Un spectromètre électrostatique à double focalisation pour électrons de basse énergie

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Submitted on 1 Jan 1963

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Un spectromètre électrostatique à double focalisation pour électrons de basse énergie

R. Moret, A. Juillard, A. Moussa

To cite this version:

R. Moret, A. Juillard, A. Moussa. Un spectromètre électrostatique à double focalisa- tion pour électrons de basse énergie. Journal de Physique, 1963, 24 (11), pp.1020-1023.

�10.1051/jphys:0196300240110102001�. �jpa-00205572�

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UN SPECTROMÈTRE ÉLECTROSTATIQUE ^{A DOUBLE} FOCALISATION POUR ÉLECTRONS DE BASSE ÉNERGIE

Par R. MORET, ^{Mlle A. JUILLARD et A.} MOUSSA,

Faculté des Sciences et Centre d’Études Nucléaires de Grenoble.

Résumé. 2014 Description ^d’un spectromètre électrostatique utilisant la double focalisation dans

un champ électrique ^à symétrie sphérique. Premiers résultats obtenus avec l’appareil : spectres

de conversion interne de basse énergie ^{dans la} région ^{des terres rares.}

Abstract.

Description ^{of a} spherical-condenser-type electrostatic spectrometer. ^{First data}

obtained with the apparatus : internal conversion spectrum ^{of rare earths at low} energies.

LE JOURNAL DE P%YSIQUE TOME 24, ^NOVEMBRE 1963,

Introduction.

Les spectromètres électrosta-

tiques sphériques présentant ^des propriétés ^{de foca-}

lisation suffisantes et une transmission importante,

nous avons décidé de construire un tel appareil

pour effectuer des coïncidences ^{e‘ -} y, e- -

et éventuellement é - é .

Des calculs théoriques ^{ont été} entrepris par Purcell [1], Rogers [2] ^et Ashby [3] ^et divers appa- reils ont été réalisés (Browne [4], Kobayashi [5],

Ritchie [6]).

Ces travaux préliminaires ^{ont orienté notre choix}

sur le type d’analyseur employant ^une portion ^de

condensateur sphérique.

Propriétés de focalisation.

Les calculs ont été effectués par l’un de ^nous [7] et seront publiés

ultérieurement après ^{avoir été} complétés par celui des profils ^{de raies.}

La figure ¹ indique ^une partie des notations.

Considérons une particule ^{M de} vitesse v, ^de charge e, ^{de masse au} repos mo, d’énergie ^ciné- tique ^U qui ^{se trouve dans le} champ ^en 1 /r2 ^créé

par la différence dé potentiel ^P appliquée ^{entre les}

deux sphères ^de rayons respectifs ^{r, et r2.}

L’équation ^{de la} trajectoire ^{est :}

où

FIG. 1.

Posons :

Nous donnerons seulement l’équation appro- chée :

L’indice « i » se rapportant ^au

point ^{d’entrée »} Mo. ^{Si on} néglige ^le champ ^de fuite, ^la trajectoire

finale est rectiligne ^{et on montre} qu’il y ^a focali- sation (au premier ^{ordre en} 8) ^{sur un}

^{anneau de}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:0196300240110102001

f ocalisation » R. La distance Zif de cet anneau à la sortie de l’analyseur augmente ^{vite avec} l’énergie

.

(si 61= 02

n/4, ^{1" devient infini} pour U

290 keV). ^Si la relativité est négligeable, ^F

est en S’. Dans ce cas, il ^est facile de pousser les calculs ^au 2e ordre et d’obtenir le diamètre de la tache d’aberration en S’. Avec SO

_p, S’O

_q,

on obtient :

Le détecteur est placé ^{derrière un} diaphragme

de sortie placé ^en S’ dans le plan ^{n. Ce} plan ^est coupé par le faisceau suivant ^un cercle de moindre confusion dont le diamètre croît avec l’, ^{donc avec} l’énergie. ^Le pouvoir de résolution et la transmis- sion de l’appareil ^{sont donc variables avec} celle-ci,

ce qui ^limite l’emploi ^{aux basses} énergies. ^{La réali-}

sation décrite ici correspond à 01 =- 02 =-- n/4 (p=q),ra=33cm,r1=30cm, r2=36cm;

dans le domaine non relativiste et pour ^{une source}

ponctuelle, ^on calcule la transmission

cc est réglable ^au moyen de diaphragmes. ^{Sa valeur}

maxima dépend de r2

r1:

