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Sur les rayons β de grande vitesse des corps radioactifs

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Sur les rayons β de grande vitesse des corps radioactifs

D.-K. Yovanovitch, J. d’Espine

To cite this version:

D.-K. Yovanovitch, J. d’Espine. Sur les rayons β de grande vitesse des corps radioactifs. J. Phys.

Radium, 1927, 8 (6), pp.276-283. �10.1051/jphysrad:0192700806027600�. �jpa-00205298�

(2)

SUR LES

RAYONS 03B2

DE GRANDE VITESSE DES CORPS

RADIOACTIFS

par MM. D.-K. YOVANOVITCH et J. d’ESPINE.

Sommaire. 2014 Les auteurs ont étudié les rayons 03B2 rapides de plusieurs corps radioac-tifs par la méthode du

spectre

magnétique. Ils ont montré pourquoi l’emploi de l’appareil

à déviation directe, muni de nombreux perfectionnements, s’est trouvé particulièrement favorable pour cette étude. Des rayons 03B2 rapides ont pu être ainsi décelés pour MsTh2,

Th B + C, Ra B + C, et Ra E. Pour chacun de ces corps, les résultats obtenus avec l’ap-pareil à déviation directe ont été comparés à ceux trouvés par d’autres expérimentateurs

employant des méthodes différentes, notamment celle de l’appareil à foyer.

L’énergie élevée atteinte par certains de ces rayons (par exemple, 8 000 000 volts pour

MsTh2) est du même ordre que celle de certains rayons 03B1 (par exemple, les rayons 03B1 de

ThC, qui atteignent 8 825 000 volts).

i. Introduction. - Le but de

ce travail est de rassembler les résultats

expérimentaux

d’une étude faite au laboratoire de Mme

Curie,

au cours des années 1924 et

1925,

sur l’exis -tence des

rayons ~

de

grande

vitesse des corps radioactifs. Cette étude fut faite par la méthode

bien

connue du

spectre magnétique.

Dans cette

méthode,

deux genres

d’appareils

sont utili-sés pour réaliser la

séparation

des différents groupes de

rayons fi

:

l’appareil

à déviation directe et

l’appareil

à

foyer.

C’est

l’appareil

à déviation directe

qui

fut

principalement employé

au cours de notre

travail,

qui

a débuté par l’étude

générale

des

rayons à

du mésothorium 2. Les

premiers

résultats

indiquèrent

l’existence d’une bande de

rayons fi

de très

grande

vitesse,

très voisine de la vitesse de la lumière. Nous avons alors concentré notre effort sur ce

point

et avons réussi à obtenir une preuve certaine de l’existence de ces rayons

rapides.

Nous avons ensuite

recherché si d’autres corps radioactifs ne

possédaient

pas

également

des

rayons ~ rapides.

Des rayons de

grande

vitesse

purent

aussi être mis en évidence dans le

rayonnement

du thorium B

+

C et du radium B

+

C. Le RaE fut étudié par l’un de nous en collaboration

avec MI’, Curie

et,

là encore, l’existence d’une bande de rayons

rapides

put

être montrée. Dans ce

travail,

nous décrivons les

appareils

employés

par nous, ainsi que le détail de la méthode

expérimentale

utilisée pour déceler ces

rayons ~ rapides.

Nous donnons

égale-ment les résultats obtenus par d’autres auteurs en les

comparant

aux nôtres.

MÉTHODB EXPÉRIMENTALE.

2. Méthode du

spectre

magnétique

des rayons

fi.

-

Rappelons

brièvement le

principe

de la méthode de

séparation

des

rayons ~

par le

champ

magnétique :

Un électron de masse in, de

charge

e, et de

vitesse v,

soumis à un

champ magnétique

uniforme H normal à sa

trajectoire,

décrit un cercle de rayon

(3)

277

Si l’on

adopte

la formule de Lorentz-Einstein donnant la valeur de

l’énergie

L’ de

l’élec-.

tron :

nio, masse de l’électron au

repos ; fi

= v

(où

c est la vitesse de la

lumière);

c

la valeur du

produit

HR

permet

de connaître immédiatement

l’énergie

de l’électron et sa

vitesse.

