Sur l'absorption des rayons bêta des radioéléments

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Submitted on 1 Jan 1938

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Sur l’absorption des rayons bêta des radioéléments

M.-E. Nahmias, L.I. Schiff

To cite this version:

SUR L’ABSORPTION DES RAYONS

BÊTA

DES

RADIOÉLÉMENTS

Par M. M.-E. NAHMIAS.

Laboratoire de Chimie nucléaire du

_Collège

de

_France,

et M. L. I. SCHIFF.

U. S. National Research Fellow. Université de

_Berkeley

_{(Californie).}

Sommaire. 2014 Les auteurs établissent une méthode de mesure _{d’absorption} des _spectres béta _qui tient compte de certaines corrections nécessaires. Ils confirment leurs calculs par quelques expériences sur des spectres de radioéléments artificiels. Ils signalent un _{rayonnement 03B3} de l’ordre de 100 keV émis par le radioargent 22 sec. Il y aurait plus de 10 _{quanta par béta émis.}

Dans une note

antérieure,

l’un de nous

_(~)

a

_signalé

l’intérêt

_qu’iI

y aurait à connaître les valeurs

approxi-matives de

_l’énergie

maximum limite des

_spectres

respectifs

d’un très

_grand

nombre de radioéléments

parmi

les 2~0

_déjà

découveris. Ces évaluations

permet-traient de

_placer

les

_{points représentatifs}

correspon-dant à

_chaque

radioélément sur les différentes droites de

_{Sétrgent (1)}

et ceci

_pourrait

mieux faire

_comprendre

certains

_aspects

du

_problème

des

_{désintégrations}

béta. La mesure de

_{Ern peut}

être faite soit à la chambre

Wilson,

soit par la méthode

d’absorption soit

par la méthode de focalisation

_magnétique,

avec un

comp-teur

_(~1)

ou deux

_compteurs

_{Geiger-àlullb1-,}

en coïnci-dence

_C’).

Ces mesures,

_{particulièrement}

celles à la

chambre Wilson sont

_longues

et

_quoique,

à

_priori,

elles doivent

_présenter

de nombreux

_avantages,

_per mettant de déterminer avec

_précision,

nombreuses

sont les contradictions dans ce _{genre de}

travaux,

sur-tout dans le cas où l’on utilise des couches radioactives relativement

_épaisses,

à cause de l’étalement du

_spectre.

Il nous _{semble qne pour atteindre} une bonne

approxi-mation et avec

_beaucoup

moins de

travail,

la méthode

d’absorption,

concluite en

_prenant

certaines

précau-tions, peut

très bien être

_employée.

Des erreurs

_{grossières (6)}

_peuvent

être commises sur les coefficients

_{d’absorption}

des

_spectres

béta

_lorsqu’on

ne _{tient pas suffisamment}

_compte

de certaines cor-rections.

Nous avons

_repris

ce

_problème

et sommes arrivés a bien le délimiter.

Considérons un

_{compteur cylindrique.}

Autour de ce

compteur

plaçons

des

_cylindres

absorbants

_{d’épaisseur}

croissante. Finalement autour de ce

_système

nous

pla-c;erons une source radioactive

_{cylincirique,}

émettant des _{électrons Bque} nous dénommerons «

_{ible » ) (fig.}

_1).

Si la

_période

de

_{désintégration}

est

_{grande (supérieure}

à

_quelques

dizaines

_de

_{minutes par}

_exemple),

on fera varier

_{l’épaisseur}

d des absorbants

_pendant

la durée

d’une même décroissance. Si la

_période

est inférieure

à

_quelques

minutes on effectuera dans des conditions iden

_{tiques plusieurs}

activations de la cible

_(cas

de radio-acUvité

_{artificielle)}

et on fera autant de courbes de décroissance avec à

_chaque

fois un absorbant différent.

L’absorption

étant

_{exponentielle,}

les droites

logarith-niques (1)

d’absorption

seront

_extrapolées

vers

_l’origine

des

_lemps

et les valeurs de

_(log.

_/)

pour t

= _{0 seront}

portées

sur un

_diagramme

en fonction de 1

_{épaisseur d.}

Fig. 1.

