CHAPITRE III
SPECTROMETRIE EN COINCIDENCE
Une transition $ peut aboutir à différents niveaux excités, ces niveaux se désexcitant par émission de rayonnement YŸ ou d'électron de conversion interne. Cette désexcitation suivant les lois statistiques de radioactivité se produit avec une certaine période qui, très souvent, selon la nature de la transition, est
extrêmement courte,
Considérons le schéma de désintégration de le figure 7, chaque noyau radio actif 5N a une certaine probabilité P, de donner le noyau SA dans l'état fonda-
mental, il a aussi une probabilité P, de donner le même noyau dans l'état excité. I1 peut arriver, dans certains cas, qu'une transition ait une probabilité très faible par rapport à l'autre, l'une d'elles,par exempie, étant interdite (chap.VII). Si la transition la moins probable est aussi la plus énergique, il est possible, en principe, avec les spectromètres usuels, de déceler
cette transition peu intense + il suffit d'utiliser Z+1 une source très intense et un détecteur ayant un faible “bruit de fond" (qui devra,en outre, être suffisamment protégé du rayonnement Y direct de la source). Il Ba arrive cependant, même dans les meilleurs spectromètres, que le détecteur enregistre des particules qui n'ont pas l'impulsion correspondant à la valeur 2 du champ magnétique de focalisation. Ces particules ne suivent évidemment pas les trajectoires calculées, elles arrivent au détecteur par des réflexions sur les parois de la chambre. De plus, le détecteur peut enregistrer des rayons Y diffusés par la matière envi-
ronnante.
- Fig. 7-
Les particules qui arrivent au détecteur après réflexion sur les parois, n'ont évidemment pas la même énergie que les particules qui parviennent en suivant les trajectoires calculées. La différence d'énergie pouvant être considérable, il apparaît intéressant d'utiliser un détecteur qui mesure l'énergie de la particule. Ces détecteurs , qui se sont développés Fr counont , utilisent le phénomène de scintillation et l'amplification par un photomultiplicateur. Nous allons voir déjà qu'un tel détecteur impose au spectromètre une condition difficile à remplir.
Néanmoins, on a réalisé de tels appareils et les résultats obtenus ont été excel-
lents puisqu'on a pu déceler des transitions dont le rapport des probabilités était
de l'ordre de 106
Mais, lorsque la transition la moins probable est aussi la moins énergique, le problème est beaucoup plus complexe et on ne dispose, pour déterminer le spectre le moins énergique, que de l'analyse de FERMI (chap.VIl) qui peut devenir très imprécise dans le cas où la différence d'énergie des deux transitions est faible ; d'autre part, l'analyse n'est possible qu'en assimilant la forme du premier spectre à une forme théorique connue, ce qui est toujours une hypothèse. Le second spectre étant obtenu par différence, toutes les causes de déformation
du spectre expérimental affecteront les déterminations d'énergie et d'intensité.
La désexcitation électromagnétique peut se faire selon trois processus : 1°) par émission de rayonnement Y ; 29) par émission d'un électron de conversion interne ;
3°) par création interne de paires.
Les coïîncidences auront donc lieu entre une particule 6 et l'un des trois phénomènes précédents : à chacun de ces phénomènes est associée une certaine probabilité PAT EUE PTE de désexcitation par rayonnement ÿ et PP? etc., probabilités de désexcitation par émission d'un électron de conversion interne des couches K, L, etc.... La probabilité de désexcitation par création interne de paires restant très faible dans le domaine d'énergie des désexcitations de niveaux obtenus par radioactivité B, nous ne considérons pas ce phénomène dans les expériences de cofîncidence.
PALP Ar
Le coefficient de conversion total a est le rapport ci — ; selon P
sa valeur, il conviendra de détecter en coïncidence le rayonnement YŸ ou un élec tron de conversion interne,
L'énergie de la particule B est définie par le spectromètre, mais le
second événement (e ou Y) peut être détecté avec sélection d'énergie ou sans sélection d'énergie.
