Sur l'origine de la non-homogénéité du rayonnement γ de capture des neutrons lents

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Sur l’origine de la non-homogénéité du rayonnement γ

de capture des neutrons lents

Bruno Pontecorvo

To cite this version:

SUR

L’ORIGINE

DE LA

NON-HOMOGÉNÉITÉ

DU

RAYONNEMENT 03B3

DE CAPTURE

DES NEUTRONS LENTS

Par BRUNO PONTECORVO.

Laboratoire Curie. Institut du Radium.

Sommaire 2014 On étudie, à l’aide d’un _{compteur Geiger-Müller} le _rayonnement 03B3 émis par l’or, lors de la _capture des neutrons lents; on observe par absorption dans le _plomb que la composition spectrale du

rayonnement 03B3 de capture de l’or _change si l’on _change, avec un filtre en _bore, la _{composition spectrale} des neutrons lents. A la lumière des _{nouvelles idées formulées par Bohr} sur la _capture des neutrons, on peut interpréter les résultats expérimentaux par des règles de sélection.

Fermi et ses collaborateurs et Fleischmann

_(’)

ont

observé que la

capture

des neutrons lents est

générale-ment

accompagnée

par une

_{radiation y,}

_{qui correspond}

à

_l’énergie

de liaison du neutron

_capturé.

Rasetti

_{(2 )}

a étudié

_l’énergie

du

_rayonnement

_y de

capture

des neutrons

_lents,

_{par la} méthode des

coïnci-dences,

en mesurant

_l’énergie

des électrons secondaires

engendrés

par les rayons ,,~. Les

expériences

de Rasetti

ont été ensuite

_reprises

;3)

par d’autres auteurs. Les mesures de

Rasetti

montrent que les

énergies

des rayons y de

capture

sont en

_général

assez

_petites

en

_comparaison

des

_énergies

de liaison du

neutron ;

d’autre

part,

plusieurs

auteurs

_(;)

ont observé des

non-homogénéités

dans le

_rayonnement

y de

capture.

Ces

faits nous conduisent à

_envisager

la

_possibilité

d’exis-. tence des processus dans

lesquels

l’excès

_d’énergie

dû à la

_capture

_{du neutron n’est pas}

_expulsé

avec un seul

quantuin

y.

Dans cet ordre

d’idées,

j’ai

tâché d’éclaircir par des

expériences qualitatives un

point du problème du

rayon-ncment ;

de

_capture

_{des neutrons lents. L’on sait que} Bohr

_(~)

a récemment

_exposé

des idées nouvelles sur le

mécanisme de la

_capture

ou

neutron,

il a montré la

possibilité d’expliquer

les sélectivités observées dans

l’absorption

des neutrons lents par un _processus de

résonance dù à

l’existence,

dans le nouveau _noyau

formé,

d’états intermédiaires de vie assez

_longue.

Ces

niveaux

_d’énergie

seraient distants de

_quelques

volts,

dans la

_{région d’énergie}

où se fait la

_capture

des

neu-trons

_lents,

On

peut

alors se demander si

_l’énergie

_{des rayons y de}

capturede

neutrons lents est différente

_lorsque

les

net-trons absorbés

_{appartiennent}

_{à des groupes}

différents ;

autrementdit,

dans le

_langage

de

_Bohr,

on cherche si un

neutron _{lent absorbé par} un

_{noyau dans un}

niveau

déter-miné A est

_accompagné

d’une

_{radiation ydout l’énergie}

(ou

mieux la

_{composition spectrale)}

est différente de celle de la radialion _y

_qui

_{accompagne la}

_capture

par le

même noyau d’un neutron lent dans un niveau B. Un

peut

à ce _{propos remarquer que} les différences

d’éner-gie

des niveaux, dont il est

_{question ici,}

sont de l’orclre

de

_quelques

volts, c’est-à-dire,

praliqueineiit

négli-geahles,

devant les éventuelles différences

_d’énervé

observées entre les _rayons y.

Ces dernières

pourraient

êtrc facilement t

_expliquées

par des

règles

de sélectiou pour les niveaux de

Bohr ;

dans le cas d’un _noyau

_qui

absorbe cles neutrons lents

dans deux niveaux

différents,

on

_peut

_{penser par}

exemple que,

à partird(’

1’uii (les

niveaux,

gie

serait

_{cx pulsé}

par un seul

_quantum

_{y, tandis}

_qu’une

seule

_{transition Y}

serait interdite à

_partir

de l’autrc niveau.

