Etude de l'enregistrement des trajectoires de fragments de fission dans quelques substances solides isolantes

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Submitted on 1 Jan 1966

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Etude de l’enregistrement des trajectoires de fragments de fission dans quelques substances solides isolantes

Michel Maurette

To cite this version:

Michel Maurette. Etude de l’enregistrement des trajectoires de fragments de fission dans quelques substances solides isolantes. Journal de Physique, 1966, 27 (9-10), pp.505-512.

�10.1051/jphys:01966002709-10050500�. �jpa-00206435�

Par MICHEL

MAURETTE,

Laboratoire de

Chimie-Physique

^{de la} Faculté des Sciences de

Paris,

^Centre

d’Orsay.

Résumé. ²⁰¹⁴ On étudie au

microscope optique,

^{dans le}

^mica,

^{l’olivine et une matière}

plas- tique (makrofol), l’enregistrement

^{sous forme de traces} révélables _par

attaque chimique,

^des

trajectoires

^de

fragments

de fission ralentis dans l’air.

Après

^avoir constaté que dans chacun des solides

étudiés,

^les

fragments

^{ne sont}

plus enregistrés quand

^leur

énergie cinétique

^devient

inférieure à une valeur

critique

^assez

élevée,

^{on montre} que dans le mica les traces révélables

ne

peuvent

^être

produites

par le processus de

Brinkman,

ni par celui des «

pointes thermiques »

et que les mécanismes

responsables

^{de la formation des traces dans le mica et le makrofol sont}

probablement

différents.

Abstract. ²⁰¹⁴ We present

here,

^an

optical microscope study

^{of the recorded}

trajec-

tories of fission

fragments

slowed down

by

^{air 2014 and revealed as tracks}

by

^chemical

etching 2014,

in

mica,

olivine and a

plastic

^material

(makrofol).

^After

having

^{observed that for}

fragment

energy less than ^a

high

^critical

value,

the tracks do not form in any of these

solids,

^{it is con-}

cluded that in mica

they

could neither be

produced by

^{the Brinkman nor} the thermal

spike

process, and that the mechanisms

responsable

^{for the} formation of the tracks in mica and makrofol are

probably

^different.

I.

Introduction.

^-

Depuis

^les

premiers

^travaux

de Silk et Barnes

[1]

^{et de Price et Walker}

[2],

^on

sait _que les

trajectoires

d’ions lourds dans les solides isolants

peuvent

^{être observées sous forme de traces} soit au

microscope électronique,

^{soit au}

microscope optique après

^une révélation

chimique appropriée.

Sur la

figure 1,

^on

peut

^{voir les traces de}

fragmenta

de fission telles

qu’elles apparaissent

^en

microscopic optique,

^{dans un} échantillon de muscovite

attaqué

à l’acide

fluorhydrique.

Comme les

fragments

^{de fission cèdent au milieu}

qu’ils

traversent, _par unité de parcours, ^une

quantité importante d’énergie,

^{on admet}

généralement

que les défauts

qu’ils produisent

^{se forment en «} grappes » dont on ne connaît pas exactement le mode de for-

mation ; l’énergie

^{utilisée pour former ces} grappes

pourrait

^être celle transmise directement aux

noyaux

atomiques

par chocs

élastiques

^{- le méca-}

nisme le

plus

^souvent

invoqué

^{dans ce cas est celui}

proposé

par Brinkman

[3]

^{-, ou celle cédée aux}

électrons ^- ce second mode d’interaction conduit

en

particulier

^{au mécanisme des «}

pointes

^ther-

miques

^»

[4].

Si l’on montre que c’est

l’énergie

^{cédée aux élec-}

trons

qui produit

^{la trace, on} pourra éliminer le processus de

Brinkman,

^{mais il faudra se}

garder

^de

conclure alors nécessairement à la réalité du méca- nisme des ^«

pointes thermiques

^{», car dans ce} cas, d’autres processus, basés ^sur le modèle

proposé

par

Varley [5],

^{ont été}

invoqués

^{à deux}

reprises :

^tout

d’abord _par

Stiegler

^et

Noggle [6] puis

^{par Fleisher}

et al.

[7]. Cependant,

^{dans cette étude}

préliminaire,

nous n’avons considéré _que les modèles basés sur le processus de Brinkman ^et celui des ^«

pointes

^ther-

miques

», ^car contrairement aux modèles de

type

Varley,

^leurs

conséquences

^{sont décrites en détail}

et on

peut

^les comparer ^à de nombreux résultats

expérimentaux.

II.

Méthode d’étude

et

résultats expérimentaux.

