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Émission de positons par les sources radioactives
A.I. Alichanow, A.I. Alichanian, M.S. Kosodaew
To cite this version:
ÉMISSION
DE POSITONS PAR LES SOURCES RADIOACTIVESPar A. I. ALICHANOW, A. I. ALICHANIAN et M. S. KOSODAEW. Institut
Physico technique
deLeningrad.
Sommaire. 2014 1. Les sources radioactives de Th (C + C") et de Ra C qui émettent des rayons 03B3 et des
particules 03B2, émettent des positons dont le nombre est 3.10-4 fois celui des atomes désintégrés. 2. Ces
positons paraissent avoir deux origines différentes : a) conversion interne des rayons 03B3, sur les niveaux
d’énergie cinétique négative; b) matérialisation de l’énergie cinétique des rayons 03B2, au moment de la
désintégration. 3. Avec cette hypothèse, les résultats expérimentaux s’accordent avec la théorie de la conversion interne des rayons y de Jaeger et Hulme. 4. Dans la répartition par énergies des positons pro-duits par les rayons 03B3 dans le Plomb, se révèle une asymétrie due à l’action du champ du noyau sur le
positon. La courbe expérimentale s’accorde bien avec celle prévue par Jaeger et Hulme. 5. Les résultats de l’étude du processus de formation des paires sont conformes aux calculs de Bethe et Heitler. 6. Nous n’avons pas réussi à mettre en évidence, par notre méthode d’analyse, la formation de paires par les particules 03B2 de Ra C.
1. Introduction. - Nous avons montré, dans un article
précédent (1),
qu’un
tube de verre mince con-tenant du Radon émet despositons.
La méthode quenous avons
imaginée
et mise en 0153uvre combine laclassique analyse magnétique
etl’enregistrement
des coïncidences dans deuxcompteurs
deGeiger
et Müller. Lespectre
d’énergie
de cespositons
nous les a fait considérer comme dûs pour unepart
à la conversion interne des rayons ~, pour l’autre(la principale),
àd’autres
causes,principalement
à la création depaires
par
les électrons au moment de leur émission.Le Radium C émet des rayons
[3
d’énergie
maxima3250kVe,
et en mêmetemps
unspectres
,,complexe,
dans lapartie
dureduquel
se détachent surtout les deux raies 1 780 et 2 ~20 kVe. Pour étudierséparément
les deux effetssupposés,
il faudraitutiliser,
d’unepart
des sources radioactives émettant seulement desrayons ~
trèsrapides,
de l’autre des sourcesmonochro-matiques
de rayons ydurs,
n’émettant que desrayons
lents. Nous ne connaissons malheureusement pas de sources de la
première
sorte. Le RadiumE,
seul, a unedésintégration 8
sans rayons -,,, mais la limite deson
spectre
esttrop
basse(1
25UkVe)
Les autres sub-stances àdésintégration X
- commepar
exemple
les substances radioactives artificielles - ou émettent desrayons y, ou ne
permettent
depréparer
que des sourcestrès faibles. Le Thorium
(C +
C")
sa tioe laipartiellement
à la seconde condition : il émet bien des rayons y dursmonochromatiques,
d’énergie 2620
kV. Mais sonspectre ~
de limite 2 220kV,
est riche en électronsrapides. Néanmoins,
comme cette limite est inférieure àl’énergie
des rayons y, onpeut
s’attendre à une divi-sion assez nette de deux effetsimaginés.
L’émission intense des
positons
par ledépôt
actif duThorium est
déjà
connue. J.Chadwick,
P. Blackett et G. Occhialini ont observé à la chambre de Wilson 24positons pour 2000 particules fi,
soit environ,1 pour 100. ’
Thibaud (’),
atrouvé,
par la méthode destrochoïdes,
que le Ra Th émet despositons
bienplus
nombreux, que ceux queproduiraient,
dans duplomb
entourantsource, les rayons y de Th C".
Dans ce
qui
suit,
nous étudions lesspectres
des po-situons émis par Th‘C
-j-
C~)
et RaC,
nous mesuronsle
rapport
de leur nombre à celui desparticules ~,
etnous examinons le
spectre
despositons
produits
dans. une mince feuille deplomb
irradiée par les rayons y deTh C’ et de Ra C. Nos résultats sur les
positons
dus à l’action des rayons y sur la matière sont en accord avec ceux de nosprédécesseurs ;
il n’en est pas de mêmepour les
positons
des sources radioactives.Nous ne retrouvons pas non
plus,
pour la formation depositons
par passage desparticules p
à travers lamatière,
les résultats de D.Skobelzyn
et E.Stepa-nowa
(’).
Nous n’avons pas réussi à déceler la forma-tion depositons
par passage desrayons ~
de Ra Càtravers des lames d’Al ou de Pb. Tout au
moins,
leurs nombre estplusieurs
fois moindre que celui desposi-tons
produits
dans la même lame par les rayons y de Ra-C,
alors qued’après Skobeizyn
etStepanowa,
leurprobabilité
de formation devait être cent foisplus
grande.
2.
Appareil. -
Notreappareil
d’étude desspectres.
de
positons
et d’électrons se compose d’uneboiteplato-de laiton boiteplato-de 25 X 12 X 4 cm et de deux
compteurs
de-Geiger
et Müller(fig.
1).
Lestrajectoires
ont 20 cmFig. 1. - S, source; 1, fente pour diminuer.la divergence du faisceau d’électrons; 2, roue avec des filtres;
C’ et C", compteurs; 3, le cylindre autour du compteur C" avec les filtres.
de diamètre, c’est-à-dire 30 cm de parcours
jusqu’à
la deuxième fente dupremier
compteur.
