Les neutrons lents émis par le glucinium sous l'action des rayons α

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Les neutrons lents émis par le glucinium sous l’action

des rayons α

P. Auger

To cite this version:

LES NEUTRONS LENTS

ÉMIS

PAR LE GLUCINIUM SOUS L’ACTION DES RAYONS 03B1

Par M. P. AUGER.

Faculté des Sciences de Paris. Laboratoire de Chimie

_Physique.

Sommaire. 2014 Par l’action d’une source, formée de _glucinium bombardé par des rayons 03B1, sur une chambre à détente contenant de _{l’hydrogène} on a _{pu photographier}

les trajectoires des _{protons projetés par le} choc des neutrons Deux catégories très nettes de _{trajectoires peuvent} être ainsi _{distinguées :} les unes _{correspondant} à des protons rapides, dus à l’action des neutrons de _{grande énergie,} les autres correspondants à des

protons de faible vitesse provenant des chocs de neutrons lents, dont _{l’énergie cinétique} et de l’ordre du dixième de celle du premier groupe. Ces neutrons lents sont émis en _grande

partie directement, (indépendamment des effets _secondaires, diffusion, chocs _{inélastiques)} par le glucinium sous l’action des rayons 03B1 du polonium ou du radon et forment un

groupe diffus. Leur origine peut être cherchée dans une _{excitation des noyaux de Be par}

les _particules 03B1, sans capture de _{celle-ci, l’énergie} d’excitation étant _ensuite, au moins

en _{partie, employée} à l’émission d’un neutron.

1.

_Méthode,

_{appareils. -}

Si l’on fait traverser _par le

_rayonnement

d’une source de Bothe et Becker

_(glucinium

_{métal bombardé par les rayons} a du

_polonium)

_{l’atmosphère}

d’une chambre à détente

_{remplie d’hydrogène}

humide,

on obtient les traces des

trajec-toires des

_protons

_projetés

_{par le choc des}

_neutrons

_{(effet Joliot-Curie) (1).}

La

méthode-permet

d’étudier avec

_{précision l’origine}

de la

_{trajectoire puisque}

le choc a lieu au sein du gaz, et aussi de mettre en évidence les

_protons

_projetés

avec de faibles

_{vitesses, puisque}

les

_trajectoires

sont

_{plus longues}

_{que dans l’air et}

_{qu’un proton parcourant quelques}

dixièmes de millimètres est

_déjà

décelable.

Les

_{appareils qui}

ont servi dans cette étude sont : ,

1° Un

_{appareil identique}

à celui décrit dans un travail antérieur

_(2).

Photographie

dans deux directions

_{rectangulaires.}

Diamètre 10 cm,

5 ;

20 Une chambre à détente

_automatique

_pouvant

être

_placée

dans un

_champ

magné-tique. Photographie

stéréoscopique. Diam.,

8 cm ;

3° Une chambre

_pouvant

_supporter

une

_pression

de 2 à 3

_{atmosphères, photographie}

unique.

Diamètre 9 cm, 5.

"

Ils ont été

_{chargés d’hydrogène}

humide à la

_pression

_{atmosphérique}

_{pour les deux}

premiers,

sous 2,5

atmosphères

pour le troisième. Un

grand

nombre de clichés ont été

faits,

avec des sources de deux

_{espèces :}

Une source formée d’un

_disque

de

_glucinium

métal accolé à une

_préparation

de

_{polonium (cette}

source nous a été

_{prêtée obligeamment}

par M. et

Joliot-Curie)

et une

_ampoule

d’émanation du radium contenant de la

_poudre

de

_{glucinium ;}

les

_{préparations}

actives

_atteignaient

150 à 200 millicuries. Dans le cas de

l’ampoule

d’émanation la source a

_toujours

été enfermée dans un bloc de

_plomb

de 5 cm

d’épaisseur,

de _{manière à diminuer l’action des rayons y.}

Des écrans de

_{paraffine pouvaient}

être

_disposés

autour de

_l’appareil

n° 2 et de la source, pour diminuer l’action de diffusion des masses voisines. Des diffuseurs

massifs,

formés de

_briques

de

_plomb,

de _{cuivre rouge,}

_{d’aluminium,}

_pouvaient

être

_placés

pour

augmenter

au contraire cette action.

(1) P. AUGER, C. R., 194 _(1932), 877; 195 (1932), 234; 196 (1933), 170. L. àIEITNER et PHILIPP,

20 (1932), 929. KURIE, Phys. Rev., 43 (t933), 6°T2- i 71. FBATHEB, Proc. _Roy. Soc., 142 _(1933), 68!9.,

(2) Ann. de

_Physique,

_X, 6 _(IU~26), 193-202. ,

720

2. Observation des clichés. - On voit _sur les

photographies

des

_trajectoires

typiques

d’électrons,

dont nous ne tiendrons pas

compte.

