Les largeurs des raies de conversion

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Submitted on 1 Jan 1955

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Les largeurs des raies de conversion

Milorad Mladjenović

To cite this version:

Milorad Mladjenović. Les largeurs des raies de conversion. J. Phys. Radium, 1955, 16 (7), pp.545-548.

�10.1051/jphysrad:01955001607054500�. �jpa-00235215�

LES LARGEURS DES RAIES DE CONVERSION

Par MILORAD MLADJENOVI0106,

Institut de recherches nucléaires, Belgrade.

Summary.

Measurements of the width of the principal ^{lines of the} internal conversion spectrum

of Ra B. Examination of the factors which could give ^the conversion lines widths different than those obtained by X-ray analyses.

16, ^JUILLET 1955,

C’est en faisant les mesures précises ^de l’énergie

des raies des conversions F et I de ThB par ^un

spectromètre semi-circulaire magnétique, que G. Lindstrom [1] ^{a observé une} différence de largeur

entre la raie F (conversion ^{en couche} 7Q ^{et la raie I} (conversion ^{en couche} L), ^{la raie F} ayant ^{une lar-}

geur ^de 0,14 pour ^I00 alors que la raie I avait la

largeur ^{de 0,I0} pour I00. La différence de o,04 pour ^{t o0}

correspond ^à 105 eV. Ceci fut confirmé _{par les}

mesures faites _{par H.} Slatis [2] ^{avec un} , spectro- mètre g ^{à aimant} permanent, qui ^a trouvé que les autres raies de conversion en couche K, les raies G et H de Th B sont plus larges que la raie Ia ^convertie dans la couche L,I, ^de 0,027 et o,o2g pour ^{100 res-}

pectivement. -

Ces résultats furent présentés, par K. Siegbahn

à la Conférence de radioactivité p et y à Amsterdam,

et c’est alors que M. Deutch suggéra que ^ces diffé-

rences sont de l’ordre de grandeur ^des largeurs ^des

niveaux K des atomes. K. Siegbahn [1] ^{a ensuite}

trouvé que ^les largeurs des raies de conversion K sont de même grandeur que les largeurs ^{des raies Kx}

des rayons ^X.

L’auteur a étudié les largeurs ^{des raies de conver-}

sion interne de RaB, ^{avec le} spectromètre ^{à focali-}

sation double de l’Institut Nobel [3].

La figure 1 ^montre schématiquement ^le spectro-

mètre avec l’appareillage adjoint. Puisque ^la période

de RaB est courte, ^on s’,est servi d’un spectromètre

à cristal de NaI(Tl) ^{comme moniteur. D’autre} part,

on a employé ^un compteur Geiger-Muller ^double

pour réduire le bruit de fond qui ^{est élevé à cause}

de la présence ^{de radon} et RaB dans la chambre du

spectromètre. ^{Le moniteur et le} compteur Geiger-

Müller ont été connectés à un interrupteur qui permettait ^{la mise en} marche simultanée de deux circuits et la coupure automatique du circuit Geiger-

Müller par le moniteur lorsque ^{celui-ci a} enregistré

un nombre prédéterminé ^de coups.

Avec une source de dimensions _{0, 2 I X} 6 mm et

l’angle ^{solide de 0,007 X 4, on a} obtenu la réso- lution de o,043 pour I00.

La figure ^{2 montre les raies} principales ^du spectre de conversion interne de RaB. Les intensités des raies ont été normalisées à la même hauteur. Les résultats montrent sans aucun doute que les. raies de conversion en couche K sont plus larges que les raies de conversion en couche L, qui ^{ont une} énergie

voisine de celle des raies K.

Fige.

’

Avant de- _{passer à} une estimation quantitative

des différences de largeur.,il ^{faut se} rappeler que les

mesures ont été faites avec un spectromètre ^{dont les} pièces polaires ^{sont en fer, ce} qui ^a pour conséquence

que la géométrie ^du champ dépend de ^{son intensité.}

Le changement ^{de la} géométrie peut provoquer

un changement ^{de la} résolution. Il est très difficile de mesurer ce. changement. ^{Pour cette} raison, ^nous

ferons seulement une comparaison ^{entre deux} paires

de raies K et L très voisines l’une de l’autre, ^en réduisant ainsi au minimum l’erreur possible ^due

au changement ^{de la} résolution.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01955001607054500

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On trouve alors _{que la} différence des largeurs

des raies observées est pour la paire G-Ga égale

à 0,025 pour ^{10o et} pour la paire H-Ha o,024 pour 100,

ce qui ^donne respectivement ⁸⁸ et I04 eV.

Fig. ^2.

