Emploi de la chambre d'ionisation a pression élevée pour l'étude des rayonnements γ et neutrons

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Emploi de la chambre d’ionisation a pression élevée pour

l’étude des rayonnements γ et neutrons

P. Savel

To cite this version:

EMPLOI DE LA CHAMBRE D’IONISATION A PRESSION

ÉLEVÉE

POUR

L’ÉTUDE

DES RAYONNEMENTS 03B3 ET NEUTRONS

Par M. P. SAVEL.

Sommaire. 2014 L’auteur décrit l’installation et le fonctionnement d’une chambre à pres-sion élevée reliée à un électromètre sensible de Hoffmann. La chambre a été successive-ment _{remplie d’hydrogène,} d’azote, et _d’argon. On a _comparé l’ionisation due au

rayonne-ment 03B3 d’un étalon de radium à celle du rayonnement complexe émis. par le glucinium

irradié par les particules 03B1 du _polonium.

Introduction. - Dans le but d’étudier le

_rayonnement

y

pénétrant

des substances radioactives telles que

Ra(B+c), ThC! ;

ainsi que le

rayonnement ultra-pénétrant

(cosmique),

de nombreux auteurs

_{(’) employèrent}

la chambre d’ionisation à

_pressiou

élevée.

Ce

_{dispositif expérimental}

_{permet : 1° d’augmenter}

considérablement le courant d’ioni-sation

_(les

mesures

_{électrométriques}

sont ainsi rendues

_{plus faciles;}

2° de

_supprimer

en

partie

les fluctuations dues aux

_particules

a

_parasites.

«

L’emploi

d’une telle chambre d’ionisation devait faciliter l’étude des neutrons et des rayons y émis par les corps

légers

irradiés par les

particules a (2).

En

effet,

le

_rayonnement

_{excité par les}

_{particules a}

du

_polonium,

dans le

_lithium,

glu-cinium,

bore...

etc.,

est

_{toujours complexe}

et se _compose

_{généralement}

d’un

_rayonnement

de nature

_{électromagnétique}

et de neutrons

_(particules

de masse voisine de 1 et de

_{charge 0).}

En

_remplissant

une chambre d’ionisation ordinaire de _{différents gaz à}

pression atmosphérique

on a vu

_qu’il

était assez facile

(dans

certains

_cas)

d’identifier ces deux sortes de

rayonnements

~1).

Les neutrons s’absorbant

principale-lnen

_{t par}

_projection

_{de noyaux, leur effet} est

_augmenté

dans une

_{atmosphère d’hydrogène,}

tandis

_qu’un

_gaz

lourd tel que

l’argon

absorbe

_plus

_{facilement le}

rayon-nement _y

_{(effet Compton).}

Le but de cet article est

_d’exposer

la réalisation et le fonctionnement d’une chambre d’ionisation à pres-sion élevée reliée à un électromètre sensible de

Hoffmann.. ,

Dispositif

expérimentale. -

La chambre d’ioni-sation

_(fig.1)

se _{compose essentiellement d’un}

_cylindre

d’acier de i cm

d’épaisseur,

_6,5

cm de diamètre inté-rieur et de 20 cm de hauteur. La base

_inférieure,

sur

laquelle

sc fixe l’électrode collectrice isolée se visse sur le

_cylindre,

et l’étanchéité entre ces deux

_pièces

est

assurée par un

_{joint métallo-plastique.}

L’électrode

centrale est soudée au bouchon d’ambre

_conique

au

moyen de

piscéine,

et avec la même substance on fixe ce bouchon isolant sur la chambre. Le

_système

d’ali-mentation se _{compose d’un}

_tube,

_{fermé par} un robinet Hg. 1.

à

_pointeau,

vissé dans la

_paroi

latérale de la chambre.

Un manomètre monté sur ce tube

_indique

la

_pression

du gaz.

Les essais à la

_pression

ont eu lieu au laboratoire du Conservatoire National des Arts

et

_Métiers,

et ont été

concluants,

aucune fuite ne s’étant révélée pour une

_pression

de 90

610

En raison du

_poids

élevé de la chambre on ne

_pouvait

_{pas la}

_placer

directement sur la tête de l’électromètre Holiniann. Ces deux

_parties

_{devant être reliées par} un

_dispositif

souple

et étanche on a

_prolongé

le raccord

_conique

_{des chambres ordinaires par}

_un,tube

métallique spécial

« Résisto »

_(*).

Variation du courant d’ionisation avec la

_{pression. -}

Dans leurs recherches sur

la

_variation,

en fonction de la

_pression,

du courant d’ionisation dû : soit au

_{rayonnement y}

émis par les substances

radioactives,

soit au

_rayonnement

_cosmique,

tous les auteurs

_déjà

cités constatèrent que, contrairement à ce _{que l’on}

_attendait,

l’ionisation n’était pas

propor-tionnelle à la

_pression

et semblait atteindre une valeur maximum vers 130-140

atmosphères.

