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Compteur proportionnel à protons de recul pour
spectrométrie de neutrons rapides
P. Marguin, A. Moussa
To cite this version:
LE
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
ETLE
RADIUM
PHYSIQUE
APPLIQUÉE
COMPTEUR PROPORTIONNEL A PROTONS DE RECUL POUR
SPECTROMÉTRIE
DE NEUTRONS RAPIDESPar Mme P. MARGUIN et M. A.
MOUSSA,
Institut de Physique Atomique, ’Lyon.
TOME 18 SUPPLÉMENT AU NO 3 MARS
1957
Introduction. -- Le but
poursuivi
est la déter-mination de la distribution desénergies
d’un faisceau de neutronsrapides
par la détection desprotons
de reculproduits
dans un radiateurhydro-géné
mince. Un telspectromètre
suppose une bonnecollimation à la fois des neutrons incidents et des
protons
de recul et offre encontre-partie
une faiblesensibilité. Il ne saurait donc être utilisé
qu’en
présence
d’un fluximportant
de neutronsrapides.
Nous nous proposons de donner dans cet article
la
description
technique
du modèleadopté.
A.
Appareillage.
. 1. Réalisation d’un
compteur
de neutronsrapides
utilisant les
protons
de reculproduits
dans unecouche mince de
parafûne
(~g.1).
- Lecompteur
est un
cylindre
de cuivre de 4 cm dediamètre,
de 20 cm de
longueur.
L’électrode collectrice estconstituée par un fil de
tungstène
de100 y
tendusuivant l’axe du
cylindre
etpoli électrolytiquement
avant lemontage.
Le radiateur est constitué parune couche de
paraffine
mince(830
yglem 2
pourles
premiers
essais - 80tlg
Icm2
auminimum)
obtenue par
évaporation
dans le vide. La lameportant
le radiateurpeut
tourner dans unplan
perpendiculaire
à l’axe ducompteur
et sedéplacer
parallèlement
à cet axe pour s’escamoter et per-mettre undégazage poussé
de toutes lespièces
métalliques.
La commande en est assurée de l’exté-rieur par unjoint
de Wilson. Uneplaque
témoinidentique
à laplaque
portant
le radiateur sedéplace
dans un
plan
perpendiculaire
à l’axe ducompteur
et vient se
placer,
grâce
aucouple
derappel
d’un ~
ressort,
en face de la fenêtre ducompteur
lorsque
le radiateur s’efface devant elle. L’axe de cette
plaque
témoin est fixé à laplatine supérieure qui
sert aussi de
support
au tubecompteur
et à l’écran.FIG. 1 et 1 b~s. -
Compteur proportionnel.
2 A
Un
petit
canon( fig. 2),
canalisant les cc dudépôt
actif de radiothorium
déposé
sur un fil decuivre,
vient se fixer par une
pince
sur cet écran lors del’étalonnage.
(Ce
canonpénètre jusqu’à
48 mm àl’intérieur du
compteur,
dans unerégion
où l’onf’IG. 2. ’Tube canaliseur pour a. Les tubes intérieurs sont
des tubes capillaires. Dans l’un est glissé le fil activé. L’autre sert de canalyseur. Ces deux tubes capillaires
sont retenus par frottement dans un même tube de verre
rodé intérieurement.
n’a
plus
àcraindre,
pour lamultiplication
par le gaz, les effets de bout ducompteur.) Finalement,
la
platine supérieure
est fixée au couvercle par depetits piliers.
Lemontage
se fait donc entièrementsur le couvercle et est recouvert de
l’enveloppe
extérieure en acierinoxydable
d’épaisseur
mini-mum, soit 2 mm. Le
compteur
est vidépuis rempli
d’argon
à lapression 1,6
kg fcm2
ou1,4
kg ~cm2
suivant les cas. L’étanchéité du
compteur
estvérifiée. Placé sous
vide,
la remontée n’excèdepas
0,03 yl
/sec.
2. Réalisation et mise au
point
del’appareillage
électronique employé
enconjonction
avec lecomp-teur
proportionnel.
-L’appareillage électronique
entièrement construit et mis au
point
au laboratoire a subiplusieurs
modificationsimportantes,
tout enrestant basé sur le même
principe.
Nousindi-querons ici sa forme définitive.