- Fleisher et al.

[8],

^en bombardant des échantillons de muscovite et des feuilles de différents

plastiques

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01966002709-10050500

506

FIG. 1. ^- Traces révélées de

fragments

^de

fission,

^{dans un} cristal de

muscovite ;

^{échelle 10} u.

avec des ions lourds

accélérés,

^{avaient mis en évi-}

dence,

^dans chacun de ces

matériaux,

l’existence d’un seuil de

perte d’énergie

^par unité de parcours

(dE /dX)c (1) :

^toute

particule

^{dont la}

perte

^unitaire

d’énergie

^{dans un solide est}

intérieure

^{à la valeur}

critique correspondante

^né

peut

y donner de traces

révélables. Les ions les

plus

lourds fournis par l’accélérateur étaient des ions de

i8A qu’il

^était

difficile de ralentir avec sufl’isamment de

précision

pour leur

communiquer

^{des vitesses de} valeurs bien

déterminées,

inférieures à

celle,

vo,

correspondant

^au

maximum d’ionisation _propre aux cibles. Nous

avons alors _conçu une méthode

simple qui permet

d’estimer la

valeur

de

(dEfdX),

^{dans les solides}

trop

peu sensibles _pour

enregistrer

^{les ions en}

question (l’olivine

par

exemple),

^et d’étudier l’enre-

gistrement

^{des ions}

lourds,

^{vers la} fin de leur parcours, dans les substances étudiées.

Pour

cela,

nous avons bombardé des échantillons de muscovite

(KA13S’3012 2)

^d’olivine

(Si04MgFe)

ou de makrofol

[(C16H1403)n],

^{par des}

fragments

de

fission,

^émis par une source mince de

28~Cf

^et

(1)

^{Dans ce travail nous}

exprimerons

^les pertes ^d’éner-

gie

par unité de parcours

(ou

perte ^unitaire

d’énergie)

en

MeVJmg.rrn-2.

ayant

^{traversé des}

épaisseurs

^d’air connues, ^r. Nous

avons effectué cette étude au moyen du

dispositif représenté

^{sur la}

figure

^{2 : il est} essentiellement constitué d’une fente inclinée à 45° sur la source

de

2~~Cf ;

^il

permet,

^{avec un seul cristal cible}

posé

FiG. 2. ^-

Dispositif

d’irradiation.

courbes

1, 2, 3, représentées

^{sur la}

figure 3,

^nous

FIG. 3. ^- Courbes de transmission des

fragments

^de

fission dans l’air. Ces courbes ont été obtenues en

utilisant différents détecteurs : un cristal d’oli- vine

(li) ;

^un cristal de mica

(D) ;

^une feuille de makrofol

(0) ;

^{une chambre à} brouillard

( X ).

ont

permis

^tout d’abord d’évaluer un parcours

« moyen o

(2) critique

^dans

l’air,

^{re, au-delà}

duquel

les

fragments

^ne

produisent plus

^{de traces révélables}

(tableau I).

^{Nous avons} obtenu la courbe

4,

^{en inté-}

grant graphiquement

^les

histogrammes

^de

longueurs

des

trajectoires

^de

fragments

^{de fission dans}

l’air,

établis _par

Boggild

^{et al.}

[9]

^{au moyen d’une}

chambre à brouillard

remplie

^{d’air. Une telle inté-}

gration,

^en donnant la

proportion

^des

trajectoires

dont les

longueurs

^dont

supérieures

^ou

égales ^{à r,}

permet

^{d’obtenir une} courbe de transmission du

type

^{de celles}

portées

^{sur la}

figure 3 ;

^{mais cette}

courbe

^{serait relevée avec un} détecteur très sensible

capable

^{de déceler} des ions dont

l’énergie cinétique

serait

pratiquement

^{nulle. Le}

déplacement

^{très net}

de la courbe 4 par

rapport

^{aux courbes}

1, 2, 3,

suffit en lui-même _pour montrer que les

fragments

de fission ne sont pas

enregistrés

^{sur la totalité de}

leur parcours dans les trois solides étudiés.

Ensuite,

nous avons fait

correspondre

^{aux valeurs}

de 1-c les valeurs

critiques, ^Ee,

^de

l’énergie cinétique

des

fragments,

^en utilisant les courbes parcours-

énergie

établies par Fullmer

~10~,

pour les

fragments (2) Correspondant

^{à une} transmission de 50

%.

rence entre les

histogrammes

^de

longueurs

^{des traces}

dues à 252Cf et à 235U. La

comparaison

^{des valeurs}

de

Ec portées

dans le tableau

I,

^{montre nettement}

que les

fragments

^de

^fission,

^dont

l’énergie cinétique

est encore

élevée,

^{ne sont}

plus enregistrés

^{dans le}

mica,

^{le makrofol} et surtout l’olivine.

