Etude des photodésintégrations à l'aide des émulsions photographiques : Dispositifs expérimentaux et mesures préliminaires. I

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Etude des photodésintégrations à l’aide des émulsions

photographiques : Dispositifs expérimentaux et mesures

préliminaires. I

Raymond Chastel

To cite this version:

707.

ETUDE

DES

PHOTODÉSINTÉGRATIONS

A L’AIDE DES

ÉMULSIONS

PHOTOGRAPHIQUES :

DISPOSITIFS

EXPÉRIMENTAUX

ET MESURES

PRÉLIMINAIRES.

I.

Par RAYMOND

_CHASTEL,

Laboratoire de Chimie nucléaire du _Collège de France. Place _{Marcelin-Berthelot, Paris,} 5e.

Sommaire. - Le tube accélérateur et les

dispositifs expérimentaux destinés à l’irradiation des émulsions _{photographiques} sont décrits. La source de _{rayonnement 03B3, constituée par} une cible de

lithium _(évaporé sous _{vide) bombardée par} les _protons est étudiée. Le rendement de la cible en fonction

de _l’énergie des _protons est _{obtenu par} mesure de l’activation

_{photonucléaire}

_{de 6329Cu}

et à l’aide d’une chambre d’ionisation. Le spectre énergétique du _{rayonnement 03B3 est} vérifié et la distribution _angulaire de l’intensité du _rayonnement est déterminée. L’effet des neutrons parasites est mesuré. Les conditions

d’irradiation, de _{développement} et d’observation microscopique des émulsions nucléaires sont

précisées.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME

_14,

DÉCEMBRE

_1953,

PAGE 707.

A. -

Production des rayons y utilisés.

Les irradiations des émulsions nucléaires ont été effectuées à l’aide du tube accélérateur de

_protons

du Laboratoire de

_Synthèse

_atomique,

à

_Ivry;

les

rayons y utilisés étaient

produits

sous l’action du bombardement de la cible de lithium _par les pro-tons. Le tube accélérateur

utilisé

présentait

un certain nombre de

_{particularités}

dont il convenait de tirer le meilleur

_{parti possible}

_{pour fixer les}

conditions d’irradiation. Nous allons donc

donner

une brève

description

des

appareils

utilisés

(1).

1. Le tube accélérateur

_{( fig.}

_1).

- Le tube

accélérateur a une source d’ions du

_type

Oli-phant

[1], [2]

à effluve à haute

tension,

la tension

appliquée

nécessaire pour ioniser le gaz et extraire les ions

_produits

est de 5o kV. Les ions

_produits

ont donc des

_{énergies comprises}

entre o et 5o

kV,

il en

résulte donc un étalement assez

_important

en

_énergie

du faisceau d’ions accélérés

₍₁₀

_pour

_100).

Le

cou-rant total dans la source

(ions

et

_électrons)

est

d’environ 20

_mA,

la

_puissance

dissipée

de 1 kW

nécessite un refroidissement à circulation d’huile.

Le courant est _{fourni par} un alternateur suivi d’un

système

de transformateur élévateur de

tension,

il est _{redressé par}

deux

kénotrons. L’ensemble de ce

_dispositif

_qui

est à la tension de + 5oo kV est

assez

volumineux,

ce

_qui

accroît la

possibilité

d’ef-fluves. D’autre

_part,

l’alternateur doit être entraîné par une transmission

_isolante;

c’est là une _source, de vibrations

_mécaniques

transmises à l’ensemble

de

_{l’appareil,}

ce

_qui

crée

souvent

des difficultés _pour

réaliser des

_dispositifs

d’irradiation utilisant une

géométrie

bien définie.

(1) Cette étude comprend trois articles que nous

dési-gnerons par [I], [II], [III]; ils sont extraits d’une Thèse

(Paris, z t mai

_I952).’

Le

_réglage

de l’effluve dans la source

_exige

au minimum

_quelques

minutes,

ce fait

_empêche

de

Fig. 1 .

a et b, électrodes de la source _{d’ions; G, générateur redresseur;}

A, alternateur d’alimentation en basse tension du géné-rateur G; M, moteur d’entraînement de l’alternateur A

(la transmission mécanique est réalisée par un axe vertical

isolant); B, électrode accélératrice intermédiaire au

poten-tiel -;

C, base du tube reliée électriquement à la terre.

2

commencer une irradiation à une intensité du

fais-ceau et à une tension

déterminées,

ces valeurs doivent

être atteintes

_{progressivement.}

Ce

_comportement

des

sources à effluve crée une

_gêne

assez

_importante

_pour les irradiations de courte durée.

Le courant total d’ions maximum est de

_{500 A.}

Le rendement en

_protons

_par

_rapport

au courant

total,

d’après

les mesures faites par J. Sommeria

avec un

_{analyseur magnétique}

_{est de 55 pour}

I00.

La consommation

_{d’hydrogène}

à la

_pression

atmo-sphérique

est de ioo cm3 à _{l’heure pour} un fonc-tionnement à une intensité de

_4oo

_FA.

L’accélération des ions est réalisée en deux

étages :

une

_première

accélération a lieu entre le

_diaphragme

de sortie de la source et une électrode intermédiaire

portée

à un

_{potentiel égal}

à la moitié du

_potentiel

de la source. Une deuxième accélération a lieu entre

cette électrode intermédiaire et un

_diaphragme

dis-posé

au-dessus de la cible. Les _espaces

d’accélé-ration entre ces

électrodes. jouent

en même

_temps

le rôle de lentilles

_{électrostatiques}

_{pour concentrer le} faisceau d’ions. Seule la

_première

_{lentille agissant}

sur des ions

d’énergie

encore faible

_joue

un rôle

important.

