Sur la possibilité d'étudier l'aimantation nucléaire de longue persistance et sa relaxation par des méthodes simples

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Sur la possibilité d’étudier l’aimantation nucléaire de

longue persistance et sa relaxation par des méthodes

simples

A. Kastler

To cite this version:

A. Kastler. Sur la possibilité d’étudier l’aimantation nucléaire de longue persistance et sa

relax-ation par des méthodes simples.

J. Phys.

Radium, 1951, 12 (4), pp.567-569.

�10.1051/jphys-rad:01951001204056701�. �jpa-00234425�

567

enregistrées

pour tous les

_types

de

_diaphragmes

et la

figure

fi

représente

les variations

_{(normalisées)}

de l’éclairement central. L’efficacité de

_Lo

_{au foyer}

s’explique

suffisamment par cette

_variation,

mais non

celle de

_Co

avec fente. Pour

_{l’expliquer}

on

_peut

déterminer et _comparer entre

elles,

d’après

la

_{figure 5,}

les variations

_{(normalisées)}

des différentes

_grandeurs

auxquelles

l’oeil

_pourrait

être

_{sensible, largeur}

du

pic central, pente

d’inflexion de ce

pic,

contraste

le le 1.",

Ic entre le centre et l’«

_{épaulement » voisin;}

c’est cette dernière

_{grandeur qui}

semble intervenir. La

_figure

3

représente,

sous une forme

_différente,

trois courbes d’éclairement avec

_Lo

et _{pour trois}

_positions

_{très peu} différentes

_{( --}

o, 2

R ;

+ o,0 2 R et +

o, 15

R)

d’une

position

sensible;

la

_{figure 6, qui}

montre les variations

du contraste entre deux

_{franges voisines,}

_permet

de comparer cette variation non stationnaire à

celle,

stationnaire,

de l’éclairement central dans le cas du

diaphragme

L et

_permet

de rendre

_compte

de la sensibilité du

_dispositif.

_D’après

les

_{enregistrements}

de la

figure

3 on

_peut

déterminer une

_position

sensible

avec une erreur

_inférieure

à

R

correspondant

à une

250

(

différence de marche de

/1000)

compte

tenu des

1 000

₎

fluctuations ou infidélités de

_{l’enregistrement.}

Signalons

enfin que nous avons

_{expérimenté}

par

ce

_{procédé l’éclairage}

cohérent

dissymétrique

d’une fente de

_largeur

convenable

_(voir

_[3]

et

_[4]),

tel que la

pupille (ici rectangulaire)

soit couverte _{par la}

demi-frange

centrale et la

_{première frange}

latérale de la

figure

de diffraction de la fente source. La

figure

8 donne les

_{enregistrements}

faits au

_foyer

et de

_part

et d’autre

_(±

0,1

R)

et la

_{figure 7}

le contraste entre les deux

franges, comparé

à la variation d’éclaire-ment central du cas

classique.

Ce contraste est un

nouvel

_exemple

de

_grandeur

non stationnaire : toute-fois il varie six fois moins vite que le contraste obtenu

avec

_Lo

à la

_position

sensible.

[1] B. DOSSIER, P. JACQUINOT, A. MARÉCHAL et G. PIEUCHARD 2014 J.

Physique

Rad. I95I, 12, I42.

[2] F. ZERNIKE2014 J. Opi. Soc. Amer., I950, 40, n° 5, 326-328.

[3] M. DUFFIEUX et COLL.2014 Ann.

Physique,

I944, 19,

380.

[4] B. DOSSIER et P. JACQUINOT 2014 Journal des Recherches

du

_C.N.R.S.,

_I950, 12, I23-I38.

Manuscrit reçu le 16 février I 951.

SUR LA

POSSIBILITÉ

D’ÉTUDIER

L’AIMANTATION

NUCLÉAIRE

DE LONGUE PERSISTANCE

ET SA RELAXATION PAR DES

MÉTHODES

SIMPLES Par A.

_KASTLER,

Laboratoire de

Physique

de

l’École

Normale

_Supérieure.

Sommaire. - La

grande durée de relaxation de certaines

aimantations nucléaires

permet d’envisager

l’étude de

568

ces _phénomènes et de leurs mécanismes de relaxation en

dehors du _champ inducteur. Une évaluation

_numérique

montre que la grandeur du paramagnétisme nucléaire est

suffisante, à basse _{température surtout,} pour être mesurée

par les méthodes classiques du _{magnétomètre} ou de la

bobine tournante fournissant une f.é.m. d’induction.

