Application de la théorie de Wilkinson aux compteurs de Geiger-Müller à cathode externe

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Application de la théorie de Wilkinson aux compteurs

de Geiger-Müller à cathode externe

Daniel Blanc, Henri Zyngier

To cite this version:

LE

JOURNAL

DE

_PHYSIQUE

ET

LE

ItADIU111

PHYSIQUE

APPLIQU$E

*

APPLICATION DE LA

THÉORIE

DE WILKINSON AUX COMPTEURS DE

GEIGER-MÜLLER

A CATHODE EXTERNE

Par DANIEL BLANC et HENRI

_ZYNGIER,

Laboratoire de Physique atomique et moléculaire _{du Collège} de France. Sommaire. - L’application des formules de Wilkinson _aux

compteurs à _graphitage externe permet

d’établir que la différence de _potentiel existant entre les surfaces interne et externe du compteur, ainsi

que la charge par impulsion, sont en _{première approximation proportionnelles} à la surtension. On

vérifie à différentes températures les formules obtenues; on en déduit la résistance du verre : les résultats obtenus concordent avec les mesures _classiques de résistance.

Étude

_théorique.

-

D’après

la théorie de Wil-kinson

_{[ 1 ],}

la

_quantité

d’électricité

_produite

dans

chaque décharge

d’un

_compteur

est de la forme :

V’ étant la tension

_appliquée

entre le fil et le

cylindre,

VG

le seuil de

_Geiger

et A une constante pour un

_compteur,

un

_remplissage

et une

tempé-rature donnés.

Nous avons

déjà

_souligné

_[2]

_que dans le cas

des

compteurs

à cathode externe tout se _passe comme

s’il existait entre l’intérieur et là masse un

_système

résistance

R,

capacité

C en

_{parallèle (fig.}

_I).

-Si l’on

_prend

_pour

_potentiel

zéro le

_potentiel

de la surface externe du verre, la surface interne se

trouve à un

_{potentiel v}

_lorsque

le

_compteur

fonctionne sous une tension V et à un taux de

_comptage

N par seconde. Nous avons ici :

Or

_{v = Nq R}

en

_régime

_permanent

D’où l’on déduit

La

solution +

_correspond

à v > V -

Vc,

ce

_qui

@

n’a _{pas de} sens

_physique.

’

Fig. i. - Circuit

équivalent à un _compteur à cathode externe.

Le

_{développement}

de la solution - donne :

Le terme

en (

(

V;GVr. )

est

_négligeable

devant

l’unité. VC. ,

r_ _

Le terme en

TT - VG

devient

_{négligeable pour}

v - VG

Le terme en

2013,20132013

devient

négligeable

pour

2013.r2013

faible,

comme nous le verrons

_plus

loin. Dans ces

conditions on obtient la formule

_{approchée :}

Dispositif expérimental.

- _a.

Compteurs

2

lisés. - Les

compteurs,

construits sur le

_type

Mac

_Knight

et Chasson

_{[3] (fig. 2) comportent}

une

simplification

consistant en la

_suppression

du ressort

Fig. 2. - Schéma des

compteurs utilisés.

à l’extrémité du fil

axial,

dont la tension est obtenue par

étirage

du verre.

Nous avons utilisé une méthode

_déjà

décrite

_[4]

pour définir avec

précision

la

_longueur

efficace de la

cathode. Les sections

_graphitées

sont

_séparées

_par des couches d’araldite 101

_(Cie

_{Saint-Gobain)}

plus

résistante _{que la}

_paraffine.

Les diamètres internes sont de 2 _cm,

_{l’épaisseur}

du verre

_(type

« Novo

»)

de i mm. Le fil anode en

tungstène

a un diamètre de i

_lion

mm. La

_longueur

de cathode va de

_8,7

à 16,4

sm.

Les

_remplissages

étaient constitués

d’argon

spec-troscopiquement

pur sous la

_pression

de

9,fi5

cm

de mercure et d’éthanol sous’ une

pression

allant

de

o,55

à

1,05

cm de mercure. Ces

_{caractéristiques}

correspondent

à des conditions où la théorie de

Wilkinson

doit

_{s’appliquer.}

b.

_Dispositif

de

_comptage.

- Les

impulsions

venant des

_compteurs

sont

_amplifiées

_par un

préam-plificateur

Mesco PAS de

_{gain égal}

à 100 et dont le

seuil est de

o, 5

V. Les

_impulsions

obtenues alimentent

une échelle décimale Mesco ECG 4

_(temps

de réso-lution :

_{0,6 u}

_s)

ainsi

_{qu’un intégrateur}

de contrôle Mesco RIG

_placé

en

parallèle.

Mesure de la

_charge

_par

_impulsion.

