Recherche du spectre β du RaD par la méthode des coïncidences β. Electron de conversion

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coïncidences β. Electron de conversion

Jean Teillac, Paul Falk-Vairant, Charles Victor

To cite this version:

143.

RECHERCHE DU

_{SPECTRE 03B2}

DU RaD PAR LA

MÉTHODE

DES

_{COÏNCIDENCES 03B2.}

ÉLECTRON

DE CONVERSION

Par JEAN _TEILLAC, PAUL FALK-VAIRANT et CHARLES VICTOR. Laboratoire Curie

_(Institut

du

_Radium).

Sommaire. 2014 On étudie le

rayonnement émis en coïncidence avec les électrons de conversion

corres-pondant à l’état excité _{de 47} keV du RaE. Les différentes courbes _{d’absorption suggèrent que} ce

rayon-nement est _probablement constitué par les électrons Auger produits dans le réarrangement de la couche L. On trouve pour I00 _{désintégrations} de RaD I00 ± I0 _électrons, constitués par 74 électrons de conversion et par les électrons Auger correspondants.

Aucun électron n’est attribuable au _spectre continu _03B2. On en _{déduit que la plus grande partie} du du spectre continu 03B2 (~ 90 pour I00) a une _énergie inférieure à 5 keV.

1. Introduction. - Les différentes

mesures sur

le

_{spectre B}

du RaD lui attribuent une

_énergie

maximum inférieure à 3 o keV

_{[1] (16 keV, d’après}

Richardson et

_Leigh

Smith; 25,5

keV et

_{2 g keV,}

d’après Libby

et

_Lee,

et

_{Saha). L’énergie}

de la transition RaD - RaE étant d’au moins

₄₇

keV,

on

_peut

donc penser _que le

_spectre

observé conduit

à un état excité du RaE et _que cet état excité est

celui de

47

keV;

en

_effet,

il résulte des travaux de L.

_{Cranberg [2]}

et de Butt et Brodie

_{[3] qu’au}

moins _{77 pour} 100 _des

_{désintégrations}

du RaD

passent

par l’état excité de

47

keV,

le noyau évo-luant ensuite vers l’état

fondamental,

principale-ment _par

_éjection

d’électrons de conversion. Les intensités absolues des raies de conversion dans les différentes

couches,

données par

Cranberg,

sont :

Électrons

extraits de la couche L :

₅₄

_pour 100

désintégrations;

Électrons

extraits des couches M

_q-N

-f- 0 :

20 _pour 100

désintégrations,

alors

qu’il n’y

a _que

2,8

±0,6

photons

de

47keV

par i oo

désintégra-tions

_[4].

Le but du

_présent

travail a été de mettre en

évidence le

_spectre

conduisant à l’état excité de

₄₇

keV en étudiant les coïncidences entre les

électrons de conversion et

_les

du

_spectre

continu. D’autres

_rayonnements

y ont été

décelés,

princi-palement

par M.

Frilley [5],

S. T. Tsien et

_{Marty [6],}

L.

_Salgueiro

et M. Valadarès

_[7],

mais leur intensité

en

_photons

est faible et les raies de conversion sont

_{probablement négligeables}

devant celles du

rayonnement

de

₄₇

keV

_(au

moins pour ceux

_ayant

une

_{énergie supérieure}

à

_l’énergie

de liaison de la couche

_L),

_puisque

d’une

_{part, Cranberg}

ne trouve

aucune raie intense

_{correspondant}

aux _y de

43

et

₃₇

_keV,

et _{que, d’autre}

_part,

les raies de

conver-sion dans la couche L du

_rayonnement

de

₄₇

keV ont une intensité _{presque suffisante pour}

_expliquer

tout le

_rayonnement

L

_{(2 ~ photons}

_par 100

désin-tégrations

[8]).

2. Méthode

_{expérimentale.}

- Nous avons

employé

un

_système

de deux

_compteurs,

décrit

par ailleurs

[9].

Nous

rappellerons

seulement

qu’il

est _{essentiellement constitué par deux}

_compteurs

Fig, i.

en

_croix,

_tangents,

dont les axes sont

perpendicu-laires entre eux et

_présentant

un orifice commun au

_point

de

_tangence

_(fig.

_i).

La source était

intro-duite en

_S;

elle

_pouvait

_être,

soit nue face à l’un

des

_compteurs,

soit recouverte d’écrans variables. Des mesures avec les oc du Po _nous ont

_permis

de

montrer _que

_l’angle

solide était de

_(0,45

-l-

_0,02)

£ z

pour

chaque

compteur

[9].