A la suite d’une

suggestion

de J. Dorfmann

_[1]

les

physiciens

russes Lasarew et Schubnikow

_[2]

ont réussi dès

1937

à mesurer le

_{paramagnétisme}

nucléaire du

_proton

dans

_{l’hydrogène}

solide entre

4,z2

et

1;76°

K par la méthode

classique

de la balance dans un

_champ

magnétique

non uniforme.

D’autre

part

les

_expériences

de résonance

para-magnétique

nucléaire ont mis en évidence l’orientation des noyaux

atomiques

dans les

champs magnétiques [3]

et ont

_permis

de mesurer leurs durées de

_relaxation,

c’est-à-dire le

temps

au bout

_duquel

_{les noyaux} se

redistribuent au hasard

_{après suppression}

du

_champ.

Ce

_temps

_peut,

dans _{certain cas,} avec des échantillons de très

_{grande pureté,}

atteindre des valeurs de

plu-sieurs minutes

_{[4]. Lorsqu’on éloigne}

l’échantillon nucléaire « aimanté » du

_champ,

il conserve

_pendant

un certain

_temps

son

_{aimantation, qui}

ne décroît que lentement. On

peut

dire _que les _noyaux, en

quit-tant le

_champ,

subissent la désaimantation

adiaba-tique

qui

les

_porte

à une «

_température

de

_spin

nucléaire » extrêmement faible et

_qu’ils

ne se réchauf-fent que lentement au contact du réseau

_[5].

Quel

est l’ordre de

_grandeur

de l’aimantation

persistante qu’on peut

ainsi créer ? Elle est donnée par la loi de Boltzmann où T

_représente

la

tempé-rature de l’échantillon

placé

dans le

_champ

H. Pour lé cas

_simple

où le

_spin

nucléaire est i

= 2

et où

2

les noyaux ne

_possèdent

_{que deux orientations}

oppo-sées dans le

champ :

’mi

= - I

et _mi =

+ 2

de

2 2

différence

_{d’énergieà}

E = ₂

gH (,u

étant le moment nucléaire lié au

_{spin i),}

les

_populations

des deux niveau sont _{donnés par}

Dans un

_champ

de 5o ooo _{gauss les} AE sont de l’ordre de I oo à 200 Me : s. Prenons la valeur moyenne

L’énergie

k T

_correspond

à 200 cm-1 à la

_température

ordinaire

_(3ooOK),

à i cm-1 seulement à la

tempé-rature de

_1,50

K réalisable avec l’hélium

liquide.

On a donc

La substance solide sera _par

_exemple

un bloc de Li F

qui

contient environ

o,5. I 023

noyaux par centimètre cube dont le moment

_magnétique

est de l’ordre de

L’intensité d’aimantation

_{(moment magnétique}

_par centimètre

_cube)

est donc de l’ordre de .

ou I o-5 à la

_température

ordinaire.

En aimantant deux blocs d’échantillon

_pendant

quelques

minutes dans un

_champ

de 50 ooo _gauss, en les retirant

rapidement

du

_champ

et en _les

rappro-chant,

on aura dans l’ « entrefer entre les deux

blocs,

un

_champ

initial de l’ordre de

_{Rn rv ?, 1t l,}

soit environ 1o-2 _gauss à

_i,5oK

ou 5. io-5 _{gauss à}

tempé-rature ordinaire

(voir Appendice).

Un

magnétomètre

ayant

comme

_champ

directeur le

_champ

terrestre

_(H

= _0,2

gauss) permet

de déceler

un

_{champ perpendiculaire}

de _{5. I o-6 gauss}

_[6].

Muni d’un

_{couple astatique}

et d’un

_champ

directeur dix fois

_plus

faible que le

_champ

_terrestre, un tel

_appareil

permet

donc de déceler sans difficulté des

_champs

de io-6 _gauss

_[7],

soit .encore 5o fois

_plus

_{faibles que}

les

_champs

_produits

_{par les aimantations nucléaires} à la

_température

ordinaire.

_(Toutefois,

à la

tempéra-ture

_ordinaire,

le

_{diamagnétisme}

induit dans l’échan-tillon par le

champ

directeur et _{par l’aimant} du

magné-tomètre est du même ordre de

_grandeur

_que le

magné-tisme nucléaire et il y a lieu d’en tenir

_compte.

Cette difficulté, n’existe pas

quand

on

_emploie

la méthode de la bobine

_tournante).

On pourra donc aisément déceler par des mesures

magnétostatiques

les aimantations nucléaires

persis-tantes,

étudier leur décroissance en’ fonction du

temps

et recueillir des

_{renseignements}

utiles sur les mécanismes de relaxation dans des

champs

nuls.