Dans un

champ magnétique

uniforme,

les rayons de différentes vitesses décriront des circonférences de différents rayons. Les électrons

qui

décrivent des

trajectoires

circulaires

sont canalisés par un

dispositif géométrique

et reçus sur une

plaque photographique.

Deux genres

d’appareils

sont utilisés pour cette

séparation

des

rayons l’appareil

à déviation ’

directe et

l’appareil

à

foyer.

3.

Appareil

à déviation directe. - Le

principe

de cet

appareil

est le suivant : un faisceau étroit de

rayons ~

déterminé par une source linéaires et une mince fente

parallèle,

formant

diaphragme,

en

plomb,

tombe sur une

plaque

photographique

placée

à

quelques

centimètres au-dessus.

L’appareil

est

placé

dans le

champ magnétique,

par

exemple

entre

les

pièces polaires

d’un

électro-aimant,

les

lignes

de force étant

parallèles

à la source. Pen-dant les

expériences,

on maintient dans

l’appareil

un vide très

poussé.

Dans un

champ magnétique

d’intensité

appropriée,

les rayons y viennent

impression-ner la

plaque

photographique

suivant une raie fine

qui

est une

image géométrique

de la

fente,

et les différents groupes de

rayons ~

viennent inscrire

parallèlement

à la raie ~;~ une série de raies d’autant

plus éloignées

de celle-ci que la vitesse des rayons

correspondants

est

plus

faible. De la distance de ces raies à la raie y, on déduit le rayon de courbure

7?,

une fois connues les dimensions de

l’appareil (i).

>

4.

Appareil

à

foyer. -

On connaît le

princique

de cet

appareil

maintes fois décrit

(2),

dans

lequel

une fente relativement

large, placée

au-dessus d’une fente linéaire et

parallèle-ment à

elle, permet

aux rayons de même vitesse

- qui

décrivent dans le

champ magnétique

uniforme des circonférences de même rayon R - de venir conyerger sur une

plaque

photo-graphique

en une raie très

étroite,

parallèle

à la source et aux bords de la fente.

Il se

produit, grâce

à l’ouverture de la

fente,

une focalisation des rayons

qui

renforce l’intensité de la raie.

5.

Avantages

de

l’appareil

à déviation directe pour l’étude des rayons de

grande

vitesses

L’appareil

à déviation directe se trouve

posséder

plusieurs

avantages,

de par ses

propriétés géométriques,

sur

l’appareil

à

foyer,

pour la recherche des

rayons ~

de

grande

vitesse. En

effet,

si

l’appareil

à

foyer

donne une

plus grande

dispersion

des

rayons 8,

ce

qui

permet

une

plus

grande

exactitude dans les mesures des vitesses de ces rayons;

si,

en

outre,

avec cet

appareil,

du fait de la

focalisation,

les groupes de vitesse

homogène

se

trouvent renforcés sur la

plaque,

l’appareil

à déviation directe

avantagera,

par

contre,

les groupes de raies

rapprochées

ou les bandes continues

qui

seront ramassées sur un

petit

espace de la

plaque,

alors

qu’avec

l’appareil

à

foyer

elles seraient étalées sur un

grand

espace

et,

de ce

fait,

deviendraient

beaucoup

moins visibles. Cet

avantage

est encore

plus

marqué

lorsqu’il s’agit

d’impressions

faibles de

rayons 8

très

rapides,

dans le

voisinage

de la raie y. Près de

celle-ci,

un ensemble de radiations très faibles de différentes

énergies

pourra être condensé sur une

petite

largeur

de

plaque photographique

et

donner,

sur cette

plaque,

une

impression

relativement forte. Les mêmes limites de vitesse

correspondent

à un étalement de

plusieurs

centimètres sur la

plaque

d’un

appareil

à

foyer

et

l’impression

pho-tographique

pourra

complètement

disparaître

si les raies

séparées

ou les différentes bandes de cette

région

sont

trop

faibles pour

impressionner

individuellement la

plaque.

C’est cette

(1) 0. YON BAETER r./ahrb. d. Radioakf , (1914), p. 66].

