Variation de la période du nuclide 7Be en fonction du degré d'ionisation de l'atome

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Variation de la période du nuclide 7Be en fonction du

degré d’ionisation de l’atome

R. Bouchez, R. Daudel, P. Daudel, R. Muxart

To cite this version:

VARIATION DE LA

PÉRIODE

DU NUCLIDE 7Be

EN FONCTION DU

DEGRÉ

D’IONISATION

DE

L’ATOME

Par R.

_BOUCHEZ,

R.

DAUDEL,

P. DAUDEL et R. MUXART. Institut du

_Radium,

Paris.

Sommaire. 2014 On étudie

théoriquement

l’influence de l’ionisation de l’atome sur la

_période

de

désinté-gration par capture d’électrons orbitaux. La théorie _indique pour le 7Be une variation de la

_période

de l’ordre de 1 pour 100 entre l’atome neutre et l’ion Be++. Les _premiers résultats expérimentaux donnent

une nette indication en faveur de cette variation. La

_période

du 7Be a été trouvée égale à _(54,3 + 0,5)].

1. Introductions La

_{capture K}

est le seul

phénomène

de

_capture

de

_négaton

orbital

actuel-lement observé.

Toutefois,

la

_capture

d’électrons

appartenant

aux couches

L, 1B11,

... ,

peut

se

produire :

nous

_désignerons

_par

PI(

la

probabilité

_que le

négaton

capturé

appartienne à

la couche

K, PL,

celle

_{qu’il appartienne à}

la couche

_L,

etc. La

proba-bilité totale de

_capture

d’électrons orbital est P ~

_P~

_{-~- ....}

Le terme

_Pl;

est en

_général

beaucoup plus

grand

que

PL,

..., et il est très

difficile d’observer les

_captures

d’ordre

_supérieur

à K.

Si l’on ionise un

_atome,

dont le _noyau se

désin-tègre

par

capture,

on

_réduit,

de ce

_fait,

les

possi-bilités de

_capture

d’électrons. Il en _{résulte que} la

probabilité

totale de

_{désintégration}

_diminue;

ou, ’

*

encore, que la

période augmente.

Par

_exemple,

si

l’on ionise

_{complètement}

la couche

_LI

de

_{l’atome’Be,}

la

_capture

L ne _pourra se

_produire

et la

_période

de l’ion sera

_{théoriquement plus grande}

_{que celle}

de l’atome neutre. Ce fait a été

signalé

indépen-damment par E.

_Segré

_[1]

et R. Daudel

_[2].

Dans

le cas de l’atome

_neutre,

la

_probabilité

de

désin-tégration

est

₊

_PL,

elle devient

Pj;

pour Be.

L .

t. d "

d "

’t l AT PL Il La variation de

_période

s’écrit alors

T =

il p"? PK elle

peut

se calculer

aisément à

partir

des formules

classiques

de la

_mécanique

ondulatoire.

La

_probabilité

d’une transition s’écrit

où §;

décrit l’état initial du

_système,

_{~_~~}

l’état final et _p dénombre les différents états finaux

_possibles.

Pour la

_capture,

on a

_v1=

_{u"~ J, ~.~ décrit l’électron}

avant la

_capture,

Um le noyau initial.

v f =

un ~, ~

décrit lé neutrino

_éjecté,

Un le _noyau

final,

d’où

Pratiquement, (D

et j

restent constants dans le

noyau.

°

(¡,~,

90 : valeurs due ~* et

à

l’intérieur du noyau. Ceci revient à admettre

_{que H}

_{n’a pas d’action}

sur _~, ce

_qui

est une

_{approximation acceptable}

dans le cas des transitions

_permises.

La

_{densité p}

des états du neutrino est donnée

par la relation

E étant

_{l’énergie emportée}

_{par le neutrino}

àW, énergie

de la transition

_nucléaire;

mc2y, énergie

propre de l’électron sur la couche 1~

(ou L);

par où a est la

constante de structure fine.

