Diffusion des rayons gamma

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Diffusion des rayons gamma

E. Stahel, H. Ketelaar

To cite this version:

DIFFUSION DES RAYONS GAMMA

Par E. STAHEL et H. KETELAAR

(1).

(Laboratoire

de

_Physique

de la Faculté des Sciences

_appliquées

de l’Université de

_Bruxelles.)

Sommaire. - Nous avons _{apporté quelques perfectionnements} à la _technique de mesure et utilisé des sources de 2 grammes et de 2,6 grammes de radium à faire de nouvelles mesures de _{rayonnement y} diffusé.

L’étude du _rayonnement diffusé par des écrans épais nous a montré que le plomb, l’or et le _tungstène émettent un _rayonnement dont la _composante la _plus dure est la même, à la _précision des mesures. Cette _composante a un coefficient d’absorption apparent de 3,3.10-25 cm2/él, alors que les composantes

les plus dures du rayonnement incident, mesurées dans les mêmes conditions, ont un coefficient d’absorption

voisin de 1,9. .0-25 cm2/électron.

L’étude du _rayonnement diffusé par des écrans minces nous a montré que les métaux plus lourds que l’aluminium diffusent un _rayonnement plus abondant. L’excès ne _{varie pas} en fonction de la direction. La composante dure seule représente le tiers de cet excès.

Une discussion sur la valeur _numérique du coefficient de diffusion nucléaire permet de fixer certaines limites pour les coefficients d’absorption photoélectrique et nucléaire.

1. Introduction. - Poursuivant _nos recherches sur la _{diffusion des rayons gamma du radium} nous avons

étudié

_{particulièrement}

les

_points

suivants :

1.

_Comparaison

des

_rayonnements

diffusés par le

plomb,

l’or et le

_tungstène.

2. Intensité du

_rayonnement

diffusé _{par le}

_plomb

en

fonction de

_l’angle

de diffusion.

3.

_Rayonnement

_{diffusé par des écrans très minces.} Nous exposerons d’abord

quelques

perfectionne-ments que nous avons

_apportés

dans la

_technique

des

mesures,

puis

les formules

_théoriques

_auxquelles

nous

aurons recours lors de

_{l’interprétation}

des résultats

expérimentaux

et enfin les résultats de nos recher-ches.

II.

_Technique

des mesures. - Le

_dispositif

de

mesure est _{à peu}

_près

_{le même que celui que} nous avons décrit dans notre

_{première publication}

sur ce

sujet

Nous

reproduisons

à la

_figure

1 le schéma du

montage

que nous avons utilisé _{pour étudier la}

varia-tion d’intensité du

_rayonnement

_{diffusé par des écrans} minces en fonction de la direction.

On _{remarquera que} nous avons amélioré la «

géo-métrie » du

_montage

en

_augmentant

les distances. Le

_rapport

à 47t de

_l’angle

solide dans

_lequel

sont

envoyés

les rayons gamma

primaires

est

_égal

à

(Ùl

=0,0060,

c’est-à-dire que le faisceau utile est

com-pris

dans un cône dont le

_demi-angle

au sommet est

(’) Aspirant du Fonds National de la Recherche _scientifique de Belgique.

(’-’) E. STAHBL et t H. KETELAAR, Interaction entre les rayons gamma

du radium et _{les noyaux atomiques.} Journal de _Physique,

1933, 4, 460.

égal

à

_8,50.

_L’angle

solide dans

_lequel

on utilise les rayons gamma secondaires est t _{caractérisé par}

W2 =

_{0,00 ~8,}

_{ou un}

_demi-angle

_au sommet de 6°. De

cette

_façon

les

_angles

extrêmes utilisés dans la déter-mination du

_rayonnement

diffusé entre 90° et

_135°,

s’étendent à 6° de

_part

et _{d’autre de la valeur moyenne.}

Entre 90° et

_60°,

le

_rayonnement

diffusé a été observé du côté de l’écran

_opposé

à la source, et dans ce cas les directions extrêmes s’étendent à

1~,~°

de

_part

et d’autre de la direction moyenne.

La

_précision

de certains résultats

_dépend

essen-tiellement des corrections

_appliquées

aux données

brutes des mesures. Dans notre cas nous avons dû tenir

_compte

de deux effets

_{parasites :}

1° _le

rayonne-ment _par les murs, c’est-à-dire par toutes les

matières

_(autres

_{que le}

_{radiateur) qui}

diffusent des rayons vers la chambre d’ionisation.

2° L’ionisation

_spontanée,

_comprenant

les effets de la _{radioactivité propre de la chambre d’ionisation} et

des écrans

_{qui l’entourent,}

_{ainsi que l’ionisation due} aux _rayons

_cosmiques.

Lorsque

le radium se trouve à une très

_grande

dis-tance des bâtiments dans

_lesquels

les mesures sont

effectuées on observe un courant d’ionisation

_qui

est le courant d’ionisation

_spontanée,

soit :

I, =

110 dans le cas des mesures effectuées à 135°

_(1).

