Facteurs de stabilité des compteurs Geiger-Müller à fenêtre mince terminale (compteurs cloches à remplissage argon-alcool)

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Facteurs de stabilité des compteurs Geiger-Müller à

fenêtre mince terminale (compteurs cloches à

remplissage argon-alcool)

André Papineau

To cite this version:

667.

FACTEURS DE

STABILITÉ

DES COMPTEURS

GEIGER-MÜLLER

A

FENÊTRE

MINCE TERMINALE

(COMPTEURS

CLOCHES A REMPLISSAGE

_{ARGON-ALCOOL)}

Par ANDRÉ _PAPINEAU,

Commissariat

à

_l’Énergie

_atomique,

Fort de Châtillon

(Fontenay-aux-Roses).

Sommaire. - On

a déterminé l’influence des différents facteurs (boule terminale du fil central en

porte à _{faux, paroi plane} mince _{en-bout, proportion} d’alcool dans le gaz de _remplissage, distance entre l’extrémité du fil et la fenêtre terminale) sur le _comportement des _compteurs à fenêtre terminale. A la suite de ces travaux un _type de _{compteur Geiger-Müller} très stable et _{reproductible} a été mis au _point.

LE JOURNAL DE _PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME

_12,

JUIN

1954:

Introduction. - Des variations des

caractéris-tiques

courantes ont ete observees au cours de

l’utilisation de

_compteurs

_{Geiger-MuIler}

a fenetre terminale isolante

_{(mica) :}

io A

_temperature

constante une variation

sen-sible du seuil

_{Geiger-Miiller (tension}

a

_partir

de

laquelle

les

_impulsions

sont

_{d’egale amplitude),}

pouvant

aller j usqu’a

4 o V

etait constat6e

_pendant

les

_premieres

minutes de fonctionnement d’un tel

compteur.

9.1-, Durant

un Ionctionnement continu.du

_compteur

au cours

_duquel

les conditions d’utilisation

_(tension

de

fonctionnement,

source de

_{rayons p}

et

_géométrie

du

_dispositif

_{experimental)}

n’ont

pas

varie,

on

notait,

pendant

des intervalles de

_temps

_egaux,

des

variations du nombre des

_{impulsions d6passant}

largement

les fluctuations

_statistiques

_permises.

3° Ces memes variations étaient aussi observées,

lorsqu’on

faisait des mesures

_espacees,

le

_compteur

n’6tant pas sous tension

_pendant

l’intervalle de

temps

s6parant

deux mesures. 11 etait donc

_quasi

impossible

de se referer a un etalon de mesure.

4° Enfin,

on observait une

_augmentation

du

mouvement _propre

_(de

l’ordre de 20 _pour ioo et meme

_{plus) apres}

une utilisation

prolongée

du

compteur

4 des taux de

_comptages

élevés

(stil)6,-rieurs a 200 _{coups : s}

_environ),

11 nous a semble que ces d6fauts

_pouvaient

être

attribués aux

_charges

_6lectriques

_d6pos6es

au cours

du fonctionnement du

_compteur

sur ses

_parties

isolantes

_(fenetre

de

mica,

boule isolante terminant

le fil en

_{porte 4 faux).}

Ces isolants

_prenaient

des

potentiels

mal definis et creaient un

_champ

variable

au cours du

_temps.

Pour y remedier nous avons

maintenu

constant

Ie

_champ

_6lectrique

a 1’extr6mit6

du

_compteur

en rendant conductrices aussi bien la

boule _{que la fenetre} et en les

_portant

_{respectivement}

aux

potentiels

de l’anode et de la cathode.

Dispositif

expérimental. -- C,ampfeurs.

- Un

compteur

en cuivre _rouge de 28 mm de diam6tre

a servi pour exaniiner I’influence de la nature et de

la grosseur de la boule sur son fonctionnement et

pour étudjer sa stabilite ainsi que sa fidélité

_{(fig, i).}

Fig. I. ---

Compteur experirnental

pour 6tudier la _{reproductibilité} des mesures.

