Étude du rayonnement de conversion interne de l'ionium

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Étude du rayonnement de conversion interne de l’ionium

P. Falk-Vairant, J. Teillac

To cite this version:

ÉTUDE

DU RAYONNEMENT DE CONVERSION INTERNE DE L’IONIUM Par P. FALK-VAIRANT et J. TEILLAC,

Laboratoire Curie

(Institut

du

_Radium).

Sommaire. 2014 Par la méthode des coïncidences 03B1-électrons de _conversion, on _{montre que} le nombre

d’électrons de conversion émis par I00 _{désintégrations} dans la désexcitation du niveau de 68 keV du Ra

est égal à 22. Ces résultats sont en accord avec ceux _{prévisibles par l’étude} de la structure fine 03B1 et du rayonnement 03B3.

JOURNAL PHYSIQUE TOME

_12,

JUIN

1951,

1. Introduction. - La transition d’un niveau

nuel6aire a un des niveaux

_{d’6nergie plus}

faible se

fait,

en

_general,

_par emission de

_photons

ou

d’61ec-trons de conversion. Si l’on

_d6sigiie

_{par N} la

proba-bilit6 d’excitation d’un

niveau,

N, et

_NY

les

proba-bilit6s d’emission d’un electron de conversion et

d’un

_photon

a

_partir

de ce

_niveau,

on a

La verification de cette identite est

_{particulièrement}

simple

dans le cas .des 6metteurs a dont le

_spectre

est _{constitue par deux raies. N est} alors _{donne par}

1’etude au

_{spectrographe}

_magn6tique

_du

rayon-nement cx et l’on

_peut

mesurer

_{indépendamment}

en valeur absolue Nt et

_Ny.

Cette v6rification n’a

_{cependant jamais}

ete faite

systematiquement.

Nous

_rappelons

ci-dessous les

principaux

resultats

_{expérimentaux.}

«

"

«

ThC-

ThC". - Dans la

désintégration ThC-+ ThC’I

qui

presente

un etat excite de

_{4o kev,}

_{Kinsey [2]}

trouve un accord

satisfaisant

en admettant la valeur de F’lammersfeld

_[3]

de

o,59

électrons de

conversion _par

_{désintégration,}

valeur en

_complet

d6saccord avec celles de

_Gurney

[4] (o,i8

electrons

de

_conversion)

et de Arnoult

_{[5] (o,23}

electrons de

conversion).

Ces travaux sur le

_depot

actif du Th

sont evidemment

_compliqu6s

par la

presence

d’un

grand

nombre d’autres

_{rayonnements.}

0’

RTh -+ ThX. - Récemment S.

Rosenblum,

M. Valadares et M.

_Perey

_[6]

ont determine avec

precision

la

_probabilité

d’excitation du seul niveau

a

nucl6aire de

87

keV de la transition RTh - ThX

_(1),

et _{montre que N} ==

o,9.8

± _o,oi. Or

N,

mesur6 au

moyen d’un

compteur

Geiger

a ete trouve

6gal

à

o,025

[7]

et Ne determine a l’aide d’un

spectrographe

et d’un electrometre Hoffmann

_6gal

a o,065

[8].

Des mesures a la

_plaque

photogra-phique [9]

ont donne la valeur Ne =

0,076

et _paru

confirmer que la relation

(1)

n’6tait pas v6rifi6e.

x

Ra- Rn. - Cette transition

presente

un seul

6tat excite de 188 _{keV pour}

_lequel

une 6tude r6cente

de la structure fine a donne N ==

6,9

pour 100,

Stahel et Johner

_[1],

de leur 6tude sur le

rayonnement

y concluent

_Nr==i,i8

pour ioo et

N,=o,56

pour Ioo.

