Recherches sur l'absorption des rayons γ durs par l'effet photonucléaire dans le glucinium

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Recherches sur l’absorption des rayons γ durs par l’effet

photonucléaire dans le glucinium

Joseph Rotblat

To cite this version:

RECHERCHES SUR

L’ABSORPTION

DES RAYONS 03B3 DURS PAR L’EFFET

PHOTONUCLÉAIRE

DANS LE GLUCINIUM

Par M. JOSEPH ROTBLAT.

Sommaire. 2014 Etude de _{l’absorption} des rayons 03B3 durs de Ra C qui produisent l’effet photonucléaire

dans le glucinium. Il _s’agissait de mesurer l’activité excitée dans _{l’argent par les neutrons formés} à la suite de la _{photo-dissociation} du glucinium en fonction de _{l’épaisseur} de l’absorbant en plomb, en cuivre et en aluminium. Les courbes _{d’absorption} obtenues ont le caractère exponentiel, ce _{qui prouve que} l’effet photo-nucléaire dans le glucinium n’est produit que par les composantes les plus dures du _{rayonnement 03B3} du RaC. La _longueur moyenne de l’onde des rayons 03B3 actifs dans ce processus est de 6,3 U. X, leur _énergie est donc 1,96. 106 eV. Le résultat différent de Gentner était dù à la réflection vers l’arrière des neutrons lents sur l’absorbant.

lntroduction. - Le noyau

atomique exposé

aux

rayons y

d’énergie

suffisante est excité et en consé-quence

peut

subir la

_{désintégration,}

en émettant une

des

_particules

_{que contient le noyau, le}

_plus

souvent

le neutron. Ce

phénomène

appelé

effet

_{photonucléaire}

fut découvert par Chadwick et

Goldliaber (1),

qui

en

exposant

le deutérium aux _{rayons y} de ThC" ont

cons-taté l’émission de neutrons. Szilard et Chalmers

₍₂₎

ont observé l’émission des neutrons

_également

dans le cas

du

_{glucinium exposé}

aux _{rayons y} de RaC. Récemment Bothe et Gentner

₍₁₎

se servant _{des rayons très durs}

d’énergie

17.106 eV formés à la suite de la

désintégra-tion _{du lithium par les}

_protons

ont constaté des effets

analogues

dans toute une série d’éléments lourds. Parmi tous les éléments c’est le

_{glucinium qui}

subit la

_{photodissociation}

le

_plus

facilement. C’est en effet le seul cas connu _{où les rayons y de} RaC suffisent à

cau-ser la

_{désintégration.}

Le processus

qui

y a lieu est le suivant :

_Bel

₊

It ’1 =

21Ie4

+

2He4 +

or»’ .

Paneth et Gluckauf

_1’)

ont _{démontré que c’est cette}

réaction

_qui

se

_produit

en réalité et non _{pas la}

for-mation du Be8 comme on l’avait

_pensé

_{auparavant :}

4Be9

+

h ’1 -

4Bel

₊

_on’.

Paneth et Glückauf ont mis en évidence l’hélium formé dans cette réaction et ont _{constaté que}

_chaque

neutron

correspond

en

_{première approximation,}

à deux

parti-cules a.

En s’appuyant

sur la connaissance des valeurs

_précises

des masses

_atomiques,

_{données par Bethe} et

Livings-ton

_(5),

on

_peut

calculer la valeur minimum de

_l’énergie

des rayons nécessaire pour causer cette réaction. En

posant

Be9

_{= 9,U1 ~0,}

He’~ ===

4,0039, iil =1,0090 et en

supposant

que

l’énergie cinétique

du neutron et des

particules a

est

_égale

à

zéro,

nous aurons Il ’1 =

U,00 i 8

unités de masse

_atomique,

c’est à-dire

1,6~.40~

eV. Dans le

_rayonnement

_y de RaC existent deux raies très dures

_{d’énergies}

_1,8.10~

et t

_{2@2 . 1 ()6 eV. Or,}

si les valeurs des

_{poids atomiques, employées}

ici sont

exactes,

l’effet

_{photonucléaiie}

dans le

_glucinium

ne

peut

être _{excitée que par les}

_composantes

les

_plus

dures du

_rayonnement

_y de RaC.