(4)

-278

propriété géométrique qui

donne

l’avantage

à

l’appareil

à déviation directe sur

l’appareil à

foyer

pour l’étude des

rayons ~

très

rapides.

6. Perfectionnements du

dispositif

expérimental

pour déceler les

rayons fi

rapides. -

L’appareil

à déviation directe utilisé pour cette étude était muni de

plusieurs

perfectionnements

nécessaires pour déceler les rayons

rapides.

En

effet, malgré

les

avan-tages

géométriques

de la méthode de déviation

directe,

les

impressions

photographiques

correspondant

aux

rayons ~

de

grande

vitesse situées dans le

voisinage

immédiat de la raie y sont excessivement faibles. De

plus,

ces

rayons ~,

en raison de leur

grande

vitesse,

ont une faible action

photographique.

Ces radiations

rapides

sont donc très difficiles à mettre en évidence et c’est

pourquoi

nous avons

apporté

à la méthode de déviation directe

décrite ci-dessus une série d’améliorations :

a)

Nous avons

employé

un

appareil

à déviation directe de dimensions notablement

1

Fig, i.

plus grandes

que celles des

appareils

précédemment

employés ;

il était donc

susceptible

de donner

plus

de

dispersion

et la clarté des clichés en était

également

beaucoup

améliorée,

car l’action nuisible des rayons secondaires sur la

plaque

était

beaucoup

diminuée. Pour atténuer encore

plus

l’action nuisible de ces rayons, tout

l’appareil

était en

aluminium,

à

l’exception

du

diaphragme

en

plomb

délimitant la fente fine.

Dans notre

appareil (voir figure

9 ),

les distances couramment

employées

étaient de i cm environ entre la

plaque

et le

diaphragme,

et de 5 cm entre le

diaphragme

et la

(5)

279 source S. Nous avons

également employé,

dans certains cas, un

appareil

à déviation

directe de dimensions

beaucoup plus

grandes,

où la distance de la

plaque

à la fente était de

2,5

cm et celle de la fente à la source

pouvait dépasser

15 cm. Cet

appareil, qui

nécessite

une

région

très étendue de

champ magnétique

uniforme,

n’est utilisable

qu’avec

des sources

très

fortes,

mais il donne de

superbes

clichés très

clairs,

dans

lesquels

la

séparation

des différents groupes de raies est excellente.

b)

Nous avons mis sur le

trajet

des rayons deux

diaphragmes

en aluminium

C,

qui

canalisent les rayons utiles et arrêtent une

grande

partie

des rayons

parasites.

c)

Nous avons fait construire avec un soin

spécial

le

diaphragme

en

plomb (D)

consti-tuant la fente fine. Un des

types

de

diaphragmes

que nous avons couramment

employé

était formé de deux morceaux de

plomb

antimonié taillés en doubles biseaux arrondis et montés sur un

support

en aluminium. On

peut

réaliser ainsi des fentes très

régulières

de moins de

U,1

mm de

largeur.

Nous avons étudié aussi d’autres formes de

diaphragmes

(’).

c~)

Les

plaques photographiques

étaient souvent recouvertes de feuilles minces de

métal

(d’aluminium

principalement)

de

0,0i

à

0,05

mm

d’épaisseur.

Les

rayons ~ rapides

traversent très aisément de tels écrans et le voile dû aux rayons

parasites

en est atténué.

e)

Les

plaques

étaient

développées

dans des bains révélateurs extrêmements lents.

f)

Des poses de

contrôle,

sans

champ,

furent

toujours

prises

de manière à s’assurer

que le

diaphragme

en

plomb

(D)

et les

diaphragmes

canaliseurs

(C)

ne

produisaient

pas

d’impressions photographiques

nuisibles sur la

plaque.

C’est l’ensemble de ces

perfectionnements qui

nous a

permis

de

déceler,

avec

l’appa-reil à déviation

directe,

des

rayons ~

de

grande

vitesse.

7. Résultats

expérimentaux. -

Il est

important

de remarquer que

l’exactitude des nombres que nous donnons pour les valeurs des

rayons ~ rapides

est rela-tivement faible et que

l’appareil

à déviation directe donne

surtout,

pour ces

valeurs,

un ordre de

grandeur.

