HAL Id: jpa-00212683
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00212683
Submitted on 1 Jan 1957
HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of
sci-entific research documents, whether they are
pub-lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d’enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.
Un circuit de coïncidence rapide avec un analyseur de
temps
Ernst Rémy, Klaus Winter
To cite this version:
UN CIRCUIT DE
COÏNCIDENCE
RAPIDE AVEC UN ANALYSEUR DE TEMPS Par ERNSTRÉMY
et KLAUSWINTER,
Laboratoire de Physique Atomique et Moléculaire du Collège de France, Paris.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM SUPPLÉMENT
PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 18, JUILLET 1957, PAGE 112 A
Introduction. - La
précision
de détermination desénergies
de neutrons avec la méthode detemps
de voldépend
essentiellement de laqualité
ducircuit de coïncidence
employé.
Cetteprécision
estdonnée ar AE
N Avec un tem s de vol
donnée par
.E
t
Avec untemps
de vol de 50 mys, pour des neutrons de 2 MeV sur un parcours de 1 m, et avec une erreur moyenne de mesure detemps
de ~t = 1mps, l’erreur relative
de la mesure s’élève à 4
%
c’est-à-dire 80 keV. dt est donné par la résolution et la stabilité du circuit de coïncidence. Les circuitsclassiques
de coïncidence avec une bonne résolution[1]
deman-dent des
temps
de mesure trèslongs
carchaque
intervalled’énergie
d’unspectre
doit être mesuréavec un retard
correspondant
à untemps
de volparticulier.
Pour raccourcir cestemps
de mesure,des circuits
chronométriques
ont été mis aupoint
récemment, permettant
la mesure de tous les différentstemps
devol,
donc de tout lespectre
d’énergie
en mêmetemps.
Ainsi on améliore lapré-cision des mesures soit parce que la stabilité du circuit est meilleure
pendant
des intervalles detemps
plus
courts,
soit parce que des intensitésplus
faiblespeuvent
être détectéespendant
les mêmestemps
de mesure. Un telcircuit,
le «chro-notron » a été réalisé par Keuffel
[2].
Undispositif
’
chronotron
plus
récent de O’Neill[3]
consiste endeux câbles à retard
qui
sont connectés en dixpoints équidistants
avec des détecteurs depoten-tiel. Le
signal
initial et lesignal
final sepropagent
dans les deux câbles à retard dans des directions
opposées.
Le détecteur depotentiel
dont lesignal
de coïncidence est leplus grand indique
l’inter-valle detemps
entre lesdeux signaux
d’entrée.Un
analyseur
detemps
simple
et en mêmetemps
plus
universel dans cesapplications
a été construit par Neillson et James[4].
Ils ontemployé
un seul détecteur de coïncidence de tensionqui
sort sur unanalyseur
detemps
rapide,
dontl’impulsion
de sortie estproportionnelle,
dans unerégion
auchoix,
à l’intervalle de
temps
entre les deuximpulsions.
Lesimpulsions
peuvent
êtreenregistrées
avec un sélecteurd’impulsion.
Comme tube dans ledétec-teur de coïncidence ils ont
employé
un 6BN6qui
demande desimpulsions
d’entrée relativementgrandes.
Ceci limite letemps
de résolution propre del’électronique
à environ 10-~ s. Dans un schéma amélioré par Warren[5]
la 6BN6 a étéremplacée
par une diode à cristal. La résolution de
l’électro-nique
montait alors à 2 Xs, mais
on n’avait réaliséqu’une
linéarité entre l’intervalle detemps
et la hauteur
d’impulsion
à la sortie del’analyseur
dans desrégions
limitées à 2 mps environ. En outre ils trouvaient une relation entre cette hauteur desimpulsions
et le taux decomptage
des coïncidences. Le circuit suivant est linéaire dans larégion,
de 2 à 16 mps de retard et ne montre pas de relation
entre la hauteur
d’impulsion
et le taux decomptage
de coïncidence dans la limite de stabilité.Dispositif.