Si on

_place

le radium dans le

_canal,

en bouchant convenablement celui

ci,

on retrouve encore le courant

_{d’ionisatiQn}

spontanée,

ce

_qui

_prouve

_{qu’il n’y}

a _{pas d’action} (1) Intensités mesurées par la vitesse de placement de _l’image du fil de l’électromètre. - 1 unité = _{9 0-~ cm/sec,} ce _qui

correspond à un courant d’environ 0,5 ion/cm3 à la _pression de 15 atmosphères et à la température normale.

directe du radium sur la chambre d’ionisation. Par

contre si on

_dégage

le canal sans

_placer

de

_radiateur,

on _provoque une

_augmentation

considérable du cou-rant d’ionisation observé :

12 = 460.

Cette

_augmentation

correspond

au

_rayonnement

_{diffusé par les} murs du laboratoire.

_{L’importance}

des corrections

_qui

en ré-sultent est _{différente suivant que l’on étudie le}

rayon-nement _{diffusé par des écrans minces} ou

_épais.

rig. 1. - Schéma du monrage.

S, source; R, radiateur; Ch, chambre d’ionisation; F, filtre d’absorption.

a)

Ecrans minces. - On

peut

considérer que

l’on

obtient la mesure exacte du

_rayonnement

diffusé en déterminant la différence entre les courants observés

lorsque

le radiateur est

_placé

et

_lorsqu’il

est enlevé. Pour que cette

façon

de

_procéder

soit

_justifiée

il faut prouver que le fait de

placer

des écrans minces

n’ap-porte

pas cle variation dans l’effet des murs. Afin de le vérifier

_plaçons

d’abord un écran mince comme écran absorbant contre la chambre d’ionisation : _{pour des}

écrans de

0,5

mm et de 1 mm

_{d’aluminium,}

l’absorp-tion du

rayonnement

des murs _{n’est pas}

_décelable,

et pour 2 mm d’aluminium elle est de l’ordre de 2 _{pour 100.} On

_peut

en conclure

_qu’à

fortiori

_lorsque

ces écrans minces sont

_placés

en

_position

de

diffusion,

c’est-à-dire à 60 cm de la

chambre,

ils n’absorbent pas une fraction

_appréciable

de l’effet des murs.

L’augmentation

du courant d’ionisation observée

lors-qu’on

place

un écran diffusant sur _{le parcours du} faisceau

_primaire

_(direct)

_peut

donc

_{intégralement}

être attribué au

_rayonnement

diffusé par cet écran.

b)

Ecrans

_épais.

- En étudiant la courbe

d’absorp-tion du

_rayonnement

_{diffusé par les} murs

_{(voir fig,}

_5),

on constate

_qu’il

est

_{complètement}

absorbé

_après

un filtre de Pb de ~2 mm environ. Pour toutes les mesu-res effectuées avec des filtres

_{d’absorption}

_{d’épaisseur}

supérieure

à 12 mm on

_peut

donc

_négliger

l’effet des

murs :

_{l’augmentation}

_observée,

si on

_place

un

radia-teur,

peut

intégralement

être attribuée au

_rayonnement

diffusé par ce dernier. Dans le cas de mesures effec-tuées avec un filtre

_{d’absorption}

nul ou

_mince,

et un écran diffusant

_épais,

ce dernier absorbe sûrement une fraction mesurable du

_rayonnement

des murs. Toute-fois dans ce cas l’intensité totale mesurée est si

_grande

(de

l’ordre de 1 = _{que l’incertitude sur} la

valeur exacte de l’effet des murs est

_{négligeable.}

c)

Conclusion. - Dans tous les cas on obtient donc la valeur du

_rayonnement

_{diffusé par}

_simple

diffé--rence entre deux déterminations : l’effet total observé

lorsque

le radiateur est en

_position

et l’effet observé

lorsque

le radiateur est enlevé.

d) Remarque. -

Puisque

la

_protection

de la cham-bre d’ionisation contre le

_rayonnement

direct est bien

assurée,

on

_peut

_également

déterminer les

points

de la

_composante

finale

_{(correspondant}

à des filtres

d’ab-sorption

d’au moins 1 cm de

_plomb),

en

_soustrayant

de l’effet total l’ionisation observée en bouchant le canal. En effet dans ce cas l’effet des murs

_proprement

dit est nul

_puisqu’il

est

_{déjà complètement}

absorbé. Ainsi cette _{méthode que} nous avons utilisée au cours de nos mesures antérieures est

_équivalente

_{à celle que} nous avons utilisée ici. Cette dernière reste toutefois

préférable lorsqu’on

observe le

_rayonnement

diffusé

dans des directions

_plus

voisines de celle du rayonne-ment

_incident,

_parce

_qu’alors

la

_protection

de la cham-bre d’ionisation contre le

_rayonnement

direct ne

_peut

plus

être aussi bien assurée.

III. Théorie. -

_L’objet

de nos mesures étant de dé-terminer les

_propriétés

du

_rayonnement

_{diffusé par} des écrans de diverses matières soumis au

rayonne-ment gamma du Ra

(B

-~-

C),

nous avons soumis au

rayonnement

de la sources de

_Ra,

faiblement

filtrée,

des feuilles

_planes

de

_plomb,

d’or,

de

_tungstène,

d’étain,

de

zinc,

de

fer,

d’aluminium et de

_paraffine,

suivant la

_{disposition géométrique représentée}

à la

figure

1.

Fig. 2. - Schéma de la marche des rayons dans le radiateur. En considérant un

_rayonnement

_primaire

mono-chromatique, qui

donne un

_rayonnement

diffusé

également monochromatique,

on

_peut

calculer

théori-quement

la variation d’intensité du

_rayonnement

dif-fusé en fonction de

_{l’épaisseur}

de l’écran. Soit x

l’épais-seur d’un écran.

