Recherches sur la matérialisation de l'énergie des rayons β

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Recherches sur la matérialisation de l’énergie des rayons

β

M. Monadjemi

To cite this version:

RECHERCHES SUR LA

MATERIALISATION

DE

L’ÉNERGIE

DES

_{RAYONS 03B2}

Par M. MONADJEMI.

Sommaire. 2014 Expériences sur la matérialisation de l’énergie des _{rayons 03B2} effectuées en concentrant les électrons par la méthode de la trochoïde. Les résultats sur la matérialisation de _l’énergie des rayons 03B2,

ainsi que la section efficace de la matérialisation sont en accord avec ceux obtenus par _Skobelzyn et

Stepanowa et par Da Silva. D’autre part il a été constaté qu’à masse _{superficielle égale. le rendement pour}

la création de _paires est du même ordre de _grandeur dans le cuivre _que dans _{l’aluminium;} la _probabilité de matérialisation serait donc proportionnelle à Z et non à Z2 comme prévoit la théorie.

Pour le _rapport du nombre de _positons naturels au nombre de négatons émis par des corps radioactifs, nous avons trouvé 2 à 3. 10-3

pour RaBr2 est 3 à 4. 10-3 pour Th (B + C).

.

Introduction. - L’étude

_théorique

et

expérimen-tale de la création de

_paires

d’électrons

_(positons

et

négatons)

lors du passage des

rayons 3 et y

à travers la matière a été

_déjà

faite par différents auteurs.

On sait que les rayons y d’une

énergie plus grande

que 106e V

(énergie correspondant

à la

matérialisation)

peuvent

se matérialiser dans le

_champ

d’un noyau, en

donnant un

_négaton

et un

_{positon :}

la matérialisation

de

_l’énergie

des

_{rayons p}

d’une

_{énergie plus}

_grande

que 106eV est

prévue

par la théorie mais avec une

pro-babilité

beaucoup

plus petite

que celle des rayons y de même

_{énergie (11.}

Les

_expériences

faites sur la maté-rialisation des rayons ; sont en accord avec la théorie.

Au

_contraire,

_{l’expérience}

de Skobelzin et

Stepa-nowa

₍₂₎

sur la matérialisation des

_{rayons fi}

faites

avec

la chambre de Wilson

_indiquait

pour la section efficace de la matérialisation des

_i-avons

une valeur cent fois

plus grande

que celle des rayons y ; d’autre

part,

ils ont

reconnu

_qu’à

nombre

_égal

d’atomes

absorbants,

la pro-babilité moyenne de

production

des

_positons

_{par les}

particules

dont

_l’énergie

est

_comprise

entre 1 et 3 mil-lions de volts est

_{proportionnelle}

à Z

_(nombre

ato-mique

de l’écran

_employé)

et non à Z2 comme le

_prévoit

la théorie.

L’étude

_entreprise

_par

_Marques

Da Silva

₍₁₎

_{par la} chambre de wilson a _{montré que la section efficace de}

l’atome de

plomb

déterminant la

_probabilité

_moyenne de

_production

des

_positons

est

_8.10-23,

environ la moitié de celle trouvée par

Skobelzyn

et

_Stepanewa

et 40 fois

_{plus grande}

_{que la valeur}

_théorique

_{trouvée par} Bethe et Heitler

_(~1)

_{pour les rayons} y de même

énergie ;

Da Silva a aussi trouvé

_qu’à

masse

_{superficielle}

_égale

le rendement pour la

production

de

_paires

dans l’alu-minium est du même ordre de

_grandeur

_{que dans le}

plomb,

ce

_qui

montre _{que la}

_probabilité

de la matéria-lisation serait bien

_{proportionnelle}

à Z. Ces résultats (1) J. R. ÛPPElBHEUIER et M. S. PIBSSET. _{Phys. Rev., 1933, 44,} p. 53.

(2) J. _Phys., 1~3J, P. 1, 6.

(3)DA SILVA. C. R., 1936, 22, p. 2070.

(1) Proc. _{Roy. Soc.,} 1934, 145, p. 83.

n’ont pas été retrouvés par d’autres auteurs travail-lant avec des

_compteurs

_(’).