On

_peut

alors écrire

Finalement

Dans le cas du

Be,

2013

1 (YK)O l’

l’énergie

des

fi

_{, R 0}

niveaux K et L de l’ordre d’une centaine

d’électron-volt étant

_négligeable

devant

4W

+

mc2 de l’ordre

337 de

0,8

MeV

Chaque

électron se

_déplace

dans le

_champ

de

Coulomb et suit

_{l’équation}

de Dirac

_{correspondant}

à ce

_champ.

Pour Z

_petit

le

_rapport

des _{fonctions g} de Dirac est

_équivalent

à celui des fonctions .~’ de

_{Schrôdinger,}

en

_effet,

d’où

Prenons donc

avec

ZK

et

ZL

sont les valeurs de Z

_compte

tenu des

constantes d’écran. Dans le _noyau, r est

_petit,

d’où

Appliquons

ce résultat au Be : la constante d’écran pour un électron K est

0,3, Zh =

Z -

o,3o;

pour

un électron de la couche

Ll,

la constante d’écran étant de

~,05,

La contribution de la

_capture

L est donc

infé-rieure à 2. pour i oo.

La variation de

_période

due à l’ionisation de la couche

L,

du Be est environ 2 _pour oo.

Ce résultat suppose essentiellement que les

captures

Il et L sont

_permises,

ce

_qui

est le cas

pour le 7Be

d’après

les

règles

de sélection de Gamow et Teller

_(Konopinsky

_[.3]).

~

.

Pour calculer d’une manière

_{plus rigoureuse}

Finnuence

de l’ionisation sur la

_période,

il faudrait

connaître l’état de l’ionisation de la couche

Li

dans chacune des formes

_chimiques

utilisées

_(Be

métal pour l’atome

neutre,

BeF2,

BeC12,

..., pour

l’ion

_Be~+~,

or cet état

_dépend

de nombreux facteurs :

nature de la liaison

_chimique,

densité du métal....

Nous avons effectué des

_expériences

en vue de

mettre en évidence la variation de

période

_prévue

théoriquement.

Les sources radioactives 7Be sont

obtenues à

_partir

du

_Li,

Il,i

_{(dn) 7Be;}

_après

_séparation

chimique,

une

_partie

du Be est amenée sous forme Be

métal,

l’autre

_partie

sous forme ion TTBe. Le

rayonnement

y de keV environ

accompagnant

la

_capture

de

_{7Be, permet}

de suivre l’activité des

échantillons. Les mesures sont effectuées à l’aide

d’un bloc de

_cinq

compteurs

montés en

_parallèle,

comme détecteur. Nous

_indiquons

Tableau I un

résumé des

_{renseignements expérimentaux}

_{que l’on}

possède

sur le 7Be et

_figure

i le schéma

_probable

de la transition 7Be -

TABLEA LI.

2.

_{,Appareillage. -}

Une variation de la

_période

T

de 7Be détermine une variation du

_rapport

des

intensités de la source

_métal,

dite M et de la solution

l’intensité des deux échantillons M et S. La

diffi-culté

_provient

de la

_précision

avec

_laquelle

doit être effectuée la mesure.

Soient

_Mo

et

_So

_{l’intensité,}

à

_l’origine,

des

sources M et

_S,

_{Po =} on

_peut

écrire ’n .

si

Pour mettre en évidence une variation

de i _pour I oo de la

_période,

il est donc nécessaire

de connaître _p avec une

_précision

d’au

_{moins 7.}

c’est-à-dire

de mesurer l’intensité des sources M

et S avec une

_précsion

de 3.io-~ environ. Ceci

nécessite

_de

_compter

au moins 3.

1 Q5

impulsions

produites

par M ou S. Avec un seul

_compteur,

Fi g.

2.

le taux

due

comptage

ne

_peut

_dépasser

8

à

_{i o . i o3 coups :} mn, au

delà

les

_pertes

_apparaissent

et la

_précision

des mesures baisse notablement

Pour ne _pas

_trop

_augmenter

la durée des mesures,

nous avons été

conduit à

utiliser

_{plusieurs compteurs}

en

_parallèle.

Le détecteur est formé de

_cinq

_compteurs

en

_parallèle,

reliés à une échelle de 1000.

Ce

dispositif

permet

de

_compter

sans

_perte

coups : mn.

