Parcours et structure fine des rayons α du protactinium

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Parcours et structure fine des rayons α du protactinium

Tsien San-Tsiang, M. Bachelet, G. Bouissières

To cite this version:

PARCOURS ET STRUCTURE FINE DES RAYONS DU PROTACTINIUM

_[*]

Par TSIEN SAN-TSIANG.

Laboratoire de Chimie nucléaire du

_Collège

de France. M. BACHELET et G. BOUISSIÈRES.

Laboratoire Curie de l’Institut du Radium.

Sommaire. 2014 On

détermine, au _moyen d’un _{amplificateur proportionnel,} les parcours des rayons 03B1

du protactinium par différence avec celui des rayons 03B1 du _polonium.

Le _spectre des _rayons 03B1 du protactinium est constitué par un _{groupe principal (80-85} pour 100),

de parcours égal à 3,511 ± 0,010 cm, et deux groupes satellites _(chacun 8-10 pour 100) de _3,23 et

3,20 cm respectivement. Les _énergies des rayons 03B3 déduites de cette structure fine des rayons 03B1

(E03B3

= _{290 et 320} ek V) sont en bon accord avec celles trouvées par Meitner dans l’étude du spectre

magnétique des électrons de conversion.

1. Introduction. - Le

parcours des rayons oc du Pa a été _{déterminé par}

_Geiger

en ₁₉₂₂ La valeur du parcours

extrapolé

obtenue dans ses

expériences

est

_3,67

cm

_{qui correspond}

à un _parcours

moyen 3,63 cm à

_{76o mm}

de

_Hg

et r 5° C. Derniè-rement,

_Ringo

_[2],

en utilisant un

_{spectrographe}

magnétique à

6oO _{des rayons} a, a trouvé une valeur de

5,o53

MeV _pour

_l’énergie

des _rayons oc du

Pa,

la valeur

_{correspondante}

_{du parcours moyen} serait

_3,57

cm. Cet auteur a

_indiqué,

en outre,

_qu’il

ne semble _{pas y} avoir une structure fine décelable des rayons x, bien que Meitner

[3]

ait

trouvé,

dans

la

_{spectrographie}

_magnétique

des électrons de

conversion,

des

_rayonnements

y pour cet élément.

Pour élucider la

_divergence

de ces deux déter-minations et voir s’il existe une structure fine des rayons «, nous avons

_repris

l’étude _{du parcours}

moyen, en utilisant une source de Pa très

_concentré,

en vue de déterminer avec

_plus

de

précision

_l’énergie

de

_{désintégration.}

2.

_Appareil.

-

L’appareillage

utilisé est celui que l’un de nous a

_employé,

en collaboration avec

Mie

_{Joliot-Curie,}

_pour la détermination du _parcours des rayons ce de l’ionium

_[4].

Il est constitué d’une chambre différentielle montée sur un

_{amplificateur}

proportionnel.

Le faisceau canalisé des _rayons « émis par une couche mince d’une

_préparation

radioactive

_pénètre

dans la chambre différentielle dont les deux

_{compartiments}

ont chacun une

épaisseur

de 2 mm. La feuille d’entrée du

_premier

compartiment

et la feuille

_qui

_sépare

les deux

parties

de la chambre sont en aluminium mince

dont

_{l’équivalent}

en air est de o,8 mm. La chambre

est reliée à

_{l’amplificateur proportionnel}

_qui

commu-nique

ses

impulsions

à un

_{oscillographe}

_cathodique.

On

_compte

seulement _{par observation visuelle}

les

_impulsions

_supérieures

à _{70 pour} 100 de

l’élon-gation

maximum,

ce

_qui

revient à diminuer

l’épais-seur efficace de la chambre

et,

par

conséquent,

augmenter

le

_pouvoir

_séparateur.

,

3. Sources. - Les sources du Pa ont été obtenues

en

déposant

_par

_électrolyse

du

protactinium

en

couche mince sur des feuilles de nickel. Nous avons

opéré

dans un

_petit

creuset en

_platine

de 10 cm3

servant d’anode avec un

agitateur

en

_platine.