Finalement,

pour obtenir à

partir

^de

^Ex

^les

valeurs

(dE/dX)c figurant

dans le tableau

I,

^nous

avons fait les

approximations

suivantes :

a)

^dans

l’aluminium,

^{le mica ou}

l’olivine,

^les

pertes

^unitaires

d’énergie

^d’un

fragment

^{de fission}

de masse et

d’énergie données,

^{ont la même}

valeur

(3) ;

^en

multipliant

^{cette valeur par}

^1,7,

^on

obtient celle

correspondant

^{au makorofol}

(4) ; b)

^{la source} mince de 2~2Cf émet un

fragment

« moyen ^»

léger (Fml)

^{et un}

fragment

^« moyen ^» lourd

(FmL),

^{dont les}

caractéristiques

^sont peu différentes de celles des

fragments

^« moyens ^» émis

au cours de la fission induite de ~35U

(nous

^avons

déjà justifié

^cette

approximation).

^{Il est} alors pos- sible de déterminer dans les solides

étudiés,

^les

variations avec

l’énergie

^des

pertes

unitaires d’éner-

gie

^{de Fml et FmL}

(252Cf),

^en différenciant

graphi-

quement

les courbes

parcours-énergie

établies par Fullmer

[10],

^{pour les}

fragments

^« moyens o de

235U,

dans l’aluminium.

En

reportant

^sur la courbe finale les valeurs de

Ec,

on obtient directement une estimation de

(dEldX)~

dans le mica et l’olivine

(pour

^{le makrofol il suffit}

de

multiplier

la valeur obtenue par

1,7).

(3)

^{Nous avons}

justifié

^en

détail,

par ailleurs

[13],

cette

approximation.

(4)

^Le travail de

Segrè

^et

Wiegand [14]

^montre que le rapport ^des pertes ^unitaires

d’énergie

^des

fragments

^de

fission dans le collodion et l’aluminium a une valeur de l’ordre de

1,7 ;

^{cette valeur est}

pratiquement indépen-

dante de

l’énergie

^des

fragments.

Nous pensons que ^ces résultats ne seraient pas modifiés si l’on substituait le makrofol au collodion car la

composition chimique

^et

ces deux substances est peu différente. On peut ^d’ailleurs

retrouver cette même valeur de rapport, ^en utilisant les formules que Fleisher ^et al.

[8]

^ont

appliquées

^pour

déduire les valeurs des pertes ^unitaires

d’énergie

^d’ions

lourds

monoénergétiques

dans la muscovite et le makrofol.

508

TABLEAU I

CARACTÉRISTIQUES ^DE L’ENREGISTREMENT DES TRAJECTOIRES DE FRAGMENTS DE FISSION DANS DIFFÉRENTES SUBSTANCES

L’examen des valeurs

(dE/dX)c portées

^{dans le}

tableau 1 conduit aux conclusions suivantes :

a)

^{dans le}

mica,

^{le seuil de}

perte d’énergie

^ne

semble _pas

dépendre

^du

type

^{et de la vitesse de la}

particule

^utilisée pour le _{mesurer ;} il se manif este aussi bien à haute

énergie qu’à

^basse

énergie.

^En

effet la valeur que nous avons évaluée en utilisant des ions de faibles vitesses et de masses élevées ^- les

fragments

^{de fission -, est}

identique

^{à celle}

obtenue _par Fleisher et al.

[8],

^{y au} moyen d’ions de vitesses

beaucoup plus élevées,

^{et de masses ato-}

miques

rnoyennes

~i81~) ;

b)

^{par contre, pour le}

^makrofol,

^{la valeur} que

nous avons mesurée avec les

fragments

^{de fission est}

supérieure

^d’un facteur 4 à celle obtenue par Fleisher et al.

[8],

^{au moyen} d’ions lourds accélérés

(12C, 160, 2oNe), plus rapides

^et

plus légers

^{que les}

fragments

^{de fission. "}

III. Discussion des

résultats.

^- 111-1. VALIDITÉ

DES DIFFÉRENTS MÉCANISMES DE FORMATION DES TRACES DANS LE MICA. ^- 111-1-1.

Description

^{de la}

trace

primaire.

^- Nous pensons que la trace

primaire

est constituée de zones élémentaires de

dégâts

^-

que ^nous supposerons

sphériques

^-,

plus

^{ou moins}

espacées

^le

long

^{de la}

trajectoire

^de l’ion dans le

solide ;

^{elle n’est}

plus

^révélable

quand l’énergie

^de

l’ion devient inférieure à

E~.