Un passage verre metal

_(Kovar

et verre

_Moly)

assurait Fetancheite- et un bon isolement entre le fil central et la cathode. La fenetre en aluminium

de

_{5oti. d’6paisseur}

etait scellee a la coque par du ciment « araldite

_type

1 nature ». Des

_precautions

ont ete

_prises

afin d’obtenir un bon contact

elec-trique

entre la fenetre d’aluminium et _{le corps du}

compteur (surface

de contact sur une

_largeur

de 3

_mm).

La sortie du fil central etait constitu6e par une

tige

de Kovar de

151, oe

de millimetre de

diametre ;

le fil en

_Moly

de

_I3jIOOe

de millimetre de diametre etait soudé ( _par

points

_{)), a} l’aide d’une

soudeuse

_{électrique, à}

la

_tige

de

_Kovar,

la soudure

668

6tant enrob6e de verre

_Moly

_{pour eviter des}

_decharges

parasites.

La boule

terminale

de l’ anode etait en verre

_Moly.

LTn autre

_compteur

_experimental

a ete construit afin d’6tudier les effets de la distance entre la boule terminale et la fen6tre

_{(fig. 2).}

Celui-ci etait en

laiton et avait un diametre de 51 mm; il etait

_pose

sur une

_platine

munie d’un trou central

_qui

etait

recouvert d’une feuille

_d’argent

de 5o li.

d’6paisseur.

L’argent

etait utilise afin de

_permettre

une soudure

a 1’etain _{des passages isolants} et de la feuille en one

seule

_operation.

Un

_systeme

a vis mobile et a e.crou fixe

_permettait

Fig. 2. -

Compteur experimental permettant de faire varier la distance entre Fextremite du fil central et la

fenetre terminale.

d’introduire dans le

_compteur

une

longueur

variable

du fil central et de modifier ainsi la distance d de la feuille

_d’argent

a la boule termiiiale du fil central

(de

5 a 3o

mm).

Le

_systeme

vis 6crou mis a la tension de 1’anvde 6tait

_s6par6.

du corps du

compteur

par

une

6paisseur

de

plexiglass

de 8 mm. Le fil central

etait _{isol6 du corps du}

compteur

par une rondelle

de verre au borosilicate dit verre

_Moly;

1’ensemble 6tant mis sous Line cloche en _{pyrex, lie mouvements}

de

la

vis etait actionn6 de I’ extérieur par un aimant

agissant

sur deux masselottes de fer doux fix6es à un

_plateau

de duralumin solidaire de la vis. La

capacite-totale

de 1’ensemble entre l’anode et la cathode etait de 18

_pF.

Numéralioll. 2013 l,e

preamplificateur

(adaptateur

d’impedance

a cathode

_asservie),

1’echelle et la

haute-tension étaient des

_appareils

de s6rie du

Commissariat

a

_I’Énergie

_atomique.

La lecture des

tensions

_appliquées

aux

_compteurs

a ete faite au

moyen d’un voltmetre a

_grande

resistance donnant

une

_precision

de

_0,5

_pour 100. Source, --- La

source

_udlisee,

non

canalis6e,

etait un

_depot

de Ra D q- hi + F en

_équilibre,

6metteur de

_p,

_{les rayons} a du

polonium

etant

arretes par une mince feuille d’aluminium battu de

_{25 p. d’6paisseur.}

Toutes les mesures ont 6t6 effectu6es sous 6 cm de

_plomb.

Résultats

_{exp6rimentaux. -}

I.es mesures ont 6t6 faites a des taux de

_comptage

variables.

_Après

chaque

ensemble de mesures le mouvement _propre du

_compteur

etait mesure et la tension seuil G. IV1. 6ta it verifiee.

Les

_parametres

retenus _pour les mesures ont 6t6 les suivants :

a. le diametre et la nature de la boule terminale

de

_I’anode;

°

b. la distance boule terminale de 1’anode-f enetre

metallique;

c. le

remplissage

variable

_{alcool-argon.}

i °

_Influence

du diamètre et de la nature de la boule termirale de l’anode. -- Dans les

’premières

exp6-riences I’ano*de _{etait terminee par} une boule de mm

de diam6tre en verre

_Moly

a surface non conductrice.

