Étude du fonctionnement d'un compteur proportionnel rempli de gaz carbonique sous pression

HAL Id: jpa-00212741

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00212741

Submitted on 1 Jan 1959

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of

sci-entific research documents, whether they are

pub-lished or not. The documents may come from

teaching and research institutions in France or

abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est

destinée au dépôt et à la diffusion de documents

scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,

émanant des établissements d’enseignement et de

recherche français ou étrangers, des laboratoires

publics ou privés.

Étude du fonctionnement d’un compteur proportionnel

rempli de gaz carbonique sous pression

Claude Lambert

To cite this version:

41 A.

LETTRES

A LA

RÉDACTION

ÉTUDE

DU FONCTIONNEMENT

D’UN COMPTEUR PROPORTIONNEL

REMPLI DE GAZ

CARBONIQUE

SOUS PRESSION

Par Claude

LAMBERT,

École

Supérieure

de

_Physique

et de Chimie, Paris.

Laboratoire

d’Électricité

Générale.

Introduction. - Dans les

opérations

de

datage

d’objets

anciens

_d’origine

animale ou

_végétale

_{par la}

méthode dite « du carbone 14 _», on est amené à mesurer

l’activité

_spécifique

d’un échantillon de carbone extrait de

_l’objet

à dater. A cet

_effet,

le

_procédé

le

_plus

commode consiste à introduire ce

_carbone,

sous forme

de

_C02,

dans un _compteur

proportionnel qui,

déclenché

par les rayons

fi-

du

_14C,

donne un taux de

_comptage

qui

mesure l’activité

_spécifique

cherchée.

On

sait,

_{en effet,}

que les réactions

chimiques

vitales

consécutives à la

_respiration

_ont, entre autres

_résultats,

celui de maintenir constante la

_composante

_isotopique

du carbone

_qui

entre dans l’architecture de la matière

vivante,

à savoir : 12C

_98,89

_%,

13C

_{1,11 %,}

14C

_1,3

10-12.

_Après

la mort, les réactions

_qui

main-tiennent constante la

_proportion

de radiocarbone 14 n’ont

_plus

_lieu,

mais sa

_{désintégration}

radioactive se

poursuit

selon le schéma :

03B2-1 aC p-

147N

(a vec

u ne

_{p ériode}

d’environ 5 500

_ans).

L’activité

_spécifique

du « carbone mort » décroit donc

selon une fonction

exponentielle

du _temps, ce

_qui

jus-tifie la méthode

_indiquée

ci-dessus.

Énoncé

du

_problème.

--

Si,

afin d’effectuer cette mesure dans les meilleures

conditions,

l’on veut accroître le

_rapport

«

signal/bruit

de fond _», on _peut non

seulement diminuer le

bruit

de fond en

_protégeant

le

compteur

des

_rayonnements

_parasites

extérieurs,

mais

encore

_augmenter

la concentration du 14C dans le compteur, c’est-à-dire augmenter la

_pression

_{du C02}

quitte

à

_dépasser,

contrairement à

l’habitude,

la

pres-sion

_{atmosphérique.}

(Le

taux’ de

_comptage

n’est _pas

très

_grand

_lorsqu’on

_opère

sous

_pression

inférieure à une

_{atmosphère.)}

-D’autre

_part,

les

_opérations

_{chimiques par}

_lesquelles

on obtient

_{le C02,}

à

partir

de

l’échantillon,

_peuvent

donner

_également

des

impuretés électronégatives

(N2,

02,

C’2

... )

qui,

introduites dans le _compteur, même à

l’état de traces, en

perturbent

le fonctionnement : ces

gaz

capturent

les électrons

_qui

sont les ions

_jouant

le rôle le

_{plus important}

dans la

_décharge

du

_compteur.

D’où le

_problème

_envisagé

dont l’énoncé se résume en

trois

_{points :}

1. Construire une installation

_permettant

les

opéra-tions 2 et 3 ci-dessous.