1. FILTRE. - L’électrode collectrice est alimentée par une haute tension stabilisée et filtrée. Ce filtre à haute tension a nécessité une
longue
miseau
point,
laplupart
des condensateurs donnant desperturbations
analogues
à desimpulsions
àpartir
de 1 500 volts. Nous avons dû aussi choisir avec
soin le condensateur de liaison à l’entrée du
pré-amplificateur.
2. SYSTÈME AMPLIFICATEUR. - Le
système
com-porte :
- Un
préamplificateur placé
toutprès
du comp-teur. Il est dutype
boucle de 3 tubes àcontre-réaction suivie d’un cathode-follower
[1].
Tous les tubes sont des 6 AK5. Gain 150. Pour éviter lebruit au
maximum,
cepréamplificateur
est chaufféen courant redressé. La sortie du
préamplificateur
par un cathode-followerpermet
d’avoir une liaison avecl’amplificateur principal
par un câble coaxialpouvant
atteindre une dizaine de mètres delongueur
sans introduire de
perturbations.
- Un
amplificateur principal
composé
d’une boucle de 3 tubes à contre-réaction suivie d’uncathode-follower et
précédée
d’une inverseuse.Tous les tubes sont des EF80. Gain 300. Les oscil-lations n’ont pu être évitées que par un
blindage
soigné
de l’inverseuse et un fortdécouplage
de sonalimentation-plaque.
Legain
de l’ensemblepréam-plificateur-inverseuse-amplificateur principal
est35 000.
Un contrôle de
gain
del’amplificateur,
après
l’inverseuse,
permet
d’obtenir les fractions 1/2,
1/5
et 1/10
dugain
total. La constante detemps
de coupureplacée
à la sortie dupréamplificateur
est
égale
à 8 ys et la constante detemps
du circuitcompteur
est de 400 ps. Ces deux constantes detemps
ont été choisies très différentes pourévi-ter les
contre-coups
dans laréponse
dusystème
amplificateur.
A la sortie de
l’amplificateur
lesignal
est conduit d’unepart
à une échelle de64,
d’autrepart
auxplaques
de déviation d’un tubecathodique
permet-tant le contrôle
rapide
des résultats.3. GÉNÉRATEUR D’IMPULSIONS. - La nécessité de connaître avec une
précision
suffisante legain
du
système
amplificateur
nous aconduit,
enl’absence
d’appareil
propre à cet usage, à lacons-truction d’un
générateur
d’impulsions
négatives
trapézoïdales
à montéerapide
[1].
Le
principe adopté
est le suivant : onproduit
desimpulsions positives
à montéerapide
etd’ampli-tude
précise
encoupant
le courant dans unepen-tode
(EF51).
Un tube inverseur transformera enimpulsion
négative l’impulsion positive engendrée
à la
plaque
de cettepentode.
La
grande
difficulté de construction d’un telgénérateur
consiste à éviter les oscillationsparasites
superposées
ausignal
de sortie. Deuxmontages
dans
lesquels
l’impulsion
étaitengendrée
par unthyratron, malgré
unblindage soigné
et deslignes
decâblage
courtes,
présentaient
des oscillationsparasites
à très hautefréquence (au-dessus
de 10
mégacycles)
et ont dû être abandonnés pourcette raison. Dans le 2e
montage,
leremplacement
pour l’inversion desimpulsions,
d’une bouclede 3 tubes à contre-réaction par un
simple
tubeinverseur s’est révélé efficace. Cette dernière solu-tion a été conservée.
FIG. 3. - Forme de
l’impulsion fournie par le générateur.
Le
montage
actuel,
satisfaisant, présente
lescaractéristiques
suivantes : Il donne desimpulsions
de la formereprésentée
dans lafigure
3 à un tauxde
répétition
d’environ 20 par seconde. Cesimpul-sions sont
négatives.
En combinant les variationsde ces
impulsions
de2,5
à 1 000 mV avec uneimpédance
de sortie de 150 ohms. Desimpulsions
deplus
bas niveau sont obtenues en utilisant deuxatténuateurs extérieurs dont les
rapports
d’atté-nuation sontrespectivement
10 à 1 ou 100 à 1. Enutilisant les deux atténuateurs
simultanément,
la hauteur minimum del’impulsion
disponible
est
2,5
yV. L’impédance
de sortie des atténuateurs est d’environ 100 ohms shuntés par unecapacité
de 200
pF
pour celui10/1
et par 2 000pF
pourcelui 100
Il.