Ses distances focales

_image

et

_objet

sont

_{respectivement}

de

4o

et 11 cm. La cible se

trouve à

I,5om

du

_foyer

_image,

le

_{grandissement}

est de

_3,75,

ce

_qui

_donne

sur la cible une

_image

de

_0,75

cm du trou de la source de diamètre 2 mm.

Étant

donné la

_dispersion

en

_énergie

des ions à la sortie de la source, il se

_produit

une aberration

chro-matique qui

élargit

la tache du faisceau sur la

_cible,

le diamètre de la trace du faisceau visible sur la

cible

_{après démontage}

est d’environ i cm.

Les tensions

_appliquées

aux. électrodes

accélé-ratrices sont _{fournies par} six blocs de transfor-mateurs redresseurs

_identiques,

_chaque

bloc fournit

une tension de Ioo kV. Le

_montage

est _{réalisé pour}

assurer l’addition des tensions de

_chaque

bloc;

cet

ensemble est

_capable

de fournir une

_puissance

de 6

kW.

La mesure de la tension totale d’accélération est

réalisée _par détermination de l’intensité

_passant

dans une

_grande

résistance constituée _par I000

résis-tances au carbone de 2 MQ

baignant

dans l’huile. Un

_étalonnage

grossier

a été fait au

_{spintermètre.}

Cette résistance a

_également

servi à déterminer à

l’oscillographe cathodique

l’ondulation de la haute

tension redressée : elle est due 10 _{pour i oo}

_lorsque

le

générateur

débite 5 mA.

L’intensité du faisceau d’ions est mesurée à l’aide

d’un

_{microampèremètre}

branché entre le

porte-cible,

isolé du reste du

tube,

et la terre. _{Pour que} la mesure ait une

_{signification,}

il est nécessaire

d’arrêter

les électrons secondaires formés sur la

cible,

car ces électrons remontent dans le tube en sens inverse du faisceau d’ions et le courant

_qui

en résulte

s’ajoute

au courant

_transporté

_{par les} ions. Ces électrons sont

_arrêtés,

_{soit par} un anneau

porté

à un

_{potentiel négatif}

de

_quelques

centaines

de volts par

rapport

à la

cible,

soit en les enroulant

dans le

_{champ magnétique}

d’un

_petit

aimant per-manent.

Le tube accélérateur et le

_générateur

à haute tension ont été décrits

_plus

en détail dans deux

publications

de J. Sommeria

_{[31, [4].}

2. La

_préparation

des cibles. - Les

premières

irradiations ont été effectuées en utilisant du lithium

métallique

introduit

à

l’air libre dans la cavité

conique

du

_porte-cible,

mais ce

_procédé

avait le

désavantage

de

_permettre

une

_oxydation

_rapide

de

la

_cible,

et d’autre

_part

le

renouvellement

du lithium

nécessitait le

_démontage

du

_porte-cible.

Nous avons donc

_prévu

un

_dispositif

de

prépa-ration des _{cibles par}

_vaporisation

sous vide du

lithium à l’intérieur du tube lui-même.

L’utilisation

de lithium _pur au lieu

_d’oxyde

de lithium

_permet

de

tripler

le

rendement

en _{rayons y,} l’efficacité et les

avantages

de ce

_procédé-

avaient été

_signalés

_par

l’équipe

du tube accélérateur de

Zürich.

Le

tube

accélérateur du Laboratoire de

_Synthèse

atomique

a une

_disposition

inversée par

_rapport

à celui de

Zürich,

là cible est située sous le tube et les

protons

sont accélérés de haut en bas. A Zürich

un

_simple

tube en acier dont l’ouverture est

_dirigée

vers’le

haut

permet

par

chauffage

d’obtenir un

dépôt

de _vapeur de lithium sur la cible

placée

au-dessus. A

_Ivry

le

_système

a été modifié de

façon

à _renvoyer vers le bas la vapeur de lithium à

déposer

sur la cible.

_{Pratiquement,}

ce résultat a été obtenu en coiffant le tube contenant le _{lithium par} un

_capuchon

d’un diamètre un _peu

_supérieur

.à

celui

du

creuset

à

lithium,

le

_capuchon

servant de déflecteur _pour

ramener vers le bas la

_{vapeur, de}

lithium. Le

chauf-fage

de l’ensemble est obtenu _{par bombardement}

électronique.

Un

_{dispositif à}

manivelle dont

l’axe

709

réchaud à lithium de l’axe du _{tube pour}

_permettre

le _{passage du faisceau d’ions}

_{(fig. 2).}

3.

Étude

_{des rayons y.} -

Parmi les réactions

produisant

un

_rayonnement

_y

_énergique

en utilisant

comme

_particules

incidentes les

_protons,

nous avons choisi celle du

lithium,

car elle _{fournit les rayons y}

les

_plus

_{énergiques, allant jusqu’à 17,6 MeV.}

La

réaction

s’écrit

L’état du

’Be

formé à l’aide des

_protons

de

_44o

keV ne

_permet

_{pas de} réactions entrant en

_compétition

autre _{que la} diffusion

_élastique

des

_protons

_[5].

Cette réaction

_comporte

une résonance

_aiguë

(demi-largeur

de I I

à 1 4

keV suivant les

_auteurs)

pour une

_énergie

des

_protons

incidents de

441

keV.

Hornyak,

Lauritsen,

Morrison et Fowler ont

_publié

un certain nombre de

_{caractéristiques}

de

_cette

réac-tion .[6].

Le

rendement

d’une cible

_épaisse

de lithium

métallique

pour

Ep

= o, 85 MeV

est de

2,6.10-sE-.

Les valeurs données _pour la section

efficace-

sont

6. io-27 cm2

_[7]

et

_7,2.I0-27

CM2

_[8].

Le

_rayonnement

_y

_comporte

deux

_{composantes :}

Ey

=

I7,6MeV (raie

étroite)

et’

Ey

=

I4,8 MeV

(raie large).

