HAL Id: jpa-00235740
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00235740
Submitted on 1 Jan 1958
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.
Quelques résultats concernant les scintillateurs gazeux et leurs états condensés
L. Koch, R. Lesueur
To cite this version:
L. Koch, R. Lesueur. Quelques résultats concernant les scintillateurs gazeux et leurs états condensés.
J. Phys. Radium, 1958, 19 (1), pp.103-105. �10.1051/jphysrad:01958001901010300�. �jpa-00235740�
103.
QUELQUES RÉSULTATS CONCERNANT LES SCINTILLATEURS GAZEUX ET LEURS ÉTATS CONDENSÉS
Par L. KOCH et R. LESUEUR,
Centre d’Études Nucléaires de Saclay.
Service des. Constructions Électriques.
Résumé. - Les caractéristiques essentielles des gaz rares en tant que scintillateurs sont : une
durée de luminescence très brève inférieure à 10-8 s en général ; une réponse linéaire en fonction
de l’énergie perdue par la particule nucléaire dans le gaz, même dans le cas de particules fortement
ionisantes.
A l’état gazeux ou condensé, ils présentent donc un grand intérêt en physique nucléaire.
Abstract.
2014The essential characteristics of rare gases for use as scintillators are as follows :
a very brief period of luminescence, generally less than 10-8 s ; a linear response as a function of the energy lost by the nuclear particle in the gas, even in the case of strongly ionising particles.
In the gaseous or condensed state therefore, they are of great interest in nuclear physics.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM TOME 19, JANVIER 1958,
La fluorescence des gaz excités par les particules
nucléaires est connue depuis le début des études
sur la radioactivité, mais ce n’est que depuis quelques années (Grunn et Schopper, 1951) qu’on
a pensé à utiliser ce phénomène pour détecter le passage de particules nucléaires individuelles à l’aide de phaotomultiplicateurs.
I. Résultats expérimentaux concernant les gaz et leurs mélanges.
-On a étudié les gaz suivants : argon, krypton, xénon, hélium et azote de degré de pureté connu (1), contenus dans des ampoules en
pyrex à fenêtre de quartz. La pression de remplis-
sage des ampoules était de 74 cm de mercure.
10 NOMBRE TOTAL N DE PHOTONS REÇUS PAR LE
PHOTOMULTIPLICATEUR POUR UN RAYON CC DE
4,7 MEV ABSORBÉ PAR LE GAZ.
-Les résultats des mesures obtenues avec un photomultiplicateur
EMI 6255 et un oscillographe Tektronix 535 sont
réunis dans le tableau ci-dessous ; 8 est le nombre
de photoélectrons correspondant à une scintillation;
,
S est la sensibilité relative de la photocathode pour
*
Film de scintillateur plastique au tétraphenylbutadiène
de 60 y d’épaisseur préparé par M. Mougin du Service des Constructions Électriques (le parcours des rayons
cey
est de 32 03BC).
**
Résultats déduits de mesures avec les rayons y du 13’Cs et des courbes donnant N en fonction de l’énergie
cédée au cristal, publiées par C. J. Taylor (1951).
(1) Les analyses de gaz ont été effectuées : d’une part,
à la Société Air Liquide, d’autre part, au Service de Chimie-
Physique du C. E. N., par MM. Nief et Bourguillot.
la longueur d’onde xm ; xm est la longueur d’onde
moyenne de fluorescence du scintillateur détermi- née à l’aide de filtres d’absorption.
Dans le cas du xénon on a obtenu des résolutions
en énergie de 12 % à 5 MeV.
2° MESURE DES CONSTANTES DE TEMPS DE SCIN- TILLATION.
-On a constaté que dans tous les cas
il existait une constante de temps de scintillation très courte 0 dont la mesure est limitée par les fluctuations de temps de transit du photomulti- plicateur utilisé (2.10-8 s). La présence d’impu-
retés en concentration très faible de l’ordre de 10" 4 suffit à faire apparaître une seconde constante de temps plus longue 0 ’ probablement liée au transfert d’énergie par chocs de seconde espèce des atomes
1
Fie. 1. Amplitude des impulsions en fonction de la concentration de l’azote-dans l’argon.
1) Points expérimentaux avec EMI16255.
2) Points corrigés en tenant compte de la sensibilité spectrale de la’photo-cathode,
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01958001901010300
104
métastables du gaz primaire aux atomes d’impu-
retés.
