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Emploi des émulsions photographiques pour la détection
et l’étude des phénomènes nucléaires. Historique,
résultats et possibilités. Bibliographie
Léopold Vigneron
To cite this version:
121.
EMPLOI DES
ÉMULSIONS PHOTOGRAPHIQUES
POUR LADETECTION
ETL’ÉTUDE
DES
PHÉNOMÈNES
NUCLÉAIRES.
HISTORIQUE, RÉSULTATS
ETPOSSIBILITÉS.
BIBLIOGRAPHIEPar LÉOPOLD
VIGNERON,
Laboratoire de Chimie nucléaire du Collège de France.
Sommaire. 2014 Les étapes successives de
l’emploi des émulsions en physique nucléaire et cosmique
sont mises en évidence. Les principales recherches techniques, les résultats scientifiques essentiels, les
possibilités des émulsions, les procédés d’emploi sont décrits. II9 références bibliographiques permettent de se reporter aux articles originaux.
PHYSIQUE
14,
FÉVRIERi953,
Au cours de
plusieurs
travaux dephysique
nuclé-aire, j’ai
eu l’occasiond’employer
les émulsionsphoto-graphiques
comme matérield’expériences.
Bien queje
n’aie travaillé que surquelques points particuliers,
il m’a paru intéressant de
considérer,
d’unefaçon
générale,
comment etpourquoi
latechnique
quej’utilisais
s’estdéveloppée
d’un mouvement deplus
en
plus rapide jusqu’à prendre
uneplace
essentielledans tous les laboratoires de
physique
nucléaire ou d’étude durayonnement
cosmique.
Après
des travauxqui
se font auhasard,
sans centred’intérêt bien
défini,
et par suitelentement,
unetechnique
commence à se constituer. Une fois atteintce
point,
ellepermet
d’obtenir des résultatsscienti-fiques.
Les utilisateurspressent
alors les techniciens de fournir leplus
vitepossible
un matériel aux commo-dités et auxpossibilités plus grandes.
Celà étantréalisé,
il en résulte de nouveauxprogrès
scienti-fiques.
Tel est,
fréquemment,
le schéma d’interactionentre une
technique
donnée et une sciencequi
l’uti-lise. Ils’applique
au casqui
nous intéresse. Onpeut
toutefois noter ici un accidentparticulier :
il semble bien que la mise aupoint
de la chambre à détenteait,
pour untemps
assezlong,
détourné lesphysi-ciens de l’étude des traces des
particules
dans les émulsions.1. Premiers travaux non coordonnés utilisant des émulsions
quelconques. -
Latechnique
desémulsions, historiquement,
a ouvert l’immense domaine des découvertes de radioactivité et dephysique
nucléaire. Vers1895,
laphotographie
était couramment utilisée dans le domaine artisanal
et
artistique,
onl’employait déjà
dans leslabora-toires de
physique
pour détecter la lumièrevisible,
lesultraviolets,
les rayons X. En1896,
H.Becquerel,
étudiant la fluorescence de diverses
substances,
constate l’action
photographique globale
des rayon-nements émis par un sel d’urane[1]
et commence parl’interpréter
comme unphénomène
defluores-cence. Il ne tarde pas à constater des modalités
sur-prenantes
de l’effet observé : unlong séjour
à l’obscu-rité n’atténue pas lephénomène [2] qui
a lieu avecd’autres
composés
d’uranium,
même desoxydes [3].
Dans leurs recherchesultérieures,
lesphysiciens
font très viteappel
à d’autrestechniques
de détec-tion de la radioactivité.1o Dès sa troisième Note
[3], Becquerel,
concuram-ment avec la
photographie,
utilise l’étude de ladécharge
d’unélectroscope,
c’est-à-dire la mesuredes courants d’ionisation. Il
s’agit,
làaussi,
d’un effetglobal; cependant,
latechnique électrique permet
des mesures
plus rapides, plus
commodes,
et surtoutplus précises,
elle seprête
mieux à descomparaisons
quantitatives qu’une
mesure de noircissementglobal.
2° Le
premier
effet individuel desparticules
radio-actives estobservé,
indépendamment,
par Crookes[4]
et par Elster et Geitel[5] qui
constatent enigo3
les scintillations lumineusesproduites
parl’impact
des oc sur un écran fluorescent. Sur ce
principe,
Regener [6]
construit,
enigo8,
lepremier appareil
decomptage
departicules.
30 En
1908
également,
Rutherford etGeiger [7]
réalisent une sorte de
compteur proportionnel,
capable
de déceler le passage d’une seuleparticule
a;un
appareil automatique
leurpermet
d’enregistrer
jusque
100oparticules
par minute[8].
En 1912,avec un
compteur
àpointe,
où le passage d’uneparti-
cule
produit
une avalanche(non
proportionnelle)
d’ions,
Geiger [9]
réalise lepremier appareil
per-mettant decompter
individuellement les3.
Le caractère
empirique
de laphotographie,
dontle mécanisme intime est fort peu connu à
l’époque,
a contribué àjouer
contre sonemploi
systématique
pendant
cespremières
années de recherches sur la ’ radioactivité.Pourtant,
en gog,Mügge [10],
répan-dant sur une
plaque
du zircon thoriépulvérulent,
observe des
grains
noirsalignés provenant
despoints
où se trouvait un
grain radioactif;
il attribue ceteffet à la
radioactivité,
mais ne conclut pasqu’il
est dû aux oc. Kinoshita[11]
montrequ’un
seul oc suffità rendre
développable
ungrain
deAg Br,
mais ilopère
par mesure du noircissementglobal.
