Published July 1965 | Version v1
Book

Correlated Fragment Energy Measurements and Mass-Versus-Angle Correlations in Ra226 + p Fission

  • 1. Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN (United States)

Description

Correlated energies of fragment pairs from the proton-induced fission of Ra226 were measured using protons obtained from the Oak Ridge tandem Van de Graaff accelerator at energies Ep = 11.0, 12.0 and 13.5 MeV. Corresponding excitation energies in Ac227 are 16.3, 17.3 and 18.8 MeV respectively. Detailed kinematic calculations from.these data have provided mass distributions, kinetic energy distributions and mass versus energy correlations. At Ep = 13.5 MeV, such determinations were made at angles of 30°, 40°, 60° and 90° with respect to the incident proton beam; the resulting mass distributions and kinetics have been investigated in detail as a function of angle. The mass distribution for Ra226 + p fission has long been known to be triple-peaked; in the present experiment, for θ = 90°, the ratio p of fragment abundance at the symmetric peak to that at the asymmetric peak was found to increase from 1.11 for 11.0-MeV protons to 1.27 for 12.0-MeV protons and to 1.54 for 13.5-MeV protons. For all three proton energies, the average total fragment kinetic energy as a function of mass, EK(M), remains constant at ∼143 MeV through much of the symmetric peak. EK(M) then increases for increasing asymmetry and reaches a maximum of ∼152 MeV at MH ≅ 134amu (two mass units lower than the peak in the asymmetric mass yield). The maximum in Ek(M) is attributed to the closure of the Z = 50 and N = 82 shells in this range of heavy-fragment masses, as in the case of spontaneous and thermal-neutron- induced fission. The results of detailed analyses are given. Comparison of the ∼ 50 000-event mass distributions obtained at the four fragment angles indicated above, for Ep = 13.5 MeV, shows that the mass distribution does vary with angle. The effect is not large: preliminary analyses indicate a monotonie increase in the ratio p from ∼ 1.46 for θ = 30° to ∼ 1.54 for θ = 90°, which is well outside statistical and experimental uncertainties. The direction of the observed effect is in agreement with that expected from arguments based on the reduced excitation energy for p, n-fission and p, 2n-fission, and the consequent increase in the 0°/90° ratio for asymmetric fragments. A more complete analysis is in progress to determine the quantitative validity of such arguments. (author)

Abstract (French)

Les auteurs mesurent les énergies en corrélation de paires de fragments provenant de la fission de 226Ra par des protons fournis par l'accélérateur Van de Graaff tandem d'Oak Ridge à des énergies Ep = 11,0, 12,0 et 13,5 MeV. Les énergies d'excitation correspondantes pour 227Ac sont respectivement de 16,3, 17,3 et 18,8 MeV. Des calculs détaillés de cinématique fondés sur ces données permettent d'obtenir la distribution des masses, la distribution des énergies cinétiques et la corrélation masse- énergie. Pour Ep = 13, 5 MeV, ces déterminations ont été faites à des angles de 30°, 40°, 60° et 90° par rapport au faisceau de protons incident; les distributions de masse et la cinétique qui en résultent sont étudiées en détail en fonction de l'angle. On sait depuis longtemps que la distribution des masses pour la fission 226Ra + p se caractérise par une courbe à trois pics; dans l'expérience actuelle, pour θ = 90°, le rapport p de l'abondance des fragments au pic symétrique à cette même abondance au pic asymétrique passe de 1,11 pour les protons de 11,0 MeV à 1,27 pour les protons de 12,0 MeV et à 1,54 pour les protons de 13,5 MeV. Pour ces trois énergies de protons, l'énergie cinétique totale moyenne des fragments en fonction de la masse, EK(M), reste constante à une valeur voisine de 143 MeV pour la plus grande partie du pic symétrique. EK(M) croit alors lorsque l'asymétrie augmente et atteint un maximum d'environ 152 MeV lorsque MH ≅ 134 uma (deux unités de masse de moins que le pic du rendement asymétrique Selon la masse). Le maximum de EK(M) est attribué à la saturation des couches pour Z = 50 et N = 82 dans cette gamme de masses de fragments lourds, comme dans le cas de la fission spontanée et de la fission par neutrons thermiques. Les auteurs donnent le résultat des analyses détaillées. La comparaison des distributions de masses au voisinage de 50 000 événements obtenues pour les quatre angles indiqués plus haut dans le cas où l'énergie des protons est de 13,5 MeV montre que la distribution des masses ne varie pas avec l'angle. L'effet n'est pas important: les analyses préliminaires indiquent une augmentation monotone du rapport p qui passe d'environ 1,46 pour θ = 30° à environ 1,54 pour θ = 90° , résultat nettement en dehors de la marge d'incertitude statistique et expérimentale. La direction de l'effet observé concorde avec celle à laquelle on s'attend d'après des arguments fondés sur l'énergie d'excitation réduite pour la fission (p,n) et la fission (p, 2n) et l'augmentation correspondante du rapport 0°/90° pour les fragments asymétriques. Les auteurs ont entrepris une analyse plus complète pour déterminer la validité quantitative de ces arguments. (author)