_(Voir

schéma

_{fig. 2.)}

Dans cet écran un faisceau à incidence

_oblique

est affaibli suivant la loi :

en

_désignant

_par « a )) le coefficient

_{d’absorption}

du

rayonnement primaire

et en

_posant

a’ a

rayonnement primaire

et en

_posant

a’ == 201320132013 .

cos a

Une tranche infiniment mince

_{d’épaisseur}

dx absorbe une fraction de

_l’énergie

incidente :

et en diffuse dans une direction donnée une fraction.

q

désignant

le

rapport

de l’intensité totale réémise à l’intensité totale

_absorbée,

et

_{f un}

coefficient de

répar-til ion,

qui

peut

être fonction de

_l’angle.

En

_remplaçant

_Eo

_par sa valeur en fonction de

l’énergie

totale émise par la source

_{Eo :}

-.

on _{trouve que la fraction du}

_rayonnement

secondaire recueillie est

_égale

à :

Désignant

enfin

_{par fs}

le coefficient d’ionisation du,

rayonnement

secondaire on

_voit,que

le courant

d’ioni-sation observé sera

_égal

à :

En

_posant

_E,.

_Wt. W2’ ~. =

C,

et.

f.

q. a’ =

y,

on

_peut

écrire :

Le coefficient de diffusion « _g » étant alors défini

par :

-11

Deux cas

_peuvent

alors se

_présenter

_suivant

_que l’on observe le

_rayonnement

diffusé _{par l’écran du}

même côté de celui-ci que la source

_(premier

cas : de 135" à

_90°)

ou du côté

_opposé

_(deuxième

cas de 90e à

60°).

’

a)

Ilremier cas. - Avant de sortir de l’écran le

rayonnement

diffusé devra traverser une

_épaisseur

~

et subira une

_absorption

telle

_qu’on

observera :

,

.

en

_désignant

_{par b}

le coefficient

_{d’absorption}

du

rayonnement

diffusé et en « " "

cos ~

Le

_rayonnement

_{de diffusion total observé pour} un

écran

_{d’épaissseur}

finie x, sera : -.

b)

Deuxième cas. - Avant de sortir de l’écran le

rayonnement

diffusé devra traverser une

_épaisseur

Il subira une

_absorption

telle _que l’on

obser-vera :

Et le courant total sera alors

_égal

à : -.

Les

_équations

1 est 2 donnent l’intensité du

515

en

_désignant

_{par p la}

_pente

de la

_tangente

initiale.

Mais _{alors que la}

_première

courbe tend vers une limite

asymptotique :

1

la seconde passe par un _{maximun pour :}

et décroît ensuite pour tendre vers zéro. Des formules 3 et 4 on déduit la relation :

Fig. 3. - Intensité du rayonnement diffusé à 90° en fonction de l’épaisseur de l’écran diffusant _{(radiateur) (1).} Courbes (1) : la chambre d’ionisation et le radium sont _placés du même côté du radiateur.

Courbes (2) : la chambre d’ionisation et le radium sont _placés de _part et d’autre du radiateur.

Lorsque

le

_rayonnement

_{incident n’est pas}

monochro-matique

on observe évidemment la somme _des

compo-santes. Nous donnons à la

_figure

3 le résultat des observations faites à 90° avec des écrans de fer et de

plomb

(fig.

3).

Les courbes du

_type

₍₁₎

_{montrent que}

l’intensité du

_rayonnement

limite est

_plus

_grande

_pour le fer que pour le

plomb.

En

effet,

l’équation 4

montre

que

pour,des

coefficients de diffusion

_(g’)

_égaux

les

courants limites sont inversement

_{proportionnels}

aux

sommes des coefficients

_{d’absorption}

et ceux-ci sont

plus

grands

dans le

_plomb

que dans le fer. Une

interprétation

numérique

immédiate n’est pas

possible,

étant donné que

chaque

rayonnement

est

_complexe,

mais on pourra tirer

quelques

conclusions

_{quantitatives}

(t) L’unité d’intensité de tou tes les figures est _égale à 10-~ cm/sec.

lorsqu’on

aura déterminé la

_composition

de chacun de ces

_rayonnements

_{par la méthode}

_{d’absorption.}

Les courbes du

_type

₍₂₎

ont

_également

l’allure

_prévue.

On voit notamment que chacune d’elles a la même

tangente

initiale que la courbe

correspondante

du

type (1),

mais que les courbures sont

plus

fortes. On

peut

vérifier

_également

_{que les}

_positions

des maxima

sont

_compatibles

avec les résultats déduits de

_l’analyse

du

_rayonnement

diffusé.

IV.

_Rayonnement

diffusé par des écrans

épais.

- 1. Plomb. - Les résultats

expérimentaux

obtenus par différents chercheurs étant assez discordants

_quant

à la

_longueur

d’onde de la

_composante

la

_plus

dure du

épais-seurs aussi

_grandes

_que

_possible

afin que la

pente

finale soit déterminée par un

_grand

nombre de

_points.

Fig. 4. - Courbe

d’absorption du _{rayonnement diffusé par le} plomb à _{120-, comparée} à la courbe _{d’absorption du} rayon-nement _primaire.

