Numération des particules α par leur action photographique

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Numération des particules α par leur action

photographique

F. Halbwachs

To cite this version:

NUMÉRATION

DES PARTICULES 03B1 PAR LEUR ACTION

PHOTOGRAPHIQUE

Par F. HALBWACHS.

Sommaire. - On a étudié les impressions laissées dans l’émulsion photographique par un faisceau de rayons 03B1. On a mis au _point les conditions de _{développement permettant} de _compter individuellement tous les corpuscules. La méthode a été appliquée à la détermination du rapport des rayons x du thorium Cet

du thorium C’.

Introduction. - Les trois sortes _{de rayons que}

peuvent

émettre les corps radioactifs sont toutes trois

susceptibles d’impressionner

les

_plaques

photogra-phiques.

(C’est

d’ailleurs à cette action fortuitement observée par

Becquerel

en

_{1896, qu’est}

due la

décou-verte due la

_{radioactivité.)}

Mais

_lorsqu’on

étudie la

plaque

au

_microscope,

son

_{aspect apparaît}

très différent

suivant

_qu’elle

a été soumise à l’action des

_rayons

ou _y, ou à _{celle des rayons} (1.. Pour les rayons y,

_chaque

plloton

arrèlé

_impressionne

un seul

_grain

de

bromure,

et il en est très

_probablement

de _{même pour les}

élec-trons

_qui

constituent les

_{rayons ~ ;}

si bien

_qu’après

développement,

les

_grains

_{noircis par} ces deux

_espèces

de rayons se

_{répartissent complètement}

au. hasard.

Il en va tout autrement dans le cas des rayons a,

particules

d’une

_énergie

_{considérable,}

_peu

_{pénétrantes}

et très ionisantes. Ces

_{corpuscules impressionnent}

tous

les

_grains

rencontrés dans la

_gélatine,

au

_long

d’un parcours

qui

est

toujours rectiligne

(sauf

des cas de chocs

_{exceptionnels}

dus à des collisions très

_proches).

Si donc on se

_place

dans des conditions convenables

(incidence

oblique),

une

_{plaque impressionnée}

_{par les}

rayons x se

_présentera

comme _{striée par de}

_petits

tra-jets

rectitigiies.

Cet

_{aspect permettra}

de discerner l’action

_spécifique

des rayons a même dans le cas

géné-ral o1a ils seront

_mélangés

de

_{rayons ~}

_{et y.}

En

outre,

cette action est individuelle et

_chaque

_corpuscule

pourra être ainsi décelé isolément.

Ce

_phénomène,

observé dès avant _{la guerre par}

Reinganum

et

Michl,

a été

_{depuis étudié}

_{soigneusement}

par Nliihlestein

(1) qui

a _{déterminé la structure des} par-cours, leur

longueur,

leur nombre de

_grains,

etc ..

Plus

_récemment,

il a été utilisé par Mile Blau

(2)

_pour

déceler les rayons

H,

naturels,

ou

_provenant

de

désin-tégrations

nucléaires,

par !YTl’e Chamié

(3)

pour l’étude des radiocolloïdes et

_{groupements d’atomes,}

et _par

Taylor (,)

pour la mesure _{du parcours des rayons} x.

M. Debierne m’a

_proposé

de mettre au

_point

les

con-ditions

_{expérimentales}

_{propres à utiliser l’action}

pho-CI) E. MrnLESTEix. Arch. Sc. _Phys. A’at., 1922, 4, p. 38. Cet article contient une bibliographie complète des travaux précé-dents.

(2) M. BLu. Akad. iviss. Wien, 1925, 134, p. !~07; 1921, 136,

p. 469; 1930, 139, p. 328; J.

_Physique,

1934, 7, p. 61. - 31. BLA-L’ et H. WAMBACHER. lviss. ivien, 1932,141, p. 69 ï ; 1934,143,

p. 285 et !04.