Ladivergence
dufaisceau,
limité par 1 t écrans d’Al et les fenêtres descompteurs,
et focalisé par lechamp magnétique,
Fig. 2. - Le
spectre de Th (B -~- C + C"). Sur la courbe sont
marqués les points (noirs) provenant des mesures de
Kao-Chang-Wang
est de 30° dans le
plan
de lafigure.
Lapremière
fente dupremier compteur
a 12mm delarge,
la deuxième 1 cm, alors que la section du faisceau n’a que 6 mm, lafente du second
compteur,
2,6
cm, alors que le faisceau a1,9
cm.Perpendiculairement
auplan
de lafigure,
les fentes des Il écrans d’aluminium et lapremière
dupremier
compteur
définissant le faisceau ont 1 cm les deux dernières 13 et 18 mm.D’après
cesdonnées, 1,4
millième desparticules
émises sedirigent
vers lescompteurs.
Unquart
est encore arrêté par unegrille
placée
à l’entrée dupremier
compteur qui
réduit à 90 mm2 la surface libre de la fente.Dans notre
précédent
appareil
(1),
des électronspou-vaient pénétrer
dans lescompteurs
après
s’être réfléchis deux fois sur lesparois
del’appareil,
quand
lechamp
utilisé était faible. Les 1 i écrans d’Al et lespièges
(fig. i)
remédient à cet inconvénient. Lesparois
del’appareil,
et lepremier
écran sont assez loin de la source pour que despositons
arrachés nepuissent
passerdans
les deuxcompteurs.
Une roue dentée muepar un
rodage
porte
des filtres que l’onpeut
placer
devant la source. Lescompteurs
sontséparés
du restede
l’appareil
par un film de nitrocellulose de3 ~
d’épais-seur collé à la
picéine
sur les bords de lapremière
fente,
etappuyée
sur lagrille
(au
lieu de la feuille d’Al de10 ~
du modèleprécédent).
La diffusion desélec-trons,
importante
surtout auxpetites énergies,
est ainsi diminuée. Deplus, grâce
àl’agrandissement
des fentesultérieures,
unegrande partie
des électrons diffusés dans le film sont tout de mêmecomptés.
Pour assurerle fonctionnement normal des
compteurs,
le film de nitrocellulose estlégèrement argenté,
parévaporation,
sur la face tournée vers le
compteur,
et les deux der nières fentes sont couvertes de deux lames d’Al165
l’appareil
est deO,O L
1 à0,1
mm de mercure, dans lescompteurs
10 à 15 cm. Lesspectres
d’électrons et depositons
donnés par notreappareil
ne sont altérésqu’au-dessous
de 1 i0 kV.On
peut
limiter ladivergence
du faisceau au moyen d’une lame mobile deplomb, épaisse
de 2 mm,recou-verte de 1 mm
d’aluminium,
etpercée
d’un trou de 3 mm dediamètre,
fixée à laparoi
laplus proche
de lasource.
3. Etude de
l’appareil
et de la méthode d’ob-servation. - Nous avons pu, par une séried’expé-riences de contrôle : 1. Nous convaincre que presque tous les électrons traversant le second
compteur
sontenregistrés
par la méthode des coïncidences. 2. Déter-miner l’intensité maxima des sources utilisables. 3. Voir comment le nombre de coïncidencesspontanées dépend
du nombre dedécharges
dans lescompteurs,
etquelle
estl’origine
de ces coïncidences. 4. Mesurer dansquel
rapport
lediaphragme
mobile diminue le nombre departicules
reçu par lescompteurs.
5. Calculer le nombre absolu departicules
émises par la source S et le comparer avec son activité déduite de la mesured’intensité de son
rayonnement
y.1. On
place
en S une source faible de Ra E ou Th(B
+
C+
C").
Oncompte
pour diverses valeurs duchamp
magnétique,
lesdécharges
dans lepremier
etdans le deuxième
compteur,
puis
le nombre descoïn-cidences. Ce dernier nombre est de 10 à 15 pour 100 inférieur à celui des électrons
enregistrés
par le deuxièmecompteur :
TABLEAU 1.
La
pression
dans lescompteurs
était 12 cmHg.
Le nombre desdécharges
dans lepremier
compteur
était de 50 pour 100plus grand
que dans lesecond,
parcequ’il reçoit
les électrons diffusés par lesparois.
En l’absence de
pièges (cas
de notrepremier
ap-pareil)
onpeut
avoir 5 à 10 foisplus
dedécharges
dans lepremier compteur
que dans lesecond,
et cerapport
varie avec lechamp.
Cet effet a causé une erreur sur le rendement en
positons
de RaC,
que nous avonstrouvé,
avec notrepremier
appareil,
6 à 8 foissupérieur
au rendementréel (1).
2. Si le nombre des
décharges
dans lescompteurs
est
trop
grand,
les traversées simultanées des deuxcompteurs
ne sont pas toutesenregistrées :
ellespeu-vent se
produire pendant
que dure encorel’impulsion
due à la traversée d’un seulcompteur.
Pour chercherquel
nombre maximum dedécharges
onpouvait
ad-mettre,
on irradiait directement lescompteurs
par des rayons y dont on variait l’intensité. Oncomptait,
pour un nombre donné dedécharge
dans lescomp-teurs,
descoïncidences,
accidentelles ouprovoquées
par le passage soit d’un électron derecul,
soit d’uneparticule
cosmique
à travers les deuxcompteurs
lais-sant en
place
la source y. Puis onappliquait
lechamp
magnétique,
on introduisait dansl’appareil
une source faible de RaAB
et oncomptait
les coïncidences. Onrecommençait, après
avoir enlevé la source y,puis,
enfin, après
suppression
duchamp
magnétique,
cequi
donnait le nombre de coïncidences dues aux rayonscosmiques.