L’intensité relative

de

la raie

_d’énergie

la

_plus

faible est environ

o,5

pour des

protons

de

o, 46 MeV

et

1,5

pour des

protons

de 1,15 MeV

(avec

cible

_épaisse),

les deux raies

_apparaissent

à la

fois à la résonance et en dehors de la résonance

_[9].

Cette émission se fait à

_partir

du niveau excité

de

_"Be

de

_{I7,6 MeV,}

le retour à l’état fondamental

donnant

les radiations les

_plus

_énergiques,

tandis

que la transition conduisant à un niveau excité

large

situé vers _2,g MeV est

responsable

de la raie

de

faible

_énergie.

Ce dernier niveau excité èst instable a, ce niveau est

responsable

de la formation des « marteaux » observés dans les étoiles de

désin-tégration

provoquées

par les rayons

cosmiques,

les

noyaux

de !Li

émis subissant au

_préalable

une

tran-sition

_fi.

Le niveau fondamental de

"Be

est lui-même ins-table x, la

désintégration

libérant une

_énergie

faible de o,og MeV

(fig.

3).

Afin de vérifier le fonctionnement de

l’accélé-rateur,

nous avons étudié le

_rayonnement

_y

produit.

Cette étude a

_comporté

_quatre

phases :

a.

Étude

du rendement de la réaction en fonction de la tension d’accélération des

_protons;

b.

Étude

de la distribution

_angulaire

du rayon-nement y;

c. Détermination du

_spectre

énergétique

des rayons y ;

d.

Étude

de l’effet

_parasite

des neutrons. Nous allons les examiner successivement.

a.

ÉTUDE

DU RENDEMENT DE LA RÉACTION EN RAYONS y EN FONCTION DE LA TENSION

D’ACCÉLÉRA-TION DES PROTONS. - Cette étude _a été faite _en

détectant les _{rayons y par} deux

méthodes :

io _{Détection par} chambre d’ionisation. - Nous

avons utilisé une chambre d’ionisation à

_parois

de bakélite

_remplie

d’àir à la

_pression

_{atmosphérique.}

Nous avons choisi une chambre

_fabriquée

avec une

substance riche en carbone

_(bakélite)

_{pour éviter les} activations résultant de réactions

_{photonucléaires}

(y, n)

ou

_{(y, p);}

en

_effet,

le carbone subit seulement

une réaction

_(y,

_oc)

de rendement faible sous l’action

du

_rayonnement

y utilisé

(voir II).

Avec les métaux

usuels,

cuivre,

laiton, fer,

l’irradiation au

rayon-nement y

aurait

_provoqué

une radioactivité

P,

cette

activité

_{persistant après}

les

_périodes

d’irradiation

aurait été

_gênante

_{pour les} mesures.

La chambre d’ionisation était reliée par un câble blindé à un

_{amplificateur}

à courant continu

_placé

dans la cabine de commande de l’accélérateur.

La chambre d’ionisation et

_{l’amplificateur}

nous ont

été fournis _par le service de MM.

_Rogozinski

et

Weill

du Commissariat à

_l’Énergie

_atomique.

L’amplificateur

à courant continu et à

contre-réaction

totale a les

caractéristiques

suivantes :

le

_gain

en volts est de i, donc le

gain

en intensité

D

est

i (Re,

résistance

d’entrée; Rs,

résistance de RS

.sortie);

ici

i

= Re ,

ce

_qui

donne _pour une tension mesurée à la

sortie de 10

V,

10-11 A. La

fluctuation

est de 200

_{p. V.}

Enfin la chambre d’ionisation

_placée

sous la cible

dans l’axe du faisceau de

_protons

est

_disposée

dans

une boîte

cylindrique

à

parois

de

plomb

de 3 mm

d’épaisseur

destinée à arrêter les

_{rayons X}

mous

produits

par la source

_d’ions,

_{par le faisceau d’ions} tombant sur la cible et les bords des

_diaphragmes

ou _par des électrons secondaires arrachés par les ions. Nous avons vérifié _{que dans} ces conditions

l’activité

_possible

du

_plomb

n’intervenait _{pas, les}

rayons

étant arrêtés par la bakélite. Les mesures

ont été faites en faisant

varier

la tension d’accélé-ration des

protons

de 5o en 5o

keV,

les résultats

sont

_portés

sur la courbe A de la

_figure

_4.

La

_principale

source

_{d’imprécision}

résulte des

impulsions éleetrostatiques

parasites

collectées _par la chambre

d’ionisation;

ces

_impulsions

sont

provo-quées

soit _par des

effluves du

sommet du tube

_porté

à la haute

tension,

soit par des

décharges

dans le

tube résultant de

_dégazages

_brusques.

Pour

dimi-nuer au maximum la

_fréquence

de ces

_impulsions,

nous avons fait les mesures

_indiquées

_après

avoir

laissé fonctionner le

tube

pendant

plusieurs jours

pour assurer _un bon

_dégazage.

D’autre

_part,

ces

_{parasites électrostatiques ayant}

pour résultat de ramener au zéro

_l’aiguille

de

l’appa-reil de

_mesure

de

_{l’amplificateur,}

nous avons fait

les

mesures

_{lorsque l’aiguille}

_atteignait

sa

_position.

maximum,

après

une

_{longue période}

de

stabilité,

et les valeurs

_portées

sur la courbe sont _{des moyennes}

de

_plusieurs

lectures.

Cet

ensemble,

chambre d’ionisation et

amplifi-cateur,

a été utilisé _pour les

_expériences

ultérieures

comme moniteur pour la mesure de l’intensité

_(2).

(2) R. CHASTEL, J. Rech.- C. N. R. S., 1953, 22, 42.

