Vitesse de propagation de la décharge le long du fil dans les compteurs de Geiger-Muller à parois de verre et couche conductrice externe

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Vitesse de propagation de la décharge le long du fil dans

les compteurs de Geiger-Muller à parois de verre et

couche conductrice externe

Vincent Bogui

To cite this version:

VITESSE DE PROPAGATION DE LA

DÉCHARGE

LE LONG DU FIL DANS LES COMPTEURS DE GEIGER-MULLER A PAROIS DE VERRE

ET COUCHE CONDUCTRICE EXTERNE

Par VINCENT

_BOGUI,

Centre de

_Physique

_Nucléaire,

Faculté des _Sciences, Toulouse. Résumé. 2014 Le

cylindre

de verre du détecteur a été divisé en _quatre sections _graphitées de lon-gueurs

égales,

séparées par des intervalles isolants de même largeur. On détermine la vitesse de

propagation de la décharge le _long du fil en irradiant la section _graphitée terminale par un _pinceau de

_particules

bien _collimaté, normal au _fil, et en mesurant les coïncidences retardées entre cette section et les trois autres sections _graphitées.

Pour les _remplissages

_{(argon-méthylal)}

_classiques, on obtient des résultats _identiques à ceux

qui

concernent les détecteurs à cathode _{métallique :} la vitesse est _comprise entre 3 et 20 cm _par

micro-seconde ; elle est une fonction _{exponentielle} de la surtension. Au-dessus du

_palier,

la vitesse de

_propagation

atteint une valeur _{limite, comprise} entre 17 et 20 cm _{par microseconde,} selon la

proportion

de vapeur organique.

Dans le cas de

_remplissages

de

_méthylal

_{pur, les valeurs obtenues} restent du même ordre de

grandeur ; la vitesse est aussi une fonction

_{exponentielle}

de la surtension. La valeur limite de la

vitesse, pour le seuil de la région de

_palier,

est la même,

quelle

que soit la

pression

de

_remplissage.

Sa valeur est de 1,22

cm/03BCs.

Abstract. 2014 The glass

cylinder

of the detector has been divided into four

_graphited

sections of

equal

length, separated by insulated _{spaces of the} same width.

_{The speed}

of _propagation of the

discharge

along the wire is determined

_by

_irradiating the terminal _graphited section with a beam of well-collimated

_{particles, perpendicular}

to the wire, and _measuring the

_delayed

coincidences between this section and the other three _graphited sections.

For classical

_{fillings (argon-methylal),}

the results obtained are identical to those obtained which metallic cathode detectors : the _speed is within the range 3 and 20 centimetres microsecond20141;

it is an

_exponential

function of the _overvoltage. Above the

_plateau

curve, the speed of

propa-gation reaches a limit _value, between 17 and 20 cm _{per microsecond, according to} the _proportion of _{organic vapour.}

In the case _{of pure}

_methylal

fillings, the values obtained remain of the same order of

magni-tude ; the _speed is also an

_exponential

function of the _overvoltage. The value of the

_speed,

for the threshold of the

_plateau

_region, is the same whatever the

_filling

pressure. It is 1.22 cm

_03BCs20141.

LE

JOURNAL

DE

_PHYSIQUE

PHYSIQUE

APPLIQUÉE

Tome 25 SUPPLÉMENT AU No 11 NOVEMBRE 1964

Introduction.

- La

propagation

de la

_décharge

le

_long

du

_fil,

dans les

_compteurs

de

_{Geiger-Muller}

a,

jusqu’ici,

été étudiée dans le cas de cathodes internes

_métalliques

_{[1] ;}

elle s’effectue essentiel lement _par

_{photo-ionisation}

à l’intérieur _{du gaz}

_[2],

bien que certains auteurs

_{[3], [4]}

aient trouvé un effet

_{photoélectrique}

_important

sur la cathode. La vitesse de

_propagation,

_{pour les}

_remplissages

(argon

+

vapeur

organique)

est

comprise

entre 3 et 60 cm _{par microseconde}

[5], [6], [7],

environ.

Les

_remplissages

_{de vapeurs}

_organiques

n’ont été que peu

étudiés ;

les recherches antérieures ont

surtout

_porté

sur la mesure du coefficient

d’ampli-fication dans le gaz, à l’intérieur de la

_région

de

proportionnalité

[8]

et sur la

_{répartition statistique}

des hauteurs

_{d’impulsions}

dans la

_région

de réso-lution

_[9].

