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Radioactivité induite par le rayonnement cosmique dans la météorite bogou
Gcocbimica et Cosmochimlcs Acta 1065,Vol.30.pp. 1317to 1330.Pergamon PressLtd. Printedin Northernzreland
Radioactiviti
induite par le rayonnement cosmique dans la miitborite Bogou J.
TOBAILEM
et
D.
NORDEMAM
Service d’Electronique Physique, Ccntre d’E:t.udesI\‘ucl&aires de Saclay et Ccntre des Faibles RadioactivitPs Gif-&r-Yvette (8. ct 0.). France (Received 4 May 1965) R&WI&-On a d6tcrmin6 10s activitCs d’hmctteurs gamma contenus dans un &hantilIon de 0,185 kg de la m&&orite de fer Bogou (tomb&? le 14 aotit 1962) par spectrom&rie gamma B faible mouvement propre. Lcs &ultats suivanta ont 4th obtenus dpm kg-l & la date de la chute 483 + 40 %In 0 :? 4 22% @JCO 14 rfl 7 PfTi 3,s -t 3 4,3 + 3 “$A1 g9 -Ir: 6 40K Ceg r&ult&s sont discutbset oompa& aveo ceux obtenus par d’autres auteurs sur la m&&orite Bogou et sup d’autres m&iorites de fer. Uno limite sup&ieure de l’&ge d’exposition a Bti calcul& B partir des teneurs en *% et 4%l?i ot du rapport des taux de production de *OK et 4%l3 : 0,9 . IO9am. Ab&sCt_Low baokground gamma-ray spectrometry has been used to determine the activities of gamma emitters contained in a 0.185 kg sample sliced out of the Bogou iron mebeoritethat fell on 14 August 1962, near Bogou, Republic of the Upper Volta. The following rcsulte were obtained: s4Mn *?r’a c%!o 44Ti =A1 40K
483 f 40 O&4 14 *7 3.8 f 3 4.3 f 3 99
f
dpm.kgl,
at time of fall
0
These rem&a are discussedand compared with those obtain4 by different rtut.hors on Bogou and on other iron meteorites. An upper limit for the exposure age (0.9 x lo9 y) has been computed from the d°K and 44Ti contents and the ratio of 40K to 44Ti production rates.
1. INTR~DUCTI~W
aoiit 1962, B 10 heures, est tombbe pr&s de Bogou, B 130 km au nord-est de Fada N’gourma, en RBpublique de Haute Volta, une sid&ite (mMorite de fer) de masse 8,8 kg. LE
14
1317
Notre Labomtoire a rep un Itchantillon de 0,285 kg tail16 danri la maw ctrt la m&&orite. La Fig. 1 represente une photographie d’un moulago dr! la m&‘wiw Bogou; les deux bandes blanches indiquent la position de la tranohc dans lac~ucllc: notre Bchantillon a 6th pr6levd. La Fig. 2 est la photographie de cette trawl-te prkalablement polie. La Fig. 3 indique la position esaote de notre Acbantillon dans la m&&orit,e. 1-o
Vue
d’ensemble
Coupe
o b
Fig. 3. M&AoriteBogou.
La portion htwhur& indique ha position do 1’6ahmtillon de 0,186 kg.
Une premi&e mesure de l’activith de cet Bchantillon a Bti effect&e 303 jours apr&s la date de la chute. La prbsence de manganhse 54 a &A mise en Evidence. avec une estimation de l’activit& de 760 f 75 dpm kg-l B la date de la chute (YOKOYAMA et LABEYRIE, 1964). Une mesure ultirieure, effect&e par MABWCHI (1964), sur le m&me bhantillon, avec une m&bode d’dtalonnage &ff&e.nte; a donnd la valeur 550 f 56 dpm kg-l. Nous avons repris I’&ude de cet Bchantillon par spectrom&ie gamma avec des moyens nouveaux, permettant d’obtenir un bruit de fond plus faible et plus stable (NOIZDEMANN et TOBA~EM, 1964). Le temps qui s’est Bcouk-entre la chute de la mtWori& et nos mesures est d’environ 2 ans. Cet intervalle de tempts constitue Bvidemment un ddsavantage en ce qui concerne lea radionuclidea B vie
Fig. 1. Photographiotlu moulagc de la rn&6oritc~Hogou. Lcs tlcus Imntic~ blanches indiquant la position de la branchs clans laqu&~ l’&.hmt.illor~ clv 0,185 kg a cjti pr&&.
.r
Fig. 2. Photographio de 1’6chantillonda 0,185 kg.
Kadioactivit&induite par lo rayonxwmentcosmiyue dans la m&Gorite l30gou
1319
courto (p&iode < 1 an) mais par ailleurs, il peut permettre de dOteeter plus facilement des radionuclides 8. vie plus longue (sodium 22, cobalt 60, titane 44, aluminium 26, potassium 40 . . .), beaucoup moins masqu& par les radionuclides Q vie courte qui ont d&w. 2. DETERMCF~TION DES 2.1
Desctipfion
ACTWITESPAR SPEOTROMETRIE GAMMA
de l’appnreillaye
L’ensemblc utili& comprend: Un dktecteur constitud par un scintillateur d’iodure de sodium active rzu thallium (diam&e 10 cm, hauteur 8 cm) B faible mouvement propre (teneur en potassium 40 iufkieure B 1 ppm), essocie B un pl~oton~ultiplicateur S fenctrc dc quartz 51 UVP. La, rCsolution est 8,6 pour cent. pour la raie de 662 IreV du &sium 137. Ce d&ccteur est place dans une enceinte en fer (Epaisseur 10 cm) et en plomb (8painseur 10 cm), B l’extkieur. Un s&lectcur d’amplitude SA 40, B 400 canaux B transistors. Un correr+.eur de derive Stabimat* a BtButilise pour une partie de nos mesures de longue durGe. La stabilisation est obtenue par la comparaison de deux taux de comptage rorrcspondant aux peutes d’un pit photo6lectrique donn8; quantl la diff&ence eutre ws tnux de comptage est sup&ieure $I,une valeur sfficl$e, uu moteur pas & pas agit sur un potentiomittre contrblant le gain de l’amplificatcur pldcbdaut lo sdlecteur. La, correction minimum sur le gain est de 0,62 - 1W3, soit 0,062 canal au 100 &me canal.
La d&ernkation precise des rendements de d&e&on exige la r6alisetiou de maquettes simulant de fagon aussi esacte que possible l’khantillon de la m&borite BtudiBe. Los rendements dependent en effet de la forme geom&rique et de la nature de l’Gchsntillon, au point de vue de I’interaction des rayonnements gamma aver la mat&e. L’khautillon de la, meMorite Bogou ZLmesurer se pr&ente sous la forme d’une plaque plane de 0,6 cm d’+eisseur, dont le contour est indiquh sur la Fig. :s. 11 il Bti ainsi possible de r&liser simplement dcs maquettes en acier inosydal~le comportanb dcs sources &lonn&s de manganhsc 54, cobalt 60 et potassium 41) et simulant de fagon Btroite L’Bchantillon B analper. Le chois du mat&iau s’ext port6 sur l’acier inosydable dont la nature se rspproche de celle dss mCt8orites tlcb fw. Les maquettes ont 6th r&lisees en accolent trois plaques d’acier inoxydable tltr meme fornic et d’bpaisseur 0,3 cm. Entre ces plaques sout iutcrcakes deux sourcw des radio&ments & mesurer. Les Btalons de mangan&se 54 et de cobalt 60 sont constitues par cles sourcest minces, de r+ertition homog&ne (54,Mn: 2,24 . lW2 @IX; s°Co: 6,33 * 10 -9 f&i).
* HVLISES t CessourcesStanchesont Ati r&lis&s sur supportplaatiqne8.notro demand{>,par 1~Lahoratoire de Mesur~~s dos RadioGments du Ccnt,red’Etudes Nu&aires de Raclay.
.I.'YOBAILEM ct,D. NORDE~LASN
1320
La source Btalonnee de potassium 40 comprend un poids connu ($55 g) de chlorure de potassiumd~pos8entrelestroisplaquesd’aoierinoxydable, prealablement enduites de colle. L’echantillon de la meteorite et les differentes maquettes ont et6 disposes a plat sur le scintillateur et mesurb dans dos conditions de geometric identiques. 2.3 Mesures et i~nterprdtation des specfres obtems Plusieurs series de mesures de longue duree, allant jusqu’h 160 heures, ont 6te effect&es en alternance avec des mesures de mouvement- propre. Elles ont Bte Bohelonnees entre 680 et 760 jours apres la chute de la m&So&e. La figure 4 reproduit un des spectrogrammes obtenus, le mouvement propre ayant Bte deduit.
P+ 511 keV
54Mn 835
keV
I
I
boCo44Ti 1170 llev . %J
Enrrpie ,
keV
Fig. 4. Speotrogremmede l’t5chsstillonde la mhthorite~ Bogou (Mesurede 160 h, mouvement propre d&bit).
