L'emploi de vapeur de cyclopropane dans les compteurs de Geiger-Muller

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L’emploi de vapeur de cyclopropane dans les compteurs

de Geiger-Muller

Daniel Blanc, Jean Cabe

To cite this version:

92

L’EMPLOI DE VAPEUR DE CYCLOPROPANE DANS LES COMPTEURS DE GEIGER-MULLER

Par DANIEL BLANC et JEAN

_CABÉ,

Centre de _{Physique Nucléaire,} Faculté des Sciences de Toulouse.

Résumé. 2014 Des _compteurs à _parois de verre et _graphitage externe _remplis de _cyclopropane et d’argon possèdent un _palier de 100 à 200 volts et des _temps morts deux fois moins longs que ceux

qui correspondent à des _{mélanges d’argon} et de _méthylal sous les mêmes _pressions. Il est _cependant

nécessaire que la pression du

_cyclopropane

_dépasse 2 cm de mercure _{pour que la pente} du _palier

soit inférieure à 5 _% par 100 volts.

La vapeur de cyclopropane pur donne des paliers très longs

(>

600 _volts) et de _pente très faible ( 1 _{% par 100 volts) pour} des _{pressions comprises} entre 25 et 30 cm de mercure. Pour des _rayons

gamma de 1 _MeV, l’efficacité est _{pratiquement égale} à celle de _{remplissages classiques d’argon}

et de vapeur polyatomique.

Par la méthode oscillographique, on a mesuré le _temps de restitution de détecteurs remplis de mélanges

(argon-cyclopropane)

pour en déduire la valeur _kc de la mobilité des ions de _{cyclopropane.} Rapportée à la _{pression atmosphérique,}

kc = _{0.87 ±} 0.05 cm2s20141 V20141.

On a obtenu de même la mobilité ka des ions _{d’argon. Rapportée} à la _{pression atmosphérique :}

ka = 1.30 ± 0.05 cm2s20141 V20141.

Des mesures _analogues faites sur le cyclopropane pur confirment que la formule de Stever reste

valable pour de tels remplissages et donnent pour kc une valeur identique, aux erreurs

expéri-mentales _près. Abstract. 2014

Externally graphited glass counters, filled with

_cyclopropane

and _argon have a

plateau length of 100-200 volts and dead times half than those _{given by} argon and _methylal fillings under the same pressures. However, the _cyclopropane pressure must be above 2 cm of mercury, for the slope of the _plateau curve to be less than 5 _% per 100 volts.

Pure _cyclopropane vapor will give very long plateau curves

(length >

600 _volts) with a very

smooth _slope

₍

1 _{% per} 100 volts), with _pressures between 25 and 30 cm of _mercury. With

gam-ma _{rays (1 MeV),} the _efficiency is _equivalent to that obtained with the usual fillings of argon and polyatomic vapor. Recovery times of detectors filled with mixtures of argon and cyclopropane

have been evaluated _by the oscillographic method, to deduce the kc value of the _{mobility of} cyclo-propane ions. Under atmospheric pressure :

kc = _{0.87 ±} 0.05 cm2 S20141 V20141.

The mobility ka of argon ions has been calculated in the same _{way. Under atmospheric pressure :} ka = _{1.30 ± 0.05} cm2 s20141 V20141.

Similar measurements made with pure cyclopropane confirm that the Stever formula remains valid for such _fillings, and _give for kc an identical value, within instrumental errors.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE RADIUM

PHYSIQUE APPLIQUÉE

7.

TOME _21, JUILLET _1960,

Introduction. -- J. P.

Vigne

[1]

a

_signalé

l’inté-rêt d’un

_{mélange d’argon (pression}

de 9 cm de

mercure)

et de

_cyclopropane

_(pression

de 1 cm de

mercure)

pour le

remplissage

de

compteurs

de

Geiger-Müller

à cathode

_{métallique :}

le seuil de

Geiger,

le

_temps

mort et le

_temps

de restitution sont

_plus

_{faibles que} ceux

_{qui correspondent}

aux

remplissages

habituels

_{d’argon (9}

cm de

_mercure)

et d’éthanol

(1

cm de

_mercure).

Nous avons

_{expérimenté l’emploi}

de vapeur de

cyclopropane

dans les

_compteurs

à

_parois

de verre

et

_graphitage

externe introduits _{par R.} Maze

_{[2] :}

le

_cylindre

est un tube de _verre, de résistivité

sufri-samment

_faible,

recouvert extérieurement d’une couche de

_graphite.