_{D’après Akpinar}

_[10]

la

_propagation

le

long

du fil ne commence _que

lorsqu’il

_y a

_déjà,

autour de

_l’anode,

un anneau de

_décharge

très

dense. A ma

_{connaissance,}

aucune mesure de vitesse de

_propagation

n’a été faite pour de tels

remplissages ; je

më suis donc

_proposé

de

_reprendre

°

cette

_question,

en considérant la _{vapeur de}

méthylal, qui

est d’utilisation courante

_{[8], [9].}

Dispositif

expérimental.

- 1. DéTECTEURS

J’ai utilisé des

_compteurs

de

_{Geiger-Muller}

à

_parois

de verre et

_graphitage

externe _{introduits par} Maze

_[11].

En

_effet,

_peu

_{d’expérience}

de

propa-gation

ont

_porté

sur de tels

_compteurs

et on ne

138 A

trouve _{pas de} mesure

_{systématique}

de vitesse en ce

_qui

les concerne

_{[12] ;}

_par

_contre,

la délimitation

précise

de leur volume

_sensible,

_permet

d’améliorer la

_précision

des mesures de

_propagation

_[1.3j.

Les

compteurs

sont en verre B-24

(verreries

de

Choisy-le-Roi) :

le

_cylindre,

_long

de 60 _cm, a un diamètre de 2 cm et une

_épaisseur

de

_0,8

_{mm ;} la constante de

_temps

du circuit

_(RC)

_{auquel équivaut}

la

_paroi

de verre

₍₁₎

est voisine de

_0,3

seconde.

L’anode

est

un fil de

_{tungstène dégraphité,}

de

_0,1

mm de

dia-mètre. Le

_cylindre

est

_séparé

en

_quatre

sections

graphitées,

de même

_{longueur (9}

_{cm) ;}

ces sections

sont

_séparées

_{par des} anneaux de verre de

_2,5

cm

de

_longueur,

recouverts de

_paraffine

_{pour éviter la} conductibilité

_{superficielle}

_(flg.

1).

On réalise ainsi une série de détecteurs à anode _commune, selon un

procédé

déjà employé

dans le cas des

_compteurs

à cathodes internes

_métalliques

_[14].

FIG. 1. -

Dispositif expérimental employé.

2. CIRCUIT ASSOCIE. - Les

impulsions

sont

recueillies sur les

_cathodes,

aux bornes d’un cir-cuit RC

_{(fig.- 1),}

avec R = 106

ohm,

C --- 52 _X 10-12

farad. J’ai vérifié que l’introduction de ce circuit

ne modifiait _{pas le}

_temps

de montée de

l’impulsion,

dont la forme était

_identique

à celle des

_impulsions

prélevées

sur l’anode. J’ai

également

vérifié

que la

caractéristique

de

_comptage

était bien la même

(seuil

de

_{Geiger, longueur}

et

_pente

du

_palier,

_temps

mort,

temps

de

_{restitution),}

_{que l’on}

_prélève

les

impulsions

sur la cathode ou sur l’anode.

1,(’S

_impulsions

_provenant

de

_{n’importe quelle}

section

_graphitée

_passent

dans un

circuit

de mise

en

forme,

qui

délivre une

_impulsion

calibrée. Deux tiroirs

à.retard,

dont chacun

_comporte

six

_tronçons

de

_ligne

à retard, à constantes

_réparties,

sont

inter-calés sur le

trajet

des

impulsions

venant de la section

_(I),

irradiée

_{(fig. 1) :}

les

retards ainsi intro-duits sont commut.ables en

_série,

dans un ordre

quelconque,

ce

_qui

_permet

de réaliser un retard

global

pouvant

varier de 10-’ à 4 x 10-6 seconde.

Ces tiroirs à retard sont

_placés

en série avec la

ligne

à retard du circuit de

_{coïncidences ;}

au

_total,

on

_dispose

d’un retard maximal de 9

micro-secondes,

réglable

par intervalles de 5 X 10-8

secondes.

3. SoURCE RADIOACTIVE. - Elle est constituée

par de

l’oxyde

d’uranium naturel

déposé

sur un

support

en

_plexiglass,

et

_placé

derrière un

colli-mateur en

_plomb.

Seuls les

_{rayons g}

et _gamma venant de cette source ont un _{parcours suffisait} pour traverser

_{l’épaisseur}

du verre

_(0,8

_mm)

et

pénétrer

dans le volume sensible du détecteur. Avec cette source le taux dé

_comptage

sur la section

_(I),

_irradiée,

est de 7 000

_impulsions

_par

minute, environ,

au milieu du

palier.

4. PROCÉDÉ DE MESURE. - La vitesse de

propa-gation

se déduit du nombre de coïncidences

enre-gistrées

entre la section irradiée et les antres sec-tions du

_détecteur,

en fonction du retard introduit dans le circuit

_associé,

_compte

tenu de la i’orme du volume sensible de chacune des sections

_graphitées.