Le
temps
de montée desimpulsions
est0,2
ps.La
partie
plate
du sommet dechaque
impulsion
dure 200 ys environ et letemps
de descente est de l’ordre de 100 ys. Le circuitcomporte
uneimpul-sion de
prédéclanchement
seproduisant 0,6
ysavant
l’impulsion
de sortie etqui
peut
être utiliséeau
balayage
d’unoscillographe
surlequel
on observeFIG. 4. -
Schéma d’un générateur d’impulsions négatives à montée rapide. Pour le condensateur, à droite et au-dessous
de la pentode Tg (EF 51), lire : 25 VF au lieu de 25 pF.
couplée
à lacapacité Ci ; b)
la diodeoblige C1 à se
décharger
dansR1,
maintenant ainsiT.
bloqué
pendant
un certaintemps
et fixant à100 ~,s
letemps
de descente del’impulsion engendrée
à laplaque
deT6.
FIG. 5. - Forme de
l’impulsion
en différents points du circuit.
On
peut
faire varierl’amplitude
desimpul8icns
engendrées
à laplaque
deT 6 grâce
àl’atté-nuateur
Pl
câblé avec un soinparticulier
pouréviter au maximum
capacité
,et jndllctancepara-les
impulsions
à la sortie dusystème
amplificateur..
La
figure
4 donne le schéma du circuit. Unmulti-vibrateur
(ECC 40)
alimenté en tension nonstabi-lisée,
pour éviter uncouplage
avec le reste ducircuit, engendre
desimpulsions positives.
Le cathode-followerT3
sertd’étage
de sortie pourdéclancher le
balayage
del’oscillographe
d’obser-vation. Lesimpulsions
traversent un univibrateurde retard
T2 (6 SN7)
etattaquent
lagrille
deT4
normalementbloqué. Chaque impulsion positive
reçue sur la
grille
provoque uneimpulsion négative
rapide
à laplaque.
Cetteimpulsion charge
néga-tivement le condensateur
Cl
donc coupe le courantdans
Te
et-engendre
à saplaque
uneimpulsion
positive
de la forme montrée dans lafigure
5. La diodeT5 remplit
deux rôles :a)
elle estpolarisée
de telle manière que seule la
partie
laplus
raidede
l’impulsion engendrée
à laplaque
deT4
estsites. Le courant de
plaque
deT,,
estajusté
auxenvirons de 10 mA par la résistance de cathode. Le shunt est choisi pour que, dans ces
conditions,
l’ampèremètre
ait sa déviation totale. Dans lesutilisations ultérieures de
l’appareil,
on ramènel’ampèremètre
à cette indication en retouchantlégèrement
la résistance de cathode deT,.
C’estainsi
qu’on
obtiendra laplus grande
précision
possible.
FIG. 6. - Atténuateurs
compensés:
Les
impulsions
positives
engendrées
à laplaque
de
T 6
sont inversées par unsimple
tubeinver-seur
T7.
La résistanceR2
est déterminéeempi-riquement
de manière à donner une inversionexacte
(gain
-1)
quand
le commutateurP2
est >dans la
position 8.L’impulsion
maximum4A
indiquée
sur le schéma. Dans tous les cas,l’impé-dance de sortie est 150 ohms. La terre n’est reliée
au châssis
qu’en
un seulpoint,
à laprise
de sortie. Le commutateurP2
estplacé
dans unblindage
enlaiton. Un autre
blindage
renfermel’ampèremètre,
l’atténuateurP,
et le tube inverseurT~.
*Les atténuateurs extérieurs 10
/1
ou 100/1 (fin.
6)
sont construits dans de
petits cylindres
de laiton de diamètre 35 mm et delongueur
90 mm. Ils seplacent
directement à l’entrée del’amplificateur
à étudier.
B. Résultats.
z
1.
Étude
dusystème amplificateur.