La

cathode était constituée par une feuille de nickel

de

_5/Iooe

de millimètre

_{d’épaisseur,}

_interposée

entre deux lamelles de

_plexiglass

de 1 mm

d’épais-seur collées sur la

_périphérie

avec du

_plexigum.

La surface du

_dépôt

_{était délimitée par} un orifice

circulaire de

4

mm de diamètre

_pratiqué

dans l’une

des lamelles de

_plexiglass.

, Le bain

électrolytique, préparé

à

partir

d’un

produit protactinifère soigneusement purifié

de tous les descendants du

Pa,

avait la

_composition

suivante :

168

L’intensité du courant était de

o,I5 mA

et la

durée

d’électrolyse

de

_quelques

minutes.

La cathode était ensuite

_{soigneusement}

lavée à l’eau distillée et séchée. Avec une lame de rasoir on

_dégageait

la lame de nickel

_qui

était

parfai-tement _propre et

_portait

un

dépôt

de Pa dont la

coloration était due à des

_phénomènes

d’inter-férence.

Nous avons utilisé successivement deux sources.

D’après

les activités

_{superficielles (environ}

o,8

et

₄

u. e. s. _par

_em2),

on estime les masses

super-ficielles des deux sources à o,03 et _0,15

_mg/em2;

on

calcule que

l’absorption

des _rayons oc dans la couche active est

_{respectivement équivalente}

à celle

de 0, l et

o,5

mm d’air. On a donc

corrigé

les résultats

obtenus _pour le _{parcours moyen,} de la moitié de

ces valeurs.

4. Procédés

_{expérimentaux. --}

Comme il est

difficile de mesurer en _{valeur absolue le parcours,}

en raison de la difficulté

_qu’il

_y a à déterminer la

partie

de la chambre

_qui

doit être

_prise

comme

origine

des

_distances,

on a déterminé le _parcours

des _rayons a du Pa par différence avec ceux du

_Po,

comme dans le cas de l’ionium. Une

_petite

source

de

_polonium,

fraîchement

_préparée

par

électrolyse,

d’intensité

_analogue

à la source du

_{protactinium,}

a été utilisée dans des conditions tout à fait

semblables,

cette source

_peut

être considérée comme

infiniment mince.

Le faisceau des rayons Y., canalisé dans un

angle

solide de

_7,8

X io-3

stéradians,

était limité par un

diaphragme

de 2 mm

placé

sur la source et un

diaphragme

de 2 mm

placé

à 2 cm de celle-ci. Tout

le

_système,

_{source-canaliseur,}

_pouvait

être

_éloigné

ou

_rapproché

de la

_chambre,

et la distance était mesurée à l’aide d’un vernier au

_1/20e

de

milli-mètre. ,

Fit. 1.

5. Résultais. - .A.. EXISTENCE DE LA STRUCTURE FINE DES RAYONS oc DU PA. -

Quand

on trace la

courbe

_{représentant}

le nombre des rayons

qui

se

terminent dans la chambre en fonction de la distance

de la source, on _{obtient pour le}

_polonium

des courbes en cloche

_{approximativement}

_{symétriques.}

Mais _{pour le}

_protactinium

_(source

_faible)

on observe

un excès notable de rayons courts. Ce

_qui

semble

indiquer

l’existence d’une _{structure fine des rayons} ce du

Pa;

mais il

_n’y

a _pas,

_cependant,

assez _{de rayons}

pour déterminer d’une manière

précise,

le parcours de ces _rayons courts.

En vue d’avoir de meilleures

_statistiques

de ces

derniers,

nous avons utilisé la deuxième source

(source forte).

Avec cette source, nous avons _pu

mettre en évidence l’existence de la structure

_fine

des rayons oc du Pa

correspondant

à des rayons

d’en-viron 3 mm

_plus

courts _que ceux du groupe

_principal.