Considérons le

_problème

de

_{l’absorption}

en ce

_qui

concerne la

_géornétrie

de

_{l’expérience.}

De

_chaque

_point

de la cible radioactive

_partiront

des rayons sous tous les’ °

angles

et aboutiront ou non au

_compteur.

Nous allons traiter pour

simplifier

le

_problème,

le

cas" de

comp-teurs,

absorbants et cible de forme

_sphérique

et nous passerions ensuile au cas des

_cylindres.

_Appelons

~~ le

rayon du

compteur, s

son

_épaisseur

_(voir

_fig.

_t)

_{et (J-3} son coefficient

_{d’absorption ;}

d

_{l’épaisseur}

variable de 1 absorbant et ~2 son coefficient

d’absorption ;

enfin p

l’épaisseur

de la cible et li, son coefficient

_{d’absorption.}

D’un

_point

A de la cible un _rayon est émis et vient aboutir au

_point

B sur la surface du

_compteur

Soient

m et 0 les

_angles

_{que fait} cette direction AB avec les normales en A et en B. On a les relations

suivantes,

avec

_1,

comme nombre de

_particules

de la cible

141

active par sec et _{par cm3 et ilrcomme} nombre de

parti-cules à

arrivant sur le

_compteur

_{par seconde :}

posons y _-_- sin 8 et

intégrons

_par

rapport à p :

1

Prenons une cible très

_{mince 1)}

et des

absor-i

bants

_légers,

par

exemple

l’aluminium,

ain-d

_qu’un

compteur

à

_paroi

d’Al. V2 == _p..3 et nous

_appelons

alors d

_{l’épaisseur}

totale de l’absorbant et du

_compteur

(s «

0).

Posons

_{aussi y}

==

_y2

_{et nous avons :}

Faisons maintenant d

₊

_p « r

_(dans

les

expé-riences décrites

_plus

loin

dans les tables smithsoniennes _par

_exemple.

On tire

encore :

comme « on a :

où A =n 4 -z r’ snrface du

_compteur

_sphérique.

Cette valeur de N est sous-estimée à cause de

compteur

soit

_grande

par

rapport

à son _{rayon. On} a donc enfin :

Les courbes de la

_{figure 2}

_{représentent,}

l’une

_(I)

une

exponentielle simple,

l’autre

_{(II) l’expression}

de A’. Il suffira donc de

_porter

sur un

graphique

I =

f (d)

en ramenant les ordonnées à un maximum de 1000 et les abscisses à une échelle telle que la courbe

expérimen-tale coïncide avec

_{l’expression}

de N telle

_{qu’elle figure}

en II. On aura ainsi la courbe

_{exponentielle}

_(I)

vraie de

_{l’absorption}

du

_spectre

bêta. De cette courbe on déduira le coefficient

_{d’absorption.}

Bien

entendu,

on _{admet que} l’émission _gamma

_qui

pourrait

accompagner l’émission bêta n’est pas très

importante.

Vu l’efficacité très faible d’un

compteur

à

paroi

mince pour les

quanta

gamma cette restriction n’est pas sérieuse. Dans le cas d’ailleurs où l’émission gamma est

_importante,

la courbe

_{d’absorption}

est si visiblement

dénaturée,

comme nous le verrons dans le

cas du

_radioargent

22 sec

_{(fig. 7), qu’il n’y}

a _{pas de}

mesure

_possible

sur le coefficient

_{d’absorption}

_{et par}

conséquent

pas d’erreur

grossière

commise,

mais il est

_possible

ainsi de mettre en _{évidence des} rayonne-ments gamma inconnus

jusqu’ici (cas

du

_radioargent

22

_sec).

Il est évidemment aisé

_d’imaginer

_{des corps} émetteurs de rayons bêta et de

photons

de telle

_énergie

et en

_proportion

_{telle que les} mesures soient faussées

sans _{que la}

_perturbation

due aux

_photons

soit bien

apparente.

Les cas de coïncidence de ces conditions doivent être rares et _{moins à craindre que} ceux où il y a émission

_complexe

de deux

_spectres,

comme _par

exemple

dans le cas du radiochlore.

