Mesure absolue β par spectrométrie 4π à scintillation

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Submitted on 1 Jan 1960

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Mesure absolue β par spectrométrie 4π à scintillation

E. Corompt, R. Bouchez

To cite this version:

E. Corompt, R. Bouchez. Mesure absolue β par spectrométrie 4π à scintillation. J. Phys. Radium,

1960, 21 (5), pp.483-486. �10.1051/jphysrad:01960002105048301�. �jpa-00236319�

en fonction de l’énergie. ^{Nous sommes sur ce} point ^en parfaite concordance avec Quinton [2].

La figure ^{7 montre les} variations du rendement

oc de l’ICs, comparé ^{à une même} énergie.

5. Conclusion.

Les caractéristiques ^de l’ICs,

au point ^{de vue de ses} rendements lumineux et de ses,constantes de temps, permettent d’envisager

son utilisation en spectrométrie ^{ce à haut} pouvoir

de résolution ; toutefois, ^les difficultés de polissage

font que des résolutions inférieures à 3 % ^pour

des oc de 8 MeV ne sont obtenues qu’exception-

nellement.

Grâce à cette méthode, nous avons pu séparer

les oc des 3He et des protons diffusés dans la réac- tion 6Li (p, a) ^3He.

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578.

MESURE ABSOLUE 03B2 ^PAR SPECTROMÉTRIE 403C0 A SCINTILLATION Par E. COROMPT ^et R. BOUCHEZ

Centre d’Études Nucléaires de Grenoble et Faculté des Sciences de Grenoble.

Laboratoire de Physique ^Nucléaire.

Résumé.

Un spectromètre 03B2 à scintillation et à géométrie ^{403C0 a été mis au} point, ^utilisant

deux photomultiplicateurs ^{53 AVP et} deux scintillateurs de polystyrène activé, opérant ^à

^20°

(seuil ^{total 8} keV). ^Le spectre 03B2 des éléments (90Sr + 90Y, 35S, 32P) ^est analysé par la méthode de la droite de Kurie, qui permet ainsi de reconstituer le spectre ^{aux faibles} énergies ^{et de} calculer le nombre d’électrons mous cachés dans le bruit de fond. Théoriquement ^{cette méthode} permet ^une

mesure absolue à 1 % près. ^Elle peut d’ailleurs être améliorée par abaissement du seuil (choix ^des

P. M., utilisation de scintillateurs à plus grand ^rendement lumineux) et par la méthode des coïn- cidences qui diminuera le bruit de fond ; la difficulté n’est pas dans la ^mesure physique mais dans la

manipulation de la radioactivité de l’élément.

Abstract.

A 403C0 03B2 scintillation spectrometer ^has been constructed with two P. M., ^{53 AVP and}

two activated polystyrene scintillators operated ^at

^{20 °C.} The 03B2 spectra ^{of 90Sr +} 90Y ; 35S,

32P are analysed by the method of the Kurie plot which enables one to reconstitute the spectrum

at low energies ^{and to} extrapolate the number of soft electrons in the background. Theoretically

this method gives ^an absolute measurement with 1 % precision. ^{It can} however be improved by lowering ^the threshold, selecting ^{the P.} M., by ^{the use of} scintillators with a better luminescence

yield ^and by the method of coincidences which reduces the background.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^{ET LE RADIUM TOME} 21, ^MAI 1960, ^{PAGE 483.}

I. Introduction.

La méthode 4r est celle qui permet d’étalonner les émetteurs B ^{avec la} préci-

sion la plus grande. ^{Elle est} largement appliquée

au C. E. N. Saclay par Grinberg ^{et Le Gallic} qui

utilisent un compteur ^{G. M. à} géométrie ^{4n. Au}

National Bureau of Standards un compteur ⁴ⁿ proportionnel ^{est utilisé} depuis ¹⁹⁵⁰ (Seliger, 1951;

Man, 1953; Seliger, 1954) puis ^un compteur ^{4n à}

scintillation (cristal) ^fut également ^utilisé (Smith, 1956) pour l’étalonnage des émetteurs B.

Au Royal Hospital à Londres la méthode 4n à scintillations est aussi utilisée mais avec des

liquides (Belcher, 1953).