En

effet,

il est difficile de lire avec

précision,

sur la

plaque

photogra-phique,

la distance

qui

sépare

les groupes de rayons

rapides

de la raie centrale et d’en déduire le rayon de courbure

R,

d’abord parce que

l’impression

photographique

de ces

groupes est faible et

floue,

ensuite parce

qu’étant

situés dans le

voisinage

immédiat de la raie

y, ils

sont dans la

région

de

plus

faible

dispersion

de

l’appareil

à déviation directe.

Mentionnons

également

que

l’aspect

de ces radiations

rapides

sur nos clichés montre que ce sont surtout des groupes de radiations et non des raies isolées.

RAYONS ~

RAPIDES DU MÉSOTHORIUM 2

8. Nous avons utilisé de fortes sources de Ms Th

2,

préparées

par l’un de nous,

équi-valentes au

rayonnement j

d’environ 35 mg de radium-élément en

équilibre. Avec

l’appa-reil à déviation

directe,

nos clichés ont montré l’existence d’une bande de rayons

rapides

dont

l’énergie, exprimée

en

produit

1IR

(gauss-centimètres),

était

comprise

entre les limites HR = 10 000 et HR = 28000.

L’emploi

de

champs magnétiques

convenables nous a

permis

de dissocier cette bande en

plusieurs

groupes de radiations

faibles,

dont les

plus rapides

atteignaient

8 000 000 volts.

Ces radiations traversaient très facilement des écrans minces d’aluminium

(de

0,05

mm

d’épaisseur)

que nous avions mis sur la

plaque

photographique.

9.

Résultats d’autres auteurs. - Black

(2),

par la méthode de

focalisation,

est arrivé à déceler des rayons

jusqu’à

F1R = 6

604,

ce

qui

correspond,

avec notre

appareil

direct,

à la

région

de la fin du

rayonnement

principal

de Ms Th

2,

qui

se marque sur nos (1) Voir YovANOviTCH Paris (1925), p. 29].

(6)

280

clichés obtenus avec

l’appareil

à déviation directe en une tête-de bande vers HR = 6 800.

Il est

important

de remarquer

qu’il

utilisait des sources relativement

faibles,

équivalentes

à environ 3 mg de Ra en

ra-vons

y. Nous avons rassemblé ces résultats dans le tableau I.

TABLEAU I.

rapides

du nlésothoriurn 2.

1 ,

RAPIDES DU THORIUM B

+

C.

10. - Nous avons décelé deux groupes faibles de

rayons a

de

grande

vitesse de

7~==ii000 et HR = 9 8 000 ainsi

qu’un

groupe

probable

extrêmement faible vers 40 000. Les sources radioactives utilisées -

qui

étaient des fils

d’argent

activés dans l’émanation du thorium - étaient relativement

faibles, équivalentes

à environ 10 mg de radium élément.

Autres résultats. - Peu

après

la

publication

de ces

résultats,

Black

signalait

un

groupe de

ray-ons fi

de

grande

vitesse de HR = 10

080,

HR = 10 340 et BR = 10 380

(1),

décelé avec un

appareil

à

foyer.

Ce résultat est en bonne concordance avec notre groupe

HR = 11 000 pour

lequella

précision

est relativement faible

(Black signale

aussi l’existence

d’un fort fond continu s’étendant

jusque

vers

2,2

X 106

volts).

Nous avons

également repris

l’étude de ces

rayons 8 rapides

avec un

appareil

à

foyer,

presque entièrement construit en

aluminium,

qui

nous a montré l’existence de la raie de 10 080 avec un faible doublet vers 10 350. Nous avons

également

trouvé,

avec cet

appareil

à

foyer,

que le fond continu

principal

cesse vers BR = 8 600 et

qu’un

fond con-tinu très faible

persiste jusque

vers Hl~ =13 000. Au

delà,

les clichés semblent

porter

l’indication de radiations très faibles

jusque

vers = 20 000.

Toutefois,.

nous n’avons pu

poursuivre

notre étude pour avoir une preuve décisive sur ce dernier

point.