2.

Étudier

le _comportement d’un

_compteur

propor-tionnel

_rempli

de

_C02

_{entre 0}

et

_quelques

_{atmosphères;}

plus précisément :

déterminer

_{expérimentalement}

les

valeurs du coefficient de

_{multiplication}

du

_compteur

pour différentes valeurs de la

pression

du

_C02.

3.

Étudier

l’influence de traces

_d’oxygène

et d’azote

sur le

_comportement

du

_{compteur ;}

_{plus précisément,}

déterminer

_{expérimentalement,}

à

_{chaque pression}

de

_C02,

les valeurs du coefficient de

_{multiplication}

pour différentes valeurs de la

pression partielle

des

impuretés.

Principe

de la méthode mise en 0153uvre. -- La mesure

du coefficient de

_{multiplication}

sera faite par la

méthode

_{classique :}

ce coefficient se déduit de

1’4empli-tude des

_impulsions

du

compteur

en

_régime

de

satu-ration et de celle des

_{impu sions}

en

régime

propor-tionnel,

, ces

amplitudes

étant mesurées

à

l’oscillo-graphe

déclenché. Le

_compteur

_pourra être excité _par

une source interne de rayons oc ce

_qui

est

_{plus pratique}

que

_d’y

introduire’i du

_{C02 marqué-’et}

ne

_change

rien

aux

_{phénomènes de décharge car l’origine}

des ions

primaires n’importe

pas. -.

FIG. 1. -- Schéma de

_principes

de l’installation. R : réservoir

_principal,

r : réservoir

secondaire,

b : ballonnets de

_{purification,}

j : jauges de _pression,

i : _{canalisations d’introduction des gaz,} m : manomètre.

L’installation

_{représentée}

_{schématiquement}

sur les

figures

ci-jointes

permet, outre le

_remplissage

du

compteur,

quelques opérations

de

_purification

du

_C02,

séchage,

condensation

fractionnée,

adsorption

sélec-tive sur

_A120,.

Voici comment s’effectue ce

_{remplissage :}

Soit V le

_{volume de}

,R + r et v celui de r _{+ c,}

négligeons

le

_{volumé des canalisations,}

_supposons l’installation

et

_les

_opérations

isothermes et _posons

_{V 1 v = TI,}

> 1.

42 A

FrG. 2. - Schéma

prévisionnel complet

de l’installation.

c : _compteur,

t : _tombac,

M : manomètre à levier _optique,

r : réservoir secondaire, J : _joint, d : desséchant à _{P 2°5’} c et c : condenseurs, b et h : ballons de _.Al2O3, R : réservoir

_principal,

j : _{jauge ionique,.} VD :

_voyant

à _décharge, P :

_pièges,

Mk :

jauge de MacLéod,

ml ,

manomère à mercure,

m2 : manomètre à

phtalate

de _butyle, d : desséchant à « _{silica-gel »,}

i : canalisation d’introduction des _impuretés,

D : pompe à diffusion de mercure, P . pompe à

palettes.

REMPLISSAGE DE

_CO2

SOUS LA PRESSION P. - Sl P est inférieur à 1

_atmosphère,

il suffit de vider tout

l’appareil

_{et d’y}

laisser

_pénétrer

ensuite

_{C02 jusqu’à}

la

pression

désirée.

Si P est

_supérieur

à 1

_atmosphère,

_l’appareil

étant

vidé et la vanne 1

_fermée,

on

_emplit

_{R +} r à la

pres-sion a =

Pin

1

atmosphère,

puis

_on condense

le

_CO2

dans r en

_plongeant

dans un vase Dewar

_rempli

d’azote

_liquide,

ensuite on ferme

_2,

ouvre 1 et laisse

évaporer

de r dans r + c le _gaz

_qui

atteint la

_pression

P.

(On

a, en

_effet,

cF = Pv d’où : P = _a.

_{V ln}

= n.