K

io-*Ra. - L’ionium

_présente

trois raies de

structure fine a

_69,

1 8o et 260 keV du niveau fonda-mental

_{[10, 11]}

d’intensit6

_respective

24 :

0,7 et 2

%

des

_{désintégrations.}

On

_peut

ici,

negliger

les deux

raies de faible intensite. Ward

_[12]

avait

montre que le

rayonnement y

6mis dans la transition

a

io-->-Ra etait _{tres peu} intense. M-6 I. Curie

_[11]

et M. Riou

_[13]

ont

_precise

_{1’energie et}

le nombre

(1) En realite _le;schema de _{désintégration} est _{peut-6tre plus complexe} et l’on doit choisir entre

mais la structure fine _{quoique peut-6tre} en faveur du _premier schema n’a pu donner jusqu’A present d’indication définitive.

Quoiqu’il en soit il nous _{suffit, ici,} d’admettre _qu’il existe un seul niveau vers ₈₇ keV.

660

de

_quanta

par

desintegrations

et ils ont obtenu les resultats

suivants :

Le _Y de 68 keV

_correspond

tres bien a la

_premiere

raie de structure fine et sa faible intensite montre

qu’il

doit etre fortement converti

_(sur

24

etats excites par oo

désintégrations,

23 doivent 6mettre

un electron de

_conversion).

_L’6tude

des electrons de conversion a

_d6jA

été

_entreprise

a

_I’appareil

Wilson

_[14]

_puis

a la

_plaque

_{photographique [15].}

11 ressort de ces

experiences

_{que les electrons de}

conversion sont _{dus presque} exclusivement a la

conversion

_{du y}

de 68 ke V dans les couches I, et M.

Cependant

l’intensit6 de i o à 11 i electrons de

conver-sion par oo

_{disintegrations}

ne s’accorde

pas

avec

les resultats des travaux sur la strncture fine et le

rayonnement y

(2).

Enfin

_signalons

_{que la} mesure du

_rayonnement

L

ex cx

effectuée pour les

transitions

Io ->- Ra et RTh - ThX laissait penser que le nombre d’excitations. de la couche L etait

_sup6rieur

au nombre d’61ectrons de conversion observes et

_{correspondait}

sensiblement

au nombre d’61ectrons

_qui

auraient dii etre observes

d’apres

la relation

_(1).

11 nous a donc semble utile de verifier _par une nouvelle methode le nombre d’61ectrons de

conver-sion 6mis par

désintégration.

Dans le

_present

travail nous avons 6tudi6 le

rayonnement

de conversion de l’ionium.

2. Méthode

_{expérimentale}

et

_{appareillage.}

-Nous avons

_employ6

la m6thode des coincidences cx-électrons de conversion avec un

_systeme

de deux

«

_compteurs

en croix o

_{( f g. I).}

Fig. i.

La matiere constituant la source etait

_plac6e

entre deux

_disques

d’aluminium de

_ifioe

de

milli-metre

_{d’6paisseur}

avec un trou central de 3 mm de

diametre. Ces

_disques

étaient introduits entre les deux

_compteurs,

dans le

_logement

L

_(fig.

_j)

tel _que,

lorsque

les deux

_compteurs

étaient en

fonction-nement,

la source se trouvait a environ

_9-/ioe

de (2) Nous _{rappeherons dgalement que pour} le RaD de

nombreuses valeurs contradictoires ont ete _{publi6es pour} les electrons de conversion de 1’6tat excite de _{47 keY (voir}

bibliographie dans L. _{CRANBERG, ,Phys. Rev., 1950, 77, p. 1 5 5).}

millimetre dc la

_paroi

interne des

_compteurs.

Ces

disques pouvaient

etre recouverts d’6cran

d’6pais-seur variable. Dans un tel

_{systeme :}

I’angle

solide utilise par

compteur

est

approxi-mativement 2r

_(ce

_point

sera discute

_{plus loin);}

les

_compteurs

ne travaillent _{que dans leur}

_partie

centrale.

Ces deux

compteurs

étaient

_plac6es

sous une cloche de

_grand

volume que nous

remplissions

avec

le

_melange

_classique

_(i

cm

_d’alcool,

_g cm

_d’argon

commercial).

Les

_{préamplificateurs, amplificateur}

a coincidence et échelles étaient ceux fournis par le Commissariat

a

_I’P-nergie

_atomique.