Dans la

suite,

nous

_désignerons

_par «

_absorption

syTnétrique »

le

_dispositif

dans

_lequel

on

_place

de

chaque

côté de la source des écrans de même nature, et de même

_épaisseur

et _par «

absorption

dissymé-trique

» tout autre

_système

d’écrans.

3.

_Préparation

de sources. Mesures

préli-minaires. -- Le RaD était

purifié

suivant une

nouvelle méthode de G. Bouissières et C. Ferra-dini

_[10]

_par

_l’emploi

de dithizone. Les différentes

sources utilisées contenaient moins de i _pour 100

en

_{désintégration}

de RaE et Po.

Pour déterminer la teneur en RaE et en

_Po,

nous

_{disposions :}

10 D’une chambre d’ionisation à collection

_ionique

reliée à un

_{amplificateur}

et

_permettant

le

_comptage

individuel des

_particules

Ci.

L’angle

solide était le

même _{que celui utilisé} dans nos

_compteurs

en

croix

_{X ~ 7:").}

Nous

avons vérifié avec une source de Po

_{purifiée qu’on}

obtenait les mêmes résultats avec la chambre d’ionisation à

_comptage

individuel,

un électromètre relié à une chambre d’ionisation et les

_compteurs

en croix.

20 D’un

_compteur

_Geiger

standard

_(coque

d’Al 27 mg :

cm2)

qui

ne

_{comptait qu’une}

fraction des

désintégrations

de RaE

_(la

source se trouvait à

₄

mm du

_compteur).

La

_paroi

avait une

_épaisseur

suffisante pour arrêter les

_rayonnements

corpus-culaires du RaD et du

_Po

_{(l’influence}

des _{y étant}

négligeable).

Au moyen de sources de RaE

_purifiées

dans

_lesquelles

on suivait la croissance en

_Po,

nous avons étalonné ce

_compteur

_{par la} mesure du

_rapport.

Il

était,

d’autre

_part,

intéressant de vérifier que le nombre _{de coups}

_comptés

_{par l’un} de nos

_compteurs

en _{croix pour} une source de RaE était

_égal

au

nombre de

_{désintégrations.}

Nous avons

_plus

exactement effectué le

_rapport

1

Ce

_rapport

R’ mesuré avec

_cinq

sources d’intensités différentes a donné un résultat en excellent accord

avec la valeur de R

_{(R =}

4,0 ~

o, 15).

4. Détermination du nombre _{d’électrons par}

désintégration

de RaD. - Nous avons

_préparé

Fig. 2. - Courbe

d’absorption du _rayonnement total du RaD.

huit sources, sur des

_supports

d’Al _{de 0, 17 mg :} cm2 et

1,3

mg : em~ ou d’Au de mg : cm2. Chacune de

ces sources était introduite aussitôt

_après

sa

puri-fication,

entre les deux

_compteurs

_(le

_support

face

au

_compteur

_1).

On

_traçait

alors la courbe

d’absopr-tion du

_rayonnement

en

_plaçant

des écrans entre la source et le

_compteur

2. Nous suivions ensuite la croissance en RaE _{pour déterminer l’intensité}

absolue ~l des sources.

_

La courbe I

_{(fig. 2) représente}

la variation

de2013?

étant le _{nombre de coups}

_comptés

_par le

_compteur,

corrigé

de la teneur en BaE et en Po à l’instant de la mesure. Pour le

_point

_{correspondant}

à

l’absorp-tion

_0,

on

_corrige

aussi des noyaux de recul

_produits,

par l’émission ~.

On voit sur cette courbe

_qu’on

mesure environ

1- _{~ o,1} i électron par

désintégration

de

RaD;

ce

chiffre étant d’ailleurs

_surestimé,

_puisqu’on

ne

tient pas

compte

de la réflexion du

_support

(backscat-tering).

5.

Étude

des coïncidences. -

Si l’on suppose que deux

rayonnements

de nature

électronique

Fig. 3. - Courbes d’absorption des coïncidences du RaD.

sont en

_{coïncidence,}

on aura la limite

_{d’absorption}

du

_rayonnement

le moins

_énergique

en étudiant la

variation du nombre de coïncidences en «

absorp-tion

_symétrique

». C’est ce _que

_représente

la courbe III

_(fig.

_3).

La source était

_placée

entre deux écrans d’Al _{de o, I j mg :} em2 ou d’Au de o,2~ mg :

cm2,

plus

mou en coïncidence vers _{0,7 à} o,8 mg : cm2 d’Au

ou d’Al. En

réalité,

il reste un « résidu» de

coïnci-dences

_qui

se

_prolonge

au delà de

4

mg : cm2 et

.

que nous avons attribué

_(comme

pour la courbe

I,

f g. 2)

aux

_rayonnements

_y dont les

_plus

mous

peuvent

avoir une efficacité de

quelques

_pour-cents.