La cathode

_proprement

dite

est _{constituée par} la

_paroi

interne du _verre,

_qui

se

_charge

aussi uniformément

_qu’une

surface

con-ductrice. Nous avons choisi ces

_compteurs

_parce

qu’ils

présentent,

vis-à-vis des détecteurs à cathode

métallique,

un certain nombre de

supériorités :

leur

palier,

très

_long

et d’une stabilité

_remarquable,

possède

une

_pente

très

_faible,

et il ne se

_produit

pas de

décharges parasites

dangereuses

pour des tensions

_supérieures

à celles du

_palier.

De

_plus,

ces

détecteurs ont

_l’avantage

_pratique

de la

_simplicité

de construction et de

_remplissage.

Nous avons eu l’occasion de noter l’intérêt des

mélanges d’argon

et de

_{cyclopropane [3],}

et nous

avons

_{généralisé}

nos études aux

remplissages

de

vapeur pure

[4].

Dispositif expérimental.

- 1. COMPTEURS

UTILI-SEs. - Les

compteurs

sont

_fabriqués

dans des

cylindres

de verre « B-24 » des verreries de

93

le-Roi,

dont la résistivité à 20°C est de l’ordre de 5.1011

_{ohms-cm ;}

ces

_cylindres

ont une

épais-seur de 1 mm et un diamètre interne de 2 cm. La

constante de

_temps

du circuit

_{auquel équivaut}

la

paroi

de verre est voisine de

_0,3

seconde

_[5].

L’anode est un fil de

_tungstène

_dégraphité

de

_0,1

mm de diamètre.

Les détecteurs sont _{du modèle décrit par}

Mac-Knight

et Chasson

_{[6] :}

le

_cylindre

de verre est

recouvert extérieurement

_{d’aquadag ;}

l’anode ne

comporte

pas de ressort

_terminal,

la tension néces-saire étant obtenue _par

_étirage

du verre. Les sorties

anodiques

sont en

_{copperclad, qui}

se soude

direc-tement au verre « B-24 _{» ;} ces sorties sont liées au

fil de

_tungstène

_par une boucle

_noyée

dans une

perle

de verre. Pour éviter toute

_décharge

élec-trique

parasite depuis

cette

_boucle,

on la

_place

dans la

_région

_graphitée

AB ou

_{EF, portée}

à la tension du fil

_{(fige 1).}

Cette

_{disposition possède,}

de

_{plus, l’avantage}

de définir avec

_précision

la

longueur

utile de la cathode

_[7].

_{Les passages}

isolants BC et DE sont recouverts d’une couche de

paraffine

qui

élimine toute conductibilité

super-ficielle.

FIG. 1. - Schéma des

compteurs utilisés.

2. REMPLISSAGES. - Les

compteurs,

munis d’un

rodage

normalisé pour

jonction

à la _{rampe de}

rem-plissage ( fig. 1),

sont

_{pompés pendant plusieurs}

heures sous une

pression

de

0,1

micron de mercure, sans

_étuvage

susceptible

d’avoir un effet néfaste

sur la

_qualité

du

_palier,

et surtout sur la définition exacte du seuil de

_{Geiger [2], [7]. L’argon}

utilisé

est de

_qualité

«

spectroscopiquement

_pur ». Le

cyclopropane

(point

d’ébullition = -

34,5 OC)

_est

livré à l’état

_liquide

dans des bouteilles

_métalliques

(laboratoires

Robert et

_Carrière).

3. DISPOSITIF DE COMPTAGE. - Une

alimen-tation stabilisée à _{1 pour 1 000 fournit} la tension

positive

de

_{l’anode ;}

la résistance de

_charge

est

de 2

_Mégohms.

Les

_impulsions

_négatives

recueillies

sur le fil

_passent,

à travers une

capacité

de 50

pico-farads,

dans un circuit de

_comptage

_classique

(échelle

+ totalisateur

_mécanique)

dont le seuil est

de

_0,2

volt.

Un

_{oscillographe}

PHILIPS

_type

GM

_5662/02,

dont la

_capacité

d’entrée est de 20

_picofarads,

permet

de contrôler la valeur du seuil du

_circuit,

ainsi que celle du seuil de

_Geiger

des

_remplissages

(argon-cyclopropane).

Cet

_{oscillographe}

_possède

une base de

_temps

suffisamment

rapide

_pour

per-mettre,

en

balayage

déclenché,

la mesure du

_temps

mort et du

_temps

de restitution _{des détecteurs par}

la méthode de Stever

_[8].

