à) aN 2 hf RT
d(E/KT) NET Le refroidissement ne peut que rétrécir le domaine des neutrons thermiques déjà relativement étroit, et encore nous savons (Chap. Ier,
$& 3°) que cette modification est moins importante que celle prévue
aN Energies moyenne Mise ce AL | ne
0 001 002 003 004 005 0,06 007 008 009 0,10 é/ectron volts 015
Fig. 23. — Distribution maxwellienne des énergies cinétiques aux températures 77° K., 2880 K., 6400 K.
par la distribution maxwellienne. Bref, lorsque la température absolue passe de 2880 à 6/00 l'énergie des neutrons est multipliée par 2,2, soit un accroissement de 120 0/0, tandis que, entre 288° et 770, elle est divisée par (1,5)? (empirique), soit une diminution de 55 o/o.
Remarque. — L'activation de l'argent, telle que nous la mesurons en pratique, est un mélange de celles des deux isotopes, de périodes 22 secondes et 2,3 minutes. Cela est sans importance puisque les deux processus de capture satisfont à la loi en 1/v.
A. EXPÉRIENCES À LA TEMPÉRATURE ORDINAIRE ET A CELLE DE L'AZOTE LIQUIDE. — La paraffine est coulée dans un vase Dewar. Elle est tantôt à la température ordinaire, tantôt refroidie par contact direct avec l’azote liquide, qui pénètre au fond du vase par des cheminées ménagées le long des parois. Sa température est contrôlée par un couple noyé dans la partie où sont engendrés les neutrons thermiques parvenant au détecteur. Le refroidissement est achevé au bout de
1 heure ou 2. Ainsi que nous l'avons montré au Chapitre Ier ($ 3°) il n'est pas douteux que toute la masse ait pratiquement atteint l'équilibre thermique. Il suffit alors de la maintenir immergée en versant de temps à autre de l’azote liquide. La source de neutrons (mélange de 0,5 g. de radium et de béryllium scellé dans un cylindre de nickel) est placée dans un petit vase Dewai spécialement fabriqué à son intention et pris dans le bloc de paraffine. Un courant d’air y circule afin d'empêcher le refroidissement de la source. Les détecteurs sont placés à l’air libre. Leur activité est mesurée au compteur.
Deux dispositifs ont été successivement employés.
a) Dispositif asymétrique représenté fiqure 24. — Le petit vase Dewar contenant la source pénètre obliquement dans la paraffine.
Dispositifs pour paraffine refroidie.
écrans et détecteurs —, Support Al mince lSh0Ge mA
N+ Cheminées ménagées :
| dans le paraffine
pour la pénétration de l'azote liquide.
couple
tole clinquant iomm cadmium
Fig. 25. Fig. 24.
Dispositif symétrique. Dispositif asymétrique.
(Echelle : réduction au 1/4).
Les détecteurs sont au-dessus, placés sur un support en aluminium mince dans une position repérée. Ce sont les modèles afyô pour l’argent, abcd pour le vanadium (voir 1'e Partie, Chap. Ier) de dimensions 2,2 X 2,3 cm?. Tantôt un seul détecteur est utilisé, tantôt quatre à la fois, formant un rectangle de dimensions doubles. Dans ce deuxième cas la densité de neutrons ne peut être considérée comme uniforme sur toute leur surface, ce qui n’est pas un obstacle à l'emploi de la méthode. D'ailleurs les résultats des deux séries de mesures sont concordants.
64 J. MARTELLŸ
Définition des activations. — Les détecteurs, V ou Ag, sont irradiés de o à 7 minutes, puis exposés au compteur de 7 min 30 sec à 19 minutes. L’activation est définie par le nombre total d'impulsions enregistrées. L'expérience est répétée en masquant le détecteur avec un écran de cadmium d'épaisseur 1/2 mm. ; la différence entre les deux mesures est la grandeur (Mr.
(V}77/ (AS rr (V}sss/(Ag)38s cette combinaison de huit mesures possède une signification intéres-
sante. Pour représenter l’ensemble des expériences sur un graphique à deux dimensions, qui permette de rendre compte de la dispersion, nous avons porté sur la figure 26 des droites parallèles aux axes des coordonnées, les unes ayant pour abscisse (V}:55/(Agss, les autres ayant pour ordonnée (V);:/(Ag)::. Chacune de ces valeurs est déduite des mesures faites à l’une ou l’autre température au cours d’une même journée, ce qui garantit une certaine homogénéité. Le rapport final est indiqué par la pente de la droite joignant l’origine au point ayant pour coordonnées les moyennes pondérées de ces valeurs. Il
Le résultat à connaître finalement est le rapport . Seule
Azote liquide Dot id (M) (M}/(M) Activa- Activa- (a, Erreur Es tion (!) tion (!) 288 AG )77/\A6 }288 | Mr (Miss sans | avec sans |avec Cd | Cd Cd | Cd Nombre de | Ag! mesures. 9 6 9 6 1,23 |12 0/0 £ Moyennes| 771| 4373] 334| 694! 422| 272 8 ————— | 1 OA = FACE de IA EMEÉSUTES. 11 3 7 A 1,36 | 6 o/o ÜMoyennes| 556| 167! 389! 445) 160| 285 Nombre de 2 | Ag mesures. h l [A k 1,08 | go/o S Moyennes|2 134|1 202| 932/2 023|1 15q| 864 & cal mec mc coue Con à somme.) = Nombre de | V { mesures. 3 4 4 l 1,20 | 50/0 Moyennes|1 344| 31111 03311 166| 308) 858
1) Exprimée par le nombre d'impulsions enregistrées. l P
vaut 1,18 pour les mesures avec 1 détecteur, 1,12 avec 4 détecteurs.