Un de8 pioa lea pl_usimportants est observh B 835 keV. I1 est du au menga,n&se 54 (p&iode 313,6 jours). Le pit observe A 611 keV est attribu~ au rayonnement gamma d’annihilat&r des positons issus d%metteurs ,@. Les principaux nuclides eosmogtiques Bmetteurs B+, dont la p&&de est sup&ieure B 1 an sont: le sodium 22 (2,68 ans) le titane 44-scandium 44 (48,2 ans), l’alnminium 26 (738000 ans).
Radioactivitk incluitepar le rayonnement cosmique clans la mc%boriteBogon
1481
L’Btude du spectrogramme daus la region comprise entre 1100 et 1400 keV montre nettement deux pits indiquant la pr&ence du cobalt 60 (1170 et 1330 keV). Cependant le pit observe h 1170 keV est trop important par rapport & cclui observh & 1330 keV, ce qui am&e naturellement B peuser B la pr&enee de titane 4-k; le titane 44, (pbriode 48,2 ans), apourdcseendant le scandium 44 (pBriode $9 heures). Bmetteur gamma d’bnergie 1160 keV. Une contribution du sodium 32 (&mission& 1380 keV) dans le pit p&sent B 1330 keV est Bgalemeut possible, mais ellc doit c’tre faible. L’observation d’une pro&ninence dans la rdgion de 1460 keV sugg&e la pr&ence du potassium 40. La region de 1800 keV presente un pit qu’il est possible d’attribuer h 1’8misaion gamma ri 1830 keV de l’aluminium 26.
La d&erminat.ion de l’activit6 du manganese 54 a 6th effect&e par comparaiaon entre le spectre d’htalonnage de la maquette “54~Mn” et le speetre de mesure de 1’Gchantillon. On a consid&. les taus de compt,age compris dans unc bandc de 110 keV, ceutree sur 835 keV, et l’on a t,enu compte dans le calcul de la contributiou du fond Compton des raies gamma d’hnergie suphrieure. Uue premike d&termination de l’activiti du cobalt 60 a BtBeffectut$e de m@me. par compaaison entre le spectre d’dtalonnage de la maquette c‘gOC~”et le spectre dc mcsure (taux de co:nptage compris dans une bande de largeur 285 keV, encadranb les pies B 1170 et 1330 keV). Ce calcul conduit 21une limite sup6rieure de 1’activitA du cobalt 60, &ant don&es les contributions Cventuelles du sodium 22 et du t.itane &-scandium 44, et les incertitudes Ii&es aux corrections portant SW lc foutl Compton dQ aux Bmissions gamma d’6nergie suphrieure. Les nuclides sodium 22, titane +&-scandium 44 et aluminium 26 sont Bmettcurs p“, oe qui entraine une participation commune au pie observe it 511 keV. (.!es @metteurs ainsi que le cobalt 60, ont de plus des Bmissions contribuant aux taus de comptage des pits obtenus B 1170 keV (60Co et 44Sc), & 1330 keV (6OCo et ““Na), B 1800 keV (26A1et pour une faible part z2Na, par le pit somme 1280 kcV -1. 511 keV). L’additiviti des diff&entes contributions dans les pits photo6lectriqucs et la connaissance des rendements de detection permet de determiner lcs activit& dc ces quatre BmBtteurs. Pour cela, il convient d%crire le systeme lineaire de quatre Equations dont les quatre inconnues sont les activitis cherchdes. Les seconds membres du syst&mc sont obtenus Ztpartir des taux de comptage dans les pits photo6lectriques, d&rmint% par la m&hode de la tangente (CREMINEEet NORDEMANN, 1963). Compte tenu des schemas de d&intGgration des nuclides consid&&, on obticnt : N
0.5 -
2R,,J0,90 22Na + 0,98 44Ti + 0,85 2sAl]
LVI,I= R,,J4*Ti + Wo
+ 0,037 26Al]
N 1.3 -- R,,,[22Na + s°Co] Nl,3
=
R,,,[2aAl + 2R,,, R,., 0,90 22Na]
(1)
les taux de comptage obtenus comme il a tlt6 en appelant NO.53 &,I, 1v1.3, &.8, indique pour les Energies de 511, 1170, 1330 et 1800 keV; R,,S, R,,,, R,,, et RI,*, les rendements de detection photodlectrique pour la geom&rie adoptde et les Energies consid&es; YSa, tl°Co, 44Ti, “6Al, les a&ivit& respectives du sodium 22. du cobalt 60, du titane-scandium 44 et de l’aluminium 26. Les rendements R,,S, R1,l, RI,,, R,,,ont Bt6 d&ermin& & partir de valeurs thdoriques (CROUTHAMEL,1960) et des rbsultats des Btalonnages pour lea trois maquettes utilisdes: mangan8se 54 (836 keV), cobalt 60 (1170 et 1330 keV) et potassium 40 (1460 keV). La Fig. 5 indique les variations du rendement de d& tection en fo&ion de ‘1’8nergie-pour noire installation et 1’8chantillon BtudiG de la m&Gorite Bogou.
1
0.150--
z u 0.100 E %
0,050 --
Ii
I
0
I 2000
1000
Encrqis,
-
keV
Fig. 6. Variation du rendement de d&ection photo&ctrique en fonation de l%nergie, pour un arhtd Nd (Tl) de 10 cm x 8 cm, dens lee conditionade meaure de 1’6chentiUon(0,185kg) de le m&Aorite Bogou.
Une premi&re &solution a Bti effect&e B pertir de nos r&ultats-exp&imentaux. Elle conduit & une activiti en sodium 22 nulle, h la date de la mesure. Nous pouvons done simplifier b syat&me (1) et ne conserver que les trois pretii&es equations, pour les Bmetteurs cobalt 60, titane 44-scandium 44 et aluminium. 26, dont on determine les activitis 8, partir des pits obtenus 8,611, 1170 et 1330 keV. L’utilisation du pit de 1800 keV permettrait we d&ermination SuppMmentaire, mais compte tenu de l’incertitude sur l’application de la m&hode de la tangente dans cette dgion, le taux de oomptage ob&m ne conduit qu’b une Iin& sup&ieure de l’activitd de l’aluminium 26. On conserve done le systdme suivant : N 0,5 = 2R,,J0,98 4’Ti + 0,86 *6Al] S,,,
= R,,,[44Ti + *Wo + 0,037 B6A1]
N 1.3
=
&X°Col
(2)
RadioactivititBinduite par le rayonnement cosmicpe daus 1s m&o&c
BO~OU 13%
3. RESULTATSET INTERPRETATIOXS 3.1 R&ultats Les r&wltats obtenus B partir de nos mesures sont contenus dens le Tableau 1. Nous avons rassemble dans le Tableau 2 l’ensemble des resultats obtcnus iL
ce jour par differents auteurs sur les radionuclides contenus dans la mt%orite Bogou. 3.2 ilfan~ankse 54 Unc mesure (130 heures), effectuee 680 jours apres la chute a conduit $ unc valeur de 487 dym kg-l B la date de la chut#e. Cnc seconde mesure (160 heures), effect&e 760 jours apres la chute, a don& 479 dpm kg-‘. Nous avons adopt.6 la valeur moyennc de 483 dpm kg-l. L’erreur maximum commise a 4th &al& a environ S pour cent. La periode du manganhse 54 utilisee dans les nalculs est: 313,5 f 0,7 jours (WYATT, REYNOLD,HANDLEP,LYON et PARKER, 1961). Notre rcsultat est voisin de celui de MABUCHI (1964), obtenu avec le mGme Bchant,illon: 550 &- 55 dpm kg-l. 11 cst en remarquable accord avec celui de UXIK, HEXDERSOXet HUIZENGA(1964), qui ont effect& leur mesure 239 jours apres la chute, sur une tranche de 0:300 kg de la meteorite Bogou: 4S5+$; dpm kg-l, ct aveo celui indique par GOEL (1963): ~500 dpm kg-l. Notre vwleur est Eg&ement superieure B celle obtenue par ROWE, ANDERSON et VAN DILLA (1964) sur la masse principale de la meteorite (8,4 kg) mesuree 75 jours apres la chute: 439 & 22 dpm kg-l. CC)BII,DAVIS, RCH~EFFER,STOENXERet TH~MPSOX (1963) out egalement mesure, 73 jours apres la chute, le manganese 54 dans un echantillon de 0,125 kg, apr&s separations chimiques; ils ont trouve 620 & 64) dpm kg-l. L’act,ivite du mangan&se 54 dens la meteorite Bogou est b rapprocher dc celles indiqubes pour la meteorite Aroos (masse 150 kg; date de chute: 14 novcmbrc 1959): 470 & 47 dpm kg-l (HONDA et ARXOLI) 1961); 425 -$ 40 dpm kg-l (ROWE, V_~NDILLA et ANDERSON,1963) et Cpalement de la valeur oalculee par HOXDA (1963): 440 dpm kg -1, h partir des activit& observeos dans une cible de fer irratliee par des protons de 3 GeV. Le mangan&se 64 est produit dans les mt%eoritcs de fer par la spallat*iondu fer et S un dcg& moindre du nickel et du cobalt, sous l’action des protons cosmiques
x
313.K j
2,6
a
2.68 a
X
j
x
/!I+,x
p-
270
/3+, X
j
j
84
/7+:X
36,0 71 j
77
X
,6, X
27.8 j
Pbiodo
14ao
1830
70,79,1160
1173.1333
1277
835
740 f
24,0 f
-
I ioa
0,7
-22
(1963)
DAVIS
Tetal.
