HN

Ce quantum électromagnétique ira produire quelque part dans le milieu environnant des effets ionisants : rayons Ê secondaires, fluorescence.

B) Cette énergie pourra être utilisée, dans l'atome même où elle prend naissance, à la production de rayons électroniques (auto-ionisation) et n'apparaîtra pas alors à l’extérieur sous la forme de radiations électromagnétiques. Elle se portera tout entière sur un électron plus périphérique que K (en général L) qui sera chassé avec une vitesse v' telle que :

m2 —=E — hvy — hr — 2h) 2 L K L

ou telle autre relation analogue suivant les niveaux qui entrent en jeu. Ce second rayon corpusculaire constitue le rayon tertiaire que nous avons décrit ; il.est facile de «se rendre compte qu’il présente les caractéristiques annoncés :

— Partant du même atome que le secondaire, les origines de ces rayons ne peuvent se distinguer.

— Son parcours, défini par sa vitesse de sortie v, ne dépend que des valeurs de y , y ,etc., caractéristiques de l’élément.

— Sa direction n’a à priori pas de relation avec celle du rayon secondaire puisqu'il dérive d’un phénomène ultérieur.

— Il n’est pas toujours présent, puisque la tran'sformation À peut se produire, et que dans ce cas l’énergie de remaniement quittant l'atome sous la forme électromagnétique ne laisse pas de trace sur son parcours.

Suite du schéma évolutif. — Il n’y a aucune raison pour

L'EFFET PHOTOËÉLECTRIQUE COMPOSÉ 31

limiter là l'étude des transformations de l'ion primitivement produit par le rayon X incident. Nous trouvons après la sortie de l’électron tertiaire un ion bivalent, c’est-à-dire un atome qui a perdu deux électrons de son niveau L : l’un d'eux est venu prendre la place libre dans K, le second a constitué le rayon 8 tertiaire. Les processus de remaniement vont alors se reproduire, mais entre L et M cette fois ; nous aurons la libération de deux quanta caractéristiques :

Hi— 116 — 1e)

prenant naissance lors de la chute de deux électrons M sur les places vacantes de L. Ces quanta auront le choix entre les deux formes électromagnétiques (fluorescence de fréquence caractéristique) ou corpusculaire. Cette dernière circonstance amène la production de deux nouveaux rayons de vitesse v”

— m0"? —E! — hy 2 M

ce sont les rayons quaternaires. La suite de transformations se poursuivra ainsi jusqu'aux niveaux périphériques, pour lesquels le mode de transformation A est le seul possible. L’atome restera alors fortement ionisé dans son dernier anneau (!).

Nous pouvons schématiser les séries de phénomènes décrits ci-dessus dans les tableaux suivants, qui donnent la nature et la valeur énergétique des rayonnements émis dans les deux cas extrêmes, c’est-à-dire si l’ion subit toujours les transformations du type A (tableau 1) ou toujours du type B (tableau 2). II est évident que tous les intermédiaires entre ces cas peuvent se présenter avec des probabilités diverses : par exemple ceux donnés par les tableaux 3 et 4. Je donne aussi à côté de ces tableaux les schémas des remaniements que subissent les niveaux et des rayonnements émis (il y a

(:) C’est là sans doute un mode fréquent de production d'ions polyvalents.

TABLEAU Î Rayonnements Énergie ray. Ê sec.

TaëLeau III Rayonnements Énergie ray. & sec.

1 rayon $ secondaire| A(% — v,)|(K) .

À quantum K ÉVITE) SRE CE COR AG c ocre = 1 quantum dérayonsK|A(v. — v,)|(L).........

ray. $ quat.

: | 1 rayon $ quaternaire| A(v. —2v,,)|(m)..... Be 2 rayons & quinaires|hA(v, —2v,,)

L'EFFET PHOTOËÉLECTRIQUE COMPOSÉ 33

Tagzeau IV

Rayonnements Énergie

ray. $ sec.

1 rayon & secondaire ray. $ tert.

