Recherches sur l'émission des positons

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Recherches sur l’émission des positons

Sergio de Benedetti

To cite this version:

RECHERCHES SUR

L’ÉMISSION

DES POSITONS Par SERGIO DE BENEDETTI.

Sommaire. 2014 On expose des expériences exécutées pour l’étude de la production des paires (positons

et négatons) par effet de matérialisation de l’énergie des rayons d’une source radioactive. La méthode employée est celle de la trochoïde. Les résultats sont en général en accord avec la théorie : la proportionnalité

de l’émission au carré du numéro atomique et l’émission _{prépondérante} due aux _{rayons y} ont été vérifiées.

La forte émission de _positons par une source de Th (B + C) a été confirmée.

1. Introduction. - Le

_problème

de l’émission des

paires (négatons

et

_positons)

sous l’action des divers

rayonnements

des corps radioactifs a

_déjà

été étudié

par différents auteurs tant au

_point

t de vue

_théorique

qu’expérimental.

La théorie nous amène à

_prévoir

que, des trois

rayonnements

des corps

radioactifs,

le

_rayonnement

_y doit être le

_{principal responsable}

de la naissance des

paires.

Tout

_{rayonnement y}

d’une

_{énergie plus}

_grande

que 10°eV

(énergie correspondant

à la masse créée

avec la

_paire)

doit se matérialiser à

_proximité

des noyaux

atomiques,

en

_produisant

un électron

_positif

et

un

_négatif.

La

_probabilité

de ce _{processus doit}

augmen-ter

_rapidement

avec

_l’énergie

_{du rayon et,} à

_parité

des autres

facteurs,

doit être

_{proportionnelle}

au carré du numéro

_atomique

de l’élément dans

_lequel

le

phéno-mène a lieu

_(1).

_Toujours

suivant la

_théorie,

l’effet de

matérialisation de

_l’énergie

des

_{rayons l3}

doit être

beaucoup plus petit (2).

Les

_{premières expériences qui}

se

_rapportent

au

pro-hlème,

faites avec la méthode de la chambre de son, étaient en accord avec la théorie.

Chad~vick,

Blackett et Occhialini

₍₃₎

_(qui

ont travaillé avec une source couverte d’une couche assez _{mince pour laisser}

sortir _{les rayons}

_~)

interprètent

leurs résultats en

disant que la

plus grande partie

des électrons

_positifs

observés est _{émise par la} source

_{elle-même ;}

Curie et Joliot

₍₄₎

trouvent d’autre

_part

_{que la}

_proportion

des électrons

_positifs

croît avec le numéro

_atomique

de la

substance _{irradiée par les rayons y.}

Plus tard

_Skobelzyn

et

_{Stepanowa (°)}

ont trouvé au

contraire

_(avec

des

_{expériences toujours}

_{exécutées par} la même

_méthode)

_qu’une

_partie

_{prépondérante}

des

positons

était émise par les rayons

~,

d’une

_façon

_qui

dépend

de la

_{première puissance}

du numéro

_atomique

de l’élément irradié.

(1) J. R. OPPENHEIMER et :M. S. PLESSET. _{Phys. 1933,} 44.

p. 53.

(2) H. FURRY et J. F. CARLSOX. _Revu., 1933, 44, p. 237 ;

L. LAYD 1U et E. LEF3CtIiT7.. Z. Soiviei Union, 9 933, 6,

p. ‘; W. HEITLER et L. NORDHELIT J. _Physique, 1934, 5, p..’.9.

t3) Proc. _Roy Soc., 1934,144, p. 235.

(4) C. _{R., 1933, i96,}

(5) J. de _Physique, 1935, 6, p. 1.

Alichanow et collaborateurs

_(1),

_qui

ont étudié le

spectre

des

_positons

avec deux

_compteurs

en

coïnci-dence,

attribuent encore une

_composante

de celui-ci

aux

_positons

_{créés par les}

_{rayons ~,}

mais trouvent d’autres résultats

_qui

ne _{s’accordent pas} avec

l’hypo-thèse d’une forte émission par l’action des rayons

8.

