Coefficients d'absorption des rayons gamma du radium C'

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Submitted on 1 Jan 1934

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Coefficients d’absorption des rayons gamma du radium

C’

H. Ketelaar, A. Piccard, E. Stahel

To cite this version:

LE

JOURNAL

DE

_PHYSIQUE

ET

LE

RADIUM

COEFFICIENTS D’ABSORPTION

DES RAYONS GAMMA DU RADIUM C’

Par H. KETELAAR

_(1),

A. PICCARD et E. STAHEL.

(Laboratoire

de

_physique

de la Faculté des sciences

_appliquées

de l’Université de

_Bruxelles.)

Sommaire. - Nous avons mesuré les coefficients _{d’absorption} des rayons gamma du radium dans différents métaux après de _{grandes épaisseurs} de filtres _primaires. Les coefficients _{d’absorption} dans l’aluminium et le fer sont _égaux aux coefficients _{d’absorption électroniques} calculés par les formules de Klein et Nishina. Pour d’autres métaux on trouve des différences (rapportées à l’électron par cm2) proportionnelles aux cubes des nombres _atomiques. On sait que la différence entre le coefficient

d’absorption observé et le coefficient _{d’absorption électronique représente} la somme de _{l’absorption}

photoélectrique et de _{l’absorption} nucléaire. Les connaissances actuelles ne permettent pas encore de faire la discrimination entre ces deux coefficients _partiels.

SÉRIE VII.

TOME V.

N°

8. AOUT

1934.

L es recherches de ces dernières années ont montré

que le noyau de l’atome ne

_réagissait

_{pas seulement} au _{bombardement par rayons}

_{corpusculaires}

mais aussi à l’action des rayons gamma durs. Outre

_{l’absorption}

des rayons gamma par les électrons extra-nucléaires

(effet Compton

et effet

_{photoélectrique),}

on observe pour les atomes lourds une

_absorption

anormale

(effet

Meitner-Hupfeld),

que l’on attrib ue aux _noyaux.

De nombreux

_{expérimentateurs}

ont étudié

l’absorp-tion des rayons gamma du RaC’ et du ThC". Nous

avons

_repris

les mesures _{pour le}

_premier

de ces _corps

en utilisant une

_préparation

de 1 709

_milligrammes

de radium en

_équilibre

avec ses

_produits

de

décompo-sition. Nous avons étudié la variation du

_coefficient

d-’absorption

en fonction de

_{l’épaisseur}

du filtre

primaire,

et

_poussé

cette étude

_jusqu’à

de très

_grandes

épaisseurs,

détail

_important

_{parce que le}

_spectre

du radium est

_composé

de raies nombreuses et

_rapprochées

et

_qu’il

faut filtrer le

_rayonnement

_{initial par} une

épaisseur

de métal considérable avant d’arriver à sélectionner les

_composantes

les

_plus

dures.

Montage

et

_principe

des mesures. -. Le radium

(fig. 1),

est

_placé

au fond d’un canal de 35 cm de

J.1~lg. ~. - Dispositif de mesure.

Ra : Radium. - B : Filtra primaire. - F : Filtre de

mesure. - C : Chambre d’ionisation. - D :

Diaphragme.

profondeur

et de 4 cm de

_diamètre,

_aménagé

à l’inté-rieur d’une masse de

plomb telle que dans toutes les

directions,

elle constitue une

_protection

d’au moins

20 cm. La fenêtre d’entrée de la chambre d’ionisation

se trouve

_{à 2,10 m}

de la source. _{Son rayon de 9} cm est donc vu de la source sous un

_angle

de ~°28’.

(1) Aspirant du Fonds National de la Recherche _scientifique de Belgique. LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. - SÉRIE

VII. - _{T. V.} - N° 8. -

AOUT 1934. 2û.

386

Le filtre

_primaire

est t

_{place près}

du canal en B. A 38 cm de B nous avons encore

_placé

un

_diaphragme

supplémentaire

en

_plomb

D, d’une

_épaisseur

totale de 8 cm, pour arrêter le

rayonnement diffusé par le

filtre

_primaire.

On mesure d’abord l’intensité du

courant d’ionisation

_{I, qui}

_{passe dans la chambre} d’ionisation

_lorsqu’un

filtre

_primaire

donné,

d’épais-seur

_V,

est en

_position.

On

_place

ensuite

_près

du

diaphragme

un filtre

_{supplémentaire,}

« filtre de

mesure _»,

_{d’épaisseur}

_~,

_petite

_par

_rapport

a

X,

et on

mesure l’intensité du courant d’ionisation I. On déduit du

_{rapport 10:}

I le coefficient _{d’affaiblissement moyen} que l’on rapporte à

_{l’épaisseur}

Y-}- _.