Les résultatsfigurent
au tableau II.TABLEAU II.
1 ,
Quand
le nombre total dedécharges
estgrand,
30 pour 100 des
particules
ne sont pascomptées.
On nepeut
donc pas utiliser dansl’appareil
une sourcetrop
forte. Le tableau IIcorrespond
à une source de(1 ) Pour mesurer le rapport du nombre de positons au nombre
de particules ~ nous avons utilisé une faible source de RaEm. dont les positons pouvaient être mesurés pour 2 ou 3 valeurs du champ magnétique. En changeant le signe du champ magnétique, nous n’avons pas pu compter les électrons, parae que leur nombre était trop grand. Le nombre de coïncidences s’est trouvé mesurable seulement pour la fin du spectre
continu de RaC D’après les mesures dans cette région du
spectre ~ on a évalué le rapport entre le nombre de positons et le nombre d’électron émis par Ra C. Cependant, le nombre d’électrons diffus dépasse considérablement le nombre
d’élec-trons dirigés par le champ magnétique dans le premier et dans le second compteur. Cette circonstance a conduit à un si grand nombre de décharges dans le premier compteur et à une si
petite grandeur d’impulsions que la plupart des électrons
qui étaient passés à travers le premier et le second compteur
10 à 12 mg de Ra
équivalent séparée
descompteurs
par un écran(~).
Dans nos mesures
réelles,
les sources étaient de 1 à 3 mg, et ne donnaient pasplus
de 150 à 230décharges
par minute.3.
L’origine
des coïncidencesproduites
pendant
l’ir-radiation par les rayons Y, en l’absence dechamp
ma-gnétique,
a été déterminée endisposant,
entre lescompteurs,
un filtre deplomb,
porté
par unrodage,
etqui
arrêtait les électrons derecul,
entre les deuxcompteurs :
-. il ne reste alors que les coïncidences.accidentelles ou dues aux rayons
cosmiques.
Les résultats ont été les suivants :TABLEAU III.
Ils montrent que pour 800
décharges
danschaque
compteur
on a 13 coïncidencesaccidentelles,
14 dueseux électrons de recul et 3 aux rayons
cosmiques.
Lepouvoir
séparateur
del’amplificateur
se calcule ,par la formule :(n
nombre de coïncidencesspontanées, r
pouvoir
sépa-rateur,
A3 nombre
dedécharges
dans le scompteurs).
Il est de l’ordre de 10-4 secondes. Onpeut
l’augmenter
~n diminuant le
potentiel
degrille
de lalampe
duquatrième
étage,
mais onrisque
alors de manquer des coïncidences réelles. On diminuait lepotentiel jusqu’au
moment où le nomtre des coïncidences données parl’appareil
en fonctionnement cessaitd’augmenter
cequi
a conduit àadopter
180 V.4. Pour
pouvoir
compter
lesparticules #
émises par Th(C +
C")
ou RaC,
ilfallait,
pour que lescompteurs
ne soient pas traversés partrop
departi-cules,
diminuer le nombre desparticules
~,
ce quel’on faisait de deux manières :
1° En
attendant,
après
avoircompté
lespositons,
assez
longtemps
pour que la source se soit affaiblie 8suffisamment -,2° En
plaçant
sur letrajet
des électrons un dia-gammequi
divisait par 86 le nombre desparticules
parvenant
auxcompteurs.
Ce coefficient de réduction avait été déterminé ainsi : on examinait lespectre
depositons
d’une source de Th(B
-~-
C + ~‘ )
de 1 mg,(1) Boite de Cu à parois minces de hauteur 6 cm contenant des
morceaux de Tungstène et recouverte de plomb, correspondant
~, une densité moyenne de 16 g : cm3.
donnant un faisceau de
divergence
3(~°.Après 24
h,
onmesurait,
avec lediaphragme,
lespectre
~3.
Enfinaprès
66h,
onrépétait
cette dernière mesure sansdia-phragme.
La
période
dedemi-désintégration
de Th B étant10,6
h.. les activités lors des deux dernières mesures étaient0,2:J
et2,8.
10-3 mg. Lerapport
des intensitésavec et sans
diaphragme
étant1,15,
le coefficient de diminution dediaphragme
est bien75 X 1,15
~ 86.5° Ces
données,
et les dimensionsgéométriques
del’appareil
nouspermettent
de calculer le nombre departicules
émises par une source endéterminant,
avecnotre
appareil,
la courbeexpérimentale
des nombres departicules
en fonction de leurénergie.
L’intervalled’énergie
desparticules comptées
avec unchamp
donné était 3 pour 100 de leurénergie
moyenne. Unesource de Th
(C
---
C")
donnait par minute 80parti-cules d’énergie
moyenne 1000 kV(comprises
dans un intervalle de 30kV).
Pour l’ensemble oncomptait
5000particules,
soit 5 000 X0,71
X 103 X1,35
-
4,8.
106particules
émises autotal,
cequi
cor-respond
à une activité de~,~3. IO-3
mg. La mesure par l’ionisation due aux rayons y a donné(à
20 pour 100près) 2,8.10- 3
mg. Cela montre l’exactitude des mesures avec notredispositif.
Pour avoir une idée de l’altération des
spectres
d’électrons et depositons
depetite énergie,
nous avonsexaminé avec notre
appareil les spectres ~
bien connus de Ra E et Th(B +
C+
C").
On observe(fig. 2)
pour leTh (B
+
C + C")
unedivergence
notable entre notre courbe et les résultats de KanChang Wang
(1)
au-dessous de 170
kV,
divergence qui
semble due à la dif-fusion par le filmqui sépare
l’appareil
descompteurs.