(’) C. CHAMiE. C. R. 1927, 184, p. 19-2 î, 185, p 170 et 1277 ;

1928, 136, p. 1838. - C. CHAMIE et L.-A. GOLDSTEIN. J. Physique;

1929, 10, p. 4-i; J. Chirn. _Phys., 1931, 28, p. 228; 1932, 29, p. 242.

(4) H.-J. TAYlOR. _{Proc.roy.Soc., 1935, 150, p.} et V.-D. DABHOIKAR. Pror. _Phys. Soc., 1936, 48, p. 285.

tographique

des rayons a pour une méthode de

dénom-brement

_statistique

exact des

_particules

x, et de faire

l’application

de cette méthode à

_l’analyse

_{du ray} onne-ment a émis par le

_dépôt

actif du thorium. Je me suis surtout attaché à la détermination des conditions

pho-tographiques

très

_{particulières}

_qui

_permettent

une

observation correcte de l’effet

_produit

_par

_chaque

cor-puscule.

Choix de l’émulsion. -- Il

_s’agit

d’obtenir un

cliché où les parcours des rayons a s’inscrivent do

façon

nette,

yigoureuse

et

_régulière,

en évitant autant que

possible

tout autre noircissement. Comme

chaque

rayon x a

_toujours

une action très forte par

_rapport

à

celle des autres

_{rayonnements,}

le

_problème

revient à faire

_apparaître

les

_impressions

les

_{plus vigoureuses,}

â l’exclusion de toutes les

autres,

donc à utiliser des émulsions peu sensibles.

De

façon

générale,

une émulsion est d’autant moins-sensible que son

_grain

est

_{plus fin,}

et cette condition de

_grain

fin est d’autre

_part

très favorable à l’obtention de

_{trajets 2}

_réguliers,

_comprenant

un

_grand

nombre des

grains

bien serrés. J’ai donc eu à chercher

_parmi

les émulsions à

_grain

fin. J’ai fait des essais avec les

plaques

suivantes :

.

La

_plaque

cc Sans

Ccrccn

» utilisée avec

succès par 3’I"e Chamié.

Le

_film

dentaire

_Agfa,

souvent

_employé

_par Blau.

La

_{plaqzte spéciale}

« R.~ »

_{It furd,}

_que

_je

dois à Mme Joliot.

La

_plaque

~c

_{Hallloîie liford}

_»,

_qui

m’a été conseillée

par M"e Blau.

La plaque l(

( Diapositive

l’ons » et

La

_plaque

«

Spécial

contraste _», Cozenaière

_qui

m’ont été

_indiquées

_{par M.}

_Risson,

directeur des établisse-ments Crumière.

Les essais étaient faits en

_piquant

la

_plaque

en

plu-sieurs

_points

avec une

_{aiguille préalablement}

frottée de

polonium.

Des traces de matière active restent attachées à la

_gélatine

et

_rayonnent

dans toutes les directions. Ih

en résulte un

_aspect

en étoile souvent décrit par les chercheurs et dont l’observation

_{microscopique}

ren-seigne

sur le

_comportement

de l’émulsion vis-à-vis

des-rayons a.

Les émulsions

_Agfa

Zahnfilm et Lumière S. E. n’ont pas donné de résultat

satisfaisant,

leur

grain

étant gros et

irrégulier.

Les

plaques

Ilforcl R2 et Halftone ont

une émulsion très

fine,

mais

_trop

sensible,

d’où

beau--coup de

parasites.

Les deux

plaques

Crumière donnent

126

de bons

_clichés,

surtout la

_Diaposilive

Tons Noirs. C’est finalement sur cette _{dernière que} mon choix s’est arrèté.

_Ajoutons

_qu’il

est très

_important

de se servir d’émulsions fraîchement

_préparées

et

_qu’on

a

_avantage

à les utiliser en couches

_{épaisses (20}

_microns)

pour que

tout _{le parcours des rayons} a se fasse dans la

_gélatine.

