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Submitted on 1 Jan 1955
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Freinage interne et ionisation atomique accompagnant l’émission β de 90Y et Ra E
A. Michalowicz, R. Bouchez
To cite this version:
A. Michalowicz, R. Bouchez. Freinage interne et ionisation atomique accompagnant l’émission β de 90Y et Ra E. J. Phys. Radium, 1955, 16 (7), pp.578-582. �10.1051/jphysrad:01955001607057800�.
�jpa-00235222�
FREINAGE INTERNE ET IONISATION ATOMIQUE ACCOMPAGNANT L’ÉMISSION 03B2
DE 90Y ET Ra E
Par A. MICHALOWICZ et R. BOUCHEZ,
Institut du Radium, Laboratoire Curie, Université de Paris.
Summary. - With the aid of a NaI (Tl) scintillation spectrometer the internal Bremsstrahlung
and the atomic ionisation for the forbidden transitions 90Y and RaE have been studied. The results
on the Bremsstrahlung are in accord with the simplified theory of Knipp and Uhlenbeck; those on
the K ionisation with the formula of Levinger 0.92/Z2 while that of Migdal 0.64/Z2 gives a value too small.
16, JUILLET 1955,
Introduction. - L’ionisation atomique [1] à [4]
accompagnant l’émission g- a encore été peu étudiée
expérimentalement. La principale méthode conve-
nable pour cette étude consiste dans la détection des rayonnements X de réarrangement; les photons X
dus à l’ionisation atomique ont été récemment mis
en évidence d’une part dans le cas du 32P par Renard [5], d’autre part dans le cas du 14?Pm et
du RaE par Boehm et Wu [6].
L’étude quantitative précise de ce phénomène
très peu intense est délicate, l’intensité de l’ioni- sation variant comme I/Z2. En outre, le facteur de fluorescence étant faible pour les atomes légers,
il existe une région moyenne (Z -- 30) pour laquelle
l’intensité du rayonnement X de réarrangement
est maximum.
Dans le cas du 32P, Renard [5] observe environ
o,45.I0-3 photon K du soufre par désintégration P,
soit 7,5 . 10-3 ionisations .K par p (en utilisant
. WK 6 pour i oo d’après Burhop); résultat d’un
ordre de grandeur comparable avec ceux de la relation de Migdal [1] et de Levinger [4] donnant respectivement 2,5. IO-3 et, 3,6.10-3.
Pour le 14’Pm et le Ra,E, Boehm et Wu [6]
observent des résultats quantitatifs en bon accord
avec la théorie; toutefois la précision obtenue ne
leur permet pas de déterminer quelle est la relation, de Migdal ou de Levinger, qui convient le mieux.
Dans l’étude actuelle, on a repris la mesure de
l’intensité de l’ionisation atomique du RaE avec
un spectromètre à scintillations de très bonne réso- lution. En outre, nous avons étudié le cas de 90Y
et 9°Sr plus favorable que le RaE ou même le 147Pm :
on a mis en évidence le rayonnement X d’ioni-
sation K de 9°Sr + 9°Y et mesuré son intensité.
Dispositif expérimental. - Le dispositif expé-
rimental ( fig. 1) comprend un photomultiplicateur
d’électrons type E. M. 1. 6262 protégé par un blin-
dage de plomb. On utilise un cristal d’INa (Tl)
de 2 cm d’épaisseur, couvert du côté rayonnement par un écran de 20 p.Al. Le canaliseur de plomb est
recouvert entièrement de Cu pour éviter l’excitation
Fig. 1. - Schéma du dispositif expérimental (spectromètre à scintillations).
du rayonnement X du plomb qui perturberait les
mesures. Pour diminuer au maximum le freinage
externe, on arrête le rayonnement p dans un écran
de Be pur; en outre, on a disposé sur le blindage
de Pb, du côté source, un écran de plexiglas; enfin
les sources très minces sont déposées sur des supports
minces de polystyrène de i mg /cm2 et éloignées de
toute matière. Le rayonnement de freinage externe
créé dans le plexiglas est faible et pratiquement
réabsorbé par le plomb; on a calculé que le rayon- nement y de freinage externe créé dans le Be et
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01955001607057800
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atteignant le cristal est de l’ordre de i pour 10o du
rayonnement de freinage interne accompagnant
l’émission P.
Les impulsions du compteur à scintillations, après
avoir été amplifiées par un amplificateur Mesco
linéaire jusqu’à I5oV sont analysées par un sélec- teur C. E. A. à un canal. Le bruit de fond du photo- multiplicateur se trouve à moins de 2 keV, le tube
non refroidi est porté à une tension d’environ I000 V.
Étalonnage et résolution du spectromètre à
scintillations. - L’ensemble de l’installation est étalonné au point de vue linéarité et résolution à l’aide des rayonnements du 55Fé (6 keV), @71Ge (9,5 keV); 1°3Pd (2o et 40 ke V), 13?Cs (32 keV), 203Hg (73 et 278 keV), 22Na (5 1 I keV) pour le domaine des énergies utilisées dans cette expérience.
