Mesure par corrélation des durées de vie des niveaux isomères

(1)

HAL Id: jpa-00243173

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00243173

Submitted on 1 Jan 1969

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.

Mesure par corrélation des durées de vie des niveaux isomères

D. Favret, R. Chéry

To cite this version:

D. Favret, R. Chéry. Mesure par corrélation des durées de vie des niveaux isomères. Re- vue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (2), pp.121-122.

�10.1051/rphysap:0196900402012100�. �jpa-00243173�

(2)

121. MESURE PAR CORRÉLATION DES DURÉES DE VIE DES NIVEAUX ISOMÈRES

D. FAVRET et R. CHÉRY,

Institut de Physique Nucléaire, 69-Lyon.

Résumé. - La ^mesure du coefficient de corrélation d’une fonction aléatoire associée à

un

processus de Poisson à filiation permet

^une

estimation plus précise

^ou

plus rapide ^{des durées}

de vie des niveaux isomères (10-2 ~ >, » 10-s s) que ^la méthode des coïncidences retardées.

Un corrélateur multivoies est présenté.

Abstract.

^-

The correlation function measurement of

a

random function associated with

a

Poisson relation process ^allows

^one

^to estimate in

a

more accurate and faster way the half- life times of metastable levels. A 16 channel correlator is used.

REVUE DE PHYSIQUE APPI,IQU~~ TOÜ~ 4, J1JIX 1969;

1. La mesure des durées de vie par corrélation _peu

développée jusqu’ici [1, 2, 3, 4] présente l’intérêt de s’affranchir des difficultés résultant des coïncidences fortuites et permet, par rapport ^à la méthode des coïncidences retardées, de réduire le temps ^de ^mesure

ou d’augmenter ^la précision. ^Elle ^est particulièrement

intéressante dans le cas des niveaux isomères. Ces

méthodes reposent

^sur

^la ^mesure ^du coefficient de corrélation C(ih) = E ~ X (t ) X (t -)- ih) ~ ^{d’un pro-}

cessus aléatoire associé au phénomène ^étudié.

Dans un processus de Poisson à filiation, ^il ^est ^com- mode, ^comme ^l’a proposé Landaud, ^de ^définir

^un

processus aléatoire X(t) = =:1= ^{1 à} ^l’aide d’une bascule

électronique qui ^{réduit la} ^mesure de E ~ X (t ) ^{X (t} ^{-f -} ih) 1

FIG. 1.

^-

Corrélateur de polarité à 16 voies : G, générateur d’impulsions périodiques; D ~, diviseur par k, 1 ~ k ~ 15 ; D2o’ diviseur par 20 ; Bi, bascule ; Po, ^P, portes ; ^B, bascule de commande de P ; MFR-, mise

en

forme rapide ;

MFL, mise

en

forme lente ; n, échelle de comptage ; N, échelle totale (nombre ^de tests).

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900402012100

(3)

122 au dénombrement de coïncidences de polarité. ^Le

coefficient de corrélation a pour expression :

p étant la densité totale des particules détectées, ^h ^l’in-

crément de retard et A l’efficacité de détection de la fi- liation radioactive égale ^à (po ^{densité de}

. ’" ...,..

production des noyaux pères détectés ^avec l’efficacité

^oc

et les _noyaux fils avec l’efficacité ~3, p’ ^étant ^la densité des événements parasites) et h la vie moyenne du niveau.

II. On effectue simultanément la mesure de C(ih)

pour 16 valeurs du retard ih (1 ⁱ 16) ^à ^l’aide ^d’un

corrélateur multivoies ( fig. 1) ^{dont le} principe ^est ^le

suivant : la sortie de D.., après ^mise ^en ^forme rapide,

fournit un signal permettant d’éprouver ^l’état ^{de la}

fonction aléatoire X (t ) ^{=== ±} ^1, délivrée par la bas- cule Bi en réponse

^aux

impulsions issues de la chaîne de détection. Si X(t) _ -1, l’impulsion ^de ^test

n’est pas transmise, ^la porte P, ^demeure bloquée.

