NOUVELLES PROPRIÉTÉS DES RAYONS X

Par L. BENOIST et D. HUKMUZESCU.

Comptes rendus de l'Académie des Sciences, séance du 3 février 1896.

En présence des diverses hypothèses par lesquelles on a essayé d'expliquer les récentes expériences sur les rayons X, nous nous sommes proposé d'étudier l'action de ces rayons, en dehors et assez loin du tube de Crookes qui les produit, sur des corps électrisés soustraits à la fois à toute action lumineuse et à toute action électrique extérieure.

Nous avons fait agir les rayons d'un tube de Crookes, qu'actionnait une assez forte bobine, sur les feuilles d'or d'un éleclroscope Hurmuzescu, éloignées d'environ 20*^"' du tube, et successivement chargées d'électricité positive et négative.

Dans cet élertroscope, le système conducteur isolé est à l'intérieur d'un cylindre de Faraday, formé par une cage métallique rectangulaire, qui est mise en communication avec le sol, et que ferment deux vitres mobiles dont on peut à volonté changer la nature. L'isolement obtenu par un disque de diélectrine que recouvre le tube de garde permet une conservation parfaite de la charge pendant plusieurs mois.

C'est en remplaçant successivement, par différentes plaques énumérées plus loin, la vitre en regard du tube de Crookes (* ) que nous avons obtenu les résultats suivants :

Les rayons X déchargent immédiatement et complètement l'électroscope, plus rapidement si la charge est négative que si elle est positive. Celle action se produit au travers de plaques métalliques (aluminium) formant écran parfait, aussi bien au point de vue lumineux qu'au

(') Celles qui étaient bonnes conductrice-» se trouvaient ainsi directerneni reliées au sol; les autres étaient doublées, du cùté des feuilles d'or, par une plaque d'aluminium, de ^ de millimètre d'épaisseur, dont nous avions préalablement établi le rôle.

NOUVELLES PROHBIÊTÉS DES RAYONS X. 8l

point de vue électrique. Elle se produit avec des degrés très différents de rapidité selon la nature et Tépaisseur des corps interposés. Nous a\ons donc ainsi à notre disposition une méthode nouvelle d investi- «ration applicable à Tétude de ces rajons et devant permettre d'obtenir sur leur véritable nature des indications importantes.

Cette méthode permet, en même temps, de réaliser sur ces rayons une expérience de cours, très simple et très démonstrative. V oici le résumé de nos premières expériences : La plaque à étudier étant mise en place, Téleclroscope chargé à 4o° de <li vergence environ, le tube de garde replacé, le tube de Crookes mis en activité, nous avons observé :

I • Papier noir (seize feuilles superposées), la chute des feuilles d'or eî>r immédiate, et complète en quelques secondes; elles ne se relèvent pas:

2" Plaque de laiton de ^ de millimètre d'épaisseur, aucun chan- {;ement dans la divergence des feuilles d'or;

3" Plaque daluuiinium de ~ de millimètre, chute immédiate, complète en quelques secondes; même résultat avec des plaques d'aluminium atteignant jusqu'à i""" d'épaisseur et même plus, et le tube de Crookes étant éloigné jusqu'à 3o*""; la chute complète des feuilles d'or exige à peine quelques secondes de plus.

Nous avons soigneusement vérifié la valeur électrique de l'écran métallique formé par la cage et la plaque mises au sol.

Les corps qui se laissent traverser facilement sont ensuite l'argent en feuilles battues, des feuilles de papier imbibées de dissolutions métalliques, la fibre vulcanisée, la gélatine, le celluloïd, l'ébonite, létain, etc.

Ne se laissent pas traverser, au moins sous les épaisseurs employées : le laiton, le zinc, le verre, la porcelaine dégourdie (3'"™), etc. -Nous ne donnons encore aucun résultat quantitatif, nous proposant de développer l'emploi de notre méthode d'investigation à l'égard des rayons X { ' ) .

(') Ces recherches ont été effectuées au laboratoire de M. Lippmunn, à la Sorbonne «"février 1X9»».

Par Eugène BLOCH.

