Résonances dans la réaction 10B+α par L'étude des rayonnements γ détectés avec un semi-conducteur Ge(Li)

2.C

i

Nuclear Physics A123 ( 1 9 6 9 ) 2 7 - - 3 2 ; (~) North-Holland Publishing Co., Amsterdam

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RI~SONANCES DANS LA RI~ACTION I ° B + ~ P A R L'I~TUDE DES RAYONNEMENTS ?

DI~TECTI~S AVEC UN S E M I - C O N D U C T E U R Ge(Li) A. G A L L M A N N ,

F. H I B O U et P. F I N T Z

lnstitut de Reeherches Nucl~aires, Strasbourg, France Requ le 2 s e p t e m b r e 1968 A b s t r a c t : A Ge(Li) detector has been used to s t u d y g a m m a rays from the I°B(~, p7)13C a n d I°B(~, c~'~)I°B reactions. Relative cross sections for the 3.088, 3.682, 3.852 a n d 0.717 MeV g a m m a rays have been obtained, a n d excitation curves at 90 ° for s-particles with energies from 1 to 3.5 MeV are given c o r r e s p o n d i n g to excited levels between 12.3 a n d 14.1 MeV in 14N.

E

N U C L E A R R E A C T I O N S I°B(~, p), (~, :~'), E = 1.0-3.5 MeV; m e a s u r e d or(E; E~,). 14N deduced levels,/~. Enriched i°B target.

1. Introduction Dans ce travail, nous nous sommes int6ress6s aux intensit6s relatives des rayonnements 7 6mis lors du bombardement d'une cible de ~°B avec des particules d'6nergies comprises entre 1 et 3.5 MeV. Des r6actions de ce type avaient d6jh 6t6 6tudi6es pr6c6demment, mais la d6tection des rayonnements 7 se faisait alors h l'aide de d6tecteurs h cristaux NaI(TI). Talbott et Heydenburg a) ont ainsi 6tudi6, par la r6action l°B(a, p 7 ) 1 3 C , l e s sections efficaces relatives des rayonnements 7, non r6solus, de 3.682 et de 3.852 MeV, en fonction de l'6nergie de bombardement, c'esth-dire entre 1.4 et 3 MeV d'6nergie incidente. Shire et al. 2) ont 6tudi6, avec la m~me r6action, des courbes d'excitations en particules lourdes (P0, Pl, Pz e t P3) et en rayonnements 7 pour des 6nergies de bombardement inf6rieure's h 2 MeV. Les rayonnements o/ correspondant aux diT6rentes transitions de t3C n'ont pas 6t6 s6par6s. De leur c6t6, Bonner et al. 3) reportent entre 2 et 5.5 MeV d'6nergie incidente, une courbe d'excitation r6sultant de l'analyse des rayonnements 7 de 3.682 et de 3.852 MeV de 13C group6s plus les rayonnements y de 3.51 MeV de 1 3 N ( h partir du seuil de E, = 3.42 MeV). Ces m~mes auteurs ont 6tudi6 4) la diffusion in61astique des particules ~ sur t OB. A la suite de ces travaux, dans les'quels les courbes d'excitation r6sultent toujours de l'analyse de tous les rayonnements 7 pris globalement, nous avons refait ces mesures en nous servant de d6tecteurs h semi-conducteur de haut pouvoir de r6solution ce qui nous permettait ainsi de bien s6parer spectroscopiquement les diff6rents rayonnements 7. Nous avons observ6 les rayonnements 7 de 3.852, 3.682, 3.088 et 27

A. GALLMANN e t al.

28

0.170 MeV de 13C produits par la r6action l°B(e, pT)13C, ainsi que les rayonnements 7 de 0.717 MeV provenant de la r6action en comp6tition 10B(~, c(7)10B. 2. Conditions exp~rimentales Une cible de ~°B de 10 #g/cm 2 sur support d'or de 200/~g/cm 2 a ~t~ bombard~e par un faisceau de 0.1 /~A de particules ~ acc616r~es & l'aide du Van de Graaff de 4 MV de l'Institut de Recherches Nucl6aires de Strasbourg. L'6paisseur de la cible correspondait/t une perte d'6nergie variant de 20 & 10 keV pour des particules c~ de 1 & 3.5 MeV respectivement. La calibration en 6nergie de l'acc616rateur Van de Z

I

10 5

I

I

-1

o

. 10 ~

2

-;\,

n

i 3 ~';

Z

c

'

4.