2. Emission de

_positons

_{par les rayons}

_.

-J’ai

_repris,

sur le conseil de M.

_Joliot,

l’étude de ces

phé-nomènes en

_employant

la méthode de la trochoïde

_{(2 j.}

Le

_{champ magnétique}

était

_produit

_par un électro-aimant dont les

_{pièces polaires}

avaient 20 cm de dia-mètre et 4 cm

_{d’entrefer;}

la distribution radiale de

l’intensité du

_champ

est

_{représentée}

_{par la}

_figure

1.

Fig. 1.

Les

_positons

étaient observés avec un

_compteur

de

Geiger

et

Müller,

dont les

_impulsions,

convenablement

amplifiées,

étaient

_{enregistrées}

à l’aide d’un

_système

à constante de

_temps

assez _{faible pour}

_pouvoir

_compter

(l) A. 1. ALICHANowet M. S. KosoD-%E"-. Z. _Physik, 49 34,t 9(), p. 249;

A. I. ALIcHA-.Bow, A. I. ALICHANIAN, M. S. KosoDAEw, i9, 136, p. 4î3 et p. ii9.

(2) S. de BEiVEDETrI, C. R., 193~, 2,10. p. 1389; C. R., 1936, 202,

p. ~0.

’

206

proportionnellement

jusqu’à

500 coups par minute. La

proportionnalité

du

_système

_{compteur-enregistreur}

avait été contrôlée en étudiant la décroissance d’une

sources de

_dépôt

actif d’Ac

_{(fig. 2)}

dont on observait

les négatons

par la même méthode de la trochoïde.

Fig. 2.

Les

_premières

mesures ont été faites avec le

disposi-tif de la

_figure

_3,

où S

_indique

la

_position

de la source, C le

_compteur

dont la

_paroi

était en Al

_d’1/10

mm

(diamètre 1

cm,

longueur

du fil

1,5 cm).

Les

_positons

se

_délaçaient

dans

_{l’air atmosphérique et parcouraient,}

dans le sens

_indiqué

_{par la}

_flèche,

des courbes s’enrou-~ lant à

_proximité

des bords de la

_{partie supérieure}

des

pièces polaires.

Les éleclrons étaient arrêtés par un

bloc

_épais

en Pb

_qui

servait,

en même

_temps,

à absor-ber 1e

_rayonnement

y de la source dans la direction du

compteur.

-F’ig. 3.

Avec ce

_{dispositif j’ai}

étudié l’émission des

_positons

provoquée

dans les différents éléments par les rayons -( d’une source de RTh en

_équilibre

avec ses dérivés.

Le

_produit

radioactif se trouvait enfermé dans un tube en verre scellé et son intensité était

_{équivalente,}

en

rayons ,~, à 2 mg de Ra. Pour

réduire,

autant que

pos-sible,

le nombre de

_{positons engendrés}

dans la matière environnant la source, on avait enfoncé le tube conte-nant le RTh dans un

_petit

bloc de

_paraffine.

Les éléments dans

_lesquels

on voulait étudier l’effe t de matérialisation avaient été

_coupés

en forme de

petites

plaques

rectangulaires

de 34 X 42 mm et

ayant

une masse

_{superficielle}

de 1

_{g/cm 2.}

Pour les mesures, elles étaient

_appuyées

sur le morceau de

paraffine qui supportait

la source, de telle sorte _que leur centre de masse était

_toujou-rs

à une distanne de 4 mm de la souroe.

_{L’épaisseur}

choisie était suffisante

pour absorber les

positons

provenant

de la source ou

dus à la matérialisation dans le verre et dans la

paraf-fine ;

on était sûr

_{d’autre,part}

_{que le nombre des}

posi-tons émis était en

_équilibre

avec ~le

_rayonnement

;,

puisque,

en

_augmentant

encore

_{l’épaisseur}

des

écrans,

on n’observait _{pas de variation} sensible du nombre

observé.