Bien que

restrictive,

la méthode

_{d’absorption,}

con-duite comme nous venons de la

_décrire,

donne des résultats assez satisfaisants et immédiatement utilisa-bles. Elle

présente

en outre un

_avantage,

_{celui de} per-mettre l’étude du

_{problème complexe}

de

_{l’absorption}

exponentielle

des

_spectres

bêta

_(i)

et aussi de mettre à

l’épreuve

la relation

_empirique

de Feather

_(8).

R = 0,s l i

E -

0,091

entre _{le parcours} R _{des rayons du}

_spectre

_exprimé

en

g/cln2

et leur

_énergie

maximum E,

exprimée

en MeV.

Puisque l’absorption

est

_{exponentielle}

on

_prendra

_pour R

_cinq

fois la valeur de

_{l’épaisseur qui}

fait décroitre

l’intensité de moitié

_(exprimée

en

_g/cm2)

et on aura ainsi un _{parcours par défaut.}

_Lorsque

ce nombre ne coïnciclera pas avec _{le parcours R mesuré}

_directement,

on en cherchera d’abord la raison soit dans une émis-sion

_complexe

de

_spectres,

soit dans un

_rayonnement

gamma

perturbateur.

Co ofirmations

_{expérimentales.}

Les

_expériences

suivantes ont été

_faites,

avec un

compteur

en Al de

0,1

mm

_{d’épaisseur, 4}

cm de

_long

et 1 cm de _rayon, Nous avons activé nos cibles avec

une source de 400 mC de Rn

₊

Be. La cible entourait la source et le tout était

plongé

dans la

paraffine.

Fig. 3.

Radioaluminium

2,6

minutes. - Courbe

figure

3,

Al

_{I /~}

-

0,1

cm, R î

_1,40

_g/cm2,

_E’~

_{> 3MeV. Les}

valeurs connues

_jusqu’ici

étaient :

Joliot (Chambre

Wilson) :

2,:~

MeV;

Cork (Idem) :

3,3

MeV;

Alichanov

(focalisation

magnétique) :

3 MeV. Le

_point

représen-tatif de ce radioélément se

_place

bien sur la

_première

droite de

_Sargent

_(’)

L = 0.

Fig. 4.

Radioargent

2,5

minutes. - Courbe

figure

4.

Al

_1/2

=

0,08

_om, 1,08

g/eml,

Em

_>

2,2

MeV.

Les valeurs trouvées par d’autres auteurs sont : Joliot

et Kowarski

(Chambre

Wilson) :

1,7

MeV;

Alichanov :

2,1

MeV. Se

_place

bien sur la

_première

droite de

Sargent.

Radiorho,lium

_(*)

44 secondes. - Courbe

figure

5. Al

1/2

=

0,075

_cm, R >

_{1,01 g/em", Em}

_>

_2,15

MeV.

143

Radiorhodium

_4,2

minutes. - Courbe

_figure

6. Al

_1/2

=

0,13 ~

_cm,

R >

g/cm2,

Em > 3,7

MeV.

Alichanov,

Alichanian et

_Dzelepow

_1’)

donnent une va-leur douteuse

_{d’aprèsles}

auteurs de :

~,1

MeV. Ce

radio-élément se place

sur la deuxième droite de

_Sargent

L =1.

Fig. 5.

Ces deux radioéléments du Rhodium sont très

pro-bablement dus au Rhodium 104

_{après capture}

d’un

neutron _par

_l’isotope

103 dont le

pourcentage

est

supériear

à 95 _{pour 100. Ils seraient donc isomères et}

l’un d’eux serait issu d’une transition interdite.

Fig. 6.

Radioargent

22 secondes. - .£ucune mesure n’est

possible

car la courbe

_{d’absorption}

_{(fig. 7) présente}

avec un absorbant de

_plus

de

_0,04

cm d’aluminium un accroissement au lieu d’une décroissance en fonction de

_{l’épaisseur.}

Cette anomalie atteint un maximum pour une

_épaisseur

de

_0,1

cm d’Al et décroît ensuite

symétriquement.

