IONS PRODUITS PAR UNE SUBSTANCE RADIOACTIVE
La figure i représente l'appareil employé pour les expérience* effectuées avec une substance radioactive. Il consiste en un grand tube de laiton A (longueur Go*""™, diamètre 3""", 5) et en deux tubes
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Fig. I
plus courts B| et B2 (longueur 16*"'") pouvant s'ajuster à frottement doux à rintérieur de A. Les tubes B portaient des électrodes Je laiton E maintenues à l'aide des liges de laiton F; celles-ci tra\fi^ saient la paroi des tubes B à l'aide des bouchons d'ébonlle G.
Les tubes étroits dans lesquels la diffusion se produit consistaienl en deux faisceaux de 24 tubes chacun. Les tubes les plus longs T|
LA DlFFl'SION DES IONS PRODUITS DANS L*AIR. 953
(longueur 4*^™, diamètre intérieur o*^"*, i) traversaient des trous ménagés dans deux disques de laiton ai et a'j, s'adaptant exactement à l'intérieur du tube A, et dépassaient les disques de o*™, 2 à chaque extrémité : la figure en représente deux. Les tubes courts T2 (longueur o'^'",o) passaient dans les trous d'un disque unique a^, le dépassant de o^'",2 de chaque côté; de cette façon, l'air ionisé pénétrait dans les deux séries de tubes dans des conditions absolument identiques. Les 24 trous de chacun des disques étaient disposés sur une circonférence de 2'^™ de diamètre, concentrique au disque. En traversant l'un ou l'autre des deux faisceaux, le courant d'air provenant du large tube se divise également entre les 24 canaux formés par les tubes. Le disque ctt était soudé à l'extrémité du tube B|, et le disque 0.2 à l'extrémité du tube Bj.
Pour les expériences avec l'air sous la pression atmosphérique, on obtenait le courant d'air en surchargeant de poids la cloche mobile d'un gazomètre. Pour opérer avec de l'air sec, l'air sortant du gazomètre traversait de larges tubes contenant du chlorure de calcium; il traversait ensuite un tube contenant un tampon serré de coton de verre, destiné à arrêter les poussières avant l'entrée de l'appareil à diffusion. Quand on voulait opérer avec de l'air saturé d'humidité, on remplaçait les tubes à chlorure de calcium par de longs tubes à moitié remplis d'eau. On pouvait varier la vitesse du courant d'air en modifiant les poids surchargeant le gazomètre.
La substance radioactive était fournie par E. de Haën (Chemische Fabriky List vor Hannover); on s'est servi de la substance étiquetée : « substance radioactive A ». Un tube C en verre mince, renfermant un peu de la substance radioactive, était soutenu à l'intérieur du tube A à l'aide de supports en fil métallique ainsi que l'indique la figure. La radiation émise par celte substance était beaucoup plus intense que celle de l'uranium; elle était encore capable d'ioniser l'air après avoir traversé le tube de verre. Ce tube C était scellé pour empêcher l'arrivée de l'humidité, la substance radioactive étant déliquescente. Le tube A était fixé solidement à l'aide de supports d'ébonite S au-dessus d'une lourde boîte, ce qui assurait l'immobilité du tube G quand on mettait les tubes B| ou B^ en position.
Le tube A était relié à l'un des pôles d'une batterie de 4o accumulateurs, l'autre pôle étant au sol. La tige F était reliée à l'une des paires de quadrants d'un électromètre, l'autre paire de quadrants et la cage de Télectromètre étant reliées au sol. La tige F et le fil qui la reliait à l'électromètre étaient protégés par des écrans métalliques,
de sorte qu'aucune charge extérieure ne pouvait donner de déviation à l'échelle de l'électromètre.
Comme le tube A est relié métalliquement à toutes les parties de l'appareil de diffusion sauf E, aucune force électrique n'agit sur le courant gazeux avant qu'il n'ait pénétré, en sortant des tubes T, dans l'espace annulaire compris entre E et B. L'air met environ i seconde à passer le long de l'électrode, et une différence de potentiel de quelques volts entre E et B suffirait, dans les conditions ordinaires, pour que l'électrode E recueille tous les ions d'un signe déterminé ; mais, par suite du mouvement tourbillonnaire du gaz à sa sortie des tubes T, on a employé une différence de potentiel beaucoup plus grande (80 volts). Le potentiel de Télectrode pendant une expérience n'a jamais dépassé i ou 2 volts. En laissant l'ionisation et la vitesse de l'air identiques, mais en chargeant k à 4o volts au lieu de 80 volts, on a trouvé que la déviation de l'électromètre n'était pas changée. On en conclut que E recueille tous les ions d'un signe déterminé, de sorte que la déviation de l'électromètre est proportionnelle au nombre des ions qui ont pu sortir des tubes T.