Rein-ganum[12],
en 1911,puis
Michl[13],
en 1912,obser-vent les files de
grains d’argent développés;
dans l’émulsion utilisée parMichl,
les traces d’oc dupolonium
mesurent environ 2 3 ,M et contiennent environ 8grains
noirs.
Ces traces sont
trop
discontinues pourqu’on
puisse
les suivre avecsûreté,
sansrisque
de confusionavec les
grains spontanément
développables
(voile).
Néanmoins,
un pasdécisif
a étéf ranchi :
on estpassé
de l’effet de noircissement
global
auphénomène
indi-viduel détectant le passage d’une seule
particule.
Logiquernent,
c’est l’instant où une « demande122
technique »
pourrait
survenir : essai des diverses émulsions du commerce et, si certaines conviennent mieux que d’autres, tentatives depréparer
de meil-leures émulsions. Le moindresuccès,
mettons 12grains
par trace au lieu de 8,
encouragerait
àcontinuer;
unetechnique simple
et extrêmementpuissante
estsur le
point
de naître.Par
exemple,
en 1912, Marsden et Darwin[ 14]
découvrent l’embranchement03B103B2
deThC,
laquestion
des filiations radioactives est encore loin d’être
élu-cidée,
onignore
encore les embranchements de RaCet de
AcC;
on nepeut
pass’empêcher
de penserqu’observer
les étoiles dedésintégrations
ocsucces-sives dans des
émulsions, même
médiocres,
impré-gnées
d’actinium ou de radium auraitsingulièrement
aidé les
physiciens.
Vus la minceur des couches d’émulsions et leur
petit
volume,
il estpossible
que certainsphysiciens
aient
pensé qu’on n’y
observerait que desphéno-mènes rares,
longs
à rechercher aumicroscope
et tellementpetits
qu’on perdrait
touteprécision
enessayant
de lesagrandir. Quelles qu’en
soient lesraisons,
un manquegénéral
d’intérêt retarde lesprogrès
de l’émulsionphotographique,
enphysique
nucléaire,
juste
au moment où la mise aupoint
de la chambre à détentevient
attirer l’attentiongénérale.
Wilson étudie
depuis longtemps
ia formation desions dans une
atmosphère
sursaturée en vapeurd’eau;
ilentreprend,
en 1911,d’appliquer
destech-niques qu’il
connait bien à l’observation des tracesindividuelles des rayons oc
et p
[15].
En 1912, ilpublie [1G]
desphotographies
excellentes de cestraces,
comparables
à cellesqu’on
publie
aujourd’hui.
Ce résultat est
contemporain
de celui de Michl dans les émulsionsqui,
parcomparaison, paraissent
à lamajorité
desphysiciens
un instrumentgrossier
etdérisoire : ils sont détournés de
s’y
intéresser.2. Premiers travaux
expérimentaux
systé-matiques.
Premières tentatives pour améliorerla
qualité
technique
des émulsions. - Lesémul-sions ne sont
guère employées
dans les annéesqui
suivent : il faut attendreg25
pour queles premières
traces deprotons
y soient observéespar Blau [ 17], [18],
qui
retrouve[19], [20]
lesprotons
émis dans les réactions(oc, C)
et(a, Al)
que Kirsh et Petterson[21]
viennent
de mettre en évidence par l’observation desscintillations.
Ce résultat prouve que les émulsions
peuvent
servir àquelque
chose. Blau remarquequ’il
y a une densitéde
grains plus
faible sur les traces deprotons
quesur les
traces
deshélions,
cequi
laconduit
à tenter d’ensayoir
les raisons et à essayerà’aniéliorer
latechnique
desémulsions.
En
1931-1932, Wambacher
et Blau[22], [23]
constatent que le
jaune
depinacryptol,
désensibili-sateur des
plaques
panchromatiques,
augmente
le nombre desgrains
développés
sur les traces depro-tons. Ce résultat
paradoxal
montre que lespropriétés
«optiques»
et «nucléaires»
des émulsions ne coïncident pas forcément : donc,entreprendre
l’étude d’émulsionsspécialement adaptées
à laphysique
nucléaire n’est pasperdre
sontemps.
En
1935, Jdflnov [24]
et,
indépendamment,
Taylor
[25], préparent
dcs émulsions àgrains
flns
qui enregistrent
lesprotons
nettement mieux queles émulsions commerciales
préparées
pourl’optique.
L’émulsion commence à être
employée
deplus
enplus,
surtout dans les recherchescosmiques.
