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Une méthode de zéro pour le dosage du radium par le
rayonnement Gamma
A. Piccard, L. Meylan
To cite this version:
UNE
MÉTHODE
DEZÉRO
POUR LE DOSAGE DU RADIUM PAR LE RAYONNEMENT GAMMAPar A. PICCARD et L. MEYLAN.
Laboratoire de
physique.
Ecolepolytechnique.
Université libre de Bruxelles. Sommaire. 2014 Description d’un dispositif de mesure par compensation suivant la méthode de Rutherford et Chadwick. Grâce à divers perfectionnements : chambres d’ioni-sation identiques, emploi d’un gaz lourd sous pression, étalonnement de l’appareil aumoyen de préparations connues, etc., ce procédé de mesure est rendu à la fois précis et
rapide. Il convient aussi bien pour des mesures rapides de précision moyenne que pour des mesures de haute précision.
La méthode de mesure que nous décrivons ici n’est pas
nouvelle,
nous avonsseu-lement
essayé
de la rendreprécise
etrapide.
Un électromètre à fil ordinaire est muni de deux chambres d’ionisation montées en
opposition
(~j.
L’une d’elle est irradiée par unepréparation
constante dont laposition
est fixe parrapport
à la chambre.Au moyen d’un
support
mobile sedéplaçant
lelong
d’une échellegraduée,
onapproche
successivement de la deuxième chambre différentespréparations
étalons de valeursréparties
entre un et centmilligrammes,
parexemple,
On détermine lespositions
pourlesquelles
l’ionisation dans la deuxièmechambre,
due à chacune de ces différentespréparations,
compense exactement l’ionisation dans lapremière
chambre due à laprépa-ration fixe. Pour ces
positions,
le fil de l’électromètre est au repos. L’échellegraduée
est ainsi étalonnée une fois pour toutes. Pour mesurer unepréparation
inconnue,
il suffit de déterminer sur larègle
laposition
pourlaquelle
le fil de l’électromètre est immobile. La lecture de l’échelle donne la valeur de lapréparation.
Deux conditions sont à réaliser pour que ce
procédé
de mesure soit à la foisprécis
etrapide.
Premièrement,
il faut que l’intensité de l’ionisation à l’intérieur dechaque
chambre soitgrande,
de telle sortequ’une
faible variation de cette intensité provoque undéplacement
bien visible du fil de l’électromètre.Secondement,
il faut que le nombre de rayons(rayons gamma) agissant
danschaque
chambre dans untemps
court soitsuffi-samment
grand
pour que les fluctuations sur ce nombre(dues
auhasard)
soient faibles parrapport
au nombre total. En admettant quechaque
rayon gammaagissant
dans une chambreproduise
le même nombred’ions,
onpeut
dire que laprécision
relative d’une mesure est de l’ordre de l’inverse de la racine carrée du nombre des rayons yagissant
pendant
cetemps
dans lachambre,
à conditionqu’il n’y
ait pas d’autres causes d’erreur.Pour
qu’une
mesureprécise
puisse
se fairerapidement,
il faut que les chambres d’ioni-sation soientgrandes
et contiennent un gaz lourd souspression.
Nous avons utilisé deux chambres
sphériques
de 20 cm dediamètre,
remplies
de CO" àune
pression
de 10atmosphères (volume
total de gaz ionisé : 80 litres environ souspression
normale).
Les deux chambrescommuniquent
(fig.
1).
L’électrode centrale est commune.Elle est
supportée
par un seul isolant en I. Des électrodes auxiliaires e balaient les ions formés autour de l’électrode centrale en dehors des chambres et assurent un isolementparfaite.
Celle-ci,
dureste,
nejoue
qu’un
rôle secondaire dans une mesure parcompensation.
(1) Chambres identiques, possédant une électrode centrale commune reliée à l’électromètre, soumises à des tensions inverses. Les courants d’ionisation sont de signes contraires et se compensent.
