ET 10 PS ITO NV

S1 l’on admet, par exemple, que la vitesse des molécules soit de 2000 mètres par seconde ou:2.10°, ce qui correspond à la racine du carré moyen de la vitesse dont seraient animées les molécules d'hydrogène, dans la théorie cinétique des gaz, il en résulterait 6— 1,56.8—12°. Un tel échauffement suffirait, malgré les pertes par rayonnement, pour expliquer la fusion des parois de l’ampoule.

Une autre question est de vérifier si la matière radiante emporte réellement de l'électricité négative dans son mouvement de translation. Les expériences de M. Crookes à ce sujet ne semblent pas démonstratives. La distribution des potentiels dans l’ampoule, déterminée par des sondes électriques, conduit à un certain nombre de résultats curieux, mais l'électrisation produite par la lumière elle-même apporte dans les mesures une cause d'erreur inconnue; il semble bizarre, en particulier, qu’un fil de métal frappé par les rayons cathodiques, prenne un potentiel positif.

La méthode employée par M. Perrin (!) paraît plus correcte. En face de la cathode C (fig. 241), terminée par un petit disque, est un cylindre métallique B dont la base est percée

(1) J. Perrin, C. R. de l’Acad, des sc., t. CXXI, p.1130; 1895.

d’une petite ouverture et qui sert d’anode. Dans l'interieur de ce cylindre est un second cylindre B° dont la base opposée à la cathode porte également une petite ouverture en face de la première. Le fil à’ du cylindre intérieur communique avec un électromètre à feuilles d’or; le fil » de l’anode est relié au sol et à la cage de l’électromètre. L'électricité négative émanant de la cathode et passant par l'ouverture de l’anode peut ainsi pénétrer dans le cylindre B’, qui se charge à la manière du cylindre de Faraday. L'expérience montre, en effet, que l’électroscope indique un potentiel négatif.

Enfin, et c’est là une propriété dont l'importance a beaucoup augmenté depuis quelque temps, les corps rendus phosphorescents par les rayons cathodiques deviennent eux-mêmes des sources d'émission analogue. Avec un tube recourbé plusieurs fois à angle droit, M. Goldstein (!) a constaté que

si l’un des angles est sur le trajet direct des rayons cathodiques, il provoque ensuite la phosphorescence sur l'angle opposé, lequel agit à son tour sur le suivant.

195. Vitesse des rayons cathodiques. — Par une méthode analogue à celle qu'il avait déjà utilisée pour les décharges, M. J. J. Thomson (?) a essayé de déterminer si le rayonnement cathodique se propage avec une vitesse appréciable.

L'ampoule, de forme cylindrique, est entièrement noircie à l'exception de deux fentes à quelque distance l’une de l'autre sur une même génératrice. Ces fentes s’illuminent par phosphorescence et on les observe dans un miroir tournant à six facettes, afin d'augmenter les chances de visibilité.

Avec les bobines excitées par des courants interrompus, les images des deux fentes paraissent comme des rubans lumi-

(1) GozpsTeIx, Wied. Ann., t. XV, p. 246; 1882. (2) J.-J. Trousox, Ph. Mag. [4], t, XXXVIIL, p. 358 ; 1896.

neux d'intensités variables qui ne présentent pas de repères assez nets. Les résultats sont meilleurs quand on fait passer par le circuit primaire la décharge de deux jarres électriques en cascade; le fil secondaire peut alors donner des étincelles de 15° à 20°; avec le tube précédent, les images sont mieux définies au début et il est possible d'en observer la séparation. C'est avec le verre d’urane que la phosphorescence s'éteint le plus rapidement et que les effets sont plus nets.

L'expérience a montré qu'il existe une vitesse manifeste de propagation, que M. Thomson évalue à 2.107. Si l’on admet que cette vitesse corresponde au transport réel des molécules, le calcul de Lord Kelvin conduirait à un échauffement des parois supérieur à ro millions de degrés par seconde, résultat évidemment inadmissible; pour rester dans le même ordre d'idées, 1l faudrait en conclure qu'une très faible partie du gaz participe à ce mouvement électrique.

On peut encore considérer les choses d’un autre point de vue. 51 » est la masse d'un atome d'hydrogène, » sa vitesse, q sa charge électrique et V le potentiel correspondant, l'énergie

l 3 à my?

de cet atome peut être représentée par — ou Vg. ou)

D'autre part, l'unité d'électricité en mesures électromagnétiques (653) dégage 10" gr. d'hydrogène, de sorte que le rapport de la charge g à la masse de gaz »m qu’elle emporte est 10*. Si l’on admet que la différence de potentiel V entre la cathode et le bord de la lueur négative soit de 200 volts, ou de 200.10$, il en résulte

D NE PU I0 10, 2 rIO,

m c'est précisément la valeur trouvée par M. Thomson pour la vitesse des rayons cathodiques.

