Étude de l'émission secondaire d'électrons de cibles épaisses, soumises au bombardement de protons d'énergie 1 MeV

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Submitted on 1 Jan 1963

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Étude de l’émission secondaire d’électrons de cibles épaisses, soumises au bombardement de protons

d’énergie 1 MeV

S. Gorodetzky, A.M. Bergdolt, A. Chevallier, M. Brès, R. Armbruster

To cite this version:

S. Gorodetzky, A.M. Bergdolt, A. Chevallier, M. Brès, R. Armbruster. Étude de l’émission secondaire

d’électrons de cibles épaisses, soumises au bombardement de protons d’énergie 1 MeV. Journal de

Physique, 1963, 24 (6), pp.374-378. �10.1051/jphys:01963002406037400�. �jpa-00205489�

ÉTUDE DE L’ÉMISSION SECONDAIRE D’ÉLECTRONS ^{DE CIBLES} ÉPAISSES,

SOUMISES AU BOMBARDEMENT DE PROTONS D’ÉNERGIE 1 MEV Par M. S. GORODETZKY, ^{Mme A. M.} BERGDOLT, ^{Mme A.} CHEVALLIER,

MM. M. BRÈS et R. ARMBRUSTER,

Institut de Recherches Nucléaires, Strasbourg.

Résumé.

L’étude de l’émission secondaire d’électrons induite _par protons ^{a été faite} pour des

énergies incidentes de l’ordre du MeV. Les coefficients d’émission secondaire ont été mesurés sur

quelques ^{métaux :} Be, Al, Cu, Ta, ^Au.

Nous avons aussi étudié les distributions d’énergie ^{des électrons à} différents angles, ^à l’aide d’un

spectromètre magnétique, le détecteur étant un multiplicateur d’électrons à 17 dynodes ^Cu-Be.

Abstract.

The study ^of secondary emission induced by protons has been made for incident energy about 1 MeV. The secondary emission coefficient has been measured on some metals : Be, Al, Cu, Ta, ^Au.

We have also studied the energy distributions of secondary ^{electrons at different} angles, ^{with a} magnetic spectrometer, the detector being ^a multiplier system ^{of 17} stages, with Cu-Be dynodes.

LE JOURNAL DB PHYSIQUE 24. 1963,

Dans le but de mesurer avec la plus grande pr6-

cision possible l’intensit6 d’un faisceau ionique ^sur

une cible, ^{nous avons} cherche à determiner le coefficient d’émission secondaire d’électrons.

Une etude th6orique de E. J. Sternglas [1]

montre que les ions incidents.perdent ^leur energie

dans la cible de deux façons: ^d’une part, par transfert de faibles quantités d’énergie ein6tique

aux atomes et d’autre part par diffusion directe d’électrons. Les electrons de grande energie, ^en

nombre beaucoup plus petit ^{que ceux de faible} energie, produisent ^eux-memes des electrons secon-

daires par chocs elastiques ^et in6lastiques.

Cette theorie montre que le coefficient d’6mission secondaire A, pour ^une particule ^de charge ^{et d’6ner-} gie incidente donn6es, ^{doit etre le meme pour tous}

les m6taux. Elle montre aussi que A ^{varie comme}

l’inverse de la racine carr6e de 1’energie ^incidente

Einc et que la variation de A en fonction de 1’ angle

d’incidence du faisceau sur la cible, 6, ^{est de la}

forme :

A(8) ^et A(0) repr6sentent respectivement ^{le coef-}

ficient d’emission secondaire _pour une incidence 0 du faisceau et le coefficient _pour l’incidence nor-

male.

Pour mesurer A et estimer la distribution d’éner-

gie des electrons secondaires, ^{on utilise} l’ appareil- lage ^{de la} figure 1, semblable à celui utilise par S. Kronenberg [2]. Les cibles soumises au bombar- dement de protons ^sont épaisses. ^{Seuls les 6lee-}

trons 6ject6s ^{vers I’arri6re sont} comptés. ^N’attei- gnent le collecteur que ^ceux d’énergie superieur e

au potentiel ^de seuil formant le champ retardateur.

Ces electrons 6jectent ^du collecteur des electrons

tertiaires, capt6s ^{sur une} troisieme electrode au

FIG. 1.

Dispositif ^a trois electrodes _pour la mesure des electrons secondaires.

1 ) Cible.