Évidemment, ^ce qui ^nous intéresse, ^{ce ne sont} pas les largeurs des distributions observées, ^{mais les} largeurs ^des distributions vraies. Il faut trouver la vraie distribution f(x) ^à partir ^d’une distribution instrumentale g(x) ^{et résoudre} l’équation

Si les distributions ont la forme d’une courbe de Gauss ou d’une courbe de dispersion, ^cette équation peut ^{être résolue} analytiquement. ^Les

courbes expérimentales ^ne correspondent ^d’habitude

ni à l’une ni à l’autre de ces distributions et la seule

façon ^de procéder ^{alors est de trouver une solution}

par calcul numérique.

Il est important de connaître la distribution instrumentale g(x). ^Une façon ^{de trouver} g(x)

est de mesurer une raie d’énergie suffisamment

grande, pour laquelle ^les effets de l’ordre de I00 eV seraient négligeables : ^toute largeur de la ^raie

serait alors due à la méthode expérimentale. ^Ceci

est plus commode dans le cas de Ra B + ^C qui ^a plusieurs ^{raies de} forte intensité entre o,6 ^et 1,7 MeV,

alors que dans ^{le cas} de Th B + C l’intensité des raies de haute énergie ^est petite. Mais, ^d’autre part, la courte vie de Ra B conduit à des difficultés ^de

mesure assez grandes. ^{Pour ces raisons,} les vraies valeurs des largeurs des raies .K et L n’ont _pas

encore été trouvées. Les différences entre les valeurs des largeurs ^{observées des raies K et L ne donnent} qu’une approximation ^assez grossière ^des différences

des vraies largeurs. ^Il suffit, pour s’en rendre compte,

de se rappeler que, dans le ^cas des courbes de dis-

persion, ^la largeur ^{observée est} égale ^{à la somme des} largeurs ^{de la} distribution vraie et de la distribution instrumentale, alors que dans le ^cas des courbes de Gauss, c’est le carré de la largeur ^observée qui ^est égal ^{à la somme des carrés de} la distribution vraie

et de la distribution instrumentale:

La diff érence des largeurs observées des raies K et L serait égale ^{à la} différence des largeurs ^vraies

dans le cas où la largeur ^{vraie de la raie L est} négli- geable, ^{et où les} distributions ont la forme des courbes de dispersion. ^{Comme les} distributions n’ont pas la forme d’une courbe de dispersion, ^on peut prévoir que les vraies largeurs ^et différences augmenteront, ^{mais d’autre} part ^la largeur ^des

raies L pourrait ^ne pas être négligeable, ^ce qui

aurait pour effet de diminuer la différence. La conclusion que l’on peut ^{en tirer est} qu’il n’est pas déraisonnable de considérer les différences des lar- geurs observées des raies K et L comme une première approximation ^des différences des largeurs ^vraies,

en attendant que celles-ci soient déterminées d’une

façon précise.

Nous _avons réuni dans le tableau 1 les données

sur les largeurs ^{observées par} différents auteurs. Le meilleur instrument pour l’étude des largeurs ^des

raies est probablement ^le spectromètre ^à focalisation double sans fer, employé par K. Siegbahn. ^Dans

une analyse préliminaire [4], il obtient en retran- chant des largeurs observées les largeurs ^{dues à la}

fenêtre et aux dimensions finies de la source, la

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valeur de 76 eV pour la différence des largeurs

vraies des raies K et L. Pour compléter l’analyse,

il faudrait aussi retrancher les largeurs ^{dues aux} aberrations, ^ce qui aurait pour effet d’augmenter

un peu la différence ^de largeur ^{vraie des raies K}

et L. Nous prendrons ^{dans ce} qui ^{su.itl le chiffre}

de 80 eV comme la différence la plus probable ^des largeurs vraies des raies K et L.

TABLEAU ^1.

Différence ^{entre les} largeurs observées des raies de conversion interne K et L.

Cette valeur devrait être comparée ^{à la différence}

des largeurs des niveaux K et Li des atomes, ^obtenue par l’analyse ^des spectres X. Il résulte des travaux

d’ Ingelstam [5] ^{et d’une} extrapolation qui ^{étend aux}

valeurs inférieures de z les résultats donnés par

Compton ^{et Allison} [6] ^et par Gokhale [7], que la

largeur du niveau K de 83Bi est de 60 ± 5 eV. On

peut ^{déduire des travaux de Williams} [8] ^{et de} Richtmyer [9] que la largeur du niveau Li ^est io,6eV. On obtient pour la différence des lar- geurs des ^{niveaux K et} LI la valeur de 5o eV.

En comparant ^cette valeur à la valeur très préli-

minaire de 80 eV obtenue par la conversion interne,

on peut ^conclure qu’une possibilité existe pour que la différence des largeurs des raies de conversion K et L soit supérieure ^à la différence des largeurs

des niveaux K et L mise ^en évidence _par l’analyse ^X.