_{L’étalonnage}

des

_pertes

a été

effectué avec "-81

_{mn) :}

nous avons trouvé

une

_période

de

(25,2

+ o,2

mn).

Les

pertes

appa-raissent à

4. 104

coups : mn, et

_atteignent

i _pour 100

environ à 5.104 et

1,8

pour ioo à 6 . ~ 04.

Les

_compteurs

_{fournis par} le C. E. A. ont une

coque en verre de

_3/io

de millimètre

_{d’épaisseur,}

recouverte

_d’aquadag

_(longueur

1 o cm, diamètre 2

_{cm) .}

Ils sont

_remplis

_d’Argon

et de

_{méthylal (10 pour}

₁₀₀₎

à la

_pression

totale de 10 cm de

_Hg.

Leurs

caracté-ristiques

sont très bonnes.

(Point

de fonctionne-ment : goo

Y,

palier

200

BT;

pente

environ i _pour I o0

pour 100

_Y)

et ils sont très stables

_(variation

10-° en six

_mois).

Tous les

_compteurs

utilisés avaient

des

_{caractéristiques}

voisines.

_{Caractéristique}

de l’en-semble :

_{palier, 1o}

V;

point

de fonctionnement

pente

3 pour i oo _pour 10o V.

Le bloc

_compteur,

le

_porte

source sont schéma-tisés

_figure

:2. Le tube de verre scellé contenant la matière active est introduit et fixé dans le

_porte

source

_cylindrique

en

_laiton,

la source ainsi obtenue

peut

être vissée

dans

le bloc

_compteur

et sa

_position

repérée

par index.

3.

_Préparation

des sources. - Le Be est

obtenu par bombardement du Li au

_cyclotron

du

Collège

de France

_(temps

d’irradiation :

i?oh;

quantité

d’électricité totale : 1120

[J-A.h).

Le cible de lithium

_pesait

8 _g et contenait des

traces de cuivre.

La

_préparation

des sources a été réalisée de la

façon

suivante :

10 Le

_glucinium

formé dans le lithium est isolé

par entraînement sous forme de

_glucine

_Be(OH),.

Pour cela on traite la cible _par de l’acide

chlorhy-drique

concentré

_jusqu’à

totale dissolution. On

dilue ensuite la

_liqueur

obtenue

et l’on

_ajoute

3o _mg de chlorure de

_bérylium

_pur et inactif comme

entraîneur. On

_précipite

alors le

_bérylium

sous forme

de

_glucine

en

_ajoutant

de

_{l’ammoniaque}

diluée

jusqu’à

obtention du

_pH

8. Le

lithium

et diverses

impuretés

(tel

le

_cuivre)

restent en

solution. On

filtre,

lave

_{soigneusement}

et

sèche;

e

2a La

_glucine

ainsi obtenue

est

transformée

en

chlorure de

_glucinium

_par

_attaque

_{chlorhydrique}

suivie

_{d’évaporation.}

Ce

chlorure est

ensuite réduit

dans

un courant

_{d’hydrogène}

vers 6ooD

_par

le

sodium

métal sur

_support

de

_platine.

Une

partie

du

glucinium

obtenu sur la lame de

platine

est laissée telle et constitue la source M.

Une

_partie

_égale

est transformée en une solution

de chlorure et constitue l’autre source S.

Remarquons qu’on

peut

obtenir une limite

supé-rieure de la différence du

degré

d’ionisation des deux sources M et S.

L’électronégativité

du chlorure est Celle du

glucinium

i,i . De sorte que le pour cent

ionique

de la liaison CI-Gl est de l’ordre de

45

pour 100 seulement,

C’est-à-dire que l’atome de

glucinium

renferme

encore

_près

de un électron

L,

quand

il est sous

forme de chlorure.

Nous

_espérons

_augmenter

l’ionisation du métal en,

339

atteindre environ _{80 pour} i oo et il ne doit alors

rester dans l’atome de

_{glucinium qu’environ}

O,!l

à

o,5

électron L.

On

_pourrait

croire d’autre

_part

_qu’une

solution

dans l’eau serait

_{préférable.}

Il n’en est

_rien,

car les

ions

_s’y

trouvent sous forme solvatée et c’est

l’électro-négativité

de

_{l’oxygène qui}

_compte.