Enrésumé,
notre méthode est valable pour des me-suresquantitatives,
dans larégion
desénergies
de 170 kV et au-dessus.II. Résultats
expérimentaux.
4. Emission de
positons
par ledépôt
actif duThorium
(’).
- La source S était une feuille d’Ald’épaisseur
10 [1.,longueur
1 cm,largeur 1
à1,5
mm,recouverte de
dépôt
duThorium ;
son intensité nedépassait
pas 1 mg de Raéquivalent,
et était mesurée parcomparaison
de son émission y avec celle de0,2
ing de Ra Th.Le nombre de
décharge
descompteurs
était de 200 parminute,
et l’on étudiait le nombre depositons
en fonction duchamp
magnétique.
Ce nombre variait de 3 à 10 par minute. La mesure durait 20 min pourchaque
valeur duchamp,
la durée totale d’utilisation d’une source nepouvant,
à cause de la faible vie moyenne du ThB,
dépasse
6 à 8h,
cequi
donnait auplus
1 500particules
pour toute la courbe de dis-tribution. Lafigure 3, qui
résume les résultats de 10expériences
de cettesorte,
donne le nombre de(i) Iiw Z. Physik., f 93Í,
87,
633.167
positons (réduits
au même intervalled’énergie)
en fonction de leurénergie.
On déduisait le nombre des coïncidPnces
spontanées
des lectures aux trèsgrandes
valeurs duchamp,
pourlesquelles
il y aprobablement
peu depositons
émis.~ ig. 3. - I, le
spectre des positons de
Th (C
+ C"); II, le spectre dPs positons arrachés des parois; 111, la courbe théorique despositons en cas de conversion internc- des rayons y 2 Ù20 kY
(selon Jauger et Hulme); IV, la partie des positons qui reste
après la soustraction de l’effet des rayons y.
Pour déceler les
positons
arrachés auxparois,
et les électronsréfléchis,
ondéplaçait
la source defaçon
àce que les
positons
directs nepuissent
traverser lescompteurs.
On a obtenuainsi,
en utilisant deuxposi-tions
correspondant
à une irradiation desparois
beau-coupplus
intense que dansl’expérience
réelle,
la courbe inférieure de lafigure 3, qui
donne une limitesupérieure
de la correction à effectuer. La courbe réelle du nombre despositons
émis par ledépôt
actif de Th se trouve certainementcomprise
entre la courbe 1 etcelle
qu’on
aurait en retranchant les ordonnées de la courbe de contrôle II.Les
positons
arrachés par les rayons y à la feuille d’aluminium de1 0 p qui
porte
ledépôt
necomptent
pas ; eneffet,
en entourant la source d’une coucheépaisse d’Al,
nous avonsobtenu,
pour lespositons
arrachés à Al lacourbe,
figure
4. Le nombre desposi-tons émis est un peu inférieur à celui de la source nue. Si nous admettons que les
positons
arrachés pros-viennent d’une couche de 1 mmd’épaisseur,
le nombre de ceux arrachés ausupport
de10 ~
d’épaisseur
serait inférieurà ~
du nombre despositons
émis par la100
source nue.On mesurait le nombre des
pérticules ~
de ThC + C’)
après
24 h avec lediaphragme
puis
66 hplus
tard(c’est-à-dire
après
90h)
en utilisant tout le faisceau. Connaissant la constante dedésinté-gration
(10,6 h)
nous trouvons comme rendement enpositons 2,5
X 50-’.Dans une deuxième
expérience
on avait mesuré lespectre
seulement avec lediaphragme.
On a alorsobtenu ~.~.0-~ pour le rendement en
positons.
Mais dans ce cas, la source avait pu être un peudéplacée
lorsde la mesure du
spectre [3.
Cette deuxième déter-mination nousparaît
donc moins sûre.Le
rapport
du nombre depositons
au nombre departicules ~
de Th(C +
C")
est donccompris
entre 2 et ~.10-’p.Nous avons
employé
aussi une deuxième méthode. Encomparant
deux sources de même activité(à
20 pour 10nprès),
l’une entourée d’une coucheépaisse
deplomb,
l’autre nue. nous avons déterminé lerapport
du nombre depositons
émis directement par la source,à celui des
positons
émis dans la lame deplomb
irra-diée par les rayons y : nous avons trouvé 4(avec
une erreur relative inférieure à 25pour 100).
En utilisantune seule source, devant
laquelle
onpouvait,
ou non,placer
un filtre deplomb épais,
nous avons, toutes cor-rectionsfaites,
trouvé pour le mêmerapport
la valeur4
(erreur
relative 1,’~ pour1~0).
Fig. 4. - Le
spectre des positons arrachés par les rayons y de Th C" à une lame épaisse de plomb (l~ et d’aluminium (II).
L’ordonnée N pour l’aluminium est à une échelle 35 fois plus
grande que pour le plomb.
En admettant
qu’un
quart
del’absorption
des rayonsy de Th C" soit due à la formation de
paires,
et que lacouche utile de
plomb
ait uneépaisseur
d’environ0,02
cm, nous trouvons que le nombre depositons
émis par la lame de
plomb
estLe nombre
.LVi
dequanta
y émisparTh
C" étant le1/3
de celui desparticules ~
de Th(C
-~
6’ )
on en déduitComme
d’après
nosexpériences
Ceci en
supposant
que lespositons
soientprojetés
seulement vers l’avant par les rayons y, cequ’indique
la théorie de Bethe et Heitler(1).
