ÉTUDE QUANTITATIVE

Etude du rendement de fluorescence.

Définition. — Nous avons proposé théoriquement et établi l'existence réelle de deux processus de remaniement électronique, après une excitation.

Dans le premier cas, l'énergie libérée par les substitutions d'électrons quitte l'atome source sous forme d'ondes électromagnétiques, il y a alors un véritable phénomène de fluorescence, c’est-à-dire restitution d’un quantum de fréquence plus basse pour chaque quantum absorbé, Dans le cas, au contraire, où c'est un électron qui quitte l'atome en emportant l'énergie caractéristique sous forme cinétique, nous n'avons pas de fluorescence à proprement parler : l'existence de ce second mode d'évolution de l’atome ionisé diminue donc le nombre de quanta rendus au total par la matière absorbante.

Nous pouvons caractériser dans chaque cas l'importance relative des deux effets en calculant le « rendement de fluorescence »; nous définirons ainsi le rapport du nombre de quanta caractéristiques rendus lors de l'effet photoélectrique simple, c’est-à-dire des quanta de ffuorescence, au nombre total de quanta incidents absorbés. Si N est ce dernier nombre, qui est proportionnel à l’absorption de la matière en question et à l'intensité du faisceau incident, S le nombre

L'EFFET PHOTOÉLECTRIQUE COMPOSÉ Ur

de cas où s’est produit l'effet photoélectrique simple et la fluorescence, C le nombre de cas où a eu lieu le rayonnement tertiaire, le rapport de l'importance relative des deux

S effets est TE et le rendement de fluorescence SC

Il faut prendre garde ici de ne tenir compte que de l'ionisation de la matière étudiée dans un seul niveau ; de ce fait proviendra d’ailleurs la principale difficulté des mesures expérimentales de ces rendements.

Conditions expérimentales. — Plaçons-nous par exemple dans le cas de l'argon, c'est-à-dire observons les clichés obtenus avec une atmosphère à 5 0/0 Ar. 95 o/o H?. et des rayons X émis sous 40 kv. Sur les plaques, nous remarquons des groupes de deux rayons £, tertiaire (1 mm. de long) et secondaire (sortant en général des limites du cliché); ils manifestent les absorptions suivies de l’effet photoélectrique composé, sans fluorescence ; d'autre part nous observons des rayons longs et solitaires, qui peuvent être dus soit à l’absorption dans le niveau K comme précédemment, mais suivie cette fois de fluorescence, soit à l'absorption dans les niveaux plus périphériques (L, M, etc.), du rayonnement incident. La statistique ne pourra donc pas ici nous donner directement le rendement de la fluorescence, puisque nous ne pouvons pas distinguer les absorptions dans d’autres niveaux que K, et les décompter du total des rayons simples observés.

Il faut par conséquent, par un choix convenable de la fréquence » incidente, rendre différents les aspects des deux derniers cas : absorption dans K avec fluorescence, absorption dans L (avec ou sans fluorescence). Avec l'argon, il faudrait des rayons X de fréquence trop basse, émis sous 6 à 7 kv. et qui sont alors trop peu pénétrants. Dans le cas du krypton au contraire on peut tourner la difficulté vu la valeur assez grande de K (environ 14 kv.), en opérant avec des rayons X de 26 kv. En effet le rayon secondaire prove-

nant du niveau K est alors émis sous 6 kv. tandis que celui qui vient de L a une énergie cinétique beaucoup plus grande étant émis sous environ 18 kv. et on distingue facilement sur le cliché ces deux modes d'absorption. Ainsi 1° l’eftet photoélectrique simple dans K, suivi de fluorescence, se manifeste par la présence d’un rayon de 6 kv. (environ 5 mm. de long) isolé, 2° l'effet composé dans le même niveau donne une paire de rayons, l’un de 6 kv., l’autre de 10 kv. (5et 12 mm.); 30 l'effet simple dans L est représenté par un rayon isolé de 20 mm. ; /° l'effet composé ajoute à son origine un très court rayon-tertiaire. Ces différents aspects sont visibles sur le cliché 15, PI. V. Des circonstances analogues peuvent être reproduites avec le xénon.

Rendements mesurés directement. — Des mesures directes ont été faites sur ce principe pour les niveaux K du krypton et du xénon, et pour le niveau L du xénon.

1° Dans le cas du krypton le rayonnement provenait de l’'ampoule excitée sous 30 kv. et traversait un filtre de molybdène. Ce corps ayant un niveau K de valeur énergétique correspondant à 22 kv., coupe dans le spectre du faisceau toute la portion qui va de 30 à 22 kv.; au voisinage de cette dernière valeur le filtre est très transparent et il passe beaucoup de rayonnement ; dans les fréquences plus basses, le molybdène devient de nouveau absorbant. On réalise ainsi un faisceau, grossièrement monochromatique, suffisant pour la recherche présente.