Elle fournitplus
de matérielexpérimental
que la chambreWilson ; son faible
poids
permet
del’employer
avecdes ballons
sondes;
sur unemontagne
où aucune installation de laboratoiren’existe,
onpeut
laisser desplaques séjourner plusieurs
semaines. C’est ainsique Blau et Wambacher observent 12 étoiles de
désintégration
de noyaux par lerayonnement
cos-mique [26], présentant jusqu’à
9 traces ionisantes. A cetteépoque,
la chambre de Wilson n.’apermis
d’observerqu’un
seul cascomparable [27],
et encore une étoile à trois branches seulement.Pourtant
beaucoup
dephysiciens
nucléaires conti-nuent à ne pas attribuer d’avenir à la méthode desémulsions;
ainsi,
enIg37,
Livingston
et Bethe[28],
dans une revued’ensemble
destechniques
etpro-cédés
expérimentaux
de laPhysique
nucléaire,
neconsacrent que
quelques lignes
à la méthodephoto-graphique
« moinsprécise
que les autres méthodes’»et dont ils ne voient
l’avantage
que « dans le casparticulier
ou,grâce
à soneffet cumulatif,
delongues
expositions
avec defaibles
sourcespeuvent produire
deseffets
mesurables ».3. Introduction de l’émulsion comme
tech-niques
depremier
intérêt dans les étudesnuclé-aires. - La
persistance
d’un manqued’intérêt
dela
plupart
desphysiciens
envers latechnique
photo-graphique
est en discordance avec les succèsqu’elle
adéjà permis
deremporter
dans diverses études sur lerayonnement cosmique.
Aussi,
en1939,
Powell et Fertel décident[29]
de « réexaminer en détail laquestion
de laprécision
de la méthodephotographique
car, si ellepouvait
être rendueprécise,
elleprésenterait
de grosavantages
.sur la chambrea détente en ce
qui
concerne certainstypes
deproblèmrs
nucléaires ».
Ils
s’astreignent
à recommencer trois travauxanté-rieurement effectués à l’aide de
compteurs
[30]
oude la chambre à détente
[311,
[32]
et obtiennent[29]
des courbesstatistiques pratiquement comparables
à celles des auteursauxquels
ils se réfèrent. Laquestion
de laprécision
est tranchée.De
plus,
la méthodephotographique
présente
desavantages :
io
Diminution
de la durée del’expérience.
- Lesauteurs
signalent
que 3 cm2 d’uneplaque
exposée
quelques
minutes leur ontfourni 1
ooo tracesutili-sables,
tandis
que 2o ooopaires
dephotographies
stéréoscopiques, prises à
l’appareil
de Wilson n’avaient fourni que 1600 traces.2° Diminution du
temps
mort. - Il vasans dire
que le
temps
nécessaire à révéler et fixer uneseule
plaque
de 3 cm2 est horsde
proportion
avec celuiqu’il
faut pourdévelopper
20 ooophotographies.
3o Diminution du
temps
nécessaire pourexploiter
le mafériel
expérimental
obtenu. -Un seul
observa-teur
peut
certainementexplorer 3
cm2 deplaque,
y détecter et y mesurer 3 ooo traces en deux à troissemaines,
sans nullement se surmener, tandis que faire lamême
ppération
sur 20 ooopaires
deohser-vateur
plusieurs
mois de travail. Powell et Fertel auraientpeut-être
dûsignaler
cetavantage
de leurtechnique
qui
n’était certainement pas évident pour unphysicien n’ayant
pas unepratique personnelle
de la
recherche,
de l’observation et de la mesure, àl’aide d’un
microscope,
desphénomènes
enregistrés
dans les émulsions.Powell et Fertel concluent : « il nous semble que les résultats
suggèrent
une sérieuse considération de lapart
de ceuxqui
sontengagés
dans la recherche nuclé-aire ». Il est désormaisimpossible
de soutenir laprétendue
infériorité de la méthodephotographique :
ce sera une des
grandes
techniques
de laphysique
nucléaire
qui prendra place
à côté desautres,
avecses
inconvénients,
mais aussi sesavantages
parti-c;uliers et
qui
viendraaugmenter
les moyensd’attaque
des
problèmes
non encore résolus.4. Mise au
point
des émulsions « sensibles auxprotons
». Résultatsscientifiques subséquents.
-La demande pour des émulsions cc meilleures » devient
pressante.
Malheureusement,
la guerresuspend
toutes les recherches pour unetechnique qui
nepromet
pasd’applications
militaires à court terme.Ce n’est que fin
19ft 5
que sont mises aupoint
lesémulsions Ilford concentrées
[33].
Parrapport
auxémulsions antérieurement
utilisées,
elles réalisent une véritable discontinuité : moins de voile hors destraces
et
beaucoup
plus
degrains
sur les traces.Le
pouvoir séparateur
de la méthode et lacommo-dité des observations sont considérablement accrus.
De
plus,
àpartir
de1946,
ces émulsions sontcommer-cialisées,
lesphysiciens
sontdégagés
du souci depréparer
eux-mêmes des émulsions difficilementrepro-ductibles ;
un matérielstandardisé,
depropriétés
constantes est à leurdisposition.
Ces
progrès techniques
sont presqueimmédiate-ment suivis par une série de découvertes
scientifiques;
nous en citerons
quelques-unes :
in
Étoiles
cosmiques,
oùl’agent
causal est unméson
[34], [35].
go
Éloiles
cosmiques,
où un méson est un des pro-duits de la réaction[36].
30
Étoiles
cosmiques
associées : un méson sortant d’unepremière
étoile estl’agent
causal d’une seconde étoile[37].
40 Il g a au moins deux variétés de
mésons,
décou-vertes de la
désintégration
;t ->-,,-U[ 37].
5°
Tripartition
de l’uranium sous l’action des neutrons lents[38].
6o Mise en évidence des mésons
produits
artifi-ciellement[39].
Liés aux interactions entrenucléons,
ces mésons r +- et r sont
identiques
à ceuxqu’on
observe dans lerayonnement
cosmique [40].