- Desmesures de
gain
faites avec legénérateur
d’impul-sions ont montré que le
système
amplificateur
estlinéaire,
peut
délivrer desimpulsions jusqu’à
100V.A des
signaux
d’entréeégaux correspondent
dessignaux
de sortie dont les hauteurs mesurées surl’échelle sont
égales
à 1 voltprès
(1
voltparaît
être laprécision
limite que l’onpeut
attendre du discri-minateur del’échelle),
cequi
réalise une stabilitédans le
temps
de l’ordre de 2%
sur dessignaux
de sortie moyens de 50 volts. La mesure des
impul-sions d’entrée se faisant par
comparaison
desimpul-sions de sortie lors d’une
expérience
et de l’étalon-nage, cette erreur de 2%
est la seule à intervenir dans les calculs définitifs.La
précision
sur legain lui-même,
compte
tenudes
étalonnages
dugénérateur
d’impulsions,
de sesatténuateurs et du discriminateur de l’échelle ne
dépasse guère
5%.
Letemps
de montée dusystème
amplificateur
est0,5
ps et les différentsgains
possibles :
35000, 17 500,
9 000 et 3 300.L’appa-reillage électronique
peut
être contrôlé f acilement. Sa fidélitéapparaît
suffisante pourpermettre
delongs
comptages.
2.
Étalonnage
ducompteur.
- Nousavons fait sur un
précédent
modèle decompteur
un essaimalheureux
d’étalonnage
avec lesparticules
oc dupolonium.
Lepolonium
avait amené unepollution
radioactive
importante
empêchant
toute mesureultérieure d’où la nécessité d’enlever le
polonium
et de
nettoyer
à fondaprès l’étalonn age.
Avec le
compteur
actuel,
nous avonsadopté
latechnique
suivante satisfaisante : nous activons unfil de cuivre en le
plaçant
dans unrécipient
fermécontenant du radiothorium et en lui
appliquant
une tension
négative
pendant
unequinzaine
d’heures. Seule la section droite terminale du fil est
activée. Nous introduisons ce fil de cuivre dans un
tube
capillaire
et réalisons le canon de lafigure
2qui
assure une canalisation convenable desparti-cules x. Les
particules
oc utihsées serépartissent
en deux groupesd’énergie respective
6 MeV pourles cc du Th C et
8,8
MeV pour les oc du ThC’,
cesdeux groupes étant dans la
proportioll
de 35%
pour lepremier
et 65%
pour le second.Les
premiers
essais ont été effectués avec unepression
deremplissage
de1,6
kg jcm2.
Connaissantl’énergie
nécessaire pourproduire
unepaire
d’ionssoit 25 eV et les courbes
parcours-énergie,
onpeut
aisément calculer le nombre de
paires
d’ions créés par uneparticule
cc de Th C. Voici les éléments dece calcul :
Le parcours d’une
particule
oc de 6 MeV dansl’argon
dans des conditions normales detempé-rature et de
pression
est4,8
cm. Son parcours dansl’argon
à1,6
kg fem2
est doncL’ 8
cm. Son p arcourseffectif dans le
compteur
est4-’g
cm -0,6
cm. Ceparcours
correspond
dansl’argon
normal à unparcours
Un parcours de
3,84
cmcorrespond
à uneénergie
de
5,2
MeV. Autrementdit,
uneparticule
tl du Th Cperd 5,2
MeV dans lecompteur.
Le nombre depaires
d’ions créés est donc :La
capacité
C de l’ensemble de l’électrodecollec-trice et de l’entrée du
système
amplificateur
estd’environ 20
pF.
La variation de tension de l’élec-trodecollectrice a v max
=yr
seraUn calcul
analogue
pour uneparticule
a du Th C’donne comme variation de tension de l’électrode
collectrice a v 0
=2,3
mV.Nous avons déterminé les courbes donnant le
nombre des
impulsions
en fonction de leur hauteurpour diverses valeurs de la tension
appliquée
àFIG. 7. - Nombre N
d’impulsions par minute
l’électrode
collectrice,
de 1 600 à 2 000 volts. Nousavons ensuite déterminé ces courbes avec une
pression
deremplissage
de1,4
kg fcm2.
Toutes cescourbes sont en bon accord avec les courbes
théo-riques.
Nousreproduisons
parexemple (fin. 7)
lacourbe obtenue avec :
Pression
d’argon : 1,6
kg /em2.