~

Fig. 2.

B. PARCOURS DU GROUPE PRINCIPAL DES RAYONS OC

DU PA. - Plusieurs

expériences

ont été faites

avec

_chaque

source de Pa et deux sources de Po. La

_largeur

de la courbe de distribution est de 2,o mm

pour le

polonium

et 2,1 et

2, 5 mm

respectivement,

pour le groupe

principal

des deux sources de

Pa,

ce

_qui

s’accorde bien avec ce _que l’on

_{prévoit d’après}

l’absorption

de la couche active. Les valeurs du parcours du groupe

principal

obtenues ont été

rapportées

à la

_pression

de

₇₆₀

mm de

_Hg

et à la

température

de 15° C. Il se _{trouve que les}

diffé-rences de

_pression

et de

_température

ont été

grandes

entre les diverses

déterminations,

toutefois,

les valeurs

après

correction se sont montrées très

concordantes.

En _{admettant pour le parcours moyen des} rayons cx du

Po,

la valeur

3, 843

~-- _0,006 cm

_[5],

on a _{obtenu, pour} le _{parcours moyen} du groupe

principal

On

_peut

admettre,

pour le parcours moyen des

rayons a du

Pa,

dans l’air à 15° C et

760

mm de

pression,

la valeur

Le _parcours

_extrapolé

serait

3,54

cm, en

admet-tant

_{3,87 cm}

_[6]

_{pour celui} des _rayons ce_

du Po. Ce _qui

_correspond

à une

_énergie

des

rayons oc de

5,0o MeV

et une vitesse initiale

de

1,655

X I09 cm : sec.

La valeur du parcours moyen trouvée dans

nos

expériences

est

_{plus petite}

_{que celle de}

Geiger (3,63 cm),

et même

_{plus petite}

_que celle

déterminée

_plus

récemment par

Ringo

Par contre elle s’accorde dans la limite des erreurs

expérimentales

avec les résultats sur _{le parcours}

extrapolé

obtenus récemment _{par deux d’entre}

nous. Il serait souhaitable de faire cette _{étude par}

d’autres méthodes pour élucider cette

_divergence

de valeurs.

C. PARCOURS DES GROUPES DE LA STRUCTURE FINE DES RAYONS OC DU PA. - Les courbes de

distri-bution du nombre de _rayons en _{fonction du parcours}

peuvent

être

_{décomposées}

en deux autres courbes

correspondant

l’une au _groupe

_principal

et l’autre à la structure fine et dont les maxima sont

situés

_{respectivement}

à environ 3,5 et 3,2 cm.

L’intensité de la structure fine

_correspond

à environ I ~-20 _pour 10o de celle du _groupe

_principal.

La

_largeur

de la courbe du _groupe

_principal

est de 2,5 mm, ce

_qui

s’accorde bien avec ce _que

l’on

_prévoit

_pour

_{l’absorption}

_par la couche active. Par contre, pour les rayons courts la

largeur

est de 2,8 mm, c’est-à-dire notablement

plus

que ce _que

l’on

_peut

_{admettre pour} une raie «

_{monocinétiquc.}

Aussi la courbe relative aux _{rayons courts}

(poin-tillée) pourrait

elle-même être

_décomposée

en

deux

_{courbes, ayant}

chacune ùne

_largeur

de 2,5 mm

et

_{correspondant}

à _{deux groupes de rayons d’in-} ~

tensité voisine. Cette

_{décomposition}

_permet

de

conclure _que le

_rayonnement

du Pa est constitué par un _groupe

_principal

de 3,SI 1 cm de parcours

et de deux _{groupes satellites} de 3,23 et 3,2o cm.

