I [ Nuclear Physics A197 (1972) 229--240; (~) North-HollandPublishing Co., Amsterdam 4.E

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DI~CROISSANCE ~ DE 4 ° 0

G. KLOTZ, J. P. GONIDEC, P. BAUMANN et G. WALTER

Centre de Recherches Nucldaires, Strasbourg-Cronenbour#, France

Re~u le 5 septembre 1972

Abstract: The y-rays following the fl- decay of 4°C1 have been investigated with Ge(Li) and NaI(TI) detectors. The 4°CI sources were produced by fast-neutron bombardment of high-purity liquid argon samples. The half-life was measured to be 1.32 ~0.02 rain. Coincidence data for the prominent lines lead to a decay scheme accounting for 71 transitions, out of the 76 attributed to 4°Ar, between 37 levels. The 4°C1 fl-ray branching was inferred from the relative ),-ray intensi- ties. Evidence is found for 22 new fl-branches. A previously reported strong fl-group (20 %) to the first excited state is shown to have an intensity < 4 %. The logft values support j~r = 2- for the ground state of '~°CI.

E I RADIOACTIVITY 4°Cl[fr°m4°Ar(n'P)];measuredT~t'E~'lT'yY-c°in;deduced I log ft. 4°Ar deduced levels, J, :r. Natural ta]'gets.

1. Introduction

Les donn6es spectroscopiques actuelles sur hOAr r6sultent essentiellement d'exp6- riences de diffusion in61astique de protons 1- lo), de neutrons 11), de deutons 12) et de particules ~ [r6fs. 13,14)]. Cette constatation s'explique par le nombre restreint de r6actions nucl6aires induites par des particules 16g~res, susceptibles de produire ce noyau. Des configurations b. trou de proton ont 6t6 &udi6es par la r6action 41K(d, 3He)4°Ar b. l'aide de deutons de 22.8 MeV [r6f. 15)].

Dans ces conditions, l'analyse de la d6sint6gration fl- de 4°C1 pr6sente un vif int6r~t. En effet, la grande diff6rence de masse entre 4°Ar et 4°CI (7.5 MeV), jointe au caract6re interdit des embranchements fl- les plus 6nergiques, se traduit par l'alimentation de niveaux 61ev6s, donc par une d6sexcitation de 4°Ar riche en rayon- nements 61ectromagn6tiques. La spectrom6trie de ces derniers permet non seulement de pr6ciser les modes de d6croissance de 4°C1, mais aussi de limiter, pour h°Ar, les possibilit6s d'attribution de spin et de parit6 d6finies par les rbgles de s61ection des transitions fl-.

2. Etudes ant6rieures

D6s 1956, Morinaga 16) puis Robinson 1~) avaient identifi6 l'isotope 4°C1 et tent6 d'en 6tudier la d6sint6gration. Leur travail laissait d6jb. envisager la complexit6 du processus. D'autres approches par Gray, Zander et Ebrey is), puis par Husain ct Karras 19) ont permis de pr6ciser les modes de d6croissance. Enfin, une 6tude

229

230 G. K L O T Z e t aL

r6cente de Kern, Winters et Jerrell 20) signala l'existence de 13 embranchements fl- peuplant divers 6tats excit6s de 4°Ar jusqu'5' 6335 keV et conduisant 5' l'6mission de 23 raies 7- Le sch6ma de d6sint6gration publi6 par ces auteurs pr6sente un d6saccord s6rieux avec les travaux ant6rieurs en ce qui concerne l'alimentation fl- du premier niveau 2 + de 1.46 MeV. L'intensit6 de cet embranchement serait 6gale 5' 20.2 ~ , alors que les analyses de Robinson et de Husain concordent pour la consid6rer comme tr6s faible, inf6rieure 5' quelques unit6s pour cent. Les pr6visions du module en couches conf~rent d'ailleurs 5' cette transition un caract~re interdit.

Nos intentions 6taient donc d'61ucider ce probl6me tout en recherchant l'existence de nouvelles branches fl-, plus particulibrement vers des configurations 5' forte 6nergie d'excitation.

3. Techniques exp~rimentales

3.1. E N R E G 1 S T R E M E N T DES SPECTRES ~'

Les sources de 4°CI ont 6t6 obtenues par r6action 4°Ar(n, p)4°Cl, lors de l'irra- diation d'argon liquide dans un flux de neutrons de 14 MeV (107 c m - 2 • S-l). La production de celui-ci 6tait assur6e par un g6n6rateur de deutons de 150 keV qui bombardaient une cible de tritium. Les 6chantillons d'argon (60 cm 3) 6taient contenus dans des r6cipients en polystyrbne expans6. Le gaz (composition isotopique naturelle, puret6 99.99 ~o) 6tait pr6alablement liqu6fi6 en enceinte ferm6e, par condensation 5' l'aide d'azote liquide. Une purge pr61iminaire du dispositif 6vitait toute pr6sence parasite d'oxyg~ne.