Tension sur l’électrode collectrice : 1 800 V.
Gain du
système
amplificateur
19 000(le
sys-tème
amplificateur
utilisé lors del’étalonnage
pré-sentait ungain
un peu différent du dernier modèle décritplus
haut maisreposait
sur le mêmeprincipe,
avait les mêmes
qualités
et les mêmes constantes detemps).
’
Nous observons nettement deux
paliers,
la fin dupremier
se situant vers 40 V et celle du secondvers 67 V. Ces indications en volts sont celles du discriminateur.
Compte
tenu del’étalonnage
de ce.
discriminateur,nous
pouvons admettre commefins des
paliers
36,5
V et 61 V. Nous vérifions que61
= 1,4 23 ~
0,6.
D’autrepart,
les hauteurs de ces deuxpaliers
sont à très peuprès
dans lera ort
35.
Ladispersion,
définiepar
ou Ll V estl’intervalle
qui
contient 50%
desimpulsions
observées,
est d’environ6
soit 15%
pour lepremier
groupe departicules
oc etg 67
soit 12%
pourle deuxième groupe. Ces nombres sont
acceptables
Le coefficient de
multiplication
par le gaz estNous calculons ainsi le coefficient de
multi-plication
par le gaz dans les conditions dechaque
expérience
ettraçons
surpapier
semi-logarithmique
les courbes donnant le coefficient de
multiplication
par le gaz M en fonction de la tension de l’électrode~IG. 8. - Coefficient de
multiplication M par l’argon en
fonction de la tension appliquée à l’électrode collectrice.
collectrice pour les deux
pressions
deremplis-sage
1,4
kg ~cm2
et1,6
kg lcm2.
Ces deux courbes(fin.
8)
sont très sensiblement des droites comme leprévit
la théorie.Aucun
démontage
n’est nécessaireaprès
l’étalon-nage. Lapériode
dudépôt
actif du thorium étant10,7 h,
nous attendons une centaine d’heures etp.ouvons
poursuivre
lesexpériences.
3. Distribution des
impulsions
pour des neutronsmonoénergétiques.
---~ Lecompteur
proportionnel
décrit a été construit pour être utilisé en
spectro-mètre de neutrons. Pour déduire le
spectre
deneutrons de la distribution des
impulsions
de reculobservée,
il est nécessaire d’avoir la distribution de la hauteur desimpulsions
pour des neutronsmono-énergétiques.
Nous pouvons déterminer par le calcul cette distribution. Nous nous réservons devérifier
expérimentalement
que lecompteur
placé
en
présence
d’un faisceau de neutronsmonoéner-gétiques
donne desimpulsions
dont la distributionest en accord avec ce calcul.
Nous conviendrons de mesurer les hauteurs
d’impulsion
en fonction del’énergie
des neutronsEn
plutôt
qu’en
électrons-volts. Autrementdit,
si Pdésigne
la hauteur del’impulsion
enélectrons-volts,
nousexprimerons
les distributionsintégrale
etdifférentielle des hauteurs
d’impulsions
par desfonctions
F(%J
etp
[2].
Le taux decomp-tage,
c’est-à-dire le nombre totald’impulsions
par neutronmonoénergétique frappant
leradia-teur,
s’exprime
pars(E,,). E(En)
est l’efficacité de l’ensembleradiateur-compteur.
Avantd’expliciter
lesfonctions P
etF(f)
nous allons étudiercette efficacité.
4. Efficacité du radiateur. - C’est le nombre
moyen de
protons
de reculproduits
quand
unneutron
frappe
le radiateur et détectés par lecompteur.
Dans le
système
dulaboratoire,
soit 6l’angle
entre les
lignes
de fuite du neutron incident et duproton
de recul.D’après
leprincipe
de conservation del’énergie,
l’énergie .E
d’unproton
de reculest ~E
= jeu
côs2 6. Cetteénergie
est maximum pourune collision de front
( = 0) auquel
cas elleprend
la valeur
.Emag
=En.
Quand
un neutrond’énergie
En
frappe
leradia-teur mince
d’épaisseur t,
le nombre deprotons
émis dans unpetit
angle
dw défini par d6peut.
s’exprimer
par :où v
représente
le nombre d’atomesd’hydrogène
6 A
t
l’épaisseur
du radiateur,
6 la section de choc totale
iieutron-proton,
6 cos
0représentant
la section de choc différentielle dans la direction 0[3].