Ce fait

_peut

étre _{utilisé pour la} mesure exacte de

l’absorption

des rayons y durs de Rat’. Avec les

mé-thocles

_{qu’on applique}

ordinairement t dans les recher-ches sur

_{l’absorption,}

la

_présence

du

_rayonnement

mou très fort constitue une

_grande

difficulté : _pour

éviter ce

_rayonnement

il faut

_employer

des écrans

épais,

ce

_{qui change}

la

composition

des rayons durs et

diminue leur intensité. Par contre la méthode

photo-nucléaire ne

_présente

_{pas cette} difficulté - _{car ce ne}

sont que les

composantes

dures

_qui

sont efficaces - et

par

conséquent

on

_peut

_espérer

obtenir une courbe

exponentielle d’absorplion

même sans

_employer

de filtres

_{préliminaires.}

En

_dépit

de ces

_prévisions

Gent-ner

_{(1) qui}

se servait t

_justement

de cette méthode a

obtenu des résultats très

_compliqués.

Gentner a examiné

_{l’absorption}

_{des rayons y de} RaC

dans le

_plomb

et dans l’aluminium. Ses résultats sont

représentés

dans le tableau I. TABLEAU 1.

Comme nous le voyons, la courbe

d’absorption

des

rayons y dans le

plomb

montre chez Gentner au début

un accroissement

_jusqu’à

un certain maximumetensuite une chute de

_plus

en

_plus

lente. Un effet

_analogue

a

été observé dans l’aluminium. Pour

_expliquer

ces

résultats Grentner suppose que l’effet

photonucléaire

dans le

_glucinium

est _{causé surtout par les rayons y}

d’énergie

0,9.

eV. Cette valeur résulte de la

_pente

-initiale de la courbe

_{d’absorption.}

_Quant

à

l’augmenta-tion d’activité observée dans la

_partie

initiale de la courbe, il admet que les rayons y

durs,

après

avoir

traversé la couche de

l’absorbant,

deviennent mous à la suite de l’effet

_Compton

et comme tels sont

_plus

efficaces pour

produire

la

_{désintégration}

du

_glucinium.

Le résultat obtenu _{par Gentner} est en contradiction évidente avec les résultats du calcul des masses et les

478

données

_{expérimentales}

de Cllaclwick et Golclhaber

_(1),

qui

ont obtenu comme

_énergie

minimum des rayons _~,~

1,6.106

eV. Dans ce travail dont le but était de fixer le coefficient

_{d’absorption}

des _{rayons y} durs

_j’ai

_essayé

d’expliquer

la cause de cette

_divergence.

Fig. 1.

Expéxiences. -

L’étude de

_{l’absorption}

des rayons ,° de RaC consistait dans la mesure de l’activité

-excitée dans

_{l’argent (temps}

de diminution de moitié de 22 sec et 13 î

_sec)

_{par les} neutrons formés à la suite de la

_{désintégration}

du

_glucinium.

Le nombre total des neutrons

_qui

se forment dans cette réaction est évi-demment

_{proportionnel,}

toutes choses

_égales

_{d’ailleurs,}

à l’intensité de rayons y durs

qui

tombent sur la couche du

_glucinium;

d’autre

_part

l’activité excitée dans le

_récepteur

est

_{proportionnelle}

au nombre des

neutrons. Il en _{résulte que la} mesure de l’activité du

récepteur

peut

être considérée comme celle de l’inten-sité du

_rayonnement

y. Le schéma du

montage

expéri-mental dont

_je

me suis servi est

_représenté

sur la

figure

1. Dans le tube de verre se trouvait la source

des rayons Y en forme de 8

petits

tubes de

_platine,

-contenant au _{total 50 mg de radium. Le radium} a été

obligeamment

prété

par 1 Institut Nlarie Curie

Sklo-cm de distance de cette source se trouvait

une boîte de zinc 5

cm X 5

cm

X 5

cm,

conte-nant iris g de

glucinium.

Du côté

_opposé

de la boîte et en contact immédiat avec sa

_paroi

_{postérieure je}

plaçais

le

_{récepteur d’Ag}

en forme d’une lame de dimensions

8x5

cm2 et de

_0,15

mm

_{d’épaisseur.}

Pour

_augmenter

l’activité excitée dans

_l’argent,

le

glu-cinium était entouré de trois côtés par des blocs de

paraffine.

Dans ces conditions la radioactivité dans

l’argent

fut excitée surtout

_{par les}

neutrons

_thermiques

~et _par ceux _{du groupe A. J’ai} mesuré l’activité du

récepteur

au moyen d’un

compteur

de

_{Geiger-Mutler,}

à

parois

d’Al de

0,2

mm

_{d’épaisseur,}

de 2.i mm de dia-mètre et de 50 mm de

_hauteur,

mis en communication

.avec un

_{amplificateur}

à une

_lampe

et un

_thyratron.