De telles émulsions ont été

_préparées

_{spécialement}

pour moi par la maison Crumiére,

Développements

:Notre but étant d’accentuer les

_{impressions vigoureuses,}

autrement

dit,

d’obtenir ,des clichés « durs » ou « contrastés », la

technique

photographique

nous

_{enseigne qu’il}

faut utiliser un

révélateur

fort,

agissant

en _{peu de}

_{temps. Aprés}

plu-sieurs

essais,

j’ai

choisi un révélateur

concentré,

à la

pyrocatéchine,

composé

comme suit : Solution _{A : 250 g} eau

_distillée,

25 g

pyrocatéchine,

25 g sulfite de soude. Solution B :

_{~~4 g}

eau

_distillée,

25 g

potasse caustique,

45

_{g pliospate disodique.}

Le révélateur est

_préparé

au moment de

_l’emploi

en

mélangeant :

20 cm3 de solution

A,

10 cm3 de solution

B,

10

_gouttes

d’une solution saturée de bromure de

_potassium.

L’observation

_{microscopique}

des

_{plaques après}

des

développements

de durée croissante montre

_qu’au

cours

des 35

_premières

secondes,

les

_grains

fortement

impres-sionnés

_{(régions exposées}

aux _rayons

_a)

subissent seuls un commencement de

_{développement. Après}

_{35 sec,} leur réduction se

_poursuit

et leur noircissement s’ac-cen tue ; mais en même

_temps,

dans les autres

_régions

de la

_plaque,

les

_{grains plus}

faiblement

_{impressionnés}

(parasites)

sont

_développés

à leur tour.

J’ai été amené à arrêter le

_{développement}

au bout de 35 sec et à l’achever par un

_séjour

de 2 min dans un révélateur

_{complémentaire,}

le

V(r¡utol

Léona)’,

_qui

renforce le noircissement des

_{grains déjà partiellement}

réduits,

sans avoir d’action sur les autres. Le

_Vigutol

est

_{généralement}

_employé

_{pour les}

_tirages

sur

_papier.

Je l’ai utilisé pour les

plaques

avec la même

concen-tration.

Les

_plaques

doivent être lavées à l’eau

distillée,

une

minute entre les deux

_{révélateurs,}

et une minute

_après

le

_Vigutol.

_{Après quoi,}

on

_opère

le

_fixage

dans un bain

contenant de

_{l’hyposulfite}

et du bisulfite en

_quaniités

égales,

avec un _{peu d’alun de chrome. Dans} ces

condi-tions,

les noircissements

_parasites

sont _{très peu}

nom-breux et l’action

_spécifique

des rayons a s’observe très

facilement.

Impression

des

_{plaques. - L’appareil}

ci-contre

permet

de délimiter à l’aide de deux fentes un faisceau

de _{rayons ?}

_qu*on

fait tomber sur la

_plaque

sous une

inclinaison convenable. Il esi constitué par une boîte

de laiton _{fermée par} une

_plaque

rodée sur le bord E. On

_peut

y faire le vide par le tube T et le

placer

dans

un

_{champ magnétique}

intense

_parallèle

aux fentes.

La source est insérée dans la rainure R. La

_largeur

des fentes

_F,

F’ est à délerminer suivant le

_pouvoir

séparateur

que l’on veut obtenir.

Fig. t. - Oistance des fentes

F,F’ : 2 cm. Distance de la fente F’

au centre G du cercle ABCA’B’C’ : _2,25 cm. Dimensions inté-rieures de l’appareil : 3,5 crii/1 cm. Dimensions des

pla-ques : 3 _cm/ 1 cm.

Une troisième fente P en

_plomb

_permet

d’arrêter autant que

possible

les

_{rayons ~.}

La

_plaque

photogra-phique

G est _{maintenue par} un ressort D dans des

rai-nures

_{l’A’, BB’,}

_{qui permettent}

de lui donner

diverses inclinaisons.

J’ai fait des essais avec les inclinaisons :

20°,

45°,

636

(angle

du faisceau avec la normale à la

_plaque).

Une

incidence presque normale donne pour

chaque

rayon x

une tache

unique

de forme

_{irrégulière,}

que rien

d’esseu-tiel ne

_distingue

des autres noircissements.