On

_répète

ces

2

mesures _{pour d’autres valeurs de X} et on

_porte

en

graphique

les valeurs

dey

en fonction de X. Ce

dispositif

réalise _{à peu}

_près

les conditions idéales

_qui

permettent

de déterminer le coefficient

_{d’absorption}

vrai ;

nous avons calculé que la correction à

appliquer

au _{coefficient mesuré pour tenir}

compte du

rayonne-ment diffusé était de l’ordre de

0,6 p. cent.

Pour chacun des métaux

_étudiés,

nous avons utilisé

un filtre de mesure dont

_{l’épaisseur}

réduisait le courant

d’ionisation à peu

près

de moitié. Pour constituer des filtres d’aluminium de

_{grandes épaisseurs,}

nous avions

ajouté

des

_cylindres

de ce métal à l’intérieur du canal mèlne. Les filtres

_d’oxyde

d’urane sont _constitués

par-des

_récipients

en cuivre très mince

_{remplis d’oxyde}

noir-U308.

Uu calcul

_simple

a

_permis

de déterminer les

coefficients

_{d’absorption}

de l’urane à

_partir

de ceux

que ron a _{observés pour}

_l’oxyde.

Résultats. - Nous

reproduisons

ci-dessous les résultats de deux séries de mesures.

9. Le

_rayonnement

est _{filtré par} une

_épaisseurs

croissante d’aluminium ou de fer

_(filtre

_{primaire) ;}

nous avons déterminé les coefficients

_{d’absorption=}

dans les différents métaux. Les résultats sont

consi-gnés

à la

_figure

2.

Fig. 2. - Coefficient

d’absorption en fonction de _{l’épaisseur} du filtre _primaire en aluminium _{(points blancs),}

ou en fer _{(points noirs).} Courbe 1 : _théorique.

- 2 : coefficient _{d’absorption} dans l’étain.

- 3 : - - le plomb.

- _{4 :} - - l’urane.

2. Le

rayonnement

est _{filtré par} une

_épaisseur

croissante de

_plomb.

Les résultats sont

_consignés

à la

figure

3.

Nous avons effectué

_également

des mesures avec

des filtres

_primaires

d’étain et

_d’oxyde

d’urane

_qui

conduisent aux mêmes

_{conclusions, mais que}

nous ne

représentons

pas ici.

Discussion. - Comme

base

_théorique

pour la discussion, nous avons établi

_quelle

serait la variation du coefficient

_{d’absorption}

en fonction de

_{l’épaisseur}

(exprimée

en nombre d’électrons par

_cm2),

si

l’absorp-tion était due

_uniquement

à l’effet

_Compton.

On

_peut

facilement calculer cette courbe si on

_applique

les. formules connues de Klein et Nishina et si l’on admet la

_répartition

_spectrale

_{des rayons gamma du Ra}

_(B

_fl-

_C)

donnée par Ellis et Aston. Le résultat des calculs est

représenté par la

« courbe

théorique

» de la

figure 2.

On voit

_{qu’à partir}

d’une

_épaisseur

d’environ 2.1025

él./cm2

les

_{points trouvés pour les filtres}

de mesures en aluminium se

_placent

au

_voisinage

de cette courbe

théorique. On fait la même constatation pour les filtres

de mesure en

_fer,

_{que le}

_{rayonnement soit filtré par}

des filtres

_primaires

en aluminium ou en fer. Nous en

déduisons que pour

l’aluminium,

ainsi que pour le

fer,

par les électrons extra-nucléaires suffit à

expliquer

le coefficient observé,. On

_peut

donc _{considérer que pour}

ces métaux

_{l’absorption}

_{photoélectrique}

et

_{l’absorption}

nucléaire sont

_{négligeables}

_{même pour les}

_composantes

les

_plus

dures du

_rayonnement

utilisé.

Quant

à

_l’étain,

le

_plomb

et

_l’urane,

_{il y} a une

aug-mentation manifeste du coefficient

_{d’absorption}

en

fonction du

_poids

_atomique,

fait

_{déjà signalé}

_{par divers} auteurs. Nous arrivons toutefois à une

_grande

_précision

parce que la

grande

quantité

de radium dont nous

avons _pu

_disposer

nous a

_permis

d’utiliser des filtres

primaires

de

_grandes

_épaisseurs.

En

_comparant

les dif-férentes courbes des

_{figures 2}

et 3 on voit que les diffé-rences entre les courbes restent sensiblement les mêmes pour des

épaisseurs

de filtres

_primaires

_supérieures

à 2.10~

_él./em2.