2299 It 093
10 60
30 f 620 f
3
1.0
l”2 - *136
21,? f
(1963) ---_
et al.
COBB
33 f
--
888,1119
846
805
326
Emissions
<18
870 f
60
KAYE (1963)
0,09
4
6.86 & 0,20
3.81 f
26 f
(1903)
SHEDLOVSKY
-
-
Aetivitis m
-
5oc
; 1903 _
GOEL
185 f
<145
(1964)
et ul.
ROWE
---
<7&4
439 i
“1
66 = 24
-
60
*
,....
(1064)
750
--
4
j
72
1 (B la date de Is chute)
<32 I <14&G
dpmkg
Tableau 2. Radionuclidos conhenusdans la m&So&e Bogou
_
----
I
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----
I
L..
___I .T.!!
/
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I
I
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RadioactivitBinduitepar le rayonnomentcosmiquedans la m&boriteBogou
1385
primaires et des neut,rons rapides secondaires. La reaction predominante est 54Fe(n, p)54Mn. Par suite, l’activitd du manga&se 54 doit &re peu influencbe par la dimension de la m&borite et la position de 1’6chantillon b l’int&ieur. Ceci explique les r& suhats group& en ce qui concerne le manganese 54 pour les diffdrents echantillons d’une mi%mem&borite, et pour des m&8orites ayant subi dans l’espace une irradiation comparable. 3.3 Sodium 22 La r&olution du syst&me d’kquations (1) nous a don& une activite voisine de z&o pour le sodium 22. 11 convient de noter que jusqu’8, p&sent aucun auteur n’a pu mesurcr d’activite due au sodium 22 dans Bogou. Cependant ROWE, ANDERSON et VAX DILLA (1964) n’ont pas exclu la possibilitb d’une cont’ribution du sodium 22 dans le pit qu’ils ont observe S 5 11 keV. En attribuant a la mMorite Bogou, une valeur de l’activith du sodium 22, B la date de la chute, comparable B celle trouvbe dans Aroos: 2,l f 0,3 dpm kg-l (HONDA et ARNOLD, 1961), on aurait dti mesurer, B la date de nos mesures, une act.ivit8 de l’ordrc de 1 dpm kg-l. Cette valeur Btait en dessous de notre sensibilitG, dans les conditions de la mesure. 3.4 Cobalt 60 La premiere determination de l’activitb due au cobalt 60 dans la mtMorite Bogou qui a BtBeffect&e par une comparaison directe avec la maquette “Wo” a don& une limite supdrieure de I’activitb d’environ 24 dpm kg-l. La m&hode du syst&me d’hquations (2), utilisant les valeurs de rendements don&es sur la Fig. 5, a conduit & une valeur de 14 3 7 dpm kg-l b la date de la chute, en accord avec la valeur p&ddente. La valeur de la p&iode utilisee dans les calculs est 5,27 ans (TOBAILEM, 1951). Notre valeur diffhre de celle indiqube par ROWE, ANDERSOSet T7as DILLA (1961): < 7 f 4 dpm kg-l, mais elle est en accord avec celle de UNIK, HENDERSON et HUIZENGA(1964): < 13 dpm kg-l. Notons, i titre de comparaison, les valeurs trouvees pour Aroos. HONIJ.~et ARKOLD (1961): 17 f 2 dpm kg-l (tranche de 320 g); HAYE (1963) (Bchantillon de 369 g): 27,9 & 1,7 dpm kg-l. Le cobalt 60 peut &re produit dans les mtMorites par les processus suivants: 1. D&int@gration du fer 60 (p&iode 3 - lo5 ans) Le fer 60 est form6 sous l’action du rayonnement cosmique sur le nickel par les r&actions: 62Ni(p, 3p)60Fe s4Ni(p, 3~ 2?t)60Fe 6aNi(p, px)60Fe 2. Action des protons cosmiques primaires sur lc nickel elNi(p, 2p)To 02Ni(p, 2p12)60C!o
3. Action des neutrons rapides second&es
sur lo nickel
e”.Xi(,l. jj)60Co 4. Action des neutrons thermiques sccondaires sur le Cobalt WO(T1,#Co Le principal mode de formation dn oobltlt 60 est la capture radiative dee neutrons thermiques par le cob&t 59 (VAN DILLA, ARNOLDet ANDERSON,1960; EBERHARDT,GEISSet LUTZ, 1963). Ainsi, I’activitd en cobalt 60 est fonction de la taille de la mdtiorite et de la position de l’&hantillon, & cause de la production et de la thermalisation des neutrons. Elle dhpend @element de la concentration t?n cobalt de 1’6chantillon. Ces divers facteurs expliquent la dispersion des divem Tahltxsu3
M6t&l4tl3 Bogou
Auteurs Pr&sent travail ROWE, ANDERSON et VAN DILLA (1984) UNIK, HENDERSON et HUIZENCIA (1964) HONDA et ARNOLD (1961) K.&YE (1963)
Xaase de 1’6chantillon Btudi6 (kg)
-
Activitb en dpm/kg cobalt
0,186
3,O f I,6 - It? <1,5
394 0,300 _._ 0,320 0,369
f
0,9 * 10s
G;2,8 - loa ----_
._. 4,o f 7,9 f
0,5 * lo” 0,2 * 10s
r&ultats d’activith du cobalt 60 dans les mMorites. Les activit& produitea par action des neutrons thermiques (mode de formation 4) sont, toutes ohoses dgales par ailleurs, proportionnelles. & la teneur en cobalt de la m&&&e. On peut ainsi exprimer les e&iv&& en dpm par kilogramme de cobalt contenu dans la m&horite, afin de faire abstraction de la concentration en cobalt. La teneur en cobalt de Bogou est de 0,46 pour cent, celle d’Aroos 0,43 pour cent. Le Tableau 3 r&ume les rt5sultatstrouv& pour Bogou et Aroos. Sur une mhtiorite de la taille de Bogou, la production de cobalt 60 au cents est plus importante que sur les bords. Ceci peut expliquer le fait que notre mesure, effect&e sur un Bchantillon sit& p&s du coeur de la m&Jo&e (Fig. 3) donne une activite plus grande que celle trouvde par ROWE, ANDERSONet VAN DILU (1964), qui ont analys& un 6chantillon beaucoup plus important, oh les bords jouaient un r61e p&pond&ant. &pendant, il y a lieu de tenir compte de l’ablation subie par les m&&n-ites lors de la traversb de l’atmosph&re. Cette ablation, qui peut Qtre importante (de l’ordre de quelques cm) implique que la fraction de m&&orite recueillie sur la terre repr&ente une portion centrale du corps irradi6 dens l’espace. Ceci &t&me l’effet mention& plus haut. Les ectivitis en cobalt 60 observ&s dans Bogou sont infbrieures aux valegrs trouvbs dans Aroos. Ce fait est la conshquence de la masse plus importante de cette derni&e. Les r&ultats divergents obtenus sur des Bchantillons diff&ents d’Aroos s’expliquent de m&me.
liatliowt kit,6 indnite par 163rayonnement, cosmiciw tlans la niPbPorit0UOgoLl
26 3 .5 d l~m,~i?eiu?~l La valeur obtenue
4.3 f
3 dp
kg-l
cst en t&s bon accord avw
par SHEDLOVSBY (1963): 3,8l & 0.09 dpm kg-‘. apr+s s+aration chimique. Cit,ons It titre de comparaison
qui a mesure
les valeurrr obtenuea
1335
aellc indiqube
l’aluminium
26
pour cl’autres m&oritt:x
de fcr. 3.6 f
ihOOF:
O?-tdpm kg-l
1,51 It 0.15 dpm kg--l I,i3 f 0,18 dpm kg--’ I,54 f O,!) dpm kg-l 0,99 f 0.1x dpm kg-l
Sikhotr-Alin
Troysa L’aluminium
((‘HAKKABART’I’Y. 1%~“) (lCAl_E, 1963)
O,HO + O-3!) rlpm kg-l
(&YE. 1963) (l,TPSPHUTZet &DEHS.