Ensuite de fortes traces recti

lignes

qui

sont en

_{grande majorité}

des

trajectoires

de

_protons,

ce

_qui

a _{d’ailleurs pu} être confirmé par leur courbure

magnétique, gràce

à

_l’appareil

n° 2. Ces

_protons

sont en

partie empruntés

à la

_graisse

ou à l’humidité

_{qui tapisse}

les

_parois

de

_{l’appareil,}

et alors leur

_origine

_{n’est pas}

visible;

pour les

autres,

qui

nous intéressent

ici,

le

_proton

a été heurté au _{sein du gaz,} et l’on

_peut

très distinctement voir

_l’origine

de la

trace,

et vérifier

qu’aucune

trajectoire

ionisante

_n’y

aboutit.

L’examen des

_trajectoires

montre tout de suite l’existence de deux

_{catégories :}

i 0 les traces très

_rectilignes,

_peu

_{ionisantes, portant}

des barbelures adventices dues aux

_{rayons 9}

de

_collision,

des

protons

rapides,

cliché

1 ;

~° les traces

_{épaisses, quelquefois}

coudées ou

bifurquées,

courtes et sans

_barbelures,

des

_{protons lents,}

cliché 2. Les

_premières

tra-versent tout

_l’appareil

et vont se

_perdre

dans la

_{paroi ;}

les secondes sont souvent contenues en _{entier dans le gaz,} ce

_qui

_permet

d’évaluer leur parcours, et par

_conséquent

1"énergie

cinétique

du

_proton.

Il y a naturellement aussi un certain nombre de traces

douteuses,

qui

vont se

_perdre

dans les

_parois

sans

_porter

les caractères des

_protons

_{rapides ;}

on

_peut

le

_plus

souvent voir s’il

_s’agit

vraiment d’un

_proton

lent

_d’après

_l’aspect,

et le déchet

_qui

subsiste est _peu

important.

Pour faire des évaluations

_{d’importance}

relative,

il faut naturellement ne tenir

compte

que des traces

prenant

naissance dans un _{volume bien défini de gaz ; si l’on}

_prend

cette

_précaution

on voit _{que les traces courtes} sont

_plus

_nombreuses,

et

_quelquefois

beaucoup plus,

que les traces de

protons

rapides.

Les directions de ces

_trajectoires

se

répartissent

dans tout le

_demi-espace

en _{avant, par}

_rapport

à la source, et il y a même un

certain nombre

_(de

l’ordre de de

_trajectoires

courtes

_qui

sont

_dirigées

en sens

inverse,

comme le montre l’action du

_{champ magnétique.}

3.

_Statistique

de parcours. - La

première

impression

donnée par l’observation des clichés est _{confirmée par} une

_statistique

des

_longueurs

des traces obtenues dans les mêmes conditions. Avec le

_dispositif

n° 1 à deux

_appareils

_{rectangulaires,}

on

_peut

obtenir les vraies

_grandeurs

des

_{trajectoires ;}

avec les deux autres on n’a

_qu’une

_projection,

mais on

_peut

_cependant

utiliser les résultats

_qu’ils

donnent en tenant

_compte

des effets de

perspective.

Dans ces

_statistiques

le _{seul groupe}

_{qui figure}

effectivement est celui des

_trajectoires

contenues en evtier dans le gaz. En dehors de ce _groupe

_court,

_{il y} a un _{groupe douteux}

qui

atteint une

_paroi

sans

_porter

de

_{rayons ~}

de

collision,

et _{le groupe}

_rapide.

Dans tous les cas, le groupe court a montré les caractères suivants : 1° il y a des

tra-jectoires

de toutes les

_{longueurs, depuis}

0,5

mm

_jusqu’à

tout le diamètre de

_l’appareil

(soit

6 cm, au-dessus de cette

_longueur

les deux extrémités ne sont

_plus

_visibles)

et cer-tainement

_{plus; 21,}

_{Il y} a une abondance de

_trajectoires

de parcours faible

qui indique

une _{sorte de groupe. Pour}

_préciser

ces _remarques, on

_peut

construire une courbe de

normal. Par

_exemple

dans un cas

_(appareil

n°

3,

source Be

+

Rn)

où 418

_trajectoires

ont été observées on

_aperçoit

très nettement un maximum très

_près

de

_l’origine

et une décrois-sance lente vers les

_grands

_parcours

_{(courbe 1).}

La moitié des

_trajectoires

est

_comprise

entre 0

_{et 5 mm,}

et sur 418 au _{total il y} en a 343 inférieures à 50 mm, 26 douteuses et 49

_rapides.