De

même,

la limite du

_rayonnement

en coïnci-dence le

_{plus énergique}

est _{donnée par la courbe}

IV;

cette courbe a été tracée en

_plaçant

la source sur

support

d’Al de _{mg : cm2 face} au

_compteur

1 et en introduisant des écrans entre le

_support

de

source et le

_compteur

2. On

_peut

situer cette limite

grossièrement

vers _1,7

_{à 2 mg : cm2}

d’Au ou d’Al.

Enfin,

la courbe II a été obtenue à

_partir

d’une

source sur Al de 1,3 mg :

cm2,

les écrans successifs étant du côté de la source. Un tel

_support

arrête le

_rayonnement

le

_plus

mou et l’on retrouve la même limite que dans

_{l’absorption symétrique}

(voir

ci-dessus).

La limite des coïncidences est ici

_beaucoup

_plus

mal

définie,

en raison du faible taux de

_comptage.

Remarque.

--- Nous _avons tracé _ces différentes

courbes en ramenant l’intensité de

_chaque

source

à 104

désintégrations

par minute dans

l’angle

2 n.

6.

_{Interprétation}

des différents résultats.

-1° La similitude des résultats obtenus en

_employant

des absorbants d’Al et d’Au montre

_{qu’il s’agit}

de

rayonnements

électroniques (l’influence

des y étant

négligeable,

comme nous l’avons

_{signalé plus haut).}

20 La limite de la courbe

_{d’absorption}

(environ 3,5 mg : em2)

du

_rayonnement

total

(courbe

I,

fig. 2)

est en accord avec

_{l’absorption}

d’un

_rayonnement

_{électronique d’énergie}

_4o

à

₄₅

keV. Celui-ci est vraisemblablement le

_rayonnement

de conversion dans les couches

M, N,

0 du y de

47

keV.

3° La limite de la courbe

_{d’absorption}

du rayon-nement en coïncidence le

_{plus énergique (~}

_1,7 à _{2 mg :}

_{cm2) (courbe}

IV,

fig. 3)

correspond

au

rayonnement

de conversion dans la couche L du y

de

₄₇

keV

_(énergie

moyenne des raies

Li, Li,,

Li

3

_keV).

~o

De la courbe III

_{( f ig. 3),}

on _{déduit que}

_l’énergie

du

_rayonnement

le moins

_énergique

en coïncidence

à 15 keV. Cette

_énergie

_correspond

assez

bien à

_l’énergie

des électrons

_Auger

dus au

réarran-gement

de la couche L.

Comme,

d’autre

_part,

de la courbe IV on déduit que le

_rayonnement

en

coincidence le

_plus

_énergique

est vraisemblable-ment le

_rayonnement

de conversion dans la couche

L,

on exl conclut que les coïncidences observées sont

produites

par les électrons de conversion dans la couche L et les électrons

Auger

dus aulx

réarrange-mentis de cette couche

_(1).

(1) Cependant, on pourrait supposer que le ; de 4-, kc Y

5° On a vu au

_paragraphe

4 _{que le nombre}

d’électrons par

désintégrations

de RaD est environ i,

ce chiffre résulte de l’addition des électrons

Auger

et des électrons de conversion du y

de 47

keV.

En eff et :

-

D’après

les mesures de

_Cranberg,

il _y a

_0,74

élec-tron de conversion _par

_{désintégration;}

- En admettant _un rendement de fluorescence

de

_{o, 3 ~,}

on calcule

_qu’on

doit avoir

approximative-ment

o,54

X

o,6~

=

o,34

électrons

Auger

dus au

réarrangement

de la couche L

_(0,54

étant le nombre d’électrons de conversion extraits de la couche

_L).

En se basant sur le

_rayonnement

L

_{(27 photons}

pour i oo

désintégrations),

on trouve une valeur un

peu

supérieure :

A

_{l’approximation}

de nos

_{expériences,}

_quelle

_que

soit la valeur

_adoptée

_{pour les électrons}

_Auger,

aucun électron n’est attribuable au

_spectre

_continus

du RaD.

60 Si l’on admet

_{l’hypothèse}

suivant

_laquelle

les

coïncidences observées sont dues aux électrons de

conversion dans la couche L du y de

47

kev et aux

électrons

_{Auger correspondants,}

nous avons

_compté

des électrons dont

_l’énergie

est de 8 à 12 kev. Nous pouvons donc affirmer que la

plus grande partie

du

_{spectre g}

continu

_(go

pour

ioo)

est

_composée

d’électrons inférieurs à cette

_énergie.