Apr~s une dur6e d'irradiation de 5 min, chaque 6chantillon 6tait transf6r6 en 30 s dans une salle 5' faible bruit de fond o~t avait lieu le comptage. Pendant les mesures, le g6n6rateur de neutrons 6tait coup6.

Les rayonnements 7 ont 6t6 analys6s /t l'aide d'une jonction Ge(Li) de 60 cm 3 pr6sentant un pouvoir de r6solution 6gal 5' 4.0 keV 5' 1.33 MeV. Apr~s chaque irra- diation, deux spectres, correspondant 5' des dur6es d'accumulation de 5 min chacun, ont 6t6 enregistr6s successivement par deux s61ecteurs d'amplitude de 4096 canaux. Ce proc6d6 devait permettre de distinguer, par des mesures de d6croissance, les tales dues 5' 4°Ar de celles provenant de r6actions en comp6tition. En effet, outre la formation de 4°CI, nous avons observ6 celle des isotopes radioactifs 378, 39C1 et 41Ar par 4°Ar(n, a)37S, 4°Ar(n, d ) 3 9 C I e t 4°Ar(n, 7)41Ar. Sauf en ce qui concerne une raie cons6cutive 5. la d6sint6gration de 37S (3103 keV), la d6termination de ces contributions n'a pas caus6 de difficult6s.

Afin d'obtenir un spectre de bruit de fond dans les conditions de travail, nous avons proc6d6 5' l'irradiation de r6cipients en polystyrene vides, puis 5' l 'observation de leur 6ventuelle activit6 (pr6sence de catalyseurs de polym6risation), ainsi que de celle de l'environnement du compteur. Nous avons not6 essentiellement l'apparition d'une raie faible 5' 1778 keV probablement due 5' la d6sint6gration de 28A1 form6 par capture de neutrons thermiques dans la capsule marne du d6tecteur Ge(Li).

DI~CROISSANCE fl DE 4°C1 231

3.2. I~TALONNAGE EN I~,NERGIE

La calibration en 6nergie a 6t6 faite 5. l'aide des principales raies 6raises par une source de S6Co [r6f. 21)], d'activit6 comparable/ t celle des 6chantillons de 4°Cl. La courbe de lin6arit6 de la chalne d'analyse (exprim6e sous forme de polyn6me de degr6 n) a 6t6 d6termin6e sur ordinateur/t partir des 6carts de 511 keV provenant de l'effet de paire. L'existence de nombreuses raies dans la distribution exp6rimentale a rendu possible l'extension de la m6thode jusqu'5. 6.5 MeV, par le choix d'intervalles se recouvrant partiellement.

3.3. EFFICACITI~ DE DI~TECT1ON

Les conditions particuli6res de l'exp6rience (g6om6trie, source non ponctuelle, auto-absorption du rayonnement y dans l 'argon liquide) influent fortement sur l'effi- cacit6 r6elle de d6tection aux basses 6nergies. Nous avons donc 6labor6 un proc6d6 permettant de tenir compte de ces ph6nombnes dans l'6tablissement de la courbe d'effi- cacit6 de la diode Ge(Li) utilis6e.

Une faible quantit6 de poudre de manganbse de haute puret6 (40 mg) a 6t6 irradi6e 5. ta Pile Universitaire de Strasbourg en vue de la production de l'isotope radioactif 56Mn (T~ = 2.4 h). Le m6tal ainsi activ6 a 6t6 maintenu en suspension, au moyen d'un agitateur magn6tique, dans du tdtrachlorure de carbone. Ce compos6 a 6t6 choisi pour son num6ro atomique moyen et sa densit6 afin de simuler le r61e de rargon.

Les 6missions y qui accompagnent la d6sint~gration de S6Mn ont lieu dans un large domaine d'6nergie s'6tendant jusqu'~t 3.4 MeV, avec des intensit6s bien 6tablies [r6f. 22)]. Leur mesure a permis d'obtenir directement une partie de la courbe d'effi- cacit6 de d6tection de la jonction.

Aux ~nergies plus 61ev6es, nous avons utilis6 les r6sultats concernant la r6action de capture 27Al(p, y)ZsSi b. Ep = 992 keV [r6f. 23)], puis normalis6 ceux-ci par rap- port • ~ la valeur pr6c6demment trouv6e b. 3 MeV. Dans ce cas, les effets de g6om6trie et d'absorption ont 6t6 n6glig6s.