L’intensité relative de la

_composante

la

_{plusj dure}

dû

_rayonnement

_{diffusé est maximum pour des} radiateurs

_épais.

En

_effet,

_lorsque

le

_rayonnement

diffusé par un écran est

_{complexe, l’absorption}

des diverses

_composantes

_{par l’écran diffusant lui-même}

opère

un effet sélectif.

_{Lorsqu’on augmente}

_{l’épaisseur}

de l’écran

_diffusant,

le

_rayonnement

diffusé s’accroît d’une

_{plus grande proportion}

de

_composantes

dures que de

composantes

molles.

_{L’expérience}

nous

_ayant

montré que la

pente

finale des courbes

_{d’absorption}

du

_rayonnement

_{diffusé par le}

_plomb

ne variait pas d’une

_{façon appréciable}

dans un

_large

domaine

angulaire,

nous avons fait une détermination de cette

pente

finale dans des conditions semblables à celles de la

_figure

1,

aussi _{favorables que}

_{possible à}

la

production

d’une

_grande

intensité totale. Dans ce but la source

(2,

6 grammes de radium faiblement

fil-tré),

le centre de l’écran diffusant et le seuil de la chambre d’ionisation ont été

_rapprochés

de

façon

à se

trouver aux sommets d’un

_{triangle équilatéral}

de 50 cm

de

côté.

_L’angle

de diffusion moyen, est donc de

1~?0°,

et les directions extrêmes s’écartent de la

moyenne de ±: 81. La courbe

d’absorption

dans des filtres de

_{plomb (placés près}

de la chambre

_{d’ionisation)}

est donnée à la

_figure

4.

Les

_points

_{correspondent}

_{à la moyenne de trois}

séries

de mesures dont les résultats sont donnés au tableau 1. La

_comparaison

des mesures individuelles

permet

de se faire une idée de la

_précision

des mesures.

TABLEAU 1.

L’intensité du

_rayonnement

_{pour le dernier}

_point

est

égale

à 10 p. 100 environ du

rayonnement

spontané.

L’incertitude déduite de la concordance des mesures

individuelles est

_indiquée

_{par les traits verticaux de la}

figure

4.

On _{voit que la}

_{pente finale}

est déterminée _{par les}

huit derniers

_points.

Elle est nettement différente de celle

_{qui correspond}

à

_{l’absorption}

du

rayonnement

direct dans des conditions

_identiques

_{(courbe 2}

de la même

_figure).

On trouve :

_{i (log 1)/cm}

de

_plomb

=

0,41;

ce

_{qui correspond}

à un coefficient

_{d’absorption}

appa-rent : *.

!J =

0,945

cm-, ou ix =

3,4.

t0-

cm’/électron.

Ce résultat est très voisin de

_{celui auquel}

nous sommes arrivés dans notre

_premier

travail :

_3,3.10-~5

électron.

2.

_Comparaison

des

_rayonnements

_{diffusés par le}

plomb,

l’or et le

_tungstène,

à 135°. - Dans le but de voir si le

_{plomb (Z ==}

_82),

l’or

_(Z

=

₇₉₎

_et le

_tungstène

(Z

==

7~)

émettent un même

_rayonnement

ou si l’on a affaire à un

_rayonnernent

_{caractéristique}

variant avec le nombre

_atomique,

nous avons

_comparé

_les rayonne-ments diffusés _{par des écrans de}

_plomb,

d’or et de

tungstène

de même surface

₍₃₆

cm.40

_cm)

et de même masse

_{(14 g/em’).}

Les résultats des différentes séries de mesures sont

_renseignés

au tableau II et

_{représentés}

à la

_figure

5.

On constate _{que l’intensité initiale du}

_rayonnement

diffusé par l’or est un _peu

_supérieure

à celle du rayon-nement _{diffusé par le}

_plomb,

mais

_qu’ensuite

les

_points

de l’or se

_{placent systématiquement}

un _{peu au-dessous} de ceux du

_plomb.

Pour le

_tungstène,

l’intensité initiale est nettement

plus

grande,

ce

_qui

_prouve, comme il fallait

_s’y.

at-tendre,

que

l’absorption

à l’intérieur même du

radia-teur de

_tungstène

est

_{plus petite}

_{que dans} l’ur et le

plomb.

Les

_points

_qui

déterminent la

_pente

finale se

courbes

_{d’absorption}

de ces trois métaux se

ressem-blent très fort. Si on les éludie

_{séparément,}

on trouve

pour

[les

pentes

finales les valeurs

_portées

dans la deuxième colonne du tableau III.

Fig. 5. -

Comparaison des _{rayonnements diffusés par divers métaux} à 135·.

TABLBAU II.

La

_précision

des mesures est _{telle que l’incertitude} des valeurs est de 5 p. 100 au maximum. En dedans de cette

_limite,

les valeurs sont

_égales.

_Rappelons

d’ail-leurs que d’autres séries de mesures

_(Tableau

II et

figure 3)

ont donné un coefficient

_{d’absorption}

de

diffusé par le

plomb.

L’ensemble de ces résultats semblent

_indiquer

_{que la}

_composante

_{dure du} rayon-nement _{diffusé par} tous ces métaux serait la même. Il n’est toutefois pas absolument exclu que le coefficient diminue

_légèrement

en fonction du nombre

_atomique;

mais cette

_diminution,

si elle

_existe,

ne

_peut

être que de

_quelques

_pour cent.

