CHAPITRE II

Description d’un spectrographe de masse à forte luminosité.

Nous donnons dans ce chapitre les caractéristiques principales du spectrographe de masse auquel nous avons appliqué notre lentille. Le schéma en est reproduit figure 4 et la photographie planche II (p. 32). Après une brève étude des diverses parties de l’appareil, nous revenons en détail, à la fin du chapitre, sur quelques points que nous considérons comme particulièrement importants.

1° Description générale.

4. Source d’ions. — Les ions sont généralement produits dans un ballon B en verre Pyrex, de deux litres de volume, prolongé selon les extrémités d’un même diamètre par des tubulures coniques rodées. L'une de ces tubulures s'engage sur la pièce ombrée J qui porte la cathode. Celle-ci est en aluminium et le plus souvent concave. Percée d’un trou de 4 mm. de diamètre et refroidie par une circulation d’eau intérieure à J, elle est fixée à 15 mm. en arrière du collet du ballon. Dans l’autre tubulure rodée s’encastre une pièce de laiton A, formant à la fois anode et anticathode, qui est terminée vers l'intérieur du ballon par une pastille vissée, généralement en fer, dont la forme peut être étudiée pour porter des substances émettrices de rayons anodiques

(sels de lithium par exemple). À est refroidie par une circulation d’eau sous tension, réalisée à l’aide d’un petit réservoir et d’une pompe isolés; un courant d'air sous pression empêche l’échauffement des parois du ballon. Le tube à décharge est protégé contre l'influence du champ magnétique par un écran de fer S. L'action de cet écran est du reste insuffisante en raison de l'évidement central qu’on est obligé de lui faire subir : l’intensité du courant qui franchit le diaphragme cathodique est diminuée de moitié quand l’électro-aimant est mis en marche.

La haute tension est fournie par un condensateur (110 000 volts, 14 milliampères) de la Compagnie de Radiologie. Le milieu du circuit secondaire est à la terre et les deux pôles opposés sont reliés à deux kénotrons qui laissent passer chacun alternativement une demi-onde positive qu’on envoie sur l'anode. La puissance est commandée sur le primaire par un autotransformateur. En dérivation sur le ballon nous plaçons un condensateur de 0,02 microfarad, suivi de deux résistances bobinées de 100 000 ohms chacune. La stabilisation qui en résulte est discutée paragraphe 8 (p. 44). Nous opérons généralement sous 4o kilovolts avec un débit de 10 milliampères et une pression de l'ordre de 10 baryes. Celle-ci, mesurée une fois pour toutes à la jauge de Mac Leod, est contrôlée en valeur relative par la longueur de l’espace sombre de Crookes, qui est voisine de 12 cm. Dans des essais antérieurs nous employions pour source de tension une bobine d’induction alimentée par un interrupteur à jet de mercure. Les potentiels obtenu$ sont de grandeur comparable mais les débits sont considérablement plus faibles pour le même état du vide (de l’ordre de 1 milliampère), en raison de la faible durée des impulsions.

Après évacuation du ballon et fermeture du robinet R,, un débit continu de gaz est établi à l’aide de l’arrangement schématisé figure 5. Le pompage compensateur se fait automatiquement à travers le diaphragme cathodique. C’est la

LOUIS CARTAN

. ‘2[IQOU 99819) ‘1 ‘4 SISSEU9 OT

osS1[n09 o[jonbe] suep o4n

-Jedw09

‘281849 2p Juou) 9[ 1UE[OSI JOUI{OY ‘Y

*N 2n91d9991 ow9sÂs a]

jueyiod onbijjeou neoyelq ‘q ‘uoJeq ne *sin999[9S sdueqn ‘4 suoddez Jed opoyieo e] ep "2[[NU9T ‘T 98e1)u99 9j Jueansse 99914 ‘f “oçdnos oqnE ‘I *SUOI Sop An9Jonpoud uo|eg ‘4 ‘anbrouSeu ueior *S ‘"2pouY ‘V

: oqdeiSoussds np ewayos — ‘ÿ ‘Six

YI9MJOH -2p aduwog

uGL ol vec

JIP,P 9aJJu9 n0 aJIEUIWI ad <— | adu04 y n—

*SUNALIA ‘ot) LA NOSSVIN

‘“ouydeiSouoods np aiydes$ojoqq

II AHONVTd RUEIL

vitesse de l'écoulement dans le capillaire c qu’on règle, en cours de marche, à l’aide d’une colonne mobile de mercure qui commande la pression en v,. Une réserve de gaz est gardée dans le volume »,. Divers robinets facilitent les

Spectrographe

Fig. 5. — Système d'introduction des gaz.

manipulations nécessaires. Canalisation d'entrée de gaz

.comme canalisation de pompage aboutissent sur le ballon à hauteur de la cathode, afin d'éviter tout retour de décharge sur le mercure ou sur la pompe.

