Un spectromètre à scintillation adapté aux études en coïncidence

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Submitted on 1 Jan 1953

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Un spectromètre à scintillation adapté aux études en coïncidence

M. Langevin, G. Allard, G. Corbé

To cite this version:

M. Langevin, G. Allard, G. Corbé. Un spectromètre à scintillation adapté aux études en coïncidence.

J. Phys. Radium, 1953, 14 (12), pp.691-694. �10.1051/jphysrad:019530014012069100�. �jpa-00234828�

UN SPECTROMÈTRE A SCINTILLATION ADAPTÉ AUX ÉTUDES EN COÏNCIDENCE

Par M. LANGEVIN, G. ALLARD et G. CORBÉ,

Laboratoire de Chimie nucléaire du Collège ^{de France.}

Sommaire.

Le spectromètre 03B3 à scintillation décrit, comporte ^notamment

amplificateur

linéaire et

analyseur d’impulsions ^à bande variable. Les spectres d’impulsions

coïncidence peuvent être obtenus

utilisant soit

verrou » compris ^dans l’amplificateur, ^soit

amplificateur

à coïncidence classique (03C4

5.10-7s) recevant les impulsions ^de réponse ^de l’analyseur.

JOURNAL PHYSIQUE 14, 1953,

Une installation de spectrométrie y par la méthode des scintillations ^a été réalisée en 1952 ^au laboratoire de Chimie nucléaire du Collège ^{de France, et a été}

utilisée depuis ^{pour l’étude} de schéma de désinté-

gration (1). ^Elle permet ^en plus ^{de l’étude directe}

du rayonnement ^{y celle de la} partie ^{de ce} rayon- nement émis en concïidence avec les ^ou y reçus par ^un deuxième détecteur; ^celui-ci peut ^{être soit}

un compteur ^de Geiger-Müller, ^{soit un} compteur proportionnel, ^{soit ûn deuxième} spectromètre ^à

scintillations.

Nous exposerons d’abord brièvement le principe

et les possibilités ^des deux. méthodes utilisées pour

permettre ^{l’étude d’un} spectre ^de coïncidence. Les éléments principaux ^du spectromètre (analyseur d’impulsion, amplificateur ^et

^verrou ») ^seront

ensuite décrits.

Principe.

^La première ^solution (fig. i) ^consiste

à bloquer ^en permanence la sortie de l’amplifi-

cateur du spectromètre ^sauf pendant ^un temps ^court correspondant ^à l’arrivée de chaque impulsion ^du

deuxième détecteur. Le temps de résolution du

dispositif que nous avons réalisé sur ce principe correspond ^à 3. 10-6 s. Il pourrait être réduit si

l’amplificateur ^était plus rapide (la ^bande passante

de l’amplificateur ^{réalisé est de 600} kc). L’utilisation du système ^restera cependant soumis à l’incon- vénient suivant : si le spectre ^des impulsions ^en

coïncidence vraie avec celles du deuxième détecteur n’est pas perturbé par le passage du

^{verrou »,}

(1) ^En particulier, pour 126I [1] ^{et 8OBr} [2].

le spectre ^en

coïncidence f ortuite » ne correspond

pas ^au spectre total des impulsions ^du premier

détecteur comme on aurait pu s’y attendre. En effet, suivant ^son instant d’arrivée par rapport ^à

l’ouverture et à la fermeture du verrou, l’impulsion

fortuite à analyser peut ^être tronquée ^{dans des} proportions ^variables.

Dans certains cas, seul son début ou sa fin seront

transmis par l’amplificateur.-Ainsi ^{dans une bande A V}

déterminée de l’analyseur, ^on trouve des impulsions

en coïncidence fortuite dues non seulement à des

impulsions ^du spectre ^{direct contenues dans cette} bande, mais aussi à une certaine proportion d’impul-

sions de hauteur supérieure. ^On peut ^{donc avoir} dans une région d’énergie ^{donnée un} accroissement notable du nombre de coïncidences fortuites et

impossibilité ^de le déterminer ^a priori.

Ce système n’est donc commode à utiliser que dans le cas où le nombre total de coïncidences fortuites est négligeable par rapport ^aux coïncidences ^vraies.

La deuxième solution (fig. 2) ^{consiste à faire}

intervenir le circuit de coïncidence après la sélection

opérée par l’analyseur d’impulsion. ^Le problème ^de

l’évaluation des coïncidences fortuites est alors résolu normalement, mais si l’on veut atteindre les temps

de résolution des amplificateurs ^à coïncidences

classiques (quelques 10-7 S)@ ^{il faut} qu’il ^{existe une}

corrélation étroite dans le temps ^entre l’impulsion

incidente et la réponse ^de l’analyseur ^du spectro-

mètre. Ce n’est pas le ^{cas en} général ^{dans les} analy..