4. RAYONNEMENT UTLLISÉ. -

L’épaisseur

de la

paroi

de verre

₍₁

_mm)

ne

_permet

_{pas la détection}

des

_particules

très ionisantes. Nous avons utilisé

les _{rayons gamma}

_produits

_{par des} sources de 6°Co

(1,17

et

_{1,33 MeV)}

et de 134CS

_{(0,568, 0,602}

et

0,794 MeV).

On sait que, sous irradiation

intense,

le seuil de

Geiger

des

_compteurs

à

_graphitage

externe

aug-mente

_rapidement

avec le taux de

_comptage,

en

même

_temps

_{que la} zone de

_{proportionnalité}

limitée

_s’élargit

_[5].

C’est

_pourquoi,

dans toutes

nos _mesures, nous avons choisi des irradiations assez faibles _pour

_qu’il

n’en résulte aucune

augmen-tation

_appréciable

du seuil et de la

_longueur

du

palier ;

nous avons contrôlé ce fait en

construisant,

après chaque

mesure, le

palier qui

correspond

au

bruit de fond. Dans de telles

conditions,

les

hauteurs des

_{impulsions possèdent}

leur valeur

normale ;

de

_plus,

le

_temps

mort et le

_temps

de restitution constituent alors des

_{caractéristiques}

intrinsèques

du

_détecteur,

et la formule de Stever

[8]

s’applique.

Caractéristiques

des

_remplissages

(argon-cyclo-propane).

- Nous

avons introduit le

_cyclopropane

sous des

pressions

_comprises

entre 1 et 4 cm de

mercure, la

pression

totale étant de 10 cm de

1. COURBE DE PALIER

(fig.

2 et

3).

FIG. 2. - Seuil de

Geiger et seuil de _{démarrage (0,2 volt)} pour des remplissages

(argon-cyclopropane).

Fio. 3. -

Longueur et _pente du _palier. pour des

remplissages

(argon-cyclopropane).

Le seuil de

_Geiger

est inférieur de 200 volts environ à la valeur

_{correspondant}

à un

_mélange

d’argon

et de

_méthylal

sous les mêmes

_pressions.

Cependant,

contrairement à ce

qu’indique

J. P.

_{V4gne [1 ],}

des

_paliers

de

_pente

inférieure à 5

_%

par 100 volts ne sont atteints _que

_lorsque

la

_pression

du

_cyclopropane

est

_supérieure

à 2 cm de mercure.

2. TEMPS _MORT, TEMPS DE RESTITUTION

(fige

4 et

_5).

’

FIG. 4. - _Temps mort de _remplissages (argon-cyclopropane).

Lie

_temps

mort est

_beaucoup

_plus

faible _que

celui

_qui

_correspond

à un

_{mélange (argon-méthylal)}

sous les mêmes

pressions partielles :

sa

valeur,

de _{185 microsecondes pour} un

_{mélange d’argon}

(9

cm de

_mercure)

et de

_{méthylal (1}

cm de

_mercure)

n’est

_plus

_{que de 90 microsecondes pour le même} détecteur contenant de

_l’argon

et du

_cyclopropane

sous les mêmes

_pressions.

Nous confirmons ainsi

les _{conclusions données par J.} P.

_Vigne.

Le

_temps

de restitution 0 a été calculé _par

Stever

_[8],

et _par Van

Gemert,, Den

Hartog

et Müller

_{[9] :}

Y étant la tension de

_{fonctionnement, a}

le diamètre

du

_fil,

b le diamètre interne du

_cylindre,

P la

pression

totale _{des gaz dans le}

_compteur,

_Po

la

pression atmosphérique, k

la mobilité

_ionique

glo-bale du

_{mélange utilisé, rapportée}

à la

_pression

atmosphérique.

D’après

les mesures de

6,

la

_figure

5

présente

la

variation de

_(1/A)

en fonction de la

pression

par-tielle _pc du

_{cyclopropane.}

La courbe est une

droite,

ce

_qui

_{prouve que} la mobilité

_globale

k est liée

aux mobilités

_kc

de la vapeur

organique

et

ka

de

l’argon

par la formule d’additivité :

95

FIG. 5. - (1 /k) _en fonction de la pression

partielle

pc

de _{la vapeur}

_{polyatomique.}

L’intersection de la droite avec les

_parallèles

à

l’axe des ordonnées _pc = 1 et

pc = 0

permet

d’obtenir les mobilités

kc

et

ka.

Nous avons obtenu :

Les erreurs

_indiquées

résultent de la

précision

des mesures et de la validité des

_hypothèses

néces-saires pour établir la formule

(1).

Caractéristiques

des

remplissages

de

cyclopro-pane pur. -1. COURBE DE PALIER

(fin.

6 et

_7).