70 Existence
probable
d’un méson ’tplus
lourd que les mésons x[41],
cequi
confirme des observations antérieures à la chambre à détente[42], [43].
80 Des noyaux
lourds,
dont lacharge peut
atteindre 2 5 ,constituent,
à côté des a et desprotons,
lacomposante
pri-maire du
rayonnement
cosmique [44], [45], [46].
5. Solution de
quelques
difficultéstechniques
particulières.
- Des difficultéstechniques
liée aux recherches en cours trouvent leur solution : r° Pour avoir le maximum d’informations dansl’étude du
rayonnement
cosmique,
les traces étantsouvent
longues,
il faut des émulsions trèsépaisses;
d’où
risque
dedéveloppement
excessif en surfaceavant que le révélateur n’ait diffusé en
profondeur.
La méthode de
développement
àtempérature
variable
[471, [48],
[49]
permet
deséparer
la
diffîu-sion
(à
40C),
de l’effet réducteur(obtenu
enrele-vant la
température).
Il devientpossible d’employer
des émulsions
épaisses
de 2. ooo p.. Letemps
néces-saire aufixage
(diffusion
del’hyposulfite)
interdit desépaisseurs plus grandes [119].
?° En
contrepartie,
undépôt d’argent
colloïdal assombrit les émulsionsépaisses,
les tracesprofondes
semblent vues à travers un brouillard : un
traite-ment par HC1 très
dilué,
suivi d’un nouveaufixage,
permet
deles
éclaircir[ 50].
lS° L’effet sensibilisateur
(borax)
oudésensibili-sateur
(nitrate d’urane),
attribuéprécédemment
àcertains
composés chimiques,
n’estqu’apparent;
enfait,
il est lié aupH
dela
solutionimprégnante :
l’emploi
de solutionstamponnées [51] permet
d’aug-menter la
quantité
d’uranium introduite.40 On
peut
introduire despoudres
microscopiqqes
en sandwich entre deux couches d’émulsion
[52],
celapermet
depréciser
lepoint
origine
d’unebipar-tition
[53]
et deséparer
la réaction étudiée de cellesqui
ont lieu sur les constituants de l’émulsion[52].
50 Les émulsions «
sensibles
auxprotons
», du genrede Ilford
C2
ou Kodak NTBprésentent
lephénomène
d’affaiblissement del’image
latente au cours dutemps.
Or,
àpart
laprésence
de très rares atomes dethorium dans
l’émulsion,
iln’y
a pas de causesd’appa-rition
spontanée
de traces departicules
oc, ni depro-tons,
dont on aimeraitqu’elles
s’effacentspontané-ment. L’effacement de
l’image
latenteest,
dans laplupart
desrecherches,
unphénomène
indésirablequi
peut
conduire à des erreurs[34].
Parexemple,
dans des
plaques
exposées plusieurs
semaines aurayonnement
cosmique,
il estimpossible
de faire descomparaisons
valables entre la densité desgrains
développés
sur différentes traces, à moinsqu’on
ncsoit sûr
qu’elles
aient le mêmeâge,
comme latrace
d’un méson r: et la trace duméson qui
lui est associé.Albouy
etFaraggi
ont étudié les lois del’efface-ment de
l’image
latente[55],
c’est uneoxydation
parl’oxygène
del’air,
favorisée par uneplus grande
humidité de
l’atmosphère
et par l’élévation de latempérature.
Dans
quelques
recherchesparticulières,
unefface-ment
soigneusement
dosé del’image latente
a renduservice
[56],
parexemple,
pourdistinguer
entre
latrace de l’hélion et la trace du
triton,
produites
dansle
prolongement
l’une del’autre,
dans l’action desneutrons lents sur fîLi.
6.
Étude
systématique
de lasengibilité
desémulsions « pour
protons
». Problèmeposé .
parvenir
àenregistrer
lesparticules
auminimum
d’ionisation.-
Webb aétudié,
en1948,
les émulsionsalors
disponibles
dans le commerce[57].
IlfordC,,
ou Kodak NTB,qui
sont lesplus
sensiblesalors,
permettent
d’enregistrer
les ocjusque
800MeV,
les124
Dans ces émulsions « sensibles aux
protons
», on nepeut
doncapercevoir
que les fins de parcours desélectrons,
sous forme d’une trace sinueuse dequelques
grains, longue
de 3 à 4, /.1..Webb établit
qu’il faudrait
encoremultiplier
par 6
la sensibilité des émulsions pour
pouvoir enregistreur
les traces des
particules
au minimum d’ionisation[57].
En1948,
l’émulsion nepermet
pas encored’aper-cevoir les traces des
particules
trèsrapides présentes
dans les « étoiles de
désintégration » produites
par lerayonnement cosmique.
A cepoint
de vue, à cetteépoque,
la chambre à détente continue àprésenter
un
avantage
certain.Les services
déjà
rendus par l’émulsion sont telsqu’une
demandepuissante
seproduit
pour comblerle retard
technique qu’elle présente
encore.7. Mise au
point
d’émulsions cc sensibles aux électrons ». Résultatsscientifiques subséquents.