Le diamètre de ces zones élémentaires doit être voisin de 30

Á.

En effet Price et Walker

(commu-

nication

personnelle)

^ont

attaqué,

^{clivé en lamelles}

très minces et observé en

microscopie électronique,

des échantillons de mica irradiés _{par des}

fragments

de fission.

L’attaque

^{initiale est très}

rapide ;

^en

moins d’une seconde la trace est transformée en un

canal dont la diamètre a une valeur de 30

À,

^cons-

tante le

long

^{de la}

trajectoire ;

^ensuite

l’attaque

^est

beaucoup plus

^{lente. Cette} discontinuité dans la vitesse

d’élargissement

^du

canal, permet

^{de fixer}

à 30

Á

le diamètre du ^« coeur » très

perturbé,

^très

réactif,

^{de la trace. Cette valeur a été} ultérieurement retrouvée par Beans ^et al.

[15], qui

^ont

^mesuré, pendant l’attaque chimique,

^la résistivité d’une lamelle de mica irradiée _{par des}

fragments

^{de fission.}

Pour que la trace soit

révélable, l’espacement

^des

centres de deux zones consécutives de

dégâts

^doit

être inférieur à une valeur

critique, ^1,

^{~ 100}

^A ( 5) .

Nous avons obtenu cette

caractéristique

^{en exami-}

nant des

photographies

^{de traces}

prises

par Price

et Walker

[16],

^{au cours d’une}

observation,

^en

microscopie électronique,

d’échantillons de mica

contenant des traces de

fragments

^{de fission}

qui

avaient subi une

guérison plus

^{ou moins}

complète,

par recuit

thermique. Initialement,

^{les traces} appa- raissent comme des traits noirs

continus ; après

^un

chauffage

^{de 80 minutes à 900}

^OC,

^{on sait}

qu’elles

^ne

sont

plus révélables ; cependant

elles continuent à être visibles en

microscopie électronique

^{sous forme}

de traits noirs

discontinus,

^{dont les}

séparations

moyennes,

h,

^{sont de l’ordre de 50}

^Á.

Nous pouvons donc faire

l’hypothèse

que les centres des zones

endommagées

^ne doivent pas ^être distants de

plus

de 100

Á,

pour

qu’une

^{trace soit} révélable. Cette valeur est une limite par

excès ;

^en étudiant la

guérison

^{des traces} par recuit

thermique,

^{nous avons}

montré

[171

que la moitié des traces révélables dis-

paraît après

^un

chauffage

^de 60 minutes à 500

°C ;

^à

cette

température

^{les zones de}

dégâts

^{doivent être}

moins

séparées qu’elles

^{ne le sont}

après

^un

chauffage

de 80 minutes à 900 °C.

,. 111-1-2. Validité du _processus de Brinkman. ^-

Evaluons l’énergie minimum, Emin,,

que devrait

posséder

^un

fragment

^de

fission,

pour

produire

^par

le processus de Brinkman ^{une zone} élémentaire de

dégâts

^{de 30}

^A

^{de diamètre. Si dans une telle zone}

tous les atomes sont

déplacés

^{de leur}

position d’équi-

libre

(6),

leur nombre est d’environ 1 000. _{En pre-}

nant un seuil de

déplacement

^{de 25} eV par atome, il est nécessaire _que dans

chaque

^{zone, le}

fragment

déclenche une succession de chocs nucléaires élas-

tiques

^{- en cascade -, au cours}

desquels l’énergie

utilisée _pour

produire

^des

déplacements

^{est de}

(5)

^On peut

comprendre qualitativement

l’influence de cet espacement

critique ;

^{si les zones} consécutives de

dégâts

^le

long

^{de la}

trajectoire

^sont trop

séparées,

^la

vitesse

d’attaque

devient discontinue et sa valeur moyenne

peut-être

^{très faible si}

l’attaque

^{du cristal non}

endommagé (qui sépare

^{deux zones} consécutives de

dégâts)

^{est très lente.}

(6)

^Cette

hypothèse

^{nous semble}

justifiée

par

l’attaque

extrêmement

rapide

^et

l’amorphisation complète [19]

^du

« coeur o de la trace.

ment de fission de 120 keV a un parcours résiduel de l’ordre de 300

A

dans l’aluminium. Ce _parcours doit être peu

différent

de celui

qui

serait observé dans le mica

puisque

les valeurs des

pertes

unitaires d’éner-

gie

dans le mica et l’aluminium sont sensiblement

égales ;

^{il est}

négligeable ;

^on

peut

^{donc considérer}

que si le processus de Brinkman était

valable,

^un

fragment

^{de fission}

possèderait toujours

^suffisam-

ment

d’énergie,

^{en « fin »} de parcours, pour

déplacer

tous les atomes dans une zone de 30

À

de

diamètre,

c’est-à-dire _pour

produire

^{une trace}

attaquable

^si

l’espacement

^{des zones} élémentaires de

dégâts

^est

inférieur à

il.