Qnanl

l’incidence est t

_rasante,

les

_grains

_{impressionnés}

_par

un même rayon

apparaissent

_trop

_espacés

_{pour que}

l’mil püisse

les rattacher nettement à une même

trajec-toire : on

_perçoit

la direction

_générale

du faisceau sans

pouvoir compter

les

trajets

individuellement. Au

con-traire,

une _{incidence moyenne} met bien en évidence la corrélation des

_grains

_{d’un même parcours,} et l’incli-nuaison des

_trajets

_par

_rapport

au

_plan

de visèe du

point,

~le se

_figurer

la

_disposition

du parcours dans

l’espace

et de

_distinguer

entre elles

plusieurs

trajectoires

qui,

en

_perspective,

_{paraîtraient}

se

_prolonger.

C’est l’incidence de 251

_{(représentée}

sur la

_{figurel qui}

m’a donné le meilleur résultat.

La source utilisée était une lame d’or dont la tranche

avait été activée par une

_exposition

(le

_plusieurs

heures à l’action d’un

_dégagement

de thoron. Le

_charnp

magnétique

était

_produit

_par un électro aimant dont

les

_{pièces polaires}

avaient une

_largeur

_{suffisante pour}

que le

champ

fût uniforme sur tout le

_trajet

du faisceau. Le courant

_(de

fIt

_ampères)

était maintenu constant à 1 pour 100 à l’aide d’un rhéostat de

L°églage pendant

les 15 min que durait

l’exposition.

Le

_champ

_magnétique

obtenu était de _{8 000 gauss environ. Un vide de}

_quelques

millièmes de millimètres était maintenu dans

_l’appareit

pendant

toute la durée de

_{l’expérience}

par une _pompe

à huile et une _pompe à vapeur de mercure

Séparation

des radiations du thorium C et C’.

- On sait que les

corpuscules 2

émis par le

dépôt

actif

du thorium sont de deux sortes : ceux du thorium Cet

ceux du thorium

C’,

dont les vitesses sont

respective-ment : 1,70 10~

_cm/sec

et

_{~,054.10~ cm/sec.}

_Voyons

dans

_quelles

conditions les deux radiations donneront deux raies

_séparées

et,

pour

cela,

reprenons le calcul

indiqué

par NI. Rosenblum dans sa

_thèse,

en le

modi-fiant pour tenir

compte

de la

_disposition

_{particulière}

de la

_plaque.

Fig. 2.

L’expression analytique

des rayons

OJ,

0F’

nous

donne :

Comme nous ne faisons

_qu’un

calcul

_approché,

nous

négligerons

le

_premier

terme du second membre devant le second et nous

_{négliceroiis Il devante}

ce

_qui

nous

donne : -.

Dans un

_champ

de 8 000 gauss, le rayon de courbure

du _{faisceau de rayons} a est : 443 mm _{pour Th}

C,

534 mm

pour Th C’. Comme d’autre

part :

on trouve :

Fig. 3.

La distance des centres des raies sera donc :

Pour calculer la

_{largeur g}

des

raie~,

formons

l’expres-sion

_analytique

_{des rayons}

_{01 II, 02E :}

ou, en faisant les

_{approximations légitimes :}

D’autre

_{part :}

128

D’où on tire :

En

_prenant

_{pour R une valeur moyenne,} on trouve : «

Pour que les raies soient

séparées,

il faut due : Il suffirait donc d’avoir des fentes de mm de

largeur.

Les fentes ont été

_réglées

à

0,03

mm de

_façon

à avoir des raies

_largement

_séparées.

Dénombrement des

_{particules. -}

Les

_plaques

étaient observées au

_microscope.

J’ai utilisé un fort

grossissenlent (600)

pour avoir une très

_petite

latitude

de mise au

_point.

Les

_trajectoires

des

_{particules x}

appa-raissent comme de

_petits

_{traits constitués chacun par} six à huit

_{points alignés.}

Ils ont _{à peu}

_près

la même direction et s’enfoncent

obliquement

dans la

_gélatine,

ce

qu’on

constate en faisant varier la mise au

_point.

Fig. 4.