4 ,e' 5"6"

15

10 3

0

10 2 .~ n

o

10

5 6

i,l

m

0 0 Z

N ° de to Ligne 1 2 3

Energie enMeV 0.170 0,511 0.717 3.088 3.682 3,852

I

I

~0

40O

\s.

600

NUUERO OU CANAL

Fig. 1. Spectrographie 7, directe obtenue en b o m b a r d a n t une cible de I°B avec des particules 0c de 2.8 MeV, l'angle de d&ection des r a y o n n e m e n t s ~ 6tant de 90 ° par rapport au faisceau incident. Les attributions caract6ris6es par les indices prime o u seconde correspondent respectivement aux cas o/1 l'on a observ6 le pic de pleine 6nergie m o i n s 0.511 MeV et de pleine 6nergie moins 1.022 MeV.

Graaff a 6t6 effectu6e ~ l'aide de la r6sonance & E, = 1.518+0.004 MeV. Un collimateur en tantale plac6 & l'int6rieur d'une petite chambre & r6action diaphragmait le faisceau et donnait un impact sur la cible de 1 m m de diam&re. Le faisceau, ayant travers6 la cible, 6tait collect6 dans une cage de Faraday reli6e /t un int6grateur de courant, ce qui permettait de normaliser nos mesures. Les rayonnements 7 provenant de la cible ont 6t6 d6tect6s/t l'aide d'un compteur & semi-conducteur au germanium compens6 au lithium de 22 cm 3 de volume et de 5 keV de r6solution pour la transition 7 de 1.333 MeV de 6°Co. I1 6tait plac6 & 5 cm de la cible et & un angle de 90' par rapport au faisceau incident. Un collimateur en plomb, plac6 devant le d6tecteur, permettait & celui-ci de ne voir que les rayonnements 7 provenant de la cible.

REACTIONI°B-~

29

Les mesures ont 6t6 effectu6es h charge totale constante et en faisant varier l'6nergie incidente des particules ~ par bonds de 25 keV en g6n6ral et de 10 keV sur les rdsonances et par valeurs d6croissantes dans une premibre s6rie de mesures. Ensuite, certaines valeurs ont 6t6 remesur6es, mais par valeurs croissantes. Certains points ont en particulier 6t6 analys6s plusieurs fois pendant l'exp6rience afin de nous assurer, d'une part, du bon fonctionnernent de l'ensemble d6tecteur, et, d'autre part, afin de constater si la cible ne se d6t6riorait pas. Nos mesures ont toujours donn6 les mames r6sultats, aux erreurs statistiques pr6s. Les spectres donnant les quatre rayonnements y consid6r6s: 0.717, 3.088, 3.682 et 3.852 MeV ont 6t6 enregistr6s pour chaque 6nergie de bombardement, sur un analyseur multicanaux (fig. 1). Nous avons alors 6tudi6 plus particuli6re~nent les raies correspondant aux pics photo61ectriques des rayonnements 7 de 3.852, 3.682 et 0.717 MeV, ainsi que la raie correspondant au pic de paire des rayonnements y de 3.088 MeV. Les rayonnements 7 de 0.170 MeV provenant de la d6sexcitation du niveau de 3.85 MeV vers le niveau de 3.68 MeV ont 6galement 6t6 analys6s.