FiG. 4. ^- Courbes données par Killias

[21].

Nous allons maintenant déterminer

l’énergie Eo

au-delà de

laquelle

^on a l >

lc,

^en utilisant les courbes _que Killias

[21]

^{a obtenues en}

appliquant

les méthodes

proposées

par Brinkman. Ces courbes

(fig. 4),

donnent pour les

fragments

de fission

« moyens o lourds de

l’uranium,

^{le libre} parcours

moyen l,

^{dans l’uranium et le}

germanium,

^{entre deux}

chocs

communiquant

^au noyau de recul

primaire

une

énergie > ^Er,

^{en fonction du}

produit E . Er,

^où

E

désigne l’énergie

^du

fragment.

Nous n’avons _pas

entrepris

1 calcul de la courbe

;l(E . Er)

^{pour le}

mica ;

mais on

peut

s’attendre à ce que ^cette

courbe,

^du

traces ne sont formées _que

lorsque l’énergie

^des

fragments

^est

supérieure

^{à 20}

^{MeV ;}

^{nous ne} pouvons donc

adopter

^{la théorie} de Brinkman. Il est inté- ressant de noter que ^cette conclusion ne

peut

^être

modifiée,

^{même si l’on} suppose que

ou si l’on admet

qu’un

^{atome sur cent seulement}

est

déplacé

^{de sa}

position d’équilibre

^dans

chaque

zone élémentaire de

dégâts ;

^en

effet,

^{ces nouvelles}

hypothèses

conduisent toutes deux à des valeurs de

Eo (respectivement égales

^{à 400}

keV

^{et à 6}

MeV) qui

^sont

toujours

^très inférieures à

l’énergie

^maxi-

mum des

fragments.

Notre conclusion est d’ailleurs

compatible

^{avec le}

fait que Fleisher et al.

[7]

^{n’ont pas encore réussi à}

révéler des traces dans les

semiconducteurs,

^{en utili-}

sant des réactifs

qui

^font

apparaître

^les dislocations

sous forme de

figures

^de

corrosion ;

^{en effet si les}

chocs nucléaires

élastiques

^étaient

responsables

^de

la formation des traces, ^celles-ci devraient être observées aussi bien dans les isolants _que dans les semiconducteurs. Ces calculs ne

prouvent

pas que le processus de Brinkman

n’intervienne jamais ;

nous voulons

simplement

^dire

qu’il

^ne

peut donner,

dans un

isolant,

^le

type

^{de trace révélable} par

attaque chimique.

^{Il est} intéressant de noter

qu’il

existe une

expérience

^directe

appuyant peut-être

nos conclusions : à savoir _que les ions lourds ne

peuvent produire

^{des traces} révélables par le pro-

cessus de Brinkman que

lorsque

^leur

énergie

^est

intérieure

^{à une valeur}

critique,

^{faible. En effet}

Parson et Ballufi

[22]

^ont

^étudié,

^en

microscopie électronique,

^les

dégâts produits

^{dans des couches}

de

germanium amorphe,

par des ions

de xénon, auxquels

^on

peut

^{assimiler le}

fragment

^{« moyen »}

lourd ; chaque ^ion,

^dont

l’énergie pouvait

^être

choisie entre 20 keV et 160

keV,

^semble

produire

^une

trace courte, constituée d’une zone

cristallisée,

^dont

la

longueur correspond

^au parcours des

ions,

^et

qui

ne

peut

^se former que

lorsque l’énergie

^{des ions est}

inférieure

^{à 120 keV.}

111-1-3. Validité du processus des ^«

pointes

^ther-

miques

^{». -} Nous allons

simplement

^{montrer que}

510

les

arguments proposés

^{pour confirmer ou infirmer}

la validité d’un tel processus de formation des traces

dans le mica sont

trop

discutables _{pour être}

acceptés.

Dans le modèle

classique

^{des «}

pointes

^ther-

miques

^{», on}

peut

^montrer que le rayon de la trace

primaire,

^non

révélée, s’exprime

^au moyen d’une formule où intervient l’inverse de la racine carrée de la

température

^de

décomposition, ^Td. Bonfiglioli

et al.