--~ Lafigure
1 montre le schéma en bloc du circuit de coïncidence. Comme détecteur on se servait de deux cristaux de stilbène de 29 mmde diamètre et 16 mm de hauteur collés sur des
FIG. 1. - Schéma en bloc.
photornuliiplicateurs
RCA 5819 avec une photo-cathode convexe. Cephotomultiplicateur
montre,parmi
toutes les sortesdisponibles
de 2 inch de diamètre les moindres fluctuations dutemps
de transit des électrons.D’après
lesexpériences
de Smith[6]
la différence dutemps
de transit entre unpoint
au milieu de laphotocathode
et unpoint
àune distance de
3/8
inch se monte en moyenneà
0,5
mps. Cette distancecorrespond
à peuprès
au rayon des cristaux de stilbèneemployés.
Enplus
lepotentiel
entre la cathode et lapremière dynode
duphotomultiplicateur
a étéaugmenté
de moitié parrapport
aux normes données par RCA.,
Le schéma est
composé
d’un circuit de coïnci-dencerapide
(1:’
=1,5
X 10-9s)
et lent(1:’
== 4 X 10-7s).
Lesimpulsions
de circuitrapide
113 A
sortent de l’anode du
photomultiplicateur
par uncathodefollower
(6AK5). Amplifiés
danschaque
voie par deux
amplificateurs (1)
distribués ellessont
envoyées
àl’étage
de coïncidencequi
estconnecté avec un
analyseur
detemps.
Les impul-sions desortie,
étantamplifiées
encore unefois,
etretardées,
sontenvoyées
à l’entrée d’un verrou. Le circuit lent sort des dixièmesdynodes
par descathodefollowers
(6AK5).
Cesimpulsions
passent
par des discriminateurs dans le circuit de
coïnci-dences
lent,
dontl’impulsion
de sortie ouvre leverrou, de cette
façon
lesimpulsions
venant del’analyseur
detemps peuvent
êtreenregistrées
parle sélecteur.
Le circuit de coïncidence
rapide (fig. 2)
corres-pond
auprincipe qui
a étédéveloppé
parBell,
Fie. 2. - Coïncidence
rapide et analyseur de temps.
Graham et Petch
[1].
Lesimpulsions
sontcoupées
àune
longueur
de 20 mys par un câblecourt-circuité
(S).
En faisant varier lalongueur
du câble onpeut choisir,
d’une manièresimple,
larégion
demesure, c’est-à-dire l’intervalle de
temps
mesu-rable entre deux
impulsions.
Lepotentiel
de lagrille
du tubeT2
monte,
correspondant
à la durée detemps
de lasuperposition
des deuximpul-sions
[5].
Ayant passé l’étage
del’intégration
avecle tube
T~
l’impulsion
est transmise par un cathode-followerT3
à unamplificateur.
Résolution propre et stabilité. - La résolution
propre de
l’électronique rapide
sansphotomulti-plicateur,
a été mesurée avec desimpulsions
rectan-gulaires
d’untemps
de monté de ~.0-g s et d’unelongueur
de 100 rnys(2).
Il y avait un retard de10,8
mps(10
pieds
decâble)
entre les deux voies(1) Hewlett-Packard, modèle 460A, 200 MHz. (2) EPIC modèle 200, Electrical and Physical Inc.
de
façon
à cequ’on
travaille au milieu de larégion
linéaire de
l’analyseur
detemps.
Lalargeur
à mi-hauteur de la courbe de résolution(fig. 5, C)
enre-gistrée
par le sélecteur était de 3 X 10- 10 s. La stabilité dudispositif
a étééprouvée pendant
12 heures par la
position
du maximum de cetteFIG. 3. - Courbe
d’étalonnage de l’analyseur de temps, Enregistrée par des courbes de résolution de 22Na. pente 4,07 x 10-1° sJV.