- Fin
1947,
Berriman[58],
aux laboratoires Kodakd’Angleterre, parvient
à gagner unfacteur
2 sur lasensibilité,
par référence aux émulsions étudiées par Webb. Le minimum d’ionisation n’est pas encoreatteint,
mais les fins de traces d’électronsapparaissent
sous forme de chaînes sinueuses d’une trentaine demicrons de
long.
Restait encore un facteur 3 à gagner : les
premières
émulsions sensibles au minimum d’ionisation sont
obtenues en
1918
par Ross etZajac [59],
Berriman[60].
Ces nouvelles émulsions sont commercialisées sousle nom Kodak NTP 2 a ou Kodak NT 4
[61].
Peuaprès,
Ilford commercialise l’émulsionanalogue,
Ilford G 5[62].
Ces émulsions sontappelées,
assezincorrectement,
« émulsions sensibles aux électrons ».Cet
important progrès
dans latechnique
entraîne une suite de travauxscientifiques, j’en
citeraiquelques-uns :
10 Existence de nombreux Inésuns
chargés
dans lesexplosions
nucléaires causées par lesparticules
cos-miques [63].
20
Confirmation
dufait
que les électronsproduits
dans ladésintégration
des mésons :J. ne sont pasn1ono-énergétiques [64] :
deuxparticules
neutres, aumoins,
sont émises dans cette
désintégration,
enplus
del’électron. Ce ne sont pas des rayons y, car on ne décèle pas de
paires
de matérialisation.3° Nouvelles
confirmations
de l’existence de mésonsse
désintégrant
en fin de parcours en trois mésons7-[65], [66], [67], [68], [69].
La masse du méson-serait -
966 =+
10)
m.40
Existence
de mésons x, dont la masse serait(1200 -’-- 250)
m; ces mésons x,qui
diffèrentvrai-semblablement des mésons T, se
désintègrent
enfin de parcours en émettant une seule
particule
ioni-sante,
probablement
unméson r,
et une ouplusieurs
particules
neutres[70].
5° Un cas
unique
a été observé[71]
danslequel
uneparticule
neutre instable de masse(2 3jo £ 60)
m sedésintégrerait
en unproton
plus
un méson ;.négatif.
60 L’émulsion a
permis
deconfirmer
l’existence des mésonsneutres ro [72],
établie par latechnique
descompteurs
[73].
Cesmésons -,,
éclatent endeux
qui
se matérialisent en donnant despaires s ,
E--.On trouve de telles
paires
àproximité
des étoiles dedésintégration provoquées
par lerayonnement
cosmique [72].
L’étude despaires,
en fonction del’altitude
d’exposition
de laplaque,
donne unargu-ment de
plus
en faveur de l’existence du méson -ro[72].
7° L’élude des étoiles de
désintégration
permet
deconfronter
les théories des réactions nucléaires[75], [76],
[77],
avecl’expérience [781, [79], [80], [811, [82].
Lesémulsions du
type
IlfordC2
nepermettaient
d’étudierque les traces des
particules
liées auphénomène
d’«
évaporation
»nucléaire,
mais non, les traces relati-vistes desparticules
émises par «projection
directe »ni celles des mésons créés dans les réactions à
grande
énergie.
Indiquons,
enpassant,
que laquestion
desparti-cules instables est encore loin d’être élucidée :
1 ° La
désintégration -. --->-
3 n, ’ certaine
àl’émulsion,
n’a pas encore été observée avec la chambre à détente.2° Par contre, avec
l’appareil
deWilson,
on observe des cas dedésintégration
en vol d’uneparticule
neutre suivant le schémahypothétique
Vo
-+ 7? + 7:-(non
observé àl’émulsion)
et des cas dedésintégration
en vol d’uneparticule
neutreplus
lourde suivant le schémahypothétique
Vô
-+ H+r(un
seul cas observéà
l’émulsion)
[83], [84],
[85], [86], [87].
3° Avec
l’appareil
deWilson,
on observe aussi descas de
désintégration
en vol d’uneparticule chargée
suivant le schémahypothétique
V -+ uneparticule
neutre + unie
particule chargée
[83], [84], [85],
[86], [87].
Cetteparticule chargée
Vpourrait
êtreidentique
à laparticule
r,qui
sedésintègre,
suivantun schéma
analogue,
une fois arrêtée dans l’émulsion. On voit ainsi que les émulsions et la chambre àdétente ont tour à tour des
avantages
suivant letype d’expérience entrepris.
Les émulsions « pour électrons », sensibles aux
parti-cules
ayant
l’ionisationminimum,
du genre deKodak NT 4 ou Ilford G
5,
neprésentent
que peu ou pas lephénomène
d’affaiblissementspontané
del’image
latente,
dans les conditions ordinaires. De nombreux rayons y,ayant
leurorigine
dans lerayonnement
cosmique
ou la radioactivité naturelle des corpsenvironnants,
yprojettent
des électrons. Les traces de ces électrons s’accumulent et forment un fondtrès
gênant
dans les études dePhysique
nucléaire : moins d’un moisaprès
leurcoulée,
ces émulsions sontprati-quement
inutilisables.Fort
heureusement,
les études sur les lois del’effa-cement de
l’image
latente,
entreprises
afin desup-primer
cet effet dans les émulsions « pourprotons »,
ont trouvé une
application
pour provoquer uneffa-cement accéléré dans les émulsions « pour électrons ».
Par un traitement de
quelques
heures dans uneatmo-sphère
chaude et saturée de vapeurd’eau,
il estpossible
de rendre auxplaques
« pour électrons »leur
virginité
première,
sansqu’il y
aitpratiquement
perte
de leur sensibilité ultérieure[88].