[23]

^{ont étudié}

l’enregistrement

^des

fragments

de fission dans des variétés de micas

qui

^{ne diffé-}

raient essentiellement _que par les valeurs de

Td ;

^ils

trouvèrent que le diamètre des traces ainsi calculé était en bon accord avec leurs résultats

expéri-

mentaux ; ceci

prouverait

^{la validité} du modèle.

Par contre, Price ^et Walker

[16], qui

^avaient

répété

cette

expérience

^{en utilisant une}

plus grande

^variété

de

micas,

^{dans des} conditions

expérimentales plus soignées,

^{ont trouvé des résultats tout à fait diffé-}

rents : le diamètre des ^traces est

indépendant

^de

^Td.

Depuis,

^{leurs résultats ont été} confirmés : Bowden

et

Montagu-Pollock [24]

^{ont constaté} que dans les cristaux très instables à

température ambiante,

comme

CN2Ag2,

le diamètre des traces était _compa- rable à celui des traces dans la

muscovite,

^{dont la}

température

^de

décomposition

^est

beaucoup plus

élevée.

Chadderton et

Montagu-Pollock [25]

^{ont modifié}

ultérieurement le modèle

classique ; l’énergie

^calori-

fique

^{serait libérée non}

plus

^{par une source linéaire}

d’énergie,

^mais par une source

cylindrique

^de

rayon ro,

égal

^{à la distance} parcourue par les élec-

trons avant

qu’ils

^ne cèdent leur

énergie

^aux

pho-

nons du réseau. Ce rayon interviendrait _exponen- tiellement dans

l’expression

^{de l’inverse du diamètre}

de la trace

primaire ; plus

po ^est faible

plus

^les

dégâts

^seraient

importants. Comme ro

^serait

plus

faible dans les semiconducteurs

intrinsèques (ro

¹⁰⁰

Á)

que dans les isolants

(rf)

> 200

Â),

^on

pourrait conclure,

comme ces auteurs, que ^« les substances

qui

^{ont été décrites comme les}

plus

^sen-

sibles aux

fragments

^{de fission sont} les semiconduc-

teurs

intrinsèques » ;

^{; on}

comprendrait

alors que ^ce mécanisme de ^«

pointes thermiques

», ^ne

puisse

rendre

compte

^de la formation des traces dans un

ben isolant comme le mica. Mais de telles conclusions

nous semblent très

hasardeuses ;

^{on n’a} pas ^trouvé de traces révélables dans le

germanium (Fleisher,

communication

personnelle),

^{mais par contre, on a}

observé de très belles traces, ^non seulement dans le

mica,

mais aussi dans la

plupart

^des solides isolants

(olivine, zircon,

^matières

plastiques, etc...).

111-2.

REMARQUES

^{SUR « LES »} MÉCANISMES DE FORMATION DES TRACES DANS LE MAKROFOL. ^-

Nous avons montré que dans le

makrofol,

^{le seuil de}

perte unitaire

d’énergie (ou

^{seuil de}

sensibilité

d’enregistrement)

^n’avait

plus

^{une valeur constante}

dans le domaine de vitesses où les ions sont enre-

gistrés.

Ce résultat

indique

^{selon nous} que dans le

mica ^- où

(dE/dX)c

^est

indépendant

^de la vitesse des ions utilisés _pour le mesurer ^- et le

makrofol,

les traces révélables d’ions lourds sont dues à des mécanismes différents.

Les matières

plastiques,

contrairement aux

micas,

sont facilement

endommagées

lors d’une irradiation dans ^un faisceau

d’électrons ;

^on

peut

alors penser que les ^traces d’ions _{lourds y} sont

dues,

^en

partie,

^à

la

superposition

des effets élémentaires causés par chacun des

rayons 8

^{formés le}

long

^{de la}

trajectoire

de

chaque

^ion

(7).

^Ces

rayons 8 qui

^{sont fortement}

diffusés, provoqueraient

^des

dégâts

^en brisant les liaisons

chimiques

^{dans un volume}

cylindrique

^axé

sur la

trajectoire

^{de l’ion.}

Nous allons tout d’abord montrer que certains des résultats obtenus

jusqu’à présent,

^lors des études

portant

^sur

l’enregistrement

^{des traces d’ions lourds}

de vitesses élevées dans le

makrofol,

sont compa- tibles avec un processus

d’endommagement

^{dû à}

des rayons 8.