Le diamètre de la tache d’aberration ^est D

0,47 ^{cm. Le} pouvoir ^de résolution (dia- phragme ponctuel ^{devant le} compteur) ^{est alors :}

On a donc théoriquement ^un pouvoir ^{de réso-}

lution excellent. En fait, ^{la source et le} diaphragme

ne sont pas ponctuels. ^Un compromis acceptable

consiste à leur donner un diamètre égal ^{à celui de}

la tache d’aberration. Le pouvoir de résolution à mi-hauteur des raies est de l’ordre de 5T2. A basse

énergie, ^{on a intérêt à} adopter la surface de source

la plus grande possible. Si le diamètre commun de la source et du diaphragme ^est S, ^nettement supé-

rieur à D, ^le pouvoir de résolution est de l’ordre de S /2ro, ^{soit 3} % pour ^{une source} de diamètre

S=2cm.

En résumé, pour les très faibles énergies, l’appa-

reil autorise une très grande surface de source avec une excellente transmission. Un avantage égale-

ment intéressant est l’absence de champ magné- tique facilitant le montage ^des photomultipli-

cateurs pour les coïncidences. Les inconvénients sont la non linéarité de l’appareil ^{due à la} relativité,

la limitation ^en énergie ^{et surtout} la difficulté de réalisation mécanique du condensateur sphérique.

Réalisation pratique (fig. 2).

^Les portions ^de .sphères ^{sont en} tôle de cuivre cadmiée ; ^{elles sont}

fixées sur des plateaux isolants d’araldite d’écarte-

FIG. 2. ²⁰¹³ Intérieur de l’appareil.

ment réglable pour le fonctionnement séparé ^des

deux hémisphères (on obtient alors deux images ^de

la même source et on peut effectuer des coïnci- dences e- - e-). ^{Des écrans en} cuivre cadmié limitent les angles ^{d’entrée et} de sortie. Tous les

angles ^{vifs ont été} supprimés ^et un jonc ^{de cuivre}

cadmié a été posé ^aux extrémités des sphères pour éviter les décharges ^{avec les} écrans. Les vis de fixation ^{sont en} nylon. Les traversées de la cuve

pour l’alimentation en tension ont ^été réalisées par des blocs d’araldite moulés. La _source, située sur

l’axe de l’appareil, ^{est devant un} détecteur à cristal et un photomultiplicateur ; ^ce dispositif permet d’enregistrer ^le rayonnement ^ou y de l’échantil-

lon, suivant la nature du cristal. Le compteur

G. M. qui détecte les électrons de conversion foca- lisés a son diaphragme ^{situé sur l’axe du} système,

à l’emplacement du cercle de moindre confusion.

L’ensemble est disposé ^{dans une cuve} cylindrique

en acier inoxydable ^{de 1 m} de diamètre et 70 cm

de long. ^{Le vide} est assuré par ^un ensemble clas-

sique ^avec pompe ^à diffusion d’huile F 903 Edwards

Une jauge d’ionisation mesure le vide ; ^une pres- sion de 8 X 10-6 mm de Hg ^est facilement obtenue.

La haute tension est fournie _par une génératrice électrostatique SAMES de 150 kV qui ^{débite sur}

un pont de résistance d,e 100 MQ dont les extré- mités sont reliés aux sphères. ^Ce pont ^{assure la} répartition ^correcte des tensions VI ^et V 2 ^de

manière à obtenir le potentiel ^{zéro sur la} trajectoire

moyenne ; ^il comporte ^{donc un} point intermédiaire

au sol. Une faible résistance de la chaîne permet ^la

mesure précise ^{de la} tension, par opposition, ^au

1022

moyen d’un potentiomètre (A. ^{0. I.} P.). ^{La stabi-}

lisation électronique ^est assurée par ^un tube 6 BK 4

placé ^{en série avec le} pont ^{du côté} positif ; ^{ce tube}

est commandé par ^un amplificateur de compa- raison. En dessous de 6 kV, ^on utilise deux alimen- tations THT classiques ^débitant également ^dans

un pont de résistances avec point intermédiaire au

sol. Le champ ^{terrestre est} compensé ^{par deux}

bobines d’Helmotz d’axe parallèle ^{à ce dernier. Le}

contrôle périodique ^{de la} compensation ^{est assuré}

par ^un magnétomètre ^{à mu-métal saturé.}

Résultats expérimentaux ^obtenus.