Comme ces rayons sont déviés par les aimants, si le champ magnétique H est normal à leur direction et que p soit le rayon de courbure de la trajectoire, la force centripète est due à l’action du champ Hg», ce qui donne

= Hg, v=cHrot

En faisant p — 10° et » — 2.10", il en résulte H— 200, valeur tout à fait acceptable pour le champ magnétique.

7196. Expériences de M. Lénard. — Si l'hypothèse du bombardement moléculaire est acceptable quand le rayonnement reste confiné dans un milieu à gaz raréfié, elle devient insuffisante pour expliquer les effets secondaires produits par les corps qui ont reçu un rayonnement cathodique.

Hertz (!) recevait ces rayons sur une plaque de verre d’urane, située dans l'intérieur de l’ampoule. Une lame de mica ou de cuivre interposée sur le trajet intercepte leur action et porte ombre sur le verre d’urane, mais une lame mince d’aluminium ne constitue qu un écran très imparfait et le verre d'urane reste phosphorescent derrière le métal.

On obtient les mêmes résultats avec des couches minces de différents métaux, or, argent, platine, cuivre, déposés sur le verre d'urane. Il ne semble pas que ce soit un simple effet de transparence, car si la feuille métallique est placée à quelque distance en avant du verre d'urane et qu'on interpose dans l'intervalle un écran de mica, les bords de l'ombre ainsi produite paraissent diffus, comme si le métal était devenu lui-même la source d’un rayonnement particulier capable de provoquer la phosphorescence.

M. Lénard (?) a poursuivi cette étude avec l’idée que l’aluminium est transparent aux rayons cathodiques et qu'il serait possible d'utiliser cette transparence pour faire sortir les rayons de l’ampoule et les observer dans l'air.

Les expériences de M. Lénard ont acquis une importance capitale par les travaux ullérieurs et méritent de fixer l’attention. Le gaz raréfié est renfermé dans un tube cylindrique T (fig. 242), terminé par une monture métallique M munie d’une fenêtre f en aluminium de 3 à 5 microns d'épaisseur et assez étroite pour résister à la pression extérieure ; cette monture devant servir d’anode, on protège la fenêtre par une capsule métallique « percée d’une petite ouverture, afin d'éviter que l'aluminium soit altéré par les décharges. La cathode c est entourée par un conducteur cylindrique K réuni à l’anode et au sol. Enfin une grande plaque métallique S, également au

(1) H. Herrz, Wied. Ann, t. XIX, p. 782; 1883 et t. XLV, p. 28 : 1892. (2) Px. Lénarvo, Wied. Ann.; t. LI, p.325: 1894.

sol, protège le champ situé en face de la fenêtre contre toute action électrique. La tubulure latérale : communique avec la pompe et on fait le vide au point qu'il se produise à l'extérieur des étincelles de 3° dans un excitateur à boules. Pendant les décharges, l'air s’illumine d’une lueur bleuâtre près de la fenêtre en produisant de l'ozone; le phénomène paraît être une diffusion de rayons émis par l'aluminium.

Fig. 242.

Les corps phosphorescents placés en face deviennent Iumineux et avec des caractères différents de ceux qu'ils présentent sous l’action des rayons ultra-violets ; la phosphorescence du spath, par exemple, est beaucoup plus durable.

Ce rayonnement se propage en ligne droite, comme la lumière, et l'énergie des effets produits est en raison inverse du carré de la distance ; il est absorbé par les gaz en raison de leur densité absolue, quelle qu'en soit la nature, et par tous les milieux à des degrés différents ; une lame de quartz de o"",5 d'épaisseur l’arrête, mais il traverse les feuilles métalliques minces et le verre paraît aussi transparent que l'aluminium ; il jouit encore de la propriété singulière de décharger les corps électrisés.

En collant sur la fenêtre un second tube à gaz raréfié dans lequel on a placé une fente et une plaque phosphorescente, on constate aussi que les rayons sont déviés, au moins en partie, par un champ magnélique.

Les rayons ainsi transmis dans l'air ont enfin des actions photographiques et, à ce point de vue, l'absorption exercée par différents corps est de même ordre que pour les effets de phosphorescence.

