Travail d`ionisation, effets de recombinaison et pouvoir - E

Travail d'ionisation, effets de recombinaison et
pouvoir d'arrêt de quelques gaz pour les
particules
Autor(en): Dick, L. / Falk-Vairant, P. / Rossel, J.
Objekttyp: Article
Zeitschrift: Helvetica Physica Acta
Band (Jahr): 20 (1947)
Heft III
Persistenter Link: http://doi.org/10.5169/seals-111808
PDF erstellt am: 20.04.2017
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Travail d'ionisation, effets de recombinaison
et pouvoir d'arrêt de quelques gaz pour les particules a
par L. Diek, P. Falk-Vairant et J. Rössel.
(28. IV. 1947.)
I. Introduction.
L'étude des réactions nucléaires par chambre d'ionisation néces¬
site, pour la détermination de l'énergie, la connaissance du travail
d'ionisation du gaz utilisé.
De plus, comme il est nécessaire d'une part pour des raisons de
rendement, d'autre part pour diminuer l'influence des bords, de
travailler àdes pressions de l'ordre de plusieurs atmosphères, les
effets de recombinaison, très marqués àces pressions, et le pouvoir
d'arrêt du gaz doivent être connus si l'on veut choisir des conditions
optima de mesure.
L'ionisation des gaz par des particules lourdes chargées (par ex.
particules oc) aété étudiée surtout àdes pressions inférieures ou
égales àla pression atmosphérique, ce qui fournit peu d'indications
utilisables. C'est pourquoi nous avons entrepris dans ce travail
la détermination du travail d'ionisation, des courbes de saturation
et du pouvoir d'arrêt pour les gaz suivants, aux pressions élevées
usuelles dans les chambres d'ionisation:
N2, 02, Cl2, C02, BF3, CH4 et CF4.
II. Méthodes et dispositifs de mesure.
Nous avons employé les chocs d'ionisation déclenchés dans une
chambre d'ionisation àgaz par les particules aproduites par un
dépôt actif de thorium.
Les mesures ont été faites sur le plan général suivant (fig. 1):
1° Chambre d'ionisation. 2° Source de haute tersion, 500 à
12000 volts. 3° Préamplificateur (lampe électromètre). 4° Ampli-

358 L. Dick, P. Falk-Vairant et J. Bossel.
ficateur proportionnel. 5° Oscillographe cathodique de contrôle.
6° Oscillographe àboucle et enregistreur àfilm photographique.
HT
CI. —
Os, i
Ai <
3A2 Os2 6
Fig. 1.
1° Chambres d'ionisation et amplificateur.
Pour la mesure des travaux d'ionisation nous avons utilisé deux
chambres différentes, toutes deux àélectrodes planes et anneau de
garde, la première du type habituel àboîtier d'acier dimensionné
pour 40 atm. et plus, la seconde pour la mesure dans Cl2, particu¬
lièrement étudiée pour les gaz corrosifs, chromée et polie intérieure¬
ment, àisolateurs de verre et déjà décrite en détail dans un travail
antérieur1).
Le dépôt actif de Th était appliqué simplement sur l'électrode
haute-tension de la chambre. i
piccine 400 V
banite
T
cibartite
3—
Ech. 1:3 T
Appareil pour la mesure du pouvoir d'arrêt
Fig. 2.
Le tube àpression variable indiqué schématiquement fig. 2ser¬
vait àla détermination du pouvoir d'arrêt par mesure de la pression
critique correspondant àun parcours donné des particules a. Ce
tube, ainsi que les chambres d'ionisation elles-mêmes, se vissait
directement sur le capot de l'étage préamplificateur.