716
La
préparation
fixe de 1milligramme
estplacée
à environ 1 cm. de laparoi
d’une dessphères,
soit à 11 cm du centre. Lespréparations
à mesurer se trouvent sur unchariot,
mobile le
long
d’une échellefixe,
etactionné,
avecréglage rapide
etréglage
fin,
part l’observateur. Lasphère
irradiée par lapréparation
fixe estprotégée
par un écran deplomb
de f~ cm.d’épaisseur
contre lerayonnement
despréparations
à mesurer.Il est absolument nécessaire d’étalonner l’échelle au moyen d’un nombre suffisant de
préparations
connues. La loi de variation linéaire de l’intensité de l’ionisation en fonction de l’inverse du carré de la distance de lapréparation
à lachambre,
non valablequand
lespréparations
sont àpetite
distance de lasphère,
estfaussée,
même àgrande
distance,
par l’ionisation due au
rayonnement
secondaireparasite,
inévitable,
et par l’effet absorbant de l’air.L’importance
durayonnement
secondairepeut
êlre trèsgrande
et varie naturellement avec laposition
de lapréparation.
La loi de variation linéaire est fausséeégalement
par le faitqu’un
filtre de 1 à 2 cm. deplomb
doit êtreplacé
entre lapréparation
et la chambre d’ionisation(absorption
des p
et des ymous)
et quel’épaisseur
moyenne effective du filtrevarie,
surtout auxpetites
distances,
suivant laposition
de lapréparation.
L’étalonnement del’appareil
consiste en l’établissement dugraphique
donnant la variation de lagrandeur
de lapréparation
àplacer
sur le chariotmobile,
en fonction ducarré de la distance de la
préparation
au centre de la chambre d’ionisation. Mais il estplus
commode d’établir la variation de la racine carrée de lagrandeur
de lapréparation
enfonction de la
graduation
de l’échelle. Eneffet,
cette variation estapproximativement
linéaire,
quel que
soit le zéro de l’échelle. Il n’estplus
nécessaire de connaître la distanceprécise
de lapréparation
au centre de la chambre(Remarquons
que cette distance est malaisée àdéterminer,
le centre effectif de la chambre d’ionisation ne coïncidant pasnécessairement avec le centre
géométrique).
Nous donnons(fig.
2)
une réduction d’unecourbe d’étalonnement. Nous avons
porté,
enordonnées,
les racineE despoids
en mg et en abscisses les distances àpartir
d’uneorigine
arbitrairequi
correspond,
à un ou deux centimètresprès,
au centre de lasphère.
Cette méthode al’avantage,
sur lareprésentation
directe de lagrandeur
en fonction de lagraduation
del’échelle,
de rendrel’interpolation
entre les différentspoints
étalonnés trèssûre,
même s’iln’y
aqu’un petit
nombre depoints.
Pourl’usage
courant del’appareil,
onétablira, partant
de cettecourbe,
un nouveaugrdphique
donnant directement la masse de radium en fonction de la lecture de l’échelle. Pourl’étalonnement,
on a besoin d’une série d’étalons dont unseul,
à larigueur,
doit être exactement connu. Onprocède
ensuite comme pour l’étalonnement despoids
d’une balance.rapide (tangente
verticalequand d =
r, c’est-à-direquand
lapréparation
estplacée
directement contre la
paroi
de lasphère).
Par contre,l’absorption
moyenne dans laparoi
de la chambre et dans le filtre deplomb
interposé
entre lapréparation
et la chambreaugmente
quand
lapréparation
serapproche
de lasphère.
Cetteabsorption, qui
tend à diminuer l’ionisation due auxpréparations placées
leplus près
de lasphère,
contribuepar
conséquent
à diminuer la courbure mentionnée ci-dessus(1).
Fig. 2.
Si l’on considère la courbe
expérimentale
de lafigure 2,
on voit que les différentes causes d’écart de la loi linéaire se sont assez exactementcompensées
et que la variation est très sensiblement linéairejusqu’à
une distance de 45 cm. du centre de la chambre.L’interpolation
est donc très facile à faire. On remarquera que la concavité de la courbe est tournée vers l’axe des ordonnées et non vers l’axe des abscisses.Un inconvénient de la méthode réside dans le fait que, vu l’ionisation intense et la
grandeur
deschambres,
la saturation est très difficile à atteindre. Plusieurs milliers de volts seraientnécessaires,
cequi
évidemment n’est paspratique.