(1) Nos résultats furent publiés dans les Comptes rendus de l’Acadenzie des Sciences du 19 février 1925. Le résultat de Black parut immédiatement après, dans le numéro du 13 février 1925, p. 34, du journal

anglais Nature.

(7)

CLICHÉ I 1 lùAYoNs fi RAPIDES DE Ra B + C.

(Petit appareil à déviation directe). (Agrandissement).

~

CLICHE 11. DE Ra B ~- C.

(Grartd appareil à déviation directe).

e Agrandissemen t). ..

(Plaque photographique recouverte d’un écran de 0.05 mm d’aluminium). CLICHÉ 111 RAYOnS RAPIDES DE Th B + G. (Appareil à foyer). CLICHÉ IV

RA>-oxs fi LEXTS

DE Th B + C. (Appareil à foyer). (Cliché 432).

NOTA. - lous avons mis sur la planche ci-contre un cliché représentant la bande de rayons rapides

de Ra B + C, malgré l’extrème difficulté de reproduire de si faibles impressions photographiques (cliché 1). A titre de comparaison, nous donnons un autre cliché où ressortent principalement les raies lentes et fo,rtes de Ra B+C (cliché II).

Nous avons également essayé de reproduire un groupe de rayons rapides de Th B+C (cliché III), avec

lequel nous donnons aussi un autre cliché des rayons lents du même corps (cliché IV).

(8)
(9)

281

Les résultats antérieurement connus étaient ceux de L.

Meitner,

qui,

avec un

appareil

à déviation

directe,

avait trouvé l’existence d’une bande de rayons

rapides

du thorium C

+

C’’ de HR == 5 460

(1)

et ceux de

Pohlmeyer,

qui,

par une méthode

d’ionisation,

admettait la limite extrême du

spectre

vers = 7 000

(2).

Ce dernier utilisait des sources

extrêmement

faibles,

équivalentes

à

lmg

de radium élément. Nous avons rassemblé ces différente résultats dans le tableau Il.

TABLEAU TI.

Rayons fi rapides

du thorium B

+

C.

DE GRANDE VITESSE DU RADIUM B

+

C. 12. -

L’emploi

de sources radioactives extrêmement fortes constituées par des

ampoules

minces de

radon,

de l’ordre de 100

millicuries,

a

permis

d’utiliser,

en

plus

de

l’appareil

habituel,

l’appareil

à déviation directe de

grandes

dimensions cité

plus

haut.

L’emploi

de ces deux

appareils

a

permis

de

constater,

sur les

clichés,

une tête de bande de

rayons

vers

HA - 10 700

(marquant

la fin du

rayonnement

principal

du

corps)

et une faible bande

rapide comprise

entre = 15 000 et llR = 27 000.

L’emploi

due feuilles minces

d’alumi-nium,

de l’ordre de

0,05

mm

d’épaisseur,

mises sur les

plaques

photographiques,

a été très utile pour faire ressortir cette bande faible sur les clichés.

(~) L. MEITNBR [Z1s, f. Phys., t. 11 (1922), p. 35]. (2)POHLMHYER f.

Phys.,

t.

28 (1’924),

p. 216J.

(10)

282

13. Résultats d’autres auteurs. - Rutherford et Robinson

(1),

en se servant d’un

appareil

à

foyer

et en utilisant des

plaques

très sensibles pour rayons

X,

avaient trouvé des

traces de radiations faibles

jusqu’à

BR = 20 000.

Danysz

(2),

en

employant

une modification de la méthode habituelle de focalisation

(emploi

d’une fente relativemen t étroite et d’une

plaque placée parallèlement

aux

trajectoires

des rayons

~3,

inscrivant directement les

trajectoires circulaires),

et en utilisant des sources

radioactives extrêmement

intenses,

est arrivé à déceler des radiations faibles

jusqu’à

Ber == 26 000

(dont

deux groupes faibles

notamment,

de BR = li 200 et HR .-: 18

100).

Chadwick,

par une méthode de numération de

Geiger

et par la méthode d’ionisation

(~),

est arrivé à déceler des radiations faibles

jusqu’à

14 000.