Abstract (Spanish)

Se han medido las energías correlacionadas de pares de fragmentos resultantes de la fisión del 226Ra, inducida por protones procedentes del acelerador Van de Graaff en tándem de Oak Ridge a energías Ep = 11,0, 12, 0 y 13,5 MeV. Las correspondientes energías de excitación en el 227Ac son 16,3, 17,3 y 18,8 MeV, respectivamente. Mediante cálculos cinemáticos detallados basados en esos datos, se han obtenido distribuciones de la masa y de la energía cinética, asI como correlaciones masa-energía. Para Ep = 13, 5 MeV, estas determinaciones se han efectuado a ángulos de 30°, 40°, 60° y 90° respecto del haz protónico incidente; las distribuciones de masa y la cinética resultante se han investigado detalladamente en función del ángulo. Desde hace tiempo se sabe que en la fisión del 226Ra inducida por protones, la curva de distribución másica presenta tres picos; en el presente experimento, para θ = 90°, se comprobó que la razón p de la abun dancia de fragmentos en el pico simétrico a la abundancia de fragmentos en el pico asimétrico pasa de 1,11, para protones de 11,0 MeV, a 1,27 para protones de 12,0 MeV, y a 1,54, para protones de 13,5 MeV. Para estas tres energías protónicas, la energía cinética total media de los fragmentos, expresada en función de la masa EK(M), presenta un valor constante de ∼143MeV, en gran parte del pico simétrico. Seguidamente, EK(M) aumenta con la asimetría, hasta alcanzar un máximo de ∼152 MeV para MH ≅ 134 uma (esto es, dos unidades de masa menos que el pico en el rendimiento asimétrico). El máximo en EK(M) se atribuye al cierre de las capas Z = 50 y N = 82 en este intervalo de masa de fragmentos pesados, como en el caso de la fisión espontánea y de la inducida por neutrones térmicos. Los autores indican los resultados de análisis detallados. La comparación.de las distribuciones de masa en unos 50 000 sucesos, obtenidas en los cuatro ángulos de fragmentación indicados anteriormente, para Ep = 13, 5 MeV, muestra que la distribución de la-masa varia realmente con el ángulo. . El efecto no es muy acusado: los análisis iniciales indican un aumento monótono de la razón p de ∼ 1,46 para θ = 30°, a ∼ 1,54 para θ = 90°, valor que de todos modos rebasa el margen de indeterminación estadístico y experimental. La dirección del efecto observado coincide con la prevista fundándose en la disminución de la energía de excitación para la fisión p, n y la fisión p, 2n, y el consiguiente aumento de la.razón 0°/90° para fragmentos asimétricos. Los autores proceden a un análisis más completo con miras a determinar en qué medida estos argumentos poseen valor cuantitativo. (author)

Abstract (Russian)