Benedetti concentrant les électrons dans un

comp-teur avec la méthode de la trochoïde

₍₂₎

a _{trouvé que}

si,

à

_part

la matérialisation des _{rayons y,} un autre

phé-nomène donnant naissance à des

_positons

existe

(maté-rialisation de

_l’énergie

_{des rayons}

_~),

il est

d’impor-tance _{moindre que celui}

_provoqué

_{par les rayons 1 et}

n’est pas décelable dans ses mesures. Alichanow et

ses collaborateurs utilisant la méthode de focalisation n’ont pas pas pu, non

_plus,

mettre en évidence la matérialisation de

_l’énergie

des

_rayons.

Il faut remarquer que ce _{n’est pas le seul}

_point

où un désaccord existe entre les résultats

_{d’expérience}

obtenus par la méthode de la chambre de Wilson et les

compteurs.

En ce

_qui

concerne le

_rapport

du nombre de

_positons

_{naturels émis par} une source radioactive au nombre des

_{rayons ~}

le même désaccord se

mani-feste et dans le même sens. Les auteurs travaillant avec

les chambres de Wilson trouvent pour ce

_rapport

une

valeur 100 fois

_{plus grande}

_que celle trouvée _par Aiichanow et ses _{collaborateurs et par Benedetti} en

utilisant des

_compteurs.

Sur le conseil de M. et Mme

_{Joliot-Curie,}

_{j’ai repris}

les

_expériences

de Benedetti dans le but d’éclaircir la

question.

D’abord

_{j’ai essayé}

_{d’augmenter}

le rendement de la méthode de la trochoïde en nombre de

_particules

arrivant sur le

_compteur

en tâchant d’éliminer autant

que

possible

les causes

_{d’absorption.}

Dans ses

expé-riences Beneditti a

_employé

une boîte en laiton en

forme de couronne circulaire située entre les

_pièces

polaires

d’un

électro-aimant,

et à l’intérieur de

_laquelle

était

_placée

la sonrce. Pendant les

_expériences

le vide

était fait dans la boîte.

Pour se rendre

_compte

si les

_parois

de la boîte n’étaient pas

responsables

d’une diminution de

rende-ment,

on

_compte

le nombre des

_particules

_quand

la

source est

_placée

dans la

boite,

contenant de l’air à la (1) BENEDETTI. J. _{Phys., 1936, p. 211 ;} AwcHANoiv, et ÁLICHANIA.S. J. _Phys., 1936, p. 163.

(2) THIBAUD, Méthode de la trochoïde.

_Phys.

_{Rev., 1934,} 45.

348

pression atmosphérique,

ensuite on

_compte

les

parti-cules,

ayant

supprimé

la boîte et laissant la source et

le

_compteur

dans l’air et dans la

_{position qu’ils}

occu-paient précédemment.

Nous avons _{constaté que le}

nombre des

_{particules compté}

da.ns le dernier cas était trois fois

_{plus grand,}

la diminution est due au _{fait que}

les électrons dont la direction est

_oblique

aux

_lignes

de force du

_{champ magnétique}

se

_rapprochent

des

_pièces

polaires

et décrivent des

_trajectoires

_{trochoïdales à pas} variable et

_qu’il

_y a à la fois rebroussement et

déca-lage

(1).

Si la boîte n’est pas assez

_large,

les

_particules

dans leur mouvement de va-et-vient heurtent les

_parois

et elles

_peuvent

être

absorbées;

cette

_absorption

a une

importance

plus grande

pour les

positons

que pour les

_négatons,

_{parce que ceux-là} sont en _{moyenne moins}

énergiques,

on

_comprend

donc que l’on

_puisse,

si on ne

prend

pas de

précautions,

trouver pour le

rapport

du nombre de

_positons

au nombre de

_négatons

une valeur

plus

petite

que la valeur réelle.

On a _par

_conséquent

_remplacé

l’ancienne boîte par une autre boîte

_{plus large}

dans la

_{partie qui}

contient la

trajectoire

des

_particules.

Nous avons choisi de

préfé-rence une boîte en _{aluminium pour éviter les troubles}

apportés

au

_champ

_magnétique

_{par le laiton. Le}

dispo-sitif

_{expérimental}

est

_représenté

_{par la}

_figure

1.

Fig. i.

L’appareil

est _{constitué par} une boîte en aluminium en forme de demi-couronne dont la

_{partie supérieure}

est

_élargie.