4.

Au-dessus du

_compteur

on avait

_disposé

une

_épaisse

feuille en Pb

_portant

une fenêtre de

grandeur

variable due

façon

à avoir un _{nombre convenable de coups. Du}

nombre

_{d’impulsions}

observées avec les

_plaquettes

des différentes substances on

_soustrayait

le mouvement propre du

compteur

(’)

observé en

_plaçant

un écran en

Pb sur le chemin des

_positons.

Pour

_pouvoir

comparer l’émission d’électrons

posi-(1) Par _{l’expression «} mouvement propre », on entend ici et

dans la suite, le nombre de coups dîis aux rayons y (venant, à travers l’écran en _Pb, de la source sur le

_compteur)

et à 1 acti-vité parasite (rayons cosmiques, activité de l’ambiance eut du

tifs dans les différentes substances avec

_{l’appareil,}

il

fallait d’abord s’assurer que

l’absorption

exercée _par l’air et par la

paroi

du

_compteur

sur les

_positons

émis par tous les éléments était la même. On a fait à cet effet une mesure

_{d’absorption}

des

_positons

engen-drés dans

Cu,

Zn,

Pb en mettant des feuilles tl’Al au-dessus du

_compteur

et on a trouvé des

_{points qui}

se

placent

très bien sur la même courbe

_{(fig. 4).}

Cette

expérience

montre _{aussi que}

_l’énergie

des

_positons

émis dans les différents corps

(dans

la

_région

du ~

spectre

qu’on

pouvait

observer avec notre

_dispositif

était la même.

Une autre mesure

_{préliminaire}

a été de vérifier

_pour

Al et pour Au le fait

(trouvé

par JI. Thibaud

(1)

avec la ,

méthode de la

lrochoïde,

mais à l’aide d’une

_plaque

photographique)

que

l’absorption

des

positons

ne

dépend

que de la masse

_{superficielle}

de l’absorbant

~fig.

5).

’

On a fait t

_plusieurs

séries de mesures en

posant

alternativement sur la source les

_{petites plaques}

déerites.

La théorie nous amène à

_prévoir

_que l’émission des

plaques employées

doit être

_{proportionnelle}

à où Z est le numéro

_atomique

et .4 le

_{poids atomique}

de l’élément étudié. En effet la

_probabilité

de la

produc-tion des

_{paires près}

de

_{chaque noyau}

doit _être propor-tionnelle à Z’ et le _{nombre de noyaux dans} chacune

des

_{plaques (qui}

avaient le

_{même poids) est}

proportion-nel à

_{L’absorption}

ne _{doit pas}

_changer

_la

propor-tionnalité à _{parce que,} comme nous l’avons x-u, elle ne

_dépend

_{pas de l’élément dans}

_lequel

les

posi-tons sont

_produits,

ni de l’élément

_employé

comme

absorbant.

Fig.5.

Le tableau suivant nous donne la somme des résul-tats obtenus au cours des diverses séries :

TABLEAU 1. - Durée des

expériences :

20 min utes.

1V

_indique

_{le nombre total de coups}

_comptés

et le nombre de

_positons;

les chiffres

_précédés

du

_signe

+ sont

_ici,

comme dans la

_suite,

les erreurs

_statistiques

moyennes.

Les nombres de la dernière

_colonne,

_qui

restent constants dans la limite des erreurs

_{expérimentales,}

nous _{montrent que les}

_prévisions

_théoriques

sont

véri-fiées d’une

façon

satisfaisante.

_Cependant

il semblait que l’émission dans les éiéments

légers

s’écartait d’une

façon systématique

de la

_{proportionnalité}

à

_22/A

par

une

_{production plus}

abondante de

_{paires, quoique}

les écarts fussent

_compris

dans les erreurs

_statistiques

admissibles.

