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Mesure du parcours moyen des rayons α du thorium par
la méthode photographique
Henriette Faraggi
To cite this version:
MESURE DU PARCOURS DES RAYONS 03B1 DU THORIUM PAR LA
MÉTHODE PHOTOGRAPHIQUE
Par Mme HENRIETTE FARAGGI. Laboratoire Curie de l’Institut du Radium.
Sommaire. 2014
Du parcours moyen des rayons 03B1 du thorium dans l’émulsion des plaques
photo-graphiques, on déduit leur parcours moyen dans l’air à 150-760 mm, soit 2,43 ± 0,03 cm, ce qui
corres-pond à une énergie de 3,90 = 0.02 MeV. Discussion des résultats obtenus antérieurement pour des parcours extrapolés.
Le parcours dans l’air des rayons oc du thorium a
déjà
faitl’objet
deplusieurs
mesures dont les résultats ne sont pastoujours
concordants. Lesparcours
extrapolés
dans l’air à150-760
mm obtenus par les différents auteurs sont les suivants :cm
Ilenderson et Nickerson (chambre de
Wilson )
...Kurie et
Knopff (chambre
deWiÏson)...
?,8 Ludwig(compteurs)...
?,(~o Heiiderson, lB1uskat etCrawford (halos
pléo-chroïques)...
~,03Schintelmeister
(amplificateur proportionnel
)... ~, ~3L’étude du thorium pur est difficile : sa faible
activité
oblige
àemployer
des sourcesépaisses,
absorbant une
partie
durayonnement,
cequi
diminue la
précision
des méthodes habituelles demesure de parcours :
amplificateur proportionnel,
chambre deWilson,
focalisationmagnétique;
des méthodes moinsprécises a
priori,
maisqui n’exigent
pasl’emploi
d’une sourced’épaisseur
finie,
comme la méthode des halospléochroïques
(qui profite
de l’accumulation au cours des siècles derayonnements
très
faibles), permettent
alors d’atteindre des résul-tats d’uneprécision comparable
auxprécédentes.
La méthode
photographique
estparticulièrement
intéressante pour l’étude des faibles activités : il suffit de
prolonger
suffisamment letemps
de pose pour accumuler lerayonnement
et atteindre les intensités mesurables et, d’autrepart,
l’imprégna-tion de l’émulsion par le
produit
radioactif[2]
permet
aurayonnement
de se former au sein mêmede la couche
sensible,
sansabsorption préalable.
1. Nous avons donc mesuré le parcours moyen des rayons cc du thorium par la méthode
photographique,
à l’aide desplaques
« Half-Tone Concentrated »,préparées
par Ilford Ltd. Laplaque
estplongée
quelques
minutes dans une solution diluée de nitrate dethorium,
puis
séchéerapidement.
On laisse s’écouler entrel’imprégnation
et ledéveloppement
le
temps
nécessaire pour que le nombre de rayonsémis
atteigne
une densité suffisante pour larommo-dité de
l’observation,
soit environ o0o trajec-toires par centimètrecarré,
puis
ondéveloppe.
Le laboratoire Curie nous a fourni du chlorure de thorium
privé
de radio-thorium par extractionpério-dique
de mésothorium. Laplaque
obtenueaprès
trans-formation en nitrate atémoigné
de la reformation de dérivés dont lerayonnement
atteignait
lequart
durayonnement
dû au thorium lui-même.Après
élimi-nation des dérivés par
précipitation
du thorium par l’eauoxygénée,
laproportion
de rayons dus auxdérivés est tombée à
I!IOe.
Nous avons mesuré la
longueur
destrajectoires
des rayons oc du thorium dans l’émulsionphoto-graphique.
Parcomparaison
avec les parcours dupolonium,
de l’uranium 1 et de l’uranium II dans lesplaques,
pourlesquels
les parcours dans l’air sont connus, nous avons pu en déduire le parcoursdans l’air et
l’énergie correspondant
au thorium.Pour éviter les causes d’erreur accidentelles
pouvant
provenir,
soit dutemps
variable
d’hydra-tation des
plaques,
soit delégères
variations dans lacomposition
desémulsions,
nous avonsimprégné
trois
fragments
de la mêmeplaque
dethorium,
depolonium
etd’uranium,
dans des conditionsiden-tiques.