Les pre- miers essais ont été effectués avec des éléments du domaine des terres rares qui présentent ^{de nom-}

breuses raies de conversion à des énergies ^infé-

rieures à 100 keV et qui ^{ont été} enregistrées ^au spectromètre magnétique.

Nous avons étudié la réponse ^de l’analyseur ^sur

la raie .K du _y de 87 keV de l’europium 155, ^avec

une source de ^{6 mm} de diamètre et un diaphragme

de 10 mm devant le détecteur. Le compteur ayant

une position fixe, nous avons monté la source sur un porte-source permettant des ^{réglages suivant}

3 axes et nous avons déterminé la meilleure posi-

tion pour chaque hémisphère. ^{Le meilleur} pouvoir séparateur ^{obtenu est de} 1,9 % ( fig. 3a), ^le spectro-

mètre travaillant à pleine ^ouverture.

Avec une source de 6 mm de diamètre, ^un dépla-

cement de la source de 3 à 4 ^mm altère nettement la résolution et le taux de comptage ^{au sommet de}

la raie. Nous avons constaté que ^cette anomalie est due au fait _que les sphères ^{ne sont} pas parfaitement sphériques ^{et donc aux} variations de l’intervalle entre les sphères. ^Des performances ^nettement supérieures peuvent être ^{atteintes avec des} sphères parfaitement rigides.

Pour travailler avec les deux hémisphères, ^{un cen-}

FIG. 3.

Profils de raies fournis par l’appareil : a) ^{avec un} hémishère ;

b) ^avec les deux hémishères.

trage rigoureux de l’un par rapport ^{à l’autre est}

nécessaire. Nous avons réussi à obtenir pour l’en- semble une résolution de 2,1 % (fig. 3b).

La transmission a été déterminée au moyen d’une

source de 151pm ; dans les conditions ci-dessus elle est de l’ordre de 2 %.

Dans les meilleures conditions de réglage ^obte-

nues, nous avons enregistré ^les spectres ^{de conver-}

sion interne du l6lTb et du 151pm en dessous de 80 keV ( fig. ^{4 et 5). Les} spectres ^{accusent une remontée} trop importante ^{du fond continu} au-dessus de

FIG. 4.

Spectre ^de conversion interne de la désintégration ^161Th

161Dy.

FIG. 5.

Spectre ^de conversion interne de la désintégration ^151pm

151Sm.

50 keV ; ^cette remontée n’existe qu’en présence

de _{source ;} on retrouve un phénomène déjà ^cons-

taté dans les essais d’accélération des électrons de basse énergie. ^{Nous avons} l’intention de remplacer

les hémishères en tôle de cuivre par des hémisphères ,

1023

plus rigides ^et plus épais dont les bords pourront

être plus soignés ^au point ^{de vue} géométrique.

Dans les essais en coïncidence, actuellement en

cours, le cristal placé derrière la ^{source est} relié à

un analyseur multicanaux débloqué par les impul-

sions du compteur ^de Geiger. ^Le temps ^{de résolu-}

tion est 0,8 ps. Pour l’abaisser il est envisagé ^de remplacer ^le compteur par ^un cristal d’anthracène.

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MICROANALYSE PAR OBSERVATION DES RÉACTIONS NUCLÉAIRES.

APPLICATION A LA PHYSIQUE DES SOLIDES.

Par G. AMSEL,

Accélérateur Linéaire, Orsay.

Résumé. - Les réactions nucléaires caractéristiques d’un noyau permettent de l’identifier et donc de le doser à la surface d’un solide. La forme du pic ^{due à une} résonance étroite renseigne

sur la distribution du noyau ^en fonction de la profondeur. ^{On montre} l’application ^{à la} biologie, les phénomènes d’autodiffusion, d’oxydation anodique ^ou thermique, ^etc...

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ^TOME 24, ^NOVEMBRE 1963,

THÉORIE DU TRANSFERT RÉSONNANT DE NEUTRONS Par C. VERMESSE DE LAET,

U. L. B., Bruxelles.

ÉTATS QUASI MOLÉCULAIRES DES NOYAUX LÉGERS Par DEMEUR et REIDMEISTER,

Bruxelles.