PRODUITS PAR LES RAYONS RONTGEN

Par J.-J. THOMSON.

Traduit de l'anglais par P. LUGOL.

Philosophical Magazine, t. XLVI, 1898, p. 528-545.

Le principe de la méthode employée pour mesurer ces charges csi le suivant : en mesurant le courant (entretenu par une force élcciromotrice constante) qui traverse un gaz soumis aux rayons Riinl^Q. on détermine le produit nev^ où n représente le nombre d'ions existant dans l'unité de volume du gaz, e la charge d'un ion, v la \ites«e moyenne des ions positifs et négatifs sous la force électromotrice à laquelle ils sont soumis.

M. Rutherford ( * ) a déterminé la valeur de v dans un grand nombre de gaz; en utilisant ses résultats on peut tirer de la mesure du courant le produit ne] si donc on peut déterminer /i, on aura la valeur de 6

La méthode employée pour déterminer n est fondée sur le faitsaivanl, découvert par M. C.-T.-R. Wilson (^) ; dans de l'air débarrassa de poussières et traversé par des rayons Rontgen, une détente qui en l'absence des rayons serait incapable de provoquer une condensation, détermine la production d'un brouillard. Quand on produit une détente déterminée et soudaine dans de l'air libre de pou*sières, il se dépose une quantité de vapeur d'eau définie et cahlable, grâce à l'abaissement de température dû à la détente adiibatique. Quand le gaz est exposé aux rayons R<intgen, les ions produits

(') Phil. Mag., t. XLIV, 1897, P- 4^3 ; Journ, de Phys., 3* série, t. ML '*5^' p. io4; ce Volume.

(^) PkiL Trans., A. 1897, p. 265; voyez également ce Volume.

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par leur action semblent agir comme des noyaux autour desquels l'eau se condense.

J'ai fait voir (* ) que, sur une sphère chargée dont le rayon est inférieur à une certaine limite, l'efTet de la charge tendant à amener la condensation doit faire plus que contrebalancer Teffet de la tension superficielle tendant à l'empêcher; de sorte que chaque ion chargé produira une très petite goutte d'eau qui pourra agir comme un noyau de condensation. S'il en est ainsi, et si l'on connaît la grandeur d'une goutte et la masse d'eau déposée par unité de volume, on pourra déterminer le nombre des gouttes et par conséquent le nombre des ions par unité de volume du gaz. Une partie de la recherche consiste donc à déterminer la grosseur des gouttes, ce qui donne n ; et, comme l'on connaît ne d'après les mesures] électriques, nous aurons le moyen de déterminer e.

On a d'abord essayé de déduire le diamètre des gouttes de l'observation du diamètre des 'anneaux colorés produits sur un écran par un faisceau lumineux étroit ayant traversé le nuage, en supposant ces anneaux uniquement dus à la diffraction. Mais, outre que l'interférence entre les rayons qui ont traversé des gouttes transparentes et ceux qui n'en ont pas traversé a semblé intervenir dans le phénomène, la méthode a dû être abandonnée pour la raison suivante. La mesure exacte du diamètre des anneaux n'est possible que s'ils sont assez brillants, c'est-à-dire produits par un brouillard épais, dû à la présence de nombreux ions; or l'expérience a montré que dans ce cas les ions ne sont pas tous précipités par le nuage. Si en effet on supprime les rayons immédiatement après la première détente et si on laisse tomber le brouillard, une seconde détente produit un brouillard moins épais; plusieurs détentes successives peuvent être nécessaires pour détruire l'effet de l'exposition aux rayons Rôntgen. Quand le nuage est assez léger pour que Ton puisse admettre qu'il contient tous les ions, les anneaux sont trop pâles pour se prêter aux mesures.

La méthode finalement utilisée pour mesurer la grandeur des gouttes consistait à mesurer la vitesse de chute du brouillard, et à déduire le rayon des gouttes de la formule

où V représente la vitesse de chute des gouttes, a leur rayon, (x le coefficient de viscosité du gaz dans lequel elles tombent, et g l'intensité de la pesanteur.

(*) Applications of Dynamics to Physics and Chemistry, p. 164.

So4 J.-J. THOMSON.

On déterminait la vitesse en observant le temps mis par la couck supérieure du nuage, qui était éclairée par une lampe à arc, à tomber d^irne hauteur donnée ; des observailion^ faites sur diffërentes hauteurs avaient montré la constance de la vitesse de chute, de sorte <(Qe les gouttes avaient atteint leur vitesse limite.

J'ai commencé par faire des expériences pour savoir si les gouttes du nuage formé par détente étaient déposées autour des ions qni donnaient au gaz sa cond«uctibilité électrique; ce point est captai, puisque la méthode employée dans ce Mémoire pour déterminer b charge transportée par un ioa repose sur Thjpothèse que la production du brouillard par détente est due à Fionisation du gaz, et fK chaque ion peut jouer le rôle de noyau fnowr une goutte d'eau.

