CHAPITRE II

Méthodes d’expérimentation et résultats.

Les modes d’investigation que nous avons employés pour vérifier si la loi en 1/vs ‘applique au vanadium, puis au dysprosium et à l'or, reposent tous sur le même principe : on irradie par des flux de neutrons lents ayant des répartitions spectrales différentes d'une part l'élément à étudier, d'autre part un élément de référence, argent ou bore. Suivant que les activités de l’un et de l’autre varient ou non dans le même rapport on peut déduire qu’ils suivent ou non la même loi de variation de la section efficace. Les modifications de répartition spectrale des neutrons sont obtenues soit par des absorbants (bore, cadmium, cadmium + bore), soit par effet thermique.

D'une façon plus précise, l’activité d’un détecteur mince est proporüionnelle à pv (0 densité des neutrons, 5 section efficace, v vitesse des neutrons). On en déduit :

a) L'efficacité moyenne des neutrons est proportionnelle à la moyenne du produit ov.

b) L'activité du détecteur de référence, pour lequel cv = vénsttitel est proportionnelle au nombre de neutrons présents à un instant donné dans l'unité de volume du détecteur.

c) Le rapport de l’activité du détecteur étudié à celle du détecteur de référence varie comme la moyenne du produit sv relatif à l'élément étudié.

Il sera particulièrement indiqué d'exprimer les résultats par la variation de (52)noyen en fonction de l'énergie moyenne des neutrons.

Eu effet, nous savons que sv varie en fonction de E suivant une loi

de résonance Das au cruDais le domaine des énergies

Prener thermiques qui sont généralement beaucoup plus petites que E,, et même plus petite que l, la variation de sv peut presque toujours être considérée comme linéaire en fonction de E: (50)moyen est alors égal à la valeur vraie de cette fonction Dour

1'è MÉTHODE. — (COMPARAISON DES COURBES D'ABSORPTION DANS LE BORE DES NEUTRONS C DÉTECTÉS PAR V ET AG

Les neutrons sont d'autant plus absorbés par le bore qu’ils sont plus lents. Le faisceau transmis a donc une énergie moyenne croissante en fonction des épaisseurs de bore. Une absorption plus faible avec le détecteur V indiquerait que les neutrons plus rapides sont relativement plus absorbés par lui que par Ag.

Dispositifs et mesures. — La source de neutrons est toujours placée au sein d’une masse de paraffine, qui envoie des neutrons thermiques sur les détecteurs. Dans la première série d'expériences la surface de paraffine émettrice est une face plane de grandes dimensions qui irradie le détecteur sous toutes les incidences; dans la deuxième, elle est limitée à des dimensions relativement petites et le rayonnement est canalisé.

A. DisposiTir NON GANALISÉ (fig. 19). — Les neutrons sont produits soit par une source de photoneutrons du beryllium engendrés par le rayonnement de ; de 1 g. de radium, soit par des sources de radon + beryllium de quelques centaines de millicuries préparées par M. Walen à l’Institut du Radium, soit enfin par une source de radium + beryllium de 500 millicuries. Une épaisseur de paraffine de 3 ou 4 cm. sépare la source de la surface émettrice de neutrons C.

Les écrans sont constitués par des plaques de verre pyrex de 6 X 10 cm. Le taux de bore admis est celui qui nous a été indiqué par le fabricant soit 3,66 0/0. Le pouvoir absorbant des autres éléments dû principalement à la diffusion, a été évalué à 7 0/0 de celui du bore d’après les valeurs des sections efficaces données par Goldhaber et Briggs (39) et d’après la géométrie du dispositif. Des écrans constitués par des dépôts de bore pur sur aluminium ont été parfois ajoutés aux plaques de pyrex. Leurs densités superficielles sont

faibles (3,6 mg./cm° et 8,9 mg./cm?),

54 J. MARTELLY Les délecleurs occupent une position iuvariable sur un léger sup-

port en aluminium ; ils forment une surface d'environ 7 X 5 cm?. Deux détecteurs d'argent métallique de densités superficielles

Dispositifs pour mesures d'absorption dans le bore (rôle du détecteur).

0 10cm Echelle : Pr EL: DRE.

Cadmium amsnnemeee mom” — DOUPCLEUTS

Support AI Ayrex

[force de neutrons

Paraffine

Fig. 19. — Faisceau ouvert.