On

_peut

_employer

une méthode d’induction basse

fréquence

en faisant tourner autour des aimants nucléaires une

_petite

bobine dont on

_amplifie

la f.é.m.

induite,

etc.

Notons aussi

_qu’un

échantillon soumis à un

_champ

magnétique

tournant devient le

_siège

d’un

_couple

qui

peut

devenir

_{important lorsque}

la

_période

de rotation du

_champ

est de l’ordre de la durée de relaxa-tion de l’échantillon

(de

l’ordre de I. H

pour

i _cm3,

soit environ

_o,5

_erg-radian

dans un

_champ

de 50 ooo _gauss à la

_température

ordinaire

₍₁₀₀

erg-radian avec He

_{liquide !).}

On

peut

se demander ce

_qui

se _{passe si dans le}

champ magnétisant

ou en dehors de ce

_champ

on

retourne l’échantillon aimanté bout. pour bout ? Les noyaux tournent-ils avec le morceau de matière

ou conservent-ils leur orientation dans

l’espace ?

La

_première

alternative nous

_{paraît probable,}

au

moins en dehors du

champ.

S’il en est ainsi la rota-tion

_mécanique

de l’échantillon doit

_produire

des, effets d’induction faciles à déceler avec des

amplifi-cateurs basse

fréquence,’ et

si l’échantillon est

sphé-rique

et

_isotrope

les effets de

diamagnétisme

n’inter-viennent pas.

Appendice. -

Le

_champ

H au centre de

_symétrie

de l’« entrefer » entre deux blocs

_{cylindriques alignés}

est _{donné par}

où oea et oc,

_{représentent}

les

_demi-angles

sous

_lesquels

sont vu les faces circulaires externes et internes. Pour deux

_cylindres

de cm3 de section et i cm

de

_longueur,

laissant entre eux un « entrefer » de 5 mm

d’épaisseur :

569 tourner _{un cerceau} autour d’un échantillon

sphé-rique.

La _{variation de flux par demi-tour} est de l’ordre de

soit pour r = i cm et 1 - i o-5 de

_{2, 5 .}

Io-3 Maxwell. Si le cerceau

_porte

J03

_spires

et tourne à raison de5ot:s:

valeur facile à

_amplifier

par un

_{procédé classique.}

[1]

DORFMANN J. 2014

Physik. Zeitschr. _{Sowjet Union, I935.} 7, I26.

[2[ LASAREW B. G. et SCHUBNIKOW L. W., Ibid., I937, 11, 445.

[3] SOUTIF M.2014 J. Physique Rad., I949, 10, 6I D.

[4] POUND R. V. 2014 Phys. Rev., I95I, 81, I56, et _{I950, 79, 685.}

[5] PURCELL E. M. - Congrès

Radiofréquences,

Amsterdam, I950.

[6] BRUHAT G. - Cours

d’Électricité,

Chapitre Magné-tisme, § 101 et 249.

[7] FORRER R. 2014 J.

Physique Rad., I929, 10, 247, 252.

-THELLIER.2014 Ann. Inst. _{Phys. Globe, Paris, I938, XVI,} 157, I67.

Manuscrit reçu le 24 février _{I 951.}

PHOTOCOMPTEUR DE

GEIGER-MÜLLER

A CATHODE DE FERRO-NICKEL POUR RAYONS ULTRAVIOLETS

Par J.

LABEYRIE,

Commissariat à

_l’Énergie

atomique,

Fort de

_Châtillon,

Fontenay-aux-Roses.

SOMMAIRE. - On décrit le mode de construction et les

pro-priétés

de compteurs de _{Geiger-Müller autocoupeurs,} très

sensibles à l’action des rayons ultraviolets entre 2 000

et 3 000 Å, et

_pratiquement

insensibles au-dessus de 3 600 Å.

Ces _compteurs sont _{reproductibles,} très stables et de

cons-truction facile.

Mode de Construction. - Le

_compteur

mesuré

’20 mm de diamètre et I6o mm de

_long.

Il est _pourvu

sur le côté d’une fenêtre

plane

en

_quartz

de I o mm

environ de

diamètre,

i mm

_{d’épaisseur,}

scellée au verre au moyen

d’Apiezon

W. La coque du

compteur

est en verre ordinaire à la soude

_(1),

de

_o,5

mm

d’épais-seur. Les

_charges

tombant sur la cathode sont colle’c-tées à travers le verre, suivant le

procédé

décrit par Maze

[13],

au _{moyen d’une cathode} externe en

aquadag.