TABLEAU III.

En admettant que

chaque

corps diffuse la même

composante dure,

on

_peut

_interpréter

nos mesures en

traçant

par les derniers

points

de

_chaque

courbe des droites

_parallèles

_{représentant}

ces

_composantes.

On trouve alors pour celles-ci des intensités initiales que nous avons

_portées

dans la

_quatrième

colonne du

tableau III. On voit

_qu’elles

croissent nettement avec

le nombre

_atomique.

Les courbes de la

_{figure 5}

_permettent

_également

une

analyse

du

_rayonnement

de diffusion total. Si on

sous-trait du

_rayonnement

observé

_après

_{chaque épaisseur}

de

filtre,

la valeur de la

_composante

_dure

correspon-dante,

il reste une intensité

_qui

_représente

la

_part

des

composantes

moins dures du

_rayonnement

de

diffu-sion. La courbe

_{représentative,}

à l’échelle

logarith-mique,

se termine- encore par une droite. Celle-ci pour-rait

_représenter

une seconde

_composante,

moins dure que la

première,

mais encore

_plus

dure que le rayon-nement

_{Compton correspondant}

à t35,. De la

_pente

de cette

droite,

on

_peut

déduire dans

_chaque

cas les

coef-ficients

_{d’absorption}

donnés à la troisième colonne du tableau 111. On voit

_qu’ils

sont

_également

fort

_voisins,

et cette constatation est encore en faveur de l’identité des divers

_rayonnements

de diffusion.

_Remarquons

toutefois,

dès à

_présent,

_{que les intensités initiales de} ces secondes

_composantes

_porteraient

à admettre

qu’elles

seraient environ

4, 5

fois

_plus

abondantes _que

les

_composantes

dures

correspondantes.

Or,

nous

ver-rons

_plus

loin

_(§

VI,

₂₎

_{qu’on peut}

déduire de 1

_analyse

du

_rayonnement

_{diffusé par des écrans minces que} ce

rapport

est voisin de 2. Il nous

_paraît

donc

_probable

que la seconde

composante

que nous avons

_trouvée,

ici, comprend

encore une fraction

_appréciable

du rayon-nement

_Compton

le

_plus

dur. On

_pourrait

_{aussi y}

trou-ver une trace de ce

_rayonnement

de diffusion

_multiple

auquel

divers auteurs ont fait allusion. Il en résulte que les coefficients

d’absorption

ainsi déterminés sont

assez _peu

_précis,

et

_{qu’il n’est}

_{pas exclu que} ce

rayon-nement _comprenne une

_{composante provenant}

de l’annihilation de l’électron

_positif.

Si l’on veut déterminer la

_longueur

d’onde des deux

composantes

à

_partir

de leurs coefficients

_{d’absorption,}

on se heurte à deux difficultés _que nous avons

_signalées

dans notre

_premier

travail

_{(loc. cit.).}

1. Correction de _p. - Une estimation sommaire _nous

porte

à admettre une correction de 8 pour 100. Cette valeur nous

_{parait préférable}

à celle de 15 pour 100 que nous avons admise lors de notre

_première

publi-cation. Nous arrivons ainsi à une estimation du coeffi-cient

_{d’absorption}

réel de

_{3,6. iO-!5}

_{cm~/électron,}

_pour la

_composante

dure.

2. Relation entre _Na et )". - De nouvelles connais-sances

_n’ayant

_{pas été}

_acquises

sur ce

sujet

_depuis

notre dernière

_publication,

nous _pouvons nous con-tenter de

_{l’approximation}

des résul tats donnés alors : soient

_{respectivement}

16 U X et 31 _{U X pour les deux}

composantes.

3.

Étain,

zinc, fer. -

Les courbes

_{d’absorption}

du

rayonnement

diffusé par l’étain

(Z

=

_50),

le zinc

(Z ~

30)

et le fer

_{(Z = Z6)}

ne nous

_permettent

_pas

d’être

_{catégoriques quant}

à la

_composition

_du rayon-nement diffusé. Les

_composantes

finales sont détermi-nées par un

_trop

_petit

nombre de

_{points :}

les courbes

sont

_{également compatibles}

avec

_{l’hypothèse}

suivant

laquelle

il y aurait une

_composante

de même dureté que pour les métaux

lourds,

ou avec

_{l’hypothèse}

suivant

_laquelle

tout le

_rayonnement

serait

_plus

mou.

4. Aluminium,

paraffine.

- L’aluminium et la

paraffine,

que nous n’avons pas pu

_employer

en quan-tité assez

_grande

_{pour arriver} au

_{rayonnement limite,}

donnent des courbes

_{rigoureusement parallèles.}

Leur

composition

est de

_plus

en

_plus

difficile à

_préciser.

Elles sont très voisines de la courbe

_{d’absorption}

du

rayonnement

diffusé par les murs

_{(fig. 5).}

Leur allure est

_compatible

avec ce _{que la théorie}

_permet

de

_prévoir

quant

à

_{l’absorption}

du

_rayonnement

_{diffusé par effet}

Compton

dans cette direction.

V.