L’espace

entre la source et le

_glucinium

était destiné à

_placer

des absorbants. C’étaient de

_petites

_plaques

carrées et de 5 mm

_{d’épaisseur chacune,}

mesurant

5x5 em2. Pour

_placer

d’une manière

_précise

et facile les

_plaques

les unes

_après

les

_{autres, deux petits}

trous ont

été creusés dans chacune d’elles Deux

_tiges

de laiton

passées

par ces trous

_permettaient

de faire

_glisser

facile-ment les

_plaques.

Il

_s’agissait

de mesurer l’activité de

_l’argent

en

fonction de

_{l’épaisseur}

de l’absorbant

_placé

entre la

source et le

_{glucinium. L’argent}

a été

_{exposé pendant}

deux minutes : 1~ sec

_après

la fin de l’irradiation

_je

commençais

la mesure de

_{l’activité ;}

le

comptage

durait

toujours

une minute.

J’employais

six lames

_d’argent

_que

j’exposais

successivement. Grâce à cela l’intervalle entre

les irradiations successives d’une lame donnée était d’environ ~0 min ce

_qui

suffisait pour la

_disparition

du radioélément de 13 i sec de

_{période. Après chaque}

mesure d’activité

_je

vérifiais le mouvement _propre du

compteur

de

_{Geiger-Müller.}

Fig. 2.

’

L’activité de

_l’argent

- dans le _cas de l’absence

d’absorbants -

dépassait

le mouvement _propre

d’envi-ron 70

_impulsions

_{par minute.}

J’ai étudié

_{l’absorption}

des _{rayons y} dans le

_plomb,

le cuivre et l’aluminium. Les courbes de la

_figure

2

représentent

les résultats obtenus dans le

_plomb

et dans l’aluminium. Les abscisses sont

_{proportionnelles}

aux

_épaisseurs

de l’absorbant en cm les ordonnées aux

logarithmes

de l’activité de

_l’argent.

Les traits

verti-caux

_signifient

la valeur

_{logarithmique}

de l’erreur

sta-tistique.

L’erreur

_statistique

a été

_posée

_égale

à la racine carrée du nombre total

_{d’impulsions}

comptées

dans

_chaque

cas.

Comme nous le voyons ces courbes ne _{sont pas}

exponentielles.

Dans le cas du

_plomb

la courbe baisse d’abord très lentement et ne

_{prend l’aspect}

d’une

_ligne

d’ab-sorption ;

il résulte de sa

_pente

_que

_{l’absorption}

à moitié a lieu dans 14 mm. Dans le cas de l’aluminium

nous observons aussi une courbe dont la

_pente

devient de

_plus

en

_{plus rapide.}

Ces

résultats,

montrant _que

_{l’absorption}

_{n’a pas de}

caractère

_exponentiel

pour les couches

minces,

peu-vent être

_expliqués

de la manière suivante : Mitchell

et

_{lB1urphy (1)}

ont _{trouvé que les} neutrons lents

subis-sent une réflection notable sur des métaux. Il en résulte que la

présence

de l’absorbant

_peut

contribuer à la réflection des neutrons se

_dirigeant

de la

_paraffine

ou

du

_glucinium

vers la source. Les neutrons réfléchis

peuvent

traverser le

récepteur

et causer

_{l’augmenfation}

de l’activité. De cette manière 1 absorbant contribue dans une certaine mesure à

_{augmenter I«activité,}

et en

conséquence

l’abçorption

des rayons y

paraît plus

petite.

Pour vérifier cette

_{hypothèse j’ai placé}

entre les absorbants et le

_glucinium

un écran de cadmium de

mm

_{d’épaisseur}

et une feuille

_d’argent

de

0,2

mm

d’épaisseur (fig.

1 Ces écrans servaient à absorber les neutrons

_thermiques

et ceux _{du groupe A}

_qui

sor-tent de la

_paraffine

et reviennent

_après

être réfléchis sur les absorbants. Avec ce

_{montage j’ai}

_répété

les mesures de

_{l’absorption}

dans le

_plomb,

le cuivre et l’aluminium. Les résultats obtenus sont

_{représentés}

dans la

_figure

3.

Fig. 3.

Il est facile de constater que les courbes

d’absorption

sont en effet

_{exponentielles}

dès le début. L’inclinaison de ces courbes m’a

_permis

de calculer les

épaisseurs

des écrans

_qui

absorbent à moitié les rayons y. Ces valeurs sont

_{représentées}

dans la deuxième colonne du tableau II. Dans la troisième colonne sont

_indiquées

les valeurs des coefficients

_{d’absorption}

atomiques

cal-culées

_d’après

la formule ;

oÙ A

_représente

le

_poids

_atomique

de

_{l’absorbant; 0,}

sa

_{densité ; A,}

lenombre

_,r,

_{l’épaisseur}

de

l’écran

_qui

absorbe _{à moitié les rayons -.} TABLEAU II.

