Radioactivities by light fragment (C, Ne, Mg) emission

¹ Institut de Physique Nucléaire, BP n° 1, 91406 Orsay Cedex, France
² Central Institute of Physics RO. Box MG-6, 76900 Bucharest, Romania

Abstract

Recently, heavy nuclei known as α-emitters like Ra and U isotopes have been found to present parallel emissions of 14C, 24Ne and 28Mg with very low branching ratios (< 10-9). Today, the spontaneous emission by heavy nuclei of fragments intermediate between 4He and fission fragments has become a well established field of research. The theory has been developed since 1980 and the first experimental discovery was published in 1984. Now, there are four known 14C emitters (222,223,224, 226Ra) and four 24Ne emitters (230Th, 231Pa, 232, 233U). Probably 25Ne is present in the results of 233U. Two kinds of radioactivity, 28Mg and Ne (probably 24Ne and 26Ne), have been measured from 234U, previously known for its cold fission. Some measurements gave upper limits in branching ratios ; in particular, an upper limit for the Si emission from 241 Am of ~ 10-15 relative to α emission has been set. After a brief review of the theoretical models which have oriented the experimental discoveries, the experiments are described. They are grouped according to the technique used to identify the emitted fragment : ΔE x E telescope in direct view of the source, magnetic spectrometers and solid state track detectors. The experimental results are compared with the theoretical predictions. We present the systematics studies which have given evidence of odd-even effects in the parent nucleus, have analysed the nuclear deformation effects and have proposed a unified approach of α-decay, fragment emissions and cold fission. Finally, it is shown how these new radioactivities are being used to test and refine very elaborate models of α-decay and fission.

Résumé

Récemment, on a découvert que des noyaux lourds émetteurs α comme les isotopes du Ra et de l'U ont des émissions parallèles de 14C, 24Ne et 28Mg avec des rapports d'embranchement très faibles (< 10-9). Actuellement, I'émission spontanée par les noyaux lourds de fragments intermédiaires entre 1'4He et les fragments de la fission est devenue un champ de recherche bien établi. La théorie a été développée depuis 1980 et la première découverte expérimentale a été publiée en 1984. Maintenant, on connait quatre émetteurs de 14C( 222, 223, 224, 226Ra) et quatre émetteurs de 24Ne(23OTh, 231Pa, 232, 233U). Probablement le 25Ne est présent dans le résultat de la mesure de 1'233U. On a mesuré deux types de radioactivités, 28Mg et Ne (probablement 24Ne et 26Ne), pour 1,234U déjà connu pour sa fission froide. Certaines mesures ont donné des limites supérieures de radioactivité; en particulier, une limite supérieure d'emission en Si à partir de 1'241 Am a été trouvée de ~ 10-15 relativement à son émission en α. Après un bref exposé des modèles théoriques qui ont guidé et fait progresser les découvertes expérimentales, les résultats expérimentaux sont décrits en étant groupés selon la technique utilisée : télescope ΔE x E en vue directe de la source, spectromètre magnétique et détecteur solide de traces. Les résultats sont comparés aux predictions théoriques. Des analyses d'ensemble sont présentées. Elles ont permis de mettre en évidence un effet pair-impair du noyau parent, d'étudier 1'effet de la déformation des noyaux sur les probabilités d'émission et de proposer une approche unifiée entre les émissions α, l'émission de fragments et la fission froide. Enfin, on montre que les résultats de ces nouvelles radioactivités commencent à être utilisés pour tester et raffiner les modèles nucléaires très élaborés établis pour interpréter l'émission α et la fission.