Une autre manière de grouper les résultats consiste à faire séparément la moyenne de chacune des huit grandeurs qui interviennent dans le rapport final. Les résultats sont indiqués dans le tableau page 64.
Pour chaque moyenne l’erreur quadratique moyenne est évaluée de deux façons différentes : par la statistique, à partir du nombre total d'impulsions enregistrées, et empiriquement à partir de la dispersion des résultats autour de la moyenne : la plus forte de ces deux erreurs calculées est conservée.
b) Dispositif symétrique, représenté figure 25. — Celui-ci a paru préférable surtout parce que l’obstacle de 8 cm. de paraffine entre la source et le détecteur y est assuré sans défaut. Dans ces conditions on peut admettre que le ralentissement des neutrons est aussi complet qu'il peut l'être.
Les détecteurs sont placés sous le vase Dewar, fixés par des glissières à des feuilles de cuivre, dans une position constante par rapport à la monture du vase. Ils sont toujours au nombre de 4 formant un rectangle d’environ 4,5 cm. sur 4,6 cm. Le tout repose sur une paillasse, à une place déterminée, par l'intermédiaire d’une feuille de cadmium interposée ; ainsi les seuls neutrons thermiques qui parviennent aux détecteurs sont issus du bloc de paraffine. L'écran de cadmium, par lequel est défini le groupe GC, a une épaisseur de 1 mm.
Définitions des activations des détecteurs (ceux qui sont désignés par des lettres sont décrits dans la [re partie, chap. Ier).
ARGENT Àuv£. Irradiation de o à 7 minutes.
Exposition au compteur de 7 min. 4o sec. à 15 minutes.
Vanaoium abcd. Irradiation de o à 10 minutes.
Exposition au compteur de 1o min. 4o sec. à 20 minutes,
Pour V comme pour Ag l’activité est le nombre total des impulsions
enregistrées.
Dyserossum MNOP. L’'irradiation dure environ 1 heure.
Ces mesures au compteur sont faites à plusieurs reprises dans les heures qui suivent. Elles permettent de tracer la droite de décroissance en coordonnées semi-logarithmiques (période admise 2,3 heures) et d’en déduire le nombre théorique d’impulsions par minute enregistré 1 heure après l'instant moyen de l’irradiation. Ce nombre, divisé par la durée de l'irradiation exprimée en heures, représente l'activation. Cette grandeur est indépendante de la durée de l'irradiation tant que celle-ci reste assez petite par rapport à la période, en pratique il suffit largement qu’elle soit inférieure à 0,7 période. Cela résulte du calcul développé à propos de la mesure de période du vanadium (Ie Partie,
66 Ÿ. MARTELLŸ
chap. Ier) dans lequel nous avons montré que la valeur moyenne de ou
el dans un tel intervalle pouvait se confondre avec e à
On. Les détecteurs sont formés de trdis feuilles d’or superposées formant une couche de densité superficielle de 280 mg./cm?; en
WV)77 Dispositif asymétrique LEE 1 detecteur
4 detecteurs
Dispositif symétrique (4 detecteurs) 0.8
0 0,5 L (VI) 288 (Ag) 288 Fig. 26, — Représentation graphique des résultats obtenus
à 770 K. et 2880 K.
adméttant une section efficace de go.10-?t (2) la « densité efficace » Kè vaut 0,07 (comme pour les détecteurs d'argent Auv£). La période relativement très longue (2,7 jours) ne permet pas d’attendre que l’activité acquise dans une expérience soit éteinte pour en commencer une autre. Nous opérons donc ainsi : entre deux irradiations, séparées en moyenne par quelques jours, l’activité est mesurée à plusieurs reprises et la décroissance est représentée par une droite sur un gra-
phique en coordonnées semi-logarithmiques. Les activités avant et après l'irradiation sont évaluées par extrapolation jusqu'au temps moyen de l'irradiation. La différence représente l’activité acquise exprimée en nombre d'impulsions par minute. Ce nombre, divisé par la durée de l'irradiation exprimé en heures, représente l'activation. Ici encore les irradiations sont assez courtes pour que cette grandeur soit indépendante de leur durée.
Résultats. — Etant donné le nombre de détecteurs et les différentes façons de les étudier, il n’est généralement pas possible de grouper ces expériences, comme les précédentes, en séries homogènes, au
Azote liquide Température ordinaire (M}7/(M os (M) (Ag }rr/(A$ }2s Acliva- Activa- Te Erreur tions tions 288 TT | (My TT |(M 588 sans|avec sans lavec Cd | Ca Cd | Cd Erreur Nombre de L Ag! mesures. 18| 11 14 10 Moyennes,|r 682| 964 | 718 |1 810|1 003| 807 |0,890| 5 0/0
Impulsions
Nombre de V { mesures, 15 7 16 7 Moyennes. | 677 | 252 | 425 | 766 | 257 | 509 |o,835| 3 0/0 |o,94| 6 o/o Impulsions Nombre de Dy { mesures, 5 I APE: ; Moyennes, | 98,0] 5,7192,3 |113,0| 7,3 |105,7/0,873| 3 0/0 |o,98| 6 o/o Impuls./min. par heure d’irrad.