Ce

_syst6me

nous

’permettait

de

_compter

simultanémerit les

_impulsions

arrivant

dans

_chaque

_compteur

et les coincidences. Les

_paliers

étaient environ de 200 V avec une

_pente

de 1’ordre

de 2 _pour 10o et nous avons vérifié

_qu’avec

des

particules

(x ils étaient

identiques

a ceux

obtenus

avec des electrons.

I

Le mouvement _propre dans

_{chaque compteur}

etait d’environ 3o c : mn et le mouvement _propre

en coincidence de 3 c : mn.

3. Mesures avec une source de

polonium

Pour 6tudier le

_comportement

des « dans nos

compteurs

nous nous sommes servis de sources

de Po. Certaines de ces sources étaient

d6pos6es

sur

des

_supports

d’or ou

d’aluminium,

d’autres sur un

support

d’environ

_{o,13 mg : cm2}

de

_polyvinyl.

ABSORPTION DES (x DANS Au ET Al. - Les courbes

d’absorption (fig. ?

et

₃₎

_peuvent

etre sehématisées par la

figure

4.

On _remarque sur ces courbes trois zones distinctes

que nous

_interpr6tons

de la

facon

suivante :

I. Zone a. - Variation du nombre d’ce due a la

variation

_d’angle

solide. Les

(x

_ayant

tous le meme parcours

l’angle

solide w varie lin6airement avec

1’6paisseur

h de l’écran

_{(fig. 5).}

Si N est le nombre d’cx _{6mis par la} source dans

I’angle

47!,

le nombre

_compte

n,

_apres

l’interposition

d’un ecran

_{d’6paisseur h}

est

n = ’l’( - °°),

2 -B

oii R est _{le parcours de} 1’C(.

_{L’extrapolation}

de la

droite a

_l’origine

donne

N -

Une verification faite

2

en mesurant l’intensit6 de la source avec un

6lectro-m6tre donne la meme valeur a 2 _pour i oo

pr6s.

L’intersection de la droite avec I’axe des abscisses

donne le _{parcours R des} (x dans

I’absorbant.

Nous

avons _{ainsi trouve pour les} oc du Po :

RAu = 17,9 :--[: o, 3 M g : CM2,

RAI == 5,9::i-- 0, 1 Mg: CM2

en accord avec les valeurs couramment admises

_[161.

II. Zone b. -

rigou-reusement

_6gal

a 2r

_{(fig. 6),}

Ie nombre d’a, _pour

des 6crans

_{d’6paisseur}

tres faible est constant.

(En

realite la source S n’est pas

_ponctuelle,

la

Fig. 3. - Absorption des a _{du Po dans A].}

Fig. 2. -

Absorption des x du _Po dans Au.

Fig. 4.

’

Fig, 5.

zone b n’est _{donc pas} une droite

_horizontale,

de

plus,

dans cette zone comme dans la zone c, les

mesures sont rendues incertaines du fait de

l’inhomo-gdn6it6

des

_6crans).

La

_grandeur

de la zone b nous

permet

de determiner

_{approximativement}

l’angle

solide

_experimental

utilise : on trouve

Fig. 6.

moyenne des valeurs obtenues

_d’apr6s

les courbes

d’absorption

dans Au et Al. III. Zone c. 2013 Elle

repr6sente

1’absorption

des noyaux de recul

(voir

coincidences dans

_Po).

4. Coincidences avec une source de

_polonium.

- Pour étudier les coincidences dues _au

rayon-nement secondaire

_produit

_{par les} a dans les 6crans,

nous avons

_employ6

une source de Po

_d6pos6e

sur

un’support

de o, 1 ,3 mg : cm2 de

polyvinyl.

De

chaque

cote de cette source nous

_placions

des 6crans

iden-tiques.

La

_{figure 7 repr6sente}

le nombre de coinci-dences en fonction de

_{l’épaisseur}

de ces ecrans.