Fm. 6. - Seuil du

palier et seuil de _démarrage en fonc-tion de la _pression, pour des remplissages de cyclopropane pur.

Le seuil du

_palier

est une fonction linéaire de la

pression jusqu’à

20 cm de _{mercure ;}

_au-dessus,

la

variation est

_plus

lente. Les

_qualités

du

_palier

sont

_optimales

_{pour des}

_{pressions comprises}

entre

FIG. 7. -

Longueur et _pente du _palier en fonction de la

pression pour des _remplissages de _{cyclopropane pur.}

25 et 30 cm de mercure. Les détecteurs ainsi réa-lisés sont de

_qualité

_{exceptionnelle, puisque}

la

longueur

de leur

_{palier dépasse}

700

_volts,

la

_pente

tombant à

_0,5

_%

_{par 100 volts.}

2. EFFICACITÉ POUR LES RAYONS GAMMA.

-Dans une _{vapeur pure,}

_{l’absorption}

dans le _gaz des

photons

émis dans les

_décharges

de Townsend est

très

_forte,

ce

_qui

limite la

propagation

de la

décharge

le

_long

du fil. Il en résulte que les

impul-sions ont des

hauteurs inégales,

et

_plus

faibles _que

celles que l’on observe dans des conditions

compa-rables _pour les détecteurs

_classiques

(argon-vapeur-organique) [10].

Il

_peut

se faire que

_le,

seuil du

circuit associé soit

_supérieur

aux

_amplitudes

de

certaines de ces

_{impulsions :}

l’efficacité de

comp-tage

s’en trouve alors

_diminuée,

ce

qui

limite

l’intérêt

_pratique

du détecteur.

Nous

_plaçant

dans des conditions d’irradiation

rigoureusement identiques,

nous avons

_comparé

les

réponses

des

_remplissages

de

_cyclopropane

_{pur à} celle de

_{mélanges (argon-méthylal) habituels ;}

la

figure

8

_présente

l’efficacité relative de ces

remplis-sages, c’est-à-dire le

rapport

du taux de

_comptage

qu’ils

fournissent à celui des

_remplissages

_classiques,

sous irradiation de _rayons

_gamma

du 6°Co

(envi-ron 1

MeV).

Pour les

_{pressions correspondant}

aux

conditions

_optimales,

l’efficacité relative est

_égale

à

_l’unité,

avec le circuit associé de seuil

_égal

Fixe. 8. - Efpicacité des

remplissages de

cyclopropane

rapportée

à celle d’un compteur

(argon-méthylal).

Seuil du circuit : 0,2 volt.

3. TEMPS DE RESTITUTION. - Comme dans le

cas des

_{remplissages (argon-cyclopropane)}

le

_temps

de restitution a été mesuré _{par la} méthode

oscillo-graphique ;

la limitation de la

_décharge

le

_long

du fil fait _{que les}

_impulsions

ne sont _{pas de hauteur}

- FIG. 9.

- Variation du

temps de restitution 0 _des comp-teurs remplis de _cyclopropane pur avec le _rapport

(P JV) - P _{en cm} de

mercure, V en volts.

uniforme,

et il en résulte sur la mesure de 0 des

erreurs

_qui

_peuvent

être

_importantes.

La

_figure

9 donne la variation de 0 en fonction du

_rapport

_{(P IV)}

donne la variation de 0 en fonction du

rap-port

(P/V)

de la

_pression

P de

_{remplissage (cm}

de

mercure)

à la tension V

_(volts)

_pour

_laquelle

est mesuré 0 : la variation est

_linéaire,

et la formule

₍₁₎

reste _{valable pour} ces

_{remplissages.}

Prenant les

valeurs moyennes déduites de la

figure 9,

l’appli-cation de cette formule conduit à : kc = _{0,90 f 0,1} cm2 s-1 V-1.

Aux erreurs

_{expérimentales près,}

cette valeur

est

_identique

à celle obtenue sur des

mélanges

d’argon

et de

_{cyclopropane,}

ce

_qui

confirme encore

la validité de la formule

₍₁₎

_{pour les}

_remplissages

de vapeur pure.

Nous remercions vivement M. Gilbert

_Giron,

technicien,

qui

a effectué le

_montage

de

l’instal-lation de pompage et de

_remplissage

des

_compteurs,

et a collaboré à son fonctionnement.

Ces recherches ont été effectuées dans des laboratoires mis aimablement à nôtre

_disposition

par if. le Pr

Blaizot,

Directeur de l’Institut de

Physiologie

de l’Université de Toulouse.

Manuscrit reçu le 25 avril 1960.

BIBLIOGRAPHIE

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