Tout

récemment, Lewis,

par l’action combinée des

champs électrique

et

magnétique,

suivant la méthode de Bucherer

r’~),

en arrivait à conclure à l’existence de

rayons

. extrêmement

rapides supérieurs

comme vitesse

à fi

= 0,99,

de l’ordre des rayons très

rapides

observés par

Danysz.

Ces

résultats,

obtenus par différentes

méthodes,

sont très intéressants à comparer avec

ceux que nous avons obtenus ici. Il fallait s’attendre à ce que ce soit pour Ra B

+

C que l’on trouve les confirmations

expérimentales

les

plus

nombreuses des

rayons ~ rapides. Elle

effet,

c’est le corps radioactif que l’on

peut

préparer

le

plus

facilement en sources radioactives très fortes.

TABLEAU III.

Rayons fi

rapides

du radium B

+

C.

RAYONS

DE GRAPlDE VITESSE DU RADIUM E

(Cette partie du travail a été faite par l’un de nous en collaboration avec Curie (J).

14. - Avec

l’emploi

de fortes sources

préparées

par Mlle Curie

(équivalentes

en

rayons N

à environ 20 mg de radium

élément),

il a été

possible

de

déceler

pour le radium E

une très faible bande de rayons

rapides comprise

entre

BR = Z 000 et

BR

(1) RUTHERFORD et RoBir;iorî

[Phil.

t. 26 (i913), p. 717].

1’) J. DANY8Z [C. R., t. 153 {t9!!), p. 1 066].

(3) CHADwicK

l Verhandl.

Deutsch. Phys.

Gesellsch.,

(30 avril i914), p. 383, no 8].

(’’’) LEWIS rProt:. Roy. Soc., t. i07 (2 mars i925), p. 544, n° .§ î43 ).

(5) Irène CuM et J. D’EsPINB [C. R., t. 48i (t925), p. 3iJ. °

(11)

283

Comme on le

voit,

l’ordre

d’énergie

de ces rayons est sensiblement moins élevé que

pour les autres corps étudiés

plus

haut.

Le

rayonnement

principal

se termine en une forte tête de bande vers /f/?==:4 500. Là

encore,

l’emploi

d’écrans très minces d’aluminium mis sur la

plaque photographique

a

beaucoup

amélioré la clarté du cliché en éliminant les radiations

parasites provenant

des traces de

polonium

ayant

contaminé

l’appareil.

15. Résultats d’autres auteurs. -

Danysz

(’ ),

par la méthode

déjà employée

pour les

rayons ~

de Ra

B+C,

a trouvé sur ses clichés l’indication d’une bande très faible de

rayons ~

rapides

comprise

entre les limites de

vitesse ~

=

0,963

et ~

= 0,99,

ce

qui

correspond

à peu

près

aux valeurs l1R = 6 000 à BR - i2 000. Les résultats trouvés avec

l’appareil

à déviation directe sont donc en

parfait

accord avec ceux trouvés par

Danysz.

TABLEAU IV.

rapides

du radiuin ~’.

CONCLUSION 16. - Il est difficile de formuler des

hypothèses

sur la nature véritable de ces

radiations

rapides

et de décider si ces

rayons ~

sont formés de bandes continues ou

si,

au

contraire,

ce sont des groupes de

raies ;

en

effet,

si

l’appareil

direct s’est révélé un détecteur très sensible de ces

radiations,

il est peu favorable à leur

description

détaillée.

Peut-être,

comme le faisait remarquer

Thibaud,

faut-il voir dans ces

rayons p

très

rapides

les électrons de

désintégration (-).

Peut être aussi ces

rayons ~

de

grande

vitesse ont-ils un

rapport

avec l’effet

Compton,

comme l’a récemment étudié Curie

(3).

Il est intéressant de remarquer que

l’énergie qu’atteignent

certains de ces rayons

(par

exemple,

8000000 volts pour le mésothorium

2)

est tout à

fait du

même ordra que celle des rayons a,

qui

s’élève à 8825000 volts pour les rayons x du thorium C.

(1) J. DAA’YâZ [Thèse, Paris (1913), p.

63].

,

(2) J. THIBAUD [‘l’fièse, Paris, p. 115]. ..

(:3) 81me CURIE [J. Phys., t. 5 (1926), p. 97.

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