Nombre de mesures, | 5 A 4 8 À Nombre total heures irradiation [32 |23 97... |34 Moyennes, | 8,61| 5,75! 2,86| 9,43| 5,83| 3,60l0,795l10 0/010,89| 11 0/0
Impuls./min. par heure d'irrad.
68 J. MARTELLŸY
cours desquelles des mesures croisées sont faites sur divers détecteurs. Cependant des comparaisons du vanadium et de l’argent ont été faites suivant ce principe. Elles sont représentées graphiquement sur la figure 26 de la même manière que les expériences avec le dispositif asymétrique. Les valeurs moyennes des rapports conduisent à (V }77/(A 8 )rr
(Vi263/(AS)288 par éléments, figure dans le tableau page 67.
Les erreurs sont évaluées comme pour les résultats du tableau précédent. Notons que si elles sont plus élevées pour l'argent que pour V ou Dy,et encore plus élevées pour Por, cela tient à l'importance prise par les neutrons de résonance dans l'activation de ces deux éléments.
Discussion DES RÉSULTATS. — Il semble qu'il y ait une différence systématique entre les mesures faites avec les deux dispositifs, le CV 77/0 V Vagn (Ag)r/(AS)2s8 avec le symétrique. Les différences de conditions expérimentales n’en fournissent pas d'explication : ni l'insuffisance de l’obstacle de paraffine dans le dispositif asymétrique, ni la différence d’épaisseur des détecteurs d'argent, ni la cadence plus élevée de la numération des impulsions dans le deuxième cas, pouvant entraîner des pertes. Et comme cet écart reste toléré par la discussion d’erreur, nous ne nous y attachons pas.
D'ailleurs les résultats deviennent plus concordants si l'on admet a priori que les activations avec cadmium doivent être les mêmes à l’une et l’autre température. En effet le ralentissement des neutrons au-dessus de l’énergie-limite du cadmium est indifférent à la température de la paraffine ; il ne dépend que de la répartition géométrique, laquelle est pratiquement inchangée. Dans ces conditions on adopte comme valeur commune de l'activation avec cadmium, la moyenne des valeurs trouvées à 77° K. et 2880 K. et les rapports définitifs deviennent :
— 0,92. D'autre part, l’ensemble de nos résultats, classés
rapport étant >> 1 avec le dispositif asymétrique et 1
Pour le vanadium : dispositif asymétrique, 1 détecteur : 1,08. dispositif asymétrique, 4 détecteurs : 1,07.
dispositif symétrique, 4 détecteurs : 0,98.
Pour le dysprosium : 1,01.
Pour l'or : 0,92.
Ces chiffres sont probablement les meilleurs et, mieux encore que les précédents, ils s'accordent avec la valeur 1 dans la limite des erreurs prévues. Nous pouvons donc conclure que les valeurs moyennes du produit cv sont identiques pour les deux distributions des neutrons C :
dans le cas des noyaux 5! V et ‘f“Dy à mieux que 6 o/o près,
dans le cas du noyau {Au à mieux que 11 0/0 près.
B. EXPÉRIENCES À LA TEMPÉRATURE ORDINAIRE ET A CELLE DE LA PARAF- FINE BOUILLANTE. — Le dispositif est représenté sur la figure 27. La paraffine est chauffée par une résistance immergée. Le récipient
OU EE > en
Tubes de verre
Paraffine Pétit vase Dewar
__ RéCipient Aluminium
__Tissu d'amiante
Soudure du couple - Résistance chauffante
RE Ent re ee
— Coton de verre Détecteurs
+-Cadmium
Fig. 27. — Dispositif à paraffine chaude.
en aluminium qui la contient est calorifugé par de l'amiante sur les côtés et par du coton de verre au-dessous (car toute matière hydrogénée est proscrite entre la paraffine chaude et les détecteurs). La
70 J. MARTELLY
puissance consommée pour maintenir une température de 6400 K. est de l’ordre de 4oo watts. Comme la vapeur de paraffine chaude s’enflammerait au contact de l’ air, le récipient est fermé par un bouchon de liège traversé par deux tubes de verrè servant de réfrigérants en même temps que de passage pour les fils de chauffage. En outre le bouchon est traversé par les fils du couple et par un petit vase Dewar, ayant la forme d’une éprouvette, de dimensions appropriées pour contenir la source de neutrons (0,5 g. de radium + béryllium); au
(VI640 (A9)640 1.5 0.5 (V)ess 0.5 10 (UT Me dre.
Fig. 28. — Représentation graphique des résultats obtenus
à 6400 et 2880 K.
cours de sa fabrication nous l'avons argenté, puis chauffé plusieurs jours à 4000 C. sous vide avant de le sceller. Malgré cette protection nous envoyons un courant d’air sur la source. Celle-ci est ainsi placée au sein de la paraffine séparée du fond du récipient par 4 cm. de liquide. Les quatre détecteurs se trouvent au-dessous, fixés par des glissières à des plaques de cuivre. Ils reposent sur un socle de plomb, une feuille de cadmium étant intérposée, tandis que le récipient est supporté par une sorte d’anse.