Dans tous les cas, les coïncidences entre

_{(section J,}

section

_{II), (section I,}

section 111)

(section

I,

section

_1B’)

fournissent bien la même vitesse de

propagation,

ce

_qui

est une bonne vérification de la validité de la méthode.

Remplissages

argon-méthylal.

- On

trouveras

sur la

_figure

2 la courbe donnant la vitesse _de

FIG. 2. - Variation de la vitesse de

propagation

en fonction de la tension entre les électrodes

-. A

=

argon ; M =

_méthylal.

les _{électrodes pour} un

_remplissage

contenant : argon

(92

torr),

méthylal (10

torr).

La

_figure

3

_donne,

en ordonnées

_{logarithmiques,}

la vitesse de

_propagation

en fonction de la sur-tension

_{(Y -}

_Vs),

Vs étant la _{tension pour}

_laquelle

la droite

qui

donne le courant traversant _le

comp-à la fin du

_palier,

la courbe donnant la vitesse de

propagation

comporte

un

_{point d’inflexion ;}

au

delà,

la vitesse devient

_constante,

et voisine de 20

_{cm/microseconde}

dans le cas de la

_figure

4.

FIG. 3. - Variation de la vitesse de

propagation en fonc-tion de la surtension : A = _{argon ; M} =

_méthylal.

teur en fonction de la

tension,

vient couper l’axe

des tensions. La vitesse limite obtenue est de

3,2

cm/microseconde.

On

_voit,

d’autre

_part,

_que la courbe est bien une

_{exponentielle,}

ce

qui

est con-forme à tous les résultats antérieurs

_[1],

Les mesures ont été étendues à la

_région

située au-dessus du

_palier,

la stabilité des

_compteurs

à

cylindre

de verre

_permettant

d’étudier le début de

cette

_région

sans détériorer le détecteur : la

_figure

4

donne les résultats pour un

remplissage d’argon

(75

torr)

et

_{méthylal (25}

_{torr) :}

immédiatement

FIG. 4. - Caractéristiques d’un

remplissage

d’argon (75 torr) et de

_méthylal

_{(25 torr).}

0 = Vitesse de

propagation.

e = Taux de _comptage.

+ = _Charge

par impulsion.

140 A

Il est intéressant de

_porter

sur le même

_graphique

la

_variation,

avec la

tension,

de la

_charge

électro-statique

portée

par le fil et de la

charge

par

impul-sion. On _{remarque que :}

a)

Lorsque

la

_charge

par

impulsion

est

_égale

à la

charge

électrostatique,

il existe un

_{point anguleux}

dans la courbe donnant la

_charge

en fonction de la tension. Cela est conforme à la théorie de Wil-kinson

_[2].

Il n’en résulte aucune

_conséquence

en ce

_qui

concerne la vitesse de

_propagation.

b)

Un second

_point

_anguleux

se manifeste à’ la fin du

_palier.

Ce

_phénomène

a été récemment

signalé

par Kern

[15]

dans le cas de

compteurs

à cathodes

_{métalliques.}

Il est

_accompagné

de la modification de variation de la

_vitesse,

_signalée

plus haut.

Remplissages

de

_méthylal

pur. -- Les résultats

obtenus sont

_portés

sur les

figures

2 et

_3,

_{pour des}

pressions comprises

entre 5 et 31 torr. La tension

de seuil Vs

_est,

comme

_{précédemment,}

le

_point

où

l’extrapolation

de la courbe donnant le courant traversant le

_compteur

en fonction de la tension ..

coupe l’axe des abscisses.

On remarque sur ces

_figures

_{que la vitesse de}

pro-pagation

n’est mesurable _{que pour des surtensions}

(V,-

Vs)

d’autant

_{plus grandes}

_{que la}

_pression

du

méthylal

est

_plus

élevée. En

_effet,

_plus

la

_pression

est

élevée,

_{plus l’absorption}

des

_photons

dans la vapeur est

_{considérable,}

et

_plus

la

_probabilité

de

propagation

d’une section

_graphitée

à la suivante

est faible.

L’extrapolation

des courbes donnant la vitesse

en fonction de la

_surtension,

_conduit,

_pour

_Vs,

à une valeur limite

_qui

est

_égale

à

_1,22

cm _par

microseconde,

quelle

que soit la

pression

de

rem-plissage.

Enfin,

au-dessus du

_palier.

la vitesse tend vers une valeur

_limite,

comme dans le cas des

remplissages (argon-méthylal).

Manuscrit reçu le 17 _janvier 1964. BIBLIOGRAPIIIE

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