ~ de d6sexcitation, conduit ~ la valeur F(7) = 0.17_+0.01. Dans une seconde exp6rience, E, = 2.90 MeV, le niveau 6tait aliment6 par d6sexcitation du niveau situ6 ~t l'6nergie d'excitation de 4.55 MeV et dont la vie moyenne est tr6s courte (voir sous-sect. 4.4) par rapport "~ celle du niveau de 1.47 MeV; de cette mesure (fig. 1) nous d6duisons F(~) = 0.18±0.04. La m o y e n n e pond6r6e des vies moyennes correspondant ~ ces deux valeurs donne (fig. 2) Zm = 2.0_+0.4ps p o u r le niveau ~ 1.47 MeV et la probabilit6 de transition r6dtfite vers le niveau fondamental est B(E2) = 58 ± 12 e z " fin 4. 4.2. NIVEAU DE 3.86 MeV Ce niveau se d6sexcite h 100 % vers le premier niveau excit6 par une transition ~, d'6nergie 2389.2+0.6 keV. N o u s avons mesur6 une corr61ation angulaire isotrope compatible avec l'attribution pr6c6demment admise J = 0 [r6f. 3)]. Les mesures de vie moyenne ont 6t6 effectu6es h Et = 2.54 MeV et 2.90 MeV, et les valeurs obtenues sont respectivement F(7) = 0 . 2 8 _ 0.07 et 0.28-+ 0.04. Elles conduisent ~t une vie moyenne Z~n = 1.I + 0 . 3 ps p o u r ce niveau et la probabilit6 de transition r6duite vers le premier niveau excit6 est B(E2) = 9 + 3 e z • fm ¢. 4.3. NIVEAU DE 4.02 MeV Ce niveau se d6sexcite h 100 % vers le premier niveau excit6 par une transition 7 dont l'6nergie est 2547.5___0.6 keV. L'analyse (fig. 3) des corr61ations angulaires p-~, p o u r ce niveau montre, bien que la valeur J = 3 ne puisse &re enti~rement 6cart6e, que le m o m e n t angulaire le plus probable reste J = 4. La d~sexcitation de ce niveau vers le premier niveau excit6 se fait par une transition quadrupolaire pr6dominante (6 = 0.02__+0.09). L'att6nuation de l'effet Doppler mesur6e "~ Et = 3.20 MeV conduit un facteur F(z) = 0 . 8 8 ± 0 . 0 4 auquel correspond une vie moyenne '17m 96+__30 fs. Ces r6sultats expdrimentaux permettent de discuter la par±t6 du niveau de 4.02 MeV. L'attribution d'une par±t6 n6gative, avec une transition M2 pure vers le niveau de i.47 MeV, conduirait b, nne largeur radiative 470__+150 fois l'estimation Weisskopf, ce qui est excessif 10). I1 s'en suit que la par±t6 positive est la plus probable p o u r le niveau de 4.02 MeV et la probabilit6 de transition r6duite vers le niveau de 1.47 MeV a p o u r valeur B(E2) = 79 ± 25 e z • fill 4. =

4.4. NIVEAU DE 4.55 MeV Ce niveau se d6sexcite ~t I00 % vers le premier niveau excite par une transition 7 de 3083.8+0.9 keV. L'analyse simultan6e des deux corr61ations angulaires 4.55 1.47 MeV et 1.47 --* 0 MeV conduit '~ l'attribution J = 2 p o u r le niveau de 4.55 MeV

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avec 6 = 0 . 0 + 0 . 1 pour la transition 4.55 ~ 1.47 MeV; toutes les autres valeurs de m o m e n t s angulaires sont/~ exclure avec une probabilit6 d'erreur inf6rieure ~ 0.1%. 1.0-

'"I

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I

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0

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I

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I

1 0 -13

10 -lz

VIE HOYENNE X"m (s) Fig. 2, Variation du facteur d'att6nuation F(T) en fonction de la vie moyenne ~,0 p o u r le niveau de 1.47 MeV aliment6 par la ddsexcitation du niveau de 4.55 MeV. I

I

L

I

I

I

1001

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I

i

3"=3

450

/3"=1 300

<

J--~54"02

150 2t~L-1.47

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6o -

"03

z

0*---{- 0

f

,,5o i_

i 2 ÷ 4 --- 1.47 O+---t.- 0

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1

I

0.0

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I

I

I

0.6

08

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I

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I

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,

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I

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,

r

I

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,

r

I

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,

f

I

+60 °

+90 °

Arctg

Fig. 3. Corr61ations angulaires relatives aux transitions 4.02 MeV --+ 1.47 MeV et 1.47 MeV --+ 0 et analyse simultan0,e en Z z. Les corr61ations angulaires th~oriques sont analys6es simultan6ment et trac6es p o u r Z 2 m i n i m u m , J ~ 4, 6 = 0.02. L'influence de l'ouverture finie du d6tecteur de particules est montr(~e par les courbes en tirets.

