Energy spectra and angular distribution of photoneutrons from oxygen

Summary

Energy spectra and angular distribution of photoneutrons from oxygen are investigated by irradiation of a water target with a collimated 31 MeV bremsstrahlung beam. Photoneutrons emitted atθ angles of 30°, 60°, 90°, 120° and 150° with a γ-ray beam are recorded by means of proton recoil tracks in Ilford L-4400 µm thick photoemulsions. The neutron spectra analysed in 0.5 MeV steps show a fine structure in good agreement with the fine structure found in the proton spectra and in the (γ, n) and (γ, p) cross sections. From these structures many levels of the¹⁶O nucleus are identifyed which are in good agreement with known levels and some levels given with uncertainty are confirmed. For the¹⁶O(γ, n) reaction the contribution of direct process appears prevalent while for all elements up to this date investigated evaporation accounts for the greater part of emitted neutrons. The ground state transitions amount to at least 60% of the emitted neutrons. The angular distribution of photoneutrons is analysed separately for single neutron peaks and a back and front asymmetry is found in the region of the giant resonance. Results on the¹⁶O(γ, n) process up to 31 MeV can be interpreted, in good approximation, in terms ofa) many-level theory for the giant resonance,b) single-particle transitions,c) charge independence of nuclear forces.

Riassunto

Si studiano gli spettri energetici e le distribuzioni angolari dei fotoneutroni emessi dall’ossigeno irradiato con bremsstrahlung di 31 MeV. Si è adoperata una targhetta di acqua e si è calcolata la piccola deformazione degli spettri neutronici in seguito a collisioni dei neutroni nella targhetta stessa. I fotoneutroni emessi ad angoliθ = 30°, 60°, 90°, 120° e 150° vengono rivelati utilizzando i protoni di rinculo osservati in emulsioni nucleari Ilford L-4 di 400 μm di spessore. Il fondo è risultato trascurabile per energie dei neutroni maggiori di 5 MeV. Soltanto per energie inferiori a 3 MeV si ha un notevole numero di tracce spurie particolarmente perθ = 30° e 150°. Gli spettri dei neutroni ottenuti ai vari angoli ed analizzati ad intervalli di 0.5 MeV presentano una stessa struttura fine che concorda ottimamente con quelle osservate negli spettri dei fotoprotoni e nelle sezioni d’urto O(γ, n) ed O(γ, p). Si individuano parecchi livelli dell’¹⁶O che concordano con i livelli già noti e si confermano altri livelli incerti. Nell’emissione di neutroni il processo diretto risulta preponderante e le transizioni verso lo stato fondamentale del¹⁵O sono almeno dell’ordine del 60%. Le distribuzioni angolari vengono analizzate separatamente per ciascun gruppo di neutroni e nella regione della risonanza gigante si osserva un’asimmetria attorno a 90°. I risultati ottenuti possono, con buona approssimazione, essere interpretati in termini di:a) teoria a più livelli per la risonanza gigante;b) transizioni di particella singola;c) indipendenza dalla carica delle forze nucleari.