Fabrication des scintillateurs α insensibles à la lumière ambiante

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Fabrication des scintillateurs α insensibles à la lumière

ambiante

Bernard Mougin, Yves Koechlin

To cite this version:

135 A

FABRICATION DES SCINTILLATEURS 03B1 INSENSIBLES A LA

LUMIÈRE

AMBIANTE

Par BERNARD MOUGIN et YVES

_KOECHLIN,

Service des Constructions

Électriques,

Section

_{d’Électronique-Physique,}

Centre d’Études Nucléaires de _Saclay.

Sommaire. 2014 On décrit le mode de fabrication d’écrans scintillateurs destinés _au

comptage

des _{particules alpha.}

Ces scintillateurs se _composent d’un écran de sulfure de zinc activé à l’argent,

déposé

sur un

support transparent, et recouvert par un cache en aluminium.

Ce cache, d’une _{épaisseur massique} de 0,8 mg /cm2, peut être traversé par les particules alpha,

alors _qu’il est _{complètement opaque à la lumière ambiante. Un compteur} à scintillations _équipé d’un tel écran _présente un rendement _quantique de 30 _{% pour les particules alpha} de l’uranium. Son mouvement propre 2014 de l’ordre de 0,6

impulsions par minute 2014 n’est pas

augmenté par l’éclairement intense de l’écran scintillateur.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM SUPPLÉMENT AU ? 11 PHYSIQUE APPLIQUÉE TOME _17, NOVEMBRE _1956, PAGE 135 A.

I. Formation de l’écran. - L’écran des

ZnS(Ag)

(1)

est obtenu _{par la}

_méthode

dite de sédimentation. Un

_disque

_transparent,

en verre ou en matière

_plastique,

est

_disposé

à

_quelques

centi-mètres du fond d’un bécher

_rempli

d’eau addi-tionnée de 10

_%

d’alcool

_méthylique.

Ce

_bécher,

d’un diamètre

_{légèrement supérieur}

au

_disque

et

d’une hauteur double du diamètre du

_disque

à

employer,

est muni à sa base d’un

_queusot

de

vidange

de 4 mm de diamètre.

On brasse

_pendant

une dizaine de minutes dans un mortier contenant un _peu d’eau la

_quantité

de ZnS en

poudre

nécessaire à la formation de

l’écran. Cette

_quantité

est calculée en fonction de

l’épaisseur

massique

de l’écran et du diamètre du

bécher dans

_lequel

se fait la sédimentation. Elle est

de

_1,5

_{g de ZnS pour} un écran de 10

_{mg /cm2}

et

un bécher de 14 cm de diamètre.

On

_ajoute

ensuite la

_quantité

d’eau nécessaire à la fluidité du

_mélange,

et le contenu du mortier est

versé lentement au centre du

_bécher,

très

_près

de la surface de l’eau.

_Après

une durée d’environ

10

_minutes,

la décantation est

_achevée,

l’eau est

siphonnée

jusqu’à

5 mm au-dessus du

dépôt, puis

évacuée par le

queusot

de

_vidange

du bécher.

Lorsque

le niveau d’eau est à 1 mm environ au-dessus du

_dépôt,

la vitesse d’écoulement est

réduite à 10

_gouttes

à la minute. L’écran est

ensuite séché à l’aide d’une

_{lampe infra-rouge, puis}

retiré du bécher et

_posé

horizontalement. Il est

alors recouvert de fixatif à l’aide d’un

_vaporisateur

d’aérosol ;

on arrête

l’opération

lorsque

le

fixatif,

diffusant entre les cristaux

_ZnS,

recouvre

entiè-rement le

_dépôt.

On laisse sécher l’écran

_pendant

1

_{heure ;}

le

_séchage

_peut

être

_{activé dans}

les 20 der-nières

_minutes,

à l’aide de la

_lampe

_infra-rouge

placée

comme

_{précédemment.}

(1) Sulfure de zinc _fabriqué par Lévy West Lab.

(Angle-terre) et _{importé par Massiot} et _Cie, 37 _bis, rue de Belfort,

Courbevoie.

II. Fabrication du cache. - Le cache est

cons-titué par des membranes minces de formvar

₍₂₎

métallisées sous _{vide par}

_{évaporation thermique}

d’aluminium.

1. Préparation

des membranes de

_formvar.

-- Ces

membranes sont formées sur des

_plaques

en verre

incurvées :

_quatre

de ces

_plaques

_juxtaposées

forment un

cylindre

de 20 cm de diamètre et

de 18 cm de haut. Elles doivent être

_dépourvues

de rayures et

soigneusement

décapées

dans un bain

sulfurique

chaud, puis

rincées et séchées à l’air.

Chaque

plaque

est

_{immergée pendant}

20 minutes

dans une solution de soude à 5

_%

_pour faciliter le décollement de la membrane. Elle est ensuite

essuyée

par

glissement

sur du

_papier

_{filtre, puis}

séchée à l’air à l’abri de la

_poussière.

Le côté

concave de la

_plaque

est alors

_{plongé, pendant}

15

_secondes,

dans une solution de formvar

cons-tituée par 2 g de formvar _{pour 100 g} de

chloro-forme ;

on obtient ainsi une

_pellicule

mince de

formvar,

adhérente au _verre, et

_ayant

une

_épaisseur

massique

de 70 ug

/cm2

environ.

2. Métallisation des membranes de

_formvar.

