La mesure des activités α et β avec une cellule à couche d'arrêt

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La mesure des activités α et β avec une cellule à couche

d’arrêt

P. Bonet-Maury

To cite this version:

LA MESURE DES

ACTIVITES 03B1

_{ET 03B2}

AVEC UNE CELLULE A COUCHE

D’ARRÊT

Par P. BONET-MAURY. Institut du Radium. Laboratoire Curie.

Sommaire. 2014 _Description d’un _{montage simple} utilisant une cellule à couche d’arrêt au _{sélénium pour} les mesures radioactives.

1. Mesure des activités x.

~

1.

_Principe.

- Les cellules à couche

d’arrêt,

du

type

commercial

_{courant, peuvent}

constituer un excel-lent

_appareil

de mesure _{pour les} activités ce. Il

suffit,

dans ce

_but,

d’étaler sur la vitre

_protectrice

une mince couche de ZnS luminescent

_(fixé

au verre _par une

pel-licule de baume du

_Canada)

et de recouvrir l’écran ainsi constitué d’une feuille d’Al

(4 y)

perméable

aux

rayons « mais opaque à la lumière. En

plaçant,

à

quelques

millimètres de la cellule ainsi

_modifiée,

une

source de Po on obtient dans un

_{galvanomètre}

relié aux bornes du

_{photoélément,}

un courant

_{proportionnel}

à l’intensité de la source,

depuis

une fraction d’U. E. S.

(a)

jusqu’à plus

de 50 000 U. E. S. Mlle B.

_Karlik,

à

qui

l’on doit le

_principe

de cette

_élégante

méthode

(photométrie

d’un écran au ZnS illuminé _par des rayons

oc)

a, en

_effet,

montré _que

_l’énergie

lumineuse émise _par le ZnS irradié est

_{proportionnelle}

au nombre des

_particules

« incidentes _{par unité} de

_temps

et _par

unité de surface

_{(1, 2, 3, 4).}

Nous avons nous-même

vérifié ce fait dans les limites

indiquées.

2.

_Dispositif

_{expérimental. -}

_a)

CELLULE.

-Nous utilisons des cellules L. M. T. au

_selenium,

du

type

courant

₍₃

002

_B)

montées dans un boîtier

d’ébo-nite,

découvrant une surface sensible utile de 57 mm de diamètre

_(fig.

1).

En

_posant

la cellule sur un

_plan,

la vitre de

_protection

se trouve à 3 mm du

_plan.

Ces cellules sont très

_stables,

_pratiquement

insensibles aux variations de

_température

ou d’humidité

_et,

_malgré

leur

_grande

_surface,

très

_{homogènes. L’exploration}

au moyen d’un

pinceau

lumineux étroit donne des

varia-tions,

d’un

_point

à l’autre de la

_cellule,

inférieures à 5 pour 100. Ces cellules ont une

caractéristique

recti-ligne,

c’est-à-dire que le courant est

_{proportionnel}

au flux lumineux dans tout le domaine

_qui

nous intéresse

et leur courant d’obscurité est

_pratiquement

nul. (a) On mesure les sources _{de Po par le} courant de saturation

produit dans une chambre d’ionisation où le _rayonnement x est

complètement absorbé. Ce courant de _{saturation, correspondant} aux rayons émis dans un angle 2 ,~’, s’exprime en U. E. S. : 1 U.E.S.

correspond à 1,69 x 101° g de Po.

(1) B. KARLIK. Wien. Ber. _{(11 a),} 1927, 136, p. 531 ; Mitt d.

Ra. 209.

(2). B. KARLiK. Wien. Ber. _{(11 a), 1928, 137, p. 363 ;} I1fitt d. Ra. _Inst., 222.

(3) B. KARLtK. Wien. Ber. _{(11 a),} 1930, 139, p. 509 ; d. Ra. _Inst., 266.

