Nuclear Physics A227 (1974) 341-348; @ North-Holland Publishing Co., Amsterdam

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Dl?SJNT&GRATION /?- DE 3oAl

G. ICLOTZ et G. WALTER

Centre de Recherches NucIPaires, 67037 Strasbourg Cedex, France

Req~ le 26 avril 1974

Abstract: Gamma rays following the B- decay of soAl have been investigated with a Ge(Li) de- tector. The 3oA1 sources were produced by fast neutron bombardment of an enriched j”Si sample. Evidence for two previously unreported /3- branches has been deduced. The existence of allowed B- transitions to Jn = 2+ and 3+ states and to the Jn = 4+ level at 5.95 MeV determines Jr = 3+ for the 3oAl ground state (T+ = 3.56hO.02 s). These results are compared to a recent shell-model calculation.

E RADIOACTIVITY joAl [from 3oAl ground state deduced J, TC.

3oSi(n, p)] measured E,,, Z,,, T+; deduced log ft; 3oSi deduced levels, J, x, y-branching. Enriched target.

1. Introduction

La premiere etude de la d6sintCgration de 30A1 est due a Robinson et Johnson ‘). Elle r&Ye l’existence d’un spectre j?- d’energie maximale &gale a 5.05f0.25 MeV et de deux rayonnements y de 2.26kO.03 et 3.52f0.03 MeV prouvant l’alimentation des deux premiers niveaux excites de 3 ‘Si D’apres ces mesures, une limite suptrieure .

Cgale a 2 % peut &tre affectee au rapport d’embranchement d’une Bventuelle transition /3- vers l’etat fondamental.

Plus rtcemment, dam le cadre de la recherche d’un &at isomerique 3omA1(T. = 72.5 s) signale par Peeters ‘), mais dont l’existence a ettg contest&e par Ranakumar et al. ‘), Grench et al. “) ont pu observer des transitions j?- inedites vers les niveaux de 4.81, 4.83 et 5.23 MeV. La mise en evidence d’un embranchement /J- permis vers ce dernier Ctat, J = 3, conduisit Grench et al. A Carter, pour 3oAl, la possibilite d’un moment angulaire egal a 1. 11 subsistait neanmoins les solutions J = 2 et 3 pour celui-ci.

A la suite de ces mesures, Grench et al. confirm&rent la non-existence d’un &at metastable de 3 ‘Al. Le schema de d&integration de 30A1 propose par ces auteurs est donne en ref. ‘).

2. Technique et rt%uMats exphimentaux

Les sources de 3 ‘Al ont CtC produites par reaction (n, p) lors du bombardement de silicium a I’aide de neutrons de 14.5 MeV a un flux de 10’ cmm2 * s-l. La cible Btait constituee par 185 mg de poudre metallique contenue dans une capsule en poly-

341

r

t n cu - 0 n N -

SlNW3N3h3Q 3YWON

DE%INTfiGRATION fi- DE 3oAl 343

ethylene et de composition isotopique suivante: ‘*Si(4.28 O/,), “Si(O.53 %) et 3oSi(95.20 %).

2 1 PBRIODE DE 3oA1 . .

L’analyse en mode multiechelle du rayonnement y Bmis par les sources de 30A1 dans le domaine d’energie compris entre 2 et 4 MeV, aboutit a une p&ode Cgale a 3.56kO.02 s. Dans les travaux anterieurs, deux valeurs avaient Bte obtenues par Robinson ‘) (T+ = 3.27kO.20 s) et par Grench et al. ‘) (T+ = 3.69 s). La valeur de Robinson correspond a une moyenne de plusieurs mesures effectuees par spectro- metric /I et y.

2.2. TRANSITIONS y

Le rayonnement y Bmis par l’echantillon de 3oSi apres activation a tte Ctudie au moyen d’un dttecteur Ge(Li) de volume sensible tgal a 60 cm’, associe a un conver- tisseur analogique-digital et a un ordinateur IBM 1800. L’analyse, en mode multi- spectre, a 6t.B faite dans les conditions suivantes: apres une irradiation de 6 s, on procedait 21 la spectromttrie des photons pendant 9 s &parties en trois periodes &gales de 3 s. Les spectres ainsi obtenus au tours de 36000 cycles de travail, en 140 heures de mesure, sont represent& sur la fig. 1. Les principales raies parasites que nous y relevons sont associees a la d&integration des isotopes instables form& dans les reactions 28*30Si(n, a) et z8n2gSi(n, p). La presence de traces de chlore dans le poly- ethylene des capsules explique d’autre part la presence de raies de faible intensite dues a la d&excitation de 34S et de 37C1.