Fig. -

Absorption des coincidences avec Po dans Al et Au _{(sym6trique).}

1)ans le cas de l’or on

_interprete

ces coincidences

comme 6tant dues

_uniquement

aux _{noyaux de recul.}

Avec l’aluminium on observe des coincidences

j usqu’a

environ 5 mg : :. cm2.

i° En

_placant

d’un cote de la source un ecran

de _{I mg : eM2 d’Au} et de l’autre des 6crans variables

d’Al ;

on n’observe aucune

coincidence,

ce

_qui

montre

que ces coincidences sont dues a un

_rayonnement

secondaire

_produit

_{par les} a dans

l’aluminium...-Fig. 8. - Les 6crans a et b sont fixes.

a, 2,5 mg : cm2 d’Al; b, 1,2 mg : cm2 _d’Au; c, deran de nature

et _{d’epaisseur} variables.

20 Pour 6tudier

_{l’absorption}

de ce

_rayonnement

la source etait

_plac6e

entre des 6crans divers comme

662

De cette

manière

le

_compteur

1 ne

_compte

_que les « et les coincidences ne

_peuvent

avoir lieu

_qu’entre

un « du

compteur

1 et le

rayonnement

secondaire

produit

par cet oc dans 1’ecran a.

Si

_N1

et

_N2

sont

_{respectivement}

le nombre de

Fig. 9. - Absorption des coincidences avec Po

(dissymétrique).

coups

compt6s

par les

compteurs

1 et 2 et N,!* le nombre de

coincidences,

on

_peut

ecrire les rela-tions suivantes :

oil

N,

nombre de

_{désintégrations}

_{par unite de}

_temps;

A =

wts;

M,

_angle

solide;

i, facteur de transmission de

_1’ecran;

ê, efficacit6 du

compteur;

q,

probabilit6

d’6mission secondaire par a traversant

l’écran a.

TV Des relations

_pr6c6dentes

on tire

2013

=

qky,

q 6tant

constant,

en faisant varier

_{l’epaisseur}

de 1’ecran c on obtient

_{l’absorption}

du

_rayonnement

secondaire

_(fig.

_9).

On deduit de cette courbe _que

le

(1:)

de ce

rayonnement

est

approximative-p al

ment 800, ce

_{qui correspond}

_{grossi6rement}

soit au

rayonnement

K,,

de

l’aluminium

_(6nergie

des

photons

1,2 keV

environ)

soit à un

_rayonnement

d’environ 5 keV.

En

_remplaqant

les 6crans c d’aluminium par des

écràns

de cuivre et de

_cellophane

on _{remarque que}

le

_rayonnement

est

_{beaucoup plus}

_absorb6;

on en

conclue que c’est le

rayonnement

K,,, de Al. Cette courbe montre _que l’influence des coincidences dues

au

_rayonnement

secondaire est

_n6gligeable

_(au

moins en

_{premiere approximation)}

dans 1’etude des

coincidences (x-electrons de conversion de l’ionium

ou le taux de

coincidence

par a est

beaucoup

plus

élevé.

5. Mesures avec la source d’Io. -

PRÉPA-

°

RATION DES SOURCES. -- Nous

nous sommes servis

d’une solution de nitrate

d’ Io-Th,

contenant _g,I I

pour i oo d’lo

purifi6

en

derives,

mise a notre

dis-position

par Mme I. Joliot-Curie.

Le nitrate etait dissous dans 1’alcool et

_melange

a une solution de collodion. On obtenait ainsi des sources de _{o,3 mg : cm2}

d’6paisseur,

donnant 5 ooo

à 10 ooo _{coups :} mn dans

_chaque

compteur.

ABSORPTION DANS Au ET Al. - Le

parcours des «

de Io dans Au a ete trouve

_6gal

a

_i4,8

±: 0,2 mg : cm2

et dans Al a

5,0

±

_{0,3 mg : cm2.}

On sait que des electrons de

48

keV sont absorbés

.

Fig. I o. - Absorption des rayonnements de Io dans Al.