L'ionisation par le phosphore. — Le point de départ de ces recherches (') et leur objet principal ont été Télude de V ionisation par le phosphore. On sait depuis fort longtemps que Tair avoisinanl ua bâton de phosphore possède une conductibilité électrique exceptionnellement grande. Cette conductibilité est, du reste, liée à l'oxydation du phosphore et elle est toujours accompagnée de la production d'un nuage formé principalement d'oxydes et d'acides du phosphore, et mêlé d'ozone. Mais le phénomène se présente avec une complexité telle et des caractères si singuliers qu'il se distingue nettement des cas de conductibilité gazeuse ordinaires. Diverses questions se posent à ce sujet : quel est le mécanisme de la production de la conductibilité? Quelle est la nature de cette conductibilité? Les controverses sur ces questions ont été très vives, ainsi que l'on pourra s'en rendre compte par l'étude des travaux publiés à leur sujet (^).

En ce qui concerne le second point, la plupart des auteurs (Barus, Harms, etc.) ont toujours admis implicitement l'hypothèse d'une ionisation du gaz, c'est-à-dire la présence de charges électriques libres dans le gaz. Schmidt, au contraire, est nettement opposé à celte hypothèse. D'après lui, le nuage qui avoisme le phosphore jouerait le rôle essentiel dans la conductibilité; mais, loin de renfermer des charges libres, il serait formé de particules conducirices neutres (acides solides du phosphore ?) qui iraient décharger alternativement chaque électrode, comme dans l'expérience classique de la grêle électrique. 11 ne s'agirait donc plus d'une ionisation, mais d'une véri-

(') On en trouvera le détail dans les publications suivantes : Comptes rendus^ déc. 1902, déc. 1903, juin 1904*, Thèse de Doctorat, Paris, juin 1904; Journal de Physique, déc. 1904: Annales de Chimie et de Physique, janvier 1906.

(') Voir la bibliographie complète et la critique de ces travaux dans ma Thèse de Doctorat, dont la plus grande partie a paru aux Annales de Chimie et de Physique. Cette bibliographie s'arrête à mai 1904. Quelques xMémoires ultérieurs seront cités par la suite.

able conveclioli, et la conductibilité du gaz ne serait qu'apparente. Schniidt trouve, en particulier, une proportionnalité approchée entre le courant et la force électroniotrice, conformément à la loi d'Ohm, et cela jusqu'à des voltages très élevés; il voit là une confirmation de l'hypothèse d'une convectioii. Une polémique animée s'est engagée sur ce sujet en Allemagne, el elle se poursuit encore. Nous verrons cependant que l'on peut arriver maintenant, grâce à de nouvelles expériences, à se faire sur ces points des idées nettes.

Quant au mécanisme de la production de la conductibilité, il est encore fort obscur et loin d'être élucidé à l'heure actuelle. Faut-il attribuer le phénomène à l'action directe de l'oxygène sur le phosphore? F'aut-il, au contraire, avec Harms et Guggenheimer (*), attribuer à l'ozone ou à la vapeur d'eau le rôle essentiel? Les expériences ne me paraissent encore ni assez variées, ni assez rigoureuses pour permettre de décider entre ces hypothèses et d'autres que je me dispense d'énoncer.

Dans les expériences que je vais relater, je n'ai pas abordé, en réalité, la question de l'origine de la conductibilité. Je me suis placé dans un cas où se produisait une conductibilité intense et me suis proposé d'élucider la nature de cette conductibilité; cette question paraissait déjà assez embrouillée pour mériter une étude spéciale. J'ai cherché aussi à rendre mes expériences aussi comparables que possible à celles des autres physiciens qui se sont occupés de la question, afin de pouvoir faire définitivement un choix parmi les faits et les opinions contradictoires émises sur ce sujet.

Méthode employée. Mesure de la vitesse d'un courant gazeux. — J'ai employé constamment une méthode de courant gazeux. Le phosphore est placé dans un tube de verre à température à peu près constante, et l'on envoie dans ce tube un courant d'air très régulier €t très sec, qui est ainsi rendu conducteur. La régularité est obtenue en faisant écouler l'eau d'un vase de Mariotte dans un récipient d'on l'air est chassé progressivement à un taux constant. La dessiccation est réalisée très rigoureusement à l'aide d'un long sécheur chimique reîPfermant les substances habituelles (en dernier lieu une colonne d'anhydride phosphorique de i™de longueur). On ne peut prétendre par ce moyen obtenir sûrement les mêmes résultats que si le phosphore, lui aussi, avait été purifié et desséché, et l'intervention d'une

( ' ) PhytikalUche Zeitschrift, i4 juillet 1904.