Si Jazz) == ⁺ 1, Po ^transmet l’impulsion ^à ^la ^bascule ^B qui ^mémorise ^l’état X(t) = ⁺ ¹ ^ouvrant ^la ^porte ^P.

Les impulsions périodiques (période h) ^issues ^de ^l’étalon

de temps (G ⁺ D~) franchissent la porte P pour exciter le registre séquentiel ^à ^{16 voies} rappelant ^aux temps ^{t +} ih l’existence de l’état X(t) = ⁺ ^1. Après

mise ^en forme rapide, ^les impulsions attaquent ^le circuit (ET)2 qui reçoit par ailleurs l’état de la fonction

X(t ⁺ ih). Chaque ^fois que l’on ^a X(t) = ⁺ ¹ ^et X(t ⁺ ih)

^_

⁺ 1, ^on ^recueille ^une impulsion ^de

comptage qui ^est stockée dans le compteur ni. En fin de séquence, ^une impulsion ^de RAZ ramène B à son

état initial _pour l’essai suivant. Le coefficient de corrélation ^est donné _par _p C ih ₍ ₎

^-

2013 2013 1 _(ni, ^nombre

N (

z

de coïncidences dans la voie 1; N, ^nombre d’essais).

Les retards ih sont définis avec une précision ^élevée

en raison d’une part ^du synchronisme ^des impulsions

d’essais (D2o) ^et ^des impulsions excitatrices du ^re-

gistre (G ⁺ Dk) et, ^d’autre part, ^{de la} ^faible ^valeur du temps ^de résolution de la coïncidence (15 ns) par rapport ^à ^{h obtenu} par les mises en forme rapides.

L’ensemble â été réalisé en circuits intégrés ^Texas (série 54-74, logique ^saturée ¹⁵ Mcs). ^Le registre séquentiel êst ûn ^diviseur synchrone par 16 composé

de 4 bascules J-K complétées par

^un

décodage ^matriciel

à diodes. La variance expérimentale ^de C(ih) ^{est :}

III. Pour comparer l’intérêt des deux méthodes par corrélation ^et par coïncidences retardées, ^on sup- pose que les conditions de détection des _noyaux pères

et fils sont identiques ^dans ^{les deux} ^méthodes. Soient ml et m2 le rapport ^du nombre total des événements

comptés dans les deux voies à ceux appartenant ^{à la} filiation, ^et ^soit ih ^4~, l’étendue des retards utilisés;

le nombre de fortuites étant inférieur

ou

égal

^au

^nombre

des coïncidences vraies, ^on ^montre [3] par ^une analyse

de moindres carrés que la précision de la méthode des coïncidences retardées s’exprime par :

7~. ~ ^{étant la} durée de la _mesure; dans les mêmes conditions et pour

^un

^taux de comptage total tel que la précision ^de ^la ^méthode par corrélation vaut :

Pour une même précision, ^les ^{durées de} ^mesure ^des

deux méthodes sont dans le rapport :

soit _pour oc -- ~, ml -- m2’ 7B~ ~ 10 r~.

Remarquons que le rapport des durées est grossiè-

rement indépendant des conditions de détection.

L’équation (1) ^montre que A ^ne doit _{pas être} trop faible (A > 5 % ) pour obtenir une précision ^suffisante

sur le terme en h. Pour les vies moyennes inférieures à 10-5 _s, le temps ^{mort ’T} ^{de la} ^chaîne ^de détection doit être pris ^en compte (~, ->;~ + r) ^à ^condition que

pz # ² ^X 10-2. Pour des vies moyennes supérieures

à 10-2 _s, la limitation provient du bruit de fond qui,

en raison de la condition 4pX

⁼

^1, réduit A. Néan- moins ces limites sont moins sévères que pour la méthode des coïncidences retardées.

Ces conditions ^ont été éprouvées ^sur ^divers ^niveaux

isomères parmi lesquels ^nous citerons le niveau 615 keV de 181Ta _pour lequel une mesure à 1 % ^de

la période ^a pu être obtenue en 100 s (Tl/2

⁼

^16,32

:Í= 0,16 ~is), ^et le niveau 304 keV de 75As _pour lequel

une mesure à 4 % ^de ^la période T 1/2

⁼

16,2 ⁼ 0,1’l ^ms

a

Mesure par corrélation des durées de vie des niveaux isomères

HAL Id: jpa-00243173

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00243173

Submitted on 1 Jan 1969

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.