3. R~sultats et discussion

Les r6sonances d6duites de l'analyse des intensit6s relatives des rayonnements 7 sont reproduites sur la fig. 2. Les points exp6rimentaux ont 6t6 obtenus apr~s d6duction d'un fond parasite dans les spectres 7. La courbe d'excitation correspondant aux rayonnements 7 de 170 keV reproduit fid~lement celle correspondant aux rayonnements 7 de 3.85 MeV. II ressort de notre 6tude que ce sont essentiellement les transitions 7 de 3.852 et de 3.682 MeV qui pr6sentent des r6sonances pour des 6nergies incidentes, des particules ~, inf~rieures A 2.5 MeV. La courbe correspondant aux rayonnements de 3.088 MeV pr6sente des r6sonances moins prononc6es, tandis que la courbe obtenue ~t partir de l'6tude des rayonnements y de 0.717 keV a une section efficace tr~s faible pour E~ < 2.5 MeV. Plusieurs r6sonances observdes avaient d6j/t 6t6 vues pr6c6demment [r6fs. 1-3)] ~t l'aide de la marne r6action I ° B + c~ ainsi qu'avec la rdaction ~2C + d [r6fs. 5, 6)]. I1 est cependant int6ressant de noter que les r6actions 1°B(e, pv)13C et l°B(e, e'7)l°B sont essentiellement des r6actions de r6sonances, dans le domaine d'6nergie 6tudi6, alors que la r6action ~2C(d, p7)~3C, conduisant la marne s6quence de niveaux dans la noyau final 14N, proc6de & la fois par noyau compos6 et par interaction directe 5-7). Nous r6sumons dans le tableau 1 les diff6rents r6sultats que nous avons obtenus, ainsi que certains r6sultats pr6c6demment connus. Les 6nergies incidentes des groupes de particules c~ sont report6es dans la premi6re colonne. Nous donnons dans la deuxi6me colonne les valeurs moyennes des largeurs exp6rimentales correspondant aux r6sonances que nous avons observ6es et dans les trois colonnes suivantes nous reportons les intensit6s relatives de certains pics de r6sonances. Elles ont 6t6 obtenues en tenant compte, d'une part de l'efficacit6 du ddtecteur des rayonnements Vet, d'autre

A. G A L L M A N N et

30

al.

part, des rapports d'embranchements des rayonnements ? issus des diff6rents niveaux de 13C. L'avant derni6re colonne reproduit les 6nergies, des niveaux de 14N, connues

m

,x1

,

RAYONNEMENTS~' DE 3,B52 M eV

W Z Z (3 i

m w w i-u1 z u.i

RAYONNEMENTS ~DE 0,170 MmV I

i

2500c

J . ~ l I

0 "

RAYONNEMENTS~ DE 0,717 MeV

2000I otl_ 1,0

L

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

ENERGIE INCH3ENTE EN MeV F i g . 2. F o n c t i o n s d'excitations obtenues en d6tectant & 9 0 ° les r a y o n n e m e n t s 7 6mis par une cible de lOB b o m b a r d 6 e avec des particules ~ d'dnergies c o m p r i s e s entre 1 et 3.5 M e V .

o u d6duites de notre 6tude et dans la derni~re colonne du tableau nous donnons les valeurs de J~ report6es par d'autres auteurs. D6signons par 717273 et ?~ respectivement, les rayonnements 7 de 3.088, 3.682, 3.852 et 0.717 MeV. Les r6sonances comprises entre 1.1 et 2.2 MeV, ~ l'exception

R~ACTION 1°B~- ¢t

31

de la r d s o n a n c e ~t 1.40 MeV, s o n t fines ( < 40 keV). Les deux rdsonances ~t 1.20 et 1.23 M e V s o n t de faible intensitd alors que la r d s o n a n c e ~t 1.40 M e V n ' e s t mise en dvidence que d a n s les c o u r b e s en 72 et 7x- T a l b o t t et H e y d e n b u r g ~) n o t e n t un dlargissement des rdsonances ~t 2.27 et ~t 2.95 MeV. P o u r E , = 2.26 M e V n o u s o b s e r v o n s effectivement une r d s o n a n c e large (,~ 135 keV), r d s o n a n c e m o i n s bien ddfinie ~t l ' a i d e de la rdaction ~ 2 C + d [rdfs. 5,6)]. Le niveau r e p o r t d ~t 13.3 M e V et o b t e n u s) avec la r6action ~3C(p, n ) t 3N n ' e s t pas f o r m d p a r la voie d ' e n t r d e l°B + ~; il d e v r a i t c o r r e s p o n d r e h une r d s o n a n c e situde h E , = 2.35 MeV. TABLEAU 1

Rdsonances dans la rdaction ~°B(c~,py)x3C Largeur expdrimentale E~ moyenne (MeV4-5 keV) (keV) 1.13 1.20 1.23 1.40 1.51 1.64 1.68 1.83 2.16 a) 2.26 2.86 a) 2.94 a) 2.99

404-5 ~25 ~40 60±10 28±5 25±5 104-5 35±8 204-5 135±10 ~150 ~ 140

Rayonnements 7 sortants: Intensitds expdrimentales relatives 6valudes aux pics de rdsonances I,.~

1~.~

1.9±0.3 ~1.0 ~0.5

~0.5 ~ ~0.3 / 1.2±0.3 4.3±1.5 7.5±2.0 9.911.2 8.24-1.3 22.04-1.4 37.34-1.6 17.64-1.0