Deux séries d’expériences ont été faites, dans la première la « source chaude » est à 6100 K., dans la seconde à 640° K. Elles présentent en outre quelques différences dans la géométrie du dispositif,
Définition des activations des détecteurs (voir leur RENENOE en l'e Partie, CAD, Sr)
Ag QE : irradiation de o à 7 minutes — exposition au compteur de 7 min. 35 sec. à 15 minutes dans la première série d'expériences — de 8 à 15 minutes dans la seconde.
vs efgh : irradiation de o à 10 minutes — exposition de 10 min. 45 sec. à 20 minutes.
Dy MNOP : comme dans les expériences précédentes, nombre moyen d'impulsions par minute enregistrée au compteur à la 90° minute, l’irradiation ayant duré de o à 60 minutes.
Toutes les mesures sont répétées en couvrant les détecteurs par un. écran de cadmium épais de 1 mm.
Résultats. — Une partie des expériences concernant le vanadium est représentée graphiquement sur la figure 28 suivant le même mode que sur la figure 26; l’ensemble des résultats est indiqué dans le tableau page 72.
Remarque I. — Il ne serait pas légitime ici de confondre les activations avec cadmium pour les deux températures, car il se produit une dilatation considérable de la paraffine qui modifie la densité en hydrogène.
Remarque II. — Au début de la mesure d’activité de l’argent le compteur est soumis à une cadence élevée, due à la période 22 secondes. Bien que la fidélité du numérateur soit éprouvée par des études de décroissance d’un élément à période pure (Les min. Va,74 min.) et par un étalon produisant un nombre d’impulsions du même ordre (3 o00/min.) on peut craindre des erreurs résultant des pertes. C’est pourquoi dans la deuxième série d'expériences nous avons retardé la mesure au compteur. Nous avons compté les impulsions seulement à partir de la 8 minute et aussi à titre de contrôle à partir de la g° minute. Les résultats. figurant dans le tableau sont obtenus de la première
manière. Par la seconde on obtient : ES — 0,477; soit 2.0/0 plus
élevé. Cet écart est en sens contraire de celui qui est prévu pour cette cause d'erreur. Elle n’est donc pas à prendre en considération.
Nous estimons que les rapports définitifs sont connus avec une erreur de 8 ou 9 o/o pour le premier tableau (6102 K.), de 6 0/0 environ pour le second (640° K.). Ils ne se distinguent donc pas de la valeur 1 à la précision des expériences. Ainsi la moyenne de sv pour les noyaux ‘!V et ‘5*Dy restant constante à mieux que 6 0/0 près lorsque le spectre des neutrons passe de la distribution maxwellienne pour 288° K. à celle pour 6400 K. L'énergie moyenne des neutrons passe de 0,037 ev à 0,082 ev.
Les résultats de cette deuxième méthode seront examinés avec ceux des autres pour en tirer les conclusions. Une représentation graphique
72 J. MARTELLY
Haute tempéra-| Température ture 6100 K ordinaire \ M M)s10/(M) Activa- Activa- ARE le tone (Mhss | (AS)s10/(A8 loss Moro M 986 sans | avec sans | avec Cd Cd Cd | Cd Nombre de Ag | mesures. 4 3 rA Moyennes, |6 1273 132/2 995|9 56813 27616 292] 0,476 Impulsions Nombre de V mesures, 2 2 4 2 Moyennes. |3 444| 650 |2 795|6 922| 666 |6 256| 0,447 0,94 Impulsions Nombre de ad- Dy mesures, 2 | mis 5 I Moyennes. | 390 36 | 354 | 829 | 37 792 0,447 0,94 Impuls./min. par heure d’irrad.
Haute température 640° K Nombre de Ag mesures. 5 A 7 5 Moyennes, |4 064|2 o15|2 049|6 8022 429/4 373| 0,469 Impulsions Nombre de V mesures. d I ni à Moyennes, |3 044| 609 |2 435|6 194| 707 15 487 0,444 0,95 Impulsions Nombre de Dy mesures, 2 I 341000 Moyennes, | 386 | 18 |.368 | 779 | 22 | 757 | 0,486 1,04 |
Impuls./min. par heure d'irrad.
en sera donnée (fig. 32 et 33). On y verra, à titre de comparaison, que la variation d'énergie indiquée ci-dessus entraîne pour le cadmium une variation du produit sv d'au moins 100 0/0.
3° MÉTHODE. — (COMPARAISON DES SENSIBILITÉS DES DÉTECTEURS AUX NEUTRONS FILTRÉS PAR LE CADMIUM
Les méthodes précédentes ne faisaient varier la répartition spectrale des neutrons que dans un domaine très étroit, de l’ordre de 0,1 ev, c'est-à-dire extrêmement petit par rapport à l’espacement des niveaux de résonance et comparable aux largeurs des niveaux. Rares sont les éléments pour lesquels le produit sv y subit des variations importantes et ceux que nous avons étudiés n’y manifestent pas de variations décelables à la précision de nos expériences (6 0/0). Si cela est rassurant quant à la validité de la loi en 1/v dans le domaine thermique, on ne peut en tirer grand’chose quant à la position des niveaux de résonance. Il était intéressant de compléter ces expériences en cherchant des données sur la variation de la section efficace dans un domaine étendu d’où il sera possible d’ailleurs de tirer des conclusions intéressant le domaine thermique (pente de la courbe représentant oo en fonction de E).