- Le

courant i traversant le

_compteur

est mesuré à l’aide d’un

_{galvanomètre}

A.O.I.P. dont la sensibilité est de 5 . 10-9

_{A /mm}

à 1 m. La

_{charge q}

_par

_impulsion

est donc :

D’après

la formule

_{(1) :}

Or : o o

No

étant le nombre de _{coups par seconde pour le} seuil de

_Geiger

Vc,

et _p la

_pente

AN.

AV

En

négligeant

c’est-à-dire le carré

du

_rapport

de

l’accroissement

du taux de

comp-tage

AN au taux de

_comptage

initial

_(sa

valeur dans les conditions les

_plus

défavorables ne

dépasse

pas

0,04),

on

obtient :

V-VG

Le coefficient

de v- VG

_VC. est au maximum de

o, 3.

On

_peut

donc

_prendre

L’erreur sur la

_pente

de cette droite sera inférieure à 1 o _{pour oo,} ce

_qui

_légitime

les

_{approximations}

faites lors de l’établissement de la formule

_(2).

La

figure

3 résume les résultats obtenus avec un

comp-teur

_{long de 16,4}

cm

_{(alcool :}

_i,o5

cm de mercure; argon :

9,45

cm de

_mercure),

_pour des taux de

comptage

allant de 6 50o à

248 00o

coups /mn

et à la

_température

de 220 C. Conformément à la formule

_(3),

les courbes obtenues sont des droites.

Fig. 3. -

Charge q en fonction de la tension pour un _compteur

long de _{I 6,4} cm _{(alcool : i,o5} cm _{de mercure; argon :}

9,45 cm de _mercure) à la _température de 22° C.

Pour une surtension V -

VG

assez

_grande,

il doit y avoir une discontinuité dans la courbe q=

f (V),

la

_pente

de la droite tombant à la moitié de sa

déve-loppée

par

impulsion

devient

égale

à la

charge

électrostatique

portée

par le fil. Pour le

compteur

dont les résultats sont

_portés

sur la

_figure

3,

le calcul montre _que cette

_charge

_{électrostatique}

est de l’ordre de 1500.10-12

Cb,

pour V == 1000 V. Le

point

de discontinuité se trouve donc

_placé

à

l’exté-rieur de la

_figure.

D’après

la formule

_(3),

C’est une droite d’ordonnée à

_{l’origine £}

et de

pente

R. La

_figure

4

résume les résultats déduits de ceux

_portés

dans la

_figure

3.

d V

Fig. 4.

- àq en

fonction du taux de comptage dq

au seuil de _{Geiger (résultats} déduits de ceux de la _{figure 3).}

On obtient

A = 12.10-12

Cb/V

et R = 3 o MQ

(pour

une

_température

de 22°

_C).

La concordance entre les

_expériences

et les for-mules déduites de la théorie de Wilkinson montre que cette théorie

s’applique parfaitement

aux

compteurs

à

cathode

externe si l’on introduit le circuit

_{équivaient résistance-capacité.}

Calcul

de la résistance R en fonction de la

température. -

Comme on le

voit,

les mesures

qui

précèdent

permettent

de calculer la résistance R existant entre les faces interne et externe du verre.

Pour l’étude de l’influence de la

_{température,}

les

_compteurs

furent

_placés

dans une chambre

froide contenant un desséchant

_(anhydride

phos-phorique)

de

_façon

_{à éviter que} des

condensations

Fig. 5. - Schéma du dispositif de refroidissement.

d’eau

_perturbent

les mesures. Un

_brassage

_énergique

de l’air

_permet

d’uniformiser la

_température

à l’intérieur de la chambre froide

_(voir

_fig.

_5).

Fig. 6. - Résistance d’un

compteur long de _8,7 cm en fonction de la _{température.}

,

Courbe en traits _{pointillés :} calcul _d’après les mesures de

charge; Courbe en traits _{pleins :} mesure directe de la résistance.

Les mesures _{montrent que A varie peu} avec la

4

efficace de

_8,7

cm

_{(alcool :}

o,55

cm de mercure; argon :

9,45

cm de

_mercure).

Les

_points

se situent

autour d’une droite

_indiquée

en

_{pointillé. Log}

R est une fonction linéaire de la

_{température,}

ce

_qui

est conforme aux résultats de R. Favre et C.

_Haenny

_[6].

Vérification _par mesure directe de la résis-tance. --- On _{mesure au}

mégohmmètre

la résistance d’un tube de verre « Novo » de même diamètre

que les

compteurs

utilisés,

graphité

intérieurement et extérieurement suivant une

_{longueur égale}

à la

longueur

efficace du

compteur.