La méthode par scintillation’a l’avantage ^de pouvoir ^étalonner directement des sources plus intenses, ^les impulsions ^des compteurs ^{à scintilla-}

tions pouvant ^{être au} moins rendues 100 fois plus

brèves que celles des compteurs ^{G.M. ou} propor-

tionnels ; ^{on est limité du côté} électronique par la résolution des échelles de comptage par exemple

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01960002105048301

vers 10-1 s. Toutefois c’est encore un facteur 10 que l’on peut gagner par la méthode par scin- tillations. En outre un second avantage ^{se trouve}

dans la densité plus grande du cristal (ou ^du liquide) par rapport ^au gaz des compteurs ^{G.M. ou} proportionnels, ^ce qui permet de détecter avec une

plus grande efficacité les éléments se désintégrant

par capture électronique, ^{d’où une méthode utile} d’étalonnage ^{de ces} radioéléments. Par contre

un grand désavantage de la méthode par scintilla- tion sur la méthode G.M. ou proportionnelle à gaz

se trouve dans la détection des électrons _mous, le seuil de détection d’un compteur proportionnel

à gaz ^est 0,2 keV, celui d’un compteur à scintilla- tion pour le polystyrène (par exemple) ^{est environ}

30 keV. Pour rendre efficace la méthode 4n à scintillations plusieurs techniques ^{ont été} utilisées : a) Refroidir les photocathodes ^{des P. M. En} opérant ^à

6 °C, ^Smith (1956) ^{abaisse le seuil}

d’un facteur 4 environ (7 keV). ^On peut ^encore abaisser la température ^{mais on} gagne ^assez peu, à -15 °C nous avons obtenu un facteur 5.

b) Détecter les itnpulsions ^{vraies en coïnci-} dences, ^les impulsions de bruit de fond des deux PM étant indépendantes ^on peut ainsi atteindre

(Smith, 1956) ^un seuil de l’ordre de 3 keV pour l’anthracène.

Cette technique ^des coïncidences est impor-

tante et doit de toute manière être utilisée en

liaison ^avec l’effet de température.

c) ^{Effectuer le} spectre j3 des radioéléments pour calculer le nombre d’électrons perdus ^{dans le}

bruit de fond. Cette méthode revient à construire

non un compteur ^{4n mais un} spectromètre ^{4b à}

scintillations.

Nous avons mis au point ^un spectromètre ^{4n à} scintillation, ^{avec un cristal} plastique ^de polys- tyrène ^{activé, utilisant la} méthode de l’addition des impulsions (en conservant la proportionnalité), opérant ^à

^{20 °C} (seuil ^à 8 keV pour les deux PM).

Lia méthode a été essayée ^sur les éléments 35S,

32p et 9"Sr + ^{90Y et} peut ^{donner une} précision

de l’ordre de 1 %.

La méthode peut ^{encore être} améliorée, ^{en abais-}

sant le seuil jusqu’à quelques keV, ^{en lui} ajoutant

en parallèle ^la technique des coïncidences. Pour tester la méthode, il serait alors nécessaire d’effec- tuer une autre comparaison ^d’étalons primaires B

mais alors la difficulté dans les mesures de l’ordre du % ^{se trouve dans la} manipulation de la radio- activité des éléments à comparer.

II. Description ^du spectromètre B ^{4n à scin-}

tillation.

La géométrie ^{4n est réalisée en met-}

tant la source soit directement sur le cristal, ^soit déposée ^entre deux feuilles de polystyrène ^ou

de formvar de 40 f.Lg/cm2,

^{entre deux} scintillateurs de polystyrène ^{activé au} terphényl (2,5 %). ^Les impulsions lumineuses sont vues par deux PM

53 AVP accolés à chaque face libre des scintilla- teurs.

FIG. 1.

Schéma de principe ^du spectromètre 47t p à scintillation.

Les anodes sont mises en parallèle ^{sur une même}

résistance de charge par l’intermédiaire de deux cables coaxiaux de façon que ^l’on n’ait qu’une impulsion électrique pour ^une même particule B.

Les hautes tensions d’alimentation doivent être

équilibrées convenablement _{pour que} chaque ^PM

fournisse une quantité ^de charges électriques proportionnelle ^{au nombre de} photons reçus par

sa photocathode (même ^{constante de} proportion-

nalité finale pour ^les deux PM).

Au sortir du pré-amplificateur ^les impulsions passent successivement dans un amplificateur

et dans un sélecteur d’amplitude ^{à un canal. On}

étale généralement ^les impulsions ^{entre 0 et 50}

ou 70 volts et en déplaçant ^le canal, ^{de 1 ou 2 volts}

de large, ^on peut reconstituer le spectre g.

L’ensemble formé par les scintillateurs et les deux PM est enfermé dans une enceinte réfrigérée pouvant ^atteindre

^20°C.

III. Essai ^en fonction de la température.

Nous nous sommes proposés de refroidir les deux PM et leurs scintillateurs dans un double but.

3.1. ÉTUDIER LES PARTIES MOLLES DU SPECTRE.

-

A cause d’un rendement lumineux environ 4 fois plus faible que NaI ponr ^les rayonnements

y, les scintillateurs de polystyrène ^{donnent des} spectres B masqués par le bruit de fond thermique

au-dessous de 20 keV à la température ^ambiante.

Au contraire, ^{comme nous le montre la} figure ²

485

un refroidissement à

20°C abaisse ^{ce bruit}

de fond aux environs de 4 keV.