Dans tout notre cal-cul nous avons admis des valeurs maxima pour le coefficientd’absorption
anomale etl’épaisseur
de la couche utile de Pb. Notre valeur du rendement enpositons
est donc unCette valeur de l’ordre de
2.i0"~
obtenue par deux méthodes entièrementdifférentes,
est en forte contra-diction avec les données de la littérature.Chadwick,
Blackett et Occhialini1’)
ont observé pourune source faible de
dépôt
du thoriumplacée
dans une chambre de Wilson 2itrajets
depositons
pour ~ 000d’électrons,
soit un rendement de1,~.~U-2,
40 à 60 foisplus
fort que le nôtre.L’erreur
statistique probable
de cesexpériences
à la chambre de Wilson est de 20 à 30 pour100,
insuffi-sante pourexpliquer
ladivergence,
dont nous ne com-prenons pasl’origine,
d’autant moins que nos résultatssur l’effet de matérialisation sont en bon accord avec
ceux des mêmes
auteurs,
Nos résultats ne concordent pas non
plus
avec ceuxque Thibaud
(3)
a obtenus par la méthode destro-choïdes. Cet auteur trouve que la source nue de Ra Th émet
plus
depositons
quequand
elle est entourée de Pb. Il en est de même pour la source de Em Ra. Noustrouvons au contraire que le
dépôt
actif du thoriumémet 4 à 5 fois moins de
positons
nuqu’entouré
de Pb. Demême,
comme on le verraplus
loin,
nous trouvons pour un tube mince nu d’Em Ra une émission deposi-tons de 20 pour 100 moindre que pour ce même tube entouré de Pb.
5.
Analyse
despositons
de matérialisation.- Nous avons examiné la
répartition
parénergies
despositons
émis par une lameépaisse
deplomb,
irradiée par les rayons y de Th C". Lafigure 4
donne la courbe obtenue. Nous avons obtenu aussi lerapport
du nom-bre de cespositons
au nombre des électronsproduits
simultanément(électrons
dereculs,
photo-électrons,
électronsprovenant
depaires) :
pourcela,
nousana-lysions,
20 hplus tard,
avec la même source larépartition
des électrons dont lespectre
est donnéfigure 5 :
il montre deux fortes raiescorrespondant
à celles à 606 et 2 620 kV duspectre
y deTh C",
et unpetit
maximum,
suivi d’une chutebrusque,
pourl’éner-gie
3 200kV,
qui correspond
à laraie y
de Th C" de 3 200kV,
due au passage direct du noyau excité Th D au niveauprincipal.
Chadwick,
Blackett et Occhialini avaient observé à la chambre de Wilson un certain nombre d’électronsd’énergie
voisine de 3 000 kVe.(1) H. BE1HE et ~V. HEITLER. Proc. Roy. Soc. (A),
1934,146, 83.
cit.cit.
La valeur que nous obtenons pour le
rapport cherché,
0,07,
est voisine de celle de ces derniers auteurs,0,08.
Fig. 5. - Le
spectre des électrons de recul et des photoélectrons
produits par les rayons y de Th (C -~- C").
En réalité il
faudrait,
pour calculer lerapport
entre le coefficientd’absorption
anomale et celui del’absorp-tion
Compton,
ne tenircompte
que des électrons pro-duits par la raiey de 2
62U kV. On trouverait alors0, 11
et,
enrejetant
les électrons depaires, 0,1~.
Comme le parcours despositons
est environ1,8
fois moindre queFig. 6. - I, le
spectre des positons produits dans Be + Pb 25 y
par les rayons y de Th C + Cn); II, le même dans le cas de Be.
celui des électrons de recul et
photoélectriques,
la couche efficace se trouve réduite pour eux dans le mêmerapport,
cequi
donne pour lerapport
du nombre depositons
et d’électrons(de
recul etphoto-électriques) produits
dans une même couche mince de Pb :0,22.
Pour avoir
l’aspect
réel duspectre
despositons
dematérialisation,
nous avons utilisé une couche de Pbd’épaisseur
25 tt, assez faible pour que larépartition
entre les
énergies
ne soit pas altérée par les différencesd’épais-169
seur destinée à absorber les
positons
émis par lasource elle-même
portait
d’un côté la lame dePb,
de l’autre la source de Th C". Lespositons
émis le sont d’unepart
par la lameépaisse
deglucinium,
de l’autre par la feuille deplomb.
Ourépète l’expérience
sans lafeuille de
Pb,
et l’on soustrait le nombre obtenu(après
une
petite
correction pour tenircompte
del’absorption
de la feuille dePb)
du nombre depositons
donné par lapremière expérience.
L’expérience
a étérépétée
deux fois : les résultats sont donnésfigure
7(1).
On acompté
pourchaque
point
environ 150particules.
Fig. 7. - II, le spectre des positons produits dans une feuille de
plomb (d’épaisseur 25 li) par les rayons y de Th C" ; I, le spectre théorique selon Jaeger et Hulme.
Il est intéressant de comparer l’intensité de l’émission de
positons
de matérialisation parPb,
Al et Gl. Comme les sources de rayons y utilisées étaientidentiques (à
20 pour 100près),
cette compa-raison est donnée par lesrapports
des surfaces des courbes derépartition
despositons
parénergies.
D’après
lathéorie,
laprobabilité
de formation despaires
estproportionnelle
au carré du numéroatomique
de la substance irradiée.Comme,
d’autrepart,
l’épaisseur
de la courbe utile est inversement propor-tionnelle au nombre d’électrons dans l’unité de volume onprévoit,
pour laprobabilité
de formation despaires,
une loi linéaire en Z. Pour leplomb
et l’aluminium celacorrespond
aurapport 6,3.
Lesexpériences
nous ontdonné 5 ;
étant donné leurprécision,
la concordance est bonne. Elle l’est moins pour leglucinium.