Marche des expériences avec Tair à la pression atmosphérique.
On enfonçait le tube Bj à l'intérieur de A, jusqu'à ce que le disque a', soit venu buter contre une petite vis faisant saillie à l'intérieur de A, et la tige F| était reliée à la paire de quadrants isolée. Le tube Bj était relié à l'extrémité de B|, à l'aide d'un bout de tube de même diamètre que A. Avant toute observation, on faisait passer le courant d'air pendant une minute dans tout l'appareil, afin d'entraîner les ions accumulés à l'intérieur du tube A. La paire de quadrants reliée à F| était alors isolée, et l'air ionisé en passant le long du tube C emportait avec lui quelques-uns des ions à travers les tubes T, . On lisait la déviation de l'électromètre, /i| divisions par minute.
On interchangeait alors les positions des deux tubes B| et B2. Les résistances au passage de l'air à travers l'appareil étant les mêmes, le courant gazeux avait la même valeur que précédemment. La tige Fa était reliée à l'électromètre et l'on déterminait la nouvelle déviation, /i2 divisions par minute. Ces expériences étant répétées plusieurs fois, on constatait que les nombres /i| et /i2 étaient constants : il en résulte que les rayons émis par le tube C ont une intensité ne variant pas sensiblement avec le temps.
Les quadrants étant isolés et l'air contenu à l'intérieur de A au
LA DIFFUSION DES IONS PRODUITS DANS l'AIR. ^55
repos, on obsen'ait une faible déviation (habituellement une division par minute) due à l'imparfait isolement du bouchon G. Il faut soustraire cette déviation de celles que l'on obtient quand le courant d'air passe le long de A. Il n'en résulte aucune inexactitude, car cette déperdition est parfaitement constante et facile à déterminer. Les Tableaux numériques contiennent les valeurs corrigées de /i| et /i2.
Quand le tube A est chargé positivement, les déviations /i| et aij se rapportent aux ions positifs; les valeurs correspondantes pour les ions négatifs s'obtiennent en changeant le signe du potentiel de A.
Expériences aux pressions inférieures.
Pour les expériences effectuées sous des pressions inférieures à la pression atmosphérique, l'appareil de diffusion a dû être modifié lég^èrement. On a employé les ions produits par la substance radioactive, car c'est là une source très constante de radiations. Un anneau plat fut soudé à l'extrémité du tube A, et des anneaux identiques à l'extérieur des tubes B| et B2. Celui du tube B< était à S*"" du disque a', , celui du tube B2 à 8*^"* du disque ao. On rendait l'appareil à diffusion suffisamment étanche en graissant l'anneau de A et en pressant l'anneau de B contre le précédent.
La figure 2 indique cette modification de l'appareil, destinée à permettre l'emploi d'un courant d'air à basse pression. Des bouchons de caoutchouc, traversés par des tubes de verre, étaient placés aux extrémités ouvertes des tubes B, et B2. Un tube court L, en laiton, était soudé près de l'extrémité du tube A : il communiquait avec le inanomèlre M, qui servait à déterminer la pression de l'air dans A. L'air de la chambre, filtré à travers un tampon de coton de verre G, destiné à retenir toutes les poussières, circulait dans les tubes capillaires K, traversait encore des tubes desséchants et pénétrait enfin dans l'appareil par des tubes larges. Le tube w, d'autre part, à l'extrémité de B, était relié aux deux grands vases W|, Wo, dans lesquels une trompe à eau faisait le vide.
Pour obtenir un courant d'air circulant dans A à une pression déterminée P, et avec une vitesse variant entre des limites convenables, on fermait le robinet Si et l'on faisait le vide dans tout l'appareil jusqu'à obtenir une pression inférieure de quelques millimètres à P. F^e tube G était relié au tube de sortie d'un gazomètre, dont le cylindre mobile était réglé de façon à être sur le point de descendre, quand le gazomètre était ouvert à l'air. On reliait alors le vase Wa à
la trompe à eau el l'on ouvrail 1 nutes. Les vitesses V que l'on vo sitaient généralement un débit j eau, de sorte que la pression ii progressivement (de 3""" environ
quand la pression dépassait P de au début de l'eipérience ; on pi précision ne mesurant le volume i pendant lequel le robinet S, étai était trop forte ou trop faible, on laire de façon ù amener la vitessi modification dans les tubes cond une nouvelle détermination de \ bilité.