La valeur du rendement peut être déduite des numérations effectuées sur les clichés. Si nous appelons # et 4 le nombre

de cas d'absorption K suivis de fluorescence et de rayonnement tertiaire , et le les cas d’excitation dans L avec ou sans

fluorescence, les statistiques ont donné :

k = 164; k — 156; 1 are = 43

1° \ , Q r d'où le rendement de fluorescence dans la série K : RD 01 K Remarquons tout de suite que ces nombres nous donnent

; k 5 à , tés ; ; aussi le rapport TT de l’ionisation dans K à l’ionisation dans

L, pour un rayonnement incident de fréquence y, supérieure à v.

k+ Rs Rae) 6 DAT ve 2° Pour le xénon, des conditions analogues aux précéden-

tes sont réalisées par l'excitation du tube sous 60 kv., avec filtration du rayonnement sur du samarium (!) ; le niveau K de cet élément se plaçant vers 35 kv., dépasse de 11 kv. celui du xénon et la bande de spectre qui traverse le filtre dans sa région de plus grande transparence donne lieu par absorption dans K à des rayons secondaires de 11 kv., parcourant 8 à 10 mm. et aisément discernables des tertiaires et quaternaires (cl. 17, PL. V). On peut alors compter les cas d'absorption K avec ou sans fluorescence : les nombres obtenus sont :

d’où le rendement :

Dans ces conditions d’excitation et de filtration, on peut d’ailleurs distinguer beaucoup d’aspects correspondant aux diverses combinaisons des évolutions du type A ou B. Ainsi on observera quelquefois, lors de l'absorption dans K, la présence du secondaire, du tertiaire et des deux quaternaires

(t) Le filtre se composait d’une petite cuve à faces de verre mince, contenant une solution de chlorure de samarium, obligeamment cédé par M. Boulanger.

(ce que nous noterons S T, 2Q) ou d’un seul de ces derniers LS 1e rayons (S T 1Q)ou encore du tertiaire seulement(S T )etc. KES RE

Les numérations de ces différents cas ont été faites, mais correspondent naturellement à des nombres restreints (voir le. tableau) ne permettant guère de conclusions quant aux probabilités relatives : il faudrait pour atteindre celles-ci des statistiques très étendues. D’autre part, on ne peut distinguer sur ces clichés l’absorption dans L avec fluorescence de l’absorption dans M (ou les niveaux extérieurs) ce qui donnerait la valeur du rendement pour ce niveau. La chose est cependant possible, avec un autre-choix de filtre et de tension.

3° Si l’on excite le tube sous 15 kv., et si l’on filtre le rayonnement obtenu sur de l’arsenic (pour lequel K équivaut à 12 kv.) on réalise les conditions voulues pour l’étude du niveau L du xénon (!). La discrimination des cas d’absorption L avec ou sans fluorescence (cl. 18, PI. V) et de l’absorption M est facile, vu les parcours différents des rayons correspondants. Les mesures ont donné : R° — 0,25.

On peut naturellement déduire des:statistiques le, rapport de l’ionisation dans L à l'ionisation dans M, P, etc.. pour la fréquence incidente correspondant à 12 kv. Les nombres de cas observés étant encore petits, ce n’est qu’un ordre de grandeur que représente le rapport 5 trouvé.

Extension des mesures à l’Argon. — Dans le paragraphe précédent nous avons montré que pour le Krypton le rapport

k DS : ; —7 de l’ionisation dans le niveau K à celle de niveau L pour une fréquence peu supérieure à v est environ 7,6. Il est pro-

bable que ce rapport n’est guère changé lorsque la fréquence dépasse beaucoup v : en effet les coefficients d'absorption

(1) Le filtre était constitué par un éclat d’acide arsénieux vitreux, de quelques dixièmes de millimètres d'épaisseur.

pour chaque niveau suivent sensiblement des lois de la forme Gr AN

A partir de la longueur d’onde critique d’excitation, le rapport de deux de ces coefficients relatifs l’un à K l’autre à L, pour une même longueur d'onde incidente, sera donc égal au rapport des constantes A, quelle que soit la fréquence excitatrice, pourvu qu'elle soit assez grande pour ioniser les deux niveaux. J'ai d’abord fait quelques mesures statistiques sur le Krypton excité sous diverses tensions et j'ai toujours trouvé des nombres en bon accord avec ceux donnés plus haut. Nous pourrions alors admettre un rapport identique entre l’ionisation K et L de l’argon excité sous tension suffisante, et interprêter à l’aide de ce nombre hypothétique les statistiques incomplètes (!) effectuées avec cet élément.

D'autre part, remarquons que le rapport 2 trouvé pour le xénon (5,5) est plus petit que celui du krypton, montrant ainsi une décroissance de ce rapport vers les corps lourds (?). Nous admettrons par exemple pour l’argon la valeur approximative 8, qui nous permet alors’ de tirer le rendement de fluorescence des statistiques obtenues effectivement avec ce gaz.

Les mesures ont donné :

et

(*) Ceci est en bon accord avec des nombres trouvés par Allen (Phys. Rev., t. XXIV (1924), grâce à une méthode macroscopique d'absorption, pour un certain nombre de métaux: les valeurs de

F sont voisines de celles données ici, et décroissent nettement

quand le numéro atomique augmente.

(2) Si l'absorption suivait exactement les lois en N# considérées en général comme bonnes, on aurait l’identité pour tous les

Pl l t corps de ces rapports — , — etc.

; k, + le, si nous admettons que ——

; —$ nous tirons des mesures :