3.4. MESURES DE COINCIDENCES y-y

Des mesures de coincidences nous ont paru indispensables pour 6tablir les modes de d6sexcitation de 4°Ar. Nous les avons r6alis6es ~t l'aide du d6tecteur Ge(Li) de 60 cm 3 et d 'un cristal Nai(T1) de 10.2 x 10.2 cm associ6s ~t une chaine d'analyse bidimension- nelle de 512000 canaux 24), r6partis suivant la configuration 2560 x 200. La r6solution en temps des coincidences 6tait 6gale ~ 30 ns (largeur ~t la base de la courbe de coin- eidences promptes). Afin d'augmenter le nombre d'6v6nements observ6s au cours de cette exp6rience, nous avons utilis6 simultan6ment deux 6chantillons d'argon, l'irra- diation de l 'un correspondant au temps d'analyse de l'autre. La dur6e d'aecumulation a atteint 30 h.

,R"

r.

c~

,.~ p_

~0'EVENE~NT$

,~ 4178151 414611)

4737(2) 3704,6 476~121 3742{39CI) 3759,9

3784,9 4:~.4111 43,~B(1)

3¢J~.8,6

45~0(1)

3541,7 44@I{I)

%- 4082,1

4t47,7 51~;(2) 4178,7

4737(1) 4769(1)

5310121 43,24,2 4~7,6

5~[21

516611~

4737,2 | ~ ,7.., 531011)

t

633~121

5400,1

6475121

6053(t)

' 59~0,0 2918,0 Bk. 6475(1)

='-- 6053,1

620~,0

~- 6475,5

NOMBRE D'EV(NEMENTS

, /

L

I

I '

k

L

~ 2O63

tl

222,5 t 239,0 ~50,5(:~�Ar) 2F=O,O

:~6112)

472,0 479,4

566,7 545,7 . 602,2(Fond)

621,L 643,1 ~59,7 i

gB6,0(gond)

1051,1 1042,3 10(52,9 1087,5 ~Cg2,5 1131,0 1156,2 2220(21 1186,7

1267,03#Ar

L353,7

13S4,7 I 1432,t 1460,8w~ -

2524(2) 15Z7,5(~Ar} t558,7

157~,5 1.586,5 2522~2)

1641,1 (Fo~d) /

169t,2(Fond) 2220~1~ 1746,5

1778(~lS;) 1776,~ t7fl7,g

~40(2)

2050,5 3103(2) 3tOLl2) 2F~.2(1)

2457,9

2524,t

2F21,~

3705(2)

2840,2

3919(2)

29'33,6

3103{'WCI) 3101 414B(2~ ;~i~

320B, 2 3705 ( I ) 3742(1J

3785(11 4324(2) 4358(2) 3356,6 3919([)

DI~CROISSANCE fl DE 4°C1

511 keV ,4(3

~ 1461 key 12/.58 key

270__

272 __

274 __

X

27S__

,.g

I.iJ

p.

E=660 keV

233

Fig. 2. Spectres des raies ~' enregistr6es h raide d'un cristal NaI(T1) de 10.2 × 10.2 cm, en coincidence avec des 6missions de photons d'6nergie comprise entre 635 et 665 keV d6tect6es par la jonction

Ge(Li) de 60 cm a.

4. R~sultats

4.1. MESURE DE LA PI~RIODE DE 4°C1

Nous avons mesur~ la p~riode de 4 oc1 en observant les raies ~ d'6nergie E~ > 3.9 MeV en fonction du temps 6cou16 aprbs la fin des irradiations, A l'aide d'un compteur & scintillation NaI(T1) de 10.2 x 10,2 cm. Le choix du seuil inf6rieur permet d'61iminer tousles rayonnements parasites apparaissant concurremment, en particulier l'6mission de 3103 keV par 37C1 cons6cutive & la d6sint6gration de 37S (T~ = 5.06 min).

Nous avons v6rifi6 que l'activit6 des 6chantillons irradi6s 6tait suffisamment faible pour rendre n6gligeable tout effet d'empilement ou de temps mort sur l'exactitude de notre rnesure.

L'analyse de la courbe de d6croissance, enregistr6e en mode multi6chelle, a r6v616 t'existence d'une composante exponentielle unique se superposant 5, un bruit faible et constant (rayonnement cosmique). La p6riode obtenue est 6gale ~, 1.32 +0.02 min, donc 16g~rement inf6rieure aux valeurs pr6c6demment publi6es 17.2 o): 1.38 _ 0.02 rain et 1.44__+0.08 min.