FIG. 2.

Bruit de fond en keV et en volts de 2 P. M.,

53 AVP avec scintillateur de polystyrène ^en fonction de la température pour ^une impulsion par seconde (dans

une bande de 2,5 keV).

3.2. AUGMENTER LE GAIN.

Parallèlement à la diminution du bruit de fond thermique ^se pro- duit un accroissement du gain. Accroissement dû

en partie ^{à une} augmentation ^du gain ^{du PM et}

en partie ^{à un} meilleur rendement lumineux des scintillateurs (Kinard, 1957 ; Laustriat, 1958).

Fjc 3.

Déplacement ^{de la raie de} conversion (623 keV)

du 137 Ba en fonction de la température. (P. M., ^{53 AVP} scintillateur polystyrène). Coefficient de température

0,39 % .

IV. Essai en spectrométrie B. - 4.1. LES DEUX

PM DOIVENT POUR LA SPECTROMÉTRIE SATISFAIRE A UNE DOUBLE CONDITION.

a) ^{avoir une bonne} linéarité ; b) que ^cette linéarité ^se trouve sur des

plages de haute tension telles que les gains ^des

deux phototubes puissent ^{être rendus} égaux ^tout

en restant suffisamment linéaires.

Cette sélection fut faite en montant des cris- taux INa sur les PM et en utilisant comme réfé-

rence d’énergie ^les pics y du 2°3Hg, ^{137Cs, 6°Co.}

Nous avons ainsi trouvé deux PM dont la linéa- rité était d’environ 1,5 % ^autour de 1 400 volts et sur une bande d’énergie ^allant de presque 0

jusqu’à 1,33 ^MeV.

En remplacant ^les INa par des scintillateurs de

polystyrène nous avons alors étudié les spectres suivants.

4.2. ÉTUDE DU SPECTRE g ^{DU 35S.}

^{Le mau-}

vais pouvoir de résolution des scintillateurs de

polystyrène provoque ^une déformation (Owen, 1950) ^des spectres. ^On peut apprécier ^{cette défor-}

FIG. 4.

mation en étudiant l’étalement d’une raie de conversion _{y ;} celle du 13’Cs par exemple. ^{Il est}

ensuite possible ^de corriger ^le spectre P ^{afin de}

tracer la droite de Kurie.

4.3. ÉTUDE DU SPECTRE g ^{DU 32P.}

^{On a fait}

la même étude pour le 32P, ^{le 9°Sr et 9°Y.}

V. Mesure absolue des émetteurs B.

^5.1.

PRINCIPE DE LA MÉTHODE. - Nous étalonnons

l’appareil ^{avec une} raie de conversion celle du

203Hg de 193 keV pour ^le 35S par exemple. ^Puis

nous traçons ^le spectre ^{et sa} droite de Kurie.

Celle-ci nous permet ^de reconstituer la partie

molle noyée ^{encore dans le reste} du bruit de fond

thermique.

Une intégration par planimétrie ^nous parmet d’obtenir le rapport ^{entre la surface du} spectre S,

FIG. 5.

se trouvant au-dessus d’un seuil de 10 _{keV par}

exemple ^soit légèrement au-dessus du bruit de fond thermique, ^{et la surface totale S.}

Ensuite nous mesurons à l’aide d’un discrimi- nateur dont le seuil préalablement ^{étalonné corres-} pond juste ^{aux 10 keV} précédents, ^et d’une échelle

rapide, le nombre N1 d’impulsions d’énergie supérieur ^à 10 keV. Ce nombre N1 ^{est éventu-}

ellement corrigé ^des pertes ^de comptage.

Le nombre total de désintégrations ^{est alors}

Cette méthode a l’avantage ^{sur celle de} Geiger-Müller 4n B ^de permettre ^{de mesurer des}

sources de plus grande intensité ; ^{et il sera} possi-

ble avec un discriminateur et une échelle plus rapides ^{de mesurer des} sources encore plus ^inten-

ses. Nous étudions actuellement une électronique plus rapide qui permettra de fonctionner à des taux de comptages plus ^élevés.

5.2. ÉTALONNAGE ^DU 35S.

On a utilisé en

particulier ^{trois sources de} 35S étalonnées à l’aide de la méthode 4n Geiger-Müller ^de Grinberg ^et

Le Gallic au C. E. N. Saclay. Les résultats sont donnés dans le tableau I.

TABLEAU 1

5.3. ÉTALONNAGE 32p.

On a utilisé plusieurs

sources mesurées préalablement ^{avec une} préci-

sion de 4 0/.o ^{à Faide de notre chambre d’ioni-}

sation (Guichard, 1960) (type P de Marie Curie mais remplie d’argon 2 kg/cm2).

TABLEAU II

TABLEAU III

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GUICHARD (Mme), ^{Thèse de 3e} cycle, Grenoble, 1960.

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