(4) G. A. TEVES. Ann. Physik, 1932, 14, 57.

Fig. 1.

b) ÉCRAN

AU ZnS. - Le choix du ZnS est

impor-tant. Si l’on veut obtenir des écrans à haute

lumines-cence il faut _{utiliser de gros cristaux de ZnS. Mlle} Kar-lik

_(loc.

_cit.)

a

_montré,

en

_effet,

_{que la luminescence}

d’un ZnS donné est fonction de la taille des cristaux : de gros cristaux

donnent,

pour une même

_épaisseur

d’écran,

plus

de _{lumière que} les

_petits

et la

pulvéri-sation affaiblit

_toujours

la luminescence d’un ZnS. Le maximum de sensibilité des cellules à couche d’arrêt utilisées étant situé entre

_{0,5 ti}

et

_{0,6 ti}

il

faudra,

en

outre,

utiliser un ZnS dont la ou les bandes de

lumi-nescence soient situées dans cette

_région.

_Enfin,

à la luminescence « il

_peut

se _superposer, au cours de

l’irra-diation,

une

_{phosphorescence}

due à la lumière émise par le ZnS : c’est le

phénomène

d’auto -illumination. Il

_peut

être

_quelquefois

_gênant,

car la luminescence «

est

_{pratiquement dépourvue}

d’inertie

_(moins

de 1

_/10

000 de

_sec)

₍₁₎

tandis _que l’auto-illumination croît lentement

_pendant

l’irradiation

_(fig.

2

_~)

et

_persiste

~~) G. DESTRI-&U. Thése de doctorat es sciences. 1936.

526

un certain

_temps

_après

sa fin

_{(fig. 2 B).}

Un ZnS sensible aux _{rayons « mais peu} sensible aux

_photons

présenterait

des

_avantages.

Nous avons tout d’abord utilisé un ZnS

(échantil-lon 10

_K)

de ce

_type,

_que nous devions à la très

_grande

obligeance

du

_professeur

Schleede. Ce sulfure 10 K

ne donnait pas

_{d’auto-illumination,}

mais nous n’avons

pas réussi à

préparer

avec cet échantillon des écrans

convenables,

suffisamment

_homogènes,

car il s’étale

très difficilement. Il

_est,

en

_outre,

constitué _par de très

petits

cristaux et la lumière

_qu’il

émet n’est pas située dans la zone de sensibilité maxima de la cellule. Nous

Fig. 2.

employons

maintenant le ZnS vert Gunz Poulenc com-mercial. Ce su’fure donne de l’auto-illumination nuis celle-ci est toutefois _peu

_gênante,

car elle est

_faible,

et

_disparaît

très vite

_(fig.

2. Cette courbe a été obtenue

_après

une irradiation de 5 min avec 12 000

U. E.

_S.).

Ce

_sulfure,

en _{gros cristaux}

₍₁₀

à 35 _p., en

moyenne

20~),

s’étale extrêmement

bien,

fournit un

spectre

situé dans le domaine voulu et les écrans obte-nus donnent un courant 5 fois

_plus

_{fort que} ceux

pré-parés

avec le sulfure 10 K. Le ZnS Gunz vert est un

produit

fabriqué

commercialement et dont _la compo-sition

_{paraît être,}

d’un échantillon à

_l’autre,

constante.

La

_préparation

d’écrans au ZnS d’aussi

_grandes

dimensions

_(environ

25

_cm2}

_{n’est pas}

_facile,

car il

faut obtenir des écrans

d’épaisseur

suffisamment uni-forme.

_Après

de nombreux

_essais,

nous nous sommes

arrêtés à la

_technique

_suivante,

_qui

_permet

de

_préparer

d’excellents écrans.

La vitre de

_protection,

retirée du

_boîtier,

est

soi-gneusement nettoyée

et on _y

_dépose

III

_gouttes

d’une solution à _{25 pour} 100 de baume du Canada dans le

xylol.