/ Paraffine /

Fig. 20. — Faisceau canalisé (échelle : réduction de 1/2).

0,06 g./cm° et 0,53 g./cm? sont utilisés. Dans deux séries d'expériences leur activité de période 2,3 minutes, est mesurée au compteur; pour cela elles sont pliées en forme de rouleau d’un diamètre déterminé. Dans une troisième série la lame de 0,53 g./cm? est étu-

diée à la chambre d’ionisation. L'activité est définie par la déviation du fil de l’électromètre produite entre la 9° et 69° seconde qui suivent la fin de l’irradiation. La période de 22 secondes joue alors un rôle prépondérant. Bien entendu l'intensité est toujours obtenue par soustraction des activités avec et sans cadmium ; des précautions sont prises pour éliminer l'influence des pertes dans la numération des impulsions du compteur. Aucune différence systématique ne se révèle entre ces trois séries d'expériences.

Densité superficielle en Bore

60 MB/cm2

+ Détecteur Ag

0,1 +3,00 ; Ÿ Detecteur V

| Fa

Fig. 21. — Courbe d'absorption des neutrons C dans le bore (pyrex Flux non canalisé).

Les détecteurs de vanadium sont supportés par trois volets de fer reliés par des rubans cellulosiques formant charnières. Ils sont obtenus en laissant déposer sur ces lames de fer de l’oxyde de vanadium en suspension dans du xylène contenant en dissolution du baume du Canada; les dépôts sont ensuite recouverts de cellophane. Leur densité superficielle moyenne en V:0; est 80 mg./cm?. Après irradiation de 10 minutes ce système de volets est plié autour du compteur qui sert à mesurer l’activité acquise. Celle-ci est définie par le nombre d’impulsions enregistrées pendant 11,5 minutes (environ

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3 périodes) qui suivent l'irradiation après un intervalle de 1/2 minute. L'activité acquise à travers un écran de cadmium est soustraite.

Les résultats sont représentés graphiquement sur la figure 21. Les erreurs statistiques prévues sont indiquées pour le vanadium par des segments de droite verticaux.

B. Disposirir CANALISÉ (fig. 20). — Les neutrons sont engendrés par la source de Ra + Be 500 millicuries. Le bloc de paraffine est creusé d’un « puits » de section carrée (23 mm. de côté) dont le fond est proche

; ls 0,010 0,020 0,030 0,040 3/cm2 »

Los log 1 lo 0,7

0,6 + detecte r Ag.

0,5 O oefectebr V. 0,4 -0,4 LA a

Fig. 22. — Courbe d'absorption des neutrons C par B.-Flux canalisé.

de la source, c’est-à-dire dans une région de grande densité de neutrons thermiques. Elle constitue une surface émettrice de forte « brillance ». Partout ailleurs la paraffine est couverte de cadmium y compris les parois latérales de la cavité (‘). Les détecteurs, de même surface que la section du canal, sont placés au-dessus, à une distance moyenne de 5 cm. du fond. Avec une telle géométrie, les neutrons C parviennent au récepteur sous des incidences 0 toujours faibles. Le

. . 4 1 trajet d’un rayon dans l'écran est proportionnel à —— . Nous avons cos 8

() Le rôle de la paraffine qui entoure le canal est de retenir les neutrons, de maintenir ainsi une forte densité près de la source tout en diminuant le flux de neutrons qui parviendraient au détecteur à travers le cadmium,

calculé que la moyenne de ce facteur est de 1,037. Il suffit de multiplier par ce coefficient l'épaisseur d'écran pour être ramené au cas d'un rayonnement le traversant normalement. Les écrans sont les mêmes plaques de pyrex que précédemment. Nous utilisons 4 détecteurs superposés : «, 8, y, à, pour l'argent et a, b, c, d, pour le vanadium (voir [re partie, chap. Ier) et comme ceux-ci ont une épaisseur non négligeable, les écrans d'argent sont haussés de 5 mm. pour que la position moyenne soit la même dans les deux cas. Les résultats sont indiqués graphiquement sur la figure 22.