1 rayon $ tertiaire

1 rayon ÿ quaternaire

dois sois: 8

1quantum derayonsL 2 rayons Ê quinaires

etc

naturellement bien d’autres possibilités, résultant par exemple de la chute sur les places libres dans la partie centrale d'électrons venant des niveaux périphériques.

Confirmations expérimentales. — Toutes ces conséquences des hypothèses émises se vérifient exactement dans les cas, assez nombreux, qui ont pu être étudiés expérimentalement. Les vérifications sont d'ordre qualitatif et quantitatif. Les premières consistent dans l'observation des figures d’ionisations et l’interprétation des différentes trajectoires qui les composent. Les secondes porteront sur les mesures des parcours de ces différents rayons, qui permettent de comparer leurs vitesses d'émission.

10 Les clichés de la planche IT reproduisent grossis au double les aspects que lon photographie en excitant Îles différents gaz rares dilués dans l'hydrogène par des rayonnements X convenables. On voit dans le premier (cl. 4), relatif au néon, les rayons secondaires portant à l'origine de simples points : les rayons tertiaires ne parcourent qu'une très petite fraction de millimètres la valeur de A étant de 800 volts

environ. Dans l’argon (cl. 5), le rayon tertiaire de 3 kv. parcourt : mm. il se distingue nettement. Le krypton donne un tertiaire de ro kv. d'un parcours de plus de 1 cm. nettement distinct du secondaire dans Île cas représenté par le cliché 6 où ce dernier éléctron est projeté par 5o kv.; pour ce gaz on commence à apercevoir les deux rayons quaternaires, de moins de 1/2 mm.

Dans le cas du xénon, enfin (el. 7), le tertiaire de 35 kv. ne se différencie pas des secondaires rapides, les deux quaternaires au contraire, émis sous 5 kv., parcourent 2,9 mm. et sont bien visibles. II ne m’a pas encore été possible d'opérer avec des atomes plus lourds que le xénon, tels que le mercure, de sorte que les rayons quinaires n’ont pas été mis en évidence (!). À côté des cas d'effet photoélectrique complexe on peut observer les cas d'effet photoélectrique simple ne donnant lieu qu’à un seul rayon, 8 secondaire.

En dehors de ces cas typiques, nous pouvons observer des aspects intermédiaires, qui peuvent correspondre soit à des évolutions mixtes comprenant de. la fluorescence et des

‘rayons électroniques, comme celles qui ont êté décrites plus haut, soit à des absorptions du rayonnement X incident dans les niveaux L, M, etc., et des atomes du gaz. Voyons par exemple ce que donne l’effet photoélectrique dans le niveau L. Si, après le départ du photoélectron laissant ce niveau excité, l'évolution se fait suivant le type À, l’énergie s'échappe sous forme de quantum électromagnétique d’une fréquence appartenant à la série L, et nous n’apercevons qu’une trajectoire ; si c’est le mode B, il y a émission d'un rayon tertiaire, dont l'énergie est égale à A(y — 2v,) il est évident que ce tertiaire

(*) Cependant sar de bons clichés de xénon, on peut remarquer à l’origine commune des rayons secondaires, tertiaires et quaternaires un épaississement déterminé sans doute par les quinaires. Ou encore, sur Îles figures d’ionisation dues à l’effet photoélectrique complexe sur le niveau L de ce corps, il est parfois possible de distinguer les deux quaternaires, identiques aux quinaires de l’effet complexe sur K.

sera identique aux quaternaires de l'effet d'absorption dansK, puisqu'il est émis avec la même vitesse. Nous pouvons observer ceci sur le cliché relatif au xénon (cl. 7), où l’on peut voir côte à côte un groupe à quatre rayons : secondaire, tertiaires, deux quaternaires, et des groupes à deux rayons : secondaires, tertiaires L Nous verrons comment on peut même déduire de ces observations des évaluations statistiques du rendement de fluorescence.