Électr. et Magn. — vi. 41

Les résultats obtenus par M. Lénard semblent se rapporter à un phénomène complexe; ils n'ont paru d'abord, comme ils étaient dans la pensée de l’auteur, qu'un développement des recherches de M. Crookes sur les rayons cathodiques et la complication des appareils ne permettait pas de répéter facilement les expériences ; en réalité on y retrouve la plupart des faits auxquels la belle découverte de M. Rüntgen a donné ensuite un si grand retentissement.

197. Découverte de M. Rontgen. — En renfermant une ampoule de Crookes dans une enveloppe de papier noir, opaque aux rayons ultra-violets, M. Rôüntgen (!) eut l’occasion d'observer que l'excitation de l'ampoule était encore capable de provoquer, dans l'obscurité complète, la phosphorescence d’un papier recouvert de platino-cyanure de baryum et de produire des impressions photographiques.

L'ampoule de Crookes émet donc au travers de ses parois des rayons particuliers, que M. Rüntgen a appelés rayon X, et qui se distinguent des rayonnements ordinaires par un orand nombre de propriétés.

Aucune considération antérieure, par exemple, ne permettait de prévoir l’ordre d'opacité ou de transparence des différents corps pour ces rayons. Ils traversent facilement une plaque d'aluminium de 15"" d'épaisseur, une planche de bois, un livre de 1000 feuillets, tandis qu'ils sont arrêtés par des plaques de plomb ou de platine. Les muscles sont transparents et les os relalivement opaques, de sorte que le squelette de la main se dessine nettement dans l'ombre projetée sur un écran phosphorescent ou sur une plaque photographique. C'est cette expérience surtout, dont la chirurgie et la médecine ont tiré profit, qui a popularisé la découverte.

Certaines propriétés étaient encore plus inattendues. Ainsi, les rayons X n'éprouvent aucune réfraction appréciable dans des prismes d'eau, de sulfure de carbone, d'aluminium ou d'ébonite ; ils ne subissent pas la réflexion régulière, ni la diffraction, et on n’a pu manifester aucun phénomène de polarisation ou d'interférence. À l'inverse des rayons cathodiques dont ils proviennent, ils ne sont pas déviés par un champ

4) W. C. Rôxrcex, Sitzh. der Würzburer, phys. méd. Gesell. Déc. 1895. — Journ. de Phys. [3], t. V, p. 101 et 189; 1896.

magnétique, mais ils sont encore capables de décharger un corps électrisé. Ils paraissent enfin avoir pour origine la surface du tube frappée par les rayons cathodiques et leur action est ensuite en raison inverse du carré de la distance.

M. Rüntgen était donc autorisé à conclure que les rayons X sont d'une nature spéciale, indépendante des rayons cathodiques qui leur ont donné naissance. L'absence de diffraction sensible conduit à penser que la longueur d'onde de ce rayonnement particulier est très petite par rapport à celle des rayons lumineux ou ultra-violets ; certaines formules de dispersion, étendues à ce cas extrême, ne seraient pas non plus incompatibles avec l'absence de réfraction.

198. Propriétés des rayons X. — Cette étude nouvelle a donné lieu à un grand nombre de travaux, dont nous nous bornerons à signaler les principaux résultats.

Un premier fait bien établi est que le rayonnement a son origine sur les corps frappés par les rayons cathodiques, soit que ces corps deviennent phosphorescents, comme les parois de l'ampoule de verre, soit qu'ils ne manifestent aucune propriété analogue. Pour diminuer l'étendue de la source rayonnante, on à d abord terminé la cathode par une calotte sphérique dont le centre de courbure est sur la surface de l’ampoule, mais cette disposition a l'inconvénient de provoquer assez vite la fusion du verre. Il est plus avantageux de placer une lame de platine ou d'aluminium au centre de courbure de la cathode. Cette lame reçoit les rayons cathodiques sous une inclinaison de 45° et son maximum de rayonnement total a lieu aussi dans une direction voisine de 45°. Avec des lames de très petites dimensions, la source peut être assez réduite pour donner des images très nettes; c’est ce que l’on appelle des tubes focus.

Des observations très précises, sur les photographies obtenues par des rayons X ayant traversé deux fentes successives, montrent que l'élargissement de l’image par diffraction serait manifeste si la longueur d'onde était seulement de 0,005 ou 4o fois plus petite que celle des dernières radiations ultraviolettes. La propagation recüligne est donc beaucoup plus pure que pour la lumière.