(1) Phy.,. Rev., 193i,45, p. 781.

0n a

_repris

les

_expériences

et on a

_comparé

les

nombres de

_positons

_produits

dans les éléments

_légers

en

employant

des

_plaques

en

Li,

C,

Mg,

de mêmes dimensions et de même masse

_{superficielle}

_{que celles}

des

_{précédentes}

mesures. Afin d’avoir des conditions

géométriques

identiques,

les

_plaques

de C et de

_Mg

étaient t divisées en

_plusieurs

lamelles

_espacées

de

façon

que la masse fùt distribuée dans un volume

_égal

à celui de la

_plaque

de Li. Les résultats obtenus sont 1 les suivants :

(Les

nombres de coups

enregistrés

sont ici

supé-rieurs à ceux

_qui

ont été donnés dans le tableau I en

208

TABLEAU II. - D2crée des

expériences :

20 minutes.

L’émission anormalement élevée dans les éléments (

légers

est donc en dehors des erreurs

_{statistiques ;}

mais,

quoiqu’il paraisse

difficile d’attribuer la totalité ;

de cet effet à d’autres erreurs

_{expérimentales}

(impu-reté des échantillons

_employés,

émission dans les i

pièces

polaires),

on ne

_pourrait

_pas en affirmer sûre- "

ment l’existence.

’

3. Etudes de l’émission des

positons

par les

rayons

~3.

- On _a continué les

expériences

avec

l’ap-pareil

de la

_figure

6. Il consiste en une boîte en laiton

en forme de couronne

circulaire,

qui

était

vidée,

pendant

les mesures, à une

_pression

inférieure à

~ 10

mm

_{Hg ;}

elle était

_placée

entre les

_{pièces polaires}

de l’électro-aimant

_employé

dans les mesures

précé-dentes, de

_façon

à contenir la

_région

où le

_gradient

du

champ

était le

_plus

fort. Le bouchon A

_supportait

la

source et lns

_positons

_{étaient décelés par le}

_compteur

C. Un écran en Pb suffisamment

_épais

D

_empêchait

les électrons

_négatifs

d’atteindre le

_compteur.

Un bloc

cylindrique

en Pb avait été inséré dans la cavité de

l’appareil

et

_protégeait

le

_compteur

_{des rayons y de la}

source.

Le

_compteur

_portait

une fenêtre de

_8,5

X 3 mm

cou-verte d’une feuille d’Al de 10 p.,

qui

se trouvait à l’inté-rieur de la boîte de

façon

à recevoir les

_positons.

La boîte toute entière était isolée des

_pièces

_polaires

_par

les feuilles de bakélite et était

_portée

à la tension né-,essaire au fonctionnement du

_compteur,

afin de ne _pas

ivoir de

_décharges

dans _{le gaz résiduel.}

Les sources étaient du

_dépôt

actif de Th

_{(Th B}

_-~-

_C)

léposé

sur des feuilles d’Al de

_1011-,

sur une surface de

3 X 8 mm. Les résultats des tableaux

_qui

suivent sont

léjà corrigés

de la décroissance de la source ; on faisait

souvent cette correction en

_répétant

deux fois en sens

inverse les séries de mesures

_(dont

la durée totale était de l’ordre d’une

_heure)

et en

_prenant

la somme des

résultats obtenus.

_Chaque

série se

_composait

de me-sures faites avec _{la même source ;}

_l’appareil

était vidé avant

_chaque

mesure

_{lorsqu’on changeait}

les condi-tions

_{expérimentales}

Les différentes séries ne sont _pas directement

_comparables

entre

_elles,

l’intensité des

sources _{n’étant pas la même.}

Les sources étaient

_posées

sur un

_support

assez

_léger

pour

pouvoir négliger

le nombre de

positons

qui

y

prenaient

naissance. Sur le même

_support

on

_pouvait

placer,

au dessus de la source, des écrans

_{plans (15}

X 30

_mm)

_{d’épaisseurs}

et de nature différentes de telle sorte _{que la surface}

_supérieure

de ceux-ci était

_toujours

à la même distance

₍₄

mm

_environ)

de la source. Le mouvement _{propre était trouvé} en

_déplaçant

de

quel-ques centimètres

l’appareil

par

rapport

aux

_pièces

po-laires de

_façon

à introduire la source dans la

_région

où

le

_champ

_magnétique

était constant.