Courbe 1.

Il est très difficile de dire ce

_qui

se _{passe pour les très}

_petits

_{parcours, l’observation}

des

_longueurs

au-dessous de

_0,5

mm devenant très hasardeuse.

_Cependant

il

_paraît

_{bien y} avoir un _{manque de}

_trajectoires

au-dessous de 4 mm et une sorte de tête de bande

attei-gnant

très vite un maximum vers 5 ou 6 mm _pour décroître très

_{progressivement}

ensuite. La courbe

_intégrale

de la

_précédente

montre assez bien cette

_{dissymétrie (courbe 2).}

Des observations dans

_{l’hydrogène}

sous

_pression

réduite

_pourront

donner une

_{réponse plus}

nette. D’autres

_{statistiques,}

faites avec

_l’appareil

à deux clichés à

_angle

droit,

donnent un résultat semblable mais le nombre des

_trajectoires

mesurées en vraie

_grandeur

_{n’a été que} de 93

_{(courbe 3).}

4.

_Energie

réelle des neutrons. - _{Le parcours}

_et"par

_conséquent

_{l’énergie cinétique}

des

_protons

_projetés

ne donne

_qu’une

idée

approximative

de

_l’énergie

des

_neutrons;

il faudrait connaître dans

_chaque

cas les

_angles

des

_trajectoires

des

_corpuscules,

et les vitesses.

722

Courbe 2.

neutrons a _{pu être} faite avec

_l’appareil

à deux clichés

_{rectangulaires,}

sur un nombre encore malheureusement assez

_petit

de

_{trajectoires (80).}

Le résultat est

_cependant

assez

net pour

permettre

de déduire une loi de choc : comme dans le choc de deux

_sphères

élastiques

sans frottement le

_corpuscule

heurté

_(proton)

_emporte

en

_général

une

_portion

importante

de

_l’énergie

du

_corpuscule

incident

_(neutron).

Les chocs avec

_projection

du

proton

aux environs de 45° sont en

_majorité.

On

_peut

donc dire que le groupe de

_trajectoires

protoniques

correspond

à un groupe de neutrons et que de la

répartition énergétique

des

premières

on

_peut

tirer

_{quelques renseignements}

sur celle des seconds. D’ailleurs une étude

_statistique

_portant

sur 80

_trajectoires

dans

_laquelle

les _parcours et les

_angles

étaient mesurés dans

_chaque

cas, a

_permis

de remonter aux vitesses et aux

_énergies

des

neutrons

_grâce

aux

_suppositions

suivantes : -. 1° Le choc est

_élastique;

2° Les masses des

particules

sont

_{voisines ;}

3° La _{loi reliant les parcours des}

_protons

dans

_{l’hydrogène}

et leurs vitesses est _{celle donnée par Blackett}

_(1).

On a alors obtenu

₍₂₎

la

_répartition

donnée dans la courbe 4 où les vitesses des

neutrons sont

_portées

en

abscisses,

leur nombre en ordonnées. Le groupe de neutrons le

_plus

abondant

_possède

une vitesse de

_{0,~~. ~0~ cm/sec}

ce

_{qui correspond}

à une

_énergie

de 100 kilowolts-électrons. On voit combien cette

_énergie

est

_faible,

_comparée

à celle du groupe de neutrons

rapides.

Courbe 4.

5.

_Importance

_{relative des groupes. -} Cette

_question

dont la solution

_paraît

simple

est en réalité rendue

_complexe

_{par l’existence} d’une forte diffusion des neutrons lents par les noyaux lourds.

Expérimentalement

cela se _{manifeste par} une abondance

_plus

grande

des

_trajectoires

courtes, toutes conditions restant

_{identiques, lorsqu’on}

entoure la source et

_l’appareil

de masses de

_plomb

ou de _{cuivre par}

_{exemple ;}

au contraire l’éli-mination des

diffuseurs,

et l’établissement d’un

_rempart

_épais

de

_paraffine

destiné à

l’absorption

des neutrons

_{qui pourraient}

être diffusés _{par les}

_objets

inamovibles

_(murs,

corps de

l’appareil)

amène une réduction sensible du nombre de ces

trajectoires.

Les

rapports

du nombre des

protons

lents au nombre des

_protons

_rapides

excités par le (1) Proc. _Roy. ~~’oc., 134 (t932), p. 638.

