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We study the problem of alpha particle detection by tracks registration in cellulose nitrate. From the analysis of the statistical errors due to track counting with an optical microscope we deduce the number of fields to be observed to know the density of tracks with a given accuracy. This method is applied to the detection of alpha particles emitted in air. En vue de l’étude de la contamination naturelle de l’air, nous avons examiné les problèmes que posent l’enregistrement et le décompte de traces de particules alpha dans un milieu isolant. Nous avons choisi le nitrate de cellulose qui est le matériau détecteur le plus sensible que l’on connaisse à l’heure actuelle. Après avoir donné quelques brèves indications sur le dispositif expérimental, nous déterminons les critères d’enregistrement et de développement des traces. Nous étudions ensuite les erreurs statistiques dues au décompte des traces à l’aide d’un microscope optique; nous en déduisons une méthode de prévision du nombre de champs à observer pour connaître le nombre de traces avec une précision donnée. A titre d’exemple, nous appliquons cette méthode au cas de la détection des particules alpha émises par le radon. I LE DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL 1. La source de particules alpha Il s’agit d’une source d’américium 241. Nous avons décompté les particules alpha ralenties à 2,7 MeV par des feuilles de mylar d’épaisseur calibrée. Le ma­ tériau détecteur est placé sur ces feuilles. On suppose que les particules sont émises dans un angle solide 2 π d’une manière isotrope et que seules sont enre­ gistrées les particules tombant sur la surface du détecteur sous un angle d’incidence inférieur à une valeur limite que nous déterminerons plus loin. Dans ces condi* Centre de Physique Atomique et Nucléaire, Université de Toulouse, 118, route de Narbonne. ** Laboratoire des Radiations ionisantes, Université de Limoges. 148 J. ANNO, L. COMMANAY ET J.L. TEYSSIER dons, le nombre de particules alpha effectivement enregistrables et irradiant une surface de 1 cm2 de détecteur est de 13,4.104 par minute. Nous avons également eu besoin d’une source collimatée qui délimite un cône de particules alpha dont le demi-angle au sommet vaut 40. Dans ce cas, la source est placée à une distance du détecteur telle que les particules atteignant sa surface aient une énergie de 2,7 MeV. L’activité par cm2 de surface de détecteur est de 736 désintégrations par minute. L’irradiation est faite à la température am­ biante et à l’air libre. 2. L’attaque chimique Nous utilisons de la soude en concentration 6,25 fois normale. La température d’attaque est de 60 °C. Sauf indication contraire, nous faisons un prélavage au xylène et nous irradions toujours le même côté de la feuille de nitrate de cellulose. Une fois l’attaque chimique terminée, nous rinçons à l’eau pure et démi­ néralisée les échantillons, puis nous les séchons rapidement de façon à éviter la formation d’une pellicule blanchâtre opaque qui gêne l’observation. 3. L’observation des traces Nous disposons d’un microscope L. C. R. Koritska dont le grossissement est de 310. Cet appareil possède un dispositif de projection sur écran translucide dont la surface a été divisée en 13 champs élémentaires d’observation constitués par des carrés de 10-4 cm2. Le dépouillement a toujours lieu dans l’ordre 1,2, ..., 13. Pour chaque échantillon, nous comptons le nombre de traces dans dix champs, puis nous en faisons la moyenne. II CRITÈRES D’ENREGISTREMENT ET DE DÉVELOPPEMENT DES TRACES Le nitrate de cellulose se présente sous la forme de feuilles de 50 pm d’épaisseur (Poudrerie Nationale de Bergerac). Les deux paramètres qui permettent de caractériser ses qualités du point de vue de la détection des particules oc sont : — critère de développement des traces : angle limite de développement des traces, — critère d’enregistrement des traces : transfert linéique d’énergie critique des particules a dans le nitrate de cellulose. 1. Angle limite de développement des traces La notion d’angle limite a été introduite par Fleischer [i]. Désignons par : —► — Vg la vitesse d’attaque générale de l’agent chimique dans les parties non endommagées du milieu détecteur. Elle est dirigée selon la normale à la surface du détecteur, car l’attaque chimique est frontale; ENREGISTREMENT DE TRACES DE PARTICULES ALPHA 149 — vt la vitesse d’attaque de l’agent chimique dans les zones de matériau irradiées, c’est-à-dire le long de la trajectoire de la particule oc. Elle est dirigée selon cette trajectoire que l’on repère par l’angle 0 qu’elle fait avec la normale à la surface (fig. 1). Pour qu’une trace puisse apparaître, il faut que la composante normale (vt)u —► de vt soit supérieure à vg■ S’il n’en est pas ainsi, le détecteur est plus vite rongé à la surface que le long de la trace. La condition : Vm > Vg s’écrit encore : vt cos 0 > vg 0¿ est donc la valeur limite que ne peut dépasser l’angle d’incidence d’une particule alpha pour que la trace soit observable après l’attaque chimique. Nous avons déterminé la valeur de θL dans le cas du nitrate, en utilisant la source a collimatée et en faisant varier son inclinaison par rapport à la surface du détecteur. Nous avons trouvé [2] : θl; = 65°. trajectoire d’une particule a surface du détecteur Fig. 1. — Valeur limite 0; de l’angle d’enregistrement. 15o J. ANNO, L. COMMANAY ET J.L. TEYSSIER 2. Transfert linéique d’énergie critique 2.i. Définition Nous utilisons comme critère d’enregistrement le transfert linéique d’énergie critique des particules a dans le nitrate de cellulose, tel qu’il a été défini par Fleischer [j]. On sait en effet que ce critère est satisfaisant pour des ions lourds de faible vitesse comme les particules a émises par les corps radioactifs; c’est surtout pour les particules relativistes qu’il faut employer comme critère d’enregistrement le taux d’ionisation primaire critique [4]· Nous nous sommes proposés de mettre en évidence le rôle du degré de nitration des matériaux cellulosiques et celui des traitements de plastification [5], bien que les fournisseurs de nitrate de cellulose donnent peu d’informations à leur sujet. Les écarts de sensibilité entre les nitrates de cellulose qui ont pu être em­ ployés tiennent en effet à des valeurs différentes de ces deux paramètres. Pour déterminer on procède en deux étapes on trace d’abord la variation de la perte d’énergie spécifique d’une particule a dans le matériau en fonction de l’énergie E de la particule α. — on détermine ensuite expérimentalement l’énergie maximale détectable des particules a. 2.2. Tracé de la courbe fonction de E On sait que le transfert linéique d’énergie d’un ion s’exprime en fonction de celui d’un proton par la relation [6] : ion proton où Z* (β) est la charge effective de l’ion animé de la vitesse v = βc, Z* ((β) dépend à la fois du numéro atomique Z et de la vitesse relative de l’ion par rapport à celle de la lumière, c’est à-dire de S 'relation d’HECKMANN [7])

Problèmes posés par l'enregistrement et le décompte des traces de particules alpha dans le nitrate de cellulose