Pour

ces mesures,

l’influence

des

_parasites

électro-statiques

a été

_grandement

diminuée en utilisant un

deuxième modèle

_{d’amplificateur}

_présentant

une

_plus

grande

stabilité. Cet

_appareil

nous a

_également

été

fourni _{par le} Commissariat à

_l’Énergie

_atomique.

20 Détection _par l’activité du 62CU

_(T

= z o, 5

mn).

- Des détecteurs de cuivre

identiques

étaient

irradiés

_pendant

ion dans une

position

bien

définie sous la

cible,

en utilisant une valeur

fixe

de l’intensité du faisceau

_{(200 li-A),}

cette valeur étant maintenue aussi constante _que

_possible

(à

5 _pour 10o

environ).

Les irradiations au cours

_desquelles

cette cons-tance n’avait _{pu être} maintenue ont’ été éliminées. Les détecteurs étaient irradiés en utilisant des

cibles de lithium fraîchement

_évaporées

avec des tensions d’accélération maintenues à des valeurs

constantes différant de 5o

keV,

l’activité des détec-teurs était mesurée à l’aide d’un

compteur

Geiger-Müller

_type

«

_Collège

de France » en utilisant une

géométrie

bien

définie,

les mesures étaient com-mencées 2 mn

_après

la fin de l’irradiation et étaient

poursuivies

pendant

o mn. Dans ces

conditions,

le nombre net de

_{désintégrations}

_comptées

pen-dant o mn est

_{proportionnel}

à l’intensité du rayon-nement y

responsable

de la réaction

Les résultats obtenus sont

_{représentés}

_par la

courbe B de la

_figure

_4.

Dans ce cas, comme dans le

_précédent,

la

prin-cipale

source

_{d’imprécision}

résulte des chutes

brusques

de tension

_produites

_{par des}

_décharges.

Toutefois,

ces

_{périodes pendant}

_lesquelles

la tension

est abaissée sont très brèves

_(de

l’ordre d’une seconde

au

_maximum),

même si elles se

_produisent

à une

cadence _{moyenne d’une} à la

minute,

leur influence est _{peu sensible} sur une irradiation de 10 mn.

Les courbes A et B de la

_figure

₄

traduisent la

différence du coefficient d’efficacité des deux détec-teurs. Elles

_présentent

toutes deux une. inflexion

pour une valeur lue de la tension voisine de

_4oo

_keV,

à cette tension il convient

_d’ajouter

la tension

d’accélération des ions dans la source. La tension,

appliquée

aux électrodes de la source étant 5o

_keV,

il en _{résulte que} la résonance observée est

_comprise

entre

_4oo

et

_{45o keV,}

la valeur

_précise

de cette

résonance,

mesurée à l’aide de cibles minces et

d’accélérateurs

donnant une bande étroite

_d’énergie

du

faisceau est

_44o

keV

_[5].

Étant

donné la

_grande

largeur énergétique

du faisceau de

_protons

fourni par l’accélérateur

(5o

keV dus à la source + 5o keV résultant des fluctuations de tension

_{accélératrice,}

soit une

_demi-largeur

de Ioo ke V

_environ),

on

_peut

donc considérer _{que les} mesures sont en bon accord avec la valeur

_précise

de la résonance.

711

cible mince. D’autre

_part,

l’accélérateur

étant destiné

à fournir une

intensité

du

_rayonnement

_y du lithium

aussi forte que

possible,

nous avions intérêt à utiliser

pour les

expériences

ultérieures une cible

_épaisse.

Les irradiations des émulsions

_{photographiques}

ont

été faites à des tensions voisines de 5oo

keV,

car en montant la tension au

_delà,

le fonctionnement du tube devenait instable..

b. DISTRIBUTION ANGULAIRE DE L’INTENSITÉ y. -Une étude de la distribution

_angulaire.

du rayon-nement a été faite en

_utilisant

un

_porte-cible

destiné à l’irradiation des émulsions. Les

_expériences

décrites dans ce

_paragraphe

ont été faites avec le concours

de M.

Théréné,

ingénieur

au Commissariat à

l’Énergie

atomique, auquel

nous tenons à

_exprimer

ici nos

vifs remercîments pour son aimable

collaboration.

Pour cette.

étude,

nous avons, comme dans le

paragraphe précédent,

utilisé des détecteurs en

cuivre,

mais nous avons

_adopté

des détecteurs de

dimensions

_plus

faibles _pour avoir une définition convenable de

_l’angle

_{d’émission des rayons} y.

Toutefois,

cette réduction des dimensions était

limitée _par la nécessité d’obtenir des activités

d’inten-sité suffisante.

_{Pratiquement,}

nous avons utilisé des

plaquettes

de cuivre de 2 X 3 cm et

2,5

mm

d’épais-seur. Les détecteurs

_comportaient

sur leur tranche deux

_saignées

à

_{mi-épaisseur}

de i mm de

_profondeur,

ce

_qui

permettait

de les

glisser

sur des

_supports

minces

_élastiques

en bronze à une

_position

bien définie.

Nous

_disposions

de trois

_supports

_{identiques :}

un,

disposé

sur le

_système

de

_comptage,

et deux

autres fixés à l’aide de fourches de duralumin à deux

_{tiges rectilignes}

mobiles

pour

l’analyse

angu-laire. Pour

_{l’irradiation,}

le détecteur était

_placé

à une distance d de la cible et la direction définie

par le centre

d’impact

des

protons

et le centre du détecteur faisant un

_angle

0 avec la direction

moyenne des

protons.

On

_pouvait

faire varier la

distance d en faisant

_glisser

la

_tige

du

porte-détec-teur dans son

_support,

la

_tige

était maintenue à la

position

choisie à l’aide d’une vis de

_blocage.

