CHAPITRE PREMIER

Rôle et propriétés d’une lentille électrostatique à rayons positifs.

C’est au cours de recherches effectuées avec un spectrographe de masse du type des paraboles que nous avons imaginé et mis au point notre lentille. Ce spectrographe nous ayant permis d’en vérifier les propriétés, il nous paraît utile d’en rappeler dès maintenant le principe.

4. Principe du spectrographe à paraboles (J. J. Thomson). — Le faisceau d'ions positifs, produit par exemple par décharge en gaz raréfié, est étranglé au passage de la cathode par un diaphragme fin S, (fig. 1). Un second diaphragmes,, à quelques centimètres du premier, filtre une direction privilégiée. Les particules admises pénètrent ensuite dans une région où règnent deux champs, l’un électrique, l’autre magnétique, parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction filtrée. Ces champs impriment aux ions deux déviations croisées. Si l’axe des z coïncide avec la direction des particules et l'axe des x avec la direction des champs, la projection du mouvement sur le plan des £x est un arc de parabole (effet du champ électrique), sur le plan des zy un arc de cercle (effet du champ magnétique). La longueur / du

domaine où règnent les champs et les intensités À et 4 de ceux-ci sont choisies assez faibles pour que l’inclinaison de la trajectoire sur l’axe des z reste petite. Dans ces conditions la projection de la vitesse de la particule sur cet axe est sensiblement constante, soit v. Dans le plan des £y, par exemple, l'équation du mouvement est (en grandeur) :

Fig. 1. — Principe du spectrographe à paraboles.

où m est la masse de la particule et e sa charge. La déviation 0 imprimée par le champ magnétique vaut :

La déviation électrique + s’obtient de même en substituant

h à vH :

(1) g——. Al

On reçoit les particules dans un plan æy situé à la distance D du centre des champs. Comme :

193 LOUIS CARTAN

les particules de même masse, ou plutôt de même rapport de la masse à la charge, se groupent sur des paraboles : 2 e H?

tandis que les particules de même énergie tombent toutes à la même distance de l'axe des y. En pratique on observe une série discontinue d’arcs de paraboles correspondant aux valeurs discontinues de la.masse (la charge e est le plus souvent égale au quantum élémentaire d'électricité). Ces arcs sont limités à une même parellèle à l'axe des y, caractéristique de l'énergie communiquée aux ions par la totalité de la tension accélératrice appliquée au tube producteur.

2. Nécessité d’une focalisation. — Ce spectrographe n'’assure de focalisation d'aucun genre. Les diverses énergies sont étalées le long de chaque parabole. Le trou cathodique S, qui isole un pinceau fin doit avoir un diamètre nettement inférieur à la largeur désirée des raies ; il est en pratique de l'ordre du dixième de millimètre et ne laisse passer que le millième de l'intensité produite. Ce rendement se trouve encore considérablement réduit par l'intervention du diaphragme S,. Dans un appareil de 50 cm. de long, donnant des paraboles de o mm. 5 de large, l'ouverture du pinceau admis par S, n'excède pas le millième de radian alors que les ions se répandent en fait dans un angle dont l’ouverture est cent fois plus grande. Avec d’autres causes de perte secondaires, l'intensité recueillie sur une parabole, dans les premiers essais effectués sur notre spectrographe, était de l’ordre de 10-!? ampère pour un courant initial de 1 milliampère.

Une lentille agissant sur les ions positifs permettrait, si elle était mise à la place du diaphragme $,, de concentrer sur la plaque photographique tous les rayons divergents issus de la source quasi-ponctuelle S,. Un simple réglage de champ permettrait de donner à sa distance focale f la valeur

nécessilée par la géométrie de l’appareil ; a étant la distance de S, à S,, b la distance sensiblement constante de $S, au point d'impact du rayon sur la plaque, il faudrait :

Dans notre appareil a — 12 cm. 6, b— 32 cm. 4, f— 9 cm. 1.

On sait que la difficulté est précisément de trouver des types de lentilles dont les distances focales descendent à des valeurs aussi faibles pour des intensités de champs encore pratiquement réalisables. En montrant pourquoi la puissance des lentilles à électrons est insuffisante, nous serons amené à introduire naturellement, dans son principe, la

lentille à rayons positifs que nous proposons.

3. Inefficacité des lentilles à électrons. — Les lentilles électroniques sont de deux types : électrostatiques et magnétiques.

Les lentilles électrostatiques usuelles comportent plusieurs électrodes centrées sur le faisceau mais qui ne Île rencontrent pas. Dans ces conditions, aucune charge électrique autre que celle, très faible, portée par les particules en mouvement n’emplit le domaine que celles-ci traversent au sein de la lentille, D'après l'équation de Poisson :