Il faut donc travailleren dessous de la
saturation,
avec i 000 voltsrépartis
sur les deuxsphères,
parexemple.
Enprincipe,
l’intensité d’ionisation étant constante dans les deuxchambres,
iln’y
a aucun inconvénient à travailler en dessous de lasaturation,
si la tension restecons-tante. Par
contre,
si la tension varie(identiquement
pour les deux chambres bienentendu)
ilfaut,
pour quel’appareil
restecompensé
pour la nouvelle tension : que les tensions sur les deux chambres soientégales
en valeur absolue et que les courbes de saturation soientidentiques.
Il est difficile de construire deux chambres d’ionisation
identiques.
Les courbes de saturation ne sont donc pas nécessairement lesmêmes ;
mais onpeut facilement,
enrépar-tissant
inégalement
la tension entre les deuxchambres,
trouver unerépartition
telle que(i) Le calcul exact de l’ionisation à l’intérieur de la sphère est impossible à faire. Il dépend de facteurs
718
l’appareil
restepratiquement compensé
dans un intervalle de 50 ou 100volts,
cequi
estamplement
suffisant. Grâce à cesprécautions,
l’étalonnement del’appareil
est valable dans un domaine de 50 à 100 volts.Une dernière
précaution
reste àsignaler.
L’influence des
rayonnements
extérieursparasites
(substances
radioactives se trouvant àproximité
parexemple)
est très variable et intervient lors de l’établissement de la courbe d’étalonnement. Pour utiliser cette courbed’étalonnement,
il fauts’assurer,
avant toute mesure, d’un de sespoints.
Plaçant
parexemple
l’étalon N aupoint
N de lacourbe,
on irradieplus
ou moins l’une des deuxchambres,
au moyen d’une très faiblepréparation
auxiliaire,
jusqu’à
ce que lacompensation
soitparfaite. L’appareil
étantcompensé
pour cepoint
làl’est pour
tous les autres : la courbe d’étalonnement reste valable(1).
La
température
doit être la même pour les deux chambres(égalité
de densité dugaz).
il
faut donc avoir soin d’isolerthermiquement l’appareil.
Si,
aucontraire,
les deux chambres sontindépendantes
l’une del’autre,
latempérature
n’aplus
d’influence. Dans ce cascepen-dant,
la moindre fuite de l’une des chambresdéséquilibrerait l’appareil.
Cette considéra-tion et le désir de n’avoirqu’un
isolateur nous ont faitpréférer
lapremière
solution.Ce
dispositif
de mesure parcompensation présente
degrands
avantages.
Laprécision
des mesures estindépendante
des variations de sensibilité del’électromètre,
indépendante
de l’isolement decelui-ci,
indépendante
des conditionsatmosphériques :
variations de pres-sion et detempérature (variation
detempérature portant
bien entendu sur les deuxsphères).
La sensibilité de
l’appareil
estgrande.
Avec ledispositif
décrit ci-dessus et unesensi-bilité moyenne de l’électromètre
(sensibilité
statique
de 30 divisions d’échelle parvolt),
unevariation de un demi pour mille de la distance de la
préparation
à la chambre provoque undéplacement
dufil
de 5divisions
par minute.L’appareil
convient,
à lafois
pour desmesures
trèsrapides
deprécision
moyenne et pour desmesures
dehaute
précision
(comparaison
d’étalons,
parexemple).
Laprécision
de ces dernières nedépend
que dutemps
consacré à la mesure.La
précision
est assez exactementproportionnelle
à la racine carrée de la duréed’ob-servation,
pourdes
temps
pastrop
longs.
En uneminute,
l’erreur moyenne est de 2 à3 pour 1.000.
Le
présent
travail a pu ètre exécuté au Laboratoire dePhysique
de la Faculté des SciencesAppliquées
de l’Université deBruxelles,
grâce
à l’intervention de la Fondation Tassel.( ) Il faut naturellement que l’ionisation due à la préparation auxiliaire soit très faible I ar rapport à l’ionisation totale.