Nous avons obtenu1,5
pour lerapport
Al/Gl
alors que l’onprévoit
3. Deplus,
lesexpériences
avec la feuille de Pb mince nouspermettent
de comparer directement lesspectres
depositons
du Glet du Pb : nous trouvons que, si la loi de
proportion-nalité à Z est
exacte,
on devrait supposer pour Gl une couche utile de 3 mmd’épaisseur,
d’où lespositons
sortent sans ralentissement sensible. C’est au moins le double de cequ’on
pouvait
attendre,
pour despositons
d’énergies
distribuéessymétriquement
autour du maximum de 800 kV.Toutefois,
il nous semble encoreprématuré
de conclure.6. Recherches avec la source de
Ra C (1).
- Ilétait intéressant de les
reprendre
avecl’appareil
amélioré,
et d’étudier lespositons
émis comme dans le cas de Th(C
-~-
C’’),
enparticulier
dediminuer,
par unplus
grand
nombre de mesures l’erreurstatistique
sur la courbe de
répartition.
,Fig. 8. - I, le
spectre des positons de Ra C; II et III, les spectres
des positons de la conversion interne de rayons y 9 i60 kV et 2 220 kV; IV, le spectre des positons qui restent après la
sous-traction de l’effet des rayons y.
La source était un tube d’émanation en verre très
mince,
d’activité 2 à 4 mC.L’épaisseur
desparois
nedépassait
pas 10 à i3 y. Lafigure
8 donne la courbe derépartition
despositons.
Elle résulted’expériences
avec 3 sources d’intensités différentes. On a
compté
environ 1000
particules
pourchaque point.
Lespectre
étaitmesuré,
sansdiaphragme,
44jours après
l’expérience
sur lespositons :
ilpassait
alors auplus
fa à 20 électrons par minute dans lescompteurs.
Fig. 9. -
I, le spectre des positons produits dans une feuille de
plomb (d’épaisseur 25 par les rayons y de Ra C; II, la partie due aux rayons y de 1 760 kV; III, la partie due aux rayons y
de 2 220 kV.
Le
rapport
du nombre depositons
au nombre departicules
à été trouvé de2,5
à ~.i0-~ pour Ra C. (i) aature, 1935,1.36, 719.TABLEAU I~~.
Nous avons
trouvé,
pour lerapport
entre les nombres depositons
émis par le tube entouré de :plomb épais,
et nu,9 ,10.
: Le coefficientd’absorption
dû à la formation despaires
par les rayons y de RaC(raies
dues 1 780et 2 220
kV)
était2,8
fois moindre que pour ceux de ThC",L’épaisseur
de la couche utile de Pb était1,6
fois moindre. Cela donne pour Ra C un rende-ment enpositons
de2,4.10-4;
voisin de celuide Th (C-+
C").
Nous avonscherché,
par de nombreusesexpériences
à déceler l’émission depositons
par Al sous l’action desrayons ~
de Ra C.D’après Skobelzyn
etStepanova,
cet effet est 50 à 100 foisplus
intense que celui des rayons y de RaC. Nous utilisions alternativement des filtres d’Ald’épaisseurs
0,~ ;
0,~ ;
i et 3 mm, etdifférentes
valseurs deHo.
Lesrésultats
figurent
dans le tableau IV.D’autre
part
nous avons mesuré l’émission depositons
par une source nue,puis
par la même entourée d’une couche d’Al de0,5
ou 1 mm : de nombreusesexpériences
nous ont montréqu’un
filtre d’Ald’épaisseur quelconque
diminuetoujours
le nombre despositons.
Si donc l’effet de matérialisation del’énergie
desrayons ~
alieu,
il estplusieurs
fois moindre que celui des rayonsy de
RaC.Nous avons
repris
l’expérience
enchangeant
la matière utilisée et les conditionsgéométriques.
L’ampoule
d’émanation(7
mC)
entourée d’une couche d’ébonite de0,
5 mmqui qui
arrêtait laplupart
despositons
était au fond del’appareil, placée
defaçon
que lespositons
restants nepuissent
parvenir
auxcompteurs.
Al’emplacement
normal de la source, nousplacions,
inclinée à ~~° sur la direction moyenne du faisceauutile,
une lame deplomb d’épaisseur
25 (1.,largeur 3
mm. Cette feuille était irradiée par les rayons yet ~
del’ampoule,
filtrés par les0,5
mmd’ébonite. Les
positons comptés
sont ceuxqui
fontavec le
rayon ~
primaire
unangle
voisin de90",
et les conditions sont favorables pour observer lespositons
depetite énergie
(particulièrement
nombreuxd’après
les résultats deSkobelzyn
etStepanova).
En effet, lespositons
depetite
ongrande
vitesse sortent aussi facilement de la feuille mince deplomb,
tandisqu’avec
un filtre
épais
d’Al entourant la source, la couche utileest bien
plus
importante
pour lespositons rapides
des-rayons y, que pour ceux,lents,
produits
par les. rayonsP.
Fig. 10. - Le
spectre des positons produits dans une lame épaisse-de plomb par les rayons y de Ra C.
On observait dans ces
conditions,
un nombre très faible depositons
(5
env. parminute)
dont lespectre,
assez peu exact
(150
positons
parpoint),
est donnéfigure
10. Ilprésente
deux chutes de 700 et 1 100 kV. Deplus
en entourant la source de 2 mmd’Al,
qui
arrête les
rayons ~,
le nombre depositons
nechange
pas notablement. Ils sont donc bien dus au rayonne-ment y.Donc,
toutes nosexpériences
pour mettre en évidence l’émission depositons
par l’action d’un faisceau derayons 5
ont échoué. C’est le second cas de contradictionentre nos
expériences
et celles faites à la chambre de Wilson.Bethe et Heitler ont
prévu
théoriquement
que lesprobabilités
de formation depaires
pour les 3raies y
2 620;2 220
et t 780 kV sont entre elles comme5,2;
3,3
et1,25.