D. COMPARAISON AVEC LES RÉSULTATS DE LA

SPECTROGRAPHIE

_MAGNÉTIQUE

DES ÉLECTRONS DE

CONVERSION. - Nous

indiquons

dans le tableau ci-dessous les

énergies

des _rayons ce et celles

_qu’on

en _{déduit pour les rayons y résultant} de cette

structure fine. _{On voit que} dans la limite des crreurs

expérimentales (10 ekV),

elles sont en bon accord

avec celles de deux des trois raies ~~

indiquées

par Meitner

_(323,

_2gfi

et

₉₅

_{ekV), d’après l’analyse}

du

spectrc magnétique

des électrons de conversion. ,

6. Conclusion et discussion. - Le noyau du

protactinium

se

_désintègre

_{pour donner} un _noyau

d’actinium en émettant des rayons x. Il résulte de

nos

_{expériences qu’environ}

8o-85 _pour Ioo des

désin-tégrations

se _{font par} transition. directe à l’état

fondamental du _noyau

_{d’actinium,}

_{8-1 o pour} 10o au

premier

niveau excité

et _{8-10 pour 100} au deuxième niveau excité

L’énergie

de désactivation de ces deux niveaux est

libérée,

soit sous forme de

_photons

_(de

_29o et 32o

_ekV),

soit sous forme d’électrons de conversion. Les données de Meitner sur l’intensité relative des

élec-trons de conversion et nos résultats sur la structure fine conduisent à admettre

_l’analogie

de nature des

deux

_{rayonnements j,.}

-Fig. 3.

En

eff et,

nous savons

_d’après

nos

_expériences

_{que la}

probabilité

d’excitation des deux niveaux est _{à peu}

170

de conversion interne de la radiation de _{2go ekV} est

plus

grande

que celle de 32o ekV

(intensité

relative des électrons extraits du niveau K = I oo _{et 70 pour}

Ey = 2go

et 320

_ekV).

Ce

_{qui signifie}

que, pour la

première,

la

_probabilité

d’être émis2 sous forme de

photon

est

_{plus petite}

_{que pour} la deuxième. Par

conséquent,

le coefficient de conversion interne de la radiation _{de 2go ekV est}

_légèrement

_plus

_grand

que

celui de la radiation de 32o ekV. Ceci est une consé-quence naturel.le si les deux radiations sont de même

nature. ,

Il

_peut

exister un autre _groupe de _rayons a

res-ponsable

du troisième

_rayonnement

_y trouvé _par

Meitner

_(Ey==g5

ekV).

Leur

_intensit~

doit être de

moins de 5 _pour i oo de l’intensité du _groupe

prin-cipal,

à moins que son _{parcours soit}

_trop

voisin de ceux des _groupes

_indiqués,

_{pour que} nous

puissions

le déceler _par notre méthode.

Nous remercions vivement M.

_Debierne,

M. et Mme _{Joliot-Curie pour la}

_possibilité

_qu’ils

nous ont

donnée de faire ces recherches dans leurs laboratoires,

pour les conseils bienveillants

qu’ils

n’ont cessé de

nous donner et _{pour l’intérêt}

_qu’ils

ont

_porté

à ce

travail.

Deux d’entre nous remercient

_également

le Centre

National de la Recherche

_{Scientifique qui}

leur a

permis

de

poursuivre

ces recherches.

BIBLIOGRAPHIE.

[*] TSIEN SAN-TSIANG, M. BACHELET et G. _{BOUISSIERES, Phys.}

Rev., 1946, 69, p. 39.

Dans cette _{note, il y} a deux fautes _{d’impression :} 1° Pa mixed with «La» lire «Ta » au lieu de _{«La»; 2° E03B3= 287} ekV lire ₂₉₄ ekV.

[1] H. _GEIGER, Z. für Physik, 1922, 8, p. 45.

[2] R. RINGO, Phys. Rev., 1940, 58, p. 942. [3] L. _MEITNER, Z. _{für Physik, 1928,} 50, p. 15.

[4] I. CURIE et TSIEN SAN-TSIANG, J. de _{Physique, 1945,}

6, p. 162.

[5] M. G. HOLLOWAY et M. S. LIVINGSTONE, Phys. Rev., 1938, 54, p. 18.