84 Et GÈNE BLOCH.

Irace de vapeur deau dans le phénonii'iie reste possible. Mais la dessiccation rigoureuse de Tair avait surtout un avanta{^e principal, n'vélé par l'expérience : les phénomènes électriques qui, a\ec de lair humide, sont 1res intenses, mais très capricieux, deviennent, avec de l'air sec, moins intenses, mais remarquablement ré{;uliers, surtout au bout de quelques jours. Une étude quantitative sérieuse des phénomènes devenait dès lors possible.

L'air sec qui a passé sur le phosphore et acquis des propriétés électriques régulières passe ensuite dans l'appareil (variable) où Ton étudie ces propriétés, et enfin dans un appareil où l'on mesure sa vitesse : la connaissance de cette vitesse est, en eilet, indispen.sable dans tout ce qui va suivre. Le procédé qui m'a servi à vériiier la régularité et à mesurer la vitesse du courant d'air est fondé sur la viscosité de ce gaz. On le fait passer à travers un tube de verre ^20"" de long, •^min jç large) entre les extrémités duquel on a établi une dérivation de même diamètre disposée comme l'indique la figure 1, et contenant

une bulle de xjlène. L'écoulement même du gaz produit entre les extrémités du tube une diflerence de pression /> qui, d'après les lois de la viscosité des fluides, est reliée au débit L par la formule de proportionnalité

et peut, par suite, permettre de le mesurer; dans la formule a et/ désignent le rayon et la longueur du tube, ix le coeflicient de viscosité de l'air (i»,oo2 environ). Avec les données numériques précédentes, on trouve, pour un débit de 10""', une différence de pression de 190 baryes. Or la dérivation à bulle de xylène fonctionne comme un manomètre sensible du type Topler; les déplacements de la bulle peuvent être exactement appréciés en pointant une de ses extrémités avec un viseur porté par le chariot d'une machine à diviser; ils sont proportionnels à la différence de pression et, par suite, au débit qu'il s'agit de mesurer. A la différence de pression de 190 baryes calculée ci-dessus, il est facile de faire correspondre un déplacement de

4*^™ pour la bulle de xjlène, et de la mesurer, par conséquent, à j-j^ près au moins. On peut ainsi, par un moyen à la fois précis et sensible, non seulement suivre à Toeil les moindres variations du débit, mais encore mesurer celui-ci en valeur absolue à la suite d'un étalonnage convenable. La méthode a de plus l'avantage de n'altérer en rien le courant gazeux.

Existence d'un courant de saturation. La conductibilité est due à des ions. — On peut d'abord constater la conductibilité du gaz en l'envoyant à travers un condensateur cylindrique dont l'armature extérieure est chargée et dont Tarmalure intérieure est reliée à un électromètre. L'électromètre est du type Curie et de sensibilité moyenne (4oo divisions pour i volt à 2"*). L'aiguille est chargée à un potentiel fixe, une des paires de quadrants est reliée à la cage et l'autre à l'appareil dont on étudie les variations de potentiel.

Aussitôt que l'on a isolé, par un interrupteur actionné à distance, cette paire de quadrants qui était, elle aussi, reliée primitivement à la cage, si le gaz qui circule dans le condensateur est conducteur, le champ qui y règne amène les charges d'un certain signe sur l'électrode centrale, et l'électromètre dévie avec une vitesse qui donne une mesure de la conductibilité.

On trouve ainsi en premier lieu que les charges des deux signes se comportent exactement de même et peuvent être extraites du gaz en quantités égales dans des temps égaux. Le gaz ne transporte au total aucune charge. En second lieu, si la vitesse du courant gazeux reste constante et si l'on fait croître le potentiel de l'armature externe du condensateur, le courant mesuré par la vitesse de déviation de l'électromètre croît et tend vers un maximum (courant de saturation), ^condition que le condensateur soit assez long et que la vitesse du gaz ne soit pas trop grande. Ce fait ayant été contesté (*), il ne sera peut-être pas inutile de citer les quelques exemples suivants, pris ^ntre beaucoup d'autres, et de donner les courbes représentatives ('es temps étaient mesurés avec un chronomètre donnant le cinquième de seconde) :

(') ScHMiDT, Phy$. Zeitschr., !•' août 1904.