8.
progrès
de sensibilité encore désirable.-Bien que les émulsions sensibles au minimum d’io-nisation aient
permis
des travauxconsidérables,
onpeut
direqu’il
existe encore, enIg52,
une demande pour une sensibilité accrue et uneplus grande
densitéde
grains développés.
soient très
contournées,
parce que la densité degrains
est élevée. Aux
énergies
trèsélevées,
les traces neprésentent qu’un grain
tous les 3 à4 U, mais,
comme ces traces sontpratiquement rectilignes,
mêmesi,
par suite de fluctuations accidentelles dans le nombrede
grains
développés
onperd
la tracependant
30à !o j, on la retrouve sans
ambiguïté plus
loin.Mais,
si on considère les traces des électronsd’énergie comprise
entre o,3 MeV et 2MeV,
la densitéde
grains
est faible alors que laparticule
subit encorede nombreuses et
importantes
déviations : il est facile deperdre
une trace et, pour peuqu’il
y ait des traces d’électronsparasites,
onrisque
de lui attribuer unprolongement qui
n’est pas le sien.Augmenter
encore lasensibilité,
defaçon
à doubler ladensité de
grains
au minimumd’ionisation,
serait unprogrès bienvenu,
surtout dans les recherches dephysique
nucléaire.
9.
Principales techniques d’exploitation
dumatériel
expérimental
obtenu dans lesémul-sions pour recherches nucléaires. -
Jusqu’ici
j’ai
surtout considéré les interactions entre lestech-niques
defabrication
des émulsions et la recherchescientifique;
pourqu’une
découverte soitpossible
à l’aide des
émulsions,
il faut de toute évidence quel’émulsion
enregistre
des traces visibles.Il y a un autre
aspect
de l’interaction entre lascience et la
technique.
Pourexploiter
convenable-ment le matériel
expérimental
obtenu,
il a encore fallu mettre aupoint
cequ’on
peut
appeler
destechniques d’exploitation.
Celles-ci sont
susceptibles
de donner desrensei-gnements
sur lacharge
z, la masseM,
la vitesse v(ou l’énergie
cinétique
E,
oul’impulsion p)
d’uneparticule
dont on observe la trace. Voici lesprinci-pales techniques
d’exploitation
associées àl’emploi
des émulsions dans les recherches nucléaires :10 La mesure du parcours restant. --- En
général,
cette méthode est
appliquée
à desparticules
pastrop
énergiques, puisqu’il
est nécessaire d’observer l’arrêtde la
particule
dans
une émulsionépaisse
dequelques
centaines de microns. Les théories du
ralentisse-ment,
confirmées parl’expérience
montrent que ce parcours est de la formeL’établissement de la relation
parcours-énergie
desprotons, problème auquel je
me suis intéressé[114J,
[ 115 ],
revient à donner la fonctionf (v).
2° La détermination du
facteur d’affaissement,
dontj’ai
donné[89]
une méthode de mesuresimple,
estindispensable
pour avoir les parcours corrects destraces inclinées. Elle est
également indispensable
pourcomposer correctement les
impulsions
desparticules
associées dans un même évènement nucléaire.
3° La mesure de la densité de
grains.
- Lesdiffé-rentes
théories,
etl’expérience,
montrentqu’elle
estde la forme
On
peut
utiliser cettetechnique
même si la tracene se termine pas dans l’émulsion.
La densité de
grains
est une fonction de laperte
d’énergie
par unité delongueur, quantité
inacces-sible à la mesure directe dans lesémulsions;
la densitéde
grains
augmente
quand
laperte
d’énergie augmente,
sansqu’il
y aitproportionnalité
entre les deux.Quand
la vitesse de laparticule
augmente,
laperte
d’énergie
commence pardécroître,
conformé-ment au calcul basé sur la théorie de Bethe
[90],
mais,
pour des vitessesplus
grandes,
il faut tenircompte
des effets depolarisation, négligés
dans cettethéorie. ’
Pour ces très
grandes vitesses,
les résultatsexpéri-mentaux de
Pickup
etVoyvodic
[91],
puis
de MacDiarmid
[92]
sont en accord avec la théorie deWick
[93] :
laperte
d’énergie (et
aussi la densitéde
grains)
passe par un minimum pour E 3Mc2,
puis
laperte
d’énergie
remonte lentement d’en-viron 8 pour 100 pour se fixer à unplateau
pour E. > 20 Mc2.Pratiquement,
pour E >2. Mc2,
la densité degrains
est presque
indépendante
de lavitesse,
sa mesure nedonne
plus qu’un
résultatincomplet :
la limite infé-rieure de la vitesse de laparticule.
L1° La mesure des
interruptions
dans la trace.-Quand
laparticule
est suffisammentlente,
lesgrains
sont
trop nombreux,
se touchent et nepeuvent
êtrecomptés.
Le dénombrement des « blancs » dans latrace, ou la mesure de la
longueur
totale des blancs[94]
donnent alors aussi unrenseignement
de la forme
5° La mesure de
l’angle
moyen dediffusion [95],
[96], [97], [98].
-Considérons la
projection
horizon-tale de la trace et
l’angle ?
que forment lestangentes
en deuxpoints séparés
par unelongueur
constante s(longueur
decellule).