Avec le bord d’une lame pour

préparations

mi-croscopiques

on étale les

_gouttes

sur toute la vitre et

on attend que le

_{xylol s’évapore (3}

min en

_été,

4 min en hiver

_environ).

On

_saupoudre

alors abondamment

toute la surface de ZnS vert Gunz Poulenc au traverse

d’un tamis de soie à mailles très fines et l’excès de ZnS

est

_promené

sur toute _{la surface par}

_tapotements.

On

tape

doucement sur une table l’écran

_placé

verticale-ment _pour enlever le ZnS non fixé et on recommence

2 ou 3 fois le

_saupoudrage

de

_façon

à bien

_garnir

toute

la surface du

_disque.

On

_place

une demi-heure dans une étuve à 800 pour sécher et durcir le baume. L’écran ainsi

_préparé,

examiné au

_miscroscope,

est

constitué par une ou deux assises de cristaux

irrégu-liers de ZnS

_qui

recouvrent _presque

_{complètement}

la surface du verre. Il faut environ 100 mg de ZnS pour

garnir

la surface de la

_vitre,

soit 25 cm2.

_L’écran,

ainsi

_préparé,

est couvert d’un

_disque

d’Al de sans

_trous,

et remonté dans le boîtier de la cellule.

c)

GALVANOMÈTRE. - La résistance d’un

photoélé-ment

_(variable

avec le

_signe

et la

_grandeur

de la tension

_appliquée)

est de l’ordre de

_quelques

mil-liers d’ohms.Il y a

_avantage

à utiliser un

galvano-mètre dont la résistance

_critique

est de cet ordre

et dont la résistance intérieure est faible car les

photoéléments doivent,

pour éviter les

phénomènes

de

_fatigue,

débiter dans un circuit de résistance

négligeable

vis-à-vis de leur résistance intérieure. Nous avons utilisé un

_{simple galvanomètre}

mural A. 0. I. P.

(1)

de résistance intérieure 50

ohms,

de résistance

_critique

2 500

ohms,

de

_période

5 sec et

donnant 1 mm à 1 m _pour

_1,8

X 10-9 A. _Cet

appa-reil,

très peu

coûteux,

nous a donné toute satisfaction

car il

_permet

de mesurer, avec un réducteur de

sen-sibilité,

et une échelle à 3 _m, des sources de Po

depuis

15 U. E. S.

_{jusqu’aux plus}

fortes sources

préparées

au laboratoire

₍₁₂₀

000 U. E.

S.).

d)

MESURE. - Pour effectuer une _{mesure, la} source

est

_posée

sur une surface horizontale et la cellule

pla-cée sur la source. La lecture du

_{galvanomètre}

s’effec-tue au bout

de

10 à 20 sec, suivant la

précision

désirée. Avec les sources

_fortes,

le

_{galvanomètre}

continue à dévier lentement de

_quelques

_pour

_100,

au bout de

ce

_temps,

_par suite de l’auto-illumination du ZnS

(fig.

2

_A).

Il est

_facile,

_quand

on le

_désire,

_{d’apprécier}

cette déviation

_{supplémentaire}

en déterminant le

courant résiduel immédiatement

_après

avoir retiré la

source. L’extinction de la luminescence due aux

rayons ce s’effectuant dans une fraction de seconde

le courant résiduel est dû

_uniquement

à la

phospho-rescence

_(fig.

2

_B).

3. Etude de la méthode. -

_a)

DIMENSIONS DE LA SOURCE. - La de la _source est _sans influence

sur les mesures _pour les sources

_{généralement}

_utilisées,

dont les dimensions excèdent rarement 1 cm2. Nous

avons constaté

_qu’une

source de 1000 U. E. S. sur

1 mm2 donne la même déviation

_qu’une

source de

même activité sur 2 cm2. Nous avons

_également

que les trois sources

_placées

côte à côte don-naient une activité totale

_égale

à 50 000 U. E. S. à moins de 5 pour 100

_près.