Le tableau III donne les résultats

_{expérimentaux.}

Pour

_pouvoir

_{comparer les} mesures faites avec les écrans de différentes substances on a arbitrairement

posé

(tableau IV) égal

à 100 le nombre de

_positons

comptés

sans écran et on a réduit les autres nombres dans les mêmes

_proportions.

Les valeurs de ce tableau sollt

_{représentées}

_figure

7. On a fait encore une mesure en

_plaçant

un écran d’Al

de

_0,55

sur la fenêtre du

_compteur.

Les résultats obtenus sont donnés par le tableau Y.

Le nombre de

_positons

observés est donc

_réduit,

_par

l’absorption

de l’écran

_placé

sur le

_compteur,

dans le

rapport

de 100 à ±

_1,2.

Avant de passer à la discussion des

_résultats,

obser-vons _{que les écrans}

_employés

dans les mesures du tableau III sont à une distance de la source assez

pe-tite pour

pouvoir

être atteints par le

rayonnement ~

de celle-ci. En

effet,

dans la

_région

où la source venait à

TABLEAU III. - Somme de 4 séries de 2 minutes chacune.

TABLEAU IV.

TABLEAU V. - Somme de 4 séries de 2 minutes chacune.

nous venons de décrire

_peuvent

donc nous

renseigner

sur la création de

_positons

_par les différentes

_espèces

de rayons, en

sup-posant,

avec la

théorie,

que des rayons

d’énergie

beaucoup

moindre que 106 eV ne

puissent

pas en donner.

Rappelons

encore _{que les écrans exercent} une

_absorption

sur les

_positons

_{émis par la} source

_qui

ne

_dépend

_{que de leur} masse

superficielle.

On

_peut

_{noter que}

l’absorp-tion exercée _par un écran

_posé

sur le

compteur

doit ètre

_{plus petite}

que celle exercée par un écran de même masse

super-ficielle se trouvant sur la source : en

_effet,

quand

un

_positon

traverse une fois l’écran

sur le

_compteur

il est

_enregistré,

tandis que, pour passer au delà d’un écran

_posé

sur _{la source, le}

_positon

est souvent

_obligé

.de le traverser

_plusieurs

fois.

Les valeurs du tableau III nous montrent ,

>

Fig. 7.

210

qu’à

partir

de la masse

_{superficielle}

de

sion de

positons

dans le Pb est

_pratiquement

en

équi-libre avec une radiation dure

_(y)

et _que, avant _que

l’équilibre

ne soit

_atteint,

on n’observe pas une

émis-sion

_{prépondérante}

due à une radiation moins

péné-trante

_(~).

Dans le cas du Pb une telle émission devrait

donc

être,

si elle

_existe,

tout au

_{plus égale}

à l’émission

par les rayons y. Avec l’Al et la

cellophane,

on

ob-serve une décroissance avec

_{l’augmentation}

de

l’épais-seur de l’écran

_qui

nous

indique

_{que le}

_phénomène

d’absorption

des

_positons

de la source

_prévaut

nette-ment sur l’émission. On a

_comparé

_(en

réduisant à une

même valeur l’intensité de la source : -, voir tableau IV

et

_fig.

_7),

les résultats obtenus avec le Pb et _{l’Al pour} voir si le

_rapport

des émissions dans les deux éléments suivait la loi trouvée pour les rayons y. En tenant

compte

des mesures du tableau V

_(1),

on _{trouve que} l’émission dans un écran en Al de

0,5~

gjcm2

est

(exprimée

de la

_façon

_employée

_{pour le tableau}

_IV)

(31

±

₂₎

-

(I~,~

±

_1,2)

_

_(18,6

±

_1,8)

et _que l’émis-sion dans un écran en Pb de même masse

_{superficielle}

est

_{(124+4) -}

_(12,4+

_{1 ,2)}

==

_(111,

6+

4,2).