La source est

_placée

tout

_près

du bord des

pièces

polaires

(pour

avoir un

_{grand gradient),}

et on

peut

la

_déplacer

dans le sens du

_gradient

du

_champ

en

tournant le bouton B. Le

_rodage

E

_permet

de mettre des écrans sur le

_trajet

des

_particules.

Pendant toute la durée des

_expériences

le vide est fait dans la boîte

pression

de l’ordre de

t

mm

_Hg

l’appareil

est

(

100

j

placé

entre les

_pièces

polaires

d’un électro-aimant dont le diamètre de

_{chaque pièce}

_polaire

est de 20 cm. et

l’entre-fer de 4 cm. Le

_{champ magnétique}

à l’endroit (1) VILLARD. J. _{Physique, 1908,} p. 442.

où la source est

_placée

est de l’ordre de ~ .103 _gauss.

L’appareil

entier est isolé des

_{pièces polaires}

par les feuilles de bakélite et

_porté

_{à la même tension que celle}

du fonctionnement du

_compteur,

_{pour éviter les}

dé-charges

dans _{le gaz résiduel. Suivant le} sens du

champ

magnétique

on

_peut

faire arriver sur le

_compteur

soit des

_positons,

soit des

_négatons;

des écrans de

_plomb

assez

_épais

sont

_placés

sous la source et sous le

_compteur

pour

empêcher

dans

chaque

cas l’arrivée des

_particules

de sens contraire à celles

_qu’on

veut

_enregistrer.

Un bloc de

_{plomb protège}

le

_compteur

_{des rayons y.} Les

particules

arrivant sur un

_compteur

_{Geiger-Muller}

sont

enregistrées

à l’aide d’un

_système

dont la constante de

temps

est assez _{faible pour}

_pouvoir

_compter

propor-tionnellement

_jusqu’à

_{mille coups par minute. La}

pro-portionnalité

du

_système

est vérifiée par la

décrois-sance du

_dépôt

actif de l’actinium. La fenêtre du

compteur

est _{constituée par} une feuille d’aluminium de

30 V,. d’épaisseur

et de 5 mm X 18 mm de

dimensions,

qui

se trouve à l’intérieur de la

_boîte,

de

_façon

à recevoir les

_particules.

Avec ce nouveau

_dispositif

on a mesuré le

_rapport

du nombre de

_positons

naturels au nombre de

_négatons

émis par une source de RaBr2 en

_équilibre

avec ses

descendants à courte vie et par une source de Th

(B+C).

Pour mesurer des

_{rayons ~}

de Th

(B+C),

nous avons attendu

_{plusieurs périodes}

_{pour que la} source

décroisse. Nous avons

_trouvé,

_{pour la} source de

radium,

une _{valeur de 2 à 3.10-3 et pour le Th}

_{(B + C)}

3 à

4..10-3 ;

ces nombres sont eucore inférieurs à ceux

obtenus par la chambre de Wilson

(de

l’ordre de

_10-2),

mais ils sont dix fois

_{plus grands}

que ceux obtenus par

Benedetti et _{par Alichanow et} ses collaborateurs. Etude du

_décalage

de la trochoïde. --- Pour étudier le

_phénomène

de la matérialisation de

_l’énergie

des

_{rayons 5}

il faut

_placer

sur la source des écrans et

étudier les

_{positons qui}

_y

_prennent

naissance. Da Silva m’a fait _{remarquer que le résultat}

_négatif

des

expé-riences de Benedetti

_pourrait

être

_expliqué

par le fait que les

positons

créés dans l’écran étaient

_obligés

de traverser

_plusieurs

fois cet écran

_(à

cause d’un

_décalage

insuffisant de la

_trochoïde)

et

_pourraient

donc être absorbés avant d’arriver sur le

_compteur.

Ce

déca-lage x

est _{donné par la} formule _{ci-dessus établie par} :JI. Cartan

_(1).

r

~ v°

est le rayon d’enroulement en

_champ

uniforme w

Hr -

variation du

_{champ magnétique}

le

_long

d’un enroulement élémentaire. Nous

_appelons

enroulement élémentaire la courbe _{décrite par la}

_particule

entre

les deux instants les

_plus

_proches

où la direction de la vitesse se confond avec celle d’un _{rayon vecteur}

(fig. 2).

Fig. 2.

H= Champ

magnétique

au centre d’un enroule

ment.

En

effet,

nous avons calculé le

_décalage

_qui

était tel

_{qu’une particule}

était

_obligée

de traverser

_plusieurs

fois l’écran.