Celle-ci

_(3,60)

est

plus

faible que celle du fluor.

D’après

ces _remarques, on voit que dans le cadre

de

_{l’expérience}

actuelle,

il ne faut pas

_espérer

une

perturbation

de

_période

_dépassant

x 1,8 = pour Ic)«.

Et encore, cet écart est

optimiste :

des atomes de

platine

peuvent

être mêlés au

_glucinium

et limiter

encore cet écart.

Nous _{pensons éviter dans} l’avenir cette deuxième

cause d’atténuation du

_phénomène

en

_préparant

le métal dans des nacelles d’alumine _pure.

4. Résultats

_{expérimentaux. -}

_{L’intensité}

des sources M et S est

_comparée

à une source de référence U

_d’oxyde

noir d’urane

₍₂₄

ooo c : mn

environ dans les mêmes conditions d’utilisation

que M et

S).

A

_l’origine,

les intensités des sources M et S

sont

_égales

à 2 _pour 100

_{près (30}

ooo c :

_mn).

L’inten-sité de

_chaque

source est mesurée de minute en

minute

_pendant

5 mn, et l’on effectue ces mesures

alternativement sur

_M,

S et

~I,

jusqu’à

atteindre la

_précision

désirée. On ne tient _pas

_compte

des

séries de mesures

_comportant

des fluctuations anormales de Uè

_{Pratiquement,}

la décroissance des

sources a été suivie

_jusqu’à

₇₀₀₀ c : mn, en

_deça

la

durée

d’une

_expérience

devient

_trop

grande

et

il n’est

_{plus possible}

d’être

certain de

la stabilité

des

_appareils

_pour

déterminer

l’intensité

des

sources M et

S

avec une

_précision

d’au

moins

3.io~.

TABLEAU IL

Nous avons

_indiqué

dans le Tableau II les

varia-tions

du

rapport

p des

intensités 111

et

_Is,

sur la

figure

3 la courbe de décroissance de l’intensité de

la source M.

En ce

_qui

concerne _{la variation de p,} on _{voit que}

l’écart total le

_{plus probable (6, IO-:~)}

est inférieur

au maximum de l’erreur

_{possible (910-:;);}

on ne

peut

donc conclure d’une

façon

certaine.

_Toutefois,

la diminution constante

de ?

donne une indication

Fi g. 3.

en faveur d’une variation de la

période;

la valeur

la

_plus

_probable

de

T

étant 5. .1 o-v environ avec une

dispersion

du même ordre de

grandeur

autour de cette valeur.

Les

_expériences

_{précédentes}

_permettent,

en

outre,

de donner une valeur

_précise

de la

période

du 7Be.

_D’après

la courbe de la

_figure

3,

ro==(55 +i)j.

Pour

_{chaque expérience,}

nous avons, sur la

figure

3,

’

représenté

aussi les variations de

°

L N

M

’°

en

fonction de t

.

0

Cette

_{représentation}

très sensible au

_voisinage

de

To

permet

d’attribuer au 7Br la

_période

_0,5)

_j.

5. Conclusion. - 10 Dans le _cas du nuclide

7Be,

la théorie

_prévoit

entre l’atome neutre

_(couche

_L1

complète)

et l’atome ionisé

_(couche

_{L, vide)}

une

différence de

_période

de ~~ _pour 100

environ;

-1 20 Les

_premiers

résultats

_{expérimentaux}

donnent une nette indication en faveur de cette variation de

période

en fonction du

_degré

d’ionisation de

_l’atome,

mais il n’est pas encore

_possible

de donner un résultat

quantitatif;

Ce travail a été effectué à l’Institut du

Radium,

Laboratoire Curie et au

_Collège

de

France,

labora-toire de Chimie nucléaire.

Nous sommes très reconnaissants au Professeur

1. Curie de nous avoir constamment conseillé dans la réalisation de ce travail.

Nous remercions le Professeur F.’ Joliot _pour l’intérêt bienveillant

_qu’il

a accordé à cette recherche.

Manuscrit reçu le 10 octobre

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