Pour

_{l’expérience}

eu

_quostiOI1,

il serait idéal de pou-voir isoler les différents groupes de

neutrons ;

mais on

conçoit

immédiatement que les méthodes ordinaires de

filtrage

des bandes ~le

neutrons,

basées sur

_{l’absorption,}

ne sont _pas

_applicables

_ici,

car un

_filtre,

_{absorbaut par} sa nature

même,

émet à son tour un

_rayonnement

_,~,

qui

vaste _superposer an

_{rayonnement y}

étudié. ()n doit

renoncer à travailler avec des neutrons

_appartenant

à un _groupe déterminé et se borner alors à chercher si la

composition

spectrale

du

_rayonnement

de

_capture

varie,

si l’on fait varier l’intensité relative des différents

groupes des neutrons absorbés.

On

_peut

_procédcr

_pur l’une des méthodes suivantes :

1.

Rechercher

si la

_{pénétration}

du

_{rayonnement y}

de

capture

émis par un élément varie avec

_{l’épaisseur}

de

celui-ci;

eu

_effet,

_puisque

l’élément absorbe

différem-ment les différents groupes de neutrons, si par

exemple

l’on diminue son

_épaisseur,

OH

_augmente

le nombre relatif des neutrons du groupe le

plus

absorbable.

2. Prendre comme filtre le

_hore,

_qui

n’a _pas uni

rayonnement

y de

capture

très intense

(~). Puis(lu*il

absorbe différemment les neutrons de vitesses diffé-un filtre en bore

_change

lv

_composition

spec-trale des neutrons incidents :

_{j’ai appliqué}

cette

mé-thode,

autrement

_dit,

_j’ai

cherché

,i,

la

_{pénétration}

du

rayonnementy

de

_capture

d’un élémeii

_change

_lorsqu’on

recouvre celui-ci d’une

_épaisseur

de bore convenable. En ce

_qui

concerne le noyau

absorbant,

ilne faut _pas oublier que, puur cette

recherche,

il est nécessaire rle chuisirun élément pour

lequel

l’absorption

des neutrons

512

lents ne se

_produit

_pas dans un seul

niveau;

d’autre

part,

selon la théorie de

_{Breit-Wigner,}

l’absorption

dans le cas d’un seul état de résonance pour le noyau absorbant suit la loi

dans

_laquelle

est

_{l’énergie,}

v la vitesse du neutron

incident,

l’énergie

du niveau de

_{résonance ;}

A et

13 sont des

_{constantes ;}

on

_conçoit

le rôle très

_important

du

facteur 1 ,

dont l’existence

_explique

lefaitexpérimen-v

tal que tous les éléments

_qui

ont des

_absorptions

sélec-tives,

absorbent aussi les neutrons

_thermiques

(groupe

C) :

autrement

_dit,

les neutrons C sont absor-bés dans le même niveau que les neutrons de résonance. Ces deux remarques nous conduisent à choisir des

élé-menl,s _{tcls que}

_{l’argent, qui}

absorbent

_plus

_{d’un groupe} en dehors du groupe C

_(*).

L’étude du

_phénomène

dans

_{1 argent présente}

un

grand

nombre de difficultés

_{expérimentales,}

_dues par-ticulièrement t à l’existence de deux

_isotopes

radioactifs

et à la courte

_période

des

_{radioéléments ;}

c’est

_pourquoi

les

_expériences

ont été faites avec l’or : cet élément s’active avec une seule

_période

et celle-ci est assez

longue

pour

qu’il

soit

possible, pratiquement,

de tra-vaitler sur le

_rayonnement

,~ de

capture

en évitant le

rayonnement

,;

qui

accompagne l’activité

fi.

De plus,l’or, d’après

les mesures de Amaldi

et Fermi,

absorbe en

_{C, D,}

_A,

B et en un _{autre groupe}

caractéris-tique

de

_l’or,

les coefficients K

_{d’absorption}

étant:

Il est ainsi très vraisemblable que dans le cas de l’or on a

_plus

_qu’un

niveau de résonance

_(*).

Les neutrons _{étaient émis par} une source de Po

₊

Be

(environ

200 mC dans

_l’angle

solide

_2-:).

La source et le

compteur

étaient

_plongés

dans un bloc

_cylindrique

de

paraffine,

de dimensions

_pratiquement

infinies.

Entre la source et le

_compteur,

sur le

_trajet

direct des rayons, on

_plaçait

une

_épaisseur

de

_plomb

de 6 cm, ’

pour rendre le mouvement _{propre du}

_compteur

ati-,si

petit

que

possible,

en absorbant le

_rayonnement

y du Po

et le

_rayonnement

_1~ associé à l’émission des neurons.

