Un sélecteur magnétique pour l'enregistrement de spectres d'électrons à l'aide d'un détecteur au silicium

HAL Id: jpa-00243266

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Submitted on 1 Jan 1969

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Un sélecteur magnétique pour l’enregistrement de

spectres d’électrons à l’aide d’un détecteur au silicium

P. Paris, J. Tréherne

To cite this version:

291.

UN

SÉLECTEUR

_MAGNÉTIQUE

POUR L’ENREGISTREMENT DE SPECTRES

D’ÉLECTRONS

A L’AIDE D’UN

DÉTECTEUR

AU SILICIUM

P. PARIS et

_J.

TRÉHERNE,

*Centre de _{Spectrométrie} Nucléaire et de Spectrométrie de _{Masse, 91-Orsay,} **Institut de Physique Nucléaire, 91-Orsay.

Résumé. -- L’association d’un

_champ

_magnétique

uniforme et d’un détecteur à semi-conducteurs _permet

_{d’enregistrer}

les _spectres d’électrons

_{négatifs (positifs)}

en éliminant les rayonnements 03B3, 03B1 et les électrons

positifs (négatifs)

éventuels ; ceci dans une bande

d’énergie

dépendant

du

_champ

et de la

_géométrie.

Abstract. - For

counting

electrons

_{by eliminating}

_{y rays, X rays,} 03B1

particles

and

electrons of

_{opposite sign,}

we use silicon detectors in a uniform

_magnetic

field. The _energy range has upper and lower boundaries.

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME 4, JUIN 1969,

L’utilisation normale de détecteurs à

semiconduc-teurs _pour

_{l’enregistrement}

de _spectres d’électrons est

compliquée

par la

superposition

éventuelle à ceux-ci des _spectres

_{Compton correspondant}

aux rayonne-ments _{y, des rayons} X et des _spectres

_{continus ~+}

souvent intenses dans les décroissances

_d’isotopes

défi-cients en neutrons. Elle est

_{pratiquement impossible}

si la source radioactive est émetteur oc. D’où l’intérêt

d’un

_dispositif

_permettant

de n’admettre sur le détec-teur _que des électrons d’un

_signe

déterminé.

Des

_{particules chargées,}

_{émises par} un

_point

radio-actif dans un

champ magnétique

uniforme,

décrivent

dans le vide des

_trajectoires

hélicoïdales

_qui

intersectent à

_chaque

tour la

_ligne

de force

_rectiligne

du

_champ

sur

laquelle

est située la source. _{Le pas de} l’hélice

dépend

de la direction initiale des

_{trajectoires.}

La

_figure

1

_représente

les

_projections

sur trois

_plans

FIG.1. -

Trajectoire

des

_particules

d’une

_énergie

donnée.

perpendiculaires

des

_trajectoires

de

_particules

mono-cinétiques

émises sous une incidence

_{correspondant}

à

un _{pas moyen}

(distance source-détecteur)

A. Les faces

utiles de ceux-ci sont dans un même

_plan,

mais

orien-tées en sens

_opposé

sur une même « verticale ».

Soient B et

_BP~e

l’induction

_magnétique

et

_{l’impulsion}

des électrons

_{monocinétiques}

considérés. Les hélices

parcourues s’enroulent sur des

_cylindres

de diamètre d

tel

_{que B dle}

=

BP

cos _oc, avec les notations de la

figure.

La

_longueur

L des

_trajectoires

est :

Si D est la hauteur du détecteur à la verticale du

_point

source,

_l’angle

d’ouverture vertical est

_J9/L.

_L’angle

horizontal (0, non défini

géométriquement,

est

prati-quement

compris

entre

_-ic/2

et

_3~~4.

L’ouverture rela-tive

_D/47C

=

Dc~j4~cL

est du même ordre de

_grandeur

que celle

correspondant

à un

emploi

normal du

détecteur.

Sur ce

principe, après

une

_première

réalisation

_[1],

un instrument a été construit avec les

_{caractéristiques}

suivantes : le

_{champ magnétique}

_peut varier de 0

à ± 1 800 oersteds dans un volume utile de 15 X 20

X 9 cm3. Le vide est entretenu dans ce volume par une

_charge

de charbon actif refroidie à l’azote

_liquide,

de même _que le _support du détecteur et

_l’étage

d’entrée

d’un

_{préamplificateur}

refroidi. La source est introduite par l’intermédiaire d’un sas, vidé par une _pompe

turbomoléculaire,

à l’aide d’un

_dispositif

de translation

par crémaillère traversant une vanne à ultra-vide à

passage direct. Les rayonnements y sont

_interceptés

par un bloc d’or de 35 mm

_{d’épaisseur,}

entre source et

détecteur. La valeur maximale de d est _{définie par}

une série de

_diaphragmes

en aluminium. En

fait,

l’ensemble est _conçu avec des

_précautions

suffisante

292

FIG. 2. -

Spectres

de conversion du

_dépôt

actif du thoron avec deux

_champs

différents.

~i

pour

pouvoir

conserver un détecteur au

_{germanium :}

emploi systématique

d’acier

_inox,

de

_joints

viton et

absence totale de

_graisse

à vide et _{de vapeurs} d’huile. Il est enfin

_possible

de

_placer,

à 4 cm de la source et en face d’une fenêtre en

_béryllium,

un détecteur y

extérieur,

permettant ainsi des coïncidences

_{y-électrons.}

Les résultats sont conformes aux

prévisions.

La

dis-crimination entre _{rayonnements,} en

_particulier

élec-trons des deux

_signes,

est bonne et

_{l’emploi judicieux}

des seuils très

_simple.

Un détecteur au

germanium

a

été effectivement

_{expérimenté,}

les électrons

_{l’attaquant}

par sa zone

_{intrinsèque,}

mais la résolution obtenue

(10

keV à 624

_keV)

était très inférieure à celle des

jonctions

au

silicium,

_{par suite} sans doute d’une

mauvaise collection des

_charges

en surface. Nous

sommes donc revenus au

silicium,

d’utilisation

plus

simple

du reste.

La

_figure

2

_représente

deux _spectres obtenus avec

des

_champs

_différents,

montrant ainsi la variation des seuils. Sous le seuil inférieur subsiste la rétrodiffusion

des électrons sélectionnés dans la bande.

Inversement,

éliminer _par le seuil

_supérieur

une raie intense

_supprime

son _spectre de rétrodiffusion. Le seuil inférieur _permet, en éliminant les conversions de basses

_énergies,

de

faciliter

_{l’enregistrement}

des raies de hautes

_énergies

en utilisant des sources intenses.

Nous nous devons de remercier M. Buhler et son

équipe qui

ont réalisé la chambre à vide et son

dispo-sitif

_{cryogénique.}

BIBLIOGRAPHIE

[1] PARIS _(P.), Thèse, 1966,

Orsay,

Enregistrement

au