2) electrode collectant les electrons secondaires.

3) Electrode collectant les électrons tertiaires.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002406037400

375 meme potentiel que la cible. Soient J, le ^{courant de}

la cible, J2 Ie courant de l’électrode 2 et J3 ^{le cou-}

rant de 1’electrode 3. Ces courants sont mesures par des galvanometres, pour ^un potentiel ^{V de 1’elec-}

trode collectrice.

A I’aide de ces definitions, A(V) coefficient d’emission secondaire d’électron d’6nergie sup6-

rieure a e. V s’exprime par la relation :

Des mesures ont 6t6 faites a l’aide de cibles de Al, Cu, Au, Ta et Be naturels en couche épaisse. ^Les

courbes (fig. 2) montrent les distributions int6grales d’énergie. ^{On constate} que la majorite des electrons

possedent ^des energies inférieures a quelques ^élec-

trons-volts. La collection des electrons pour des

potentiels ^tres faiblement positifs ^{n’est pas} totale,

car le champ magn6tique de deflection de l’accélé- rateur perturbe ^le trajet des electrons de tres faible

energie.

FIG. 2.1. - Distribution intégrale d’énergie ’des élec- trons secondaires _pour des protons ^de 0,95 ^{MeV sur Be.}

FIG. 2.2.

Distribution int6grale d’6nergie ^{des electrons} secondaires _{pour des} protons ^de 0,95 ^{MeV sur Al.}

FIG. 2.3.

Distribution intégrale d’6nergie des electrons secondaires _{pour des} protons ^de 0,95 ^{MeV sur Cu.}

FIG. 2.4.

Distribution intégrale d’6nergie ^{des electrons}

secondaires pour ^des protons ^de 0,95 ^{MeV sur Au.}

FIG. 2.5.

Distribution int6grale d’6nergie ^{des electrons}

secondaires pour ^des protons ^de 0,95 ^{MeV sur Ta.}

Cette m6thode ^ne permet pas de determiner la limite sup6rieure ^de 1’energie des électrons secon-

daires, ^{le nombre de ces electrons etant} trop

faible.

La figure ³ repr6sente la variation du coefficient d’6mission secondaire ^en fonction de 1’energie ^inci-

dente des protons.

FIG. 3.

Coefficient d’6mission secondaire

en fonction de 1’energie incidente des protons.

Nous avons 6tudi6 ensuite la variation du coef- ficient d’émission secondaire, ^en fonction de

1’angle d’incidence 0 du faisceau sur la cible. Pour

cela, nous avons utilise une cible d’or bombardee par des protons d"energie I MeV. Nous avons

retrouve la loi empirique :

FIG. 4.

Variation du coefficient A(O)/A(00) ^{en fonction}

de I’angle d’incidence du faisceau sur la cible.

Pour mesurer d’une f acon plus precise ^{la distri-}

bution d’6nergle, nous avons mis au point ^un spectrom6tre magn6tique ^a lentille mince. Celle-ci est constitu6e d’un sol6noide de 2 ^cm de long,

74 mm de diam6tre int6rieur, comprenant ^{10 cou-}

ches de 32 spires ^{bobin6es sur} une carcasse d’alu- minium (fig. 5).

Pour calibrer en energie ^le spectrometre, ^nous

avons utilise un canon a electrons. Differents dia-

phragmes permettent de canaliser le faisceau d’61ee- trons sur la premiere dynode ^d’un multiplicateur

d’électrons à 17 dynodes ^en Cu-Be, (fourni par l’Institut de Physique Technique ^{de 1’E. T. H. de} Zurich). L’angle d’entrée des electrons dans la lentille ^est 25° + 1 °. La distance de la cible au

FIG. 5.

Dispositif pour 1’etude ^de la distribution d’6ner- gie des electrons secondaires.

point de focalisation est environ 10 cm. La pre- miere dynode ^{du tube} multiplicateur ^{est reli6e au} potentiel ^{de la masse, 1’anode a une tension} posi-

tive de 3 kV stabilisee a 0,03 %. ^Le coefficient de

multiplication ^de 1’alliage ^{Cu-Be est} sup6rieur ^{a 1}

pour des energies d’électrons incidents allant de 20 eV a plusieurs keV. C’est dans ce domaine

d’énergie que ^nous detectons les electrons ^secon- daires. Le multiplicateur ^{est suivi} par ^un circuit de

comptage habituel : préamplificateur, amplifi- cateur, discriminateur et échelle de comptage.