Pour la détection des électrons de conversion (coïncidence Be” ) sans sélection d'énergie, il suffit d'approcher, le plus près possible de la source, un compteur Geiger-Müller. Pour obtenir une sélection grossière d'énergie, on peut employer un détecteur à scintillations, mais si l'on veut une bonne sélection,
on est obligé d'employer un autre speëtromètre.
Pour la détection du rayonnement Y en coïncidence (coïncidence Ev}, ton
utilise toujours les détecteurs à scintillations qui donnent une certaine sélec—
tion d'énergie et sont beaucoup plus efficaces que les compteurs G.M., Si l'on
de
veut, dans le cas des coïncidences BY, obtenir une bonne sélection en énergie pour la détection du rayonnement Y, il faut aussi employer un autre spectromètre et utiliser le phénomène d'effet photoélectrique ; néanmoins, la faible probabilité de ce phénomène ne permet d'appliquer cette méthode que dans très peu de circons-
tances ; très souvent, on devra employer le détecteur à scintillations.
Nous ne décrirons pas les détecteurs à scintillations, nous rappellerons seulement que tous les photomultiplicateurs sont perturbés par les champs magnétiques, même faibles. Il faut donc éviter que le photomultiplicateur se trouve à
proximité de la source s'il règne en ce point un champ magnétique.
Dans ces expériences de coïncidence, il importe surtout d'utiliser un spectromètre très lumineux : dans les appareils récents les plus lumineux, le champ magnétique a une distribution qui s'approche de la forme théorique calculée par GLASER pour laquelle la source et le détecteur sont situés dans un domaine de champ magnétique intense, c'est-à-dire que ces spectromètres (réalisation d'AGNEW
[81) sont les plus défavorables pour l'utilisation en coïncidence.
- Fig. 8- Cofncidence B Y avec lentille mince
I1 existe pourtant une possibilité d'employer de tels spectromètres, c'est d'éloigner suffisamment le photomultiplicateur de la source pour qu'il se trouve dans une région où l'on pourra compenser le champ résiduel : ceci peut se faire à l'aide d'un conduit de lumière entre le cristal et le photomultiplicateur, mais
cette transmission a toujours lieu avec perte.
La première solution proposée fut l'adaptation d'un scintillateur à une lentille mince : dans celle-ci, le champ magnétique est en effet faible à la source, et peut être compensé. Mais la lentille mince a une faible luminosité (M. DEUTSCH L}) et, d'autre part, il n'est pas possible de placer le cristal
scintillateur immédiatement derrière la source, car une grande partie des particules B serait rétrodiffusée par ce cristal et aucun diaphragme ne pourrait les
arrêter : cect aboutirait à une déformation du spectre en coïncidence.
Une autre solution consiste à
utiliser un spectromètre à image intermé-
diaire (type SLATIS et SIEGBAHN Ho]) qui a une luminosité exceptionnelle 8 pour
cent. La source est également dans un domaine de champ intense, mais il est pos—-
sible, soit de placer le cristal dans la masse polaire, soit d'utiliser un conduit
Photomultiplicateur
Source
INa
- Fig. 9 -
dont la longueur nécessaire est relativement faible et ne diminue pas sensiblement les qualités de l'ensemble du spectromètre à scintillations. Il faut constater tout. de même que le spectre Y apparaît assez déformé par la proximité
de la masse polaire.
Nous avons cherché à réaliser un “spectromètre à coïncidence" qui ne présente pas les défauts énoncés précédemment :
nous avons choisi un spectromètre du même type que celui proposé par KOFOED-HANSEN fi], mais avec deux secteurs seulement.
Dans cet appareil, la source et le dé-
tecteur sont situés dans un domaine de champ magnétique très faible et assez loin
de toute masse métallique. La luminosité est de 6 pour cent dans notre réalisation
et le pouvoir séparateur peut varier dans d'assez larges limites (2 à 7 pour cent).
Nous allons exposer une théorie assez sommaire de ce type de focalisation
et décrire l'appareil réalisé.