Downey (l)

expliqua ce

phénomène

en attribuant aux

_{rayons fi}

_{secondaires émis par les}

parois

1 ionisation

_principale;

au fur et à mesure _{que la}

_{pression augmente,}

ces

_{particules ~}

deviennent de

_plus

en

_plus

_efficaces,

_et,

_pour une

_pression

_suffisante,

elles sont

complète-ment _{absorbées dans le gaz; le courant d’ionisation} est alors maximum.

L’explication

donnée par A. H.

Compton (’) paraît

cependant beaucoup

plus

vraisem-blable.

_D’après

cet auteur ce défaut de

_{proportionnalité}

serait dû à un _{manque de}

satura-tion. L’électron

_expulsé

de la _{molécule par} un

_{rayon ~}

ionisant

_perdrait

s’on

_énergie

initiale

avant de s’ètre

_déplacé

assez loin de l’ion

_positif

_pour

_échapper

à l’effet de son action

élec-trostatique.

D’autre

_part

_{l’agitation}

moléculaire

_augmente

avec la

_{température,}

l’électron est entraîné

_plus

_{vite ~et par suite à haute}

_température

la recombinaison doit être moindre. Les faits

_{expérimentaux}

suivants sont en bon accord avec cette théorie :

a)

Des mesures

_comparatives

faites avec les _{rayons y} des substances radioactives et

avec les rayons

_cosmiques

montrent que le maximum d’ionisation est. atteint pour la

même

_pression

_{du gaz. L’ionisation due} aux

_{particules ~}

_{étant à peu}

_près

_{indépendante}

de leur

_vitesse,

et _{les parcours de} ces

_{rayons ~}

excités dans les

_parois

_{par les rayons}

_cosmiques

étant

_beaucoup

_plus

_grands

_que ceux

_qui

sont

_produits

_{par les rayons y, il} en _{résulte que}

dans ce dernier cas on devrait atteindre le maximum d’ionisation à une

_{pression beaucoup}

plus

basse.

b)

Broxon

₍₁₎

montra _{que la relation}

_{ionisation/pression}

_{est à peu}

_{près indépendante}

du diamètre de la chambre.

c)

Le courant d’ionisation mesuré avec une même tension

_augmente

avec la

_{température.}

Résultats

expérimentaux. - 1°

Sources de radiations. - Nous _avons utilisé _comme source _{de rayons y,} un étalon de sel de radium de 10

_microgrammes

filtré

_{par 2}

cm de

plomb.

Les neutrons _{étaient émis par} une

_pastille

de

_glucinium

irradiée

_{par les}

_rayons d’une très forte source de

_polonium

de 150

millicuries,

Pour _{diminuer l’effet du} rayonne-ment _y

_accompagnant

les neutrons on _{filtrait par}

_4,5

cm de

_plomb.

2° La chambre d’ionisation a été

_remplie

successivement

_{de’plusieurs}

_{gaz :}

Hydro-gène-Azote Argon.

On a

_fait,

pour chacun

d’eux,

varier la

_pression

de 1 à 30

_{atmosphères,}

et,

les conditions

_{géométriques}

restant

_toujours

les

_mêmes,

on a éf,udié comment variait le courant d’ionisation dû au

_rayonnement

_{y du radium} et au

_rayonnement

_{complexe ~Po}

₊

_Be).

Les résultats obtenus

_{sont indiqués}

sur la

_figure

2.

_D’après

l’allure

_générale

des courbes relatives à l’ionisation par les rayons y, on _{voit que le manque de}

_{proportionnalité signalé}

est bien un fait

_général,

_cependant

ce

_phénomène

est nettement moins

_important

_pour

_l’argon.

Au

_point

de vue

_technique

nous avons observé

_qu’à

_chaque

_changement

de _la pres-sion du gaz dans la chambre, il fallait attendre un

_temps

assez

_{long (~}

à 3

_heures)

avant

d’obtenir un courant d’ionisation stable.

j*) Le « résisto » est un _tayau entièrement _métallique, d’une seule _pièce venue d’un tube étiré; il se

présenté comme une succession de spires ondulées Fabriquée en tombac _{(alliage spécial} de cuivre), sans

joints d’amiante, ni de caouchouc, sans aucune soudure ni _agrafes. Etanchéïté _{parfaite pouvant supporter}

Par suite de

_{l’agitation}

_{du gaz, des}

_poussières

entraînées...

etc.,

il devait se former de gtos ions ou des centres de combinaison

_expliquant

les _{grosses Îluctualious}

enregis-trées ~

_(~).

Fig . 2. I y Ra Hydrogène. H yRa Azote. III _{y Ra Argon.} 1 Pô + Be Hydrogène. 2 Po+Be Azote. ,3 Po + Be APgon.