Conformément à la théorie deMolière
[99],
la valeur moyennedue ?
est de la formeAu lieu
d’employer
cette méthodesagittale,
onpeut
considérerl’angle 6
que forment les cordes dedeux cellules successives. Il faut alors utiliser la
constante
En
fait,
la « constante » Iidépend
trèslégèrement
de la vitesse et de la
longueur
s choisie comme lon-gueur des cellules.La mise en oeuvre de cette méthode pose aux
cons-tructeurs de
microscopes
unproblème
deprogrès
de la
précision mécanique :
ils’agit
d’obtenir desmouvements extrêmement fidèles pour réduire le
« bruit de fond », diffusion
apparente
due aujeu
dela
platine
dans sesglissières pendant
les mesures surla trace.
Pratiquement,
cette méthodes’applique
jusqu’à
desénergies
voisines de io9 eV.60 Le dénombrement des rayons a. --- Le nombre de
126
ne
peut
être calculé.Toutefois,
les critères dedénom-brement étant les
mêmes,
le nombre de rayons àest de la
forme
dN ) Õ ( :, 2 B k z ?
dx2 ’52
La fonction h est établie
expérimentalement
dansl’émulsion utilisée pour une
particule
aqui
se terminedans
l’émulsion(le
parcours restant donne(3
= 1)
c
L’expérience
montrequ’il
y apratiquement
propor-tionnalité
[100], [101].
70
Lalongueur
d’amincissement des traces des noyaux lourds, La trace des noyaux lourds de lacomposante
primaire
durayonnement cosmique
s’amincit à
partir
du moment où la vitesse estsuffi-samment basse pour que le noyau
capture
desélec-trons,
cequi
diminue sacharge apparente.
D’après
un calcul de Freier et al.[100],
lalongueur
d’amin-cissement seraitproportionnelle
à z2.D’après
despublications
ultérieures[102],
[103], [104],
il sembleque
les
noyauxcapturent
les électronsplus
tôtqu’il
n’avait été
supposé
et que lalongueur
d’amincisse-ment soit
plutôt
de la forme L = Kz.80 La mesure de la courbure de la trace dans un
champ magnétique.
-L’impulsion
p de laparticule
est
proportionnelle
àH 2.
On sait que la méthode de déviationmagnétique
est couramment utilisée à la chambre àdétente,
où l’on observe des tracesayant
un ou mêmeplusieurs
décimètres delongueur.
. Il est
pratiquement impossible
del’appliquer
àl’inté-rieur de l’émulsion sur des traces
qui
mesurent toutau
plus quelques
millimètres. La méthode de déviationmagnétique
à l’extérieur de l’émulsion a étéappliquée
par Barkas
[ 105]
aux mésons artificiellementpro-duits,
par Powell et Rosenblum[106], puis
Franzi-netti[107]
auxparticules cosmiques.
Pour identifier une
particule,
il faut connaître lestrois
quantités indépendantes
M,
z, v. Cesquantités
sont liées de
façon
différente dans lesrenseignements
obtenus par les différentes
techniques d’exploitation.
En
général,
ilfaut
doncappliquer
.simultanémentplusieurs techniques d’exploitation,
à la même trace pouridentifier la particule qui
l’aproduite.
On trouverades
exemples
de tellesapplications
dans l’articlede revue
générale
sur lesmésons,
rédigé
parPowell
[108];
d’autresexemples,
relatifs aux noyaux lourds sont donnés par Freier[100],
Bradt etPeters
[101],
d’autresexemples,
relatifs auxparti-cules très
énergiques,
sont donnés par Occhia-lini[98].
On se
reportera
avecprofit
à des mises aupoint
ou articles
plus
anciens deShapiro
[109],
en1941;
Dentiers
[110],
en1947;
Yagoda
[111],
en1949,
ainsiqu’à
lapartie
intéressant laphysique
nucléaire des volumes decomptes
rendus des récentscongrès
inter-nationaux dephotographie
de Bristol[ 112 ],
enmars
1950,
et de Paris[113],
enseptembre
1951.
Manuscrit reçu le G octobre 1952. Note a joutée aux épreuues, - A. Beiser vient de
publier dans ReU. Mod. l’hys, une revue d’ensemble
[116]
de la technique des émulsions nucléaires concernant l’affaissement desémul-sions, je signale qu’il admet des résultats de Rotblat et
Taï
[117],
[118] avec lesquelsj’ai
été [89] et continue à être [115] en désaccord. Référence ajoutée sur épreuves : [119].I3IBLIOGRAPHIE. [1] BECQUEREL H. - C. R. Acad. Sc., I896. 122, 420. [2] BECQUEREL H. 2014 C. R. Acad. Sc., I896, 122, 50I. [3] BECQUEREL H. - C. R. Acad. Sc., I896, 122, 55g. [4] CROOKES W. - Proc. Roy. Soc., I903, A 81, 405.
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[32]
BONNER T. W. et BRUBAKER W. M. - Phys. Rev., I936, 50, 308.[33] POWELL C. F., OCCHIALINI G. P. S., LIVESEY D. L. et CHILTON L. V. - J. Sc.
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[34] PERKINS D. H. 2014
Nature,
I947, 159, I26.
[35] OCCHIALINI G. P. S. et POWELL C. F. -
Nature, I947,
159, I89.