Supposons

que la zone

endommagée

par les

rayons 8

^ne

puisse

^{donner lieu à une}

attaque

chimique prétérentielle, continue,

que

lorsque

^les

rayons 8 d’énergies supérieures

^{à une valeur}

T 0’

sont

produits

^{en nombre suffisant le}

long

^{de la tra-}

jectoire

^de l’ion. En utilisant la théorie de

Mott,

1

Jain

[27]

^{a montré} que le nombre d’électrons diffusés par ^cm de _parcours, par ^une

particule primaire

^de

charge ionique ^Z*e,

^{et dont les}

énergies

^{sont com-}

prises

^{entre T et T}

^-E-

^{dT est donné} par la formule :

où N est le nombre d’électrons _par cm3 du

milieu ;

pour le

makrofol,

^{de densité}

1,2 g jcm3,

^{on a}

N ^- 3 X

1~23 ;

^{Z* est la}

charge ionique

^de

l’ion ;

c’est une fonction

de p

⁼

Ple ( v

^{est la} vitesse de

l’ion)

^{et de la}

charge

^{nucléaire Z de}

l’ion,

que ^nous

avons obtenue au moyen des courbes

Z*(~, Z)

données par Heckman et al.

[28] ;

^{m et e}

désignent

la masse au repos ^et la

charge

^de l’électron.

Nous ^avons effectué un calcul

approximatif,

^{en ne}

gardant

^{que le}

premier

^{terme de ce}

développement ;

ceci est

justifié

par le fait _{que les} ions lourds ont des

masses très

supérieures

^{à celle de} l’électron et que

ceux

qui

^{ont été} utilisés avaient des

quantités

^de

mouvement relativement

faibles ;

^{T est alors très}

inférieur à mc2.

Après intégration

^de

l’expression simplifiée,

^{on obtient :}

(1) L’hypothèse

^de

l’endommagement

par

rayons 8

avait

déjà

^été

suggérée

par R. M. Walker

(communi-

cation

personnelle) puis

par Pfhol ^et al.

[26].

ne(12C) "-’ ne(28Si),

^{nous trouvons} pour

To

^des

valeurs

respectivement égales

^à

570,

^{970 et 800}

eV,

soit une valeur « moyenne ^» de 800 eV. En

reportant

cette valeur de

To

^dans

l’équation

donnant la valeur de nec pour les ions de

carbone,

^{nous obtenons :}

ne ^N

6,5

^{X 105}

~/em.

^{Comme ces deux}

paramètres (n,

^et

T 0),

^{nous ont}

permis

^{de retrouver par le}

calcul

(9),

pour chacun des

ions,

^{la valeur}

(dEldX), -

⁵

Me V/mg. cm-2

^mesurée par Fleisher

et al.

[8],

^nous pensons que pour les ions lourds dont les vitesses sont

supérieures

^{à celles corres-}

pondant

^{au maximum}

d’ionisation, l’hypothèse

^de

l’endommagement

par

rayons 8

^{est fondée}

(10).

Nous avons

essayé

^{de voir si la même}

hypothèse pouvait permettre d’interpréter

la valeur différente

et

plus

^{élevée du seuil de} sensibilité

d’enregistrement

des

fragments

^de fission dans le makrofol. Nous

avons constaté

(zz)

que si les

rayons 8

^{étaient seuls}

responsables

^{de la formation des traces} révélables de

fragments

^de

fission,

le seuil de

perte d’énergie

mesuré avec de telles

particules

^serait

beaucoup plus

^élevé

( N

⁶⁰

MeVlmg , cm-2),

que celui

(8)

^{Nous avons obtenu cette}

valeur,

^en

complétant

par ^un

calcul,

au-delà de 10

MeV~nucléon,

^{la courbe}

dE jdX

⁼

f (E)

^donnée par Fleisher ^et al.

[8].

(9)

^Pour chacun de ces

ions,

nous avons tracé les courbes

n(~) -

les intersections de ces courbes avec la droite n ⁼ _ne, donnent les valeurs de

~,

^{donc de}

^E,

pour

lesquelles

^{les ions} commencent à être ^« mal enre-

gistrés

o ; ; les courbes

dE/dX

⁼

f (E)

obtenues par Fleisher et al.

[8] permettent

alors de déduire les valeurs de

(dE/dX)c.

(zo)

^{Nous vérifions} actuellement si cette

hypothèse

permet

d’expliquer

aussi les différences de sensibilité

d’enregistrement

^{entre le}

triafol,

^{le makrofol et le te r-}

phane.