114 A
courbe de résolution. Le
déplacement
maximumcorrespondait à 3
X 10- 1° s. La coïncidencerapide,
l’analyseur
detemps
etl’amplificateur suivant,
setrouvent dans un thermostat dont la
température
est constante à
0,2
~Cprès.
Étage
de mise en forme. - La relation entre lesimpulsions
entrantes dans le sélecteur et la hauteurdes
impulsions
à l’entrée desamplificateurs
dis-tribués à été étudiée. Une des voies d’entrée étaittoujours
retardée par10,8
nys. Lafigure
4,
AFIG. 4. ~- Position de maximum de la courbe
de résolution propre. A. Même hauteur des impulsions à l’entrée. B. Une hauteur fixée à 0,13 V, l’autre variable.
Largeur de canal : 3,14 X ~. Or ~ ° s.
montre la
position
du maximum de la courbe de résolution propreenregistrée
par le sélecteur au cas ou lesimpulsions
d’entrées coïncidentes sont variéesen hauteur de la même
façon.
La courbe montre quele
dispositif
estindépendant
de la hauteur desimpulsions
dèsqu’elles dépassent 0,04
V. Lacourbe B dans la
figure 4,
a été mesurée avec unehauteur
d’impulsions
fixée à0,13
V dans une des deux voies en faisant varier cette hauteur entre0,032
V et 1 V dans l’autre voie. Dans cetterégion
le maximum de la courbe de résolution propre
correspondait
à un intervalle detemps
de1,4
x 10- 9 s. Cet intervalle detemps
est introduitpar le fait que des
impulsions
des hauteursdiffé-rentes demandent des
temps
différents pour monterjusqu’au potentiel
du cut-off.Résolution. -- La résolution du
dispositif
a été mesurée avec lerayonnement
d’annihilation d’une source de 22Na. Lafigure 5,
A montre la courbe de résolution du circuitrapide,
ayant
unelargeur
àmi-hauteur de
3,2
X s. Cette courbe contienttoutes les coïncidences effectuées par des
impulsions
dépassant
0,04
V à la sortie dephotomultiplicateur,
entre
elles,
aussi celles des électronsCompton.
Lafigure 4,
B met en évidence que la résolutionpeut
être améliorée de1,4
mysenviron,
si on choisitFIG. 5. - Courbes de résolution.
A. Avec 22Na sans circuit lent, largeur de canal
3,32 x 10-10 s.
B. Avec 22Na avec circuit lent, largeur de canal
3,32 x 10~1° s.
C. Résolution propre de l’électronique, largeur de canal 3,14 x 1 0-1° s.
FIG. 6. -
115 A
seulement les coïncidences effectuées par des
impul-sions de la même hauteur. Cette sélection a été
réalisée par les discriminateurs dans le circuit de
coïncidences lentes et par le verrou. Ainsi on
trouve une courbe de résolution
(fig. 5, B)
avec unelargeur
à mi-hauteur de1,5
X 10-9 s.Linéarité. -- La
figure
3 montre la courbed’étalonnage
del’analyseur
detemps.
Lespoints
de mesure sont établis par ledéplacement
du maxi-inum de la courbe de résolution pour 22Na pour des différents retards fixes. Les retards ont été réalisés par des différenteslongueurs
de câble introduitentre les
amplificateurs
distribués et le circuit de coïncidence. On en déduit unepente
de la courbed’étalonnage
de4,07
X 10-10s/V.
Entre 0 et 2 mtls de retard la courbe dévie de la linéarité. Mais ceci nesignifie
aucundésavantage,
car letemps
de vol desneutrons de 14 MeV sur un parcours de 50 cm
dépasse
2 nys. Une relation entre laposition
du maximum de la courbe de résolution et du taux decomptage
de coïncidence a été étudiée dans larégion
de 200-5 000 coïncidences par minute[5].