Dans I’etude de ces spectres, nous avons portt une attention particuliere a d’even- tuels rayons y dont l’observation fournirait la preuve de l’existence d’embranchements /I- vers des ttats 1 + ou 4’ de 3oAl, l’une de ces deux possibilites correspondant a des transitions permises d’apres les regles de selection de la radioactivitt b.

L’examen des rapports d’embranchement y dans 3oSi [refs. 6# ‘)I r&Ye que le domaine spectral a ttudier plus particulierement se situe aux environs de 3.7 MeV. En effet, le seul niveau de parite positive et de moment angulaire egal a 1, d’energie inferieure a 7 MeV, est celui de 3.77 MeV. I1 se d&excite de deux man&es “): 3.77 + 2.24 MeV (62 “/o) et 3.77 MeV + 0 (38 o/0). Compte tenu de l’energie de ces deux transitions, de leur intensite relative et de l’importance du fond dans les spectres, la seconde raie est la plus facile a deceler.

Des niveaux J” = 4+ ont Cte observes a 5.28, 5.95 et 7.22 MeV [ref. “)I. Nous n’avons pas detect6 de photons provenant de cascades impliquant le premier ou le troisieme de ces Ctats. En revanche, on sait que le niveau de 5.95 MeV se d&excite principalement 6* ‘) p ar 1’ ’ emission d’une raie de 3716 keV correspondant a la transi- tion 5.95 --f 2.24 MeV.

La fig. 2 represente la partie du spectre y d’energie voisine de 3.7 MeV. On y reconnait la presence simultanee de raies resultant de la d&excitation de l’etat 1’ (3.77 MeV) et de l’etat 4+ (5.95 MeV). Or les regles de selection des transitions j?-

344 G. KLOTZ ET G. WALTER

Fig, 2. ~ayo~nement y d’bergie voisine de 3.7 MeV.

excluent lklimentation 16’ directe de ces deux niveaux, avec des intensitds compara- bles. Les ph&nom&nes li6s a la d&excitation de l’un de ws deux &tats doivent done prove& essentielleme~t dSun mkanisme de cascade y dans le noyau 3oSi.

Mow ~on~tatons en ef!fet gue fe nombre des a~rnen~~o~s par transitions y (700 + 250) du niveau J’ = 1’ de 3.77 MeV, d&&es au tours des 140 heures d’exp&ience, est

TABLEAU 1

Transitions y dans 3oSi, conskxtives it la dksintdgration #P de 3oAl

223X6&0.4 3497.8f0.8

3768.0&1.5

4809.1 fOa4

4831.4rtO.6

5230.8kO.8

5613+0fl,O

5950.1=trl.U

0 0 2.23 0 2.23 0 2.23 3.50 3.77 2.23 3.50 2.23 3.50 4.83 2.23 3.77 2.23 3.50

2235.8 3497.4 1263.3 3769 I%6 4808.7 2574,s 1311.1 1039 2595.8 1332 2995 1734.1 400

3377 1842 3716

loo 45Ik 5 55i 5 42f 5 58f 5 33f 5 lo&- 5 57f 5

961t 2 4f 2

20f 5 755 5

5zt 2 35&10 65flO 95f 3

5f 3

100 47 f2 53 *I2 38 f4 62 &4 32 f5 21 *4 43 f6

3.521.4 93 f5

7 15 21 f2 75 f3 4.Okl.l

46 f5 54 *5 99.0+0.5

1.0f0.5

100 43&2 57&2

37f3 17f2

44&3 2zlcl

93&2

752

“) R&f. 7). b, Ref 6).

sensiblement &al au nombre de ses d&excitations (820+ 150). L’incertitude qui entache ces valeurs provient essentiellement de l’estimation de l’aire des raies, les divergences leg&es SW les rapports d’embranchement y ressortant dies r6fs. 6* ‘) inter- venant d’une faGon ~~~~geable dans ces calculs. Ce bilan &quilibre a pu Gtre atteint par la dkouverte d’un embran~heme~t /J” vers l”&at de 5.61 MeV, J” = 2+, qui p~~~s~rnent se d&excite vers cefui de 3.77 MeV

IEn revanche, nous n’avons pas pu dticeler de raies y consicutives a d’eventuelles transitions vers Y&at J” = 4+ de 5.95 MeV, Remarquons cependant que, d’apres les don&es des r&fs. 6g ’ ), les pits correspondants, d’importance nkessairement t&s reduite, se trouveraient masques, soit par des raies beaucoup plus grandes, soit par les fluctuations statistiques, particulierement & basse Onergie. Une estimation significa- tive d’une &mite su~~rie~re pour b ~uplement par transitions r de I”etat de 5.95 MeV, au tours de la d~s~nt~~atio~ de 3’Al, n’est done guere possible. M&s le fait que nous observons une telb pigmentation du niveau 2’ nous laisse supposer que I’Ctat 4’ est essentiellement peupli: par un embranchement /I-.