_Rayonnement

_{diffusé par les} écrans minces. - Les _mesures effectuées _avec des radiateurs

épais

permettent

le mieux de déterminer la

_composante

la

plus

dure du

_rayonnement

diffusé. Par contre, en

raison de

_{l’absorption}

du

rayonnement

diffusé dans les radiateurs

eux-mêmes,

il est difficile d’en déduire

les

intensités relatives des diverses

_composantes

et les intensilés absolues. Pour y

arriver,

il faut avoir recours

à des écrans « minces », c’est-à-dire à des écrans tels

que

l’absorption

du

rayonnement

diffusé y soit

négli-geable,

même pour les

composantes

les

_plus

molles. Pour de tels

_écrans,

l’intensité diffusée est

proportion-nelle à

_{l’épaisseur,}

et le critère

_{expérimental}

consiste

précisément

à constater cette

_{proportionnalité.}

fer et l’aluminium. A titre

_d’exemple,

nous donnons à la

_figure

6 le résultat des mesures effectuées à 135o

_(~).

On voit que les écrans sont bien « minces

_{o puisgue}

les

_premiers

_points

au moins de

_chaque

courbe se

placent

sur des droites. Ces droites ont des

_pentes

d’autant

_plus

_{fortes que le métal} a un nombre

_atomique

plus

élevé.

Fig.

6. - Intensité du rayonnement diffusé à 135o _en fonction

de _{l’épaisseur} des radiateurs

Points : alumininm; cercle : fer; croix _{obliques : étain;} croix droites : plomb.

Le

_rayonnement

diffusé _par l’aluminium

_correspond

à l’effet

_Compton

_{pur. On} sait, en

_effet,

_que ce métal ne

_présente

_pas

_{d’absorption}

nucléaire

_{(’ ) ;}

ce _{que les} autres métaux diffusent en

_plus

doit être attribué à la

diffusion

nucléaire

_(2).

La différence entre la

_tangente

initiale à la courbe de l’aluminium et la

_tangente

ini-tiale à la courbe d’un métal

_plus

lourd donne donc l’in-tensité de la _{diffusion nucléaire pour} ce métal.

Les mesures

_ayant

été effectuées en _{outre pour} différents

_angles,

en veillant à ce _{que les}

_angles

solides

(01 et W2)

restent

_constants,

nous _{pouvons déterminer} la variation d’intensité du

_rayonne7nent

_diffusés

en fonction de

_l’angle

de diffusion. Nous devons

_signaler

toutefois

_qu’en

raison de la forte courbure des courbes déterminées par l’observation du

rayonnement

diffusé du côté de l’écran

_opposé

à la source et de la

_grande

intensité relative du

_rayonnement

_Compton

_pour ces mêmes

directions,

les différences sont déterminées avec une

_précision

_{d’autant moindre que la direction}

d’ob-servation se

_rapproche

de celle _{des rayons incidents.} Nous résumons au _{tableau IV les résultats obtenus par} des mesures semblables à celles de la

_figure

_précédente

et nous en donnons la

_{représentation}

à la

_figure

7.

Nous constatons que l’intensité du

_rayonnement

diffusé est d’autant

_{plus grande}

_que

_l’angle

de diffusion

est

_{plus petit,}

_{mais que l’excès de la} diffusion de chacun des métaux étudiés _par

_rapport

à l’aluminium reste constant dans le domaine étudié. Cet excès étant dû

à la diffusion

nucléaire,

celle-ci est donc

_{indépendantes}

de la direction. Ce résultat confirme et étend les

con-clusions de notre

_premier

travail

_(étude

_du rayonne-ment _{émis par des radiateurs}

_épais).

Fig. 7. - tntensité du

rayonnement diffusé par un _{électron/cm2} en fonction de l’angle.

Cercles : intensité observée avec _{points :} intensité observée avec le _plomb; courbe : intensité calculée (Klein et Psishina)’

Quant

à l’intensité du

_rayonnement

diffusé par effet

Compton,

nous

_pouvons

_{comparer les}

_points

expéri-mentaux à la courbe tracée en trait

_plein,

_que nous

avons déterminée de la

façon

sommaire suivante : les deux

_composantes

les

_plus

intenses du

_rayonnement

(1) [Des écrans minces de _paraffine diffusent aussi un rayon-nement dont l’intensité est égale à celle d’écrans d’aluminium

comprenant’le même nombre d’électron,/cm2.

incident sont celles de

6,8

UX et de

20,2

UX. Nous

avons _{calculé par les formules de Klein} et Nishina l’intensité du

_rayonnement

_{diffusé par chacune de} ces

composantes

dans diverses directions en affectant

cha-1.

(1) Voir _KETELAAR, PICCARD et STAHEL _(Journal de _Physique, 1934,

5, p. 385i.

(2) Cette dénomination ne _préjuge pas des autres possibilités

cune d’un coefficient

_{proportionnel}

à son intensité dans le

_rayonnement

incident. Les ordonnées étant alors

_{proportionnelles}

à la somme _{des deux}

compo-santes,

nous avons fait passer la courbe par le dernier

point expérimental.

C’est fortuitement sans doute que les

_{points expérimentaux}

_(sauf

celui

_{correspondant}

à

60°)

se

_placent

si

_près

de la courbe calculée. Il est in-déniable

_cependant

_{que les}

_phénomènes

observés ont bien l’allure

_prévue

_{par la théorie.}

.

TABLEAU IV. - Pentes des

tangentes

initiales.

(En

10-!1 unités d’intensité par

élJcm2).

VI. Radiateurs

_{d’épaisseurs}

décroissantes.