La méthode présente réalise cette investigation plus étendue et même au delà de ce que nous avions souhaité, puisqu'elle fait intervenir, d’une part les neutrons C, et d’autre part tous les autres neutrons en voie de ralentissement dans la paraffine, constituant un domaine illimité vers les grandes énergies. À vrai dire les neutrons de faible énergie (de 0,5 à quelques électrons-volts) y jouent un rôle prépondérant en l'absence d’un niveau de résonance décelable. On peut donc bien considérer ces mesures comme un prolongement de celles effectuées dans le domaine des neutrons C. Bien entendu l’élément de référence ne sera plus ici l’argent (en raison de son niveau de résonance) mais le bore qui satisfait à la loi en 1/v au moins jusqu'aux énergies de quelques centaines d’électrons-volts. Sa sensibilité est mesurée par la numération des réactions (rx) engendrées dans la chambre à fluorure de bore décrite plus haut (1re partie, Chap. ID.
Pour un élément quelconque M nous désignons par (M) l’activation due aux neutrons C et par (M), l'activation due aux neutrons en
voie de ralentissement dans la paraffine jusqu’à limite d'absorption . : : (M) À du cadmium (0,5 ev environ). Si le FAPRONE y est égal au rapport We s Far | :
x. il ya présomption pour que l'élément M suive la loi en 1/v jusqu'à une énergie d'au moins quelques électrons-volts. Nous verrons à propos du vanadium que cette présomption peut devenir une quasi-
MARTELLY
certitude si une nouvelle information est apportée par la loi d'absorption des neutrons filtrés par le cadmium et détectés par l'élément
étudié.
Le dispositif est représenté sur la figure 29. Les neutrons sont pro-
Fig. 29. — Dispositif pour l'irradiation des neutrons lents et thermiques.
s 10cm Echelle : td rien 12
duits au sein d’un bloc de paraffine par une source de radiumbéryllium qui n’est pas la même suivant qu'ils sont décelés par la réaction ny sur le vanadium et le dysprosium ou par la réaction nœ sur le bore, ce dernier mode de détection étant beaucoup plus sensible. Nous employons dans le premier cas la source contenant 500 mg. de radium du Laboratoire de Chimie Nucléaire du Collège de France, dans le second une source contenant 25,8 mg. de radium,aimablementmiseà notre disposition par l’Institut du Radium. Celle-ci étant de forme plus allongée et plus étroite nous la plaçons dans une cavité un peu plus profonde de telle sorte que les centres de gravité soient à la même place. Nous pouvons donc admettre que la répartition spectrale des neutrons émergeant de la paraffine est la même dans les deux cas. Le bloc de paraffine est un cube de 22 cm. d’arête. Un
cylindre de plomb y est enchâssé pour absorber les rayons ÿ dans la direction de la chambre de bore. La position des sources a été choisie en vue d'un bon rendement en neutrons lents. Lorsque les détecteurs de V:0; ou de Dy:0;, sont substitués à la chambre nous respectons autant que possible la géométrie en les plaçant sur une tôle mince, dans une position qui nous paraît être le centre de gravité des noyaux de bore subissant la désintégration. Rien n’est modifié de l’ensemble des objets avoisinants ; le support de la chambre vissé dans le blin-
dage de l’amplificateur proportionnel est remplacé par un cylindre de cuivre analogue.
Les mesures suivantes sont effectuées pour chacun des détecteurs :
‘18 Activation manifestée par le détecteur exposé aux neutrons issus de la paraffine sans aucun écran de cadmium.
29 Activation obtenue dans les mêmes conditions sauf que les détecteurs sont entourés d'écrans de cadmium. Les détecteurs de V:0; ou Dy20; sont irradiés entre deux plaques de cadmium, l'une au-dessus, l’autre au-dessous. La chambre à fluorure de bore est entourée d’un cylindre coaxial de cadmium, fermé à la partie supérieure par le même écran de cadmium qui recouvrait les détecteurs V,0; ou Dy:03 (son épaisseur est 1 mm.). Seule la base inférieure n’est pas protégée à cause de la nécessité du passage des fils. Il nous paraît qu’on peut négliger les neutrons thermiques qui parviennent à la chambre par cette voie.
3° Activation obtenue, les détecteurs étant entourés de io et la source de neutrons étant dans la même position que pour les deux autres mesures, mais sans paraffine. Seul, un écran de 4 cm. de plomb est interposé.
La différence des activations (1) et (2) représente l’action sur le détecteur du groupe C. Nous la désignerons par les symboles (B):(V).(Dy)c. La différence des activations (2) et (3) représente l'action des neutrons en voie de ralentissement dans la paraffine jusqu’à la limite d'absorption du cadmium (notation : (B).(V). et (Dy}.). Enfin l'activation (3) est due à l’action des neutrons non ralentis, au mouvement propre et aux noyaux projetés par les neutrons rapides dans la chambre à fluorure de bore.