Ensupposant
que tous lespositons
émis par la feuille mince deplomb
sont dus aux rayons 1 de RaC et en tenantcompte
du rendement enpositons
duplomb
épais
irradié par les rayons ¡ de Th C" nous pouvons déduire de nosexpériences
cesrapports
de171
les tirons de la courbe
figure
10,
que nous divisons en deuxparties.
Connaissant lerapport
des intensités des deuxraies,
nous trouvonsLe
rapport
de laprobabilité
pour la raiey 2
620 kV de Th C à celle pour l’ensemble des deux raies 2 210et 1 780 kV de Ra C se déduit des
expériences
avec les écransépais
deplomb,
connaissant lerapport
des activités des sources de Th(C
-~-
C")
et deRa C’,
le nombre desquantas
dedésintégration
et enfin lerapport
desépaisseurs
utiles del’écran,
dans les deux cas. Nous avons trouvéCes
rapports
concordent assez bien avec lesprévisions
théoriques.
7. Discussion des résultats. - Les
spectres
depositons
directement émis peu les sources radio-activesprésentent
des chutesbrusques
correspondant
aux
énergies
hv - 2mc5l,
ou lzv estl’énergie
des rayons y de ces sources. On en observe une à la findu
spectre
depositons
de Th(C
-~-
G")
pourl’énergie
1 600kV,
dans celui de Ra C pour lesénergies
760 et 1 200kV,
énergies
mesurées à 2 ou 3 pour 100près.
La chute duspectre
de Th(C
-}-
C’)
currespond
à la raie h v == 2 620 kV durayonnement
y, celle duspectre
de Ra C aux raies y de 1 780 et 2 220 kV. Unepartie
aumoins des
positons
émis est donc due à la conversion interne des rayons y sur les niveauxd’énergie
cinétique
négative
des électrons.Il est intéressant de comparer les
spectres
depositons
directement émis à ceux despositons produits
par les rayons y dans la feuille mince des Pb.Ces derniers
présentent
uneasymétrie
très nette :le nombre de
particules
degrande
énergie
estbeaucoup
plus
grand
que celui desparticules
de faibleénergie,
et la
partie
droite de cesspectres
présente
des chutesbrusques,
moins tranchées que dans lesspectres
di-rects,
mais nettes néanmoins.Cette
asymétrie
tient à ce que lespai res
seproduisent
dans lechamp
électrique
intense du noyau4e
Pb,
decharge positive
82,
qui
tend à ralentir l’électron et à accélérer lepositon :
ce dernieracquiert
de ce fait un excèsd’énergie ;
aucontraire,
pour lespaires produites
dans unchamp
faible,
l’énergie
duquantum
(diminuée de 2 ni c’)
se distribuesymétrique-ment entre les deux
composants.
Cet effetexplique,
dans la courbe despositons,
uneasymétrie
favorableaux
grandes
énergies,
dans celle desélectrons,
au contraire uneasymétrie
favorable aux faiblesénergies.
Il en est de même en cas de conversioninterne,
puisque
lescharges
des noyaux de Th C" ou de RaCsont
pratiquement
les mêmes que celles du noyaude Pb. La seule différence est que nous avons alors à faire à une onde y
sphérique.
Les consirlérations
exposées
ci-dessus sont une illus-trationsimple
et assezgrossière
de la théorie deJaeger
et Hulme
(1),
qui permet
de calculer laprobabilité
de formation depaires
par conversion interne des rayons y. Elleindique
comment cetteprobabilité dépend
del’énergie
duquantum y
et donne larépartition
despositons
parénergies
pour les différentsquantas
y.Les courbes
théoriques
derépartition
despositons
de conversion interne;fig. 4
et7)
présentent
une chutebrusque
pour les valeurs et décroissent gra-duellement en mêmetemps
quel’énergie
despositons.
Jaeger
et Hulme ont aussi calculé larépartition
parénergie
pour la matérialisation dans leplomb (2).
La courbethéorique
est donnée pour Th C" avec la courbeexpérimentale
sur lesfigures
3(III)
et 8(III
etIV).
Nos résultats confirment donc directement cette
théorie,
par laprésence
des chutesbrusques
auxéner-gies
h v - 2 et par ladissymétrie
de la courbe de la feuille mince de Pb. Mais en mêmetemps,
l’aspect
gé-néral du
spectre
despositons
directement émis ne s’ac-corde pas avec lesprévisions théoriques :
lesspectres
de Th(C
-E-
C")
et Ra C sont riches enpositons
de faiblevitesse,
avecmême,
dans ce dernier cas, unléger
maximum pour 600 kV. Cela ne
peut
pasprovenir,
pourbeaucoup
deraisons,
de laprésence
de raies molles dans lespectre - :
les deux raies 1600 et 1800 kV de Th C sont très faibles et laprobabilité
de formation depaires
doit êtrebeaucoup
plus petite
pour elles que pour la raieprincipale
intense de ~ 6~0 kV. La raie inférieure à 1 780 kV laplus
dure et laplus
in-tense de Ra C al’énergie
1 420 kV et nepeut
pas créer depositons d’énergie supérieure
à 400 kV. Les raies molles de Th Cn’apparaissent
d’ailleurs pas dans lespectre
de matérialisation de la feuille mince de Pb.Le rendement en
positons
des rayons y de Th(C-I- C")
est4,5
foisplus grand
quepour Ra C,
dans le cas de l’irradiation duPb,
alors que pour l’émissiondirecte,
r les rendements sont à peuprès égaux,
lerapport
20132013
1
Pb étant
0,2)
pour Th(C
+
C)
et voisin de 1 pour Ra C.Or,
si les raies y~ 6J~0,
2 220 et 1 780 kV sontd’origine
quadrupole,
les rendements doivent êtrethéorique
-ment les mêmes
(les
raies molles n’intervenantprati-quement
pas)
dans le cas de la matérialisation dans le Pb que pour la conversion interne. Si nous admettons que lespositons
directement émisproviennent
tous de la conversioninterne,
nos résultats sont en désaccordcomplet
avec la théorie de formation despaires,
qui
s’appuie
sur les mêmesprincipes
dans les cas duplomb
et de la conversion interne.