En ce

_qui

concerne les valeurs finales des coefficients

_{d’absorption}

elles ne _{semblent pas}

encore avoir atteint leurs valeurs

_{asymptotiques qui}

correspondraient

à la sélection de la

_composante

la

plus

dure du faisceau incident

_{(5,7 UX).}

_Le

rayonne-Fig. 3. - Coefficients

d’absorption en fonction de _{l’épaisseur} du filtre _primaire en _plomb.

Courbe 1 : coefficient _{d’absorption} dans l’aluminium et le fer.

- 2 : - - l’étain. - 3 : - -

le plomb.

Les points noirs et les points blancs sont _{déterminés’ par des} expérimentateurs différents (1). Les _points cerclés deux fois sont déduits de _l’analyse d’une courbe _{d’absorption.} La courbe en trait

_{interrompu] reproduit}

une courbe donnée par Rutherford.

Courbe 4 : coefficient d’absorption en fonction de _{l’épaisseur} du filtre _primaire en urane.

ment

_comprend

sans doute encore une fraction notable de la seconde

_composante

_{(6,9 U )}

dont l’intensité initiale est

_{beaucoup plus}

considérable

_{que celle de la}

première.

Si nous

_{considérons,}

en

_effet,

le coefficient

d’absorption

du faisceau final dans

l’aluminium,

soit

1,48.10-25

Cll12jél.,

nous _voyons

_qu’il

_correspond

_par

la formule de Klein et Nishina à une

_longueur

d’onde

efficace

_{de 6,4 U X (2).}

Pour comparer nos résultats à ceux d’autres auteurs

qui

ont

_{généralement}

travaillé avec des

épaisseurs

in-férieures à 10~j

_él./cm’

nous avons

_prolongé

la courbe 3

( I ) Nous tenons à remercier lï. _{Lips qui} nous a aidé dans nos mesures.

(2) Dans des mesures antérieures, (A. PICCARD, E. SragEL et F. DONY, Ac. _Roy. de _Belgique, 1932, 18, 186), on a montré que

le coefficient devenait constant aprés des épaisseurs de filtres

primaires de 20 à 30 cm de plomb. Toutefois le _montage de ces

expériences ne _permettait pas une ctétermination de la valeur absolue du coefficient _{d’absorption.}

de la

_figure

3 vers les

_{petites épaisseurs}

_par une série

de

_points

_(deux

fois

_cerclés),

_que nous avons déduits d’une courbe

_{d’absorption}

_partant

d’une

_épaisseur

nulle. Ces

_points

se

_placent

bien sur une courbe extraite du livre de

Rutherford,

Chadwick et

_Ellis,

Radiations

from

radioactive

_substances,

_{p. 480,}

_reproduite

ici en

trait

_interrompu.

Notre courbe

_{expérimentale}

est le

prolongement

de celle-ci vers les

grandes

épaisseurs.

D’autre

part,

Meitner et

_{Hupfeld (Z.}

_Physik,

_1931,

67, 145)

ont _{trouvé que y pour} une

_épaisseur

de 4 cm

de plomb ,

soit

1,1.10’~

éljcm2,

était

_égal

à f.998.10-25

cm’/él,

alors que notre valeur est

~,08.t0-9~.

Nous trouvons encore une confirmation dans le travail de

Gentner (J.

de

_Phys.,

_1934,

_{5, 49), entrepris}

dans de tout autres

conditions,

qui

trouve _pour

_{6,4 U X un}

coef-ficient de

_(1,97

±

_0,10)

_{10-~~ que l’on peut}

_rapprocher

de notre

valeur,

(1,92

+

_0,03)

~0-~~. *

388

6,4

U

X,

nous en

_rapportons

les valeurs à la

_première

colonne du tableau I.

TABLEAU 1.

Les différences entre ces valeurs et les valeurs

théo-riques

sont données dans la colonne

_suivante,

en

cm2/él.

On

voit,

quatrième

colonne,

qu’elles

sont

pro-portionnelles

à Z’. Ces différences

_{représentent}

la

somme de l’effet

_{photoélectrique}

et de l’effet nucléaire :

~ -

a = ~

₊

r. On ne _{connait pas} encore assez exacte-ment

_{l’importance}

de

_{l’absorption photoélectrique}

ni de

l’absorption

nucléaire pour

partager

ces différences en

leurs

_composantes.

Nous tenons à remercier le Fonds National de la Recherche

_Scientifique

de

_Belgique,

dont l’intervention

nous a

_permis

d’exécuter ce travail.