CHAPITRE I

Les détecteurs et les mesures au compteur.

Nous avons adopté pour les détecteurs une dimension standard de 22 X 23 mm. Cette largeur permet de les grouper par quatre autour du compteur (de diamètre maximum 20 mm.) de telle sorte qu'ils forment les faces d’un prisme à base carrée. Ils sont maintenus par un support qui s’enfile sur le compteur avec un minimum de jeu; grâce à celte disposition symétrique les variations de sensibilité dues aux défauts de centrage se compensent pratiquement. La longueur est peu supérieure à la largeur afin que l’on puisse grouper les quatre détecteurs, en vue de leur irradiation, dans une surface presque carrée. D'ailleurs un accroissement de longueur ne permettrait qu'un faible gain d'intensité car les 8/10 de la sensibilité du compteur sont limités à une hauteur de 22 mm. en son milieu. Ainsi cette disposition permet d'utiliser au mieux la surface irradiée.

L'épaisseur d'un détecteur est choisie d’après la section efficace de l'élément qui le constitue. Tous nos détecteurs sont « minces » c’està-dire qu’un neutron les traversant normalement a une faible proba-. bilité d’être capté. Cette probabilité se confond alors avec les trois expressions suivantes identiques entre elles : ns (nombre d’atomes par centimètre carré multiplié par leur section efficace), Kô (coefficient d'absorption massique par la densité superficielle), e (coefficient d'absorption linéaire par l’épaisseur). Les Allemands désignent cette grandeur sans dimension par le terme « wirksame Schichtdicke » que nous traduisons par « densité efficace » (le mot densité est employé ici dans le même sens que la densité optique d’un écran). Un écran mince capte les neutrons proportionnellement à pvo, p étant leur densité dans l’espace et v leur vitesse. Si le détecteur obéit à la loi en 1/v il indique la densité spatiale des neutrons quelle que soit leur vitesse, Un détecteur « épais » capterait proportionnellement à ev, il indiquerait le flux de neutrons par unité de temps.

Détecteurs d'argent. — Ce sont des feuilles métalliques.

a) La série désignée par les lettres «By d'épaisseur 0,055 mm., de densité superficielle 0,0584 g./cm?. En adoptant la section efficace 60.10?" cm? autour de laquelle se répartissent les différentes valeurs proposées (2) on calcule une « densité efficace » Kô— 0,0195 pour les neutrons d'énergie ÆT.

b) La série Auv£ d'épaisseur 0,20 mm., de densité superficielle 0,206 g./cm?, de « densité efficace » Kô — 0,069.

Détecteurs de vanadium. — Ils sont préparés avec la technique suivante : de l’oxyde de vanadium V,0; en poudre est mouillé avec une solution alcoolique de gomme laque ou une solution de baume du Canada dans le xylol (la première méthode paraît donner de meilleurs résultats). La pâle ainsi obtenue est versée dans de petites cuves parallélipipédiques de dimensions 22 X 23 X 5 mm° fabriquées à partir d’une feuille d'aluminium de 0,15 mm. d'épaisseur par pliage sur une forme. Les dépôts une fois secs sont recouverts par des couvercles en aluminium de 0,03 mm. d'épaisseur collés sur les bords de la cuve. Le poids de gomme (ou de baume) incorporé est 5 o/o du poids de V,0;. Il sufüit pour donner à l’échantillon une robustesse très satisfaisante, lui permettant de subir des chocs sans dommage. Le rôle des noyaux d'hydrogène sur les neutrons est négligeable.

Deux séries ont été utilisées :

a) les détecteurs abcd de densité superficielle moyenne en V20; — 0,264 g./cm°?. En admettant que la section efficace du vanadium est 6.10—?* cm? la « densité efficace » est Kô — 0,010 ;

b) les détecteurs eq de densité superficielle en V:0;—0,462 g/cm?, de densité efficace Kô — 0,0183.

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Détecteurs de dysprosium. — L’oxyde de dysprosium Dy,0, a été très aimablement fourni au laboratoire par M. Trombe.

Une première série (n° 1) de détecteurs numérotés en chiffres arabes avait été préparée autrefois. Ce sont des dépôts, fixés par une gomme, dans des cuves relativement épaisses en aluminium de dimensions extérieures 4o X 10 X 5 mm; elles sont fermées par une feuille de cellophane, qui malheureusement n'empêche pas le dépôt de s’effriter.

Nous avons plus souvent utilisé une série n° 2 de détecteurs désignés par les lettres MNOP fabriqués par nous sur les dimensions standard avec le procédé suivant : sur une feuille d'aluminium de 19 & on prépare un dépôt, formé de Dy:0; en poudre humecté d’une solution alcoolique de gomme laque, occupant une surface de dimensions doubles de celle d'un détecteur. Avant séchage complet, on découpe cette surface en quatre rectangles égaux au moyen de ciseaux et on recouvre chaque dépôt encore frais par une autre feuille d'aluminium de même épaisseur percée de nombreux trous ayant 2 mm. de diamètre. La mixture reste ainsi adhérente aux deux feuilles et peut néanmoins sécher en quelques jours complètement; il suffit alors de protéger cette pellicule pesant 1 dg. en l’empaquetant dans des feuilles d'aluminium dont la dernière, un peu plus épaisse (50 y), forme un cadre suffisamment rigide. L'usage a montré que ces détecteurs n'étaient pas fragiles. Leur densité superficielle moyenne en Dy:0; probablement impur est 20,3 mg./cm?, en gomme : 3,6 mg./cm?. La section efficace moyenne de capture pour le mélange des isotopes du dysprosium est, d’après les mesures de plusieurs auteurs (10) (11) (38), de l’ordre de 850.10 cm?. On en déduit une « densité efficace » Kô —0,055. Ainsi que Rietzler (38), nous admettons que la période du dysprosium est 2,3 heures.