Tout d'abord, il existe une preuve directe du pouvoir d'une particule électrisée d'agir comme noyau pour une goutte d'eau, puisqu'il se produit une condensation dans un jet de vapeur placé à côté d'une électrode d'où s'échappe de l'électricité; de plus, M. Wilson i montré que la détente détermine un brouillard dans de Taîr débarrassé de poussières quand une électrode y décharge de réleclricité i^)- Une preuve plus directe du fait qui nous occupe est donnée parTcipérience suivante : si les ions produits par les rayons Rnnt^en agissent comme des noyaux de gouttes, aucun nuage ne devra se former quand l'air détendu sera exposé à un champ électrique inlea^^e pendant que les rayons le traversent, puisque ces ions peuvent être éliminés du gaz par un champ électrique intense. C'est ce que Ton a constaté, et l'expérience est frappante. Deux plaques parallèles étaient placées dans un récipient contenant de l'air débarrassé de poussières; ces plaques, distantes de 5^*" environ, étaient assez grandes pour comprendre entre elles la plus grande partie de l'air. Elles pou%^ieiit être reliées aux pôles d'une batterie de petits accumulateurs donnaai une différence de potentiel de 4oo volts environ. Des rayons Rfmtgea passant entre les plaques traversaient le gaz qui avait été préalablement débarrassé de poussières. Quand les plaques étaient détachées de la batterie la détente produisait un nuage épais; mais, quand ellrs lui étaient reliées, la détente ne produisait qu'un nuage très léger, dont la densité était presque aussi grande en l'absence des rayons qu'en leur présence.

Il fallait encore examiner si le brouillard formé par la détente captait tous les ions. A ce propos, il est nécessaire d'indiquer que les

( ^ ) yoir ce Volume.

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seules détentes utilisables sont comprises entre des limites assez voisines; le rapport du volume final au volume initial du gaz doit être compris entre i,25 et i,4o- Car, ainsi que l'a montré M. Wilson (*), quand la détente dépasse la plus élevée de ces limites il se produit, même dans un gaz qui n'est pas exposé aux rayons Rontgen, un brouillard si épais que l'accroissement de condensation dû à ces rayons est difficilement perceptible, tandis qu'au-dessous de la plus faible il ne se produit pas de brouillard. Avec des détentes comprises dans ces limites, on a trouvé que, si les rayons Rontgen étaient intenses, une augmentation d'intensité de ces rayons était loin d'accroître le nombre des gouttes (déterminé par la vitesse de chute) autant qu'elle accroissait le nombre des ions (déduit de la conductibilité électrique du gaz). Pour ces rayons énergiques, on trouva que leur pouvoir de condensation n'était pas épuisé par la première détente, même quand on les supprimait immédiatement après, car une seconde détente produisait un nouveau nuage; avec de puissants rayons il fallait quelquefois six à sept détentes réparties peut-être sur 5 à 6 minutes, pour faire disparaître leur effet. En présence de ce résultat, il est évident que lorsque les rayons sont intenses on n'est pas autorisé à admettre que tous les ions soient captés par le brouillard dû à la première détente. Cependant, bien que la première détente ne précipite pas tous les ions, il semble qu'elle augmente la grosseur de ceux qui restent et les rende plus durables, car les ions qu'elle laisse après elle exercent un effet de condensation appréciable pendant plusieurs minutes; tandis que s'il n'y a pas eu de détente cet effet des rayons ne persiste que pendant quelques secondes après leur suppression. De plus, ces ions modifiés sont capables de provoquer la formation d'un brouillard avec une détente inférieure à la plus faible qui donne un nuage avec les ions primitifs, soit i,25. Quand un premier brouillard a été produit, les nuages secondaires dus aux détentes successives ne sont que peu affectés par un champ électrique, ce qui montre encore que les ions modifiés sont plus gros et plus inertes que les ions originels; leur présence ne paraît pas donner au gaz de conductibilité appréciable. M. Wilson a trouvé que, si on laisse tomber le brouillard produit par une forte détente dans un gaz libre de poussières et non exposé aux rayons Rontgen, un nouveau brouillard est provoqué par une nouvelle détente plus faible (qui, dans les conditions ordinaires, n'amènerait pas de condensation à moins qu'il n'y

(*) Loc cit. Voyez également ce Volume.

8o6 l.-J. THOIISON.

eût des poussières) et qu^il est nécessaire de produire plusieurs brooillards et de les laisser tomber, pour que le gaz revienne à son eut normal. Les expériences de M. Wilson semblent démontrer que, dam ce cas, les premiers noyaux étaient des gouttes d*eau excessi\emeBt petites, et la formation du second nuage semblerait indiquer que. snr les gouttes qui ne devenaient pas assez grosses pour être précipitée? par le premier brouillard, il se déposait un peu d'humidité quictul garantie contre Tévaporation par quelque modification chimique superficielle telle que la formation d'eau oxygénée.

Quelle que puisse être l'explication de ces nuages secondaires, il est évident que, si les rayons sont assez énergiques pour les produire, on ne peut pas déduire le nombre des ions de TobservatioD di premier nuage. Dans les expériences décrites ci-dessous on a affaibli Fintensité des rayons, en interposant des écrans d'aluuiinium entre l'ampoule et le gaz examiné, jusqu'à ce que la seconde détente n'amenât pas plus de brouillard qu'il n'y en aurait eu si le gaz nVait jamais été exposé aux rayons.

Il fallait encore rechercher si la détente employée était suffisante pour précipiter tous les ions, ou si le nombre des ions précipités augmentait avec le degré de détente. Dans ce but, on mesura b vitesse de chute des nuages formés par des délentes différentes, pendant l'action des rayons. Les résultats de ces expériences sont donn» dans le Tableau suivant :

Pression de Vair, 768"™, 08. Température, 18** C.

Durée de chute sur aS*"

avec

sans

Uétente.

les

rayons.

les

rayons

La masse d'eau déposée par centimètre cube par une délente de 1,4 est 4>94 X to~° grammes, tandis que la masse déposée par une détente de 1,35 est 4^74 X i<>~* grammes. Si pour la première détente on désigne par N le nombre des ions par centimètre cube et para le raToa des gouttes quand les rayons agissent, par M et é les mêmes quanUtf?