-Les mesures de _{différences que} nous venons

d’expo-ser se

_rapportent

au

_rayonnement

de diffusion

nu-cléaire totai. Celui-ci ne

_comprend

_pas seulement la

composante

dure,

que nous avons étudiée au

para-graphe

IV,

mais encore un

_rayonnement

_plus

mou. On

peut

étudier

_séparément

la variation d’intensité de la

composante

dure seule en fonction de

_{l’épaisseur}

du

radiateur,

en absorbant le

_rayonnement

mou. C’est cette étude

_qui

fait

_l’objet

de ce

_paragraphe.

Nous avons déterminé les courbes

_{d’absorption}

des

rayonnements

diffusés à _{120(, par des écrans de}

_plomb

de diverses

_épaisseurs

_{(fig. 8).}

Lorsque

le radiateur est mince

_(le

_plus

mince mesure

0,36

mm),

le

_rayonnement

diffusé est

faible,

mais sa

composition

n’est presque pas altérée par

l’absorption

à l’intérieur du radiateur lui-même ; la

_composante

dure est donc peu intense.

Cependant,

en

_{s’inspirant}

des résultats obtenus avec des radiateurs

plus épais,

on

_peut

admettre que la

_composante

finale est

repré-sentée par une droite

_parallèle

à la

_composante

dure

qui

a été bien déterminée pour les écrans

_épais.

On

peut

la tracer comme

_tangente

finale à la courbe dé-terminée par les

premiers

points expérimentaux.

Les valeurs à

_l’origine

de ces

_composantes

finales montrent que la

composante

dure,

qui représente

environ 10 pour 100 du

rayonnement

total pour le radiateur le

plus

mince,

croît avec

_{l’épaisseur}

de _{l’écran’ pour} atteindre environ 20 pour 100 de l’intensité totale pour les écrans

_épais.

Nous observons donc ici

l’accrois-sement

_progressif

d’un

_rayonnement

monochroma-tique,

depuis

son intensité aux faibles

_épaisseurs

jusqu’à

sa limite. _{Nous pouvons établir le}

_graphique

donnant son intensité en fonction de

_{l’épaisseur}

(fig. 9).

Fig. 8. -

Absorption du rayonnement diffusé à 1200 par des radiateurs de plomb de diverses _épaisseurs.

Comme il

_s’agit

d’un

_rayonnement

monochroma-tique,

nous _{pouvons lui}

_appliquer

les considérations

développées

au

_paragraphe

111. La courbe

_peut

être

représentée

par une

_équation

du

_type

de la formule 1. La

_pente

initiale est

_égale

à : -.

et la limite atteint 640 unités. La formule 6

_permet

alors de calculer :

Or,

le coefficient

_{d’absorption}

du

_rayonnement

pri-maire est :

Cette valeur du

_{coefficient d’absorption}

de la

compo-sante dure est en bon accord avcc la déternzination

Fig. 9. - Intensité de la

composante dure du _rayonnement diffusé par le plomb, en fonction de _{l’épaisseur} du radiateur.

VII. Conclusions

_{quantitatives.}

-- 1. Valeurs des

coefficients

de diffusion nucléaires

totaux,

coeffi-cients

d’absorption

photoélectriques.

- Pour déter-miner le coefficient de diffusion

nucléaire,

nous

com-parerons entre elles les intensités du

rayonnement

diffusé par effet

Compton

et du

_rayonnement

de diffu-sion nucléaire. La

_comparaison

_peut

être faussée si les deux

_rayonnements

considérés ont des coefficients

d’absorption

différents dans la

_paroi

de la chambre

d’ionisation ou des coefficients d’ionisation différents. Cette cause d’erreur sera réduite au minimum si nous effectuons la

_comparaison

dans une _{direction telle que}

le

_rayonnement

_{diffusé par effet}

_Compton

ait la même

longueur

d’onde moyenne que le

rayonnement

nu-cléaire. Les deux

_rayonnements

étant

_complexes,

l’ap-proximation

est nécessairement

_grossière;

en tenant

compte

de la

_composition

des

_{rayonnements,}

on trouve que la

comparaison peut

se _{faire à 75°. Le} rayonne-ment de _{diffusion nucléaire y est}

_égal

au dixième du

rayonnement

diffusé par eftet

Compton

(voir

ta-bleau

_IV).

Celui-ci,

d’autre

_part,

est _{donné pour la}

longueur

d’onde moyenne 13 UX par la formule de Klein et Nishina :

Il en résulte que le coefficient de diffusion nucléaire

Mais il faut tenir

_compte

en outre de ce _{que le rayon.} nement de diffusion nucléaire _{n’est suscité que par les}

composantes

les

_plus

dures du

rayonnement incident,

que l’on

peut

estimer _{à 40 pour 100 du total}

_(voir

loc.

cit.).

Dans ces

_conditions,

le coefficient relatif à ces

composantes

est

2,5

fois

_{plus grand,}

soit :

Cette valeur est un _peu

_plus

_petite

_{que celle que}

nous avons _{trouvée par} une méthode

_analogue

au cours de notre

_premier

travail

_(0,16.10"~).

_Le rappro-chement de ce résultat et de la valeur de

_(11.