Korreljacij jenergij par oskolkov delenija radija-226, vyzvannogo protonami, byli izmereny s pomoshh'ju protonov, poluchennyh na Okridzhskom tandemnom uskoritele Van de Graafa pri jenergijah Ep =11,0; 12,0 i 13,5 Mjev. Sootvetstvujushhie jenergii vozbuzhdenija v aktinii-227 sostavljali sootvetstvenno 16,3; 17,3 i 18,8 Mjev. Podrobnye kinematicheskie raschety, osnovannye na jetih dannyh, pozvolili poluchit' raspredelenija mass, raspredelenija kineticheskih jenergij i korreljacii mass i jenergij. Pri Ep = 13,5 Mjev takie raschety padajushhego puchka protonov proizvodilis' pri uglah 30, 40, 60 i 90° ; poluchennye v rezul'tate jetogo raspredelenija mass i kinetika byli podrobno issledovany kak funkcija ugla. 4 Davno izvestno, chto raspredelenie mass dlja delenija radija-226 + r,imeet tri pika; v dannom jeksperimente bylo obnaruzheno, chto dlja 0 = 90° otnoshenie r rasprostranennosti oskolkov pri simmetrichnom pike k rasprostranennosti oskolkov pri asimmetrichnom pike vozrastaet s 1,11 dlja protonov s jenergiej 11,0 Mjev do 1,27 dlja protonov s jenergiej 12,0 Mjev i do 1,54 dlja protonov s jenergiej 13,5 Mjev. Dlja vseh jetih treh jenergij srednjaja obshhaja kineticheskaja jenergija oskolkov kak funkcija massy EK(M) ostaetsja postojannoj pri ∼143 Mjev v bol'shoj chasti simmetrichnogo pika. Zatem EK(M) uvelichivaetsja dlja vozrastajushhej asimmetrii i dostigaet maksimuma ∼152 Mjev pri MH ≅ 134 aem (na dve edinicy massy nizhe, chem pik pri asimmetrichnom vyhode mass). Maksimum pri EK (M) objasnjaetsja zapolneniem obolochek Z = 50 i N = 82 v jetom diapazone mass tjazhelyh oskolkov, kak i v sluchae spontannogo delenija i delenija, vyzvannogo teplovymi nejtronami. Privodjatsja rezul'taty podrobnogo analiza. Sravnenie raspredelenija mass primerno dlja 50 000 javlenij pri chetyreh vysheukazannyh uglah dvizhenija oskolkov dlja Er = 13,5 Mjev pokazyvaet, chto raspredelenie mass menjaetsja v zavisimosti ot ugla. Jetot jeffekt javljaetsja nebol'shim: predvaritel'nyj analiz pokazyvaet monotonnoe uvelichenie otnoshenija r s —1,46 dlja θ = 30° do ∼1,54 dlja θ = 90°, chto nahoditsja daleko za predelami statisticheskih i jeksperimental'nyh neopredelennostej. Napravlenie nabljudaemogo jeffekta soglasuetsja s tem napravleniem, kotoroe ozhidalos', ishodja iz argumentov, osnovannyh na ponizhennoj jenergii vozbuzhdenija dlja r, n-delenija i r, 2p-delenija i posledujushhem uvelichenii otnoshenija 0° /90° dlja asimmetrichnyh oskolkov. V nastojashhee vremja provoditsja bolee podrobnyj analiz dlja opredelenija kolichestvennoj spravedlivosti takih argumentov. (author)
Part of:
Physics and Chemistry of Fission. Vol. I. Proceedings of the Symposium on Physics and Chemistry of Fission

Additional details

Additional titles

Original title (English)
Mesures des Energies des Fragments en Corrélation, et Corrélations Masse-Angle dans la Fission de

Publishing Information

Publisher
IAEA
Imprint Place
Vienna (International Atomic Energy Agency (IAEA))
Imprint Title
Physics and Chemistry of Fission. Vol. I. Proceedings of the Symposium on Physics and Chemistry of Fission
Imprint Pagination
654 p.
Series
Proceedings Series
Journal Page Range
p. 517-528
ISSN
0074-1884

Conference

Title
Symposium on Physics and Chemistry of Fission
Dates
22-26 Mar 1965
Place
Salzburg (Austria)

Optional Information

Notes
19 refs., 5 figs. Imprint:In two volumes
Secondary number(s)
IAEA-SM--60/39