724

rayonnement

de

_[Be

₊

_{Po] après}

élimination des diffuseurs est voisin de

_l’unité;

si l’on .

opère

en

_présence

de diffuseurs on

_peut

_{presque doubler} ce nombre. Dans le cas de la

source

_[Be

₊

_Rn]

on ne

_peut

éviter la

_présence

de

_plomb

autour de la source, et si dans

ce cas on entoure le tout encore avec du métal

_épais

_pour se

_placer

dans des conditions

analogues

aux

_{précédentes}

on obtient un

_rapport

voisin de 10.

’

La

conclusion,

malheureusement très peu

précise,

est que la source d’émanation

produit

relativement

_plus

de

_trajectoires

_{courtes que la} source de

_{polonium, peut-être}

cinq

fois

_plus,

_{et que cette} dernière

_produit

_{à peu}

_près

autant de

_trajectoires

courtes que de

_{trajectoires rapides.}

6.

Origine

des neutrons lents. - Etant donné l’effet des diffuseurs _sur

l’impor-tance _{relative du groupe}

_lent,

on

_pouvait

se demander si une

_{partie importante}

de ces

neutrons lents ne

_proviennent

_{pas, dans} tous les cas des chocs

_{inélastiques}

des neutrons

primaires rapides,

venus de la source, avec les noyaux de la matière environnante. Ces chocs

_{inélastiques, accompagnés}

de la

_perte

de la

plus

_grande

_partie

de

_{l’énergie cinétique}

du

_neutron,

_{s’ajouteraient}

à l’effet de diffusion

_{simple (chocs}

_élastiques)

des neutrons lents

venus de la source. - L’existence d’un tel mécanisme ne

parait cependant

pas nécessaire pour

l’interprétation

des résultats actuels. En

_particulier

une étudie de la

_répartition

dans

l’espace

des

_origines

_{des rayons}

_{protoniques (c’est-à-dire}

des lieux de

_choc)

a _pu

ren-seigner

sur la loi de décroissance de l’intensité du

_rayonnement

de neutrons en fonction de la distance à la source. Ce _{n’est pas exactement la relation} en raison inverse du carré de la distance à

_laquelle

on doit s’attendre dans le cas d’une source

_ponctuelle

sans

diffusion ;

cependant,

même dans les

_expériences

avec diffuseur entourant

_{l’appareil,}

la décroissance est suffisante pour

obliger

à chercher dans la source de

_{glucinium l’origine}

directe d’une très

_grande

_partie

des neutrons lents.

7.

_{Hypothèses. -}

Laissant de côté les mécanismes secondaires

_(diffusion,

chocs

inélastiques)

il faut donc essayer de donner une

_{interprétation}

de _{l’émission par le}

glu-cinium de neutrons de faible vitesse. Une telle

_{interprétation}

₍₁₎

résultant de la considé-ration de chocs

_{inélastiques spéciaux}

des

_{particules x}

contre _{les noyaux de}

_glucinium,

dans

lesquels

la

_{particule x}

ne _{serait pas}

_capturée

mais

_perdrait

seulement de

_{l’énergie.}

Le noyau

qui

serait ainsi excité par le passage

proche

d’une

_{particule a perdrait}

ensuite son

énergie potentielle

par

éjection

de son neutron

_(la

formule de 9Be

_pouvant

être écrite

(2a +

n)

suivant un mécanisme

_qui

_{n’est pas} sans

_analogie

avec l’autoionisation dans l’effet

_{photo-électrique}

_{composé (2). Remarquons}

_{que le}

_neutron,

_qui

ne

_porte

_{pas de}

_charge,

peut

quitter

le noyau

positif

avec une vitesse faible.

De tels chocs ne se

_produisant

_{que pour des}

_{particules a}

de vitesse

suffisante,

doivent être

_plus

abondants

_lorsque

_{les rayons} ce

_{qui bombardent}

le

_{gluciniumsont plus pénptrants,}

ceci s’accorde bien avec l’observation faite

_plus

haut du nombre

_{plus grand (relativement}

au

_total)

de

_trajectoires

courtes dans le cas des sources

_glucinium

+ émanation,

par

rapport

au cas de la source de

_glucinium

₊

_polonium.

(1) L’idée d’un mécanisme de ce _genre se trouve dans _l’ouvrage de Gamow. Elle a été _reprise récem-ment par Elsaesser.

(2) Le noyau formé, SBe, n’étant sans doute pas stable, se scinderait en deux particules oc de faible

énergie.