Les activations sont définies ainsi :
Bore : nombre d’impulsions enregistrées en 1 minute par le numérateur commandé par la chambre de bore.
Vanadium : Les détecteurs efgh (voir Ie Partie, Chap. Ier) sont irradiés pendant 9,5 minutes et exposés au compteur pendant 9,5 minutes, après un intervalle de 45 secondes. Le nombre d'impulsions enregistrées définit l’activation.
Dysprosium : Nombre moyen d'impulsions par minute enregistré au compteur à la go® minute après une irradiation de o à 60 minutes. Cette grandeur est déduite de plusieurs mesures d'activité après correction du mouvement propre (mesuré en exposant au compteur les détecteurs avant toute irradiation) ét en tenant compte de la décroissance de période 2,3 heures. L'activité (3) ne se distingue pas du mouvement propre soit 10,7 impulsions- -minute, Nous utilisons les détecteurs 17, 27, 29 et 30 de la série n° 1 (Cf. Ire Partie, Chap. Ier) formant, juxtaposés, un carré de 4 cm. de côté.
Les résultats sont indiqués dans le tableau ci-dessous (les erreurs statistiques indiquées pour les activations (2) et (3) sont pratiq uement les seules qui comptent pour le résultat final.
MARTELLY
(1Mp2p 159 oado1d juowoanour 2[) uoryerpeast
«P 21004 sed ajnutw/suoisindur
SUOIFAIJ9Y
Yo‘o & gç‘o |gro0‘o — groto g‘c Y6c 0 go = ga 00ÿ wunisosdsÂq Suois[nduwi,p s+1qwuou CIO or 1 G00'0 — oco‘o O1 HE cô o16 1 9 = Lei LE cer &ÿ1 & WnIPEUEA eynurw/suots{ndur 800‘0 cÿo‘o Y'‘ic £1G o‘9 ÿ'°Le oÿc 2104 pD 9948 p 9248 pn sues autjesed augjeied auyeied sues 2918 2948 2(gl/14) (8) (z) (1) ls) TI 2%) 0 &)- 0) DUND/T ON) (nV/1n) (e)-(8) = 1) | (c)-G) n) N juoug
Une première série d'expériences avec des dispositifs géométriques légèrement différents nous ont fourni :
(V | Ca) ET 3 Eh e LE 40 EX 0,05 My 0,045 B,/Bx
mais nous ne conservons pas ces résultats car les mesures de l’activité (1) ont été faites sur la chambre de bore entourée du cylindre de cadmium ce qui diminue sa sensibilité aux neutrons C. L'écart de 14 0/0 avec le résultat définitif est bien dans le sens prévu.
Il est intéressant de confronter nos résultats avec ceux d’autres auteurs qui ont déterminé, pour les mêmes éléments, le rapport de l’activité due aux neutrons filtrés par le cadmium à celle qui est due aux neutrons C. Bien entendu on ne peut attendre qu'un accord très approximatif puisque les dispositifs ne sont pas les mêmes. Goldsmith et Rasetti (29) trouvent 0,04 pour le vanadium, 0,025 pour le dysprosium; Lise Meitner (11) 0,015 pour le dysprosium. Dans ces deux travaux les détecteurs sont au sein de la paraffine. Avec le bore comme détecteur : Livingstone et Hoffmann (41) trouvent 0,062, et dans les expériences de Frisch (4o) le rapport des activations (2) et (1) (selon notre notation) est 0,069 au lieu de 0,051 chez nous.
DiscussioN ET INTERPRÉTATION DES RÉSULTATS
A. — Vanadium. — Nos expériences montrent que lorsqu'on passe du groupe C au groupe filtré par le cadmium la réactivité globale aux neutrons décroît presque de la même façon pour le bore et pour le vanadium. La différence de 20 0/0 n’est très probablement pas due à un écart accidentel : eu effet l’erreur à craindre provient surtout des fluctuations statistiques sur la grandeur (V); et sa valeur moyenne quadratique peut être évaluée avec sécurité à 10 0/0 ; la probabilité d’un écart double n’est donc que 4 0/0. Il n’est pas impossible d’attribuer cet écart à une imperfection systématique de la méthode. Cependant l’explication qui nous paraît la plus vraisemblable est l’existence d’un niveau de résonance situé dans un domaine d'énergie des neutrons assez élevé : sa contribution à la réaction ny serait faible à la fois en raison d’une section efficace à la résonance relativement réduite (son expression contient en facteur le carré de la longueur d’onde broglienne du neutron), et du petit nombre de neutrons se trouvant à un instant donné dans cette région du spectre des énergies. Cette hypothèse est parfaitement autorisée par le calcul de Bethe (28, p. 28) qui évalue à 310 ev l’espacement moyen des niveaux de résonance voisins de l'énergie d'extraction d’un neutron pour un noyau de masse 90.
Aussi nous distinguons deux groupes parmi les neutrons ralentis
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dans la paraffine qui engendrent la réaction 5!V(n,y)?V à travers un écran de cadmium.
a) Le groupe que nous appellerons « résiduel », véritable prolongement du groupe C, pour lequel la section efficace décroît régulièrement en fonction de l'énergie des neutrons, et qui se retrouve seul dans les expériences sur le bore, considéré comme détecteur obéissant parfaitement à la loi en 1/v. Ce groupe va s’amenuisant vers les énergies élevées et nous allons voir que les neutrons de moins de 10 électrons-volts en constituent une fraction très importante.
b) Le groupe des neutrons de « résonance » qui prend une importance notable seulement autour d’un ou plusieurs niveaux quantiques du noyau composé.