On

_pouvait,

d’autre

_part,

faire varier

_l’angle

0;

car

le

_support

de

_tige

_{porte-détecteur}

était constitué par un

_petit

chariot à

galets

se

_déplaçant

sur un limbe

_gradué.

Le limbe

_pouvait

_porter

deux chariots

identiques.

Il était fixé sur le tube accélérateur de

telle

façon

que :

1° son

_plan

soit

_parallèle

à l’axe du faisceau de

protons;

20 le cercle

_gradué

soit centré sur le milieu de la source de _{rayons y.}

Le

_montage

et le

_centrage

du limbe

_gradué

étaient facilités _{par l’utilisation} des

_tiges

_{porte-détecteur,}

leur extrémité en forme de

_{pointe conique pouvant}

être amenée en contact avec le centre de la source

de

_rayonnement.

Dans ces

conditions,

l’angle

0

pouvait

être défini avec une incertitude inférieure à 1°.

La distance d était déterminée en mesurant à la

j auge

de

_profondeur

à o,1 mm

_près,

la

longueur

de

tige porte-détecteur

dépassant

de son chariot

support.

L’ensemble du

_dispositif

d’irradiation

des détec-teurs est visible sur la

_{photographie figure}

5.

Les mesures d’activité des détecteurs étaient

faites à l’aide de deux

_compteurs

_{Geiger-MüLler}

cylindriques

à

_parois

de o,i mm du

_type

«

_Collège

de France » montés en

_parallèle.

Le

_support

des

compteurs

était

_prévu

_pour

_permettre

l’introduction

du détecteur à mesurer à l’aide de ses

_glissières

entre les deux

_compteurs

à une

_position

bien déterminée

(fig.

6).

Le

_comptage

des

_impulsions

était fait avec

une échelle de I oo du Commissariat à

_l’Énergie

atomique,

la

_{figure 7}

est une

_photographie

du

dispo-sitif. L’utilisation de deux

compteurs

en

_parallèle

a nécessité le choix de deux

_compteurs

présentant

des

_paliers

de _{fonctionnement pour des} tensions

712

Les mesures étaient effectuées de la

_façon

sui-vante : deux détecteurs étaient irradiés en même

temps, pendant 10

mn un des détecteurs était utilisé

comme

_moniteur,

et laissé à une

_position

_fixe pen-dant les mesures, car à

_l’époque

où ces mesures

ont été faites nous ne

_disposions

_pas encore de la chambre d’ionisation. On faisait des mesures «

croi-sées » des activités du moniteur et du

détecteur

à des instants notés

_après

la fin

_{d’irradiation,}

les courbes du

_logarithme

des activités en fonction du

temps

étaient tracées en utilisant comme valeur de la

_période

0,5 mn.

L’activité à l’instant zéro était

déterminée _{pour le moniteur} et _pour le détecteur en

traçant

les droites de décroissance. Pour une

dis-tance du détecteur à la source d == 5 cm, les acti-vités au

temps

zéro variaient

d’une irradiation

à

l’autre,

autour

de

160

_{coups /mn,}

donc en

_plaçant

le moniteur à une distance

_analogue,

l’erreur

intro-duite _{par la} mesure

du

moniteur était du même

ordre de

_grandeur

de

celle introduite

par la mesure

du

détecteur,

nous avons cherché

à améliorer

la

précision

en accroissant l’activité du

moniteur,

nous

l’avons

_placé

contre la

_paroi

latérale

du

_porte-cible

où il était maintenu à une

_position

bien déterminée

par une

_bague

en cuivre échancrée : dans ces

condi-tions,

les activités

initiales

étaient de l’ordre

de 2 ooo

_{coups mn.}

Les résultats des mesures sont condensés dans le tableau suivant. Le

_graphique

(fige 8)

donne la distribution

_angulaire

du rayon-nement dans les conditions

expérimentales

utilisées,

c’est-à-dire pour une tension d’accélération des

protons

de 5oo

keV,

une cible

épaisse,

et un

_support

de cible destiné à l’irradiation d’émulsions

photo-graphiques.

Dans la limite des erreurs

expérimen-tales,

la distribution

_peut

être considérée comme

isotrope.

La

_précision

est de 10 _{pour Ioo}

environ.

TABLEAU.

En

_I94I

_{Ageno, Amaldi,}

Bocciarelli,

Tra-bacchi

_[10]

ont

_publié

une étude sur la

distri-bution

_angulaire

des

_rayonnements

de la

réac-tion

_ZLi(p,y)"Be;

ils ont trouvé

_{l’isotropie}

pour la résonance

de 44o keV.

Indépendamment

de nos

mesures,

des

expériences

ayant

pour

objet l’analyse

précise

de cette distribution

_angulaire

ont été faites par différents auteurs : Devons et Hine

[11]

ont utilisé comme détecteur des

compteurs

en

coïnci-dence ; Nabholz,

Stoll et Wàfller

_{[12], [13]}

ont utilisé la réaction

_{C " (y,}

_{3 oc)}

dans les émulsions

photo-graphiques

et enfin Stearns et Mc Daniel

_[14]

ont

procédé

à

_l’analyse

à l’aide de leur

_{spectromètre}

magnétique

de

_paires.

