A STUDY OF THE HYPERFINE FIELD OF CESIUM IN NICKEL AND IRON

Résumé
Au moyen d'un séparateur d'isotopes, nous avons implanté, avec une dose de 1,0 x 10¹⁵/cm² et une dose de 3,7 x 10¹³/cm², l'activité ¹³³Ba dans des feuilles de nickel et de fer. Nous avons mesuré la corrélation angulaire intégrale perturbée (CAIP) de la cascade 276-160 keV, avec deux systèmes complètement différents : a) un détecteur Ge(Li) en coïncidence avec un détecteur NaI(Tl) ; b) trois détecteurs Ge(Li) en coïncidence simultanée. En ce qui concerne l'activité ¹³³Ba implantée dans le fer, nous avons observé une rotation du spin nucléaire dans l'état intermédiaire 160 keV, correspondant à ωτ = 0,126 ± 0,024. Cependant, pour ce même état, aucune rotation n'a été observée lorsque l'activité ¹³³Ba était implantée dans du nickel. On a cru [1], [2] que la vie moyenne et le moment magnétique de l'état 160 keV étaient (τ = 123 ± 23 ps et μ = 3,3 ± 0,8 nm) mais une mesure récente [3] a montré (τ = 274 ± 22 ps). A la lumière de cette dernière mesure, les résultats de (2) ont besoin d'être réévalués. Des données nouvelles montrent que le moment magnétique de l'état 160 keV est (μ = 1,48 ± 0,5 nm), ce qui est proche de la valeur théorique (μ = 1,842 16 ± 0,000 01 nm). Ainsi le champ hyperfin pour l'impureté césium dans un hôte de fer est B = 162,5 ± 65 kG. Le clustering de l'activité ¹³³Ba dans les feuilles de nickel, causé par une grande dose d'implantation, est probablement responsable du manque d'interaction hyperfine. Afin de disperser le cluster nous avons chauffé l'hôte de nickel jusqu'à 700 °C. Nous l'avons ensuite refroidi jusqu'à la température ambiante. Nous réalisâmes alors une mesure CAIP, mais aucune rotation ne fut observée. Une seconde fois nous avons chauffé l'hôte de nickel jusqu'à 700 °C pendant une heure. Ensuite nous l'avons étanché à la température de la pièce. Ce dernier processus nous a permis finalement d'observer une rotation du spin nucléaire dans l'état 160 keV. Une évaluation des données pour les trois premiers jours de l'expérience a montré que (ωτ = 0,037 ± 0,019). Cette rotation indique que le champ hyperfin pour l'impureté césium dans un hôte de nickel doit être B = 47,6 ± 29,5 kG. Une semaine après le quenching aucune rotation n'a été observée. Cette disparition du champ hyperfin implique que l'impureté de césium s'est réorganisée selon sa forme d'accumulation initiale dans l'hôte de nickel. Une troisième fois le nickel dissous a été chauffé (cette fois-ci jusqu'à 600 °C), puis étanché. Nous avons observé une rotation du spin nucléaire de l'état 160 keV. Une évaluation des données des premières 24 heures a montré (ωτ = 0,187 ± 0,07), d'où B = 240 ± 122 kG. D'autre part l'évaluation des données des deuxièmes 24 heures de la mesure nous a donné (ωτ = 0,08 ± 0,05) et B = 103 ± 73 kG. Il semble donc que la raison de l'augmentation du champ hyperfin après le deuxième étanchement est dû à la réduction du nombre des impuretés dans l'hôte de nickel. Chaque réchauffement réduit les impuretés de moitié et provoque leur diffusion à la surface du nickel. La diminution de la quantité d'impuretés après le deuxième étanchement réduit également la probabilité de clustering et augmente ainsi le champ hyperfin.

Abstract
By means of an isotope separator the ¹³³Ba activity has been implanted in nickel and iron foils with a dose of 1.0 x 10¹⁵/cm² and a dose of 3.7 x 10¹³/cm². The integral perturbed angular correlation (IPAC) of the 276-160 keV cascade has been measured with two completely different systems : a) Ge(Li) detector in coincidence with NaI(Tl) detector, b) three Ge(Li) detectors with simultaneous coincidence. In the case of the ¹³³Ba activity implanted in iron, a rotation of nuclear spin in the 160 keV intermediate state has been observed and indicates ωτ = 0.126 ± 0.024. However, for the same state no rotation was seen from the ¹³³Ba activity implanted in nickel. The mean life and the magnetic moment of 160 keV state was believed to be [1], [2] (τ = 123 ± 23 ps and μ = 3.3 ± 0.8 nm) but a recent [3] measurement has shown the mean life of the same state to be (τ = 274 ± 22 ps). In the light of the latter measurement the calculations of [2] needs to be re-evaluated. New data show the magnetic moment of the 160 keV state to be (μ = 1.48 ± 0.5 nm) which is close to the theoretical value of (μ = 1.842 16 ± 0.000 01 nm). Thus, the hyperfine field for the cesium impurity in an iron host is B = 162.5 ± 65 kG. The clustering of the ¹³³Ba activity in nickel foil which occurs due to high dose of implantation is probably responsable for the lack of hyperfine interaction. In order to diffuse the cluster, the nickel host was heated to 700 °C. The nickel was then slowly cooled to room temperature. The IPAC experiment was again performed but still no rotation was observed. For a second time the nickel host was heated to 700 °C for one hour. The host was then quenched in room temperature. This latter process finally enabled us to observe a rotation of the nuclear spin in the 160 keV state. An evaluation of the data for the first three days of the experiment showed that (ωτ = 0.037 ± 0.019). This rotation indicates that the hyperfine field for cesium impurity in a nickel host must be B = 47.6 ± 29.5 kG. One week after quenching no rotation was observed. This disappearance of the hyperfine field implies that the cesium impurity has reorganized itself to the previous clustered form in nickel host. For a third time the soluted nickel was heated (this time to 600 °C) and subsequently quenched. A rotation of the nuclear spin of 160 keV was observed. An evaluation of the data for the first 24 hours showed that (ωτ = 0.187 ± 0.01). Consequently the hyperfine field is B = 240 ± 122 kG. An evaluation of the data for the second 24 hours of the IPAC measurement implies that (ωτ = 0.08 ± 0.05) and B = 103 ± 73 kG. The reason for the increase of the hyperfine field after the second quenching is due to the reduced amount of impurities in the nickel host. Each heating reduces the impurities by one half and causes their diffusion to the surface of the nickel. The reduction in the amount of impurities after the second quenching also reduces the probability of clustering and gives a bigger hyperfine field.