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seurs à bande : Fitnpulsion ^{de réponse est décalée}

par rapport ^à l’impulsion incidente d’un temps

variable selon la hauteur et la forme de celle-ci et

selon la largeur ^{de la bande AV utilisée} (fig. ³ a).

Dans l’analyseur réalisé par ^nous, le décalage

nécessaire à l’envoi de l’impulsion ^de réponse ^du premier discriminateur d’amplitude ^{sur le circuit}

d’anticoïncidence (circuit ^{fermé en cas de} dépas-

sement du deuxième seuil) ^{est rendu au contraire}

constant (2) ^et égal à 1 P. ^{s au} moyen ^d’une ligne ^à

retard (fig. ³ b). ^Le temps de résolution .minimum utilisable pour le circuit à coïncidence ne dépend plus

alors que du temps de montée de l’amplificateur.

(Il ^faut évidemment _que l’impulsion ^{du deuxième}

détecteur ^se trouve aussi décalée de i jus.) ^{Deux ana-} lyseurs identiques ^{de ce} type ^{ont été utilisés avec}

un amplificateur à coïncidence de temps ^{de réso-}

lution 5. I0-7 s. L’utilisation d’amplificateurs ^{de 2 Mc} permettrait d’atteindre avec ces analyseurs ^le temps

de résolution minimum compatible ^{avec la} spec-

trométrie INa-Tl.

Description ^du spectromètre.

^{10 ANALYSEUR}

D’IMPULSION.

L’appareil accepte ^{un nombre}

de 2 ooo impulsions réparties ^’au hasard pour ^une

perte ^{de i} pour i oo. ^Il peut être utilisé à des taux de comptage supérieurs ^{sans graves} inconvénients, les impulsions qu’il reçoit ^{doivent avoir un} temps

de montée inférieur à 1 p.s (amplificateur 200 kc),

leur temps ^{de descente ne doit} pas être inférieur à 2 ps environ. La stabilité de l’appareil ^est bonue,

mais avec une alimentation stabilisée de type ^cou-

rant il est nécessaire de vérifier le réglage après chaque ^{arrêt de} fonctionnement. Une alimentation

spéciale (fig. 4) ^{élimine cet} inconvénient _par une

régulation plus poussée ^{de la tension} anodique ^déter-

minant les deux seuils de discrimination. Les deux ECC 40 correspondantes ^{ont, de} plus, ^intérêt

à être vieillies _par chauffage préalable ^{du filament} pendant ^une centaine d’heures.

.

L’appareil (fig. 5) ^est composé ^{d’un discrimi-}

.

nateur d’amplitude utilisant deux diodes de façon

à compenser les variations du potentiel ^{de contact}

de la diode discriminatrice dans le temps. ^Le poten-

tiomètre P, permet ^de déplacer le seuil de discrimi- nation de o à i oo V. Le système différentiateur est constitué par deux sélecteurs d’amplitude ^de

(1) ^Sur

principe

analyseur

été réalisé par

R. Wilson [3].

Schmitt (V3, V5) ^attaqués pour l’intermédiaire de V2.

Le seuil du premier ^sélecteur d’amplitude ^{est fixé}

par P2 ^{à v}

^{5 V,} le seuil du second est variable

et égal ^{à v + àv la} largeur ^{de bande Av étant} réglable

par bonds de o à 15 V à l’aide d’un diviseur de tension constitué _{par des} résistances bobinées de précision.

Fig. ^5.

^Sélecteur d’amplitude ^{à bande.}

Le deuxième sélecteur d’amplitude ^{éommande un}

univibrateur V4 qui bloque par ^une impulsion ^rectan- gulaire ^de 4. 10-6 s ^{le tube} d’anticoîncidence V 8 (fig. 6). Le-premier ^sélecteur d’amplitude ^fournit par l’intermédiaire de V. ^une impulsion rectangulaire

de 5. io-6 s qui ^{fixe le} temps ^{mort de} l’appareil ^à

une valeur connue et évite les ennuis dus à l’arrivée d’une impulsion ^{durant la} période ^de recouvrement de sensibilité de l’univibrateur d’anticoïncidence V4.