L’épaisseur

de la source, c’est-à-dire de

son

_support,

influe sur la distance réelle source-cellule. Comme nous le verrons

_plus

loin une variation de distance de 1 mm

en-traîne une variation de courant de 7 _pour

100,

mais pour les sources de Po

_usuelles,

préparées

sur des feuilles

_métalliques

min-ces cette correction est

_{généralement}

négli-geable.

b)

POSITION DE LA SOURCE. - La

dis-tance source-écran

_joue

un rôle

_important

car sa variation modifie le nombre et

l’énergie

des _rayons oc, émis par la source,

qui atteignent

la cellule. Le nombre des rayons se trouve réduit non seulement par

la réduction de

_l’angle

solide

intercepté

par la cellule mais encore _par

_{l’augmentation}

de la lame d’air

_interposée,

_qui

_joue

le rôle d’un

dia-phragme

pour les rayons

marginaux.

La

_figure

3

montre l’influence de la distance source-écran sur la déviation du

galvanomètre.

On voit _que la relation

est linéaire de 1 à 7 mm environ et

_chaque

millimètre d’écart entraine une variation de 7 _pour 100 du courant. La

_place

de la source

_peut

_{jouer également}

un rôle.

En

_effet,

les écrans ne sont _pas

_parfaitement

homo-gènes,

car la distribution des cristaux de ZnS n’est évidemment pas absolument uniforme. En

explorant

un

_écran,

avec une source de Po de

_petites

dimen-sions,

on

_constate,

suivant la

_place

_irradiée,

des varia-tions de 3 à _{7 pour} 100. Les mesures sont faites soit en

plaçant

la source en face du centre de la cellule _pour des mesures

_rapides,

soit _pour des mesures

_plus

soi-gnées

en la

_plaçant

successivement à 5 endroits diffé-rentes

_{(0, A,}

_{B, C,}

_{D) (fig.1)}

et en faisant la _moyenne

des mesures. On améliore ainsi la

_précision

et on utilise

à peu

près

toute la surface de la cellule. Le

_repérage

de ces

_points

s’effectue soit en dessinant sur la surface où l’on

_place

la _source, le contour de la

cellule,

son

diamètre utile et les

_points

_indiqués,

soit en fixant à demeure la cellule sur cette surface au _moyen d’une

char-nière

_permettant

l’introduction et le retrait de la source.

c)

ETALONNAGE. -

L’étalonnage

a été effectué en

utilisant des sources

_comprises

entre 100 et 50 000 U. E. S. mesurées avec

l’appareil

absolu de Mme Cu-rie

(1).

Le tableau 1 donne les résultats obtenus et on voit que la

_{proportionnalité}

est excellente. Nous avons

prolongé

cet

_étalonnage

du côté des faibles activités

entre 10 et 2 U. E. S. en utilisant un

_{galvanomètre}

plus

sensible et des sources mesurées dans un

conden-sateur à

_plateau

_par la méthode du

_quartz

piézoélec-trique.

TABLEAU I.

d)

SENSIBILITÉ. - Avec les écrans

préparés

sui-vant la

_technique

_décrite,

le tableau 1 montre _que l’on obtient un courant de l’ordre de 7 X ’10-11 A

_(0,20

U. E.

_S.)

avec une source de 1 U. E. S. de Po. On

uti-lise,

par

conséquent,

dans le

_{galvanomètre}

_{20 pour} 100 de

_l’énergie

incidente. Avec le

_{galvanomètre}

robuste

utilisé,

on

_peut

mesurer les sources

_jusqu’à

15 U. E. S.

e)

FIDÉLITÉ. - La fidélité de la méthode est très

bonne et n’est _{limitée que par} la très lente destruction de l’écran par les rayons x, On

sait,

en

_effet,

_que la luminescence du ZnS baisse au cours de l’irradiation

_(2).