Ses extrémités sont

paraffinées

de

_façon

à éviter les effets de

bord,

et l’intérieur est

_rempli

de limaille de _{laiton pour}

assurer une bonne conductibilité

électrique.

, La courbe en traits

pleins

de la

figure

6 donne les

résultats _{obtenus pour} une

_{longueur graphitée}

de

_8,7

cm. La concordance avec les calculs déduits de la mesure des

_charges

est satisfaisante. L’écart observé entre les deux droites

_correspond

à une

différence de

_température

de 20

_C,

_explicable

_par

une erreur

_{systématique}

dans la définition des

tempé-ratures ; en effet le thermomètre

_indique

la

tempé-rature de la chambre et non celle du

_compteur

(voir

fig.

5)..

Nous remercions bien cordialement M. René

Baumgartner, physicien

adjoint

au

_C.N.R.S.,

_qui

a effectué le

_montage

du banc de fabrication des

compteurs.

Manuscrit reçu le 3 juillet 1953.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] WILKINSON D. H. -

Phys. Rev., 1948, 74, 1417. [2] BLANC D. - J.

Physique Rad., 1953, 4, 271.

[3] MAC KNIGHT M. L. et CHASSON R. L. - Rev. Sc.

Instr., 1951, 22, 700.

[4] BLANC D. et SCHERER M. - C. R. Acad.

Sc., 1949, 228,

2018.

[5] FENTON A. G. et FULLER E. W. - Proc. _Phys. Soc.,

1949, A 62, 32.

[6] FAVRE R. et HAENNY C. - Helv.

Phys. Acta, 1953,1, 53.

[7] VAN GEMERT A. G. M., DEN HARTOG M. et MULLER F. A. -

Physica, 1942, 9, 556.

[8] VAN GEMERT A. G. M., DEN HARTOG M. et MULLER F. A. -

Physica, 1942, 9, 658.

[9] CRAGGS J. D. et JAFFE A. A. -

Phys. Rev., 1947, 72, 784.

PRÉPARATION

DE FILMS MINCES DE

_FORMVAR,

UTILISÉS

COMME SUPPORTS DE GOUGHES

_{MÉTALLIQUES,}

EN

_{PHYSIQUE NUCLÉAIRE}

Par MM. P. BARREAU, P.

_LÉGER,

J. MOREAU et P. _PRUGNE,

Laboratoires du Commissariat à

l’Énergie

atomique (C.E.N.S.),

Service de Physique nucléaire.

Sommaire. - Les auteurs

indiquent quelques-uns des _procédés utilisés au Service de _Physique nucléaire du Commissariat à

_l’Énergie

_{atomique pour préparer} des films minces de Formvar revêtus de _dépôts obtenus par évaporation sous vide.

On trouvera notamment pour le relèvement de ces films la _description et le mode d’utilisation d’un

appareil simple.

L’article se divise en _{cinq parties :}

1. Introduction. - 2. Choix des

solutions, concentrations, épaisseurs obtenues. - 3. Manipulation,

pour les fortes _épaisseurs et pour les faibles épaisseurs ou les grandes surfaces. -

4. Métallisation

(dépôts sous _vide). - 5.

Quelques résultats. Conclusion.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM.

PHYSIQUE

APPLIQUÉE.

SUPPLÉMENT AU N° 1.

TOME

_15,

JANVIER

1 Uü4,

PAGE 4 A.

1. Introduction. - L’utilisation des films minces

en

_Physique

nucléaire est

_trop

courante pour

qu’il

soit utile

_d’y

insister

ici;

nous _{citerons par}

_{exemple :}

’

les

fenêtres de

_compteurs

_{Geiger-Müller,}

_les

sup-ports

de sources

radioactives,

écran

divers,

etc.

La

_question

s’est

_posée

d’utiliser ces membranes

minces comme

_supports

_pour des couches

métal-liques

obtenues par

évaporation

sous vide et

_ayant

des surfaces de

_plusieurs

centimètres carrés. Le

_procédé

courant de la

_goutte

de solution s’étendant à la surface de l’eau et

_récupérée

sur un

anneau a dû être’

abandonné,

car une membrane mince

_ayant

_plusieurs

centimètres carrés de surface recueillie sur son

_support

et

_placée

dans l’enceinte de

_l’appareil

à

_évaporer

est très souvent détruite dans le cours de

_{l’évaporation,}

à moins

_qu’elle

n’ait

une surface

faible,

que

l’évaporation

soit très courte et _{que le métal}

_{déposé s’évapore}

facilement.

_Pour

qu’une

membrane mince de surface

_quelconque

ne

soit pas abimée en cours

_{d’évaporation,}

il faut

qu’elle possède

une inertie

_thermique

et une inertie