On

_explique

cette _{observation par le}

fait que l’efficacité du

compteur

en « _gamma ou

rayons X »

_augmente

à mesure _que

_répaisseur

des

absorbants

_interposés

augmente,

atteint un maximum

(saturation),

puis

décroît avec le coefficient

d’absorp-tion de cette radiad’absorp-tion. De cette décroissance

_{(fig. 8),}

on déduit en utilisant la formule

_empirique

de

_{Jaeger (1) :}

TÍ(en kV) ==

une

_énergie

inférieure à 100 _{keV pour} cette radiation. On évalue à

_plus

d’une dizaine le nombre de

quanta

émis pour

chaque désintégration

bêta.

Fig.

7.

On connaît actuellement

_{cinq radioargent.}

Le

radio-argent

110 : 22 sec; le

radioargent

108 :

2,5 min ;

les deux radio-isomères de

_l’argent

106 : 25 m

(seul

émet-teur de

_positrons)

et 8

_jours

et enfin un

_radioargent

non identifié de

_période

voisine de 3 h

_(10).

Ces trois derniers sont obtenus avec des neutrons très

_rapides

(Li

+

D)

au

_cyclotron

de Ann-Arbor. M. Pool

₍₁₁₎

Fig. 8.

trouve que le

radioargent

106 de

_{8 j}

émet environ 35

_quanta

gamma pour

chaque

désintégration

bêta et que le

radioargent

de a h émet 4

_quanta

_{par bêta.} On

voit encore mal le schéma

_{énergétique}

de toutes ces

transitions avec une telle abondance de raies gamma. Le

_phénomène

est toutefois à

_rappprocher

_des pre-mières

_expériences

faites

_{par Joliot}

et Kowarski

_(t2)

_qui

avaient

_signalé

la

_présence

_{de rayons gamma de très}

grande énergie

émis par

l’argent

bombardé avec des

neutrons de Rn

₊

Be ou Po

₊

Be.

Radioiode 25 minutes. - L’iode est

_déposée

_par

volatilisation sur une feuille de

nickel,

que l’on enroule

ensuite en

_cylindre.

Courbe 9. Al

1/2

=

_0,09

R >

gJcm2, E -

2,5.,MeV. Alichanov

et ses colla-borateurs trouvent E =

2,1

Ce radioélément se

place

sur la droite L = 0.

,

Fig. 9.

Radiodysprosium

2 5 heures. - I,a

_poudre

est tassée dans des cuvettes en duralum fixées sur la surface intérieure d’un

_cylindre

d’ébonite. Courbe 10. Al =

0,065

_cm, R >

0,88

g/CM2

E -

_1,5

3IeV.

Alichanov donne

E = 9 , ~

MeV. Le

_point

_{représentatif}

se

_place

assez

_près

de la droite L = 0.

Fig. 10.

Ces recherches seront

_poursuivies

sur d’autres radioéléments

_produit

avec des sources intenses de neutrons

_lorsque

le

_cyclotron

du

_Collège

de France fonctionnera.

Manuscrit reçu le 5 janvier 1938.

BIBLIOGRAPHIE 1

(1) M. E. NAHMIAS.

_Phys.

Rev., 1937, 52, p. 666.

(2) Voir par ex : ALLAN MITCHELL. _Phys. Rev., 1937, 52, p. 1.

(3) DEVONS et NEARY. Proc. Cambr. Phil. Soc., 1937, p. 159.

(4) J. S. O’CONOR.

Phys.

Rev., 1937, 52, p. 303.

(5) ALICHANOV, ALIGHANIAN et DZELEPOV. _{Nature, 1935, 136, p. 257.} (6) Voir l’exemple cité dans M. E. NAHMIAS et R. J. WALEN. J. de

Physique. 1937. p. 156.

(7) Voir par exemple FOURNIER et GUILLOT. Coll. Actualités Scient. Edit. Hermann et Cie. Paris 1933, N°. 57.

(8) FEATHER.

_Phys.

_{Rev., 1930, 35, p. 1559.} (9) M. E. NAHMIAS. C. R., 194, 1932, p. 4811.

(10) POOL, CORK et THORNTON.

_Phys.

_{Rev., 1937,} 52. p. 380.

(11) M. L. POOL. Communication N° 21, p. 9 du Bull.

_Phys.

Soc. Chicago meeting. 26 11/37.

(12) C. R , 200, 1935, p. 826.

(*) Je remercie M. _{Jacquet qui} a bien voulu se _charger de