Le

_compteur

était entouré d’un

_cylindre

de

_{t,lom b}

d’épaisseur

1,6

mm destiné à convertir en électrons le

rayonnement

y et

qui

n’était

jamais

enlevé.

Un

_cylindre

d’or de 1 mm de

_paroi

était

_placé

autour

du

_{compteur ;}

la distance de sa

_paroi

intérieure à celle

du

_compteur

étant 5 mm, on

_{pouvait interposer}

des

cylindres

absorbants de

_plomb,

coaxiaux avec le

cylin-dre

d’or,

d’épaisseur 1,5

et 3 mm.

Le filtre en bJre

_(0,06

_g/em2)

_pouvait

être

_placé

au-tour du

_cylindre

d’or,

sans rien

_changer

aux conditions

géométriques

du

_dispositif.

Il

_s’agit

de déterminer la

pénétration

du

_{rayonnement ;}

de

_capture

de

_l’or,

dans les deux cas suivants :

Au : _{L’or n’est pas}

_protégé

_{par le filtre de} bore.

Au

₊

B : L’or est _{entouré par le filtre de}

bore.

Dans cette

recherche,

l’exacte évaluation des effets

de fond est assez

_délicate,

car _{le mouvement propre dû} au

_rayonnement

’Y de la source des neutrons est

consi-dérable,

et d’autre

_part

il

_{change lorsqu’on interpose}

les absorbants de

_plomb,

_{destinés à absorber le} rayon-nement _y de

_{capture ;}

d’autres causes d’erreur

_peuvent

encore

_intervenir,

_par

_exemple

le

_rayonnement

_de

cap-ture du bore, si peu intense

soit-il,

n’est pas du tout

négligeable.

J’ai tâché d’éviter les erreurs

d’interpré-tation en

_procédant

_{pour les} mesures de la

_{pénétration}

des

_rayonnements

_(Au

et

_Au-+-B),

de la

façon

suivante:

1. Pénétration du

_rayonnement

_(Au).

- J’ai

mesuré,

toujours

en

_présence

de la source de neutrons :

a)

L’activité

LV du

_compteur

uutour

_duquel

était

_placé

le

_cylindre

d’or.

b7

L’activité

l!ô

du

_compteur,

_quand

on

_plaçait

entre

l’or et le

_compteur

le

_cylindre

absorbant de

_plomb

d’épaisseur

3 mm.

a’)

L’activité

_N’obtenue,

si on substitue au

_cylindre

d’or un

_cylindre

de

_{plomb d’épaisseur}

_1,5

mm, les conditions

_{géométriques}

de la mesure _{étant pour le}

reste les mêmes

_qu’en

_(a).

b’)

L’activité obtenue en effectuant la même substitution dans les conditions

_(b).

On trouve :

’2. Pénétration du

_rayonnement

_(Au

_~-

_B).

- J’ai

mesuré,

toujours

en

_présence

de la source de neutrons,:

a)

L’activité I19 du

_compteur,

en

_présence

du

cylin-dre d’or

_protégé

_{par le filtre due bore.}

b)

L’activité

Mo

du

_compteur,

en

_plaçant

entre le

cylindre

Au

+

B et le

_compteur

le

cylindre

absorbant t

de

_{plomb, d’épaisseur 3}

mm.

cr’)

L’activité du

compteur,

en substituant au

cylindre

d’or

_protégé

_{par le bore} un

_cylindre

de

_plomb

(1,5 mm) protégé

aussi par le même

filtre

eu

bore,

les conditions

_{géométriques}

de la mesure étant pour le

reste les mêmes

_qu’en

_(a)

6’)

L activité

lVl’Q

en faisant la même substitution dans les conditions

_(b).

On trouve :

On voit que, si le

procédé

décrit est

_correct,

la

péné-tration du

_rayonnement

_(Au)

est nettement

_{plus grande}

513

±

_0,02

et le second à

_0,65

rL

_0,0:3;

ceci revient à dire

qu’il

y a, dans le

_{rayonnement"1}

de

_capture

de

_l’or,

une

composante

très

_{molle, qui}

_{n’est pas due} aux neutrons

les

_plus

lents.

Sans entrer dans des détails

_{quantitatifs, qui}

n’ont pas

beaucoup

de sens, étant donné le caractère de ces

expériences,

on arrive à la conclusion

suivante,

que

l’on

_peut

_expliquer

par des

règles

de sélection : Si

l’hypothèse, jusqu’ici

confirmée par les faits

expéri-mentaux,

que la

capture

des neutrons dans l’or con-duit à un seul

_isotope

radioactif est correcte, les

me-sures décrites ci-dessus montrent

_qu’un

_changement

de la

_{composition spectrale}

des neutrons lents est

accompagnée

par un

_changement

de la

_composition

spectrale

du

_rayonnement

_{y de}

_capture.