2. Diaphragme. — Immédiatement derrière la cathode est placé le diaphragme qui joue le rôle d’objet pour la lentille. C’est un trou circulaire de diamètre variable (de o mm. 1 à o mm. 5), percé dans une feuille métallique de : mm. d’épaisseur. Cette feuille forme la base d’un manchon cylindrique qui est enfoncé avec frottement dans le canal central de la pièce J. Elle peut être saisie à travers le ballon à l’aide d'une pince et facilement échangée. Le choix du métal dont elle est formée est important. Le laiton et le fer sont rapidement

os

détruits par l'impact des rayons positifs ; l'aluminium, par contre, nous a donné d'assez bons résultats. Encore faut-il que son adhérence à la pièce refroidie soit excellente, sans quoi l’on a tôt fait d'atteindre sa température de fusion. Un rubis d’horloger que nous avions tenté d'utiliser s’est ainsi trouvé détruit en 5 minutes, en raison de sa mauvaise con-

ductibilité calorifique.

3. Lentille. — La pièce J et le tube souple T qui la suit sont destinés à assurer sous vide le centrage du faisceau ; une description détaillée en sera donnée plus loin ($ 7). Ensuite vient la lentille L, qui est de révolution autour de l'axe général de l'appareil. Il y a dans sa construction une partie délicate : l’électrode centrale doit être bien parallèle aux faces planes qui la bordent de part et d’autre. Nous sommes parvenu à réaliser ce parallélisme en supportant l’éléctrode, dans son propre plan, par deux tiges métalliques qui s’enfoncent dans l'âme de deux longues pipes coniques en Pyrex, rodées elles-mêmes dans des bossages rigoureusement centrés par des procédés mécaniques, Une de ces pipes ressort en noir sur la figure 5 et le montage, vu de face, a le même aspect que celui de l’électrode isolée E du champ électrique. L'électrode de la lentille a la forme d’un disque de 5 cm. de diamètre, supporte la grille en son milieu et a une rigidité suffisante (o mm. 5 d'épaisseur) pour ne subir aucune déformation au cours des manipulations. On la met en place en enlevant la partie arrière de la lentille qui est fixée par un rodage plan graissé et quelques vis. Les divers types de grille utilisés ont été décrits dans le chapitre précédent ($ 7), de même que les caractéristiques de la lenulle en largeur et en ouverture. La tension est donnée par un généraleur à 5 000 volts alimenté sur le secteur alternatif et stabilisé sur le primaire par des lampes fer-hydrogène, sur le secondaire par des lampes au néon.

4. Champs sélecteurs. — A 8 cm. de la lentille règnent horizontalement les champs sélecteurs, en E.

Le champ électrique est obtenu entre deux disques de 9 cm. 5 de diamètre distants de ro mm. L'un d’eux est solidaire de la masse de l'appareil. L'autre, isolé, est introduit et fixé par le même moyen que l'électrode de la lentille. Les tensions utiles varient de 500 à 1 000 volts. Elles sont données par des piles ou par un générateur à 1 200 volts alimenté sur le secteur. Le montage doit être réalisé avec le plus grand soin. Si le champ n’est pas très homogène, il est difficile de lire les clichés avec précision : les raies s'écartent de la forme parabolique, elles sont dissymétriques par changement de signe de la tension et l'identification de leur masse devient incertaine.

On évite mal, de toute façon, la polarisation des électrodes ; elle est même d’autant plus marquée sur notre appareil que les courants d’ions sont plus intenses. Des charges viennent adhérer aux plateaux, diminuent le potentiel réellement appliqué et le diminuent de façon irrégulière car leur densité est plus grande au centre du faisceau que vers les bords. Les divers rayons du faisceau sont donc irrégulièrement déviés et leur région de concentration sur la plaque photographique s’en trouve élargie de plusieurs dixièmes de millimètre. En pratique, l'effet est négligeable quand l’électrode isolée est à une tension positive, car ce sont les charges négatives qu’elle attire alors et leur proportion est très faible, tandis que la mise à la terre de l’électrode opposée suffit à dissiper l apport des charges positives perturbatrices. C’est ce sens de champ que nous avons adopté dans nos essais de collection des isotopes. Mais, pour prendre des photographies, il est bon de pouvoir utiliser aussi l’autre sens de déviation. La dorure des électrodes, qui fut employée par Aston avec un succès partiel [21], ne nous donna pas de résultat appréciable. Après divers essais, nous avons trouvé que l'introduction de condensateurs de forte capacité (de 20 à 50 microfarads)