3.66 :I: 0.35 dpni kg--l
(LIPWHCTZ et _~XDERA. 1963)
26 cst, form4
spallation du fcr : 56Fe (p. moins abondants.
(Ho~un et ARNOLD. l!tcil) ( LIPWHL’TZ et, Xhr~ix:ns. l!lOS)
1!,6:3)
tlans les mt%~orit.es de fer. prinnipalenwnb
llpli~)~~dl,
])ar
1;~
et i?galement ZLparbir d’Mment8s plus ICgers.
tols quo lc soufrc, 1~ pllosphore.
le silioium. le magnt%imn. pour
lesrluels les sections efiicaces sont relativement 6lc&cs. I,a teuour cn aluminium 26 dficroit done avec la profondcur, I’Gpaisscur d’abxorption moyonne pour les protons cosmiques &ant de l’ortlre de 1BO g. cm- 2 ( HOSIM ct ARNOLD. 1964), soit environ SO cm clans les m&Corites de fer. (.‘epenclant,. lcs wucentrations en aluminium 26 varicnt, mains pour lcs diff7wnt.s points d’uw mc’+oritt~ de petite taille. irradids de tow c&t&; l’angle soliclc u t,ilc?d’irradiation de c+acun des lwiuts par les rayons oosmiques est on effet plus grand. Ainsi la mesnre pratiquGc> sur un ~uliant~illon, ni t#ro-ppetit iii troy localis8, est assez repr&ent,ati\-cl de la teneur moyww
en aluminium 26 de la mc%Corite enti&re : c:‘eHtsensiblrment le (*as tltl notw
C&antillon
de la m&@orito
Bogou.
De plus,
pour
lt!s m&nw
raisonN, tlans lets
mf%$orites de petite taills? la quantit,& tl’aluminium 1~s m&fioritcs
26 doit f%re plus &v&s (lll(’ dil4llS (‘eci poiirrait, nxpliquer 1~s vnlerlrs plus inl])ort,ibrlteS
plus grandrs.
ol)servGes tlans Bogou.
Nous avow
obtenu pour l’a&ivitG en titane 44 une valeur de 3,s f
3 dpm kg -I.
(‘et& valeur est & rapproclier de celles obtenuca par divers auteurs pour qwlqucx m&&orites dn fer : Aroos
4.4 ~1 0,4 clpm kg-l
(Hos~n
et ,~RNOLI). 1!)61)
3,1x
b 0.46 tlpm kg-l
2.28
+ 0,36 dpm kg-l
(JC.aYE: 19G3) (LIYSC!HTTZet ,~TI’DEIZS,1963)
Wliote-Alin
1,46 + 0.43 dpm kg-l
( LIPSCHI:T~ ot AKDERS. 1963)
l’rcysa
1.31 I-
( LIPS(!HLYTZ et XXDEI:S, l!W)
0.43 dpm kg-l
Le thane 44 est produit dans les m&Corites de fer, principalemeut par a&ion cles protons cosmiques primaires sur le fer: 5fiFc(p, 51) Xn)44Ti. Les renlarqurs qrie nous avons faites B propos de l’alun~i1~i~~m26 peuvent, s’appliquer au Gtanc 44.
3.7 Potassiu~ts40 L’Btude de la distribution des taux de comptage observh daus la rAgion de 1460 keV nous a conduits B une limite suphrieure de l’activiti en potassium 40 dans la meteorite Bogou, Cgale h, 9 :i: 6 dpm kg-‘, soit 0,57 f 0,37 * 1O-sgdoh’. g. I. Dans lea mh%orites de fer, le potassium 40 prhsent eat essentiellement d’origine cosmoghique . 11 eat produit principalement par la spallation du fer. L’activiti observde ddpend du temps d’irradiation de la mt%orite par les rayonnements cosmiques, &ant donnde la graude phriode du potassium 40 (1,27 - IO9 ans). 3.6 Evduation de r&e d’exposition. La comparaison des teneurs en potassium 40 cosmoghique et en un radionuclide R de p&iode courte devaut le temps d’irradiation peut dormer 1’Age d’exposition de la m&Sorite. Nous supposons que l’irradiation sous l’action du flux cosmique eat rest& con&ante au tours du temps. On peut Bcrire pour le potassium 40 “OK = Q&l - eJaoT) “OK: activiti observhe en potassium 40 Qao: taux de production du potassium 40 : con&ante radioactive du potassium 40 : 0,646 . 10msan-l 1r1o
7: Sge d’exposition Le radionuclide R a atteint sa valeur d’hquilibre R = QR QIt: taux de production de 1’6Mment R On en ddduit 1 7
=
--
A40
log
1
‘OK Q
l-_--'E
R
Qao
L’Age depend du rapport des taux de production Q,/Qro Si lea deux Blbments R et 40K sont produits par un m6me processus, et tie voisius en masse et numhro atomique, on peut admettrf3 que ce rapport varie peu avec l’hergie. 11 est alors possible d’utiliser des valeurs obtxmues apr6s irradiation dans lea auo616rateurs. Le rapport des taux de production peut 4galement he calcul6 B partir des r&mltats, &ge et teneurs, deja d6termin6s pour d’autres m&kites de fer. Parmi les radionuclides qui: pourraient conveuir pour la comparaiean avec- le potassium 40, citons l’argon 39 (phiode 325 ans) et le titane 44 (p&iode 48,2 ans). Cependant la cowte p&ode de-ces nuclides nhessite d’admettre la repr&ent&iviti du flux cosmique pendant lee derniers milliers d’ann6ew par rapport $ la t&alit8 de l’irradiation. IA titane 44 offre l’avantage d’btre mesurable, comme le potassium 40, par
RadioRctirit,b;in&&e par lo rayonncmwt cosmiquuedans la m6tCoritcBogou
1$“1 . -.
spcctromkrie gamma, ainsi que nous l’avons montr6 plus haut. Nous avons applique la m&hode de datation 40K-44Ti b la m&Go&e Bogou it partir des don&es rassembl6es dans le Tableau 4. Tableau 4. Rapports rles baux de production du titane 44 et du pot,assitun40
Q++
Rsf~rmws
(240
-_ l’rot,onxde 730 McV sur fcr Aroos (0,65 * IO9ans)
-. HOXDA ot L~L (1964) HOXDA et ARNOLD(1961); STAUFFER et HONDA (1961); SCHAEFFER et HEYMANX(1964) SCHAEFFER et HEYMANN(1964); HO>‘DAet ARXOLD(1964) SCHAEFFER ct HEY~~ANN(1964); HONDAcxtARNOLT)(1964)
0.450 0.1.56
SikhotcAlin (0.33. lo9 ans)
0.137
Treysa (0,40 . lo9 ans)
0,097
Lea divers rckultats obtenus B partir de la valeur 40K/44Ti .-:I 2.4 (prOscnt travail), sont group& dans le Tableau 5. Tableau 5
Q -- 44 Q40
0,450 0,156 0,137 0.097
---
Age cl’erposition de la m&borite Bogou ( lo9 ans) -, 00
~037
GO,73 GO.49
La valeur, trop BlevBe, de &44/&40 = 0,450 conduit A une ind&ermination. Lea valeurs correspondant aux m&&orites de fer sont plus reprCsentatives de I’irradiation r6elle par le rayonnement cosmique. Nous adoptons done comme limite superieure de l’bge d’exposition de la m&korite Bogou : 0,9 * lo9 ans. Ce r6sultat eat en accord avec la rkente Bvaluation de COBB, DAVIS, SCHAEFBER, STOENNER et THO~IPSON (1963) : 0,385 * 10s ans. 11 parait done possible de dhterminer l’bge d’exposition de m6tGorites de fer, en utilisant uniquement des r&ultats obtenus par spectrom6tric gamma. non destructive. REFERENCES CHAI~RABAR~YM. &I. (1962) CitB clans.J. H. KAYE. CosmogenicRaclionuclitlcsin iron mctoorites. CurlaegieIlz.&ituteof Teclmology (1961-1962). 2, B5, 43-46. CHEMINEEJ. L. et KORDEBIANN D. (1963) Dosage du potassium, de l’uranium, &I radium et du thorium par spectrom&ric gamma dans It’s laws cl’rluvcrgne, du Velay ot de la prorinco sicilionne. Bull. Sot. Geol. Frame 5, 21~-331. COBBJ., DAVISR., SCHAEFFER 0. A., STOENNER R. W. ct THOMFSON S. (1963, 1964) C’oxmogenio products in the Bogou meteoribn. Tram. Amer. Geophya. Uwiou 44, (l), 89. Preprint (1964). CBOUTHAMEL C. E. (1960). Applied Gammcc-rag spectroncetry. Pergamon Press, Osforcl. DAVIS R., STOENNERR. W. et SCHAEFFER 0. A. (1963) Cosmic-ray producotiAr 37 and Ar 39 activities in recont,lyfallen meteorites--Raclioact~ire rhting, Vieme, 355-365.