Nabholz,

Stoll et

Wâffler

ont annoncé dans leur

première publication

une

variation

_angulaire

de

l’intensité relative des

deux

raies

_14,8

et

_{17,6 MeV}

à la

résonance;

dans leur deuxième

_publication,

ils

ont rectifié leurs résultats. Les

résultats

expéri-mentaux de Devons et Hine

_indiquent

une

aniso-tropie

faible de 5 pour I oo à

44o

ke V. Cette

légère

-713

Devons et Hine dans une

deuxième

publica-tion

_[15],

Devons et

_{Lindsey [16]}

et Stearns et

Mc Daniel

_{(déjà cités)}

ont examiné les

_{conséquences}

théoriques

des résultats

_{expérimentaux,}

celles-ci

peuvent

être résumées de la

_façon

suivante :

Io Le niveau

de

résonance est formé de

_façon

prédominante

par les

protons 1 -

0,

Li

étant

impair

ainsi que

1 H,

il en résulte. _{que le niveau}

de

_"Be

_{de 17,6}

MeV est

_impair,

il _y a

donc

inter-diction

stricte de l’émission de deux

_particules

a,

puisque

cette émission

_ne

_peut

_{résulter que d’un} niveau

_pair,

ceci est

_également

en accord avec le fait que la

largeur

du niveau est relativement faible. En

outre,

la

_{réaction ;Li (p,}

_9-oc)

ne

_présente

aucune résonance pour des

protons

de

_{44o keV.}

D’autre

_part,

les auteurs s’accordent _{pour attribuer} à ce niveau le moment

_angulaire

total J = _1.

20

_{L’anisotropie}

observée en dehors de la

réso-nance est le résultat de l’interférence du niveau

précédent

avec un ou

_plusieurs

autres

niveaux

_larges

responsables

de la réaction Li

_(p,

_2x),

ce ou ces

niveaux sont donc

_pairs.

En considérant

_qu’un

seul autre niveau

interfère,

Devons et Hine attribuent à

celui-ci la valeur J = 2. Ils donnent au niveau

fondamental

pair

la valeur du moment

_angulaire

total J = o. Il en _{résulte que la}

_{transition y}

de

_17,6

MeV est

_{dipolaire électrique.}

Stearns et Mc Daniel attribuent au niveau fonda-mental

_(pair)

de

_’Be

la valeur J = _2, la transition

précédente

est

_également

_{dipolaire électrique.}

En

outre, ils attribuent au niveau excité

_large

_pair

de ’Be

situé à 3 MeV la valeur J = o.

En ce

_qui

concerne nos résultats

_{expérimentaux,}

ils sont en bon accord avec les résultats des autres

auteurs où des moyens visant à l’obtention d’une

grande

précision

telle que l’utilisation d’un

spec-tromètre g

double

_[14]

ont été mis en 0153uvre.

Utilisant des cibles minces et une résolution en

énergie

de

o,3

pour Ioo, Devons et Hine ont

étudiés

la variation

de

la distribution

_angulaire

en fonction

de

_{l’énergie.}

Ils ont trouvé _que

_{l’asymétrie}

varie en

fonction- de

_{l’énergie Ep}

des

_{protons, qu’elle}

s’annule pour une valeur de

_{l’énergie Ep}

voisine de celle de

la résonance

_[à

la résonance la _distribution

angu-laire est

_{représentée}

_par 1

₍₀₎

= _i +

o,05

_cos

0],

l’asymétrie

change

alors de

_signe.

Ce fait

_explique

nos résultats

_{expérimentaux;}

nous avons, en

_effet,

utilisé une cible

_épaisse

avec une

énergie

maxinum

de

protons

de

55o keV, les

_protons

produisant

la

réaction ont donc toutes les

énergies

entre b et

55okeV,

les

_énergies

efficaces encadrent donc

toute la résonance

et,

par

conséquent,

les

aniso-tropies

étant de

_signe

contraire de

_part

et d’autre du maximum de la

résonance,

se

_{compensent plus}

ou

_moins;

de toute

_façon,

le résidu est faible.

C. SPECTRE

ÉNERGÉTIQUE.

- Le

spectre

énergé-tique

du

_rayonnement

_y

_émis,

a été étudié à l’aide

de la réaction

_{1: C (y, 3 ex) qui}

sera examinée en

détail en

_[II].

Nous nous bornerons à donner ici

l’histogramme

de cette distribution

_(fig.

_{9), les}

raies de

17,6

et

14,8

MeV sont

_séparées.

Mais nous devons remarquer que la

largeur

de la raie

17,6 MeV

est

d’origine expérimentale.

Les maxima sont en bon

accord avec les valeurs _{données par Walker} et

Mc Daniel

_[9].

-L’ex,istence d’une

raie faible

_d’énergie

inférieure à celle de

_I4,8MeV

annoncée par

Nabholz"

Stoll et Wâftler

_[13]

est

discutable,

car Walker et

Walker et Mc Daniel ont

_exploré

avec

_beaucoup

de

_précision

le

_spectre

entre 3 et

_{I g MeV}

et n’ont

rien

_signalé.

’

4. Effet des

neutrons

résiduels. -- Bien

qu’uti-lisant une

_énergie

des

_protons

bien inférieure au

seuil situé à

1,88

MeV de la réaction

’Li

(p,

n) ’Be,

on constate la

_présence

de neutrons résiduels dans

le

_rayonnement

y émis par le tube. Ces neutrons

sont,

dans

_beaucoup

de cas, à

_l’origine

de diverses

réactions

_parasites

des réactions

_{photonucléaires}

étudiées

_[17].

Ils

_produisent

sur certains

_isotopes

des réactions

_{(n, y)}

fournissant la même

_période

_que des réactions

_{(y, n)}

détectées sur d’autres

_isotopes

par l’activité du noyau résiduel. Ils

peuvent également

provoquer des réactions

(n, p)

et introduire une

cor-rection _pour

l’étude

des réactions

_(y,

_p)

dans les

émulsions

_nucléaires,

_par

_exemple.

,

Ces neutrons ont diverses

_origines,

ils résultent

principalement

des réactions

_{(d, n)}

_provoquées

par

la faible

_proportion

de deutérium de

_{l’hydrogène}

alimentant

la source d’ions de l’accélérateur. Pour

réduire cette

_production

de

neutrons,

nous avons

utilisé _{pour la}

_préparation

_{électrolytique}

du _{gaz de} la source, une eau

_purifiée

de son eau lourde à

Rjukan

(Norvège)

par la Norsk

Hydro-Elektrisk

Kvoelstofaktieskab

_(dont

la concentration

_indiquée

en deutérium _par

_rapport

à

_{l’hydroglne}

ordinaire est

_comprise

entre

_{I / I00}

oooe et 1

_/200

oooe).