428

P. F I N T Z et aL

Ce r6sultat confirme l'attribution pr6c6dente J = 2, & = 0 [r6f. 4)]. La limite F(r) > 0.98 obtenue b. E t = 2.90 MeV correspond h une vie moyenne courte z m < 50 fs. 4.5. N I V E A U D E 4.87 MeV

Ce niveau se d6sexcite h (24+ 5 ) % vers le niveau fondamental et ~ (76__ 5) ~ vers le premier niveau excit6. L'~nergie de la transition vers le niveau de 1.47 MeV est 3404.6__+0.9 keV. La mesure de l'att6nuation de l'effet Doppler 5. E t = 3.20 MeV donne F(z) > 0.86, soit une limite z m < 120 fs pour la vie moyenne du niveau de 4.87 MeV. Accessoirement, l'analyse des corr61ations angulaires, obtenues ~ l'aide des trois mesures ayant servi 5. la d6termination des rapports d'embranchement, conduit ~t attribuer au niveau de 4.87 MeV le moment angulaire J = 2, qui est le plus probable, avec un m61ange multipolaire &='-.-~-o.ln ~+o.2 pour la branche 4.87 ~ 1.47 MeV; les autres possibilit6s de moments angulaires peuvent ~tre 6cart6es avec une probabilit6 d'erreur inf6rieure/t 1%. Ces r6sultats sont en bon accord avec les attributions pr6c6dentes J = 2 [r61: 3)] et 6 = 0.36+.10 [r6f. 4)].

5. Conclusion La m6thode de coincidences associ6e 5. la mesure de l'att6nuation de l'effet Doppler a permis de d6terminer les vies moyennes des niveaux excit6s de 2SMg d'6nergie inEx(keV)

/,878.1"~-1.1

/'557"3+1"1

3r¢ ~m 2/~.5--76+5-- < 3 - - < 2 - - < 2 2+ <120fs

<5--100--<2--<2

I 4021.0±0.8

<1 --

100

[

2+

(~+}

<50fs

96±30fs

'3=0.01+0.09 3862.7--*0.8

:1 --

1/,73.5+0.5

I0

100 ---

0+

1.1~0.3ps

2*

2,0+0.4ps

0* 28Hg Fig. 4. Sch~.ma des premiers niveaux de ZSMg. Les niveaux sont reportbs d a n s u n e 6chelle n o n lin6aire. Les i n f o r m a t i o n s : E , , rapports d ' e m b r a n c h e m e n t , 6, zm, ainsi que la valeur j r = 4 + du niveau de 4.02 MeV, s o n t d6d.uites d u present travail.

TRANSITIONS

DANS **Mg

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ferieure a 5.0 MeV. De plus, des correlations angulaires ont ete analysees et les rapports d’embranchement des transitions Clectromagnetiques ont CtC deduits. Les resultats obtenus dans ce travail sont resumes dans la fig. 4. Les largeurs radiatives exphimentales, exprimtes en unites Weisskopf, ont CtC deduites de notre etude pour des transitions issues des trois premiers niveaux excites: niveau de 1.47 MeV (2+ + O+): 11.6k2.3; niveau de 3.86 MeV (O+ --f 2+): 1.8AO.5 et niveau de 4.02 MeV (4+ + 2+): 16 + 5. En l’absence de prkvisions thtoriques plus tlaborkes, on peut remarquer que dans le cadre du modMe rotationnel simple, les niveaux de 4.02 MeV et de 1.47 MeV semblent appartenir a la bande rotationnelle K = 0 basCe sur le niveau fondamental. Ceci decoule principalement de l’accord existant entre la valeur 1.4kO.5, rapport de leurs largeurs radiatives reduites, et la valeur 1.43 prevue theoriquement. D’autre part, les largeurs radiatives relatives au premier niveau 2’ d’isotopes pairs-pairs du magnesium sont 20.5kO.6 W.U. [ref. “)I pour 241Mg, 17.O?f:,0 W.U. [ref. “)I pour 26Mg et 11.6k2.3 W.U. (present travail) pour 28Mg. Cette comparaison montre que l’addition caracdre collectif.

de deux neutrons

successifs

a pour

effet d’attknuer

le

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