Un
microscope
à immersion fournit de laplaque
photographique
uneimage agrandie qui
est observée parprojection
sur un écrandépoli.
Legrossissement
total est d’environ 1500. Lestrajectoires
sepré-sentent alors comme des files de
grains
très serrés formant uneligne
droite;
il y a environ 26grains
par trace de thorium. CesTrajectoires
ont toutes les orientationspossibles
dansl’épaisseur
de lagélatine.
On mesure lalongueur
de celles-là seulesqui
sont aupoint
sur uneportion
suffisante de leur parcours.Étant
donnée la faibleprofondeur
dechamp
dumicroscope,
cela revient à mesurer les traces d’inclinaison inférieure à 50.Nous avons mesuré environ 1o0o traces de
thorium,
d’uranium et depolonium.
Lesplaques
obtenues pour le thorium avant etaprès purification
à l’eauoxygénée,
quoique
comportant
desproportions
différentes de
trajectoires parasites,
ont fourni des354
valeurs
identiques
pour le parcours leplus
probable.
Les parcours obtenuspour U
I,
U II et Po diffèrentlégèrement
des valeurs obtenues antérieurement[2],
ce
qui
est dûprobablement
à une différence dans lafabrication des deux séries de
plaques.
2. On forme la courbe due-
répartition
statistique
des parcours enportant
en abscisse lalongueur
mesurée x, et en ordonnée le nombre de rayons de
longueur comprise
entre x + dx et enremplaçant
lediagramme
en escalier ainsi obtenupar la courbe continue enserrant la même surface et
qui correspondrait
à des intervalles dx infinimentpetits.
Les courbes ainsi obtenues(fig.
i)
sont desFige.
courbes ae
Gauss,
parfaitement symétriques.
Ellesne
présentent
pas l’habituel excès de rayons courtsobtenu par d’autres
méthodes,
et inhérent àl’emploi
d’une source extérieured’épaisseur
finie.Les résultats de nos mesures sont contenus dans le tableau suivant :
L’équivalent
en air de ,u d’émulsionaugmente
légèrement
avec le parcours. Les résultats obtenuspour U
I,
U II et Popermettent
de tracer la courbe« parcours dans
l’air-parcours
dans
la couchesen-sible y~, et de déduire de là le parcours dans l’air des
rayons du
thorium,
connaissant leur parcours dans lagélatine.
Nous avonsadopté,
pour les deuxura-niums,
les chiffres deRayton
etWilkins,
qui ont mesuré lesrapports -
etjj
[3]
en tenantcompte
Po
lo-de la correction
apportée
par le nombre actuellementadmis pour le parcours du
polonium [4].
On trouve alors pour le parcours moyen des rayons oc du thorium dans l’air à
1 ~~-~6o
mm,2, 43 ~ 0, 03
cm.Les
légers
maxima accusés par la courbe derépar-tition des parcours du thorium sont
produits
par les dérivés Rd Th, Th X, Th A,qui
se situent dans larégion
dupolonium.
Des valeursapprochées
desparcours
peuvent
être obtenues, bien que le nombre de rayons émis soit très faible : on trouve ainsi4
cmpour Rd
Th, 4,3
cm pour ThX,
4,7
cm pour Th A,ce
qui
est ep bon accord avec les valeursprécises
de
3,98,
4,28
et4,73
cm.3. Les mesures ainsi faites
permettent
de définirun parcours
extrapolé qui
diffère un peu du parcoursextrapolé
quel’on~ peut
déduire des courbes d’ioni-sation deBragg,
comme nous le verronsplus
loind’une manière
plus
précise.
Nousdésignerons
ceparcours par le terme de parcours
extrapolé
« Nombre-parcours » et le parcours déduit dès courbes d’ioni-sation par le terme de parcoursextrapolé
ccIonisafion-parcours ».
Le parcours
extrapolé
«nombre-parcours
» s’ob-tient de la manière suivante : on trace la courbe du nombre de rayons delongueur
supérieure
à x enFig. ?.
fonction de x : cette courbe se compose, pour
chaque
parcours, de deux branches presque horizontales reliées par une
région
de très fortepente,
présentant
unpoint
d’inflexion;
latangente
d’inflexion coupe leprolongement
de larégion
inférieure de faiblepente
en un
point
dont l’abscisse R définit le parcoursextrapolé
ennombre-parcours ( fig.