Interprétation des résultats. — Avec l’un et l’autre dispositifs les différences entre les pouvoirs de transmission définis par le vanadium et l'argent ne paraissent pas supérieures aux écarts accidentels. Toutefois avec le dispositif A (non canalisé) la courbe qui représente le mieux l’ensemble des résultats pour le vanadium est légèrement

2 F I RS au-dessus de celle relative à l’argent. Les valeurs de log & diffèrent

de 10 o/o environ. Examinons ce qu'un tel écart signifie quant à la variation du produit sv. Cela nous donnera une idée de la précision avec laquelle la loi en 1/v est garantie par cette expérience.

a) Calculons d’abord ce que serait cet écart pour un détecteur de

section efficace indépendante de v. Son activité varierait comme la : sb

fonction F0)= [ ze Te © dx tandis que celle de l'argent varie À

comme G(}) — Es z'e—%e T dx, À représente l’« épaisseur eff-

bore

cace » de l’écran de bore À=nloxr (n : nombre d'atomes de bore par centimètre cube d'écran; / : trajet effectué par les neutrons dans l'écran); æ est la vitesse des neutrons exprimée en prenant comme unité leur vitesse la plus probable dans la distribution maxwellienne.

Remarque I. — En toute rigueur il faudrait tenir compte des différentes inclinaisons des noyaux sur la normale à l'écran. Au lieu de

À la fonction e © ,il faudrait faire figurer dans les expressions de À s 1 ——. — F et G la fonction ci)= P(uje “du. P(u) représentant la

probabilité pour que cos 8 soit compris entre w et u + du, ou encore

c(=) = e. af f étant un facteur de correction variable. Amaldi et T

Fermi (32) ont donné la représentation graphique de la fonction G dans le cas où la surface émettrice de paraffine peut être considérée

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comme un plan indéfini avec une densité uniforme en neutrons thermiques (ce qui n’est pas le cas dans nos expériences) :

(+) = cts e “du

1+-V3/2 et Frisch (4o) a publié les variations de f en fonction de l'absorption pour différents dispositifs géométriques. [Il apparaît que l'on ne commet pas une erreur considérable en assimilant la fonction C à une exponentielle (ou f à une constante) dans les limites de variation entraînées par la distribution maxwellienne de x; et c’est précisément en cela que consiste notre approximation qui nous permet d’utiliser les calculs de Bethe pour l'évaluation de G. Elle nous conduit à une valeur corrigée : or Àf qui sera utilisée dans l'expression de F. C’est le seul moyen pratique de conduire ce calcul. Il est ici très suffisamment précis.

& est égal à la vitesse moyenne des neutrons filtrés par l’écran de bore et nous renseigne ainsi sur la composition du faisceau transmis.

Remarque II. —

I Le __ GA) Lo 4 1'G(0) (au delà de ce point les données de l'expérience n ent plus grande précision). } peut se déduire de la courbe donnée par Bethe (28, p. 136)

Nous avons fait le calcul pour l'écran tel que (+ 20, (0

qui représente en fonction de — non pas À, mais la grandeur

Eer — KT —= (rer)? tel que log EN er

À:=— log nep. 0,170 X 1,12 + 1,985.

L'intégrale F(r,985) a été évaluée par nous graphiquement à 0,123. D'où :

«Où 6büent,ainsi : Le 1,12:

Aïnsi avec un détecteur dont la section efficace de capture serait inva-

riable, T- serait 0) . au lieu de 0,170 avec l'argent. Le rapport des

0,770 moins 0,9. Nous avons tracé en pointillé sur le graphique de la figure 21 la courbe d'absorption qui est prévue pour le détecteur dont s serait constant. On voit que la méthode est peu sensible.

Enfin, d'après la remarque IT faite plus haut, la réduction d’inten- F(0) 2

GG) = NE D lo

logarithmes est =

— 0,79. Or avec le vanadium ce rapport est au

sité de 1 à 0,17 fait croître la vitesse moyenne de ==

Se — RC e = 1,64 soit dans le rapport 1,45. Comme le spec-

tre du faisceau transmis est relativement moins étendu que celui du faisceau initial, le rapport des énergies moyennes est inférieur au carré de cette valeur soit 2,1.

‘ 3KT Bee, ES = 18 X PE

D'autre part, (2? h5oy >> (Æmoy)? ; le premier terme est l'énergie expri-

, ue F \2 mée en unité KT ; le second est (+) 04 T.