2a~ sin 0 dO
représente
dco dans lesystème
du laboratoire. Nous allons examinerquelle
est la fraction de ces nprotons
de recul émispar le
radia-teur
qui
est détectée par lecompteur.
~~’m. 9. - Géométrie du
dispositif expérimental.
Le radiateur se trouve à la distance
2,7
cm de l’entrée ducompteur
et la collimation est assuréepar un écran définissant
l’angle
8~
de lafigure
9.Le parcours d’un
proton d’énergie
E dansl’argon
normal estR(E)
exprimé
en cm. Dansl’argon
à lapression
p, ce parcours estR(E)
(p
enkg
fcm2).
Leparcours utile dans le
compteur
(argon
à lapres-sion
p) est
doncCe parcours dans
l’argon
à lapression
pcorres-pond
à un parcours dansl’argon
normal :Pour entrer dans le
compteur,
unproton
doitavoir un parcours
supérieur
à2,7
p cm dansl’argon
normal.
,
Soit
2,7
X1,6
=4,32
cmpour le
compteur
rempli
à1,6 kg /em2,
soit1,4
MeV.Soit
2,7
X1,4
=3,78
cmpour le
compteur
rempli
à1,4
kg Icm2,
soit1,3
MeV.Nous allons
poursuivre
les calculs pour lecomp-teur
rempli
à1,4
kg /cm2.
Seuls lesprotons
de recul dontl’énergie
estsupérieure
à 1,3
MeVpourront
être détectés par le
compteur,
à condition bien entenduqu’ils
ne soient pas arrêtés par l’écran.8 varie de 0 à 6 défini ar t 8 =
11
Cos2 0 varie de 1
~ varie donc de
En
à0,84
En.
1er CAS :
En #
1,3
3IeV. - Lecompteur
nedétecte
aucuniproton
de recul. Tous ont desénergies
trop
faibles pour entrer dans lecompteur.
2e CAS :
1,3 MeV ~ ~ ~ 1,55
l~leV. 2013 Tous lesprotons
de recul ont desénergies comprises
entre1,3
MeV etEu.
Ils ont des directions tellesque 0
0.
donc ne sont pas arrêtés par l’écran etentrent dans le
compteur.
L’efficacité du radiateurest mesurée par :
où
l’angle
01
est défini parEn
cos201 = 1,3
et finalement
Nous remarquons que, dans ce cas, le parcours
des
protons
dans lecompteur
est trèsfaible,
dansune
région
où lamultiplication
par le gaz se faitmal.
3e CAS :
En # I,55
MeV. - C’est de loin le cas le ,plus
intéressant. Icil’angle
00
limite lesprotons
acceptables.
L’efficacité du radiateur estavec
soit
Autrement
dit,
un neutrond’énergie
En )
1,55
MeV tombant sur le radiateurproduit
0,16
viaprotons
de recul détectés par lecompteur.
Lesénergies
de cesprotons
sont étalées entreEn
et.En
cos28Q
=0,84
En.
Nous allons donner un ordre de
grandeur
pours(~).
Nous remarquons quel’expression E(Ex)
faisant intervenir a, nécessairemente(En)
est faible. Laparaffine
utilisée pour le radiateur contient le 1/7
de sonpoids
enhydrogène.
Le nombre v denoyaux
d’hydrogène
par cm3 dans le radiateur est doncLe
prcduit tv représente
le nombre de noyauxd’hydrogène
par cm2 dans le radiateur. Nouspour-suivons le calcul pour le radiateur de 830 ~.g
/cm2 :
En tenant
compteur
des valeurs de la section de chocneutron-proton,
nous obtenons poure(jE’M)
lesDétermination des fonctions
f (P
lEt¡¡)
etF(P
/En) .
-- Nous supposons
E~ >
1,55
MeV. Soitp(E)
dE laprobabilité
pour unproton
de reculproduit
dansune collision d’avoir une
énergie
comprise
entre Eet
E +
dE. La fonctionf (P /En)
donnant lespectre
différentiel des
impulsions
est liée àp(E)
par larelation
La distribution
intégrale
desénergies
desprotons
de reculs’exprime
par une fonctionF p .