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I
Radioactiviti
induite par le rayonnement cosmique dans la miitborite Bogou J.
TOBAILEM
et
D.
NORDEMAM
Service d’Electronique Physique, Ccntre d’E:t.udesI\‘ucl&aires de Saclay et Ccntre des Faibles RadioactivitPs Gif-&r-Yvette (8. ct 0.). France (Received 4 May 1965) R&WI&-On a d6tcrmin6 10s activitCs d’hmctteurs gamma contenus dans un &hantilIon de 0,185 kg de la m&&orite de fer Bogou (tomb&? le 14 aotit 1962) par spectrom&rie gamma B faible mouvement propre. Lcs &ultats suivanta ont 4th obtenus dpm kg-l & la date de la chute 483 + 40 %In 0 :? 4 22% @JCO 14 rfl 7 PfTi 3,s -t 3 4,3 + 3 “$A1 g9 -Ir: 6 40K Ceg r&ult&s sont discutbset oompa& aveo ceux obtenus par d’autres auteurs sur la m&&orite Bogou et sup d’autres m&iorites de fer. Uno limite sup&ieure de l’&ge d’exposition a Bti calcul& B partir des teneurs en *% et 4%l?i ot du rapport des taux de production de *OK et 4%l3 : 0,9 . IO9am. Ab&sCt_Low baokground gamma-ray spectrometry has been used to determine the activities of gamma emitters contained in a 0.185 kg sample sliced out of the Bogou iron mebeoritethat fell on 14 August 1962, near Bogou, Republic of the Upper Volta. The following rcsulte were obtained: s4Mn *?r’a c%!o 44Ti =A1 40K
483 f 40 O&4 14 *7 3.8 f 3 4.3 f 3 99
f
dpm.kgl,
at time of fall
0
These rem&a are discussedand compared with those obtain4 by different rtut.hors on Bogou and on other iron meteorites. An upper limit for the exposure age (0.9 x lo9 y) has been computed from the d°K and 44Ti contents and the ratio of 40K to 44Ti production rates.
1. INTR~DUCTI~W
aoiit 1962, B 10 heures, est tombbe pr&s de Bogou, B 130 km au nord-est de Fada N’gourma, en RBpublique de Haute Volta, une sid&ite (mMorite de fer) de masse 8,8 kg. LE
14
1317
Notre Labomtoire a rep un Itchantillon de 0,285 kg tail16 danri la maw ctrt la m&&orite. La Fig. 1 represente une photographie d’un moulago dr! la m&‘wiw Bogou; les deux bandes blanches indiquent la position de la tranohc dans lac~ucllc: notre Bchantillon a 6th pr6levd. La Fig. 2 est la photographie de cette trawl-te prkalablement polie. La Fig. 3 indique la position esaote de notre Acbantillon dans la m&&orit,e. 1-o
Vue
d’ensemble
Coupe
o b
Fig. 3. M&AoriteBogou.
La portion htwhur& indique ha position do 1’6ahmtillon de 0,186 kg.
Une premi&e mesure de l’activith de cet Bchantillon a Bti effect&e 303 jours apr&s la date de la chute. La prbsence de manganhse 54 a &A mise en Evidence. avec une estimation de l’activit& de 760 f 75 dpm kg-l B la date de la chute (YOKOYAMA et LABEYRIE, 1964). Une mesure ultirieure, effect&e par MABWCHI (1964), sur le m&me bhantillon, avec une m&bode d’dtalonnage &ff&e.nte; a donnd la valeur 550 f 56 dpm kg-l. Nous avons repris I’&ude de cet Bchantillon par spectrom&ie gamma avec des moyens nouveaux, permettant d’obtenir un bruit de fond plus faible et plus stable (NOIZDEMANN et TOBA~EM, 1964). Le temps qui s’est Bcouk-entre la chute de la mtWori& et nos mesures est d’environ 2 ans. Cet intervalle de tempts constitue Bvidemment un ddsavantage en ce qui concerne lea radionuclidea B vie
Fig. 1. Photographiotlu moulagc de la rn&6oritc~Hogou. Lcs tlcus Imntic~ blanches indiquant la position de la branchs clans laqu&~ l’&.hmt.illor~ clv 0,185 kg a cjti pr&&.
.r
Fig. 2. Photographio de 1’6chantillonda 0,185 kg.
Kadioactivit&induite par lo rayonxwmentcosmiyue dans la m&Gorite l30gou
1319
courto (p&iode < 1 an) mais par ailleurs, il peut permettre de dOteeter plus facilement des radionuclides 8. vie plus longue (sodium 22, cobalt 60, titane 44, aluminium 26, potassium 40 . . .), beaucoup moins masqu& par les radionuclides Q vie courte qui ont d&w. 2. DETERMCF~TION DES 2.1
Desctipfion
ACTWITESPAR SPEOTROMETRIE GAMMA
de l’appnreillaye
L’ensemblc utili& comprend: Un dktecteur constitud par un scintillateur d’iodure de sodium active rzu thallium (diam&e 10 cm, hauteur 8 cm) B faible mouvement propre (teneur en potassium 40 iufkieure B 1 ppm), essocie B un pl~oton~ultiplicateur S fenctrc dc quartz 51 UVP. La, rCsolution est 8,6 pour cent. pour la raie de 662 IreV du &sium 137. Ce d&ccteur est place dans une enceinte en fer (Epaisseur 10 cm) et en plomb (8painseur 10 cm), B l’extkieur. Un s&lectcur d’amplitude SA 40, B 400 canaux B transistors. Un correr+.eur de derive Stabimat* a BtButilise pour une partie de nos mesures de longue durGe. La stabilisation est obtenue par la comparaison de deux taux de comptage rorrcspondant aux peutes d’un pit photo6lectrique donn8; quantl la diff&ence eutre ws tnux de comptage est sup&ieure $I,une valeur sfficl$e, uu moteur pas & pas agit sur un potentiomittre contrblant le gain de l’amplificatcur pldcbdaut lo sdlecteur. La, correction minimum sur le gain est de 0,62 - 1W3, soit 0,062 canal au 100 &me canal.
La d&ernkation precise des rendements de d&e&on exige la r6alisetiou de maquettes simulant de fagon aussi esacte que possible l’khantillon de la m&borite BtudiBe. Los rendements dependent en effet de la forme geom&rique et de la nature de l’Gchsntillon, au point de vue de I’interaction des rayonnements gamma aver la mat&e. L’khautillon de la, meMorite Bogou ZLmesurer se pr&ente sous la forme d’une plaque plane de 0,6 cm d’+eisseur, dont le contour est indiquh sur la Fig. :s. 11 il Bti ainsi possible de r&liser simplement dcs maquettes en acier inosydal~le comportanb dcs sources &lonn&s de manganhsc 54, cobalt 60 et potassium 41) et simulant de fagon Btroite L’Bchantillon B analper. Le chois du mat&iau s’ext port6 sur l’acier inosydable dont la nature se rspproche de celle dss mCt8orites tlcb fw. Les maquettes ont 6th r&lisees en accolent trois plaques d’acier inoxydable tltr meme fornic et d’bpaisseur 0,3 cm. Entre ces plaques sout iutcrcakes deux sourcw des radio&ments & mesurer. Les Btalons de mangan&se 54 et de cobalt 60 sont constitues par cles sourcest minces, de r+ertition homog&ne (54,Mn: 2,24 . lW2 @IX; s°Co: 6,33 * 10 -9 f&i).
* HVLISES t CessourcesStanchesont Ati r&lis&s sur supportplaatiqne8.notro demand{>,par 1~Lahoratoire de Mesur~~s dos RadioGments du Ccnt,red’Etudes Nu&aires de Raclay.
.I.'YOBAILEM ct,D. NORDE~LASN
1320
La source Btalonnee de potassium 40 comprend un poids connu ($55 g) de chlorure de potassiumd~pos8entrelestroisplaquesd’aoierinoxydable, prealablement enduites de colle. L’echantillon de la meteorite et les differentes maquettes ont et6 disposes a plat sur le scintillateur et mesurb dans dos conditions de geometric identiques. 2.3 Mesures et i~nterprdtation des specfres obtems Plusieurs series de mesures de longue duree, allant jusqu’h 160 heures, ont 6te effect&es en alternance avec des mesures de mouvement- propre. Elles ont Bte Bohelonnees entre 680 et 760 jours apres la chute de la m&So&e. La figure 4 reproduit un des spectrogrammes obtenus, le mouvement propre ayant Bte deduit.
P+ 511 keV
54Mn 835
keV
I
I
boCo44Ti 1170 llev . %J
Enrrpie ,
keV
Fig. 4. Speotrogremmede l’t5chsstillonde la mhthorite~ Bogou (Mesurede 160 h, mouvement propre d&bit).