,L’étude quantitative des mélanges argon-azote
a montré :
a) que la longueur d’onde moyenne d’émission
se déplace rapidement vers celle de l’azote et l’atteint pour une concentration de 5 % environ d’azote ;
b) qu’à partir d’une concentration de 2.10-3
d’azote, la constante de temps 0’ subsiste seule mais décroît à mesure que la concentration d’azote
augmente : on a 0’
=3. 10- 8 s pour 5, % d’azote ; c) que le nombre de photons émis décroît très lentement comme le montre la figure 1.
Afin de préciser la valeur de 0 on a utilisé un
photomultiplicateur RCA 6810 dont les fluctuations de temps de transit sont environ 10 fois plus faible
Ligne à retard : 30 m de ca6le d’impédance caractéristique 170 Si
Retard: 150 m l’- S
"FIG. 2.
-Schéma de mesure.
que celles des EMI. Le schéma de mesure est repré-
senté sur la figure 2. On a obtenu dans le cas du xénon, toujours pour un rayon a de 4,7 MeV
absorbé dans le gaz, une impulsion d’ampli-
tude 32 V et de largeur à mi-hauteur 3 .10’ 9 s sur une impédance de 170 S2.
Si on compare les amplitudes des impulsions
obtenues pour une constante de temps à l’anode
de 10- 8 s, on obtient les valeurs relatives suivantes:
NaI(Tl) Xe TPB’ A A 5 % N2 Kr He N2
32 10 10 4,4 4 4 0,7 1,5
3° PROPORTIONNALITÉ DE LA FLUORESCENCE A
L’ÉNERGIE CÉDÉE AU GAZ.
-La figure 3 donne le spectre d’énergie des produits de fission de l’ura- nium 235 ; on trouve à 2 % près le rapport des énepgies les plus probables des produits de fission.
Donc même dans le cas d’ions lourds ayant une
densité d’ionisation élevée, on n’observe pas de saturation dans l’intensité de la fluorescence émise par le gaz.
4° POSSIBILITÉ DE DÉTECTION DES IONS LOURDS OU DES NEUTRONS EN PRÉSENCE DE FLUX INTENSES DE RAYONS y.
-Le gaz contribue de manière
négligeable à la sensibilité du détecteur aux
rayons y. Les courbes de discrimination obtenues
avec des circuits électroniques dont le temps de
résolution est 10-7 s, sont réunies sur la figure 4.
FIG. 3.
-Réponse d’un scintillateur-gazeux aux produits
de fission de l’uranium 235. Courbe AN = f ( V ).
Scintillateur : Xénon (74 cm Hg).
Photomultiplicateur : EMI 6 255.
Sélecteur à 1 canal CEA.
Cible U02 enrichi à 46 % (15 03BCg/cm2).
Valeur moyenne des points expérimentaux (o).
FIG. 4.
-Discriminateur d’amplitude des impulsions pro- venant :
a) de l’action des rayons y sur un photomultiplicateur t b) de l’arrêt des produits de fission de 235U dans un
scintillateur gazeux placé devant le même photomulti-
plicateur 51 AVP.
105
Le rendement de détection des fragments de fission
reste voisin’de 100 % en présence d’un flux de rayons y de 1 450 R /h.
’II. Sointillateurs constitués par des états con-
densés de gaz rares.
-Dans certains cas, la densité des scintillateurs gazeux est insuffisante en parti-
culier lors de la détection des ions de moyenne
érergie et des rayons y. Le xénon, qui possède les
meilleures performances comme scintillateur à l’état gazeux est également le plus intéressant à l’état condensé ; en effet sa densité à l’état liquide
est 3,52 (à - 190 °C), celle de I Na(xl) étant 3,67 ;
d’autre part, il possède un numéro atomique élevé (Z
=54).
La durée de luminescence observée sous irra- diation de rayons oc est égale, aux erreurs expéri-
inentales près, à celle observée dans le cas du gaz, donc environ 50 fois plus courte que dans le cas de INa(Tl). Les solutions solides xénon-azote sont actuellement à l’étude ; un cristal de 0,5 cm3 paraissant monocristallin a été réalisé.
III. Conclusions.
---Les deux caractéristiques
essentielles des scintillateurs gazeux sont : une
ae