79.04-1.0 100 23.04-1.1 33.54-1.5 23.1 4-1.1 17.24-1.0 19.0-t-2.0

11.2±1.5

Niveaux J~ de a4N (Mesures (MeV) prdcddentes)

&.0, "~ 0.3 1.5-t-0.3 1.4±1.0 0.84-0.5 4,74-0.5 1.54-0.5 1.84-0.5 4.94-0.4 9.0±0.5 11.4±0.5

12.42 12.48 12,50 12.62 12.70 12.79 12.82 12.92 13.16 13.23 13.66 13.72 13.76

4- s,b) 3+ b) 3- a,c) 4 + a,c) 4 -~,c) (4+) a,c) 0- 1-- b,e) 3 b,c)

a) Rdf. 2), b) Rdf. 3), c) Rdf. 1). a) t~galement observ6 dans la rdaction 10B(ct, ct'7)10B.

P o u r E , ~ 2.9 MeV, c h a q u e r a d i a t i o n 7 ne semble p a s d o n n e r les m a m e s rdsonances. En effet, nous m e t t o n s en dvidence des structures p o u r E~ = 2.86 et 2.94 M e V (voir t a b l e a u 1); ceci p o u r r a i t signifier q u ' i l existe deux n i v e a u x d a n s la rdgion d'6nergie d ' e x c i t a t i o n de 13.7 M e V de 14N. A l'dnergie E~ = 2.86 M e V la rdsonance p r d d o m i n a n t e est d o n n d e , p a r la raie 72, t r a n s i t i o n entre l ' d t a t J~ = ~ - et l'dtat f o n d a m e n t a l de 13C et p a r la raie 7~ a l l a n t de l ' d t a t J~ = 1 + ~t l ' d t a t f o n d a m e n t a l de I°B. A la r d s o n a n c e E , = 2.94 M e V ce sont, p a r contre, les raies 7~ et 72 p r o v e n a n t de la d d s e x c i t a t i o n des dtats J~ = ½+ et ~+ r e s p e c t i v e m e n t vers l'6tat f o n d a m e n t a l de ~ 3C qui r d s o n n e n t essentiellement. En rdaction ~2C+ d, il est mis en dvidence une r d s o n a n c e large 6) en 72 et en ~3, t a n d i s que les c o u r b e s d ' e x c i t a t i o n en p r o t o n s d o n n e n t soit une r d s o n a n c e 5) ~ 13.67 MeV, soit deux rdsonances 7) c o r r e s p o n d a n t ~ des

32

A. GALLMANNet al.

n i v e a u x situ6s/t 13.67 et 13.76 MeV. N o t o n s enfin que la c o u r b e d ' e x c i t a t i o n o b t e n u e /t l ' a i d e de la raie 72 pr6sente une faible r6sonance p o u r E= = 2.99 MeV. E n conclusion, ce t r a v a i l effectu6 avec un d6tecteur G e ( L i ) , sur la r6action l°B(c~,p7)13C, nous a p e r m i s de s6parer e x p 6 r i m e n t a l e m e n t les diff6rentes raies p r o d u i t e s d a n s 13C. N o u s a v o n s ainsi o b t e n u des c o u r b e s d ' e x c i t a t i o n s p o u r c h a q u e r a d i a t i o n ~ ce qui entraine, p a r r a p p o r t aux exp6riences prdc6dentes 1 - 3 ) , une meilleure pr6cision e x p 6 r i m e n t a l e en ce qui c o n c e r n e les c o u r b e s d ' e x c i t a t i o n s et les n i v e a u x de ~4N situ6s entre 12.3 et 14.1 M e V d'6nergie d ' e x c i t a t i o n . En particulier, d e u x r6sonances s o n t a p p a r u e s p o u r E , = 2.86 et 2.94 MeV, ainsi q u ' u n e faible r6sonance en 72 p o u r E~ = 2.99 M e V a l o r s que p r 6 c 6 d e m m e n t une seule r6sonance & a i t report6e /t E , = 2.95 MeV. Enfin, la c o u r b e d ' e x c i t a t i o n des r a y o n n e m e n t s 7 de 0.717 M e V o b t e n u s / t l ' a i d e de la r 6 a c t i o n de c o m p 6 t i t i o n l°B(ct, e'V)I°B a 6t6 r e p o r t 6 e ici p o u r la p r e m i e r e fois.

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