Mesure par corrélation des durées de vie des niveaux isomères

D. Favret, R. Chéry

To cite this version:

D. Favret, R. Chéry. Mesure par corrélation des durées de vie des niveaux isomères. Re- vue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1969, 4 (2), pp.121-122.

�10.1051/rphysap:0196900402012100�. �jpa-00243173�

121.

MESURE PAR CORRÉLATION DES DURÉES DE VIE DES NIVEAUX ISOMÈRES

D. FAVRET et R. CHÉRY,

Institut de Physique Nucléaire, 69-Lyon.

Résumé. - La mesure du coefficient de corrélation d’une fonction aléatoire associée à

processus de Poisson à filiation permet

estimation plus précise

plus rapide des durées

de vie des niveaux isomères (10-2 ~ &#x3E;, » 10-s s) que la méthode des coïncidences retardées.

Un corrélateur multivoies est présenté.

Abstract.

The correlation function measurement of

random function associated with

Poisson relation process allows

to estimate in

more accurate and faster way the half- life times of metastable levels. A 16 channel correlator is used.

REVUE DE PHYSIQUE APPI,IQU~~ TOÜ~ 4, J1JIX 1969;

1. La mesure des durées de vie par corrélation peu

développée jusqu’ici [1, 2, 3, 4] présente l’intérêt de s’affranchir des difficultés résultant des coïncidences fortuites et permet, par rapport à la méthode des coïncidences retardées, de réduire le temps de mesure

ou d’augmenter la précision. Elle est particulièrement

intéressante dans le cas des niveaux isomères. Ces

méthodes reposent

la mesure du coefficient de corrélation C(ih) = E ~ X (t ) X (t -)- ih) ~ d’un pro-

cessus aléatoire associé au phénomène étudié.

Dans un processus de Poisson à filiation, il est com- mode, comme l’a proposé Landaud, de définir

processus aléatoire X(t) = =:1= 1 à l’aide d’une bascule

électronique qui réduit la mesure de E ~ X (t ) X (t -f - ih) 1

FIG. 1.

Corrélateur de polarité à 16 voies : G, générateur d’impulsions périodiques; D ~, diviseur par k, 1 ~ k ~ 15 ; D2o’ diviseur par 20 ; Bi, bascule ; Po, P, portes ; B, bascule de commande de P ; MFR-, mise

forme rapide ;

MFL, mise

forme lente ; n, échelle de comptage ; N, échelle totale (nombre de tests).

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:0196900402012100

122

au dénombrement de coïncidences de polarité. Le

coefficient de corrélation a pour expression :

p étant la densité totale des particules détectées, h l’in-

crément de retard et A l’efficacité de détection de la fi- liation radioactive égale à (po densité de

production des noyaux pères détectés avec l’efficacité

et les noyaux fils avec l’efficacité ~3, p’ étant la densité des événements parasites) et h la vie moyenne du niveau.

II. On effectue simultanément la mesure de C(ih)

pour 16 valeurs du retard ih (1 i 16) à l’aide d’un

corrélateur multivoies ( fig. 1) dont le principe est le

suivant : la sortie de D.., après mise en forme rapide,

fournit un signal permettant d’éprouver l’état de la

fonction aléatoire X (t ) === ± 1, délivrée par la bas- cule Bi en réponse

impulsions issues de la chaîne de détection. Si X(t) _ -1, l’impulsion de test

n’est pas transmise, la porte P, demeure bloquée.

Si Jazz) == + 1, Po transmet l’impulsion à la bascule B qui mémorise l’état X(t) = + 1 ouvrant la porte P.