IMjti^

ni*

f»» 3rr«-i>îiia ti?s 'r%s^TVi^wtft^ b saturation •^iin^ 3»»rif*ntfîLC -fîiàfcfo Teiisteiice de 1 io-

^ teiTfCftS TêCZ

fûnfêlion /lu ^;*z. Il v a r-f-pf-ndanl une importante différence enire le é'itn ;f/'hi^l /ff c#;lfji d/fs ravons de R«înl^en, par exemple : le courant iU* •«iMr^ff ion n'#'%l alt/'int f n jr^-néral que pour un voilage relatixemenl ^li'V^/ ToMf Mî ffHn%i* comme si les ions actuels se déplaçaient dans le

j;az beaucoup plus difficilenienl que les ions ordinaires. On pourrait attribuer celte différence à ce que Toxydation de la vapeur de phosphore entraînée continue à l'intérieur du condensateur cylindrique el à c^ que, par suite, de nouveaux ions s'y produisent à mesure que les anciens sont arrêtés par le champ. Il est évident, en effet, que dans ces conditions la saturation serait beaucoup plus difficile; et c'est une hypothèse de ce genre que fait J.-J. Thomson pour expliquer certaines expériences de Barus.

L'expérience m'a montré qu'il fallait y renoncer. Si, en effet, on place à la suite Tun de l'autre deux condensateurs cylindriques analoj^ues au précédent, et si la conductibilité du gaz est tout entière produite avant l'entrée du gaz dans le premier condensateur, un champ suffisant créé dans ce condensateur arrêtera tous les ions et >upprimera entièrement la conductibilité du gaz. L'électromètre relié, comme tout à l'heure, à l'électrode centrale du second condensateur chargé, ne devra pas dévier. Dans le cas contraire, il devra évidemment subsister une conductibilité appréciable au second condensateur, (|ui pourra même croître si l'on éloigne les deux condensateurs l'un de l'autre. L'expérience, répétée avec les courants gazeux et les dispositions d'appareils les plus variées, a toujours donné le même résultat : la conductibilité du gaz /»eut toujours être supprimée par un champ suffisamment intense et ne reparait pas enutite progressivement dans le gaz. On est donc conduit à attribuer la difficulté de la saturation à la faible mobilité des ions.

Mesure des mobilités. — La seule manière d'acquérir à cet égard une certitude était de mesurer la mobilité des ions. J'y suis parvenu en modifiant convenablement la méthode, dite des courants gazeux, imaginée par Mac Clelland pour l'étude des gaz de la flamme et perfectionnée par Zeleny (*) qui l'a appliquée au cas des rayons de Runtgen. Je ne détaillerai pas ici les différentes formes que je lui ai données de mon côté, me bornant à exposer la dernière et aussi la plus exacte, qui emploie l'électromètre comme appareil de zéro. Dans l'axe d'un tube métallique C traversé par le gaz uniformément ionisé, on a placé deux électrodes isolées \ et B de même diamètre, mais dont la seconde est plus longue que la première. Le courant gazeux va de A en B et les deux électrodes sont respectivement reliées aux

(' j Voir la traduction du Mémoire de Zelenv dans ce Volume.

El'GENK BLOC H.

deux ();iiro île (|uaciraiit< d'un électroiiiêtre donl Tai^uille est <:lîar^ée. Fllle> «♦«ml |iriiiiiti\einenl au poteiitiel zéro et pruvenl être isolées sifiiullanéiiient au nioven d*un interrupteur double actionné par un élertro-ainianl. I^e tube C, lui, peut être chargé à des potentiels

Fig. 3.