4.2. TRANSITIONS 7

La fig. I repr6sente le spectre 7 enregistr6 durant 130 p6riodes de 5 min d6butant 30 s apr~s la fin des irradiations. Sa comparaison avec la distribution diff6r6e de 5 min

234 G. KLOTZ et aL

TABLEAU 1

Transitions y dans 4°Ar cons6cutives h la d6sint6gration fl- de 4°C1. L'incertitude entachant la mesure de l'6nergie des photons est estim6e inf6rieure h -- 1.0 keV dans tousles cas

Niveau Niveau Rapport Energie Intensit6 relative initial final d'embranchement a) (keV) ce 6tude (MeV) (MeV) (~o) travail c) ant6rieure d)

1.46 0 100 1460.8 ± 0.1 1000 1000 2.12 1.46 100 659.7±0.2 31 4-3 32q- 3 2.52 0 47 ±8 2524.1+0.2 27 ±3 23± 3

1.46 53 ±8 1062.9!0.2 30 4-3 28-[- 3 2.89 1.46 99.04-0.7 1432.1--0.4 19 -t-2 21 -- 3

2.52 1.04-0.7 369.0--0.6 0.2 -t-0.1 3.21 0 13 --4 3208.2--0.3 6 ±1

1.46 84 --7 1746.5t0.2 35 --3 30± 3 2.12 2.0.4.1.4 1087.6--0.4 1.0-- 0.5 2.89 1.0--0.5 315.0--0.5 0.3 4-0.1

3.51 0 13 4-6 3511.04-0.5 2.0 4-0.8 1.46 83 --7 2050.5--0.4 13 i 2 2.89 < 16 621.14-0.6 < 3 3.21 4 --3 303.0-4-0.6 0.7 4-0.4

3.68 1.46 83 -4-3 2220.1.4.0.2 95 --8 71--10 2.52 5 -4-1 1156.2,4,0.4 6 4-1 2.89 9 ±1 788.0+0.3 10 ±1 104- 1 3.21 3 4-1 472.0-4-0.4 3 ±1

3.92 0 30 -4-4 3918.64-0.2 51 4-5 424- 8 1.46 40 4-6 2457.9+0.2 66 ±6 454- 8 2.12 20 --3 1797.8--0.2 33 5:4 24-- 3 2.52 9 --2 1394.74-0.3 15 --2 3.68 1.05:0.4 239.0--0.5 2.0 ±0.6 5-- 1

3.94 0 100 3941.7.4.0.2 2.0 --0.5 4.08 0 1.0--0.3 4082.1 --0.8 3.0 -4-0.6

1.46 96 q-1 2621.9--0.3 196 4-16 1664-17 2.52 3 .0 i0 .6 1558.74-0.4 6.0 -r0.7

4.18 0 100 4178.74-0.3 3.0 --0.7 4.30 1.46 97 q-1 2840.24-0.3 386 4-30 292d:29

2.52 1.0.4.0.4 1776.9--0.8 0.20 ±0.03 3.21 2.04-0.7 1092.5-4-0.5 3.0 4-0.4 5 ± 1 3.68 < 1 621.1--0.6 < 3

4.32 0 100 4324.2-4-0.3 2.0 -4-0.5 4.36 0 100 4357.64-0.3 5.0 4-0.7 4.48 0 100 4480.7-4-0.3 3.0 4-0.7 4.56 1.46 50 4-5 3101 -4-1 b) 140 --20 b) 504-30

3.21 1.04-0.5 1353.7.4.0.5 2.5 --1.0 3.51 2.04-0.5 1051.1--0.5 6 -b2 3.68 12 4-3 881.0--0.3 33 --3 314- 3 3.92 28 -+-4 643.1--0.3 80 4-6 93--10 4.08 3.5--0.7 479.4-4-0.4 10 4-1 184- 3 4.30 3.5-4-0.9 260.0-4-0.5 10 .4.1 10q- 1

4.58 0 33 --20 4580.14-0.5 1.0 4-0.4 4.36 66 --20 222.5-4-0.5 2.0 ±0.6

4.74 0 100 4737.5-4-0.4 5 .4.1 4.77 0 100 4768.74-0.3 6 --1 4.94 4.56 55 4-20 381.04-0.5 1.0 4-0.4

DI~CROISSANCE fl DE 4°C1

TABLEAU 1 (suite)

235

Niveau Niveau Rapport Energie Intensit6 relative initial final d'embranchement a) (keV) ce 6tude (MeV) (MeV) (~) travail ¢) ant6rieure a)

4.58 45 ±20 361.34___0.5 0.9 ±0.2 5.17 0 10 4-7 5165.5~:1.0 1.0 ±0.5

1.46 90 4-7 3704.64-0.8 10 +1 5.27 3.21 20 ±12 2063.04-1.0 5 4-2

3.68 46 4-16 1588.9i0.3 12 4-2 134- 2 4.08 34 4-10 1186.74-0.4 9 4-1

5.31 0 100 5309.64-1.0 2 4-1 5.40 0 100 5400.1 4-0.8 2.0 4-0.8 5.61 1.46 100 4147.74-1.0 11 4-1 5.63 0 100 5629.04-1.0 1.0 +0.5 5.72 2.52 100 3193.74-1.0 1.0 4-0.5 5.88 0 78 4-4 5879.9 4-0.8 49 4-4 654-13