Nous avons procédé à une analyse par méthode radioactive de cet oxyde de dysprosium en étudiant la courbe de décroissance de son activité après une irradiation de 10 minutes aux neutrons du cyclotron dans la paraffine. Par ces mesures, qui ne visent pas à une haute précision, on peut distinguer Reilément au-dessus du mouvement propre trois périodes è

a) une activité de longue période (minimum plusieurs dizaines de jours) qui pourrait être due en partie à un Terbium 70 jours

b) une période d'une trentaine d'heures, sûrement attribuable à t56Holmium 30 heures, d'activité à l’origine 5,5 impulsions/minute;

c) la période du ‘Dysprosium 2,3 heures, d'activité à l’origine 8 400 impulsions/minute et même au delà.

La figure 1 donne la courbe de décroissance en coordonnées semilogarithmiques après soustraction du mouvement propre et des longues périodes. Nous avons trouvé dans la bibliographie les données qui permettent une évaluation de la proportion d’'Holmium dans Dy.

Le rapport des activités à l’origine est 6,5.10-—*, celui des vies moyennes -—-, donc en admettant le même pouvoir pénétrant pour »

les deux rayonnements $, le rapport des nombres d'atomes radio- Q , = . ’ actifs formés est 8,5. 10%. Ce deraier est égal au rapport des concen-

trations multiplié par le rapport des sections efficaces. Celle de l’Holmium est d'après Rietzler (10) 47 (en unités 10% cm?), celle du

heures apres l'irradiation () 12 24 36 48 60 72

Fig. 1. — Analyse de la courbe de décroissance des détecteurs de dysprosium.

dysprosium (pour l’activité de 2,3 heures et répartie entre la totalité des isotopes) est 250 d’après Lise Meitner (11), 272 d’après Houtermans (12). On en conclut que la proportion d'Holmium est 5 0/0. La figure 1 montre que cette impureté ne modifie pratiquement pas la période apparente du dysprosium jusqu’à la réduction au 1/100 de son activité.

Les mesures au compteur. — Nous n’ouvrirons pas un chapitre spécial sur ce sujet maintenant trop classique. Qu'il nous suffise de donner les quelques précisions suivantes : les compteurs sont du type couramment employé au laboratoire de Chimie Nucléaire du Collège

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de France, à coque en duralumin de 1/10 mm. d'épaisseur sur une longueur de 4 cm. Ils contiennent un mélange d’argon et d’acétone. Nous avons construit un amplificateur suivant un schéma donné par M. Berthelot dans sa Thèse (Paris, 1943), fig. 17, p. 54. Il actionne un numérateur de faible inertie dû au même auteur (fig. 15, p. 53 de sa Thèse), qui permet de compter sans pertes notables jusqu’à 3 000 impulsions par minute.

Deux causes d'erreur se présentent dans la aumération des impulsions : les pertes aux cadences élevées et la variation de rendement de l'installation causée soit par un changement de compteur, soit par les fluctuations d’un même compteur, soit par les fluctuations des propriétés de l’amplificateur. Les pertes peuvent être mesurées en étudiant la décroissance d’un élément radioactif à période pure bien étalonnée (?[ 25,00 minutes, *?V 3,74 minutes). La courbe représentant le logarithme de l’activité en fonction du temps se confond avec une droite de pente prévue pour les faibles activités et s’en écarte progressivement aux fortes activités. Cette expérience de contrôle permet soit de vérifier l'absence de pertes dans les conditions d'utilisation, soit d’étalonner les pertes en vue de les corriger (nous n’avons pas toujours eu à notre disposition un numérateur rapide). Les fluctuations de rendement sont connues grâce à une source radioactive étalon. Le modèle utilisé au laboratoire est un dépôt d’urane encastré dans la paroi intérieure d’un cylindre en laiton qui peut s’enfiler sur le compteur. Un jeu de plusieurs étalons d'intensités différentes permet aussi un contrôle rapide des pertes en s’assurant que leur rapport n’a pas varié. Dans ce but nous en comparons deux: l'un donnant environ 360 impulsions par minute, l’autre 3000. Toutes nos mesures au compteur sont corrigées, s'il y a lieu, des variations de rendement et des pertes. Ces précautions sont signalées ici une fois pour toutes et ne sont plus indiquées dans le texte à l'occasion de chaque expérience.

Les mesures au compteur sont généralement relatives, c’est-à-dire qu'elles visent à connaître seulement un rapport d’intensités neutroniques, par le rapport de leurs efficacités sur le détecteur. Celles-ci sont alors définies par les nombres d’impulsions obtenus dans des conditions arbitraires, mais invariables pendant la série d’expériences. Nous les désignons par le terme « activation ». Celui d’activité désignera la fréquence des impulsions par minute à un moment quelconque (‘). Avec les détecteurs de courte période (argent-vana-

() Sur le sujet de nos conventions de termes signalons que l’« irradiation » désignera l’action des neutrons sur le détecteur et que l” « exposition » désignera l'action du rayonnement radioactif acquis sur l'appareil de mesure ; compteur ou chambre d’ionisation,

dium) l'activation sera définie de telle sorte qu’elle soit peu inférieure au nombre maximum d’impulsions qu'il est possible d'enregistrer : ce maximum serait obtenu avec une irradiation très longue suivie, après le temps minimum nécessaire aux manipulations, d'une exposition très longue. En pratique on n'a guère intérêt à prolonger irradiation et exposition au delà de trois périodes.