Un de8 pioa lea pl_usimportants est observh B 835 keV. I1 est du au menga,n&se 54 (p&iode 313,6 jours). Le pit observe A 611 keV est attribu~ au rayonnement gamma d’annihilat&r des positons issus d%metteurs ,@. Les principaux nuclides eosmogtiques Bmetteurs B+, dont la p&&de est sup&ieure B 1 an sont: le sodium 22 (2,68 ans) le titane 44-scandium 44 (48,2 ans), l’alnminium 26 (738000 ans).
Radioactivitk incluitepar le rayonnement cosmique clans la mc%boriteBogon
1481
L’Btude du spectrogramme daus la region comprise entre 1100 et 1400 keV montre nettement deux pits indiquant la pr&ence du cobalt 60 (1170 et 1330 keV). Cependant le pit observe h 1170 keV est trop important par rapport & cclui observh & 1330 keV, ce qui am&e naturellement B peuser B la pr&enee de titane 4-k; le titane 44, (pbriode 48,2 ans), apourdcseendant le scandium 44 (pBriode $9 heures). Bmetteur gamma d’bnergie 1160 keV. Une contribution du sodium 32 (&mission& 1380 keV) dans le pit p&sent B 1330 keV est Bgalemeut possible, mais ellc doit c’tre faible. L’observation d’une pro&ninence dans la rdgion de 1460 keV sugg&e la pr&ence du potassium 40. La region de 1800 keV presente un pit qu’il est possible d’attribuer h 1’8misaion gamma ri 1830 keV de l’aluminium 26.
La d&erminat.ion de l’activit6 du manganese 54 a 6th effect&e par comparaiaon entre le spectre d’htalonnage de la maquette “54~Mn” et le speetre de mesure de 1’Gchantillon. On a consid&. les taus de compt,age compris dans unc bandc de 110 keV, ceutree sur 835 keV, et l’on a t,enu compte dans le calcul de la contributiou du fond Compton des raies gamma d’hnergie suphrieure. Uue premike d&termination de l’activiti du cobalt 60 a BtBeffectut$e de m@me. par compaaison entre le spectre d’dtalonnage de la maquette c‘gOC~”et le spectre dc mcsure (taux de co:nptage compris dans une bande de largeur 285 keV, encadranb les pies B 1170 et 1330 keV). Ce calcul conduit 21une limite sup6rieure de 1’activitA du cobalt 60, &ant don&es les contributions Cventuelles du sodium 22 et du t.itane &-scandium 44, et les incertitudes Ii&es aux corrections portant SW lc foutl Compton dQ aux Bmissions gamma d’6nergie suphrieure. Les nuclides sodium 22, titane +&-scandium 44 et aluminium 26 sont Bmettcurs p“, oe qui entraine une participation commune au pie observe it 511 keV. (.!es @metteurs ainsi que le cobalt 60, ont de plus des Bmissions contribuant aux taus de comptage des pits obtenus B 1170 keV (60Co et 44Sc), & 1330 keV (6OCo et ““Na), B 1800 keV (26A1et pour une faible part z2Na, par le pit somme 1280 kcV -1. 511 keV). L’additiviti des diff&entes contributions dans les pits photo6lectriqucs et la connaissance des rendements de detection permet de determiner lcs activit& dc ces quatre BmBtteurs. Pour cela, il convient d%crire le systeme lineaire de quatre Equations dont les quatre inconnues sont les activitis cherchdes. Les seconds membres du syst&mc sont obtenus Ztpartir des taux de comptage dans les pits photo6lectriques, d&rmint% par la m&hode de la tangente (CREMINEEet NORDEMANN, 1963). Compte tenu des schemas de d&intGgration des nuclides consid&&, on obticnt : N
0.5 -
2R,,J0,90 22Na + 0,98 44Ti + 0,85 2sAl]
LVI,I= R,,J4*Ti + Wo
+ 0,037 26Al]
N 1.3 -- R,,,[22Na + s°Co] Nl,3
=
R,,,[2aAl + 2R,,, R,., 0,90 22Na]
(1)
les taux de comptage obtenus comme il a tlt6 en appelant NO.53 &,I, 1v1.3, &.8, indique pour les Energies de 511, 1170, 1330 et 1800 keV; R,,S, R,,,, R,,, et RI,*, les rendements de detection photodlectrique pour la geom&rie adoptde et les Energies consid&es; YSa, tl°Co, 44Ti, “6Al, les a&ivit& respectives du sodium 22. du cobalt 60, du titane-scandium 44 et de l’aluminium 26. Les rendements R,,S, R1,l, RI,,, R,,,ont Bt6 d&ermin& & partir de valeurs thdoriques (CROUTHAMEL,1960) et des rbsultats des Btalonnages pour lea trois maquettes utilisdes: mangan8se 54 (836 keV), cobalt 60 (1170 et 1330 keV) et potassium 40 (1460 keV). La Fig. 5 indique les variations du rendement de d& tection en fo&ion de ‘1’8nergie-pour noire installation et 1’8chantillon BtudiG de la m&Gorite Bogou.
1
0.150--
z u 0.100 E %
0,050 --
Ii
I
0
I 2000
1000
Encrqis,
-
keV
Fig. 6. Variation du rendement de d&ection photo&ctrique en fonation de l%nergie, pour un arhtd Nd (Tl) de 10 cm x 8 cm, dens lee conditionade meaure de 1’6chentiUon(0,185kg) de le m&Aorite Bogou.
Une premi&re &solution a Bti effect&e B pertir de nos r&ultats-exp&imentaux. Elle conduit & une activiti en sodium 22 nulle, h la date de la mesure. Nous pouvons done simplifier b syat&me (1) et ne conserver que les trois pretii&es equations, pour les Bmetteurs cobalt 60, titane 44-scandium 44 et aluminium. 26, dont on determine les activitis 8, partir des pits obtenus 8,611, 1170 et 1330 keV. L’utilisation du pit de 1800 keV permettrait we d&ermination SuppMmentaire, mais compte tenu de l’incertitude sur l’application de la m&hode de la tangente dans cette dgion, le taux de oomptage ob&m ne conduit qu’b une Iin& sup&ieure de l’activitd de l’aluminium 26. On conserve done le systdme suivant : N 0,5 = 2R,,J0,98 4’Ti + 0,86 *6Al] S,,,
= R,,,[44Ti + *Wo + 0,037 B6A1]
N 1.3
=
&X°Col
(2)
RadioactivititBinduite par le rayonnement cosmicpe daus 1s m&o&c
BO~OU 13%
3. RESULTATSET INTERPRETATIOXS 3.1 R&ultats Les r&wltats obtenus B partir de nos mesures sont contenus dens le Tableau 1. Nous avons rassemble dans le Tableau 2 l’ensemble des resultats obtcnus iL
ce jour par differents auteurs sur les radionuclides contenus dans la mt%orite Bogou. 3.2 ilfan~ankse 54 Unc mesure (130 heures), effectuee 680 jours apres la chute a conduit $ unc valeur de 487 dym kg-l B la date de la chut#e. Cnc seconde mesure (160 heures), effect&e 760 jours apres la chute, a don& 479 dpm kg-‘. Nous avons adopt.6 la valeur moyennc de 483 dpm kg-l. L’erreur maximum commise a 4th &al& a environ S pour cent. La periode du manganhse 54 utilisee dans les nalculs est: 313,5 f 0,7 jours (WYATT, REYNOLD,HANDLEP,LYON et PARKER, 1961). Notre rcsultat est voisin de celui de MABUCHI (1964), obtenu avec le mGme Bchant,illon: 550 &- 55 dpm kg-l. 11 cst en remarquable accord avec celui de UXIK, HEXDERSOXet HUIZENGA(1964), qui ont effect& leur mesure 239 jours apres la chute, sur une tranche de 0:300 kg de la meteorite Bogou: 4S5+$; dpm kg-l, ct aveo celui indique par GOEL (1963): ~500 dpm kg-l. Notre vwleur est Eg&ement superieure B celle obtenue par ROWE, ANDERSON et VAN DILLA (1964) sur la masse principale de la meteorite (8,4 kg) mesuree 75 jours apres la chute: 439 & 22 dpm kg-l. CC)BII,DAVIS, RCH~EFFER,STOENXERet TH~MPSOX (1963) out egalement mesure, 73 jours apres la chute, le manganese 54 dans un echantillon de 0,125 kg, apr&s separations chimiques; ils ont trouve 620 & 64) dpm kg-l. L’act,ivite du mangan&se 54 dens la meteorite Bogou est b rapprocher dc celles indiqubes pour la meteorite Aroos (masse 150 kg; date de chute: 14 novcmbrc 1959): 470 & 47 dpm kg-l (HONDA et ARXOLI) 1961); 425 -$ 40 dpm kg-l (ROWE, V_~NDILLA et ANDERSON,1963) et Cpalement de la valeur oalculee par HOXDA (1963): 440 dpm kg -1, h partir des activit& observeos dans une cible de fer irratliee par des protons de 3 GeV. Le mangan&se 64 est produit dans les mt%eoritcs de fer par la spallat*iondu fer et S un dcg& moindre du nickel et du cobalt, sous l’action des protons cosmiques
x
313.K j
2,6
a
2.68 a
X
j
x
/!I+,x
p-
270
/3+, X
j
j
84
/7+:X
36,0 71 j
77
X
,6, X
27.8 j
Pbiodo
14ao
1830
70,79,1160
1173.1333
1277
835
740 f
24,0 f
-
I ioa
0,7
-22
(1963)
DAVIS
Tetal.