2° Au point de vue énergétique, il faut vérifier si les parcours des différents rayons correspondent bien aux vitesses que la théorie précédente leur assigne. Une telle vérification, assez grossière mais très directe, et ne faisant intervenir aucune hypothèse au sujet de l'interprétation énergétique des parcours, peut être obtenue de la façon suivante. Etudions par exemple le krypton dont le niveau K vaut 14 kv. (grossièrement). Nous allons exciter cet atome avec des rayons X à peu près monochromatiques de fréquence », variable, et croissant depuis 1/4 kv. jusqu’à 60 kv. Pour les fréquences peu supérieures à 14 kv., nous produirons des rayons $ secondaires de très faible vitesse, ne possédant pour énergie cinétique que lè surplus de y, sur Av, les tertiaires correspondants, quand ils se produisent, possèdent au contraire, dès que l'excitation K-se produit la valeur Av — 2hv., qu'ils conserveront indépendamment de l'augmentation de v,. On observe alors expérimentalement l'aspect reproduit par le cliché 8, pl. IT, où l’on aperçoit les tertiaires de 1 em., et les secondaires très courts presque réduits à des points.

Dès que la fréquence monte un peu, le quantum correspondant à 20 kv. par exemple, le secondaire s’allonge, le tertiaire restant absolument inaltéré (cliché 9).

Pour la valeur 28 kv. environ de l'excitation, se produit une coïncidence, la valeur de y, étant alors sensiblement double de celle de y. D'après la théorie le secondaire possède alors les 14 kv. de surplus et le tertiaire toujours la même valeur, sensiblement égale pour ce cas particulier. On doit à ce

moment observer des secondaires et tertiaires égaux ; c’est ce que montre le cliché 10 obtenu dans ces conditions. L'égalité des deux rayons corpusculaires qui constituent la figure d'ionisation, et qui ne permet plus de les distinguer en secondaire et tertiaire donne par conséquent une vérification grossière, mais très directe, des hypothèses.

Enfin lorsque l’excitätion atteint des valeurs élevées, par exemple 6o kv., le rayon secondaire devient très rapide, le tertiaire reste toujours pareil: cliché 11 (?).

Ce genre de confirmation expérimentale peut naturellement se généraliser à d’autres cas ; il ne peut cependant se prêter aisément dans l’état actuel du montage, à des mesures précises : il faudrait pour cela un monochromateur à rayon X, qui n'existe pas encore dans la pratique courante.

Extension au cas des chocs ionisants.

lonisation par choc. — La théorie que nous venons. d’exposer indique comme cause originelle des rayonnements corpusculaires qui constituent l'effet photoélectrique complexe une ionisation profonde, déterminée dans les expériences décrites jusqu'ici par un rayonnement électromagnétique pénétrant. Mais il est évident que toute autre cause ionisante, pourvu qu'elle puisse extraire un électron de niveau suffisamment profond, met l'atome dans les mêmes conditions d’excitation, et par conséquent doit donner lieu à la même série de remaniements et d'émissions, accompagnées. de fluorescence ou d’auto-ionisation.

(t) On voit de quelle manière concrète, et en quelque sorte visible, la structure discontinue de l’atome se manifeste par ces effets. Les valeurs énergétiques des niveaux d’un même atome sont directement comparées entre elles, et peuvent être grossièrement mesurées par rapport à des quanta incidents, de grandeur connue ; leclassement des électrons sur ces niveaux apparaît avec évidence.

J'ai pu mettre ce phénomène en évidence dans le cas de l'excitation par le choc d’un électron rapide, Si l’on produit dans la chambre de détente des rayons 8, soit par l'emploi d’une source radioactive, soit par l'effet photoélectrique avec des rayons X pénétrants, on peut voir de place en place le long de la trace de ces rayons, des trajectoires adjacentes. Ces bifurcations sont de deux natures différentes :

1° La trajectoire supplémentaire peut être celle d'un rayon £ de collision : un électron du gaz, situé assez près du passage de l’électron rapide, est chassé par l'intermédiaire de la répulsion électrostatique. On peut faire l'étude mécanique de cette sorte de choc et montrer en particulier que l'angle des deux trajectoires après la collision est toujours droit. Les électrons projetés de cette manière font en général partie des niveaux les plus périphériques.