Les impulsions périodiques (période h) issues de l’étalon

de temps (G + D~) franchissent la porte P pour exciter le registre séquentiel à 16 voies rappelant aux temps t + ih l’existence de l’état X(t) = + 1. Après

mise en forme rapide, les impulsions attaquent le circuit (ET)2 qui reçoit par ailleurs l’état de la fonction

X(t + ih). Chaque fois que l’on a X(t) = + 1 et X(t + ih)

+ 1, on recueille une impulsion de

comptage qui est stockée dans le compteur ni. En fin de séquence, une impulsion de RAZ ramène B à son

état initial pour l’essai suivant. Le coefficient de corrélation est donné par p C ih ( )

2013 2013 1 (ni, nombre

N (

de coïncidences dans la voie 1; N, nombre d’essais).

Les retards ih sont définis avec une précision élevée

en raison d’une part du synchronisme des impulsions

d’essais (D2o) et des impulsions excitatrices du re-

gistre (G + Dk) et, d’autre part, de la faible valeur du temps de résolution de la coïncidence (15 ns) par rapport à h obtenu par les mises en forme rapides.

L’ensemble a été réalisé en circuits intégrés Texas (série 54-74, logique saturée 15 Mcs). Le registre séquentiel est un diviseur synchrone par 16 composé

de 4 bascules J-K complétées par

décodage matriciel

à diodes. La variance expérimentale de C(ih) est :

III. Pour comparer l’intérêt des deux méthodes par corrélation et par coïncidences retardées, on sup- pose que les conditions de détection des noyaux pères

et fils sont identiques dans les deux méthodes. Soient ml et m2 le rapport du nombre total des événements

Résumé. - La ^mesure du coefficient de corrélation d’une fonction aléatoire associée à

plus rapide ^{des durées}

de vie des niveaux isomères (10-2 ~ >, » 10-s s) que ^la méthode des coïncidences retardées.

Poisson relation process ^allows

^to estimate in

1. La mesure des durées de vie par corrélation _peu

développée jusqu’ici [1, 2, 3, 4] présente l’intérêt de s’affranchir des difficultés résultant des coïncidences fortuites et permet, par rapport ^à la méthode des coïncidences retardées, de réduire le temps ^de ^mesure

ou d’augmenter ^la précision. ^Elle ^est particulièrement

^la ^mesure ^du coefficient de corrélation C(ih) = E ~ X (t ) X (t -)- ih) ~ ^{d’un pro-}

cessus aléatoire associé au phénomène ^étudié.

Dans un processus de Poisson à filiation, ^il ^est ^com- mode, ^comme ^l’a proposé Landaud, ^de ^définir

processus aléatoire X(t) = =:1= ^{1 à} ^l’aide d’une bascule

électronique qui ^{réduit la} ^mesure de E ~ X (t ) ^{X (t} ^{-f -} ih) 1

Corrélateur de polarité à 16 voies : G, générateur d’impulsions périodiques; D ~, diviseur par k, 1 ~ k ~ 15 ; D2o’ diviseur par 20 ; Bi, bascule ; Po, ^P, portes ; ^B, bascule de commande de P ; MFR-, mise

forme lente ; n, échelle de comptage ; N, échelle totale (nombre ^de tests).

au dénombrement de coïncidences de polarité. ^Le

p étant la densité totale des particules détectées, ^h ^l’in-

crément de retard et A l’efficacité de détection de la fi- liation radioactive égale ^à (po ^{densité de}

production des noyaux pères détectés ^avec l’efficacité

et les _noyaux fils avec l’efficacité ~3, p’ ^étant ^la densité des événements parasites) et h la vie moyenne du niveau.

pour 16 valeurs du retard ih (1 ⁱ 16) ^à ^l’aide ^d’un

corrélateur multivoies ( fig. 1) ^{dont le} principe ^est ^le

suivant : la sortie de D.., après ^mise ^en ^forme rapide,

fournit un signal permettant d’éprouver ^l’état ^{de la}

fonction aléatoire X (t ) ^{=== ±} ^1, délivrée par la bas- cule Bi en réponse

impulsions issues de la chaîne de détection. Si X(t) _ -1, l’impulsion ^de ^test

n’est pas transmise, ^la porte P, ^demeure bloquée.

Si Jazz) == ⁺ 1, Po ^transmet l’impulsion ^à ^la ^bascule ^B qui ^mémorise ^l’état X(t) = ⁺ ¹ ^ouvrant ^la ^porte ^P.

