D. HiRSCHBERG
1954, 10
Novembre
Il Nuovo Gimento
12,
733-742
Dosage
de radioéléments par la distribution des intervalles
entre
désintégrations. Application au
EdTh.
D.
HiRSCHBERG
Laboratoire
de Physique Nucléaire - Université Libre de Bruxelles
(ricevuto
il 17
Agosto
1954)
Résumé.
— On compte les couples de désintégrations successives
Tn ThA A-.
Le détecteur utilisé est un compteur proportionnel. Un
circuit
spécial sélectionne les intervalles inférieurs à un temps donné.
Le
choix du temps optimum est discuté. La plus petite quantité de EdTh
mesurable
par la méthode décrite est celle en équilibre avec environ
3 • 10~'
g de Thorium. Le rapport admissible entre les activités en a et
en
couples Tn
A-
ThA
A-
est examiné.
Introduction.
Lorsqu'une
source contient des radioéléments en filiation, les désintégrations
observées
ne sont pas statistiquement indépendantes. Si le noyau formé par
ime
de ces désintégrations est luimême instable, sa désintégration sera observée
au
cours de la même mesure, avec une probabilité d'autant plus grande que
sa
vie est courte par rapport au temps de la mesure. Dans l'émulsion photo
graphique,
cette corrélation se présente sous l'aspect bien connu d'étoiles dues
aux
désintégrations successives d'un même noyau. Dans le présent travail,
nous
décrivons une méthode de mesure des radioéléments naturels basée sur
la
corrélation dans le temps des désintégrations a.
Le
problème particulier qui nous occupe est la mesure de très faibles acti
vités
a des isotopes du Th présents dans les sédiments océaniques. Ce problème
a
déjà été résolu par la méthode photographique
(''^).
Cette méthode pré
sente
des inconvénients d'ordre pratique quand il faut l'appliquer à de longues
séries
de mesures. L'observation microscopique est laborieuse et les solutions
(1)
N.
ISAAC
et E.
PiCCiOTTO:
Nature, 171, 742 (1953).
(2)
E.
PicciOTTO
et S.
WiLGAiN
: Nature, 173, 632 (1954).
D. nIRSCHBEBG
[734J
80 81 82
83 84 85 86 87 88 89
90 91
92 93 94
Nombre
Atomique
Fig.
1.
introduites
dans l'émulsion doivent répondre à des conditions
pliysico-chimiques
assez
strictes qui compliquent la partie chimique du travail. D'autre part,
notre
méthode permet de discriminer plus aisément le
BdTh
du EdAc.
[735]
DOSAGE DE
RADIoiLilMENfS PAK
LA
DISTEIBUTION
DES INTERVALLES ETC. 3
Princi
pe.
La
flg. 1 représente les trois familles
radioactives naturelles.
Les isotope
du
Th se trouvent sur la droite Z = 90. Le dosage
dii'ect
porte sur le
EdTh
et
le EdAc; la teneur en
^^"Th
peut être déduite de celle en EdTh
s'U
y as
équilibre
radioactif de ces deux isotopes; on trouve la teneur en
lo
par dif-
férence.
La
mesure se fait un certain temps après la séparation chimique du Th,
quand
les descendants du EdTh et du EdAc ont recru en quantité suffisante;
on
peut éventuellement attendre l'équilibre, atteint au bout de quelques se-
maines.
On observe les désintégrations renforcées sur la âg. 1.
La
meilleure estimation des quantités de EdTh et EdAc est en principe
celle
qui résulte d'une analyse de la fonction d'auto-corrélation de la distri-
bution
dans le temps des a observés.
En
pratique, on peut souvent se contenter d'une analyse plus simple. Les
couples
de désintégrations x successives, dont l'intervalle moyen est le plus
court
sont Tn
^ThA ^(0,23
s) pour les descendants du EdTh et
An^AcA^-
(2.6-10^^
s) pour les descendants du EdAc. Connaissant le rendement du
comptage
et le temps écoulé depuis la séparation chimique des isotopes du Th,
on
peut calculer à partir du nombre de ces couples les teneurs en EdTh
et
EdAc.
Outre
ces couples « réels », on observera un certain nombre de couples
«
fortuits », dus à des désintégrations rapprochées de deux noyaux distincts.