D’après

la

formule,

on voit que pour

_augmenter

ce

décalage,

il faut

_augmenter

le

_gradient

du

_champ

magnétique

pour la même valeur du

champ.

Pour

cela,

nous avons décidé de modifier la forme des

pièces polaires

et,

sur le conseil de M.

_Surugue,

nous

avons

_adopté

celle

_qui

est

_indiquée

à la

_figure

3. Avec

Fig. 3.

ces nouvelles

_{pièces polaires,}

nous avons étudié la

distribution du

_{champ magnétique qui}

est

_{représentée}

par la courbe de la

figure

4.

_D’après

cette

_courbe,

on

déduit pour le

gradient

du

_champ

dans la

_région

où il

est constant la valeur _{de 1 300 gauss par} centimètre. Avec cette valeur du

_gradient,

nous avons

_calculé,

au

moyen de la formule

précédente,

le

_décalage

de la trochoïde

_{correspondant}

à des

_particules

de

diffé-rentes

_énergies.

Ces calculs sont résumés dans le tableau I.

_D’après

le

_rapport

de

2013~

on voit

_qu’une

~ P

particule

ayant

une

_énergie

de 10E eV traversera en

moyenne une seule fois

_l’écran,

celle

_qui

a une

_énergie

de 5.103 traversera trois fois et enfin une

_particule

d’énergie

1 , 5 ,

i03 traversera six fois l’écran. ’

Fig.4.

TABLEAU 1.

Remarque. -

La formule de

_décalage

établie par L. Cartan est valable

_quand

F-

20132013’

est très

_petit

H

et comme ce _{n’est pas le} cas

_ici,

nous avons calculé le

décalage

en

_corrigeant

la formule

_{précédente.}

Enfin nous avons calculé le parcours total des

parti-cules et le nombre de

_{spires correspondant}

suivant les différentes

_énergies.

Le tableau II montre le résultat de ces calculs.

350

Matérialisation de

_énergie

des

_{rayons 8 de}

Ra

(B +

C).

- La _source

était constituée par une

am-poule

en verre à

_parois

très minces contenant du Br2Ra

_ayant

une intensité de 51 micro-Curie.

Nous avons

_placé

sur la source des écrans d’alumi-nium

_{d’épaisseur}

croissante pour observer l’effet de

la création des

_positons

dans cet écran. On

_sait,

à

cause _{du bombardement des écrans pir les}

_rayons

et y,

qu’il

y a création des

_positons

et en même

_temps

absorption

des

_positons

_qui

_y

_prennent

naissance. Pour

séparer

les deux

_{phénomènes,}

nous avons

_placé

les mêmes écrans sur le

_trajet

des

_positons

et loin de la

source. Les résultats de nos

_expériences

sont résumés dans le tableau III

et’la

_figure

5.

TABLEAU III. - Résultat de deux séries de _{mesures avec} les écrans

_chaque

série est mesurée

pendant

dix minlztes.

Fig. 5.

-Dans la

_{figure 3,}

la courbe 1

_{correspond à}

une série

d’expériences

qui

a été faite en

_plaçant

des écrans d’aluminium

_{d’épaisseur}

croissante sur la source. La courbe II

_correspond

à une série

_{d’expériences}

faite en

plaçant

les mêmes écrans sur le

_trajet

des

_positons

et

loin de la source.

Ces

deux courbes ne _{coïncident pas,} ce

_qui

montre _que

_lorsque

les écrans sont

_placés

sur

Fi,-. 6.

la source et subissent le bombardement des

_{rayons fi}

et y, il y a création de

_positons

dont le nombre est

donné par la différence des ordonnées des deux

Fig. 7.

courbes

_{(courbe III).}

La courbe IV

_correspond

à la matérialisation des _{rayons 1} et est obtenue de la même manière que la courbe III en

_comptant

le nombre de

entre cet écran et la source un écran de

_cellophane

assez

_épais

_{pour absorber les rayons}

_~.

La courbe

_V,

différence entre les courbes III et donne le nombre de

_positons

dûs à la matérialisation des rayons

~.

Sur cette

_eourbe,

le nombre de

_{positons augmente}

_jusqu’à

une

_épaisseur

de l’écran de

0,023

g par

cm-,

ensuite il décroît et s’annule aux environs de

0,13

g par em2. Nous avons

_remplacé

_{les écrans d’aluminium par des}

écrans de

_cellophane

et de cuivre. Les résultats de ces

deux séries de mesures sont donnés dans les

_figures

6 et 7.