A la limite de la stabilité du
dispositif
une telle relation n’a pas été trouvée.Essais de fonctionnement. - En
vue de vérifier le fonctionnement et la
précision
del’analyseur,
letemps
de vol durayonnement
y sur un parcours de 20 cm a été étudié( fig.
6).
Les deux détecteurs étaient à une distance de 25 cm. La courbe 1 a étéenregistrée
avec la source de 22Na dans laposition
1entre les deux
détecteurs,
la courbe 2 à une distance de 10 cm du centre. La distance moyenne de deuxcourbes a été extraite d’une moyenne de 8
points
à
5,9
X 10-1° s. La déviation de la valeur6,6
X 10-1° scorrespond
à une erreur de 13%.
Cette erreur est
comprise
dans larégion
de lastabilité du
dispositif.
Remerciements. - Nousprésentons
nosremer-ciements
respectueux
à M. le pr Francis Perrin pourl’aimable accueil
qu’il
a bien voulu nous réserver dans son laboratoire.’
Nous remercions
également
M. ClaudeMagnan,
Sous-Directeur dulaboratoire,
pour son aide efficaceet pour les fructueuses discussions que nous avons eues ensemble.
Nous remercions
également
le « Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft »(E.
R.)
et le C. E. A.(K. W.)
pour les boursesqu’ils
nous ontattribuées.
Manuscrit reçu le 31 mai 1957.
’
.1
BIBLIOGRAPHIE
[1] BELL (R. E.), GRAHAM (R. L.) et PETCH (H. E.), Canad. J. Phys., 1952, 30, 35.
[2] KEUFFEL (J. W.), Rev. Sc. Instr., 1949, 20,197.
[3] O’NEILL (G. K.), Rev. Sc. Instr., 1955, 26, 285.
[4] NEILSON (G. C.) et JAMES (D. B.), Rev. Sc. Instr., 1955,
26, 1018.
[5] JoNES (G.) et WARREN (J. B.), J. Sc. Instr., 1956, 33, 429.
[6] SMITH (R. V.), Westinghouse Research Lab., 1956,
60-94511-6-P6.
LETTRE
A LA
RÉDACTION
REMARQUES
SUR LE FONCTIONNEMENT DE RELAISMÉCANO- ÉLECTRIQUES
Par Mlle M.
CHENOT,
École Normale Supérieure des Jeunes Filles, Paris. Une
décharge
en hautefréquence
dans un tube à gazraréfié peut faire
apparaître
une tension continue entredeux électrodes internes
plongées
dans le gaz ionisé[1].
Lagrandeur
et le sens de la force électromotrice ainsi engendréedépendent
de laposition
des électrodesinternes par rapport aux électrodes externes d’exci-tation. Si l’on établit une liaison entre l’une des
élec-trodes externes et un
système
mécanique
animé depetits
mouvements, ces derniers se traduisent par laproduction
d’une tension variablequi
peut
servir à lesmesurer ou à actionner un relais. Des
applications
de ce genre ont été décrites par K. S. Lion et ses colla-borateurs[2], ~3~.
J’ai montré récemment que les caractère du
phéno-mène étaient en relation avec les courbes de
potentiel
explosif
et depotentiel
d’entretien minimum de ladécharge,
dans les différentesrégions
du tubecorres-pondant
aux intervalles délimités par les électrodessuccessives. Des considérations
analogues
peuvent
rendre
compte
de l’existence despositions
critiques
des électrodesqui
assurent degrandes
valeurs de la force électromotrice du tube. La discussion estparticu-lièrement facile avec le
dispositif
de Rohde[5],
repris
par K. S. Lion
[3]
etreprésenté
sur lafigure
1(a).
Legénérateur
maintient entre ses bornes une différencede
potentiel
H. F. constante U.Lorsque
l’électrode Dest à
égale
distance de A etB,
la courbe depotentiel
d’entretient minimum de la
décharge
est la même pourchaque
moitié dutube,
c’est la courbeS,.
Lepoint
defonctionnement M dans le