Discussion des résultats. -

Le caractère expo-nentiel des courbes

_{d’absorption}

prouve que l’effet

pho-tonucléaire dans

_{le glucinium}

est _{causé par les rayons y} de RaC

_primaires

et non _{pas par}

_l6s1rayons

diffusés. Le résultat contradictoire de Gentner

_peut

être

_expliqué

en

_analogie

avec

_{l’interprétation}

de mes résultats obtenus sans _{l’écran de cadmium par la rérleetion de}

neutrons sur les

absorbants.

Fi g. 4.

Pour vérifier si les rayons y diffusés par le

plomb

sont

_capables

de causer la

photodissociation

du

gluci-nium

_j’ai

fait

_{l’expérience}

suivante. J’ai

posé

de deux côtés de la boîte avec le

_gluciilium

des

_plaques

de

_plomb

de 5 ln ID

_{d’épaisseur (fig. 4)}

et

_{j’ai comparé}

l’activité excitée dans

_l’argent

en

_présence

et en

absence des réflecteurs. Dans cette

_position

des

réflec-teurs le

_{glucinium pouvait}

encore _{être atteint par les}

rayons ": diffusés sous

_l’angle

30° c’est à-dire les

rayons

qui

ont

_perdu

environ o, ï .1~~~ eV

_d’énergie

à la suite de l’effet

_Compton.

Si - conformément à

Gentner -- l’effet

photonucléaire

était causé par les raôTons i, de

0,9

10"

eV.,

la mise des réflecteurs devrait contribuer à

_{l’augmentation}

de l’activité de

_l’argent.

Les mesures ont

_pourtant

_{montré que} l’activité était dans les deux cas la même.

Ces effets montrent _{donc que la}

_{désintégration}

du

glucinium

peut

être

_{provoquée uniquement parles}

com-posantes

dures du

_{rayonnement y}

de Ra C.

Les valeurs des coefficients

d’absorption

de ces

480

par les autres auteurs à l’aide d’autres méthodes. Les recherches sur

_{l’absorption}

_{de rayons ¡ durs de} Ra C

ont été dernièrement faites

_{par Meitner}

et

_Hnpfeld

Ketelaar,

Piccard et Stahel

(1°).

Meitner et

_Ilupfeld

ont mesuré

_{l’absorption}

_{des rayons y} de RaC filtrés par 10 cm de

_plomb.

Ils ont obtenu 1,53.10-1-3 comme

coefficient

_{d’absorption}

_atomique

dans le

_plomb,

Ketele:ar,

Piccard et Stahel ont examiné

_{l’absorption}

des rayons y filtrés par 15 cm de

_plomb

et ont obtenu la valeur

1,~ i

iO-~3. Ces valeurs se

_rapprochent

des valeurs obtenues dans le

_présent

travail.

Pour calculer

_l’énergie

_{des rayons y}

_{correspondant}

aux coefficients

_{d’absorption,}

_je

me servais des for-mules

_théoriques

bien connues. Le coefficient

d’absorp-tion des rayons y est la somme de trois

_expressions,

où 6

_signifie

le coefficient

_{d’absorption produite}

_par diffusion sur les

_{électrons ;}

T,

_{l’absorption}

à la suite de

l’effet

_{photoélectrique; x, l’absorption}

nucléaire due à la matérialisation. J’ai

calculé

les valeurs de tous ces

coefficients :

_d’après

la formule de Klein

_{Nishina el)}

pour a, celle de Hulme et collaborateurs

(2)

Pour T, et celle de Bethe etHeitler

_{(13) pour}

_{x. J’ai admis pour} lon-gueur de l’onde des rayon s de Ra C

6,3

U.

X.,

c’est à-dire la moyenne des mesures de Meitner et

_Hupfeld

et

de

_Ketelaar,

Piccard et Stahel. Les résultats obtenus sont

_{représentés}

_{par le tableau III.}

lit.

La dernière colonne

_représente

les valeurs

expéri-mentales obtenues dans le

_présent

travail.

Comme nous _{le voyons la concordance des résultats}

dans le cas du

_plomb

et du cuivre est tout à fait bonne. Une

_petite

_{divergence n’apparaît}

_{que dans le} cas de

l’aluminium;

elle

_peut

_{étre causée par les} erreurs

expé-rimentales car les mesures faites avec l’aluminium sont

les moins exactes.