D’après

ces

_résultats,

on voit

_qu’à

masse

superfi-celle

_égale,

_{le rendement pour la création de}

_paires

est du même ordre que dans l’aluminium et la

proba-bilité de la matérialisation serait donc

_{proportionnelle}

à

Z,

tandis

_{que la probabilité}

de la matérialisation des rayons y est

proportionnelle

à Zz.

Matérialisation de

_l’énergie

des

_{rayons ~}

de Th

(B

-~

C).

- La _source était constituée par _un fil d~e ~

TABLEAU IV. - Résultat de deux séries de mesures avec les écrans

Fig. 8.

cuivre de

_5/10

de mm de diamètre actiyé

_pendant

deux heures par le

dépôt

actif, de Th

_(B

_-~-

_C).

Nous avons fait une série

_{d’expériences}

avec

l’alu-minium,

le cuivre et la

_cellophane

exactement comme

dans le cas

_précédent.

Les résultats des

_expériences

pour la matérialisation de

l’énergie

des

_{rayons r}

du Th

1 v’

Fig. 9.

(B

-~-

C)

sont donnés

_dans~

le tableau IV et dans les

figures

8,

9 et 10. On

voit que

les résultats des

expé-riences obtenus avec la source de Th

(B+C)

sont

analogues

aux

_précédents

en ce

_qui

concerne la maté-rialisation de

_l’énergie

de rayons

8.

Fig. 10.

multi-352 D.

pliant

toutes les abscisses _{des courbes obtenues par}

quatre,

ce

_qui

_estjustifié

_{par le fait que les}

_particules

traversent 4 fois en _{moyenne l’écran.}

Dans nos

_expériences

_pour

_chaque

série de mesures,

le mouvement propre est mesuré

pendant

15 min. Emission des

positons

naturels et mat6rialisa-tion de

_l’énergie

des

_{rayons ~}

de l’uranium X et

de l’actinium. - Nous _avons fait des

expériences

analogues

avec des sources de et d’actinium

accompagné

de ses dérivés. En ce

_qui

concerne

l’émis-sion des

_positons

_naturels,

nous avons trouvé

_quelques

positons

pour la source d’uranium

_X,

mais en ce

_qui

concerne la matérialisation de

_l’énergie

des

_rayons

pour les deux sources, nos résultats étaient

_négatifs.

Ces résultats sont dus au _{fait que la}

_{majeure partie}

des

rayons

de U X et des dérivés de l’actinium n’ont pas

une

_énergie

suffisante pour créer les

_{paires. Pour UX,}

l’émission

_{dequelques positons}

naturels

_peut

être attri-buée à la matérialisation interne d’un

_petit

nombre de rayons y

d’énergie supérieure

à 10e eV. Pour le

rapport

du nombre de

_positons

naturels au nombre de

_négatons

_{émis par}

_{l’uranium X,}

nous avons trouvé

7.

_{iO2013" ;}

Lecoin travaillant avec la chambre de

_Wilson,

a trouvé un

_rapport

dix fois

_plus

_grand

_{que celui que}

nous avons

_trouvé,

ce

_{qui justifie,}

comme nous l’avons

remarqué

précédemment,

que tous les résultats

obte-nus _{par la chambre de Wilson sont dix fois}

_plus

grands

que ceux _{obtenus par} la méthode de la

tro-choïde ;

pour la source

_{d’actinium,}

ce

_rapport

est au

moins inférieur à 10-7.

Calcul de la section efficace. - Nous _avons cal-culé la section efficace de l’atome d’aluminium en

comptant

le nombre total des

_négatons

donnant

nais-sance à des

_paires

et _{calculant le parcours de ces}

néga-tons ;

dans le cas des

_rayons~

du radium

_{S=Z,06.10-~3;}

et pour les

rayons ~

du thorium S --_

_1,

7.10"~.

Je tiens à remercier ici M. Debierne d’avoir bien voulu

_m’accepter

au laboratoire _{Curie ainsi que} et M. Joliot-Curie de l’intérêt bienveillant

_qu’ils

n’ont cessé de me

_témoigner

et des conseils

_qu’ils

_m’ont

pro-digués.