Nousprendrons
pour définition de cette fonction le nombre deprotons
donnant uneimpulsion
supé-rieure à une valeur donnée
P,
parproton
de reculproduit.
TOLa valeur donnée .P doit être
supérieure
àProie
correspondant
àl’énergie
minimum0,84
E,,
desprotons
de recul détectés par lecompteur
dans lecas considéré.
Pm~g
estl’impulsion correspondant
àl’énergie
maximum En
du recul. Pour un neutron tombantsur le
radiateur,
on a tvaprotons
de reculproduits
donc le taux decomptage
(nombre
d’impulsions
supérieures
àP
sera donné p ar --- tvaF (P En).
Il est alors évident que si onprend
P =.Prma?
ondoit trouver pour
1J(Pmil1)
le nombre totald’impul-sions par neutron incident soit
1J(Pmin)
=z(En)
cequi donne
Nous allons calculer
séparément p(E)
etuL
enfonction de
E
etde En.
°Calcul de
p(E).
-L’énergie
d’unproton
de reculdiffusé dans la direction 0
(système
dulaboratoire)
est liée à
l’énergie
En
du neutron incident par larelation E =
E~~
cos2 0. Laprobabilité
pour quedans une collision le
proton
de recul soit diffusédans la direction 0 est >
La
probabilité
pour leproton
de recul d’avoir uneénergie comprise
entre E et E -E- dE est donnéepar :
on Ù et E st)iit liés par la relation E =
En
cos2 0Par
suite,
laprobabilité p(E)
pour un reculd’énergie comprise
entre E et E -~- dE d’êtreproduit
dans une collision est donnée par :Si nous considérons une
énergie
E.En
cos200
=
0,84
En
laprobabilité
d’émission duproton
de recul est 1/.E nmais
le recul étantproduit
dans unedirection 0 >
00
n’est pas détecté par lecompteur.
Pour une
énergie
E telle queE~
cos260
~E j En
la
probabilité
d’émission duproton
de recul est1 /En
et ce recul est détecté par lecompteur.
Pour une
énergie
.E >En,
laprobabilité
d’émis-sion est nulle.En résumé. - La
probabilité
pour unproton
derecul
d’énergie
comprise
entre E et E -E- dE d’êtreproduit
dans une collision et détecté par lecompteur
est donnée par :Calcul de dE
/dP.
---- Soit.~(E)
le parcours en cmdans
l’argon
normal d’un reculd’énergie
.E. Le parcours utile dans lecompteur
ramené àl’argon
normalP(P)
est lié àR(E)
par la relation :(1) R(P) = R(E) - 2,7
p.Une bonne
approximation
pour la relationénergie-parcours
est fournie parRR(E) =
r/,/E3/2.
Donc
R(P) -
oeP3’2 et nousdésignerons
par
Ro - oeEg’2
le parcours dansl’argon
normal du reculd’énergie
maximumEn.
Avec ces notationsla relation
(1) peut
s’écrire :ou
après
division paroeEn3’2
soit en différentiant :
En
est une constante. Parconséquent :
8 A
distribution différentielle de la hauteur des
impul-sions
p
=En
p(E) dE
s’explicite
doncpar :
Les valeurs extrêmes que
peut
prendre
Pcorres-pondent
auxénergies 0,84
.En
et.En
extrêmes desprotons
de recul détectés par lecompteur
°
donc
La fonction F
( p )
représente
la distribution desimpulsions supérieures
àP, P
étant choisisupérieur
àFmin
doncsoit en utilisant
Nous
rappelons
que.Ro
désigne
le parcours dansl’argon
normal du reculd’énergie
maxi-mum E ==En.
Fie. 10. - Distribution
intégrale
de la hauteur des impulsions.
Nous avons construit les courbes
F(P
/En)
enfonction de pour les valeurs de
E" ~
2 et3 MeV
( fig.
10).
Conclusion. -- Nous avons
essayé
lecompteur
enprésence
d’un faisceau de neutrons dans les condi-tions suivantes :Des deutons sont accélérés à 600 keV environ
dan s un accélérateur du
type
Grein acher et tombentsur une cible
épaisse
debéryllium.