Travail d'ionisation pour les particules oc. 359
Pour équiper ce dernier, nous avons choisi une pentode R. C. A.
38 chauffée sous 4volts par accumulateurs, alimentée par piles
pour la tension d'anode (45 volts) et d'écran (20 volts) et fonc¬
tionnant avec grille flottante.
L'amplificateur proportionnel, du type décrit récemment par
Baldinger2), comporte 6étages d'amplification avec contre-
réaction par groupe de deux et un étage final attaquant l'oscillo¬
graphe àboucle. Ce montage permet une alimentation des lampes
entièrement par redresseurs ycompris le chauffage.
Nous avons voué une attention spéciale aux constantes de temps
de la lampe électromètre et de l'amplificateur, les choisissant aussi
grandes que possible pour éviter des erreurs de mesure par perte
de charges.
2° Remplissage et purification des gaz.
Pour N2, 02 et C02, nous avons rempli les chambres d'ionisation
àdes pressions variables directement àpartir de bouteilles de gaz
comprimé dont la pureté était assurée àplus de 99%. Pour les
4derniers gaz, nous avons employé un dispositif permettant de
les liquéfier avant de les introduire dans la chambre. Ce système
nous apermis d'éliminer différentes impuretés (02, N2, etc.) qui
peuvent être mélangées au gaz: lorsque le gaz est liquéfié, le réci¬
pient de liquéfaction ainsi que toutes les conduites sont ànouveau
évacués. Comme test de pureté nous avons mesuré la pression
résiduelle au manomètre de mercure; celle-ci n'excédait jamais la
pression de vapeur du gaz àla température du liquide réfrigérant
(air liquide).
3° Etalonnage et préparation des sources.
L'étalonnage du dispositif amplificateur aété fait avant et après
chaque mesure. Dans ce but on appliquait entre le plateau haute-
tension et la cathode de la lampe électromètre des impulsions arti¬
ficielles de tension de forme comparable et de durée inférieure aux
chocs d'ionisation. Cette tension Vest connue et peut être variée
àvolonté. On induit ainsi sur la grille une tension équivalente à
celle produite par une charge d'ionisation QCV, où Cest la
capacité efficace de la chambre d'ionisation. Cette capacité se cal¬
cule par la formule pour le condensateur àanneau de garde avec
une erreur de 2,5% environ. Remarquons que si l'on néglige l'effet
de l'anneau de garde, la capacité, calculée par la formule ordinaire
pour condensateur plan, devient dans notre cas plus faible d'un
facteur 1,05. En conséquence, les travaux d'ionisation mesurés
seraient multipliés par le même facteur.

360 L. Dick, P. Falk-Vairant et J. Bossel.
Afin d'élucider cette question, nous avons mesuré la capacité de
la chambre par comparaison avec un condensateur cylindrique
spécial de grande précision*) en effectuant l'étalonnage alternative¬
ment avec l'une et l'autre capacité. Les résultats ont justifié, aux
erreurs près de 2à3%, l'emploi de la formule pour condensateur
plan avec anneau de garde.
Pour la mesure des très faibles charges (détermination du pou¬
voir d'arrêt) la sensibilité de l'amplificateur pouvait être choisie
de façon àdétecter sans peine la charge de 1000 ions.
Comme nous l'avons déjà dit, nous avons utilisé les particules a
du Th Cet Th Cde 8,77 et 6,05 MeV respectivement. Une con¬
naissance exacte de l'énergie des particules est nécessaire. Ace
point de vue les dépôts actifs de thorium présentent l'avantage
vis-à-vis d'autres sources (Po par exemple) d'avoir naturellement
une épaisseur négligeable et par conséquent une influence nulle
sur l'énergie.
Les préparations de base se faisaient simplement en maintenant
une àdeux heures au-dessus d'un sel de thorium d'une dizaine de
mC une lame de cuivre mince portée àun potentiel négatif de
quelques centaines de volts.
III. Mesures et résultats.
1° Travail d'ionisation.
Par travail d'ionisation on entend l'énergie moyenne fournie pour
la production d'une paire d'ions par une particule ionisante (dans
notre cas une particule a). Le dépôt, appliqué sur l'électrode haute-
tension par simple attouchement de la feuille de cuivre porte-
substance, est dosé de telle manière que l'intensité de la source
ne dépasse pas 100 particules par minute.
La répartition des trajectoires est pratiquement uniforme dans
la demi-sphère limitée par le plateau du condensateur: tous les
angles cp entre les trajectoires et les lignes de force du champ élec¬
trique sont également probables. On sait qu'il aété démontré
théoriquement par Jappé3) et expéritalement par Moulin4) en
particulier que la recombinaison est fonction de l'angle cp, maximum
pour c? 0° et minimum pour cp 90°.
Lorsque nous parlons de recombinaison nous entendons par con¬
séquent une recombinaison moyenne par rapport àcp. Les condi-
*) Ce condensateur aété mis obligeamment ànotre disposition par le professeur
P. Huber de l'université de Bâle que nous tenons àremercier ici.