2° Le rayon £ a pu produire une ionisation profonde, K par exemple, dans une molécule du gaz (‘); celle-ci se trouve alors dans le même état d’excitation que’celles qui ont subi l'effet photoélectrique profond. Elle évoluera suivant le processus de fluorescence, ou d'émission corpusculaire : dans le premier cas, on n’observera aucune ionisation locale, et le phénomène, à peine indiqué par un coude du rayon initial, passera inaperçu. -

Dans le second cas, l'émission du rayon tertiaire produira une trajectoire adjacente que nous pouvons observer. Elle n'aura, contrairement aux rayons de collision, aucune relation d'angle avec la trace du rayon initial, mais son parcours sera identique à celui des autres électrons tertiaires créés dans le gaz par effet photoélectrique composé. Grâce à ces caractéristiques, ilesten général facile de distinguer les deux

catégories de rayons adjacents.

(:) On pourrait, dans des chocs particulièrement directs, observer la trajectoire de l’électron arraché.

Observations. — Tous les gaz étudiés ont donné le phènomène : les uns manifestant l'ionisation par choe dans le niveau K, les autres seulement dans le niveau L.

Néon. — On peut observer assez fréquemment, le long des trajectoires des rayons électroniques dans les atmosphères contenant ce gaz, des points assez volumineux, indiquant une ionisation locale intense ; ces masses de brouillard sont identiques à celles qui marquent les points de départ des photoélectrons ; les rayons tertiaires sont si peu pénétrants dans ce cas,que leur parcours est réduit à moins de 0,2mm.

Argon. — On voit sur le cliché 13, pl. IV, un rayon 8 secondaire rapide pourvu à son origine d’un rayon tertiaire ; si on le suit depuis son début (qui est au milieu du cliché, sur le parcours du faisceau X) on aperçoit après 1 cm. de parcours un rayon 8 adjacent, tout pareil au tertiaire de l'origine ; le rayon secondaire ne subit qu'une très faible déviation, l'électron K qu'il a arraché ne quittant sans doute l'atome ionisé qu'avec une très faible vitesse.

Krypton. — Le niveau K de ce gazest déjà assez difficile à ioniser par choc, il faudrait pour cela des ray ons 8 de corps radioactifs. Avec les photoélectrons je n'ai-pu observer que l'effet dans L : il donne lieu à la production de trajectoires adjacentes identiques aux tertiaires Lou aux quaternaires de l'effet photoélectrique complexe dans K. Il est parfois acrivé d'observer un rayon court de cet aspect, à quelque distance de la trajectoire 8 initiale : ceci manifeste sans doute le mode d'évolution avec fluorescence, ce rayonnement étant absorbé dans le gaz non loin du lieu de produetion.

Xénon. — lei encore je n'ai pu obtenir que l'effet dû à l'ionisation profonde dans le niveau L. Sur le cliché 12 on peut observer l'effet photoélectrique complexe et sur le trajet d'un des rayons 8 rapides un rayon adjacent identique aux quaternaires.

On peut imaginer d'autres causes ionisantes que les rayons électroniques, par exemple les rayons &. Je n'ai pas réussi à

mettre l'effet en évidence dans ce cas et cela s'explique si l’on considère le peu d'énergie qu'une particule + peut communiquer à un électron : au maximum de quoi le lancer avec une vitesse double de la sienne propre, qui pour un rayon B est très faible.

Les ionisations profondes sont ou impossible, ou dans les cas les plus favorables, rares, Par exemple pour les rayons % du thorium C' et l'argon on peut espérer obtenir l'effet cherché, mais il est sans doute peu fréquent ; d'autre part dans ce cas les rayons £ de collision sont très nombreux (t) et masquent aisément les rayons tertiaires produits.

Je pense que ces observations pourraient servir à une étude de l'ionisation profonde par les rayons £, les rayons tertiaires permettant de déceler dans chaque cas le niveau atteint (on peut tenir compte des cas d'évolution du type A, grâce aux mesures du rendement de fluorescence dont nous parlerons plus foin).

(1) CF, Les rayons £ de collision. Journal de Physique, de mars 1426,