2.12 2 ±1 3759.94-1.0 1.0 4-0.3 2.52 6.04-2.5 3356.64-0.8 4 4-1 4.30 6.0i2.5 1579.94-0.8 4 4-1 4.56 8 4-2 1317.24-0.5 5.0 4-0.6

5.91 2.12 100 3784.9i0.6 8 4-1 5.95 0 100 5950.04-1.0 0.5 4-0.3 6.05 0 100 6053.1 4-0.8 4.0 4-0.6 6.21 0 100 6208.04-0.8 0.5 4-0.3 6.28 4.94 100 1333.44-0.8 4.0 4--0.7 6.34 0 100 6338.54-0.8 3.0 4-0.5 74- 2 6.48 0 100 6475.54-0.8 2.0 4-0.3

(6.65) 5.61 100 1042.34-0.3 6 4-2

a) D'apr/~s le pr6sent travail. Les erreurs correspondent aux incertitudes affectant les intensit6s relatives des rayonnements y.

b) D6termination indirecte (voir texte). ¢) L'intensit6 de la raie de 1461 keV a 6t6 choisie 6gale ft. 1000. Les erreurs rendent compte de

l'incertitude introduite par la mesure de l'aire des raies, en particulier du pic de r6f6rence (1461 keV), et de l'impr~cision, estim6e/t 5 ~, provenant de la d6termination de l'efficacit6 relative du d&ecteur.

d) R6f. 20).

nous a permis de relever l 'existence de 76 transi t ions dans 4°Ar. En particulier, nous

avons not6 la pr6sence d ' u n nombre impor tan t d '6missions y d'6nergie sup6rieure

3919 keV, mais de faible intensit6. La p lupar t de ces t ransi t ions n 'ava ien t pas 6t6

d6crites auparavant .

Nos mesures de coincidences confirment l 'origine des 23 transi t ions identifi~es par

Ke rn et al. zo), y compris celle de 1589 keV entre les 6tats de 5.27 et 3.68 MeV, qui

n '6tai t pas clairement &ablie. Les contr ibut ions de raies d'6nergie voisine, 643 et

660 keV par exemple, se dis t inguent ais6ment l 'une de l 'autre (fig. 2). En revanche, le

nombre d '6v6nements enregistr6s est t rop petit pour permettre des conclusions con-

cernant les t ransi t ions d ' intensi t6 inf6rieure ~t 0.5 ~o, except6 pour quelques lignes

d'6nergie sup6rieure /t 6 MeV qui correspondent /t des d6sexcitations directes vers

l '6tat fondamental .

236 G. KLOTZ et al.

Nous r6sumons l'ensemble de nos r6sultats et nous les comparons b, ceux de Kern et al. 2 o) dans le tableau 1. Plusieurs transitions pr6vues par ces auteurs mais inobser- v6es dans leur exp6rience ont pu faire l 'objet de mesures quantitatives. Dans le cas des premiers niveaux d'excitation o/t la comparaison avec des r6sultats obtenus par (P, P'7) est possible, les rapports d'embranchement 7 apparaissent en bon accord avec les valeurs publi6es 9).

Nous avons recherch6 l'origine des transitions nouvelles en tenant compte de l'6nergie des 6tats de 4°At mesur6e darts des travaux ant6rieurs 2,3, 9, 13, 2 o).

L'intensit6 de la ligne de 3101 keV, pratiquement confondue avec celle de 3103 keV 6raise par 3VCI, a 6t6 calcul6e ~t partir de l'aire de la raie correspondante dans les spectres "p rompt" et "retard6" et des p6riodes radioactives des deux noyaux 6met- teurs. Nous aboutissons ~t une valeur nettement plus grande que celle d'une pr6c6dente estimation 20).

Plusieurs transitions 6ventuelles de faible intensit6 correspondent/~ des bilans en 6nergie tels qu'elles seraient masqu6es par des raies spectrales beaucoup plus impor- tantes. C'est le cas de la cascade de 4941 ~ 4430 ---, 3919 keV, impliquant l'6tat 3) de 4430-t-7 keV. Elle se traduit par une 6mission de deux photons de 511 keV. Un tel processus pourrait 6quilibrer le bilan alimentation-d6sexcitation du niveau de 4.94 MeV, mais son intensit6 exclurait toute observation par des techniques de coin- cidence. Aussi n'avons-nous pas pu confirmer l'existence de l'6tat de 4430 keV.

Des mesures minutieuses de d6croissance ont permis de distinguer une composante de p6riode voisine de celle de 4°C1 dans la raie de 1778 keV attribu6e h 28Si. Elle correspond probablement h la d6sexcitation de l'6tat de 4.30 MeV vers celui de 2.52 MeV (E~ = 1777 keV).