On n’a pas constaté non plus de réflexion appréciable. Si

certaines substances, telles que le spath fluor, sont capables de renforcer l’image quand on les place derrière la plaque photographique, comme sielles réfléchissaient les rayons qui ont traversé la plaque, il est probable que ce résultat est un effet secondaire et doit être attribué à la fluorescence développée par les rayons eux-mêmes.

Les tentatives faites pour manifester la réfraction ou la polarisation n'ont pas réussi davantage ; il semble établi que, si la réfraction existe, la différence de l'indice avec l'unité est inférieure à un millionième.

L'absorption exercée par les gaz est encore proportionnelle à la masse rencontrée par les rayons, et quelle que soit la nature du gaz, comme dans l'expérience de M. Lénard.

Les rayons X ne sont pas formés de radiations homogènes, car les rapports de transparence de différents corps, par exemple des muscles et des chairs, varient beaucoup avec l'intensité des décharges dans les ampoules.

De même, si l'on fait tomber les rayons sur un électroscope, on peut apprécier leur intensité par la vitesse de décharge et évaluer l'absorption d'une plaque interposée comme écran par le ralentissement de la décharge. Or, quand on interpose ainsi plusieurs lames ou que l'on augmente leur épaisseur, l'absorption exercée par les premières couches est manifestement plus grande ; il se fait une sélection des rayons plus transmissibles, analogue à celle que produisent les milieux colorés sur la lumière blanche.

Les phénomènes de décharge électrique doivent être examinés avec plus de détails.

Il n’est pas nécessaire d’abord que ces rayons X frappent directement un corps électrisé pour le décharger; lorsqu'ils traversent dans un gaz le champ électrique situé entre deux conducteurs, sans toucher aucun d'eux, ils provoquent des échanges d'électricité plus ou moins rapides et ramènent finalement les conducteurs au même potentiel, ou du moins la différence de potentiel finale n’est pas supérieure à celle qui résulte des effets de contact. Tout se passe comme si les lignes de force étaient devenues en partie conductrices.

Les gaz ainsi traversés par les rayons X conservent même, d'une manière temporaire, la propriété de décharger les corps

électrisés sur lesquels on les dirige et qui sont situés en dehors de toute action directe.

Les décharges n'ont pas lieu au travers des diélectriques solides ou liquides. Supposons, en effet, qu'on enferme un corps électrisé À dans une enceinte conductrice A’ perméable aux rayons et que l'intervalle soit rempli par un diélectrique tel que la paraffine; l’action des rayons sur le système est incapable d’égaliser les potentiels de À et de A’. Aucun échange d'électricité ne se produit que si une partie au moins des lignes de force est située dans un gaz.

La méthode la plus simple pour étudier ce phénomène consiste donc à faire passer les rayons dans le champ électrique uniforme compris entre deux plans conducteurs parallèles. Dans ce cas, le débit d'électricité croît d'abord assez rapidement pour atteindre un régime régulier, indépendant de la différence de potentiel et en raison inverse du carré de la distance à la source, au moins quand cette distance n’est pas assez grande pour que l'absorption par le gaz intervienne. Ce débit régulier est proportionnel à la pression du gaz et indépendant de sa température.

En d’autres termes, les échanges d'électricité sont proportionnels à l'intensité du rayonnement, à la masse de gaz rencontrée et à la température absolue.

L'interprétation la plus directe de ces résultats est d’admettre que les rayons X libèrent en chaque point, par dissociation des molécules gazeuses, des quantités d'électricité égales et contraires capables de se mouvoir sous l'influence du champ. Cette hypothèse permet de concevoir que les gaz conservent la propriété de provoquer les décharges jusqu'à ce que les effets de dissociation aient disparu.

Quant aux rayons X eux-mêmes, différents physiciens ont supposé, sans raison bien plausible, qu'ils sont dus à des vibrations longitudinales. R

Leur action photographique semble indiquer plutôt qu'ils correspondent à des vibrations transversales, comme celles de la lumière, mais de longueurs d'onde beaucoup plus courtes. M. H. Becquerel a reconnu aussi qu'il existe une sorte de continuité entre les deux ordres de phénomènes. Certains corps phosphorescents, en particulier tous les sels d’urane.

émettent des radiations invisibles, capables de produire des impressions photographiques après avoir traversé des feuilles minces d'aluminium et de cuivre, et pouvant aussi décharger un électroscope, même lorsque l'air qu'ils ont traversé est ensuite insufflé sur l’instrument. Leur action est donc comparable, quoique plus faible, à celle des rayons X. Ces radiations obscures paraissent éprouver une véritable réflexion et présenteraient ainsi des propriétés intermédiaires.