2299 It 093
10 60
30 f 620 f
3
1.0
l”2 - *136
21,? f
(1963) ---_
et al.
COBB
33 f
--
888,1119
846
805
326
Emissions
<18
870 f
60
KAYE (1963)
0,09
4
6.86 & 0,20
3.81 f
26 f
(1903)
SHEDLOVSKY
-
-
Aetivitis m
-
5oc
; 1903 _
GOEL
185 f
<145
(1964)
et ul.
ROWE
---
<7&4
439 i
“1
66 = 24
-
60
*
,....
(1064)
750
--
4
j
72
1 (B la date de Is chute)
<32 I <14&G
dpmkg
Tableau 2. Radionuclidos conhenusdans la m&So&e Bogou
_
----
I
_-__-
----
I
L..
___I .T.!!
/
,I
I
I
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RadioactivitBinduitepar le rayonnomentcosmiquedans la m&boriteBogou
1385
primaires et des neut,rons rapides secondaires. La reaction predominante est 54Fe(n, p)54Mn. Par suite, l’activitd du manga&se 54 doit &re peu influencbe par la dimension de la m&borite et la position de 1’6chantillon b l’int&ieur. Ceci explique les r& suhats group& en ce qui concerne le manganese 54 pour les diffdrents echantillons d’une mi%mem&borite, et pour des m&8orites ayant subi dans l’espace une irradiation comparable. 3.3 Sodium 22 La r&olution du syst&me d’kquations (1) nous a don& une activite voisine de z&o pour le sodium 22. 11 convient de noter que jusqu’8, p&sent aucun auteur n’a pu mesurcr d’activite due au sodium 22 dans Bogou. Cependant ROWE, ANDERSON et VAX DILLA (1964) n’ont pas exclu la possibilitb d’une cont’ribution du sodium 22 dans le pit qu’ils ont observe S 5 11 keV. En attribuant a la mMorite Bogou, une valeur de l’activith du sodium 22, B la date de la chute, comparable B celle trouvbe dans Aroos: 2,l f 0,3 dpm kg-l (HONDA et ARNOLD, 1961), on aurait dti mesurer, B la date de nos mesures, une act.ivit8 de l’ordrc de 1 dpm kg-l. Cette valeur Btait en dessous de notre sensibilitG, dans les conditions de la mesure. 3.4 Cobalt 60 La premiere determination de l’activitb due au cobalt 60 dans la mtMorite Bogou qui a BtBeffect&e par une comparaison directe avec la maquette “Wo” a don& une limite supdrieure de I’activitb d’environ 24 dpm kg-l. La m&hode du syst&me d’hquations (2), utilisant les valeurs de rendements don&es sur la Fig. 5, a conduit & une valeur de 14 3 7 dpm kg-l b la date de la chute, en accord avec la valeur p&ddente. La valeur de la p&iode utilisee dans les calculs est 5,27 ans (TOBAILEM, 1951). Notre valeur diffhre de celle indiqube par ROWE, ANDERSOSet T7as DILLA (1961): < 7 f 4 dpm kg-l, mais elle est en accord avec celle de UNIK, HENDERSON et HUIZENGA(1964): < 13 dpm kg-l. Notons, i titre de comparaison, les valeurs trouvees pour Aroos. HONIJ.~et ARKOLD (1961): 17 f 2 dpm kg-l (tranche de 320 g); HAYE (1963) (Bchantillon de 369 g): 27,9 & 1,7 dpm kg-l. Le cobalt 60 peut &re produit dans les mtMorites par les processus suivants: 1. D&int@gration du fer 60 (p&iode 3 - lo5 ans) Le fer 60 est form6 sous l’action du rayonnement cosmique sur le nickel par les r&actions: 62Ni(p, 3p)60Fe s4Ni(p, 3~ 2?t)60Fe 6aNi(p, px)60Fe 2. Action des protons cosmiques primaires sur lc nickel elNi(p, 2p)To 02Ni(p, 2p12)60C!o
3. Action des neutrons rapides second&es
sur lo nickel
e”.Xi(,l. jj)60Co 4. Action des neutrons thermiques sccondaires sur le Cobalt WO(T1,#Co Le principal mode de formation dn oobltlt 60 est la capture radiative dee neutrons thermiques par le cob&t 59 (VAN DILLA, ARNOLDet ANDERSON,1960; EBERHARDT,GEISSet LUTZ, 1963). Ainsi, I’activitd en cobalt 60 est fonction de la taille de la mdtiorite et de la position de l’&hantillon, & cause de la production et de la thermalisation des neutrons. Elle dhpend @element de la concentration t?n cobalt de 1’6chantillon. Ces divers facteurs expliquent la dispersion des divem Tahltxsu3
M6t&l4tl3 Bogou
Auteurs Pr&sent travail ROWE, ANDERSON et VAN DILLA (1984) UNIK, HENDERSON et HUIZENCIA (1964) HONDA et ARNOLD (1961) K.&YE (1963)
Xaase de 1’6chantillon Btudi6 (kg)
-
Activitb en dpm/kg cobalt
0,186
3,O f I,6 - It? <1,5
394 0,300 _._ 0,320 0,369
f
0,9 * 10s
G;2,8 - loa ----_
._. 4,o f 7,9 f
0,5 * lo” 0,2 * 10s
r&ultats d’activith du cobalt 60 dans les mMorites. Les activit& produitea par action des neutrons thermiques (mode de formation 4) sont, toutes ohoses dgales par ailleurs, proportionnelles. & la teneur en cobalt de la m&&&e. On peut ainsi exprimer les e&iv&& en dpm par kilogramme de cobalt contenu dans la m&horite, afin de faire abstraction de la concentration en cobalt. La teneur en cobalt de Bogou est de 0,46 pour cent, celle d’Aroos 0,43 pour cent. Le Tableau 3 r&ume les rt5sultatstrouv& pour Bogou et Aroos. Sur une mhtiorite de la taille de Bogou, la production de cobalt 60 au cents est plus importante que sur les bords. Ceci peut expliquer le fait que notre mesure, effect&e sur un Bchantillon sit& p&s du coeur de la m&Jo&e (Fig. 3) donne une activite plus grande que celle trouvde par ROWE, ANDERSONet VAN DILU (1964), qui ont analys& un 6chantillon beaucoup plus important, oh les bords jouaient un r61e p&pond&ant. &pendant, il y a lieu de tenir compte de l’ablation subie par les m&&n-ites lors de la traversb de l’atmosph&re. Cette ablation, qui peut Qtre importante (de l’ordre de quelques cm) implique que la fraction de m&&orite recueillie sur la terre repr&ente une portion centrale du corps irradi6 dens l’espace. Ceci &t&me l’effet mention& plus haut. Les ectivitis en cobalt 60 observ&s dans Bogou sont infbrieures aux valegrs trouvbs dans Aroos. Ce fait est la conshquence de la masse plus importante de cette derni&e. Les r&ultats divergents obtenus sur des Bchantillons diff&ents d’Aroos s’expliquent de m&me.
liatliowt kit,6 indnite par 163rayonnement, cosmiciw tlans la niPbPorit0UOgoLl
26 3 .5 d l~m,~i?eiu?~l La valeur obtenue
4.3 f
3 dp
kg-l
cst en t&s bon accord avw
par SHEDLOVSBY (1963): 3,8l & 0.09 dpm kg-‘. apr+s s+aration chimique. Cit,ons It titre de comparaison
qui a mesure
les valeurrr obtenuea
1335
aellc indiqube
l’aluminium
26
pour cl’autres m&oritt:x
de fcr. 3.6 f
ihOOF:
O?-tdpm kg-l
1,51 It 0.15 dpm kg--l I,i3 f 0,18 dpm kg--’ I,54 f O,!) dpm kg-l 0,99 f 0.1x dpm kg-l
Sikhotr-Alin
Troysa L’aluminium
((‘HAKKABART’I’Y. 1%~“) (lCAl_E, 1963)
O,HO + O-3!) rlpm kg-l
(&YE. 1963) (l,TPSPHUTZet &DEHS.
3.66 :I: 0.35 dpni kg--l
(LIPWHCTZ et _~XDERA. 1963)
26 cst, form4
spallation du fcr : 56Fe (p. moins abondants.