Courbe 1 : i courbe _th6orique d’absorptiori des « avec un angle solide mo exactement 6gal 21t. Courbe 2 : courbe

corrig6e par comparaison avec la courbe _{d’absorption} des a du Po.

Fig. i i. - Absorption des rayonnements de Io dans Au.

par environ 5 mg : cm2 d’Au ou d’Al. Dans ces

.

conditions des 6crans d’Au

_sup6rieurs

a 5 _{mg : CM2}

Les courbes

_{d’absorption}

dans Al et Au sont donn6es dans les

_figures

10 et 11.

Nous avons fait deux sortes de mesures.

io Mesure des coincidences en «

_absorption

dissy-métrique

». - Un des

compteurs

est recouvert d’un

ecran determine d’Au ne _{laissant passer que les a,}

l’autre,

d’un ecran

_{d’6paisseur}

variable

d’Au ou

d’Al

_(fig.

_{I ?J.}

Fig. 12.

20 Mesure des coincidences

_{en’absorption}

«

syme-trique

». - Des écrans

variables

de même nature

et de meme

_6paissetir

sont

_places

de

_chaque

cote de la source.

«

_Absorption

_{dissymétrique}

». -- On

peut

repré-senter ces mesures, deduction faite des mouvements propres, par le

systeme

d’6quations

suivant :

d’où

oil

’

p,

probabilit6

d’6mission d’61ectrons de conversion par

disintegration;

k, = ( t co)

pour les

electrons ;

kx, k,,,,

--

(E t w)

_pour les cx.

Les courbes 1 et 2 de la

_{figure 13 repr6sentent}

,w,w,>,

k’lg. 3.

la variation de

_pke

en fonction de

_{1’epaisseur}

de l’ écran variable sur le

_compteur

_2,

dans le cas

de Au et Al. Le

_compteur

1 etait recouvert d’uA ecran fixe de

_{6,3 mg : cm2 d’Au.}

«

Absorption

_symlrique

». - Dans

ce cas on

_petit

ecrire les

_equations

d’ou l’on tire

JVc

est donne

_{expérimentalement}

entre o et 5 _{mg : cm2}

_{(N, -}

o _{pour des} 6crans -> 5 _{mg :}

cm2).

’Vk,,,

est determine sur les courbes

d’absorption

des «

de 1’Io

_{( fcg.}

1 o et

I I).

Dans le, cas de FAu entre o

et 5 _{mg :} cm2 et de l’Al entre o et I _{mg :} cm2 la

valeur de .lVk(1. est

moins

_precise

que la valeur

qu’on

peut

determiner entre I et 5 _{mg : cm2 pour Al}

parce que

I’absorption

des « n’est pas lin6aire dans

oes domaines

(voir

Po).

,

Les courbes 3 et 4: de la

_figure

13 donnent la variation de

_pke

en fonction de

1’epaisseur

des

6crans dans Au et Al.

Résultats et discussions. 2013 io Les courbes de

la variation de

_pk,

dans Al et Au ne

_pr6sentant

_pas

de difference fondamentale nous en concluons _que

les

coincidences,

sont dues a un

_rayonnement

elec-tronique.

2° _{Le parcours maximum de} ces électrons obtenu au _{moyen des} coincidences

( N 5

_{mg :}

cm2)

corres-pond

a une

_energies

de 5o keV environ.

30 Nous _{n’avons pas} tenu

_compte

des résuItats des mesures _{pour des éerans}

_{d’epaisseur}

inférieure

A

o,5

mg :

cm2,

les coincidences

pouvant

alors 6tre dues a des effets

_{perturbateurs (noyaux}

de

_recul).

Nous pensons donc _que la limite inférieure de

1’energie

des electrons dont nous avons tenu

_compte

est de 15 a 18 keV..

fi°

Cependant

les valeurs de

_pke

obtenues avec Al sont

_légèrement

_sup6rieures

a celles obtenues avec Au.