Fig. 2. - Spectre du rayonnement d’annihilation du 22Na.
On a trouvé que le spectromètre était linéaire à mieux de i pour i oo et possédait une très bonne
résolution. On a indiqué sur la figure 2 le spectre d’étalonnage obtenu avec une source de 22Na dans
laquelle les positons sont entièrement annihilés;
le pic photoélectrique de 511 keV possède une largeur
relative à hauteur moitié
àE
E d’environ 7,5 pour 100.Dans la figure 3, on a tracé la courbe de résolution du
spectromètre qui correspond sensiblement à la
loi .
E
E = 1,6 E-.! 2 en posant que la largeur de laraie provient pour 7 5 pour 10oo de la fluctuation
statistique du nombre de photoélectrons, on trouve
que pour chaque kiloélectron-volt abandonné dans le cristal 1,6 électron sont éjectés de la photocathode.
Enfin, on a déterminé avec précision l’efficacité du compteur à scintillations en fonction de l’énergie;
jusqu’à 10o keV cette efficacité est pratiquement
ion pour 100 à l’absorption près dans les deux
Fig. 3. - Résolution du spectromètre à scintillations
en fonction de l’énergie.
fenêtres d’Al (- I mg/cm2) couvrant le cristal et fermant la boîte du tube.
Résultats expérimentaux. - 1. . 9°Y. - On a
utilisé pour l’étude du freinage interne une source
pure sans matière de 9°Y et, pour l’étude de l’ioni- sation atomique, le produit en équilibre de 9oSr + 90Y qui avait servi à l’extraction précédente de soy,
Les sources ont été préparées par M. Lederer après purification par chromatographie sur papier et leur
intensité atteignait 4 mC.
Fig. 4. - Spectre permis et expérimental de GOY.
Les surfaces des spectres sont égales à une unité.
On a indiqué sur les figures 6 et 7 et tableaux I
et II les résultats expérimentaux obtenus pour le
freinage interne et l’ionisation K.
Pour le freinage interne, la comparaison avec la théorie a été effectuée en utilisant les résultats de la méthode approchée de Knipp et Uhlenbeck qui
diffèrent très peu de la méthode plus rigoureuse uti-
lisant la théorie des perturbations avec états intermé-
diaires. L’analyse de ce calcul est représentée sur les
figures 4, 5 a et 5 b : on voit que l’intensité du
rayonnement y de freinage d’énergie k, en fonction de l’énergie des électrons qui ont émis ce rayon- nement dépend de la forme du spectre p, mais l’inté-
gration sur toutes les énergies possibles des électrons,
Fig. 5 a et 5 b. - La forme de la distribution de P (E) kP (s k)
en fonction ’ de s dépend de la forme du spectre p. Mais l’intégrale sur l’énergie E de l’électron conduit à une forme du spectre de freinage qui ne change pas sensiblement avec la forme du spectre p.
de i + k à E°, fait disparaître pratiquement dans
le cas de 9°Y les différences dues à la forme du
spectre g. On ne peut donc se servir ni de la forme du spectre de freinage ni de son intensité totale pour obtenir des renseignements sur la nature de la désin- tégration P de 9°Y. Si l’on désirait obtenir de tels
renseignements il faudrait, par exemple, étudier
l’intensité de photons de freinage de 5oo keV environ
en fonction de l’énergie des électrons qui les ont rayonnés.
Fig. 6. - Spectre du rayonnement y de freinage interne
de 90Y. L’intensité absolue mesurée du rayonnement y de freinage interne entre 20 et 40o keV est 9,1.10-3 par désin- tégration en excellent accord avec la théorie (9. 10-3).
Ayant étudié le freinage interne de 9°Y entre 20
et 4oo keV et obtenu un bon accord (fig. 6) avec les
résultats théoriques, on a analysé plus en détail la région des basses énergies à partir de 4 keV pour
étudier le rayonnement K Y + K Zr émis lors de
l’ionisation K de 9°Sr +90y. Le freinage interne sup-
plémentaire dû à 9°Sr représente seulement o pour 1o0 de celui de 9°Y, tandis que l’on double ainsi l’inten- sité du rayonnement d’ionisation K par rapport à
une source de 9°Y seule.
Les résultats expérimentaux et la comparaison
avec la théorie sont indiqués sur la figure 7. On a
tracé le spectre théorique de freinage entre
et 5o keV sans correction et, avec correction de
l’absorption et de l’effet d’échappement du cristal;
Fig. 7. - Spectre du rayonnement y de freinage de soY et 9° Sr aux basses énergies de 4 à 5o keV. Vers 15 keV, il existe un pic complexe dû aux rayonnements K Y et K Zr d’ionisation atomique accompagnant l’émission
de soSr et 90Y.
Courbe théorique corrigée des effets d’absorption et d’échappement.