La ligne de 62l keV, pour laquelle nous donnons une limite sup6rieure, peut provenir ~t la lois des transitions 4.30 --. 3.68 MeV et 3.51 ~ 2.89 MeV.

Les rayonnements 7, vraisemblablement dus ~t 4°Ar, sur la base de mesures de p6riode, mais pour lesquels aucune interpr6tation n'a 6t6 trouv6e ont pour 6nergie: 545.7+0.3, 566.7+-0.4, 1131.0±0.5, 2953.6+__0.8 et 5918.0+__ 1.0 keV et pour intensit6 relative (cf. tableau 1): 7+ 1, 5 _ 1, 2+ 1, 18±4 et 0.6+0.3 respectivement. La raie de 1042 keV pourrait correspondre ~t la transition 6.65 --* 5.61 MeV cons6cutive ~t l 'alimentation/3- d'un ~tat situ6 d'apr~s Benveniste et al. z) ~t 6650±24 keV. Mais cette hypoth~se n'est corrobor6e par aucune atttre donn6e exp~rimentale.

Mentionnons enfin que la recherche de rayons 7 d'6nergie sup6rieure ~t 6475 keV s'est r6v616e infructueuse.

4.3. EMBRANCHEMENTS fl-

La technique utilis6e ne permet pas l 'observation de la branche fl- vers l'6tat fondamental de 4°Ar. Pour l'intensit6 de celle-ci, nous nous r&drons au r6sultat de Morinaga et at. 16) (9 %), confirm6 par Husain et Karras ~9) ( ~ I0 ~ ) . Signalons que, en accord avec ces auteurs, nous n'observons pas d'alimentation fl- des 6tats 2 + et 0 ÷ de 1.46 et 2.12 MeV. L'embranchement vers le niveau fondamental apparalt

Dt~CROISSANCE fl DE 4°C1 237

TABLEAU 2

Niveaux de 4°Ar mis en evidence dans cette ~tude. Intensites des rayonnements fl 6mis par 4°C1 et valeurs de log ft correspondantes

Niveau (keV) j . c) Embranchement fl logft a) ce travail 9 etudes ant~rieures b) (~)

0 0 + 9.0 f) 7.6 1460.820.1 1460.764- 0.05 2 + < 4.0 > 7.6 2120.5±0.2 2121.3 4- 0.2 0 + < 1.0 > 7.8 2524.14-0.2 2524.3 :k 0.2 2 + 1.8 ±0.5 7 .5i6 .3 2892.8i0.2 2892.4 ± 0.4 (4 +) 0.5 i 0 . 2 7.920.4 3208.4±0.2 3207.2 4- 0.3 (2 + ) 2.1 ±0.5 7.14-0.3 3511.34-0.5 3507 ± 4 (1÷,2 +) 1.3 ±0.4 7.220.4 3680.9-4-0,2 3680.5 4- 0.4 3- 4.8 ±1.1 6.610.4 3918.84-4-0,2 3919.0 4- 0.5 (2 +) 6.4 ±1.5 6.3:k0.4 3941.94-0.2 3934 ±16 0.154-0.05 7.94-0.4 4082.74-0.3 4082.5 4- 0.4 13.8 4-2.6 5.94-0.4 4178.94-0,3 0.20:k0.07 7 .7 i0 .4 4301.14-0.3 4300.8 ± 0.4 28.5 4-5.1 5.5±0.4 4324.5±0,3 0.154-0.05 7.74-0.5 4358.04-0,3 4348 211 0.154-0.06 7.7±0.5 4481.0±0,3 4484 4- 8 0.204-0.07 7.54-0.5 4562.14-0,3 4562.5 ± 0.4 ~ = - 19.8 4-3.6 5.44-0.4 4580.44-0.5 4581 4- 7 0.154-0.07 7.44-0.8 4737.8-4-0.4 0.4 4-0.1 7.04-0.5 4769.04-0.3 4775 ±10 0.4 4-0.1 7.04-0.5 4942.0_+_0.5 4941 ±10 0.104-0.05 7.5±0.6 5165.84-0.8 0.8 4-0.1 6.44-0.5 5270.14-0.4 5269.1 4- 0.5 1.9 4-0.4 6.0±0.5 5310.04-1.0 5340 0.154-0.09 7.04-0.8 5400.54-0.8 0.154-0.07 6.94-0.7 5608.74-1.0 5630 0.8(0.3)4-0.1 ~) 6.0(6.4)4-0.6 ~) 5629.4 4-1.0 5630 0.10 !0 .06 6.8 i 0 . 8 5717.94-1.0 0.104-0.06 6.8=[=0.8 5880.44-0.8 5875 4- 3 z~ = - 4.7 ±0.8 5.04-0.6 5905.64-0.8 5901 :k24 0.6 i0 .1 5.94-0.7 5950.5 4-1.0 0.04 4-0.03 7.04-1.0 6053.64-0.8 0.304-0.07 6.04-0.8 6208.54-0.8 0.044-0.03 6.74-1.1 6276.04-1.0 6270 4-33 0.30£-0.08 5.7±0.8 6339.04-0.8 6335 4- 3 0.204-0.05 5.8 :k0.8 6476.04-0.8 6475 4-42 0.154-0.04 5.84-0.8