2).
On obtient ainsi pour le parcours
extrapolé
ennombre-parcours
des rayons x du thorium dans l’air à150_760
mm :La
largeur
de la courbe « nombre de rayons delongueur
» en fonction de x est la même pour lesquatre
corpsétudiés;
elle est deI,~ ;~
soit environ2,5 mm d’air. Ces courbes sont des courbes de Gauss dont
l’équation
générale
estoù est le parcours moyen et a le module de la loi de
probabilité.
On trouve ici a = Le module xqui
correspondrait
à des intervalles dx infinimentpetits,
obtenud’après
les courbes de correction[5],
est de ou 1,6 mm d’air. Le coefficient de fluctuation de nos mesures, p =l’
est donc de 0,06 pour U etTh,
deo,05
pour Po.L’écart entre le coefficient de fluctuation donné par
l’expérience
et le coefficientthéorique
provient
des conditionsexpérimentales.
Leslongueurs
destrajectoires
des rayons oc dans l’émulsion sont mesurées par le nombre degrains
de bromured’argent
traversés,
le parcours dans lagélatine
nelaissant pas de trace visible. Le parcours réel
peut
donc excéder le parcours mesuré de l’intervalle entre deux
grains,
au début ou à la fins de latrajec-toire. D’autre
part,
ladensité
derépartition
desgrains
dans lagélatine
n’est pas nonplus
rigoureu-sement constante et
fluctue,
elleaussi,
autour d’une valeur moyenne. D’oùl’élargissement
de la raie parrapport
aux fluctuationsthéoriques.
L’erreurglobale
est
cependant
inférieure à1,5
pour 100.4. Discussion. -Le nombre que nous avons obtenu
pour le parcours moyen des rayons oc du thorium est un peu inférieur aux nombres obtenus
jusqu’à
présent, qui
concernent tous des parcoursextrapolés.
Notre parcoursextrapolé
seplace
dans la bande trèslarge
des résultatsacquis.
Il semblepossible
de trouver la raison de cesdivergences
dans la notion même de parcoursextrapolé,
qui
dépend
dans unelarge
mesure des conditionsexpérimentales.
Nous avons vu
qu’il
y a deux parcoursextra-polés :
a)
le parcours R(ionisation-parcours)
déduit des courbes deBragg,
est lié au parcoursmoyen 1
par la relationempirique
deLivingstone
etHol-loway [4]
a étant le module de -la loi de
répartition
statis-tique
,b)
le parcoursextrapolé
R ennombre-parcours
est lié au parcours moyen par la relationen se limitant aux termes du
premier
ordre. Pour un même parcours moyen, le parcoursextrapolé,
quel
qu’il
soit,
est donc lié directement au module 7., et il sera d’autantplus
grand que la
courbe seraplUS
large
et les mesuresplus
dispersées.
Pour un seul parcours moyen, il est donc
possible
d’obtenir des parcoursextrapolés
de deuxtypes,
et dans
chaque
série, les parcoursextrapolés
sontproportionnels
aux ocqui dépendent
des conditionsexpérimentales
dans delarges
mesures; il n’est donc pas très étonnant que les résultatsexprimés
en parcours
extrapolés (dont
on nesouligne
pastoujours
la naturedifférente) manquent
d’homo-généité.
Compte
tenu de la correction àapporter
aumodule a pour tenir
compte
de la valeur finie des intervalles deux facteurs contribuent à déter-miner lalargeur
de la courbe de Gauss :10 un facteur
théorique,
indépendant
de la méthode de mesureemployée
etqui peut
être calculé. Il obéit à la loi deprobabilité
~0 un facteur
expérimental,
lié au fait quechaque
mesure est entachée d’erreursimprévisibles
etqui
affectechaque
parcours mesuré d’une fluctuationLa
superposition
de ces deux effets conduit à la loi effectivement observéeavec
Les parcours
extrapolés
obtenus par différentsdispositifs,
etcorrespondant
à un même parcoursmoyen, différeront les uns des autres, car les «2
correspondants
serontdifférents,
et seront d’autantplus
grands
que les mesures seront moinsprécises.