Les extrémités du

_compteur

et la fenêtre de

_quartz

sont laissées nues

_{(fig. I).}

La cathode

_{photoémissive}

est obtenue par

évapo-ration

_thermique

sous vide de la surface du fil

central,

qui

constituera,

par la

suite,

l’anode du

_compteur.

Ce fil est en «

_platinite

_»,

_alliage

de fer et de nickel

_(2).

Son diamètre initial est de 0,2 mm, il a le même

(1)

Verreries de Choisy-le-Roi (Seine).

(2) Aciéries d’Imphy. .

, Composition indiquée par le fabricant, : fer, 50 pour _100;

nickel, 49 pour 100; silicium, 0,2 pour ioo; manganèse, o,5

pour I oo; carbone, traces.

coefficient de _{dilatation que} le verre _{de la coque}

auquel

il se soude facilement.

_{L’évaporation}

du fil doit se

_{poursuivre jusqu’à}

ce que le

_dépôt

sur la coque réduise la

transparence

de 20 à 80 _pour I o0

de sa valeur initiale.

Il est

_{indispensable}

_que la cathode émissive ainsi formée reste à l’abri de l’air.

Les

_compteurs

sont alors

_remplis

avec un

_mélange

d’argon

et d’alcool

_éthylique

_{purs dont les}

_pressions

sont

_{respectivement}

Ioo et 15 mm

_Hg.

Nous avons

vérifié,

sur des

_compteurs

_{remplis depuis plus}

d’une

année,

que les

propriétés photoémissives

de la cathode n’étaient pas altérées par ce

_mélange.

En

_outre,

_après

plusieurs

millions

_{d’impulsions}

_{délivrées par le}

comp-teur,

la cathode émissive ne montre _{pas de traces} d’al-tération par les

produits

de

_{décomposition}

de l’alcool.

Fig. 1. - _Coupe d’un _{photocompteur.}

Les cotes sont en millimètres.

Caractéristiques électriques. -

Les

caractéris-tiques

de ces

_compteurs

sont celles des

_compteurs

à

paroi

de verre et à

_{remplissage alcool-argon : palier}

de l’ordre de 30o

_V,

_pente

inférieure à 5 _pour 100

par 10o

_{V, temps}

mort de l’ordre de 0-4 s. Le

_point

de fonctionnement est situé vers 1000 V. Le

mou-vement _propre, sous 5 cm de

_Pb,

est d’une

_vingtaine

d’impulsions

par minute environ. Ces

caractéristiques

ne varient pas

pendant

au moins un an.

Sensibilité

_spectrale

et rendement. - La sensibilité du

_{photocompteur}

est maxima

(3)

à 2 500 Á. Elle est

_pratiquement

nulle

(i

I _pour 10o de sa valeur

maxima)

à 3 600 Á.

₍₄₎

La courbe de sensibilité

_{(fig. 2)}

a été obtenue en éclairant le

_compteur

par la lumière

provenant

d’un monochromateur à

_optique

de

_quartz

(spectrophotomètre

standard

_Beckman),

alimenté par la lumière d’une

lampe

à

_hydrogène.

Le rendement des

_{photocompteurs}

est de l’ordre d’une

_impulsion

pour Iooo

_{photons incidents,}

à 2500 Â.

(comparé

au

_rendement,

_indiqué

_{par le}

_{constructeur,}

des

_{photomultiplicateurs}

R. C. A. 1 P

_28).

Cette évaluation est en accord avec _{la valeur mesurée par}

Audubert

[2]

et Mattler

[10]

pour des

compteurs

à cathode de Cul.

Conclusion. - Ces

_{compteurs peuvent}

servir à étudier des

phénomènes qui

se _{manifestent par} une infime émission de lumière ultraviolette : on

peut

signaler

en

_particulier

ceux

_qui

_accompagnent

certaines réactions

_chimiques

et

physicochi-miques [1, 14]

et ceux

_qui

_apparaissent

_{lors du passage}

des

_rayonnements

nucléaires, X,

ou

_cosmiques

à travers les substances fluorescentes

_(technique

des

scintillations) [8,

11, 12,

16].

On

_peut

aussi se servir de ces

_compteurs

pour doser _{certaines substances par}

(3) Ce maximum dérive lentement vers les _longueurs d’onde

plus courtes. Au bout d’un an, il est situé vers 2 300 À.

(4)

A condition que le

compteur

n’ait pas subi de dé-charges trop

importantes.

,