[36] LATTÈS C. M. G., MUIRHEAD H., OCCHIALINI G. P. S. et POWELL C. F. 2014
Nature, I947, 159, 694.
[37]
LATTÈS C. M. G., OCCHIALINI G. P. S. et POWELL C. F.-
Nature, I947, 160, 453 et 487.
[38] TSIEN SAN-TSIANG, CHASTEL R., HO ZAH-WEI et VIGNERON L. - C. R. Acad.
Sc.,
I946, 223, 986. [39] GARDNER E. et LATTÈS C. M. G. 2014
Science, I948,
107, 270.
[40]
BURFENING J., GARDNER E. et LATTÈS C. M. G.-Phys. Rev., I949, 75, 382.
[41]
LEPRINCE-RINGUET L., HOANG TCHANG FONG,JAU-NEAU L. et MORELLET D. 2014 C. R. Acad.
Sc., I948,
226, I897.
[42]
LEPRINCE-RINGUET L. et LHÉRITIER M. - C. R.[43] ROCHESTER G. D. et BUTLER C. C. 2014 Nature, I947,
160, 855.
[44] FREIER P., LOGFREN E. J., NEY E. P., OPPENHEIMER F.,
BRADT H. L. et PETERS B. -
Phys. Rev., I948,
74, 2I3.
[45] FREIER P., LOGFREN E. J., NEY E. P. et OPPENHEIMER F. 2014
Phys. Rev., I948, 74, I8I8.
[46] BRADT H. L. et PETERS B. - Phys. Rev., I948, 74,
I828.
[47] DILWORTH C. C., OCCHIALINI G. P. S. et PAYNE R. P.
2014 Nature, I948,
162, I02.
[48] DILWORTH C. C., OCCHIALINI G. P. S. et VERMAESEN L.
-
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I95I, p. 297).
[49] DILWORTH C. C., OCCHIALINI G. P. S. et VERMAESEN L.
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Phys. nucl. Univ. Bruxelles, n° 13
(février I950) et n° 13 b (mars I95I).
[50] DILWORTH C. C., OCCHIALINI G. P. S. et SAMUEL E.
- Bull. Cent.
Phys. nucl. Univ. Bruxelles, n° 2
(août
I948).
[51]
PICCIOTTO E. 2014 Bull. Cent.Phys. nucl. Univ. Bruxelles,
n° 4
(novembre
I948).[52]
VIGNERON L. et BOGDARDT M. - J. Physique Rad., I950, 11, 283. [53] VIGNERON L. 2014 C. R. Acad. Sc., I950, 231, I473. [54] FARAGGI H. et ALBOUY G. - C. R. Acad.Sc., I948, 226, 7 I7.
[55] ALBOUY G. et FARAGGI H. 2014 J. Physique Rad., I949,
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[56] FARAGGI H. 2014 C. R. Acad. Sc., I948, 227, 527.
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[59]
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TCHANG-FONG, JEAUNAU L. et MORELLET D. - C. R. Acad.
Sc., I949, 229, I.
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Mag.,
I949, 40, I250.[65] BROWN R., CAMERINI U., FOWLER P. H., MUIRHEAD H. et POWELL C. F. (un événement
observé).
2014Nature, I949, 163, 82.
[66] HARDING J. B. (deux événements observés). 2014 Phil.
Mag., I950, 41, 405.
[67] FOWLER P. H., MENON M. G. K., POWELL C. F. et
ROCHAT O. (un événement observé). 2014 Phil.
Mag.,
I95I, 42,
I040.[68] HODGSON P. E. (un événement observé). 2014 Phil.
Mag., I95I, 42, I060.
[69] Laboratoire Leprince-Ringuet (un événement),
Commu-nication privée, I95I.
[70] O’CEALLAIGH C. (quatre événements, dont deux se
prêtant aux mesures). 2014 Phil.
Mag., I95I, 42, I032. [71] HOPPER V. P. et BISWAS S. 2014
Phys. Rev., I950, 80,
I099.
[72] CARLSON A. G., HOOPER J. E. et KING D. T. 2014 Phil.
Mag., I950, 41, 70I.
[73] BJORKLAND R., CRANDALL W. E., MOYER B. J. et YORK H. F. 2014
Phys. Rev., I950, 77, 2I3.
[74] CARLSON A. G., HOOPER J. E. et KING D. T. 2014 Phil.
Mag., I950, 41, 70I.
[75] WEISSKOPF V. -
Phys.
Rev., I937, 52, 293.[76] HARDING J. B., LATTIMORE S. A. et PERKINS D. H.
- Proc.
Roy. Soc., I949, A 196, 325.
[77] LE COUTEUR K. 2014 Proc.
Phys. Soc., I950, A 63, 259-498.
[78] BROWN R. H., CAMERINI U., FOWLER P. H., HEITLER
H., KING D. T. et POWELL C. F. 2014 Phil.
Mag., I949, 40, 862.
[79] BERNARDINI G., CORTINI G. et MANFREDINI A. -
Phys. Rev., I950, 79, 952. [80] HODGSON P. E. 2014 Phil. Mag., I95I, 42, 82. [81] HARDING J. B. 2014 Phil. Mag., I95I, 42, 63. [82] CRUSSARD L. 2014 C. R. Acad. Sc., I95I, 233, 6II. [83] ROCHESTER G. D. et BUTLER C. C. 2014 Nature, I947, 160, 855.
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