Remarquons

qu’il

existe des électrons

_Auger

dus

au

_{réarrangement}

de la couche M dont

_l’énergie

est de 2 à 3

keV,

dans la

_proportion

d’au moins 0,2

par

désintégration.

Lorsque

la source est nue face

à l’un

des.

_compteurs,

il doit exister des

coïnci-dences entre ces électrons

_Auger

et les électrons de conversion extraits de la couche M. Nous n’avons pas pu les mettre en évidence. Nous pensons que

c’est parce que nous ne

_comptons

_qu’une

faible

fraction des électrons dont

_{l’énergie est}

3 keV.

Ces électrons ont en effet un _{parcours de ~} 2 mm

dans le

_mélange

_{gazeux du}

_compteur

et il est pro-bable que la diffusion de la source dans son

_support

(0,17

mg :

cm2)

et le _{fait que celle-ci soit à} o,3 mm

de la

_paroi

interne du

_compteur,

réduisent

considé-rablement le nombre des électrons de cette

_énergie

susceptibles

d’être

enregistrés.

’

Il est donc difficile de

_préciser

_quelle

est

_l’énergie

des

électrons les

_plus

mous _que nous avons

_comptés

en

_proportion

_{suffisante pour} être mis en évidence. Nous avons admis _{que des} électrons dont le

parcours est ~ 5 mm à o cm de

_pression

( ± 5 keV)

étaient

_enregistrés

dans

_plus

de 5o _pour 10o des

cas.

7°

Le nombre d’électrons

_comptés

_par

désinté-gration

de

RaD,

ainsi que le taux de coïncidences sont en accord avec

l’hypothèse

_{que les coïncidences}

ont lieu entre les électrons de conversion et les

,

électrons

_Auger.

En

effet,

soit :

o,54,

nombre d’électrons

de

conversion

extraits

de la couche L par

désintégration;

pe~ = _0,20, nombre d’électrons de conversion

extraits de la couche M par

désintégration;

nombre d’électrons

_Auger

_{correspondant}

au

_{réarrangement}

des

_o,54

_places

vides de la

couche L.

,

On aura _{pour l’absorbant 0}

où

_lV2

est _{le nombre de coups}

_comptés

_{par le}

_compteur

et N le nombre de

_{désintégrations.}

Le terme vient du fait _{que les électrons}

_Auger

et les électrons

de conversion de la couche L sont en coïncidences et _que

_lorsque

les deux électrons sont émis dans le même

_compteur,

on ne

_compte

_qu’un

_coup

_(2).

(Nous

avons admis ,> =

27:.)

D’après

le rendement de fluorescence

_(WL

_0,3;)

et l’intensité du

_rayonnement

L

_{(0,2~ photon}

_par

désintégration),

on

_peut

_prévoir

ce

_qui

conduit à

en accord avec la valeur observée

expçrimentale-ment. ’

Déterlnination _{de p,j_}

_d’après

l’étude des

coïnci-dences. - De

même,

on

écrira,

si

kpL, kpJ’

et

k~l,

sont les

_{probabilités}

des

_rayonnements

de

conver-sion des couches L et M ₊ N + 0 et des électrons

Auger

L d’être

_comptés

_{(nous appellerons}

ici ~~~ le nombre absolu de

_{désintégrations}

dans

_l’angle

4 r.

et k = W2 _t, où w =

angle

solide, s

= efficacité du

compteur,

1 = facteur de transmission de

l’écran) :

,Ibsoi-plioii sYllléirique

(courbe

III,

3).

-Chaque

compteur comptera

le même nombre de

particules,

soit

(2) Dans notre article sur le rayoiiiienieiil de conversion

Le nombre de

coïncidences

sera

Absorption disymélrique (courbe

IV,

fig. 3).

-La source sur

_support

_{de 0,17 mg :} cm2 est face au

_compteur

1

_{qui reçoit}

le

_compteur

2

_reçoit

on aura alors

Absorption

disymêtrique (courbe

I I,

fig. 3).

-La source est un

_support

de

1,3

mg : cm2 face au

compteur

1,

pour cette

_épaisseur

tous les électrons

Auger

sont arrêtés et

tandis que pour le

compteur

2

et pour les coïncidences

Les trois courbes

_{expérimentales}

_que nous avons

tracées donnent _pour une même

_épaisseur

d’écran

Nif,

Ni

et

_N:.