Le

rap-port

entre ces deux nombres est

_6,0

±

0,6,

en assez

bon accord avec la valeur

_{théorique :}

Les _{considérations faites n’ont pas} une valeur exacte

à cause _{du fait que,} comme nous l’avons

_{précédemment}

remarqué,

les

_absorptions

_{par les écrans} sur la source

et sur le

_compteur

ne sont _pas

_{quantitativement}

com-parables.

Observons tout de même

_qu’en

_supposant,

comme il

_{paraît juste,}

_{que les écrans} sur la source ré-duisent le nombre de

_positons

_partant

de celle-ci dans

un

_{rapport plus}

_grand

_{que de 11 0 à}

_{1 2,£,}

l’accord entre

l’expérience

et _{la théorie de matérialisation des rayons y} serait encore meilleur.

(1) L’écran _employé pour les mesures du tableau ’~’ se trouvait

sur

le _compteur et absorbait les électrons positifs sans en

émettre, puisqu’il n’était pas atteint par les rayons a, _~, y de la

source.

Le dernier résultat obtenu nous

_indique

_{donc que}

des écrans de

_0,55

_{n’émettent pas de}

_positons

sous l’action d’une _{radiation autre que la radiation y,} ou, s’ils en

_émettent,

_{que l’émission par l’autre}

radia-tion

_dépend

du numéro

_atomique

de la même

_façon

que l’émission par y. Pour des

épaisseurs

plus

petites,

les mesures faites avec les différents écrans sont

expli-cables

_{par l’émission}

due aux _{rayons y} et

_{l’absorption}

des

positons

provenant

de la source ; si un autre

phéno-mène

_{(par exemple}

la matérialisation de

_l’énergie

des rayons

~)

existe,

il est

_{d’importance}

_{plus petite}

que les deux autres de

façon

à ne _{pas être décelable}

dans ces mesures.

On a enfin mesuré le

_rapport

entre le nombre

d’élec-trons

_négatifs

et

_positifs

émis

_{par la}

source sans aucun

écran ;

en

_comptant

les électrons

_après

avoir laissé décroître la source

_pendant

_{plusieurs périodes,}

on a

trouvé pour ce

_rapport

la valeur de 101. Cette

détermi-nation est en suffisant accord avec celle de Alichanow et collaborateurs

_qui

trouvent une valeur

_comprise

entre 3.103 et ~.10~.

Comme conclusion on

_peut

dire que nos résultats

s’accordent avec la

théorie,

sauf, peut-être,

l’émission anormalement élevée dans les éléments

_légers.

Une remarque

qui

me

_paraît

intéressante est

_qu’il

semble que les

expériences

faites avec les

_compteurs

ne sont pas

toujours

en accord avec celles faites à l’aide de la chambre de

_Wilson;

en

_particulier

les valeurs des

rap-ports

des nombres d’électrons et de

_positons

trouvés par

Chadwick,

Blackett et

_Occhialini,

_{et par}

_Skobelzyn

et

_Stepanowa

sont

_beaucoup

_{plus petites (de}

l’ordre de 100

_fois)

_{que celles trouvées par} Alichanow et collabo-rateurs et _{par moi-même.}

Je tiens à remercier ici M. Debierne

_qui

a bien voulu

m’accueillir au Laboratoire

Curie,

M. et

Joliot,

pour leurs conseils dans l’exécution et la discussion de

ce

_travail,

et enfin la Fondazione Vitale de l’Univer-sité de

_Naples,

_qui

m’a donné une bourse

_d’études,

sans

_laquelle

ce travail n’aurait _{pas été}

_possible.