D’après

ces résultats on

_peut

admettre que les

rayons y de RaC

qui produisent

l’effet

photonucléaire

dans le

_glucinium

_possèdent

la

longueur

d’onde

6,3 U. X.,

c’est-à-dire

_l’énergie

1,9~.106

eV. Il va sans

dire que cette valeur ne

_signifie

_{pas que} ces _{rayons ,a}

sont seuls efficaces dans l’effet

_{photonucléaire ;}

il faut la traiter

_plutôt

comme une _{moyenne de}

_l’énergie

du rayon y, car sans connaître le caractère de la courbe

d’excitation de l’effet

_{photonucléaire}

il nous est

impos-sible de

_juger

d’avance

_laquelle

des raies contenues dans le

_{rayonnement y}

de Ra C est la

_plus

efficace.

Pour examiner au moins en

_partie

la forme de la

courbe d’excitation

_j’ai

_comparé

l’activité excitée dans les neutrons

_produits

_{par les rayons y} de Ra C _{et par} les rayons de ThC". Comme sources des _{rayons y, j’ai}

employé

une

_ampoule

_{contenant 2 mg de mésothorium} ou bien 4

_{mg de}

radium. J’ai constaté que la

_grandeur

de

l’effet,

réduit au même nombre de

_photons

_y est dans le cas de Th C" deux fois

_{plus petite}

que dans le

cas de RaC. Cette baisse

_importante

du rendement

peut

être due à l’existence d’une raie de résonance très

aiguë,

placée

dans la

_région

de 2. i06

eV,

ou bien

comme l’ont

_indiqué

Chadwick et Goldhaber

_(1),

elle

peut

résulter

_simplement

de ce fait que les neutrons

formés

_pendant

l’irradiation du

_glucinium

_{par les} rayons de Th C"

possèdent l’énergie cinétique plus

grande

et

_produisent

moins d activité dans

_l’argent

que les neutrons très

_{lents, provenant}

_{des rayons}

_{y de}

Ra C. Les mesures de

_l’énergie

des neutrons de ces deux sources exécutées actuellement dans le laboratoire de

Radiologie

de la Société des Sciences

_portent

à croire que nous avons à faire

_plutôt

à cette deuxième éven-tualité. Il est donc

_probable

que contrairement aux

anciennes

_suppositions

la courbe d’excitation ne

pré-sente _{pas de résonance accentuée du moins dans la}

région

examinée.

J’adresse mes sincères remerciements à le Pro-fesseur Wertenslein

_qui

a bien voulu m’accorder maints conseils

précieux

au cours de ce travail.

Je remercie l’Administration de l’Institut Marie Curie-Sklodo«tska

_{pourm’avoir}

_prété

du radium et

_Régine

Galabert,

directrice de la Sociéié

_Française

_d’Energie

, et de Radiocliimie pour avoir

obligeamment

t mis à inca

disposition

une

_ampoule

de mésothorium.

Manuscrit reçu le 15 juillet 1931. BIBLIOGRAPHE

(1) J. CHADWICK, M. GOLDHABER. _{Nature, 1934, 134, 237.} (2) L. SZILARD, T. A. CHALMERS Nature, 1934, 134, 494. (3) W. BOTHE, W. GENTNER Naturiciss. 25, 90, 126. 191 et 1937, 284.

(4) F. A. PANETH, E. GLÜCKAUF. Nature, 1937, 139, 712.

(5) M. S. LIVINSTONE, H. A. BETHE. Rev. Nod. _Phys., 1937, 9, 373.

(6) W. GENTNER. C. R., 19 4, 199 211.

(7) J. _CHADWICK, M. GOLDHABER. Proc. Roy Soc., 1935, A. 151, 479. (8) A. C. G. MITCHELL, E. J. MURPHY,

Phys.

Rev., 1935, 48, 653.

A. C. G MITCHELL. E. J MURPHY, M. D. WHITTAKER. _phys. Rev., 1936,

49, 401 et 1936, 50 133.

(9) L. _MEITNER, H. H. HUPFELD. Z. _{Physik., 1932, 75} 705.

(10) H KETELAAR, A. PICCARD, E. STAHEL. J. _{Physique, 1933, 5,} 385. (11) F. KLEIN, Y. NISHINA. Z. _Physik, 1929, 52, 853.

(12) H. R. _HULME, Z. MC. DOUGALL. R. A. _BUCKINGHAM, R. H.

POW-LER. Proc. _Roy. Soc , 1935, 149, 131.