Pour une distance boule terminale-f enetre

déterminée,

le

_compteur

de diametre 28 mm avait des

_paliers

courts

_{(i oo}

V

_environ),

mais il etait

stable;

on retrou-vait le m6me

_palier

en

_augmentant

ou en diminuant

les tensions

_appliqu6es

au

_compteur.

Dans ce memo

_compteur

le

_remplacement

de la boule de i mm _par une boule

_plus

_grosse

(3 mm)

allongeait

le

_palier,

mais celui-ci

_d6pendait

du

sens de la variation des tensions

_appliqu6es.

En

recouvrant

la boule d’une mince

_pellicule

de

graphite

colloidal

_(aquadag)

et en la

_portant

au

potentiel

de

_1’anode,

le

_palier

se trouvait

_allong6

sans _que

cela

entraine un

_changement

de stabilit6

et de fidelite du

_compteur

_{(fig. 3).}

Des resultats

identiques

ont ete observes avec le

_compteur

exp6-rimental sous cloche : avec une boule de verre

de i mm de

_{diametre le}

_palier

etait de oo

V,

alors

qu’avec

une boule conductrice de 3 rnm de diametre

et un

_remplissage

_identique

dans les deux cas, le

palier

etait de 200 v.

, Avec une boule isolante de faible diametre

l’insuf-fisance de la

_longueur

du

_palier

est due au

_champ

intense existant an

_voisinage

de

celle-ci ;

en

augmen-tant les

_potentiels

_appliques

a

_l’anode,

le

_champ

croit assez

_rapidement

_pour amener la

d6charge

disruptive

dans le

_compteur.

Avec une boule isolante

de 3 mm l’instabilit6 du taux de

_coinptage

est due

aux variations du

potentiel

pris

_par cette

boule,

appliqu6e

a

_1’anode,

mais aussi des fluctuations de la densite des

_charges

_{6lectroniques superficielles}

de la boule au cours du

_comptage.

20

_{Influence de La}

distance d de la boule ternzinale de l’anode à La

_fenêlre

conductrice. - Dans le

compteur

experimental

precedemment

d6crit,

des

_paliers

suc-cessifs ont ete traces en faisant varier la dis-tance d sans

_changer

le

_remplissage

_(alcool

5 mm,

argon 1 co

mm).

Les resultats suivants ont été trouv6s

pour une

boule

non conductrice de faible diam6tre.

En

_dega

d’une certaine distance

_(zo

mm

_environ)

et _pour le

_remplissage

utilise,

le

_{palier jusqu’alors}

constant commence à se raccourcir.

_Cependant,

en

faisant varier

_{progressivement}

la distance

d,

nous

n’avons pas note de variations continues dans le taux de

_comptage,

ce

_{qui prouverait}

_que cette distance n’est pas d6terminante _{pour Feincacite}

du

_compteur.

30

_{.In f luence}

du

_remplissage.

--. Pour des

dis-tances d

d6termin6es,

on a fait varier _les propor-tions

_{d’alcool-argon}

tout en maintenant une

pression

totale de 10 cm

_Hg.

Les resultats suivants ont etc

observes,

la boule de 3 mm de diametre 6tant conduc-trice :

Pour une distance d

déterminée

la

_longueur

du

palier

est fonction du

_remplissage

du

_compteur.

En

_augmentant

la teneur en _gaz

autocoupeur

et

par la meme en

_augmentant

ie seuil du

_compteur,

le

_palier

se raccourcit

progressivement.

Le

palier

est d’autant

_plus

court que le seuil est

_plus

é]evé et la distanced

_plus

courte.

Pour un

remplissage

habituel

(alcool Iomm,

Fig. 3. - Influence du diametre

et de la nature de la boule terminale.

argon go

mm)

la distance limite de la boule d est d’environ 20 mm, soit les

4/5

du rayon de la cathode du

_compteur.

Nous avons retrouve cette valeur

de

_4/5

_{pour les deux}

_types

de

compteurs

que nous

avons etudies.

Conclusion. 2013 L’examen des conditions de

fonctionnement de ces

_compteurs

a

_permis

la

cons-truction de

_plusieurs

_{compteurs apparent6s}

au

_type

represente

par la

figure

2, des modifications de detail

y 6tant

apportées.