(6650.74-1.0) 6650 i 2 4 (0.5 ±0.2) (5.0±0.9)

a) I1 a 6t6 tenu compte de l'6nergie de recul du noyau apr6s 6mission ~. b) Energies d'excitation de 4°Ar raises en 6vidence lors de travaux ant6rieurs, ~ l'aide des

9rocessus 4°Ar(p, p') [r6fs. 2.3.9)], 4OAr(~ ' ~,) [r6f. 13)] et 4°Cl(fl-) [r6f. 20)]. c) Les spins et parit6s jusqu'au niveau de 3,92 MeV inclus sont tir6s des r6fs. 7-9). Les autres

6tats ont un moment angulaire 6gal h 1, 2 ou 3, sauf en ce qui concerne le niveau ~t 4.94 MeV pour lequel la valeur J = 4 est 6galement possible.

a) Les contributions aux erreurs sont de trois types: incertitude sur les intensites relatives des ernbranchements fl- vers les etats excit6s, incertitude sur l'intensit6 de la branche fl- vers le niveau fondamental (voir texte) et impr6cision entachant la valeur de Q# [7.54-0.5 MeV, r6f. 26)].

e) Les valeurs entre parentheses sont obtenues dans l'hypoth~se de l'alimentation fl- du niveau de 6.65 MeV.

~) R6f. 16).

238 G. KLOTZ et al.

donc bien s6par6 6nerg6tiquement des autres groupes fl-. Aussi la mesure de son intensit6 devrait-elle 6tre peu entach6e de contributions parasites.

Nous avons d6termin6 le pourcentage des branches fl- vers les 6tats excit6s en consid6rant le bilan des processus 61ectromagn6tiques relatifs & chaque niveau de 4°Ar. Dans le cas des configurations de 1.46 et de 2.12 MeV, nous constatons qu'ali- mentations et d6sexcitations par 6missions ~ s'6quilibrent aux incertitudes exp6ri- mentales pr~s. Nous en concluons n6anmoins, en accord avec des travaux pr6c6dents [refs. 16.17,19)], que l'intensit6 de l 'embranchement fl- vers l'6tat 2 + de 1.46 MeV est du m~me ordre de grandeur que celle de la branche aboutissant au second niveau 2 + de 2.52 MeV.

4.4. VIES MOYENNES COMPARATIVES

Les vies moyennes comparatives des transitions fl- ainsi raises en 6vidence ont 6t6 calcul6es/t l'aide de la m6thode A de Feenberg et Trigg 25). Nos r6sultats figurent dans le tableau 2. Les crit6res 29) qui relient la valeur de logf t au degr6 d'interdiction de la branche fl- correspondante ne permettent pas, en g6n6ral, de pr6ciser les changements de moment angulaire et de parit6. II en ressort cependant que toutes les transitions observ6es sont soit permises (AJ = 0, + 1; Art : non), soit interdites au premier ordre (AJ = 0, _ 1, ___2; Arc : oui), seul le caract~re permis des embranchements fl- vers les 6tats de 4.56 et 5.88 MeV 6tant clairement 6tabli (log f t = 5.4+0.4; 5.0+_0.6 respectivement).

L'erreur, que nous ne connaissons pas et qui affecte l'alimentation flo du niveau fondamental, se r6percute sur la valeur de l'intensit6 des autres embranchements fl-. Pour calculer les incertitudes qui entachent nos rdsultats, nous avons admis, pour la part relative & flo dans l'ensemble des d6sint6grations de 4°C1, des valeurs extrames correspondant 5. (9 +_ 9)%. Ce choix semble raisonnable, compte-tenu des arguments avanc6s par Kern et al. 20). Remarquons que la valeur de logf t se rapportant b, une intensit6 comprise entre 0.1% et 18 % (7.2 < l o g f t < 9.6) classe la transition flo dans les cat6gories 6num6r6es plus haut.

5. Discussion

A l'heure actuelle, les donn6es spectroscopiques sur 4°Ar sont peu abondantes. Les moments angulaires de quelques niveaux ont 6t6 d6terminds 8, 9) (0:0 + ; 1.46 MeV : 2 + ; 2.12 MeV : 0 + ; 2.52 MeV : 2+).