Dans une premiere ^mesure, nous avons d6tect6 tous les electrons entrant dans le spectrometre ^à

travers une ouverture annulaire d6termin6e _{par le}

diaphragme ^a. Les résultats des mesures sont

reportés ^{sur la} figure ^{6. On} constate que la distri- bution des electrons secondaires, ^emis par ^une cible épaisse ^{de cuivre est une} exponentielle, apres

deduction du nombre TVd des electrons diffuses par les diaphragmes.

FIG. 6.

Distribution d’6nergie des electrons secondaires 6mis par ^une cible épaisse du Cu bombardee _par des

protons ^{de 1 MeV.}

Nd : nombre d’61ectrons diffuses par les diaphragmes.

377

L’energie maximale des electrons secondaires d6teet6s est de l’ordre de 2 keV pour des protons

incidents de 1 MeV.

FIG. 7.1.

Distribution d’6nergic ^{des electrons secon-}

daires 6mis a F angle ^20o par rapport ^au faisceau, par des cibles épaisses ^de Cu, ^{Al et Au.}

FIG. 7.3.

Distribution d’6nergie ^{des électrons secon-}

daires 6mis a l’angle 500 par rapport ^au faisceau, par des cibles épaisses ^de Cu, ^{Al et Au.}

L’existence d’61ectrons ^de grande energie

confirme 1’explication ^{du choc} coulombien. La valeur maximale de 1’6nergie transferee dans un

FIG. 7.2.

Distribution d’6nergie ^{des électrons secon-}

daires 6mis a l’angle 35o par rapport ^au faisceau, par des cibles épaisses ^de Cu, ^{Al et Au.}

FIG. 7.4.

Distribution d’6nergie ^{des electrons secon-}

daires 6mis a l’angle ⁶⁵⁰ par rapport ^au faisceau, par des cibles épaisses ^de Cu, ^{Al et Au.}

tel choc a un electron, est, ^{dans le} système ^du

laboratoire 6gale ^{a :}

me, mp, Ep repr6sentent respectivement ^les

masses de l’électron, ^du proton ^et 1’energie ^du pro- ton incident

Pour mesurer la distribution d’6nergie ^suivant

un angle ^donne l’ouverture annulaire a ete reduite a une ouverture circulaire de 3 mm de diam6tre

plac6e ^{a une distance de l’axe du} spectrom6tre 6gale ^{au diam6tre} de l’ouverture annulaire.

Différentes entrees du faisceau dans la boite de

cible, ^ont permis ^{de faire varier} l’angle ^{de detec-}

tion. L’angle d’incidence du faisceau sur la cible a

ete maintenu 6gal ^a 60°, ^en changeant 1’orientation de la _{cible par} rapport ^{a 1’axe de} symetrie ^du spec- trom6tre. L’émission secondaire des electrons a

ete mesuree suivant une direction faisant un angle

0’ par rapport ^a 1’axe du faisceau (fig. 7).

Conelusion.

Les résultats obtenus sont diffi- cilement reproductibles, ^la variation de la struc- ture du metal et la contamination en protons ^{de la}

cible perturbent 1’6mission secondaire. Malgré ^ces dinicultes, ^{ce travail nous a} permis de chiffrer

grossi6rement 1’6mission secondaire des electrons.

La connaissance quantitative ^de 1’6mission secon-

daire est nécessaire pour determiner, ^{avec une}

erreur minimale, l’intensité du faisceau ionique ^uti-

lis6 dans les accélérateurs lin6aires pour induire des reactions nuel6aires. La connaissance du phéno-

mene d’émission secondaire nous permettra ^de

mettre au point ^une cage de Faraday ^{de mesure de}

faisceau ionique ^{a mieux} que 1 % pr6s.

L’étude pr6e6dente ^fait partie ^{d’un theme} géné-

ral de recherche sur la mesure de valeur absolue de sections efficaces de reactions nuel6aires que ^nous

sommes en train d’entreprendre.

Manuscrit _regu le 22 f6vrier 1963.

BIBLIOGRAPHIE

[1] STERNGLASS (E. J.), Phys. ^Rev., 1958, 108, ^1. [2] KRONENBERG (S.), ^NILSON (K.) ^{et BASSO} (M.), Phys.

Rev., 1961, 124, ^1709.