Afin d’obtenir des

epaisseurs

de

parois plus

minces,

on a

remplac6

la feuille

670

(2

mg :

cm2),

dont la face interne a été rendue

conduc-trice _par une couche de

graphite

colloidal. La boule

terminale de 3 mm de diametre en verre au

boro-. silicate recouverte de

graphite

colloidal

a ete

plac6e

a 12 mm de la

fenetre,

Ie diametre de la cathode 6tant de 3o mm.

Ce modele de

_compteur

_rempli

d’un

_melange

alcool 10 mm et _{argon go mnl}

_presente

les

carac-teristiques

suivantes : .

Quel

que soit le taux de

comptage

(jusqu’A

350

impulsions : s)

le

_palier

et la

_pente

sont

iden-tiques

(,25o V,

3 _pour

_100).

A

_temperature

_constante,

le seuil G. M. ne varie

pas

pendant

les

_premieres

minutes de

_{l’application}

de la tension sur le

_compteur.

Avec une source

donnee,

un dispositif g6om6trique

et une tension d’utilisation

invariables,

le nombre

d’impulsions

comptées

ne subit _{pas de}

_variations,

aux fluctuations

statistiques pres.

Aucune variation de mouvement _propre n’a 6t6

enregistrée,

meme

_après

un taux de

_comptage

de _{5oo coups :} s.

Nous remercions M. Berthelot

_qui

nous a

encou-rag6s

a 6tudier des

_compteurs

a f enetre terminale

metallique,

M. _{Cohen pour les} fructueuses discus-sions que nous avons eues au cours de ce

_travail,

ainsi que M.

Mougin

pour 1’aide efficace

qu’il

nous a

_apport6e

dans 1’execution des mesures.

SUR LA DIFFUSION DES NEUTRONS « LENTS » PAR L’OSCILLATEUR

HARMONIQUE

ISOTROPE

Par ALBERT MESSIAH,

The Institute for Advanced

Study,

Princeton

_{(N. J.),}

U. S. A.

_(1).

Sommaire. - Le

comportement de la section efficace totale de diffusion d’un neutron « _{lent » par} un

oscillateur harmonique isotrope dans l’état fondamental _lorsque l’énergie du neutron incident E est

grande par rapport à la séparation des niveaux de _vibration, est étudié ici dans le cas général où la

masse de l’oscillateur est différente de celle du neutron. Contrairement au cas où ces deux masses sont

égales, les fluctuations disparaissent du terme en

I/E

du _{développement asymptotique} obtenu.

LE JOURNAL DE _PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME 12, JUIN

1951,

La section efficace de diffusion a d’un faisceau

monoénergétique

de neutrons « lents » _par un

ensemble de

_noyaux

vibrant dans 1’etat

fonda-mental,

dans un

_potentiel

_harmonique

_isotrope,

est _{donn6e par}

₍₂₎

oil

Le

_{symbole [a] signifie :}

_plus

grand

entier contenu dans a. Le nieme terme de la somme

₍₁₎

est la section efficace du choc dans

_lequel

i’oscillateur _{passe de} 1’6tat fondamental a 1’6tat

_quantique

n de vibration. Placzek a

_6tudi6,

_{dans le cas li-} === j, le

compor-tement

_asymptotique

de a- aux fortes

_energies

(c’est-h-dire E > h -v),

et _{montre que}

_{(3) :}

ou C

_(E)

est une fonction

p6riodique

de

l’énergie

E,

de

_p6riode

h v. Ce

_phénomène

_{de fluctuations}

asymp-totiques

est,

en

fait,

particulier

au _{cas .} == i.

C’est ce _que montre la

_presente

6tude ou nous

calculons,

dans

le

cas

general,

les deux

_premiers

termes du

_{d6veloppement asymptotique}

de

1’expres-sion donn6e par

(1).

Nous ne _{traitons que}

le

cas li- > J .

Le- calcul est

_analogue

_lorsque

i, et conduit au

meme résultat.

Utilisant,

comme dans le cas _li. = _i, le fait que

(1) Maintenant a :

_University

of _{Rochester, Physics}

Depart-ment, Rochester, N. _Y., U. S. A.

(a) Cf. NIELs _{ARLEY, Danske V. S. M. F. Meddelelser, 1938,}