Cette distinction un peu arbitraire, que nous établissons surtout pour la clarté du langage, est illustrée par la courbe de la figure 30 représentant d’une façon schématique la variation de la fonction F(E), telle que le nombre de neutrons d'énergie comprise entre Eet E + dE qui réagissent sur le détecteur soit F(E)dE. On admet communément que la fonction F(E) pour le bore est, dans le groupe résiduel, de la
forme E *. En effet il résulte de la théorie de Fermi (42) que le nombre de neutrons qui traversent chaque seconde le détecteur est
à , dE ao ? 3 $ proportionnel à — et leur probabilité de réaction varie comme — , Ce E VE
calcul implique plusieurs simplifications dont la plus notable est de traiter le détecteur comme s’il était plongé au sein de la paraffine. Nous le conservons néanmoins pour un premier dégrossissage. Hoffmann et Livingston (41), ainsi que Frisch (4o), en tirent la loi d'absorption dans le bore de ces neutrons, moyennant une nouvelle approximation consistant à admettre que le cadmium est totalement opaque pour les neutrons d'énergie inférieure à une limite E;, totalement transparent au delà : la fraction d’intensité transmise est :
1 — e—KÔ = ES + (10)
à : densité superficielle en bore.
K : coefficient d'absorption pour les neutrons d'énergie E, Sa valeur trouvée empiriquement par Hoffmann et Livingstone est 9,9 cm?/g.
Sur les mêmes bases nous apprécierons l'importance prépondérante des faibles énergies dans ee groupe en calculant la part d’activation attribuable aux neutrons d'énergie inférieure à E. Cette fraction est :
in
Les valeurs de E, trouvées empiriquement par les expériences d'absorption dans le bore sont : 0,41.ev d'après Hoffmann et Livingston pour 0,58 g./cm? de cadmium, et 0,87 ev d’après Frisch pour 1 g./cm° de cadmium. Ces déductions ont trouvé une remarquable confirmation dans les mesures de Baker et Bacher (43) effectuées au moyen du cyclotron modulé : le pouvoir de transmission d’une lame de cadmium de 0,45 g./em° est 1/2 pour les neutrons de 0,47 ev. Il en serait ainsi avec une lame d’épaisseur double pour les neutrons d’énergie voisine de 0,7 ev. Il nous paraît raisonnable d'adopter pour notre écran, de densité superficielle 0,85 g./cm?, une valeur E,—0,65 ev.
F(E) neutrons C
£ nergie
Limife du codmium retro lents
| | - | Groupe resiauel Groupe Ce resonnance
nd
Eee
Fig. 30. — Répartition schématique des neutrons.
On en déduit au moyen de l’équation (11) que les neutrons d'énergie
0,65 de l'activation totale. Par ailleurs, en développant l’équation (ro) il est facile de voir que le coefficient d'absorption d’un écran mince de
inférieure à 10 ev sont responsables de la fraction 1 — = 0,79
K = : bore est — — 4,75 cm’/g. pour les neutrons du groupe résiduel dans
les expériences de Hoffmann et Livingston. Si, par analogie avec la détermination des énergies de résonance par la méthode du bore, on convient de définir comme énergie « efficace » de ce groupe celle des neutrons qui ont le même coefficient d'absorption on arrive à la conclusion Er — 1,64 ev. Dans le même ordre d’idée Frisch, considérant que l'épaisseur de bore produisant l’absorption 1/2 est environ 15 fois plus grande que pour les neutrons thermiques, estime que 5 ev représente une sorte de moyenne des énergies des neutrons résiduels.
Ces préliminaires étant posés, il nous reste à déterminer l’importance relative du groupe résiduel dans l’activation du Vanadium ou
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encore à corriger le rapport (V)./(V)e du rôle joué par les neutrons de
résonance. Soient (V)s Fäctivité du groupe résiduel et (V)A celle du (VX, groupe de résonance. (Vhu — (V}s + (V}r. L'égalité des rapports FE
(B), et (Bx identique pour le vanadium et le bore, au moins jusqu’à une dizaine d’électrons-volts et par conséquent a fortiori dans le domaine des neutrons C. Mais il serait encore compatible avec l'expérience que (V}s, au lieu de représenter les 5/6 de (V)., n’en soit qu'une fraction nettement pins faible, (V)4 prenant au contraire plus d'importance
“signifierait que la loi de décroissance de la section efficace est
(Vie dium décroît plus vite que l'inverse de la vitesse des neutrons. Il n’y a
DE : Ne TT pas d’autre cas à envisager, car l'inégalité = > M, signifierait que le
(donc ge ï ss BF, ne). Cela voudrait dire que la section efficace du vana-
produit v est croissant en fonction de la vitesse des neutrons dans le domaine des énergies faibles et cela impliquerait un niveau de résonance proche, dont l’inexistence est prouvée.