Dans une

_première

série

_{d’observations,}

_{j’ai exploré}

systématiquement

la

_{région impressionnée}

en

dessi-nant et

_comptant

les traits au _moyen d’une chambre claire. Le

_{champ permettait}

d1étudier un carré de

0,15

mm de côté. Tous les traits contenus dans ce

carré étaient

_{représentés}

à l’aide de la chambre claire

sur un carré de

_papier

de 9 cm de côté.

_Après

_quoi

la

plaque

était

_déplacée

de 15 centièmes

exactement,

d’abord

_{perpendiculairement}

à la direction des

_raies,

puis

parallèlement.

En divisant le dessin en bandes

d’égale

_largeur

(2,7 centièmes), parallèlement

à la direction des

_raies,

j’ai

établi la structure

_quantitative

du

_spectre

oc. La

courbe ci-dessus montre

_bien,

avec leurs intensités

respectives,

les deux raies ThC et ThC’ très nettement

séparées,

comme le calcul l’avait fait

_prévoir.

La

largeur

efficace des raies étant de 12 centièmes

environ,

on

_{peut explorer}

chacune d’elles en l’amenant entièrement à l’intérieur d’un carré de 15

centièmes,

et en

_déplaçant

_simplement

le carré

_{parallèlement}

à la raie. C’est ce _que

_j’ai

fait dans une seconde série

d’obser-vations, beaucoup plus considérable,

et

_portant

sur

environ 16 000

_particules

a. J’ai

_compté,

dans 100

car-rés contenant la raie la moins

déviée

_(ThC’)

10466 traita

et dans 100 carrés contenant t la raie la

_plus

déviée

(Th(,) : 5

582

_traits;

ce

_{qui donne,}

_{pour le}

_rapport

ThC’/ThC

la valeur :

soit 65 pour 100 pour

ThC’,

et 35 pour 100 pour ThC. Le calcul des

_{probabilités}

montre _{que la}

_précision

sur cette mesure, en

_supposant

que tous les

_corpuscules

ont été effectivement

_comptés,

est de

_2,5

pour 100. La méthode

_{photographique}

donne

donc,

si l’on se borne à 15 000

traits,

une détermination moins

_précise

que la méthode de la

_{charge électrique}

_{utilisée par}

Gré-goire,

et

_qui

donnait à

0,5

pour 100

près

un

_rapport

de

_1,90

soit

_65,5

_{pour 100et}

_34,~

_{pour 100.Elle fournit} néanmoins une bonne vérification de ce dernierrésultat.

Conclusion. - Je crois avoir montré l’intérêt _que

présente

la méthode

_{photographique}

_{pour l’étude du}

rayonnement

a. Elle pourra sans doute être

_employée’

avec succès à

_l’analyse

des

_{spectres 2}

_{par la méthode} de focalisation. Il me semble

_qu’elle

offre cet

_avantage

par

rapport

à la méthode du

_{compteur, qu’elle permet}

d’enregistrer

simultanément toutes _{les raies oc; tandis}

que la méthode du

compteur

ne

_peut

_{que les}

_{enregistr r}

successivement,

à mesure _que l’on

_déplace

la fente (lu

compteur

dans le

_spectre,

et donne ainsi les intensités des diverses raies à des moments différents de l’évolu-tion du corps radioactif.

D’un autre

_côté,

le dénombrement au

_microscope

est

beaucoup

plus long

et

_pénible

_{que le dénombrement}

automatique

du

_compteur.

Ce travail a été exécuté au laboratoire de l’Institut

du Radium. Je remercie NI. Debierne

_qui

a bien voulu

m’accepter

dans son

_laboratoire,

_{ainsi que M.}

_Grégoire,

qui

a

_dirigé

mon

_travail,

MI* Joliot et M. Rosenblum dont l’aide m’a été

_précieuse,

et les travailleurs du labo-ratoire

_qui

m’ont donné des conseils. Je remercie aussi M.

_Risson,

de la maison

Crumière,

qui

m’a donné des directives _{très utiles pour le choix des}

_plaques.