Or,
toutes les donnéesexpérimentales
obtenuesjusqu’à
cejour,
sur laproba-(i) J. G. JAE&ER et LI. R HIILME. PROC. Roy. Soc., A, 1935, ’148, Les courbes théoriqiies pour les rayons y de ThC" nous
ont été aimablement communiquées par H. R. Hulme, que nous
bilité de formation des
paires
par les rayons ’Y de Th C" aet Pb
+
Be enparticulier.
sont en accord excellent s avec la théorie de Bethe et Heitler. De même la loi de rdépendance
entre le numéroatomique
Z et le nombre 1 depaires
formées s’accorde aveccelle,
prévue,
de pro- sportionnalité
à Z2.Enfin,
lafaçon
dont la formation des ipaires dépend
del’énergie
des rayons y, par Crane et tLauritsen
(1)
etnous-même,
ainsi que nos résultats (sur
l’asymétrie
des courbes derépartition
despositons
« confirmentégalement
la théorie : il sembleparadoxal
que la conversion interne des mêmes rayons y soiten contradiction absolue avec elle. ,
Nous sommes donc amenés
à supposer
qu’une
partie
seulement despositons
directs est liée aux rayons y. Si nousséparons
cettepartie,
déduite del’importance
des chutesbrusques
descourbes,
1interprétation
des faits devient aisée. Auxraies 2620, 2220
et 1 780 kVcorrespondent,
lors de la conversioninterne,
des ren-dementsproportionnels
à3, 2 ;
2,7
et 1 en bon accordavec les calculs
théoriques
deJaeger et
Hulmequi
don-nent3,5 ; 2,5
et 1. Pour la valeur absolue durende-ment,
nous obtenons4,5
à5,5
X10~,
Jaeger
et Hulmeprévoyant
4,6.10-4.
La
partie
résiduelle duspectre
depositons
a, dansle cas de Th
(C
-~-
C") l’aspect
d’unspectre continu,
avec maximum vers 350-400 kV limité à 1000 kV. La
limite du
spectre 8
étant 2220kV,
il semblepossible
de supposerqu’une partie
del’énergie
cinétique
desrayons 8
se transforme enpaires
pendant
ladésinté-gration.
S’il en estainsi,
la limited’énergie
duspectre
de positons ne doit pas
dépasser
E -M C2
repré-sente
l’énergie
limite duspectre :
: c’est cequ’on
observe aussi bien pour Ra C que pour Th(C
-+-
C").
Lespectre
résiduel de RaCest,
eneffet, continu,
avec maximum entre 300 et 350
kV,
et une extrémité à décroissance lentejusqu’à
1700 kV. La fin duspectre
(1) H. R. CRANE et C. C. LAURITSEN. Intern. conf. onPhysics,
Londres, i93~.
Lprès
la dernière chutebrusque
à 1200 kV est intéres-ante : si elle était due à des rayons yd’énergie
supé-rieure, les ordonnées devraient rester constantes
quand
’énergie
eroît,
puis
tomberbrusquement.
D’autrepart,
¡ïl y avait uneraie y
assez intensed’énergie
supé-rieure à 2220
kV,
elle se manifesterait encoreplus
net-;ement dans lespectre
depositons
de la lame deplomb,
lui
ne montre dans cetterégion qu’un
nombreinsi-gnifiant
departicules.
Nous avons
déjà
examiné,
dans notrepremier travail,
deuxorigines possibles
pour lespositons
résiduels : t° L’existence dans la famille du Radium d’une sub-stancequi
sedésintègre
avec émission depositons ;
12° La création d’une
paire
parparticule g
au moment de la destruction du noyau. Onimagine
difficilementune chaîne de
désintégrations compatible
avec la pre-mièrehypothèse.
Herzfinkiel et Herzhaft(1)
ont d’ail-leurs établiexpérimentalement
que ladésintégration
de Ra Cavec émission depositons correspond,
si elleexiste,
à une activité 10-5 foisplus
faible que ladésintégration
normale.La deuxième
hypothèse
nous sembleplus acceptable,
malgré
desobjections théoriques
sérieuses,
et bienqu’il
ne seproduise
riend’analogue
dans l’action desrayons ~
sur les noyauxétrangers ;
il estpossible
que l’effet soit lié au processusglobal
dedésintégration
~,
et nepuisse
êtrecompris qu’avec
une solutiongénérale
duproblème
de ladésintégration ~ .
En admettant cette deuxièmehypothèse,
nousrapporterons
le nombre depositons
résiduels directement émis à celui desparti-cules ~
d’énergie supérieure
à 2 mc2. Dans le cas de Th(C
+
C’’)
le rendement ainsi calculé est de l’ordre de~,4.
10-1,
dans le cas de RaC, 2,5
à 3.10-4. Cetteanalogie
des rendements pour les deux corps est natu-relle, car leursspectres
diffèrent peu.~1~ H. lIERzpnKIEL et J. HERZHAFT. Roczraikozo