Le spin du quatri6me 6tat excit6 (2.89 MeV, J~ = 4 +) a 6t6 propos6 initialement par Gray et al. 5), puis confirm6 ind6pendamment par Hulubei et al. 6) et Johnson et Griffiths 7). Le r6sultat obtenu par Wakatsuki et al. 13) ne contredit pas une telle conclusion. Rush et al. 8) ont bien observ6 un transfert l = 4 au cours de leur 6tude de 4°Ar(p, p ') pour ce niveau, mails ils ont constat6 un net d6saccord entre les pro- pri6t6s de cet 6tat et celles attendues pour une configuration & deux phonons pr6vue par le mod6le vibrationnel.

DI~CROISSANCE fl DE 4°C1 239

L'existence d 'un niveau de parit6 n6gative (J" = 3 - ) vers 3.7 MeV paralt en re- vanche 6tablie avec certitude. Sa position exacte est cependant controvers6e. Beaucoup d'auteurs 5 -s ) admettent 3.71 MeV ~ la suite d 'un travail de Benveniste et aL 2) en diffusion in61astique de protons. Dans ce domaine d'6nergie, Kashy 3), utilisant la m~me technique mais avec une r6solution meilleure, a observ6 l'existence d 'un niveau ~t 3688 _ 5 keV. Notre exp6rience permet de situer cet 6tat h 3680.9__+ 0.2 keV. Ce r6sultat est en bon accord avec celui de Kern et al. 20) (3680.5+0.4 keV).

Dans ces conditions, les embranchements f l - vers les niveaux ~t 0(0+), 2.52 (2 +) et 3.68 MeV(3- ) ne peuvent s'interpr6ter respectivement que comme des transitions AJ = 2, An : oui ; AJ = O, An : oui et AJ = 1, An : non. En effet, nous trouvons, pour la branche fl- vers l'6tat 3- , l og f t = 6.6 et log ( W ~ - 1) f t = 8.4, cequi exclut la possibilit6 AJ = 2 lors de ce processus. En revanche, la vie moyenne comparative de la branche flo ( logft = 7.6 ; log (W z - 1)ft = 10.0) caract6rise bien une transition unique, interdite au premier ordre, comme en t6moignent plusieurs exemples 17.2s) dans le m~me domaine de masse.

Nos mesures confirment donc le moment angulaire et la parit6 J~ = 2 - de 4°C1, initialement publi6s par Morinaga 16).

D'autres transitions AJ = 2 peuvent se produire vers des 6tats 0 + et 4 + excites. Tel est le cas du niveau de 2.12 MeV (J~ = 0+). Son alimentation par rayonnement f l - n 'a pas 6t6 observ6e mais la limite sup6rieure que nous donnons pour l'intensit6 de celle-ci indique une vie moyenne comparative (logft > 7.8) autorisant un changement de parit6 et de moment angulaire 6gal h 2.

Pour l'6tat de 2.89 MeV, nous obtenons logf t = 7.9 et log ( W ~ - 1)ft = 9.9. L 'em- branchement fl- correspondant pr6sente donc les propri&6s d'une transition unique. interdite au premier ordre, ce qui constitue un fort argument en faveur de J~ = 4 + pour ce niveau, car la solution J~ = 0 ÷ est incompatible avec les processus 61ectro- magn6tiques auxquels participe cet 6tat.

Notre 6tude a abouti ~t la mesure pr6cise de l'6nergie d'excitation des niveaux de 4°Ar aliment6s au cours de la d6sint6gration de 4°C1. Huit d'entre eux ont 6t6

observ6s pour la premibre fois. Les r~gles de s61ection r6gissant les transitions f l - permettent de limiter ~t 1, 2 ou 3 la valeur possible de leur moment angulaire. La seule exception peut concerner l'6tat de 4.94 MeV pour lequel les caract6ristiques de l 'embranchement fl- ( l og f t = 7.5 ; log ( W ~ - l ) f t = 9.1) et le mode de d6sexcita- tion 7 n'excluent pas un moment angulaire 6gal & 4. Par ailleurs, seule la parit6 n6gative des 6tats de 4.56 et 5.88 MeV est 6tablie avec certitude.

Une mesure pr6cise de l'exc~s de masse de 4°C1, ~t l 'aide de la r6action *°Ar(t,3He)4°C1 par exemple, r6duirait d 'une fagon notoire les incertitudes qui entachent les valeurs de log ft.

Nous remercions MM. J. G. Schmidt, M. Tourelle et M. Klipfel pour leur assistance tout au long des exp6riences ainsi que M. C. van der Leun pour ses suggestions con- cernant la pr6sentation de ce travail.

240 G. KLOTZ et aL

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