Nous resumons l’ensemble de nos observations sur les transitions y dans 3oSi, consecutives & la d&integration de 3oAl, dans le tableau 1.

2.3. TRANSITIONS /?-

be calcul des rapports ~embra~~heme~t fr- nkessite la Go~~aissa~Ge de l’i~te~sit~ du rayo~nement /I; vers Yetat fondamenta~ de ‘%i, A la suite des experiences de Robinson ‘), nous savons qu’elle est faible (c 2 %). Mais la mise en kvidence, dans notre travail, d’une transition p- vers un &at 4” nous permet de la considerer comme nulle dans ces calculs, &ant donnt le degrd Clev6 d’interdiction que nous sommes ainsi en mesure de lui affecter.

Transition /?- J* vers E, (30Si)

(MeW

Rapport d’embranchement log ft

Robinsona) Grench ce travail Grench ce travail et al. b, et al. b)

0 0” <2 2.24 2+ 16 20.3 X6.6 11.4 3.50 25 83 65.1 68.2 +l.S 3.77 f + < 0.12 3.79 0’ < 0.09 4.81 2+ 5.8 5.5 kO.6 4.83 3+ 6.8 6.3 kO.6 5.23 3+ 2.0 3.0 f0.3 5.28 4+ < 0.14 5.61 2’ 0.30f0.06 5.95 4+ 0.16f0.05

5.5 5.62f0.05 4.7 4.56f0.03

> 7.12 > 7.24

5.0 5.06f0.07 50 4.993;0.06 5.2 5.09&0.07

> 6.39 5.86f0.12 5.85f0.20

346 G. KLOTZ ET G. WALTER

Dans cette hypothese, nous comparons dans le tableau 2 nos rtsultats experimentaux relatifs aux modes de disintegration de 30A1 a ceux de Robinson ‘) et de Grench et al. “). Par rapport a ces derniers auteurs, nous montrons l’existence de deux embran- chements B- intdits, de faible intensite, vers les etats de 5.61 et 5.95 MeV. En ce qui concerne les transitions precedemment connues, nous obtenons des rapports d’em- branchement en accord satisfaisant avec ceux don& par Grench et al. Les valeurs de logfi ont et6 calculees a partir de la determination de l’excts de masse de 30A1 par Ajzenberg-Selove et Igo “).

Le schema de d&integration de 30A1 deduit de nos experiences, est don& sur la fig. 3. L’embranchement fi- vers l’etat b’ de 5.95 MeV relie deux niveaux de m&me parite. Sa vie moyenne comparative (logft = 5.8) nous permet done d’etablir son

Qp=8.5L ? O.OL MeV

% E(MeV) Jn

0.16 5.85 5.95 4+

0.30 5.86 5.61 2+

< 0.11 > 6.39 5.28 L+ 3.0 5.09 5.23 3+

6.3 L.99 L.83 5.5 5.06 1.81 ?

(0.09 > 7.2L 3.79 o+ <0.12 > 7.12 3.77 1+

68.2 L.56 3.50 2+

Fig. 3. Schkma de la dksinttgration 30A1@I-)30Si.

D~SI~~G~TIQN j?- DE j0AI 347

car-act&e permis 9). De plus, l’existence d’autres embranchements 8’ vers des niveaux 2” et 3’ limite Zi dJ = 1 la variation possible de moment angulaire au cows de cette transition. D’aprcSs les Ggles de selection de la radioactivite fi, nous sommes done en mesure d’attribuer la valeur J” = 3* a l’etat fondamental de 3oAl. Darts ces ~~~d~ti~ns~ les six autres transitions j?” observkes ~r~se~tent ~~a~ernent un caractere permis.