(Ho~un et ARNOLD. l!tcil) ( LIPWHL’TZ et, Xhr~ix:ns. l!lOS)
1!,6:3)
tlans les mt%~orit.es de fer. prinnipalenwnb
llpli~)~~dl,
])ar
1;~
et i?galement ZLparbir d’Mment8s plus ICgers.
tols quo lc soufrc, 1~ pllosphore.
le silioium. le magnt%imn. pour
lesrluels les sections efiicaces sont relativement 6lc&cs. I,a teuour cn aluminium 26 dficroit done avec la profondcur, I’Gpaisscur d’abxorption moyonne pour les protons cosmiques &ant de l’ortlre de 1BO g. cm- 2 ( HOSIM ct ARNOLD. 1964), soit environ SO cm clans les m&Corites de fer. (.‘epenclant,. lcs wucentrations en aluminium 26 varicnt, mains pour lcs diff7wnt.s points d’uw mc’+oritt~ de petite taille. irradids de tow c&t&; l’angle soliclc u t,ilc?d’irradiation de c+acun des lwiuts par les rayons oosmiques est on effet plus grand. Ainsi la mesnre pratiquGc> sur un ~uliant~illon, ni t#ro-ppetit iii troy localis8, est assez repr&ent,ati\-cl de la teneur moyww
en aluminium 26 de la mc%Corite enti&re : c:‘eHtsensiblrment le (*as tltl notw
C&antillon
de la m&@orito
Bogou.
De plus,
pour
lt!s m&nw
raisonN, tlans lets
mf%$orites de petite taills? la quantit,& tl’aluminium 1~s m&fioritcs
26 doit f%re plus &v&s (lll(’ dil4llS (‘eci poiirrait, nxpliquer 1~s vnlerlrs plus inl])ort,ibrlteS
plus grandrs.
ol)servGes tlans Bogou.
Nous avow
obtenu pour l’a&ivitG en titane 44 une valeur de 3,s f
3 dpm kg -I.
(‘et& valeur est & rapproclier de celles obtenuca par divers auteurs pour qwlqucx m&&orites dn fer : Aroos
4.4 ~1 0,4 clpm kg-l
(Hos~n
et ,~RNOLI). 1!)61)
3,1x
b 0.46 tlpm kg-l
2.28
+ 0,36 dpm kg-l
(JC.aYE: 19G3) (LIYSC!HTTZet ,~TI’DEIZS,1963)
Wliote-Alin
1,46 + 0.43 dpm kg-l
( LIPSCHI:T~ ot AKDERS. 1963)
l’rcysa
1.31 I-
( LIPS(!HLYTZ et XXDEI:S, l!W)
0.43 dpm kg-l
Le thane 44 est produit dans les m&Corites de fer, principalemeut par a&ion cles protons cosmiques primaires sur le fer: 5fiFc(p, 51) Xn)44Ti. Les renlarqurs qrie nous avons faites B propos de l’alun~i1~i~~m26 peuvent, s’appliquer au Gtanc 44.
3.7 Potassiu~ts40 L’Btude de la distribution des taux de comptage observh daus la rAgion de 1460 keV nous a conduits B une limite suphrieure de l’activiti en potassium 40 dans la meteorite Bogou, Cgale h, 9 :i: 6 dpm kg-‘, soit 0,57 f 0,37 * 1O-sgdoh’. g. I. Dans lea mh%orites de fer, le potassium 40 prhsent eat essentiellement d’origine cosmoghique . 11 eat produit principalement par la spallation du fer. L’activiti observde ddpend du temps d’irradiation de la mt%orite par les rayonnements cosmiques, &ant donnde la graude phriode du potassium 40 (1,27 - IO9 ans). 3.6 Evduation de r&e d’exposition. La comparaison des teneurs en potassium 40 cosmoghique et en un radionuclide R de p&iode courte devaut le temps d’irradiation peut dormer 1’Age d’exposition de la m&Sorite. Nous supposons que l’irradiation sous l’action du flux cosmique eat rest& con&ante au tours du temps. On peut Bcrire pour le potassium 40 “OK = Q&l - eJaoT) “OK: activiti observhe en potassium 40 Qao: taux de production du potassium 40 : con&ante radioactive du potassium 40 : 0,646 . 10msan-l 1r1o
7: Sge d’exposition Le radionuclide R a atteint sa valeur d’hquilibre R = QR QIt: taux de production de 1’6Mment R On en ddduit 1 7
=
--
A40
log
1
‘OK Q
l-_--'E
R
Qao
L’Age depend du rapport des taux de production Q,/Qro Si lea deux Blbments R et 40K sont produits par un m6me processus, et tie voisius en masse et numhro atomique, on peut admettrf3 que ce rapport varie peu avec l’hergie. 11 est alors possible d’utiliser des valeurs obtxmues apr6s irradiation dans lea auo616rateurs. Le rapport des taux de production peut 4galement he calcul6 B partir des r&mltats, &ge et teneurs, deja d6termin6s pour d’autres m&kites de fer. Parmi les radionuclides qui: pourraient conveuir pour la comparaiean avec- le potassium 40, citons l’argon 39 (phiode 325 ans) et le titane 44 (p&iode 48,2 ans). Cependant la cowte p&ode de-ces nuclides nhessite d’admettre la repr&ent&iviti du flux cosmique pendant lee derniers milliers d’ann6ew par rapport $ la t&alit8 de l’irradiation. IA titane 44 offre l’avantage d’btre mesurable, comme le potassium 40, par
RadioRctirit,b;in&&e par lo rayonncmwt cosmiquuedans la m6tCoritcBogou
1$“1 . -.
spcctromkrie gamma, ainsi que nous l’avons montr6 plus haut. Nous avons applique la m&hode de datation 40K-44Ti b la m&Go&e Bogou it partir des don&es rassembl6es dans le Tableau 4. Tableau 4. Rapports rles baux de production du titane 44 et du pot,assitun40
Q++
Rsf~rmws
(240
-_ l’rot,onxde 730 McV sur fcr Aroos (0,65 * IO9ans)
-. HOXDA ot L~L (1964) HOXDA et ARNOLD(1961); STAUFFER et HONDA (1961); SCHAEFFER et HEYMANX(1964) SCHAEFFER et HEYMANN(1964); HO>‘DAet ARXOLD(1964) SCHAEFFER ct HEY~~ANN(1964); HONDAcxtARNOLT)(1964)
0.450 0.1.56
SikhotcAlin (0.33. lo9 ans)
0.137
Treysa (0,40 . lo9 ans)
0,097
Lea divers rckultats obtenus B partir de la valeur 40K/44Ti .-:I 2.4 (prOscnt travail), sont group& dans le Tableau 5. Tableau 5
Q -- 44 Q40
0,450 0,156 0,137 0.097
---
Age cl’erposition de la m&borite Bogou ( lo9 ans) -, 00
~037
GO,73 GO.49
La valeur, trop BlevBe, de &44/&40 = 0,450 conduit A une ind&ermination. Lea valeurs correspondant aux m&&orites de fer sont plus reprCsentatives de I’irradiation r6elle par le rayonnement cosmique. Nous adoptons done comme limite superieure de l’bge d’exposition de la m&korite Bogou : 0,9 * lo9 ans. Ce r6sultat eat en accord avec la rkente Bvaluation de COBB, DAVIS, SCHAEFBER, STOENNER et THO~IPSON (1963) : 0,385 * 10s ans. 11 parait done possible de dhterminer l’bge d’exposition de m6tGorites de fer, en utilisant uniquement des r&ultats obtenus par spectrom6tric gamma. non destructive. REFERENCES CHAI~RABAR~YM. &I. (1962) CitB clans.J. H. KAYE. CosmogenicRaclionuclitlcsin iron mctoorites. CurlaegieIlz.&ituteof Teclmology (1961-1962). 2, B5, 43-46. CHEMINEEJ. L. et KORDEBIANN D. (1963) Dosage du potassium, de l’uranium, &I radium et du thorium par spectrom&ric gamma dans It’s laws cl’rluvcrgne, du Velay ot de la prorinco sicilionne. Bull. Sot. Geol. Frame 5, 21~-331. COBBJ., DAVISR., SCHAEFFER 0. A., STOENNER R. W. ct THOMFSON S. (1963, 1964) C’oxmogenio products in the Bogou meteoribn. Tram. Amer. Geophya. Uwiou 44, (l), 89. Preprint (1964). CBOUTHAMEL C. E. (1960). Applied Gammcc-rag spectroncetry. Pergamon Press, Osforcl. DAVIS R., STOENNERR. W. et SCHAEFFER 0. A. (1963) Cosmic-ray producotiAr 37 and Ar 39 activities in recont,lyfallen meteorites--Raclioact~ire rhting, Vieme, 355-365.
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I