PRODUITS PAR LES RAYONS RONTGEN

Par J.-J. THOMSON.

Tradait de l'anglais par P. LUGOL.

Philosophical Magazine, t. XLVI. 1898, p. 5a8-545'

Le principe de la méthode employée pour mesurer ces charges est le suivant : en mesurant le courant (entretenu par une force électromotrice constante) qui traverse un gaz soumis aux rayons Rontgen, 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 \itesse 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 e,

La méthode employée pour déterminer n est fondée sur le fait suivant, découvert par M. C.-T.-R. Wilson (^) ; dans de l'air débarrassé 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 poussières, il se dépose une quantité de vapeur d'eau définie et calculable, grâce à l'abaissement de température dû à la détente adiabatique. Quand le gaz est exposé aux rayons Rontgen, les ions produits

(•) Phil. Mag., t. XLIV, 1897, P- k'ii; Journ. de Phrs., 3- série, t. Vil, 1898, p. io4; ce Volume.

(') Phil. Trans., A. 1897, P* ^^^î "^oyez également ce Volume.

SL'B LA CHARGE ELECTRIQUE TRANSPORTEE PAR LES IONS. 8o3

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'effet 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 Tinterférence entre les rayons qui ont traversé (les 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 Texpérience a montré que dans ce cas les ions ne sont pas tous précipités par le nuaf^e. Si en eiïet 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 reflet de l'exposition aux rayons Rôntgen. Quand le nuage est assez léger pour que l'on puisse admettre <]n*il contient tous les ions, les anneaux sont trop pâles pour se prêter aux oiesurcs.

La méthode finalement utilisée pour mesurer la grandeur des l^outtes 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, (jl le coefficient de viscosité du gaz dans lequel elles tombent, et g Tinteusilé de la pesanteur.

(') Applications of Dynamicê to Physics and Chemistry, p. 164.

Ko4 j--*.

On (iéUrmïnàit U \iu»Hi en ob!ierv;ftax le fieBftî^ aûi> par la couche supérieure do mu^e. qui éttit «frlain^ par am»^ laiBf<ie a arr. à tomber d'une haot^or doooé^: de^ ofari«rvaûi>i» £àÉc«:f ssr <dîfféreiiles hauteurs a% aient okoatré La eooslanee de U «itesâ« «ie càinte. de sorte que le§ goutter avaient atteint leur % itérée limite.

J'ai commencé par faire de» empérienee» p>û«r «avoir >i les gouttes du nua^e formé par détente étaient dépot^g.» anioar des ions qui donnaient an çaz sa eondortibîiité éieetriic|ae: ce point est capitii, puisque la métfarwie emplovée dans ce Mémoire poar déterminer h charge transportée par un ion repose sur rhTpotliêse que la production du krr^uiliard par détente est due à Fioniçation du gaz. et que chaque ion peut jouer le rôle de nojau pour one goutte d'eau.

Tout d'alM>rd« il eiiste une preu%e directe du pouvoir d'une particule électrisée d'agir comme norau 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 t montré que la détente détermine un brouillard dans de l'air débarrassé de poussières quand une électrode r décharge de l'électricité ('). Une preuve plus directe du fait qui nous occupe est donnée parFeipérience suivante : si les ions produits par les rarons Rontgen agissent comme des novaux de gouttes, aucun nuage ne de\ra se former quand Tair détendu sera exposé à un champ électrique intense pendant que les rajons le traversent, puisque ces ions peuvent être éliminés du gaz par un champ électrique intense. C'est ce que Ton a constaté, et Texpérience est frappante. Deux plaques parallèles étaient placées dans un récipient contenant de l'air débarrassé de poussières; CCS plaques, distantes de 5*"" environ, étaient assez grandes pour comprendre entre elles la plus grande partie de l'air. Elles pouvaient être reliées aux pôles d'une batterie de petits accumulateurs donnant une difl'érence de potentiel de 4oo volts environ. Des rayons Ri'mtgen passant entre les plaques traversaient le gaz qui avait été préalablement débarrassé de poussières. Quand les plaques étaient détachées de Ih batterie la détente produisait un nuage épais; mais, quand elles 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 niptiiil tous les ions. \ ce propos, il est nécessaire d'indiquer que le:

(' ) I oir ce Volume.

SUR LA CHARGE BLKCTRIQUS TRANSPORTBK PAR LES IONS. 8o5

[ 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,40' Car, ainsi que Fa montré M. Wil- 8on('), quand la détente dépasse la plus élevée de ces limites il se produit, même dans un gaz qui n'est pas exposé aux rayons R()ntgen, an brouillard si épais que l'accroissement de condensation dû à ces rajons 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 Rtmtgen étaient inicûses, 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 Rr)ntgen, 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 J.-J. THOMSO?C.

eiit des pous>iêre*» ) el qu'il est nécessaire de produire plusieurs broiiil* lards el de les lais»er lomber, pour que le «xax retienne à son état normal. Les expériences de M. Wilson semblent démontrer que, dans ce ca*», les premiers novaux étaient des gouttes d'eau excessi\ement petites, et la formation du second nuage >emblerait indiquer que. sur les gouttes qui ne de\enaient pas a>>ez grosses pour être précipitées par le premier brouillard, il se déposait un peu d'humidité qui était garantie contre ré\aporation par quelque modification chimique superficielle telle que la formation d'eau oxv gênée.

Quelle que puis>e 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 l'observation du premier nuage. Dans les expériences décrites ci-dessous on a afi'aibli l'intensité des rayons, en interposant des écrans d'aluminium entre l'ampoule et le gaz examiné, jusqu'à ce que la seconde détente n^amenàt pas plus de brouillard qu'il n'y en aurait eu si le gaz n'a\ait 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 la vitesse de chute des nuages formés par des détentes différentes, pendant l'action des rayons. Les résultats de ces expériences sont donnés dans le Tableau suivant :

Pression de l'air, 768""", 08. Température, 18" G.

Durée de chute sur aS""

l>étente.

La masse d'eau déposée par centimètre cube par une détente de k4 est 4î 94 X I <>"" 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 par a le rayon des gouttes (|uand les rayons agissent, par M et 6 les mêmes quantités

avec

sans

les rdyons.

les

rayons