La

concentration habituelle de deutérium dans l’eau ordinaire est

_{1 /5}

oooe.

L’appauvrissement’en

714

de cette eau destinée à

fabriquer

le gaz

isotopi-quement

appauvri

en

H

communément

_appelé

«

protonium

» a été

_analysé

au

_{spectromètre}

de masse

par le service de M. Roth avec la collaboration de M. Chenouard au Commissariat à

l’Énergie

atomique,

et a

_indiqué

un

_{appauvrissement}

de

₄

environ. Cette discordance entre la concentration

_indiquée

par le fabricant et par

l’analyse

de masse est

impor-tante, elle

peut

_néanmoins

être

_comprise

étant donné la

_grande

difficulzé des

_analyses

de

_mélange

à faible

_proportion

en

_{2 H.}

Pour nous rendre

_compte

de

_{l’importance}

de ces

neutrons

résiduels,

nous avons utilisé

deux

méthodes :

i° Ces neutrons étaient détectés à l’état de

neu-trons lents en irradiant 15 mn dans une masse de

paraffine

un détecteur de

vanadium,

l’activité de

période

3,74

mn

de "V

était mesurée au

_compteur.

Le tube fonctionnant en «

_protonium

» à 5oo keV

avec _{une intensité} de 230 ±

_{20 [.lA,}

on obtenait

une

activité

_rapportée

à la fin

_{d’irradiation}

de

9 ± 3

coups /mn. ’

Le même détecteur

irradié,

toutes choses

_égales

d’ailleurs,

en

_remplaçant

la source y par une

source Ra + Be de 5oo mC donnait une activité

’de 250 ±’ 22

coups/mn.

Ces mesures donnent donc une intensité

neutro-nique

du tube y

équivalente

à 18 ± 8 mC de

(Ra

+

Be).

La valeur actuellement admise du nombre de neutrons émis par mC de

_(Ra

-!-

_Be)

est de l’ordre de 104

_neutrons/s.

’

Le nombre de neutrons émis dans

_l’angle

solide

_47r

par le tube dans les conditions de fonctionnement

précisées

ci-des

us,était

donc de

_{(18 --L 8).104}

neu-trons/s.

90 Pour nous rendre

compte

de l’effet de ces

neutrons _par

_rapport

à l’effet

_(y,

_n)

dans le cas de

_{y Cu}

_par

_exemple,

nous avons irradié

simulta-nément dans des conditions

_identiques

_(sur

un

support

tournant)

deux échantillons de mêmes

dimensions,

l’un en cuivre et l’autre en

_aluminium,

dans un cas aux neutrons

_produits

par des .deu-tons de 5oo keV sur cible de

lithium,

et dans l’autre cas aux _{rayons du} tube fonctionnant

_également

à 5oo keV et cible

de,

lithium. Sous l’action des

neutrons

_rapides,

l’aluminium

donne la réaction

27 1 1 AI

( 1 n, }H) Mg

de

_période

I o, 2 mn, cette

_période

de io,2 mn voisine de

_{celle du.-’2Cu}

_{(10,5 mn)}

_peut

être

_séparée

de la

_période

résultant de la

photo-désintégration

17 1 3 AI

(y,

n) 1;A1

de 13 s. L’aluminium onstitue donc un détecteur

_uniquement

sensible

aux neutrons

_rapides.

,

Dans ces

conditions,

_les

activités

_obtenues,

ramenées à’ la fin d’irradiation

_(temps

d’irradia-tion Io mn)

sont :. ,

a. Neutrons : Aluminium :

Cuivre :

b.

_Rayonnement

_y + neutrons

_parasites

(pro-tonium) :

Aluminium :

Cuivre :

On a donc’ obtenu

pour

l’activité

_Incu

du

_cuivre.

résultant de l’effet des neutrons

Le

_rapport

_{de l’activité résultant des neutrons}

résiduels à celle résultant des _{rayons y est} de l’ordre

de

1 8

soit

o,6

pour 10oo. .

2 goo

Pour nous rendre

_compte

de l’effet du «

proto-nium », nous avons fait une irradiation des deux

détecteurs cuivre et aluminium en faisant fonc-tionner le tube _y avec de

_{l’hydrogène}

ordinaire à la même tension et la même intensité du

faisceau.

Nous avons obtenu les résultats suivants :

lAI

= _{44 ±} 5

_coups/mn,

leu =

_{2 95o}

_{± 80}

_coups/mn.

On

_peut

donc conclure _que l’effet des neutrons résiduels est réduit sensiblement de moitié

_lorsque

l’on utilise du «

_protonium

» au lieu de

_{l’hydrogène}

ordinaire.

B. -

Dispositifs

d’irradiation.

Les

_premiers

essais d’irradiation d’émulsions ’ nucléaires aux _rayons y du

lithium,

ont montré que l’intensité du

rayonnement

de

_{grande énergie}

était faible. Nous avons donc été conduit à

_disposer

les

_plaques

aussi

_près

_que

_possible

de la cible. D’autre

_part,

le tube. émet des

_{rayons X}

mous

_qui

interviennent

_pour

_{une’part importante}

dans le voile des

émulsions,

cette

_question

de

discrimi-nation des

_trajectoires

de

_particules

nucléaires _par

rapport

au voile sera

examinée

plus

en détail dans

la section suivante.