3. Discussion

3.1. DESCRIPTION THI%RIQUE DE LA D&INTl?GRATI0N @- DE 3oAI

Des calculs de probabilites de transition fi- et de vies moyennes ont 6tC effect&s r~~mment par Lanford et ~~~de~~a~ lo) dans le cadre du mod%e des couches, pour des noyaux de la couche s-d.

Dans le eas de la masse 30, par suite du nombre important de nucleons gravitant autour du coeur ’ “0, ces auteurs ont td amenes a negliger la contribution des &tats $I moins de 10 nuclkons dans l’orbite d,.

TABLEAU 3

Compar~is~~ des donn&s tlrtkriques, tir&s de la r& 1 O)* et expkimentales SW la position des premiers niveaux Jr = 2+, 3+ et 4+, T = 1, de 30Si et des vakurs de log ff des ~rnbr~~~~~rnents /l- corres-

pondants

Etca*c (MeV) Exer* (MeV) log pa log p-p

2.48 3-84 4.64 5.77 4.64 5.01 6.18 5.43 6.21

2.24 3.50 4.81 5.61 4.83 5.23

5.28 5.95

6.10 4.38 5.27 4.53 4-46 7.56 4.23 4.86 4.47

5.62f0.05 4.56&-0.03 5.06f0.07 5.86iO.12 4.99 &O&6 5.09 10.07

> 6.39 5.85f0.20

Dans le tableau 3, nous ~omparo~s les resuhats de nos mesu~~s (~ner~e des niveaux, valeurs de 1ogP) a ceux calcuk par Lanford et ~ilde~t~al pour des &tats J’ = 2”, 3+ et 4’, 2’ = 1, dont l’ahmentation peut correspondre & une transition j?- permise, Nous constatons un bon accord entre les deux types de resultats pour les niveaux de faible energie d’excitation (E < 5 MeV). La position des Ctats 3” = 4’ a 5.28 et 5.95 MeV est assez bien reproduite par le calcul. En revanche, les vies moyennes comparatives correspondantes sont en net d&accord avec les grandeurs experimen- tales. La des~ri~t~o~ theorique ne rend pas compte du ralentissement impo~ant qui aEecte ees transitions,

348 G. KLOTZ ET G. WALTER

3.2. MOMENT ANGULAIRE DE L’ETAT FONDAMENTAL DE joAl

La d6termination du spin de 30A1 (J = 3) est interessante car ce noyau constitue un cas d’application, relativement rare pour la couche s-d, des regles semi-empiriques de Brennan et Bernstein rl) destinees a la prevision du moment de noyaux impairs- impairs d’aprbs le degre de remplissage des orbites du modele des couches.

On peut supposer en effet que, pour 30A1 (2 = 13, N = 17); le spin de l’etat fonda- mental resulte de la combinaison du moment Jp dune configuration a trou de proton [d+]-l avec celui, J,, dune configuration a particule [d311. Dans le cas d’un tel melange, Brennan et Bernstein prevoient que le spin J du noyau consider6 est souvent Cgal 8:

J = J,+J,,--1.

Ce resultat correspond bien B la valeur experimentale trouvee, moyennant Jp = 3

et J = 3 que nous deduisons des moments observes pour les noyaux pairs-impairs voisins 29A1 et 31Si.

Nous tenons a remercier M. J. P. Gonidec pour son assistance dans les calculs sur ordinateur ainsi que M. C. van der Leun pour l’interCt qu’il a ttmoigne a ce travail.

RBfkences

1) E. L. Robinson et 0. E. Johnson, Phys. Rev. 123 (1961) 1349 2) E. Peeters, Phys. Lett. 7 (1963) 142 3) N. Ranakumar, E. Kondaiah et R. W. Fink, Nucl. Phys. Al22 (1968) 679 4) H. A. Grench, A. D. W. Jones et R. W. Nightingale, Nucl. Phys. Al66 (1971) 670 et communica-

tion privee 5) P. M. Endt et C. van der Leun, Nucl. Phys. A214 (1973) 1 6) R. D. Symes et al., Nucl. Phys. Al67 (1971) 625 7) J. F. Sharpey-Schafer et al., Nucl. Phys. Al67 (1971) 602 8) F. Ajzenberg-Selove et G. Igo, Nucl. Phys. Al42 (1970) 641 9) S. Raman et N. B. Gove, Phys. Rev. C7 (1973) 1995

10) W. A. Lanford et B. H. Wildenthal, Phys. Rev. C7 (1973) 668 et communication privee 11) M. H. Brennan et A. M. Bernstein, Phys. Rev. 120 (1960) 927