_m.)

REMPLISSAGE DE

_CO2

SOUS LA PRESSION P ET

D’IMPURETÉ SOUS LA PERSSION PARTIELLE _p. - On introduit d’abord

l’impureté

sous la

_pression

_p,

_qui

est

inférieure à 1

_atmosphère,

de la même

_façon

_que

précé-demment le

C02.

Puis on isole le _compteur par 1 et on

vide R + r, il reste alors à

_opérer

suivant la méthode

indiquée

ci-dessus

_pour

_compléter

le

_remplissage

_par du

C02

sous la

_pression

P

_(les

valeurs intéressantes du

rapport

p lP

sont de l’ordre de 10-4 à

_10-8).

Résultats

_espérés.

- Obtenir des

mesures

repro-ductibles et

_compatibles

avec celles

_déjà

obtenues _par

certains _auteurs, notamment :

_G.

Delibrias

_(C.

E.

_N.,

Saclay),

G. J.

_Fergusson,

H. de Vriess et G. W.

Barend-sen,

qui

ont

_opéré

_jusqu’à

2 et 3

_{atmosphères.}

Fergusson

et de Vries et Barendsen sont

les

_seuls,

à notre

_{connaissance,}

à

_produire

_quelques

résultats sur

l’influence des traces

_d’oxygène

ou

d’air,

sans _exposer

toutefois la

_façon

dont il les ont

_obtenus,

et seuls

de Vriess et Barendsen

(qui

travaillent en

collabo-ration)

tentent une

explication

du

phénomène.

_(Pour

des concentrations croissantes

_{d’impuretés}

électro-négatives.

la courbe de _comptage se tasse sur l’axe

des

_abscisses,

_{tandis que} son

_palier

s’amenuise et finit par

disparaître.)

-Il y a donc là un

_sujet

de travail à _peu

_{près vierge,}

les auteurs cités n’ont fait

_{qu’efneurer}

la

_{question :}

ils ne

_{s’intéressaient,}

en

_effet,

_presque exclusivement

qu’au problème

du

_datage.

Lettre reçue le 3 novembre 1958.

APPAREILLAGE SIMPLE POUR LA MESURE

DE FACTEURS DE SURTENSION

DANS LA

BANDE

X

Par Albert

STRUB,

Laboratoire de Haute

_Fréquence

de la Faculté des Sciences de Grenoble.

La détermination du coefficient de surtension

_Q

d’une cavité résonnant aux ondes

centimétriques

est

d’habitude basée sur une mesure de

l’énergie

réfléchie

par cette

cavité,

à l’aide d’un

coupleur

directif ou d’un

« Té

magique

». Le

_générateur

est un

_klystron,

modulé en

_fréquence

_par

application

d’une tension en dents de

scie

_pour

le

_réflecteur,

et un détecteur à cristal fournit

un

_signal

_{proportionnel}

à la

_puissance

_réfléchie,

_que

l’on

peut

représenter

en fonction de la

_fréquence

sur

l’écran d’un

_{oscilloscope cathodique}

[1].

Ce

_procédé

_(limité

à la détermination de surtensions

supérieures

à 3 000

_environ)

nécessite d’autres

dispo-sitifs,

tels

_qu’un

deuxième

_klystron

à

_fréquence

_fixe,

un

_récepteur

sélectif,

des

_appareils

_{pour la} mise en

forme des

_impulsions,

et un asservissement de la

puis-sance de sortie en fonction de la

_fréquence

du

_premier

klystron.

Ayant

à mesurer des facteurs de surtension de 2 000 à 8

_000,

dans la bande

_X,

nous avons mis au

point

le

montage

indiqué

sur la

figure

1. Il

_permet

_également

la mesure de valeurs

beaucoup

plus

faibles

₍₂₀₀

envi-ron). On

peut

constater _que

_{l’appareillage}

nécessaire

est très réduit.

Principe

de la mesure, - Nous

partons

de