-

6)

=

0,44,10-25

_que nous avons déterminée ailleurs

cit.)

mène à la conclusion suivante : si toute

l’énergie

des rayons y durs du radium

qui

est

absor-bée est réémise

_(i),

c’est-à-dire si le coefficient d’ab-(1) Ce _qui est d’ailleurs peu probable, étant donné _qu’il est difficile d’imaginer un mécanisme par lequel un _quantum

incident donne naissance à un nombre entier de _quanta diffusés tels que leur somme soit _{précisément égale à l’énergie} du

quantum incident.

sorption

nucléaire kPb est

_égal

au coefficient de

diffusionnucléaire

0,14.10-25),

la valeur du coefficient

d’absorption photoélectrique

est voisine de :

Cette valeur constitue donc une limite

_supérieure

qui

devrait être réduite dans la mesure où

_{l’absorption}

nucléaire

_(kPb)

serait

_supérieure

à la diffusion

nu-cléaire

~9’pb ) .

La valeur déduite de nos mesures _{pour l’étain :}

est

_égale

à la moitié de la valeur observée pour

(~ 2013

Bien que pour le

fer,

nos mesures

_{d’absorption}

ne

nous aient révélé aucune différence

_{entre y}

et a, nos mesures actuelles nous conduisent à admettre un

coef-ficient de diffusion nucléaire :

Cette valeur est à la limite de la

_précision

de nos mesures de coefficients

_{d’absorption.}

2.

_Rapport

entre les

_composantes

de la diffusion nucléaire.

a)

Plomb. - Nous avons donné au

para-graphe

VI la

_pente

de la

_tangente

initiale à la courbe

représentant

la variation d’intensité de la

_composante

dure en fonction de

_{l’épaisseur :}

= ~4. 90-~3.

D’autre

_part,

ladifférence entre les

_tangentes

initiales donne

_{(tableau IV) :}

On en déduit :

Ainsi

_l’énergie

de la

_composante

molle est deux fois

plus grande

que celle de la

composante

dure. Ce

rap-port

est _{différent de celui que} nous avons déduit de

l’analyse

de la courbe

_{d’absorption}

du

_rayonnement

diffusé par un écran

_{épais : I2/Il}

==

_4,5

(voir

loc.

cit.).

Cette discordance nous

_porte

_{à croire que la seconde}

composante

estimée par cette dernière méthode

com-prend

en réalité encore une fraction

_appréciable

du

rayonnement

Compton

ou d’un

_rayonnement

de diffu-sion

_multiple.

même

composante dure,

on

_{peut interpréter}

les courbes de la

_{figure 5}

en _{faisant passer par les derniers}

points

de

_chaque

courbe une droite

_parallèle

à la

com-posante

finale du

_plomb.

On trouve _{ainsi pour les}

composantes

dures des valeurs initiales

_qui

représen-tent les

_rayonnements

_{limites pour chacun des} mé-taux considérés. En

_rapprochant

la valeur ainsi

trou-vée pour l’étain de la différence entre les

_tangentes

ini-tiales (rapportées

aux me mes conditions

_{géométriques),}

on trouve

_également

_{que les intensités de la}

compo-sante molle et de la

_composante

dure sont dans un

rapport

voisin de deux.

Pour le

_fer,

les valeurs absolues sont

_trop

_petites

pour que la détermination ait un sens.

VIII. Discussion. -

_{Nousnepouvons}

comparer nos conclusions

_qu’à

celles des auteurs

_ayant

_opéré

comme

nous avec une source de

_rayonnement

_primaire

de

radium C

_(~

-

6,8

IJTX),

car

les

_{conclusions que l’on} tire de la diffusion du

_ra,yonnement

_{émis par} une source

_primaire

de thorium C"

(A

=

_4,7UX)

_pourraient

être différentes en raison de la

_grande

différence de

longueur

d’onde.

Dans

_{l’ensemble,}

nos résultats coïncident assez bien

avec ceux de

_Gray

et Tarrant

_(1).

Par

_contre,

Meitner

et

_{Hupfeld (2)}

_{trouvent que le}

_plomb

émet un rayon-nement secondaire dont une

_composante

a la même dureté _que le

_rayonnement

_primaire.

Leurs mesures,

qui

datent de

1931,

ont été les

_premières

dans ce do-maine et ont donné

_{l’impulsion}

à toutes ces recher-ches. Il est _{â remarquer toutefois que si} on _compare leur courbe

_{d’absorption, qui}

va

_{jusqu’à 2,4}

cm de Pb à la

_{nôtre, qui}

s’étend

_jusqu’à

_5,tl

cm de

_Pb,

on constate _{que leurs deux derniers}

_points

seuls

s’écar-tent de notre

courbe,

tout en restant dans les limites d’erreur

_possible

_{données par} ces auteurs mêmes. Leurs résultats et les nôtres ne sont _{donc pas}

abso-lument irréductibles.

Nous

_exprimons

nos

_plus

vifs remerciements au

Fonds national de la Recherche

_Scientifique

dont l’intervention nous a

_permis

d’effectuer ce

_travail,

à M. Il.

_Limbourg,

directeur de la Maison Pauwels et à M. J. -6.

_Vink,

administrateur

_délégué

de la maison

Philips, qui

ont eu

_{l’obligeance}

de nous

_prêter

l’or et le

tungstène

dont nous avons eu besoin au cours de ces

expériences.

(l) Proc. _Iloy. Soc., 1934, 143, 682.

,

(9) Z. fiir 1932, 75, 704.

’