(’) 3Ime P. CURiE. J. de _{Chimie-Phu.1qique,} 1925, t. 22, p. 143.

528

Cette «

fatigue }>

est toutefois très faible et n’est _pas,

avec le

_{dispositif décrit,}

_gênante,

car la surface de l’écran est

_grande

et les mesures ne nécessitent

_qu’une

courte irradiation. Nous utilisons

_{depuis plus}

d’un an

le même écran

_et,

_après

des centaines de mesures

_(avec

des sources

_jusqu’à

50 000 U. E.

S.)

son

_étalonnage

n’a varié _{que de}

_quelques

_pour cents. Le

_changement

d’écran s’effectue d’ailleurs en

_quelques

secondes et les

écrans,

préparés

avec le même

_ZnS,

diffèrent entre eux de moins de 10 _pour 100. La vérification de l’étalon-nage est très

facile,

car il suffit de contrôler un seul

point, puisque

les indications sont linéaires.

f )

PRÉCISION. - La

précision dépend

principale-ment de

_{l’homogénéité}

de l’écran de ZnS. En faisant

une seule mesure au centre de la cellule la

_précision

est

_comprise,

suivant les

_écrans,

entre 5 et _{10 pour}

_100,

mais si on fait la moyenne de 5 mesures à des endroits

différents on obtient une

_{précision comprise}

entre

2 et 5 _{pour 100.}

II. Mesure des activités

_8.

Le

_{dispositif précédent}

ne donne pas des résultats

utilisables pour la mesure des activités

p,

car on

obtient un courant lentement croissant avec le

_temps

pendant plusieurs

minutes. Mais en

_supprimant

l’écran au ZnS et en irradiant directement la surface

sensible de la

cellule,

au travers de la feuille

d’Al,

on

obtient,

pour une distance convenable source-écran

un courant

_rapidement

stable

_(1).

Nous avons

_essayé

d’utiliser une cellule de ce

_type

pour mesurer l’activité des fines

_aiguilles

de radon utilisées en

thérapeutique

et le tableau II donne le résultat d’une série de mesures

_effectuées,

en _p avec

la cellule et en _y avec un

_grand

condensateur à

_plateau

et un

_quartz

_{piézoélectrique.}

TABLEAU II.

Etude de la Méthode. - En faisant varier la

distance source-cellule on constate _{que la} «

fatigue

»

(1) P. BONET-MAURY. C. R. Ac. des Sc., 1937, t. _{204, p. 1641.}

de la cellule est fonction de cette distance. La

_{figure 4}

donne 2 courbes de courant en fonction de la durée d’irradiation l’une

_(A)

_pour une distance de 3 _mm,

l’autre

_(B)

_pour une distance nulle. La courbe A

montre

_qu’on

obtient un courant stable en 30 sec

pour la distance utilisée dans les mesures

₍₃

_mm)

tandis que la courbe

(B) indique

une

_fatigue

rapide.

Ce

_phénomène

de

_fatigue

ne s’observe

_plus

avec les sources utilisées

_quand

la distance est

supé-rieure à 1 mm.

_Jusqu’à

5 mm le courant

_{d’équilibre}

ne varie _{sensiblement pas} avec la distance.

La sensibilité obtenue estde l’ordre de 2 X 10 -9 A

par millicurie.

La

_fidélité

est moins _{bonne que pour} les a car il _y a une très lente baisse du courant

_{d’équilibre,}

baisse

_qui

peut

atteindre 20 pour 100

après

une demi-heure de mesures

_{ininterrompues.}

_Cependant,

_{par repos, la}

cellule se

_{« régénère}

» et redonne les mêmes indications. La

_précision

est

_{naturellement,}

à cause de cette

fatigue,

moins satisfaisante et elle

_varie,

suivant la durée des mesures entre 5 et _{15 pour} 100.