Le départ entre ces deux hypothèses admissibles peutse faire par des expériences d'absorption dans le bore ce qui revient, remarquons-le, à modifier une fois de plus la loi de répartition spectrale des neutrons et à comparer les variations d'efficacité de deux détecteurs. En effet nous avons vu que le coefficient d'absorption initial du bore pour le groupe résiduel est 4,75 cm?/g., le même que pour les neutrons d'énergie 1,64 ev. Le groupe de résonance, s’il existe, a une énergie d'un re de grandeur 100 fois plus élevé et son coefficient d’absorption est, en gros, 10 fois plus faible. Le coefficient d'absorption global du bore pour les neutrons détectés par le vanadium et filtrés par le cadmium doit donc être sensible à la proportion relative des deux groupes : résiduel et de résonance. Si celui-ci est négligeable le coefficient d'absorption doit être le même que dans les expériences où la chambre de bore sert de détecteur. S'il est prépondérant, l’absorption doit être beaucoup plus faible.
Or lexpérience s'accorde avec [4 première hypothèse. Sur le graphique de la figure 31 sont représentés les résultats de ces mesures d'absorption, l'intensité étant définie soit par un détecteur d'oxyde de vanadium, soit par la chambre à fluorure de bore. Les expériences sont faites avec la même série de plaques de verre Pyrex mais avec trois dispositifs différents. Pour chacun d’eux la correction d’inelinaison des rayons est assez faible et ne semble pas devoir dépasser l'incertitude des mesures. D'ailleurs nous avons tracé sur le même graphique la courbe d'absorption calculée pour un détecteur en r1/v et un faisceau perpendiculaire aux écrans d’après les données suivantes : la composition du verre admise est celle qui a été indiquée
DE LA VALIDITÉ DE LA: LOI EN I/V POUR LE VANADIUM 8x
par la maison Pyrex, le bore est supposé absorber suivant la: loi donnée par Hoffmann et Livingston (41). Le rôle des autres éléments (principalement un rôle de diffusion) est évalué d’après les sections efficaces données par M. Goldhaber et W. C. Briggs (4). Après avoir tenu compte d’une faible quantité de neutrons diffusés qui parviennent encore au détecteur, nous calculons que le coefficient d’absorption des autres éléments, ramené à la masse de bore qui leur est mélangée, est 2,3 cm?/g. de bore. Ces estimations se sont trouvées confirmées par des expériences d'absorption faites avec des plaques de verre ordinaire. Finalement la loi d'absorption calculée est :
re inp 2gragtue ser tb ln PE ET elle est représentée par la courbe de la figure 31.
: = mgy. :
10 20 30 40 SO 60 70° mi Densité superficielle en Bore
+ Détecteur Bore ° Détecteur 205
0,500 Fig. 31. — Absorption dans le pyrex des neutrons filtrés par le cadmium.
L'accord avec l’expérience est aussi satisfaisant qu’on pouvait l’espérer. Vous concluons que le coefficient d'absorption du bore en couche mince pour les neutrons filtrés par le cadmium est, à moins de 20 o/o près, le même avec les détecteurs bore et vanadium.
L'ensemble de ce résultat et du précédent (c’est-à-dire (V}, /(Bh Me / (Be suivante : le produit ov de la section efficace du vanadium par la vitesse des neutrons est constant (ou légèrement décroissant) pour les énergies inférieures à 10 ev. A fortiori ël est pratiquement
— 1,20) ne paraît pas admettre d’autre interprétation que la
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constant dans le domaine des neutrons C (Pour fixer les idées la pente 0/48 y est certainement inférieure à 1/10 ev-{). Une faible
part de l’action des neutrons lents est probablement due à un niveau de résonance élevé (ou peut-être plusieurs). Sa position pourra être déterminée par une analyse précise de la courbe d'absorption dans le bore poussée jusqu'aux fortes réductions d'intensité. On y ut guera l'absorption du groupe « résiduel » suivant la loi = RE, L et l'absorption exponentielle, plus lente, du groupe de résonance.
Signalons que le rôle du groupe « résiduel » ne semble pas avoir été pris en considération par les auteurs qui ont déterminé les énergies de résonance par la méthode du bore. IL y aurait lieu de le faire intervenir dans les cas où le niveau est relativement élevé. Si on le néglige, le coefficient d'absorption en est apparemment augmenté ; on est conduit ainsi à des valeurs trop basses du niveau de réso: nance.
B. — Dysprosium. — En accord avec d’autres auteurs, nous avons trouvé une décroissance de l’activité nettement plus rapide que pour le bore, lorsqu'on passe du groupe C aux neutrons filtrés par le cadmium. Cela montre l'existence d’un niveau de résonance proche de l'énergie zéro. Ici encore on peut supposer qu’à l’activité du groupe « résiduel », prolongement du groupe C, s'ajoute celle des neutrons de résonance d'un niveau lointain. Cela renforcerait encore la conclusion précédente mais il est peu probable que ce second niveau joue un rôle appréciable. Il faut songer en effet que le dysprosium possède dans le domaine thermique une section efficace relativement élevée et cela est encore vrai dans le groupe résiduel des neutrons filtrés par le cadmium.
Nous donnons dans le chapitre suivant une interprétation quantitative dü résultat EE — 0,35 et nous montrerons qu'il est compatible avec le précédent, à savoir la similitude de comportement du dysprosium et de l'argent dans le domaine thermique.