Ac

\arial>le^. Le calcul montre aisément que, |)Our une \ilesse donnée du c<iurant j^azeux. si l'on isole brusquement les deux systèmes \ et B, réleclromèlre déviera dans un sens ou dans Fautre suivant que le potentiel du tube C sera supérieur ou inférieur à une certaine valeur critique \ . On peut s'arranger de manière que les capacités des deux systèmes isolés reliés aux deux paires de quadrants soient sensiblement é{;ales. I3ans ces conditions, si l'on a réussi à réaliser l'équilibre à Télectromètre, la mobilité se <*alculera par la formule

dans laquelle L représente le débit total de ^slz (mesuré au manomètre Tripler), a, />, /, les rayons de l'électrode centrale et du tube C et la lonf;ueur de Télectrode A.

Une discussion ai)profondie montre (railleurs que la méthode s'applique plus exactement aux ions de faible mobilité qu'à ceux donl la mobilité est forte; elle a de plus l'axanta^e très précieux de réaliser la mesure par une seule expérienc^e, par la simple constatation d'un é(|uilibre.

Klle m'a conduit au résultat <;énéral suivant : la mobilité des ions positifs et négatifs produits par le phosphore est pratiquement la même; elle varie un peu suivant les conditions de l'expérience et l'état du phosphore. Elle reste comprise entre j^ de millimètre et jjj de millimètre, et elle est le plus souvent voisine de ^, de millimètre, h'i/e est donc au moins mille fois plus faible en moyenne que la mobilité des ions des rayons de Riintgen,

Ce résultat explique et précise ce qui a été dit plus haut à propos des courbes de saturation. Il explique aussi la plupart des anomalies

observées par Bariis, Schiiiidl, etc. H montre enfin que les ions produits par le phosphore appartiennent à une catégorie distincle de celle des ions ordinaires, dont la mobilité est de Tordre de i^'" par seconde dans un champ de i volt par centimètre.

Mesure du coefficient de recombinaison et du rapport &. — Ce résultat est confirmé par la mesure du coefficient de recombinaison des ions. Ce coefticient a été mesuré par la méthode de courant gazeux que Townsend (') avait appliquée aux ions des raycms de Rimtg^în : la méthode a simplement été adaptée au cas actuel et rendue électrostaliquemenl rigoureuse par une disposition particulière des appareils. Les nombres trouvés oscillent entre i et 5, alors que dans l'air ordinaire, dénué de poussières, et ionisé par les ravons de R«'mtgeii, Townsend avait trouvé 34oo. Ici encore le coefficient est d'une petitesse anormale et en accord avec la petitesse deî» mobilités (^).

J ai aussi transformé en une méthode de courant gazeux la méthode indiquée par Langevin (*) pour la mesure du rapport s. (rapport du coefficient de recombinaison a au produit par /^iz de la somme des mobilités des ions des deux signes). J'ai été conduit ainsi à des ninnhres, du reste provisoires, dont l'interprétation est rendue assez délicate par la présence dans le gaz de nombreuses poussières, mais 4uisonl, en gros, d'accord avec les résultats précédents (*).

Les phénomènes de condensation. — Barus avait découvert que Tair (|uia\oisine un bâton de phosphore active la condensation d'un jet de vapeur d'eau, de la même manière qu'une aigrette ou que le radium. Mais ses expériences tendraient à faire penser que cette condensation est en quelque sorte indépendante de la conductibilité du

gaz.

Ayant trouvé pour les ions du phosphore une mobilité exception-

(') Phil. Trans.y t. C\CIII, 1899. traduil dans ce vuiurno.

(•' Harrns, dans un travail rérenl {Jahrbuch der Radioaktivitàt und Elektronik, t- 1. 1901. p. 291), arrive à un résultat nolabicnienl supérieur au précédent pour le coeffirienl de recombinaison qu'il trouve égal à i^oo, alors que les nombres qu'il <^Onnf p<»ur les mobilités sont tout à fuii d'accnrd avec les miens. Cetle valeur de a, olUenue par extrupolaiion au moyen de la loi de variation de a avec la pression donnée par langevin, paraît des plus douteuses cl est, du re-te. en désaccord avec 'urdre de grandeur des mobilités.

(', Ann. de Chim. et de Phys., l. \XVII, 1903. Voir les extraits dans ce volume.

(') Cette méthode a clé perfectionnée et appliquée par M. Langevin et moi aux j;az ^^ la tiamme {Comptes rendus, i\ novembre 1904).