-Quatre

plaques

ainsi

_préparées

sont montées verti-calement à l’intérieur d’une cloche à vide. Elles

reposent

sur la

_platine,

côté formvar.à

_{l’intérieur,}

en _{y délimitant} un cercle de 20 cm de diamètre au

centre

_duquel

est

_placé

verticalement un filament

de

_tungstène

blanchi de

_0,5

mm de diamètre. Ce

filament est muni de 4 boucles- à 4 et 2 cm de son

point

milieu,

ce

_point

étant au niveau du centre

des

_plaques.

_Chaque

boucle soutient un cavalier

d’aluminium

_pesant

_{30 mg.}

Lorsque

le

_vide,

évalué à la

_jauge

d’ionisation

est de l’ordre de 10-5 mm

_Hg,

le filament

d’évapo-ration est chauffé

_{progressivement}

et l’aluminium (2) Formvar _provenant de la

_Shawinigan

_Ltd, Marlow House

_Llyod’s

_Avenue, Londres EC 3.

136 A

se

vaporise jusqu’à

disparition complète ;

l’opé-ration dure 5 minutes environ.

_{L’épaisseur}

mas-sique

de la métallisation est alors de

_0,2

_mg/cm2.

La rentrée d’air dans la cloche ne s’effectue _que

lorsque

la

_température

de la métallisation est

revenue à 20 OC

_environ,

afin’ d’éviter la formation

d’alumine.

3. Obtention des membranes métallisées. --- Une

fois

_{métallisée,}

la membrane est

_découpée

à l’aide

d’un bistouri sur tout le

_pourtour

de la

_plaque

de

verre à 2 mm de. la

_bordure,

et la

_plaque

est

immergée

horizontalement dans un cristallisoir

rempli

d’eau,

la membrane vers le haut. En

30

_minutes,

l’eau

_pénètre

entre la

_plaque

et la

membrane et _gagne toute la surface. L’eau est alors

siphonnée.

La

_plaque

_(la

membrane

_toujours

_dirigée

vers le

haut)

est

_présentée

à la surface d’une eau calme

par l’un de ses côtés

_{rectilignes, puis immergée}

progressivement.

La membrane se détache alors

de la

_plaque

et vient flotter à la surface de

_l’eau,

au fur et à mesure de l’immersion.

Un

_cadre,

_{constitué par} une

plaque

carrée

d’aluminium

_percée

d’une fenêtre

_ayant

un

dia-mètre

_supérieur

à celui de l’écran de

_ZnS,

est alors

glissé

sous la membrane. Un côté de celle-ci est

amené en contact avec le

_cadre,

la membrane se

colle et suit le cadre

_lorsque,

ramené à la

_position

verticale,

il est tiré hors de l’eau.

L’étanchéité à la lumière de la membrane

métal-lisée est

_{grossièrement}

vérifiée _par sa

_transparence

aux flux lumineux d’une

_lampe

de forte intensité.

La membrane ne doit _pas

_comporter,

sur une

surface de 100

_{cm2, plus}

d’une dizaine de trous

d’épingles

visibles à l’oeil nu.

III.

_Montage

des membranes métallisées sur

l’écran ZnS. - Les membranes sont

fixées,

par

paire,

sur des couronnes

_métalliques

dont le

dia-mètre extérieur est celui de l’écran de sulfure de zinc. La

_première

membrane est

_posée

sur la

couronne

_présentée

sous le cadre. Une deuxième

membrane est

_posée,

de,

la même

_manière,

sur la

même couronne. Ces deux membranes sont alors collées sur la couronne à l’aide de chloroforme

_passé

au

pinceau.

Le cache est constitué de deux couronnes

(épais-seur :

0,8 mm)

réunies

_{ensemble, emprisonnant}

ainsi

_quatre

membranes. L’ensemble est maintenu

en

_place,

à l’aide de

_vernis

₍₃₎

_déposé

sur la tranche .

des couronnes.

Ce cache est

_disposé

sur la couche de sulfure de

zinc de l’écran et scellé au vernis.

IV.

_{Caractéristiques.}

--- 1. Conditions des

mesures. - Le

scintillateur oc métallisé est

_disposé

sur la

photocathode

d’un

_{photomultiplicateur}

(P. M.)

Dumont

_6292,

dont le

_gain

est

_ajusté

à

un million environ.

La constante de

_temps

du circuit

_anodique

du P. M. est de 50 microsecondes environ. On

enregistre

les

_impulsions

_{délivrées par le P. M.}

ayant

une

amplitude supérieure

à 1 volt.

2. Mouvement propre du P. M. seul. - Le

mou-vement _{propre du P. M.} sans le scintillateur

est,

dans ces

conditions,

de

0,6 impulsion

/minute.

3. _{Mouvement propre du P. M.} monté avec le

scintillateur métallisé. - Le scintillateur est

placé

à 40 cm d’une

_{ampoule d’éclairage}

de 200 W en

fonctionnement. Dans ces

_conditions,

le

mouve-ment _propre du P. M. reste

_identique

au

_précédent.

4. Rendement

_quantique

de l’ensemble. -- Le

scintillateur oc,

toujours

monté sur la

_photocathode

du P. M. Dumont en

fonctionnement,

est soumis au

flux de

_{particules a}

d’une couche mince d’uranium

(1

mg /cm2)

d’intensité connue. La

_plaquette

est

placée

à 5 mm du scintillateur.

Le nombre de _coups

_comptés

dans un intervalle

de

_temps

déterminé est

_alors,

dans ces

conditions,

environ le tiers du nombre de

_particules

a

frappant

le scintillateur dans le même intervalle de

_temps.

(3) Par _exemple, acétate de vinyl.