Courbe théorique du freinage interne
de soy,
Courbe expérimentale.
Rayonnement K Y et K Zr dus à l’ionisation atomique.
l’intensité du spectre théorique a été raccordée au
spectre expérimental dans la région de 4o keV,
l’étude précédente nous ayant montré l’accord
excellent au point de vue forme et intensité qui
existe à partir de cette valeur de l’énergie du rayon- nement y. On met nettement en évidence le pic d’ioni-
sation K, comprenant les rayonnements K Y
et K zr; son intensité mesurée (tableau II) est comparée avec celle obtenue d’après les formules de Migdal et de Levinger.
2. RaE. - On a utilisé 2 mC de Ra E sans
matière et exempte de RaD; l’analyse précise du spectre y ayant montré l’absence complète de la
raie de 47 keV du RaD. La source de Ra E fut préparée par P. Conte de l’Institut du Radium, ,
suivant la méthode de Bouissières [8]. Une sépara-
tion préliminaire Ra.E - RaD a été faite par élec-
trolyse, le Ra E a ensuite été purifié par la méthode à la dithizone et déposé sur un film de polystyrène
581 de 1, mg /CM2 par centrifugation de l’hydroxyde à
l’état colloïdal..
On a indiqué sur les figures 1 o et I I et tableaux 1
et II les résultats obtenus pour le freinage et l’ioni-
sation K et L.
TABLEAU 1.
’
Pour le freinage interne on a procédé comme
pour 9°Y et l’analyse du calcul est résumée dans les
figures 8,. g a et g b. L’intégration pour toutes les
énergies des électrons qui rayonnent fait encore disparaître l’influence de la forme du spectre g sur
la forme du spectre de freinage; toutefois, dans le
Fig. 8. - Spectre p du RaE. Pour le spectre réel on a utilisé les résultats de Pniewski en dessous de 5o keV et au-dessus de 5 o keV ceux de Langer et Price. On a raccordé arbi- trairement en R vers 5o keV. Les surfaces des speetres sont égales à l’unité.
cas du RaE, l’intensité du freinage est plus faible
pour le spectre réel que pour le spectre permis;
en effet, le spectre réel comprenant plus d’électrons
mous que le spectre permis, ceux-ci donnent une
plus petite contribution au freinage interne. On trouve que le spectre expérimental de freinage est
en bon accord avec le spectre calculé entre 20
et 250 keV au point de vue de la forme et de l’inten-
sité. Dans la région de 80 keV apparaît nettement le pic d’ionisation K Po ; son intensité (tableau II)
a été comparée avec celle obtenue à partir des for-
mules de Migdal et Levinger.
- Pour étudier l’ionisation L du RaE ( fig. II),
on a analysé la région d’énergie de 6 à 25 keV du
Fig. 9 a. - La distribution de P (E) k 4, k) en fonction de
l’énergie E de l’électron pour le freinage interne de Ra E
dépend notablement de la forme du spectre p.
Fig. 9 b. - L’intégrale sur e conduit à une forme du frei- nage interne qui ne dépend pratiquement plus de la forme du spectre p (comme dans le cas de 9°Y). Toutefois l’inten- sité du rayonnement y de freinage par désintégration p -
serait plus grande pour un spectre permis So que pour le spectre interdit réel.
Fig. 10. - Spectre de freinage interne de 25 à 25o keV et ionisation atomique K du RaE.
Fig. II. - Spectre de freinage interne de 6 à 4o keV
et ionisation atomique L du RaE.
freinage du RaE. Le résultat est beaucoup moins précis que pour 9°Y : d’une part l’intensité des
TABLEAU II.
raies L Po’du RaE (Z = 84) est environ six fois plus faible que celle des raies KY + Zr de 9oSr + 90Y (Z = 39 et 4o), compte tenu des intensités absolues des sources de Ra E (2 mC) et 9°Y (4 mC) utilisées,
d’autre part, pour ces faibles énergies (L, Po i 1 keV)
la résolution d’une spectrométrie à scintillations est insuffisante (ct,- 4o pour 100). Toutefois, le pic L Po
d’ionisation L du RaE est très visible et son inten- sité est environ 2. 10-4 photons L par désinté-
gration p du RaE.
Une , étude plus précise pour ce rayonnement a
été effectuée à l’aide de la même source par Renard
[9] au compteur proportionnel.
Intervention de M. Grace après la Communication de M. Michalowicz. --- A quel effet le large renfle-
ment de la figure 6 est-il dû ?
Réponse Michalowicz. - Dans les conditions expé-
rimentales utilisées, on trouve pour le spectre du freinage interne [a (k)] en fonction de l’énergie [k],
un excès de photons entre 5o et 25o keV; ce qui se
traduit par une bosse, dans le diagramme ka(k)
en fonction de k. Cet excès est certainement dû,
en partie à du rayonnement de freinage externe,
et en partie à du rayonnement diffusé dans le
canalyseur.
BIBLIOGRAPHIE.
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