L’impulsion ^de V 6 déclenche à son tour un oscil- lateur bloqué V 7 qui ^{délivre à travers} une ligne ^retard

une impulsion ^brève (0,5 .1 o-s s) décalée de i o-6 s par rapport ^à l’impulsion initiale. Cette impulsion attaque ^la grille ^{de commande de} V8. ^Si l’impulsion

d’entrée est en dehors du canal, ^la lampe ^est bloquée

par V4; ^{si elle est à} l’intérieur du canal (fig. 6), V4 ^transmet l’impulsion ^de sortie par l’étage ^de

liaison V 9’ ^{soit sur le} système ^de numération, ^soit à l’entrée de l’amplificateur ^à coïncidence.

20 AMPLIFICATEUR LINÉAIRE (fig. 7).

^Les impulsions négatives ^délivrées par ^le photomultipli-

cateur (EMI 5311) ^ne pouvant dépasser environ i V pour ^conserver la proportionnalité ^{en énergie de}

l’ensemble cristal photomultiplicateur, ^{il est néces-}

saire de les amplifier ^{avant de} pouvoir ^les analyser

en amplitude.

Le nombre des étages ^{du tube} photomultiplicateur

rend inutile l’emploi ^d’un amplificateur ^à gain

élevé. Par contre, ^cet amplificateur ^{doit avoir un} temps de montée suffisamment rapide pour l’utili- sation du spectromètre ^en coïncidence, garder ^sa

linéarité jusqu’au niveau de sortie de I3oV e.t

pouvoir accepter ^sans perturbation ^{notable des} impulsions ^d’entrée de niveau largement supérieur

à la zone d’amplitude ^étudiée.

Les impulsions recueillies sur l’anode du photo- multiplicateur ^sont transmises à l’amplificateur par le tube Tl (EF 42) ^{monté en cathode asservie.}

La résistance de cathode de ce tube située dans l’am-

plificateur ^est constituée par ^un atténuateur en II

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de Iooo Q d’impédance. ^Un contacteur à deux. posi-

tions donne les rapports d’atténuation l, et £.

Un second contacteur permet ^une atténuation loga- rithmique ^{de 1 à 10 en 10} positions ^{de raison 1,3.}

Ce système ^{a été trouvé} préférable ^aux atténuateurs linéaires montés primitivement.

La sortie de l’atténuateur attaque ^la grille ^du

tube T2 ^{monté en} inverseur de phase ^{et dont la} plaque ^{est en liaison directe avec la} grille ^de T 3’

premier ^{tube d’une} boucle à contre-réaction de

gain ^I00.

On évite par ^cette liaison directe les effets de satu- ration provoqués ^{dans la} transmission d’impulsions positives d’amplitude élevée par le courant grille

du tube suivant. Le tube T 6 permet ^{de ne trans-}

mettre à l’analyseur que les impulsions ^{en coïnci-}

dence avec une impulsion donnée. Le circuit est constitué par ^un diviseur de tension comprenant

une résistance de ²² 00o S> et l’impédance ^anode-

cathode d’une EL 41 (TG) ^{dont l’écran est} porté ^à

une tension positive faible. Dans ces conditions, ^si la

grille ^{est au} potentiel ^{de la cathode,} l’impulsion ^est

atténuée dans le rapport 215 ^{et se} trouve donc

toujours inférieure au seuil de sensibilité de 5 V de

l’analyseur d’amplitude. ^{Si le tube EL 41 est} bloqué

par ^une impulsion négative rectangulaire ^de grande amplitude, l’atténuation est ramenée à I3. ^Cette

atténuation étant due aux capacités du circuit.

L’impulsion négative ^de coïncidence est produite

Fig. 7.

Amplificateur ^linéaire.

par ^une double triode ECC 40 montée en univibra- teur ; ^sa durée est de 2 , io-6 s. Compte ^{tenu de la}

durée de l’impulsion provenant ^du photo-tube,

le temps ^de résolution de ce dispositif ^{est d’en-}

viron 3 . I O-6 S.

Ce travail a été effectué grâce ^à l’aide financière

du C. N. R. S. et sous la direction de M. le Profes-

seur F. Joliot que ^nous tenons à remercier pour

l’intérêt qu’il y a apporté. Nous remercions également

Mimes N. Marty ^{et H.} Langevin pour leur collabo- ration à la mise au point ^du spectromètre.

manuscrit reçu le 2 juin I9 53.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] ^MARTY N., ^LANGEVIN H. et HUBERT H.

C. R. Acad. Sc., 1953, 236, 1153-1155; ^J. Physique Rad., 1953, 14, ^663.

[2] LABERRIGUE-FROLOW G., ^{BERNAS R.} et LANGEVIN H. - C. R. Acad. Sc., 1953, 236, 1246-1248.

[3] ^{WILSON R.}

^{J. Sc.} Instr., 29, 70-72.