Ce sont pas de bonnes conditions d’essai
puisque,
d’une
part,
les neutrons de la réactionn)Bi°
répartis théoriquement
en groupes sont en fait trèsdispersés
par l’utilisation d’une cibleépaisse
et,
d’autrepart,
à 600 keV le rendement en neutronsrapides
de la réaction étant encore assezfaible,
il ne saurait être
question
de collimater le faisceau.Enfin, l’analyse
mêmegrossière
du faisceau deneutrons par des détecteurs à feuilles dénonce
quelques
défectuosités dans le fonctionnement actuel de l’accélérateur.Les résultats obtenus ont été les suivants : Le nombre de
protons
de reculprovenant
du radiateur deparaffine
ducompteur
(830
yg /cm2)
est obtenu en faisant la différence du nombre de
protons
comptés
enplaçant
successivement devantl’entrée du
compteur
le radiateur ou leblanc,
lenombre de
protons
étant ramené à un mêmefonc-tionnement du
générateur
à l’aide des indications d’un moniteurBF.
Dans cespremières
mesures, nous n’avons pu mettre en évidence aucunediffé-rence
significative.
Nous avons alorsrepris
ces mesures avec un radiateurépais
de 5mg fcm2
darsle but
d’augmenter
l’efficacité de ce radiateur.Nous avons alors obtenu deux fois
plus
deprotons
avec le radiateur en face du
compteur
qu’avec
leblanc. Nous avons attribué le
trop
grand
nombrede
protons
parasites
enpartie
à là vapeur d’eauFie. 11. - Nombre N des
impulsions par minute,
pro-venant des protons de recul produits par le radiateur,
en fonction de leur hauteur. Le compteur est placé
dans le faisceau des neutrons de la réaction Be9(d, n)Bro
et met en évidence un groupe de neutrons de 2,5 MeV.
Coefficient d’amplification (multiplication par le gaz et
gain électronique) = 52 500.
qui pourrait
se trouver dansl’argon
deremplissage
du
compteur,
enpartie
à laprésence probable
sureffectué un
remplissage plus
lent ducompteur
enfaisant passer
l’argon
dans un tube en U contenantdu
Cl2Ca
etP2ÜS.
D’autrepart,
nous avons chauffé sous vidependant
plusieurs jours
lecompteur,
dégazé soigneusement
porte
radiateur et blanc. De nouvelles mesures faites dans les mêmes conditions’ que
lespremières
ontpermis
de constater l’efficacitéde ces
opérations.
Le nombre deprotons
obtenusavec le radiateur est alors
plus
dutriple
du fondparasite.
Ces dernières mesurespermettent
demettre en évidence un groupe de neutrons
à
2,5 MeV,
sansgrande signification puisque
nousavons à la fois une cible
épaisse
et un radiateurépais
( fig. 11).
Notre travail se
poursuit
et nousespérons
donnerdans un
prochain
article des résultatsprobants
demesure.
L’ordre des
opérations
à effectuer est le suivant :1) emploi
de cibles minces debéryllium ;
2) augmentation
du rendement dugénérateur
enneutrons
rapides,
enparticulier
par l’élévation dela tension d’accélération des deutons. Il sera alors
possible,
avec une cible deplus
petites
dimensionset une
plus
grande
distance de la cible au radiateur ducompteur,
d’obtenir une meilleure canalisationdes
neutrons ;
3) dégazage plus soigné
ducompteur,
installation éventuelle d’unepurification
permanente
du gaz,et
montage
d’un radiateurplus
mince.Ce travail a été effectué à l’Institut de
Physique
Atomique
deLyon ;
nous remercions le Pr J.Thi-baud, Directeur,
pour les moyens mis à notre dispo-sition. L’un de nous a bénéficiépendant
l’exécutionde ce
travail,
d’une allocation du Centre Nationalde la Recherche
Scientifique.
Unepartie
du matériela été
acquise
aumoyen,de
subventions attribuéespar le Commissariat à
l’Energie
Atomique.
Manuscrit reçu le 16 juillet 1956.
BIBLIOGRAPHIE
[1] ELMORE, Electronics N. N. E. S., vol. 1, MacGraw Hill Book Co.
[2] ROSSI et STAUB, Ionization chambers and counters,
N. N. E. S., vol. 2, Mac-Graw Hill Book Co.
