Étude, avec un photomultiplicateur, des impulsions lumineuses produites dans le gaz d'un compteur proportionnel

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Submitted on 1 Jan 1956

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Étude, avec un photomultiplicateur, des impulsions lumineuses produites dans le gaz d’un compteur

proportionnel

G. Charpak, G.-A. Renard

To cite this version:

G. Charpak, G.-A. Renard. Étude, avec un photomultiplicateur, des impulsions lumineuses produites

dans le gaz d’un compteur proportionnel. J. Phys. Radium, 1956, 17 (7), pp.585-586. �10.1051/jphys-

rad:01956001707058500�. �jpa-00235481�

585.

ÉTUDE, ^{AVEC UN} PHOTOMULTIPLICATEUR,

DES IMPULSIONS LUMINEUSES PRODUITES DANS LE GAZ D’UN COMPTEUR PROPORTIONNEL

Par G. CHARPAK et G.-A. RENARD,

Laboratoire de Physique ^et Chimie Nucléaires du Collège de France.

Sommaire.

La lumière émise par les atomes excités pendant ^une décharge ^{dans un} compteur proportionnel ^{a été étudiée} au moyen d’un photomultiplicateur ^{dont la} photocathode ^{a un diamètre}

de 25,4 ^mm. Les auteurs donnent des résultats préliminaires ^{obtenus avec des} mélanges argon- propane et krypton-propane ^comme gaz de remplissage. L’essai des compteurs ^avec des rayons X de 5,9 ^et 9,2 keV montre :

1° Que la lumière est émise par des états excités de vie moyenne voisine de 2.10-7 secondes.

2° Que l’intensité de la lumière est proportionnelle ^à l’énergie des rayons X quand ^le compteur

travaille au régime proportionnel.

Dans les conditions expérimentales décrites, la limite inférieure de l’énergie des rayons X détec- tables est 1 keV. Elle peut ^{être accrue} par ^une meilleure géométrie.

Abstract.

The light ^emitted by the atoms excited during ^a discharge ^{in a} proportionnal

counter has been studied with a photomultiplier ^{with a 1} inch diameter photocathode. ^The

authors report preliminary results with mixtures at argon-propane and krypton-propane ^as filling

gases. Checking the counter with 5,9 keV and 9,2 ^keV X-rays ^{shows :}

1) ^{That the} light ^{is emitted} by excited states of half-life close to 2 10-7 seconds.

2) ^{That the} intensity ^of light ^is proportionnal ^to the energy of the X-rays when the counter is

working ^{in the} proportionnal regim.

In the experimental conditions described, the lower limit for the energy of the X-rays ^detec-

table by this method is 1 keV. This can be improved ⁱⁿ particular by ^better geometry.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM TOME 17, ^JUILLET 1956,

Lorsqu’un rayonnement provoque ^une impul-

sion dans ^un compteur proportionnel, il y ^a émis- sion de photons ^de longueurs ^d’onde diverses par les atomes excités lors de l’avalanche électro-

nique, simultanément avec la collection des élec- trons sur le fil du compteur.

G. Charpak [1] ^a montré que ^ces impulsions

lumineuses étaient d’intensité suffisante pour per-

mettre, par ^cette méthode, la détection des rayons X de quelques kiloélectronvolts. A la suite de ces résultats une étude systématique ^{a été entre-} prise ^{dont nous exposons} les résultats prélimi-

naires.

Dispositif expérimental.

^{Dans la} coque d’un compteur proportionnel, ^de longueur ²⁵ cm, de diamètre 5 _cm, du côté opposé ^{à une fenêtre de} 2/100 ^de millimètre d’aluminium, ^{on a} aménagé

une ouverture de 3 cm devant laquelle ^{vient se} placer ^la photocathode ^d’un multiplicateur ^Du

Mont 6 291 (figure 1). ^Une grille métallique, ^{reliée à} lacoque ^du compteur, ^est placée ^{devant la} photo-

cathode pour éviter que l’ouverture ^ne perturbe

le fonctionnement du compteur. ^La transparence

de la grille ^{est de 75} % ^environ. La haute tension

positive ^est appliquée ^{au fil du} compteur. ^Deux

ensembles d’amplification ^et de sélection d’ampli-

tude permettent d’observer simultanément les

impulsions électriques ^sur le fil du compteur ^{et à}

l’anode du photomultiplicateur.

Nous avons travaillé dans les conditions sui- vantes : 90 % d’argon ^{et 10} % ^de propane, ^ou 90 % ^de krypton ^{et 10} % de propane, ^à des pres- sions totales variables entre 30 cm et 75 cm de

FIG. 1.

hauteur de mercure. Le gaz ;du compteur ^était

excité avec des rayons X de 5,9 ^{KeV émis} par le 55Fe et de 9,2 ^{KeV émis} par ^{le ’lGe.}

Résultats expérimentaux.

^{Pour observer des} impulsions ^{dans le} photo multiplicateur il faut fonc- tionner à la limite de la zone de proportionnalité

du compteur. ^La figure ^{2 montre la raie de} 5,9 ^KeV

obtenue dans les conditions suivantes :

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01956001707058500

586

Remplissage argon-propane. Pression totale 75 cm.