Les impulsions périodiques (période h) ^issues ^de ^l’étalon

de temps (G ⁺ D~) franchissent la porte P pour exciter le registre séquentiel ^à ^{16 voies} rappelant ^aux temps ^{t +} ih l’existence de l’état X(t) = ⁺ ^1. Après

mise ^en forme rapide, ^les impulsions attaquent ^le circuit (ET)2 qui reçoit par ailleurs l’état de la fonction

X(t ⁺ ih). Chaque ^fois que l’on ^a X(t) = ⁺ ¹ ^et X(t ⁺ ih)

⁺ 1, ^on ^recueille ^une impulsion ^de

comptage qui ^est stockée dans le compteur ni. En fin de séquence, ^une impulsion ^de RAZ ramène B à son

état initial _pour l’essai suivant. Le coefficient de corrélation ^est donné _par _p C ih ₍ ₎

2013 2013 1 _(ni, ^nombre

de coïncidences dans la voie 1; N, ^nombre d’essais).

Les retards ih sont définis avec une précision ^élevée

en raison d’une part ^du synchronisme ^des impulsions

d’essais (D2o) ^et ^des impulsions excitatrices du ^re-

gistre (G ⁺ Dk) et, ^d’autre part, ^{de la} ^faible ^valeur du temps ^de résolution de la coïncidence (15 ns) par rapport ^à ^{h obtenu} par les mises en forme rapides.

L’ensemble â été réalisé en circuits intégrés ^Texas (série 54-74, logique ^saturée ¹⁵ Mcs). ^Le registre séquentiel êst ûn ^diviseur synchrone par 16 composé

décodage ^matriciel

à diodes. La variance expérimentale ^de C(ih) ^{est :}

III. Pour comparer l’intérêt des deux méthodes par corrélation ^et par coïncidences retardées, ^on sup- pose que les conditions de détection des _noyaux pères

et fils sont identiques ^dans ^{les deux} ^méthodes. Soient ml et m2 le rapport ^du nombre total des événements

comptés dans les deux voies à ceux appartenant ^{à la} filiation, ^et ^soit ih ^4~, l’étendue des retards utilisés;

^nombre

des coïncidences vraies, ^on ^montre [3] par ^une analyse

7~. ~ ^{étant la} durée de la _mesure; dans les mêmes conditions et pour

^taux de comptage total tel que la précision ^de ^la ^méthode par corrélation vaut :

Pour une même précision, ^les ^{durées de} ^mesure ^des

soit _pour oc -- ~, ml -- m2’ 7B~ ~ 10 r~.

L’équation (1) ^montre que A ^ne doit _{pas être} trop faible (A > 5 % ) pour obtenir une précision ^suffisante

sur le terme en h. Pour les vies moyennes inférieures à 10-5 _s, le temps ^{mort ’T} ^{de la} ^chaîne ^de détection doit être pris ^en compte (~, ->;~ + r) ^à ^condition que

pz # ² ^X 10-2. Pour des vies moyennes supérieures

à 10-2 _s, la limitation provient du bruit de fond qui,

^1, réduit A. Néan- moins ces limites sont moins sévères que pour la méthode des coïncidences retardées.

Ces conditions ^ont été éprouvées ^sur ^divers ^niveaux

isomères parmi lesquels ^nous citerons le niveau 615 keV de 181Ta _pour lequel une mesure à 1 % ^de

la période ^a pu être obtenue en 100 s (Tl/2

^16,32

:Í= 0,16 ~is), ^et le niveau 304 keV de 75As _pour lequel

une mesure à 4 % ^de ^la période T 1/2

16,2 ⁼ 0,1’l ^ms

[1] ^GOLDANSKI ^et PODGORETSKI, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 1955, 100, ^237.

[2] ^PETROFF ^et DOGETT, Rev. Sci. Instr., 1956, 27, 838.

[3] ^LANDAUD (G.), Nucl. Instr. Methods,1964, 26,117-122 ; Thèse Doctorat, Caen, ^1962.

[4] BLANC-LAPIERRE (A.), ^Mod. ^stat. Étude ^des phéno-

mènes de fluctuation, Masson, ^1963.