Il serait donc intéressant de voir s’il y ^a des raisons

possibles pour ^un désaccord entre les largeurs ^obte-

nues par la conversion interne ^et les largeurs ^obte-

nues par l’analyse ^des rayons X. On peut voir que,

d’une manière générale, il existe quelques différences essentielles entre les deux phénomènes.

I ° Tout d’abord, dans la conversion interne _{il y} a

une interaction entre le noyau ^et le cortège. ^{Il faut}

donc voir si le noyau pourrait influencer les largeurs

des raies. Le recul du noyau après ^la désintégration

est, dans le cas de RaB, ^{très faible.} L’énergie ^de

recul est égale ^à o,65 eV, ^ce qui ^{est tout à fait} négli- geable. ^La probabilité ^de l’excitation de l’atome par la variation brusque ^{de la vitesse du} noyau ^a été calculée par Levinger [10], ^{et l’on trouve} qu’elle

est de l’ordre de 10-6 dans le cas de RaB, donc

négligeable. Finalement, ^{nous devons considérer}

les largeurs ^des niveaux nucléaires qui doivent être

ajoutées ^aux largeurs des niveaux atomiques pour donner les largeurs totales des raies de conversion,.

Dans le cas des transitions M 1 et E 2, ^les largeurs

des niveaux nucléaires sont inférieures à 1 o--G eV.

Théoriquement, seule la transition EI I avec une

période ^{de 0-1’ s} pourrait ^{donner une} largeur

de 60 eV. La mesure des largeurs ^des raies L per- mettrait de mettre en évidence l’existence de ces

transitions rapides que l’on considère comme assez

douteuses..

2o La deuxième différence consiste dans le fait que la conversion interne est précédée par la désin-

tégration ,3, ^ou par ^une autre conversion, qui peu-

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vent causer l’ionisation de l’atome. L’ionisation,

si elle subsistait encore au moment de la conversion interne, changerait l’énergie ^{de liaison des} électrons,

ce qui aurait pour effet d’élargir ^{les raies.}

La probabilité d’ionisation des couches K, ^L

et M pour 83Bi ^est de l’ordre de Io-4. Par extra-

polation, ^on obtient que pour les couches extérieure cette, probabilité ^doit être de l’ordre de 10 pour ^100.

Dans une mesure récente, ^Vexler [11] ^a trouvé que la charge ^du noyau de recul de ^{41A et 41C est} égale

à ^{i ±} 0,1 ^e et i ± 0,2 ^e respectivement.

Dans le cas de conversion interne, la cascade

Auger qui ^{la suit laisse l’atome} plusieurs fois ionisé.

Les valeurs expérimentales ^{de 2} à 7 ^e pour la’charge

de l’atome ont été trouvées, alors que Cooper [12]

a calculé que ^Io-9s après ^la conversion dans Br, la charge ^est égale ^à 4,7 ^e.

Nos connaissances de l’état d’ionisation de l’atome

après ^la désintégration g ^{ou la} conversion, ^{ne sont}

pas suffisantes _pour décider si ces phénomènes pourraient influencer les largeurs ^{des raies.}

30 La troisième différence consiste dans le fait que l’interaction âe l’électron avec le cortège ^élec- tronique est différente de celle des photons. ^L’élec-

tron qui ^est expulsé de la couche K, par exemple,

doit passer ^{à travers le} cortège électronique ^{du même}

atome. La probabilité d’ionisation a été calculée

par Feinberg [13] ^{et l’on trouve} que ^cet effet est

plus ^faible que l’effet du changement ^{de Z.}

Intervention de M. Winther.

On pourrait penser aussi à une autre explication ^{de la} différence entre les largeurs ^{des raies de} conversion K et L : quand

les électrons K ou L sont arrachés rapidement ^de l’atome celui-ci reste dans ^un état non stationnaire,

et cela implique ^{une certaine} largeur pour la raie de conversion. On s’attendrait à ^ce que la largeur

de la raie .K soit supérieure ^{à celle de la raie} L, ^et aussi à ce que, pour ^les faibles énergies, le processus devenant adiabatique, les raies soient fines.

Intervention de M. Deutsch en réponse ^{à M. Win-}

ther.

Les phénomènes ^dont vous avez parlé ^ne

se traduiraient-ils _{pas par.} une série de raies dis- tinctes correspondant ^à différents états de l’ion

final ?

Intervention de M. Riou.

Les transitions _y

dipolaires électriques ^{de faible} énergie ayant ^une

vie moyenne ^de quelques ^{r o-’ s, la} largeur ^corres- pondante ^ne peut absolument _pas expliquer ^la largeur des raies de conversion interne.

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