Le tube G n'est relié au gazer miner V. Comme la pression del' la pression atmosphérique, on pi Tair de la salle pendant les expér
La disposition de l'appareil, :
même que celle qui a été décrite
L\ DIFFUSION DES IONS PRODUITS DANS l'aIR. 9^7
Marche des expériences effectuées avec l'air à basse pression.
L'appareil est disposé comme l'indique la figure 2 et la pression est réduite jusqu'à être un peu inférieure à la pression P à laquelle l'expérience doit être faite. On ouvre le robinet S| et on laisse l'air circuler dans l'appareil pendant 1 minute environ avant d'isoler la paire de quadrants à laquelle F| est relié. Quand le manomètre indique une pression de 2™" environ au-dessous de P, on isole les quadrants et l'on détermine la déviation /ii de l'électromètre en divisions par minute. On continue les observations jusqu'à ce que la pression soit supérieure à P d'environ 2"°*, et l'on prend la moyenne. La différence entre les déviations pendant la première demi-minute et pendant la dernière était à peine sensible.
Après avoir déterminé aI|, on ferme le robinet S2, et l'on fait entrer l'air dans l'appareil de diffusion par S| ; le tube B| est alors enlevé et remplacé par B^. Avant de faire des observations avec F2 relié à l'électromètre, il faut vérifier si le joint entre les deux disques est hermétique : dans ce but, on ferme S| et l'on ouvre So, de façon à laisser pénétrer dans W4 un peu de l'air venant de l'appareil de diffusion. On ferme alors S^ et l'on observe le manomètre : on a trouvé que l'air pénétrait dans l'appareil avec une vitesse inférieure à Yoôô ^^ celle avec laquelle il rentre quand S| est ouvert.
On détermine alors aij de la même façon que /i|. On prend soin, dans tous les cas, de se servir pour les observations de la même portion de l'échelle de l'électromètre.
Généralement, on déduit /ij d'observations faites toutes les demiminute. Comme n^ est beaucoup plus petit que /la, on a pris pour sa valeur la moyenne d'un certain nombre de déterminations faites pendant que l'image de la fente éclairée parcourait toute la portion de l'échelle utilisée pour la détermination de /?2-
Les Tableaux suivants donnent les résultats d'expériences effectuées sous différentes pressions, avec de l'air sec et de l'air humide. P désigne la pression en millimètres de mercure, V la vitesse moyenne de l'air dans les tubes T|, 0 la température de l'air pendant l'expérience-
J.-S. TOWTCSEXD.
Air sec.
loos
posîufs.
I«ins
né^lifs.
io5
io,6
4oo
4io
3oo
Air saturé de vapeur d'eau.
Ions
positifs.
Ions
négatifs.
rentin^lres par seconde.
La relation entre le rapport ^ = — et le coefficient de diffusion
(le rapport j ayant la valeur 8 ) peut être représentée par une courte
Fig. 3.
Courbe représentant la relutéon entre K et y quand #1 = 8 /,.
as
kfiS' ^) ^lysiï^t pour ordonnées jK et pour abscisses ^ — Tv^'^^ à laide de cette courbe on peut déterminer les valeurs de K correspondant
à différentes pressions. Ces valeurs sont données dans les Tableaux suivants :
Air sec.
Ions
positifs.
Ions négatifs.
'kT^
PxKj.
""kT^
Px K
3oo
o,io3
Air saturé de vapeur d'eau.
Ions
positifs.
Ions négatifs.
Px K,.
mm
4oo
Il résulte de ces Tableaux que, dans chaque cas, la vitesse de diffusion des ions dans un gaz est inversement proportionnelle à la pression du gaz.
Les coefficients de diffusion sous la pression de ^«ja"'"* montrent, par rapport à cette loi, un écart qui semble un peu supérieur à l'erreur probable des expériences, mais on ne pouvait espérer un meilleur accord entre les valeurs des produits P X K, à moins que la température de Tair n'eût été la même dans tous les cas. On remarquera que les expériences effectuées sous la pression de 772'"'" l'ont été avec une température de l'air plus élevée que dans les autres expériences.