Le rapport ^des amplitudes de la raie et du bruit de fond est de l’ordre de 10 du côté des impulsions lumineuses, ^alors qu’il ^{est de 200 à} 300 du côté des

impulsions recueillies sur le fil. La limite de détec- tion est donc de l’ordre de 1 KeV alors qu’elle ^est

de l’ordre de l’énergie nécessaire à la formation d’une seule paire ^d’ions par la méthode normale.

On peut ^toutefois gagner ^assez aisément un facteur 10 en améliorant l’angle solide, ^sous lequel ^{le fil}

est vu par.la photocathode. Notons que la lumière reçue par la photocathode provient ^{de centres}

lumineux situés au voisinage ^{du fil comme le}

prouve l’existence même d’une raie.

FIG. 2.

Spectres ^des impulsions ^{obtenues avec le} photo- multiplicateur ^{Du MONT 6291 avec} des raies X

de 5,9 keV.

Remplissage ^du compteur : propane 6,7 ^{cm et} argon 59,3 ^cm.

Tension compteur : ^{2 300 volts.}

Nous avons examiné la forme des impulsions ^du photo multiplicateur (figure 3) ^à l’aide d’un oscillos- cope ^et d’un amplificateur ^de largeur ^{de bande}

2 Mégacycles ^{avec une} résistance de charge ^de

FI G. 3.

1 000 ohms à l’anode du photomultiplicateur. ^La

montée de l’impulsion ^se produit ^en 0,3 ^micro-

secondes ^comme celle de l’impulsion recueillie sur

le fil. La descente a lieu en 0,5 ^ou 0,6 ^micro- secondes, ^ce qui montre que la vie _moyenne des

atomes excités responsables ^de l’impulsion ^lumi-

neuse est de l’ordre de quelques ^{dixièmes de}

microsecondes. Ceci montre que l’émission de lumière n’est pas due aux atomes de krypton

ionisés lors de l’avalanche électronique ^{mais à des}

états excités d’énergie plus ^basse. Ce résultat est

explicable. ^En effet, ^la vie moyenne des ^atomes ionisés est de l’ordre de 10-8 seconde, ^{la désexci-}

tation ayant lieu aussi bien par émission de radia- tions que par collision [2]. La propane absorbe la majeure partie ^de l’énergie d’excitation des atomes de krypton ^{ionisés et la} photocathode

n’est pas sensible ^aux rayonnements situés dans l’ultraviolet lointain, émis par les ^atomes de

krypton ^ionisés.

Notre résultat est à rapprocher ^{de celui de}

Ward [3] qui ^{a détecté avec un} photomultipli-

cateur les impulsions lumineuses produites ^{dans un}

gaz ^rare par des rayons ^a. Il observa _{que les}

impulsions lumineuses observées n’étaient pas dues aux atomes ionisés.

Par contre, ^{dans une} expérience analogue ^{à celle}

de Ward, Grinfell, ^{P. Boicourt et} John E. Brol-

ley [4] ^ont pu détecter les rayonnements ^ultra-

violets produits ^{en utilisant un} film convertisseur de lumière, placé ^{devant la} photocathode ^du multiplicateur. ^Ce film convertit par fluorescence les rayonnements U.-V. lointains en rayonnements

dont la longueur ^{d’onde est} dans le domaine de sensibilité de la photocathode. ^{Ceci montre} qu’il

y ^a peut-être ^{dans notre cas aussi une} possibilité

d’améliorer le rendement par ^cette methode.

Nous entreprenons ^{des mesures} analogues ^à

celles que nous venons de décrire avec un compteur proportionnel ^à parois ^de quartz ^et grille interne,

entouré de quatre ^{P. M. Il est} douteux que l’on

puisse atteindre’ une résolution et un rapport signal ^sur bruit aussi bons que par la méthode conventionnelle. On peut cependant espérer ^obte-

nir des renseignements intéressants sur le fonction- nement du compteur.

Nos résultats préliminaires peuvent également suggérer ^certaines applications de la méthode décrite. Par exemple, ^{avec un} compteur propor- tionnel de grande longueur ^{destiné à} la détection de particules énergiques ^on pourrait, ^{en «} regar- dant ^» aux deux extrémités du compteur, ^{avec un} photomultiplicateur, ^les impulsions lumineuses,

éliminer les particules qui n’ont pas parcouru toute la longueur ^du compteur. ^Ceci équivaudrait

au dispositif ^de télescope ^{à trois} compteurs ^en coïncidences, ^en éliminant les inconvénients qui pourraient provenir ^du passage des particules

dans deux compteurs supplémentaires.

BIBLIOGRAPHIE

[1] ^CHARPAK (G.), ^{Travail non} publié, 1955.

[2] ^CURRAN (S. C.) ^{et CRAGGS} (J. D.), Counting ^Tubes.

Buttenwark Scientific Publicatipns, London, 1949.

[3] WARD, ^Proc. Phys. Soc., London, septembre 1946, ^A 67,

841-846.

[4] GRINFELL, ^BOICOURT (P.) et BOLLEY (John ^E. Jr.),

Rev. Sc. Instr., 1954, 25, 1218.