(lz)

^{Pour cela nous avons} tracé la courbe

n(~)

pour

un

fragment

^« moyen o

lourd ; n(~)

^décroît

quand ~ diminue,

atteint la valeur ne

quand ~ ~ 2,8

^X

10-2,

c’est-à-dire

quand

^{E ~ 54} MeV. En utilisant les courbes de Fullmer

[10],

^{on déduit}

^alors,

^au moyen de la méthode décrite dans le

paragraphe II,

^{une valeur rc ~}

0,3 mg/cm2

et une valeur de

(dEfdX),. -

⁶⁰

MeV~mg. cm-2.

expliquer

^{la formation des traces de}

fragments

^de

fission dans le makrofol.

Le fait _que le seuil de sensibilité

d’enregistrement

des ions de faibles vitesses est

supérieur

^{à la valeur}

mesurée avec des ions de vitesses élevées

pourrait

être

gênant

pour des

expérimentateurs

étudiant par

exemple

^la fission induite d’éléments de masse

atomique

moyenne

( In,

^La

^...),

^{ou la}

fragmentation

d’éléments

lourds,

^au moyen de détecteurs de

plas- tique ;

^en

^effet,

^on

pourrait

^alors penser ^{à tort que}

tous les

fragments

^sont

enregistrés.

^{Afin de vérifier}

l’importance

^{de cette cause} d’erreur éventuelle et pour confirmer nos

conclusions,

^{nous effectuons}

actuellement en collaboration avec C.

Stephan,

^une

mesure des sections efficaces de fission induite d’un certain nombre d’éléments de masse

atomique

moyenne, ^en utilisant des détecteurs de

plastique

et de

mica ;

^nous déterminons

également

^{les seuils}

de sensibilité

d’enregistrement

^{d’ions lourds mono-}

énergétiques

^{de très faibles}

^vitesses,

^dans différentes matières

plastiques.

IV.

Conclusions.

^- Les résultats que ^{nous avons}

obtenus, quoique

^très

préliminaires,

^montrent que dans un même solide ^- le makrofol -, il n’est pas exclu _que les traces révélables soient dues à des mécanismes différents suivant _que la vitesse des ions est élevée ou

faible ;

par contre, ^{dans le}

mica, (12)

Les valeurs de R mesurées par différents groupes

d’expérimentateurs

^{sont très}

variables, puisque comprises

entre

1,6 [26]

^et

2,4 mg~cm2 [8].

Nous vérifions actuel- lement si R ne

dépend

pas de l’intervalle de temps

sépa-

rant la fin de l’irradiation du moment où les traces sont

attaquées ;

^{si cet} intervalle de temps ^{était très}

supérieur

à la durée de vie des

espèces

^actives formées le

lcng

^de

la

trajectoire

^de

l’ion,

^on

pourrait

^constater que les traces sont raccourcies.

(13)

^{Nous avons tout d’abord déduit les} valeurs de

dE jdX

⁼

f (E),

^{pour les}

fragments

^« moyens »

légers

^et

lourds dans le

makrodol,

^en

multipliant

les valeurs rela- tives à

l’aluminium

^par

^1,7 (voir paragraphe II) ;

^nous

avons lors utilisé une méthode

déjà appliquée

par

nous

[13]

pour calculer les valeurs de

R(Flnl)

^et

R(FmL) ;

n ~ ,-n 1B , m n r, B

512

un seul processus

prédominerait

^{dans le domaine de}

vitesse où les ions sont

enregistrés ;

^{il en résulte une}

différence entre les

caractéristiques d’enregistrement

des

trajectoires

d’ions lourds dans le mica et le makrofol.

La

compréhension

^{du ou « des o} mécanismes con-

duisant à

l’enregistrement

^{des traces d’ions}

lourds,

dans des substances solides aussi différentes _que les monocristaux de

mica,

^les

halogénures

^de

nickel,

^les

verres et les matières

plastiques,

pose ^encore des

problèmes

^{très ardus}

qu’il

^sera intéressant de

résoudre,

^{tant du}

poi nt

^{de vue de la}

physique

nucléaire _{que de la}

physique

^{du solide.}

Remerciements. ^- Ce travail doit

beaucoup

^{à la}

formation,

^{aux conseils et aux}

encouragements

que

nous a donnés R. M. Walker. Nous remercions vive-

ment Mlle Y.

Cauchois,

^{Directeur du}

laboratoire

et

Mlle Y.

Héno, chargée

^{de Cours à la Faculté des}

Sciences,

pour l’intérêt bienveillant et actif

qu’elles

nous ont

témoigné

^{et pour les}

critiques pertinentes qu’elles

^{ont faites à ce mémoire.}

Manuscrit _reçu le 18 mars 1966.

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