La
correction peut être estimée en analysant la distribution des intervalles.
Mais
quand la correction n'est pas excessive, on peut se contenter d'une ana-
lyse
encore plus simple, faisant intervenir le nombre total
d'à
observés et le
nombre
d'intervalles inférieurs à un temps T con-
venablement
sélectionné. On choisit ce temps de
manière
à rendre minimum l'erreur relative sur
le
nombre de couples réels (voir Appendice).
Si
l'activité totale de la source est telle que l'in-
tervalle
moyen entre deux désintégrations indépen-
dantes
est du même ordre de grandeur que l'in-
tervalle
moyen du couple réel, cette analyse de-
vient
inefficace.
AmphemI
82-92
Compteur.
Pour
discriminer entre particules a et
/5,
nous
avons
utilisé comme détecteur, un compteur propor-
tionnel
sans fenêtre à circulation d'Argon
(fig.
2)
(^).
4
Tg 0 50;i
Laiton
5cm
Fig.
2.
(')
D. TATLOE:
NuoUonies,
11, 3, 40 (1953).
4
D. HIBSCHBEKG [736]
r
SOOpF
H
h-
JL
6AK5
6AK5 6AK5
PREAtlPLIFICATEUR
+ 500-1500
V
Sfofc
AMPLIFICATEUR
DISCRiniNATEUR
2 6SN7
+ 300V5fa&i T
Fig.
3.
[737]
DOSAGE DE RADIOéLéMENTS PAR LA DISTRIBUTION DES INTERVALLES ETC. 5
Les
dimensions résultent d'un compromis entre la nécessité d'un background
faible
(réduction de la surface) et d'une source suffisamment étendue. Il est im-
portant
d'avoir un rendement élevé: la probabilité d'observer une désintégra-
tion
a est égale au rendement, celle d'observer un couple est égale au carré
du
rendement. Pour faciliter la préparation des sources, nous avons travaillé
en
géométrie de 2n. Dans ces conditions on observe 50% des a et 25% des
couples Tn-TliA
émis par la source; dans le cas de
Th
en équilibre avec ses
descendants,
on observe 1 couple pour 12 a.
Circuits.
Cgmpt.
Préampl.
Ampli
f.
prôport.
Préampl.
Diicr.
HT
Staù.
Nous
décrivons uniquement les circuits pour la mesure du
EdTh.
La mesure
du
EdAc sera traitée dans un autre travail. La fig. 3 montre le schéma d'en-
semble
des circuits.
Les
impulsions du compteur sont
amphâées
par un préamplificateur du
type
100
(*)
et par un
ampliflcateur-discriminateur
classique. Les alimentations
haute
tension et basse tension des circuits sont stabilisées. La haute tension
du
compteur et le gain de l'am-
plificateur
sont ajustés de façon
à
rendre l'appareil insensible
aux /3.
Après amplification, les
impulsions
sont comptées par
une
échelle (activité totale) ; elles
sont
d'autre part injectées dans
un
ensemble à coïncidences re-
tardées
qui n'enregistre que les
couples d'à
séparés par un in-
tervalle
inférieur
à
un temps T,
clioisi
d'après les conditions expérimentales (voir Appendice)
sente
le schéma de principe de ce circuit.
r
Rçtar
Porte
Or
Coi'nc.
méc
sélect
d'intervalles
Fig.
4.
La
fig. 4 repré-
Chaque
signal a, d'une part attaque après amplification l'une des entrées
du
circuit à coïncidences, d'autre part déclenche après un retard T' une « porte »
de
durée T appliquée à l'autre entrée du même circuit dont les coïncidences
sont
comptées. Le retard
T'<
T permet d'éviter que toute impulsion a ne
donne
lieu à une coïncidence avec elle-même. Par un choix convenable de T',
on
peut éliminer
efiicacement
le couple An-AcA, tout en ne perdant qu'un
faible
pourcentage, connu, de EdTh. Comme il est facile de réétalonner T et
que T'<C
T, une très bonne stabilité de longue durée n'est pas obligatoire. Notre
{*)
W. C. ELMORE and M. SANDS: Electronics (New York, 1949), p. 166.