Il suffit de dire ici _que nous avons été

conduit.à

filtrer le

_rayonnements

émis _par

l’accélérateur,

le

choix du filtre est limité _{par la}

nécessité d’utiliser

des

_épaisseurs

relativement faibles _pour ne _pas

réduire dans des

_{proportions prohibitives l’angle}

solide.

_Pratiquement

nous avons

adopté

une

épais-seur due 10 mm de

_plomb.

Les

_plaques

nucléaires

étaient irradiées dans une boîte à

_irradiation,

_et,

pour éviter l’effet

possible

d’une

dissymétrie

l’accé’-715

lérateur de

_protons,

la boîte était montée sur un axe

vertical _{entraîné par} un moteur

_électrique

_par l’intermédiaire d’un réducteur de vitesse

_(la

vitesse de rotation de la boîte à irradiation était de

_quelques

tours _par

_minute).

Celle-ci est montrée avec son

couvercle

_{partiellement}

retiré sur la

_photo

de la

figure

10. La

_figure

I I montre le

_dispositif

d’irra-diation dans la

_{position qu’il}

occupe sous l’accélé-rateur.

Avec ce

_dispositif,

les

_plaques

étaient irradiées en

_position

_horizontale,

le

_rayonnement

_ayant

une

symétrie cylindrique

par

rapport

à l’axe du faisceau

de

_protons.

Le

_centrage

de la boîte à irradiation

était facilité _par un cercle

_gravé

sur son couvercle

ayant

un diamètre

égal

à celui du

_porte-cible.

La boîte à irradiation et son moteur montés sur un

support

à crémaillère étaient amenés en contact

avec le

_{porte-cible, puis}

_après

centrage,

étaient

descendus de I mm _pour ne _pas

_gêner

la rotation.

Les irradiations étaient effectuées en

_plusieurs

_fois

et le renouvellement des cibles

_pouvait

_{être fait par}

vaporisation

sans avoir à toucher au

_dispositif

d’irradiation.

C. -- Ch,oix et

développement

des

émulsions.

Pour diminuer au maximum l’influence du

voile,

en

_plus

de la filtration par le

_plomb,

nous avons

essayé

par des

procédés

photographiques

de

dimi-nuer la sensibilité au

voile,

c’est-à-dire aux électrons

secondaires

_[18].

Pour

_cela,

nous avons

_essayé

différents

_types

d’émulsions

nucléaires;

nous avons irradié des

frag-ments de

_plaques

Ilford C

_2,

B

2,

E 1. Les

_plaques

E 1

habituellement utilisées _pour les études de fissions

nous ont donné la meilleure

discrimination.

Pour améliorer la

discrimination,

nous avons

également

utilisé la méthode des

sous-développe-ments

_qui

nous avait donné de

bons

résultats _pour l’étude des

_phénomènes

de

_tripartition

de

l’ura-àium

_[19].

Nous avons effectué des

_{développements}

à l’aide du révélateur ID 19 à des dilutions

crois-santes. Ces résultats confirment ceux de Hânni et

Gailloud

_[20].

Pratiquement,

nous avons obtenu des

_plaques

permettant

une observation convenable des

_protons

de 9 à I2 MeV avec des

_temps

d’irradiation allant

jusqu’à 12

h.

Enfin,

pour diminuer la

perte

des

_trajectoires

longues

dans le verre et _pour accroître le nombre

de

_phénomènes

observés par unité de

surface,

nous avons été conduit à utiliser des émulsions

_épaisses

de 300 ou

_4oo

_juL. Dans ce cas, l’uniformité du

déve-loppement

en

_profondeur

nécessitait des

_précautions

spéciales,

nous avons

_adopté

le

_{développement}

dit

« en

_{température »}

de

Dilworth,

Oechialini et

Payne

[21].

Il consiste à faire

_pénétrer

le révé-lateur à basse

_{température (4°}

C

_{glace fondante);}

pendant

cette

_phase

de

_{pénétration,}

il

_n’y

a

prati-quement

pas de

développement, puis

on élève la

température

à 2oD, le révélateur

_développe

et ne

pénètre plus.

D.

Étude

des

_plaques

au

_microscope.

homo-gène,

il

_présente

une courbure de

_champ

inférieure à celle de la

_plupart

des

_objectifs

_{apochromatiques,}

ce

_qui

a une

grande

_importance

pour les mesures

axiales

_{(détermination}

de la

_{projection verticale}

des traces de

_particules).

Un verre bleu a été intro-duit dans le

_{système d’éclairage}

pour

filtrer

la

lumière et réduire les aberrations

_{chromatiques.}

La recherche des

_phénomènes

nucléaires a été faite en

_employant

_l’objectif

fluorite

Cook,

Troughton

et Simms X

45

possédant

une

_grande

distance

frontale

_{(1,5 mm).}

Cet

_objectif

à immersion construit

spécialement

à la demande du Professeur Occhialini

permet

l’observation d’émulsion très

_épaisses,

il

possède

un bon

_pouvoir

de résolution et un

_grand

champ

(240 p.

en association avec un oculaire x

_g).

. Le

réglage

de la

rallonge

binoculaire Nachet

suivant l’écartement _{des yeux modifie} un _{peu la}

distance

_{optique objectif-oculaire,}

ce

_{qui change}

légèrement

le

_{grandissement.}

Pour les mesures de

longueurs

de

_trajectoires

au micromètre

_oculaire,

nous avons établi une courbe

d’étalonnage

du micro-mètre oculaire en fonction de l’écartement des _yeux.

Les mesures verticales ont été faites à l’aide du

tambour de la vis

_{micrométrique}

du mouvement lent de mise au

_point.

L’étude de la vis

_{micrométrique}

avait

au

_préalable

été faite suivant la méthode décrite par

Vigneron

[22].

La

_précision

des mesures sera discutée en liaison

avec l’étude des réactions

_{photonucléaires.}

Manuscrit reçu le 4 juin 1953.

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