Nous

_interpr6tons

cette _{difference par} le fait :

que nous mesurons

_{l’absorption}

d’61ectrons non

canalises;

et _{que dans} Al certaines coincidences sont dues

a la

_production

_{de rayons} X

secondaires,

comme 1’a montre 1’etude du Po

_(cette

influence ne doit _pas

etre

_{superieure a}

2 _pour

i oo).

50 On note

_6galement

une difference entre

1’absorp-tion (

_sym6trique

» et «

dissym6trique

». Cette diffé-rence

_peut

_{s’expliquer}

_{par le}

_phénomène

de reflexion

(backscattering).

Ce dernier se _{compense dans}

l’absorption

sym6trique,

tandis _{que dans}

1’absorp-tion

_{dissym6trique}

il a tendance a

_augmenter

le

nombre de coincidences.

_Rappelons

_{que dans}

l’absorption dissymetrique

un des 6crans est formé

de

_{6,3 mg : cm2 d’;iu}

_qui

arrête tous les electrons

tandis que 1’autre est _{forme d’Al ou}

_d’Au

_{d’6paisseur}

variable inf6rieure a 5 _{mg : cm2. Dans}

_{l’absorption}

dissym6trique

le

_phénomène

de

_{backscattering}

est

donc

_{plus important}

_pour

_(Au

_{6pais-Al mince),}

que pour

(Au

6pais-Au mince) :

ce

_qui

est nettement

visible sur le

_graphique

et

_qui

est en faveur de

notre

_{interpretation.}

664

figure

13 donne une valeur de

_pk,

_{pour l’absorbant} o.

Cette valeur est

_comprise

entre o,og et o,13 :

k, = wtF,;

E, efficacit6 du

compteur

que nous _prenons

_6gale

a I;

t, transmission de

l’éeran,

que nous _prenons

_egale

à i a

_{1’origine ;}

Cd,

angle

solide effectif.

Donc pour l’absorbant o on a _A-e == M. Les mesures sur le Po nous ont montre

_{que co est}

de 1’ordre

de’o,15

X

4 1!.

Dans ces conditions

_{p est compris}

entre o,,2o et o,2g.

Nous pensons, pour les raisons

_expos6es

au

paragraphe 5

que la valeur la

plus probable

est donn6e par la courbe

d’absorption

«

symetrique

))

dans FA1 ce

_qui

conduit a une valeur de p voisine

de o, 9-,2.

7°

Ces resultats

_pourraient

ctre influenc6s _par une forte correlation

_angulaire

entre l’oc et l’electran de conversion.

_Quelques

_{experiences pr6liminaires}

nous ont _{montre que si} cette correlation

_existe,

elle est faible.

Conclusion. 2013 Nos resultats

montrent que dans

la d6sexcitation du niveau nucl6aire de 68 keV du Ra il y a 22 electrons de conversion pour i oo

d6sin-t6grations

d’ionium. Cette valeur

_correspond

bien à celle

_qu’on

_peut

attendre de l’étude _du rayonne-ment L.

D’autre

_part

la

_probabilit6

d’excitation de ce

niveau nucl6aire d6duite de nos mesures et celles de I. Curie

_[11]

et M. Riou

_[7]

sur l’intensit6 _du

rayon-nement y est donc d’environ

Ne

+

_ivy

= 28 _pour o0

désintégrations,

en accord

_complet

avec la structure

fine oc

(N = 24).

Signalons

que par ailleurs de nouvelles. mesures

a la

_{plaque photographique}

en collaboration avec

Mlle G.

_Albouy

donnent des resultats semblables

_[17].

L’un de nous fera une 6tude

critique

ties

_experiences

faites a

_1’appareil

Wilson.

Nous tenons a remercier le Professeur I. Joliot-Curie pour les

conseils

bienveillants

_qu’elle

n’a

cess6 de nous donner au cours de ce travail. Nous remercions

_également

M. Valadares _pour

les nombreuses discussions que nous avons eues avec lui.

Enfin c’est

_grace

aux allocations que nous a

accord6es le Centre National de la Recherche

scien-tifique

que nous avons _{pu effectuer} ce travail.

BIBLIOGRAPHIE.

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