Discussion des résuttats. - Les résultats les

_plus

intéressants sont ceux relatif

l’argon

et à

_{l’hydrogène.}

1°

_Quand

la chambre d’ionisation est

_{remplie d’argon,}

le courant du

_{rayonnement y}

de l’étalon de radium

_augmente

dans de fortes

_{proportions lorsqu’on}

_{passe de} t à 30 atmo.

sphères :

~ - ~ ~ .

Quant

au

_rayonnement

_{complexe (Po}

₊

_Be)

il varie un _{peu moins}

_rapidement

;o atmosphères

, .... .

= 17,

ce résultat nous

_indique

_{qu’une partie}

au moins de ce

rayon-(Po+Be) 1 atmosphère

p

ment _{n’est pas de nature}

_{électromagnétique.}

(*) Dans une note récente _(1er mai ₁₉₃₃₎ parue quanâ cette publication était en cours, J. J. Hopfjeld, Phys. Rev., 43 (1933), 675; publie les résultats qu’il a obtenus avec une chambre d’ionisation remplie d’argon et d’azote sous _pression. Ceux-ci sont en excellent accord avec les nôtres.

1. Nécessité d’attendre plusieurs heures _après le _remplissage de la chambre pour commencer les mesures.

2. Plus lente recombinaison des ions dans _{l’argon, et,} par suite plus grande proportionnalité de la relation _{ionisation/pression.}

3. Ionisation relative due aux rayons y du radium dans l’azote et dans l’argon un _parfait accord

J. J. Hopfield

donne Jargon "30 atmosphères

= 04 nous trouvons pour le même i,appoi,t ? ,0 1 .

612

Une étude

_{complémentaire}

de ce dernier

_phénomène

_permet

d’affirmer que l’ionisation

dans

_l’argon

est bien due aux

_{rayonnements y}

et neutrons associés

_O.

Si nous

_désignons

par

IAV

le courant d’ionisation mesuré vers

_l’avant,

c’est-à-dire dans la direction des

parti-cules a incidentes

_{qui frappent}

la

_pastille

de

_glucinium,

et _par

_IAR,

le courant mesuré vers

l’arrière,

c’est-à-dire

_lorsque

la source est retournée au-dessus de la

_chambre,

ou obtient alors les

_rapports

suivants :

IAV---

1,53;

le

rayonnement

(Po

+

Be)

étant _{filtré par}

2,5

cm de

_plomb,

et

_{= 9,38}

AR

"

4R

lorsqu’on

filtre ce même

_rayonnement

_par un

_cylindre

de

_paraffine

de de 4 cm hauteur.

Ces résultats

_indiquent

la

_présence

certaine de neutrons.

Pour le

_rayonnement

_complexe

_(Po

₊

_Be),

le même

_phénomène

est

_observé,

_{tandis que} pour celui du fluor l’ionisation due aux neutrons

_(chambre

_pleine

_d’argon)

est certainement très faible.

2° Les mêmes séries

_{d’expériences}

sont

_reprises,

la chambre d’ionisation étant

_pleine

d’hydrogène.

L’ionisation due au

_{rayonnement y}

du radium est alors très

_faible;

son

inten-...

730

atmosphères

sité croit avec la

_pression

suivant le

_rapport

iH 30 atmosphères -

16;

avec la source de

IH

1

_atmosphère

’

neutrons

_(Po

₊

_Be)

le courant

_{augmente plus}

_rapidement

et le

_rapport

devient

J’H 28

_{atmosphères _}

33.

PI,

1

_atmosphère

3° Avec la chambre

_remplie

d’azote,

les valeurs _{obtenues pour le} courant dïoni:-ation

sont intermédiaires entre celles relatives à

_l’argon

et à

_{l’hydrogène.}

Conclusion. - Cette étude du fonctionnement de la chambre d’ionisation à

_pression

élevée montre le

_grand

_avantage

d’un tel

_dispositif.

Pour l’étude du

rayonnement ;

des corps radioactifs et de celui émis par les corps

légers

bombardés

_{par les particules}

(1., il y a lieu

_d’employer

_l’argon

sous

_pression,

tandis que pour l’étude des neutrons il est

préférable

d’utiliser une chambre

_{remplie d’hydrogène}

à 3D

_{atmosphères.}

Ce travail a été effectué à l’Institut du Radium à Paris. J’adresse mes remerciements

sincères à Mime P. Curie _{pour les}

_{quantités importantes}

de matières radioactives

_qu’elle

a

mises à ma

_disposition.

Je remercie tout

_{particulièrement}

et M. Joliot-Curie

_qui

m’ont

proposé

ce

_travail,

et me l’ont facilité par les nombreux conseils

_qu’ils

n’ont cessé de me

donner.

Je remercie encore la fondation

_{Carnegie-Curie}

_qui

m’a fourni la

_possibilité

matérielle de

_poursuivre

ces recherches.

’

Manuscrit reçu le 10 août 1933.

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