N est déterminé

_d’après

la croissance

en RaE et P,L à la valeur connue

_{0,54. Enfin,}

la valeur de

kéL

PAL,

qui

est une

_constante,

_peut

être déterminée à

_partir

de la courbe II

_{(fig. 3);}

à

_l’origine

on a en effet

(kAL)o = 1

_(en

admettant ú)

== 2 ï:)

On _{sait que N}

_{=== 2. l 04,}

_N~.

=

₈₇

(résidu

de

coïnci-dences

_déduit),

d’où

et, par

suite,

en

_reportant

cette valeur dans les

_équations

donnant N,. et

_N~

et en _{résolvant par}

_rapport

à _{pB7, il vient}

-interne de _Io, nous _{n’avons pas écrit} cette correction, celle-ci

On calcule alors le tableau suivant :

On ne

_peut

demander à ce calcul

_qu’un

ordre de

grandeur

pour p,,.

On

sait,

d’autre

_part,

que le nombre d’électrons de conversion de la couche L

_d’après

_Cranberg

conduit à

_o,34

électron

_Auger,

_{tandis que} le rayon-nement L donne

o,~.6.

On

_peut

_interpréter

ce désac-cord en admettant

_q’un

ou

_plusieurs

rayonne-ments y? autres que celui de

47

keV,

sont aussi convertis dans la couche L. Nos

_résultats,

en meilleur

accord avec les données du

_rayonnement

L,

sont

en faveur de cette

_hypothèse.

7. Conclusion. -

Les coïncidences que nous

observons

_{s’interprètent}

bien en admettant

_qu’elles

sont

_produites

_{par les électrons} de conversion dans la couche L du

_rayonnement

y de

4 ~

keV et les

électrons

_{Auger correspondant}

au

_{réarrangement}

de cette couche. Ces conclusions sont

_justifiées

_par les faits suivants :

- Nous

n’avons pas pu mettre en évidence de coïncidences avec les électrons de conversion dans la couche M

_{(le rayonnement}

en coïncidence le

plus

pénétrant ayant

une

_énergie

_{correspondant}

aux électrons de conversion dans la couche

L);

- Le nombre total d’électrons

par

désintégration

de RaD est voisin de I

(électrons

de

conver-sion + électrons

_Auger).

- Le

taux de coïncidences observées est en accord

avec l’intensité

présumée

du

_{rayonnement Auger.}

Le

_spectre

_{continu 5}

conduisant à l’état excité de

_4~

_keV,

au moins dans _{~; pour} 100 des

désin-tégrations

n’a _{donc pu} être

décelé,

plus

de go pour 100

des p

ayant

une

_énergie

5 keV.

Ces résultats sont en accord avec des calculs

faits par Mme P. Benoist

_[11]

montrant _que si l’on admet pour le RaD une transition

_permise

_{pour le}

spectre

continu conduisant à l’état excité de

₄₇

keV,

l’énergie

maximum

_{des fi}

est environ 6 à 8 keV. La désexcitation du niveau de

₄₇

keV

_pouvant

se

faire aussi par y en

_cascade,

il reste donc au

_plus

23 _pour 10o des

désintégrations

_pour

_lesquelles

nous

n’avons mis en évidence aucun

_rayonnement,

_quoique

l’énergie

de la transition soit ~

₄₇

keV.

_Cependant

un

_{spectre P}

_d’énergie

maximum de -

₄₇

keV pour Z = 82

n’a,

d’après

Mme P. Benoist

[11],

qu’environ

70 pour i oo

_{de ~ d’énergie supérieure}

à 5 keV et dans ces conditions ces

_fi,

s’ils

existent,

peuvent

entrer dans nos erreurs

_{expérimentales.}

Notons enfin

_qu’il

se

_peut

_{que les}

_spectres

observés

par différents auteurs

[1], [2]

et

[13] correspondent

précisément

à ce

_spectre

_partiel.

Nous tenons à remercier le Professeur I. Joliot-Curie pour les conseils bienveillants

_qu’elle

n’a cessé de nous

_prodiguer.

Nous remercions

_également

_{Valadarès pour les}

fructueuses discussions _que nous avons eues avec

lui.

Enfin,

c’est

_grâce

aux allocations _que nous a

fournies le Centre National de la Recherche

scien-tifique

que nous avons pu effectuer ce travail.

Manuscrit reçu le 7 novembre _1951.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] RICHARDSON H. O. W. et LEIGH-SMITH A. - Proc. roy.

Soc., I937, 160, 454; LIBBY W. F. et LEE D. D. 2014

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Phys. Rev.,

I950, 77,

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