Des recherches dans cet ordre

_{d’idées, plus}

quanti-tatives et _{autant que}

_possible

sur d’autres

_éléments,

seront

_poursuivies.

(*) Remarque aj outée

à la correction. - On

peut

encore _{remarquer que}

_{l’absorption}

des neutrons

ther-miques

pourrait

aussi être due à l’existence d’un niveau suffisamment

_large,

dont

_l’énergie

est

_plus

petite

que

l’énergie

de liaison du

neutron;

d’un

niveau,

c’est-à-dire pour

lequel

Eo

est

_négatif.

Les neutrons des

_quelques

volts ne seraient

_pratiquement

_pas

absorbés sur ce niveau. Dans un _{noyau pour}

_lequel

les niveaux sont très

_rapprochés

les uns des autres

dans la

_{région qui}

nous

_intéresse,

la contribution à

l’absorption

des neutrons

_thermiques

_par un niveau

d’énergie

négative

semble

_{probable :}

dans ce cas.

comme d’ailleurs dans celui où le niveau

_positif

don-nerait une résonance dans la

région thermique,

on

_peut

s’attendre à des différences dans la

_{pénétration}

entre

le

_rayonnement

_y de

_capture

des neutrons

_thermiques

et celui des neutrons

_plus

_rapides.

Des recherches dans cette direction sont en cours.

On

_peut

se faire une idée sur l’ordre de

_grandeur

de la _{distance des niveaux par} une méthode due à Bethe

(Phys.

Rev.,

1936,

50, 33~) :

pour un élément lourd

comme

_l’or,

dont le

_spin

nucléaire

est y,

on

_peut

évo-luer cette distance à

_quelques

volts.

Je tiens à

_exprimer

ici ma reconnaissance à Mon-sieur

_{Debierne, qui}

m’a

_permis

de travailler à l’Institut du

Radium,

à Monsieur et Madame

_Joliot,

_pour l’inté-rêt bienveillant

_qu’ils

m’ont

_porté;

_je

remercie Mon-sieur

_Nahmias,

_{pour l’aide}

_qu’il

m’a

_prêtée.

Mon

_séjour

à Paris a été

_possible,

_grâce

à une bourse italienne du Ministero dell’ Educazione Nazionale à

_qui

_j’adresse

mes sincères remerciements.

Manuscrit reçu le 30 octobre 1936.

BIBLIOGRAPHIE

(1) AMALDI, D’AGOSTINO, FERMI, PONTECORVO, RASETTI, SEGRÉ Proc.

Roy.

Soc., A. 1935, 149, 522. 2014 FLEISCHMANN. Z.

Physik, 1935, 97,

242.

(2) RASETTI. Z.

_Physik,

1935, 97, 64.

(3) Par _{exemple : KIKUCHI, AOKI,} HUSIMI. Nature, 1936, 137,

186.

(1) KIKUCHI, AOKI, HUSIMI. Loc. cit. 2014 HERZFINKEL et WERTEINSTEIN.

Nature, 1936, 137, 106. 2014 HENNY. C.

R., 1936, 203, 173. (5) BOHR. Nature, 1936, 137, 344. 2014 BREIT et WIGNER.

Phys. Rev.

1936, 49, 519.

(6) MOON et TILLMANN. _{Nature, 1935, 135,} 904. 2014 BJERGE et

WEST-COTT. Proc. _Roy. Soc. _{A, 1935, 150,} 709. 2014 ARSIMOVITCH,

KOURTSCHA-TOW, MISSOWSKI, PALIBIN. C. R., 1935, 2159. 2014 PONTECORVO. Ric.

Scient., 1935, 6, 145. 2014

RIDENOUR, YOST. _Phys. Rev., 2935, 48, 383. Pour ce _qui concerne les groupes voir surtout : AMALDI et FERMI. Ric. Scient., 1936, 7.

(7) KIKUCHI, AOKI, HUSIMI. Nature, 1936, 137, 745, ont observé dans le bore un rayonnement y de capture très faible; je dirai

plus loin comment j’en ai tenu _compte dans ce travail.

(8) FRISCH et PLACZEK. Nature, 1936, 137, 357. 2014 AMALDI et FERMI. Loc cit. 2014 VON HALBAN et PREISWERK. _{Nature, 1936, 137,} 905. 2014