Il est assezfréquent
de voir déduire le parcours moyen du parcoursextrapolé
enprenant
pour xla valeur
théorique
«l sans tenircompte
du fac-teur Les parcours moyens ainsi i obtenus seront,
donc
généralement
trop
longs.
Leslargeurs
des raies obtenues par les diverses méthodes étant assezvariables,
il n’est pas étonnant que les résultats nesoient pas concordants. De
plus,
la définition même du parcoursextrapolé
ennombre-parcours,
par, l’intersection de la
ligne
de fortepente
avec le’
prolongement
de laligne
de faiblepente,
prête
à demultiples
déterminations,
surtoutlorsque
lerayonnement
émis estcomplexe,
comme c’est le cas .356
Henderson et
Nickerson,
d’unepart,
Kurie etKnopff
d’autrepart, ayant
mesuré à la chambre de Wilson le parcours duthorium,
trouvèrent respec-tivement pour parcours «nombre-parcours
»2, 5g
et
2,87
cm, lespremiers
en se servant directementde la courbe
nombre-parcours,
les autres en utilisant unpapier gradué
en fonction deprobabilité;
ladiffé-rence
provenait
pour unegrande
part
duprocédé
employé
pour déduire le parcours des donnéesexpérimentales [6].
On
peut
obtenir une valeurapprochée
du module ~xgobal
en mesurant, sur la courbenombre-parcours,
la distance y
qui
sépare
les abscisses des extrémités de larégion
depente
rapide ( fig. 2).
Le module exest lié à y par la relation
empirique
[4]
On
peut
alors déduire le parcours moyen I des valeursdes parcours
extrapolés
par les deux relationsNous avons calculé par ce
procédé
les parcours moyens que l’onpeut
déduire des courbes de parcoursextrapolés publiées
par les divers auteurs.Bien que peu
précis,
ceprocédé
nous apermis
de constater que les nombres ainsi obtenus sont beau-coupplus
concordants,
etqu’ils
sontcompatibles
avec celui que nous avons nous-même obtenu direc-tement pour le parcours moyen. On
trouve,
eneffet,
les chiffres suivants
-et la mesure directe du parcours moyen
exposée
dans ce travail est 2,43 cm.
Schintelmeister fournit une valeur du parcours
moyen
qu’il
déduit de sa mesure de parcoursextra-polé
ennombre-parcours
en faisant la seulecorrec-tion
théorique
du terme en a1; or, les courbesqu’il
publie
en mêmetemps
semblentindiquer
un facteurexpérimental
nonnégligeable.
Lalargeur
de la courbe est au minimum deo,5
cmd’air,
soit environle double de celles que l’on obtient par la méthode
photographique.
La correctioncorrespondant
à cettelargeur
conduit à une valeur de2,45
cm, alorsqu’il
indique
2,~0 cm, nettementtrop
élevé.Pour toutes ces
raisons,
il estpréférable,
toutes les fois que cela estpossible,
de substituer la mesure du parcours moyen à celle des parcoursextrapolés.
La méthodephotographique
al’avantage
de fournir des courbessymétriques,
très voisines dutype
de Gauss dans toute leurétendue,
cequi permet
la mesure du parcours moyen avec une bonneprécision.
On obtient ainsi une donnée
indépendante
descondi-tions
expérimentales.
Toutefois,
il convient de remarquer que les résultats ainsiobtenus,
de même que ceux fournis par la chambre deWilson,
sont,
d’une manièregénérale
des résultats pardéfaut,
par suite de l’absencepossible
d’ungrain
au début ou à la finde la
trajectoire.
Conclusion. -- Lamesure que nous avons faite
du parcours moyen des rayons a. du thorium conduit
à la valeur de
dans l’air à
150-76o
mm, cequi correspond
à uneénergie
de3,90
± 0,02 MeVune
vitesse d’émission
deJe suis très reconnaissante à Mme
Jolior-Curie
de m’avoirsuggéré
ce travail et de l’avoir constammentsuivi avec bienveillance et
je
remercie vivement M. TsienSan-Tsiang
des conseilsqu’il
m’a donnés.Manuscrit reçu le 16 décembre ig~16.
~
BIBLIOGRAPHIE.
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- KURIE et
KNOPFF, Phys. Rev., 1933, 43, p. 311. 2014
-
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