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en dérivation sur la source de tension suffit à affiner les raies presque entièrement. Leur mode de fonctionnement n’est pas très aisé à comprendre, mais il est probable qu’ils jouent le rôle de volant de potentiel pour l'électrode isolée, comme le faisait pour l’électrode à la masse la forte capacité de l’appareil et du sol.

Le champ magnétique est donné par un petit électroaimant dont les pièces polaires viennent s’appliquer sur les faces planes de la boîte E. Leur diamètre est de 7 cm. ; l’entrefer vaut 25 mm. On est encore loin de la saturation dans les domaines de champ utilisés. Le courant d’excitation est ainsi proportionnel au champ créé (1 ampère environ pour 1 000 gauss), proportionnel aussi à la racine carrée de la masse qui parvient en un point donné de la plaque photographique, circonstance qui rend aisée l'identification des paraboles quand on les fait défiler devant le système récepteur pour en mesurer l'intensité (voir p. 44). Un champ de 2 000 gauss impose la déviation voulue (48 mm.) aux ions de carbone de 25 000 électrons-volts.

5. Détection visuelle et photographique des particules. — Au sortir des champs les rayons se propagent à l’intérieur d’un cylindre de 8 cm. de diamètre, dont l’axe est décaié par rapport au faisceau. Ce décalage permet d'augmenter la dispersion pour un même encombrement total. A la base terminale du cylindre, distante de 24 cm. 4 du centre des champs, est fixé par un rodage plan, soit une simple glace recouverte d’une substance fluorescente, soit un plateau métallique P portant, en même temps qu'un petit écran fluorescent, le système de mesure M décrit plus loin ($ 8 et 9): Nous n'avons pu, jusqu’à présent, trouver de substances fluorescentes qui résistent plus de quelques secondes aux grosses intensités que nous recevons. Willemite ou sulfures de zinc conservent cependant, après un premier éclat, une luminosité suffisante pour qu'on puisse vérifier à l’œil, en particulier avant chaque photographie, le bon état de marche de l'appareil.

La plaque photographique est portée par un châssis À qui coulisse sans frottement à l’intérieur d’une cuve parallélépipédique G. Une poulie commandée de l'extérieur par un cône rodé et graissé assure les déplacements verticaux qui permettent de dégager l'accès de l'écran fluorescent porté par P. Le

. décalage de l’axe du cylindre par rapport au faisceau inter-

dit de faire plus de deux poses sur le même cliché, mais l'inconvénient est minime car la plaque peut être introduite dans l'appareil sans que le vide général s’en trouve compromis. Pour cela, la cuve C est reliée au cylindre par l’intermédiaire d’un robinet conique en métal R, dont l’âme épouse exactement la forme de fente de la cuve (5 X go mm.). Quand la clef du robinet a sa fente verticale, le châssis peut passer à travers elle; quand elle a sa fente horizontale, la cuve se trouve coupée de l’ensemble du spectrographe. On peut alors faire impunément sur ce compartiment isolé, à l’aide du robinet R,;, toutes les manipulations d'entrée d’air et de pompage nécessitées par le chargemént de l'appareil. Une glace G jointe à la graisse permet d'introduire (ou d’enlever) le châssis ; on déplace en même temps la poulie, qui est seulement vissée sur le cône qui la soutient. Sur la photographie de la planche II, une seconde canalisation de pompage est visible ; elle a pour objet de maintenir constamment sous vide l’intérieur de la clef, pour le cas où son étanchéité serait insuffisante. Dans l’ensemble, ce dispositif s'apparente à celui qui fut employé par Conrad en 1930 sur le même type de spectrographe [22].

6. Vide. — Le spectrographe comporte deux étages de vide. Dans le ballon producteur des ions, la pression doit rester assez forte pour que la décharge se produise ; dans la chambre où se propagent les rayons, au contraire, on a intérêt à assurer un vide aussi poussé que possible pour éviter des troubles gênants et notamment la diffusion des particules. Le tube à décharge est donc évacué par une simple pompe à

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palettes et la pression y est maintenue aux environs de 10—? mm. de mercure. La chambre d'observation, elle, est en communication avec une pompe moléculaire de Holweck et la pression n’y dépasse pas 107 à 105 mm. Une lampe à trois électrodes, dont on mesure le courant de grille pour des valeurs données du courant de plaque y sert de jauge à ionisation. Pour un milliampère sur la plaque, on reçoit 0,2 microampère environ sur la grille. II ne s’agit là que d'une moyenne, variable en particulier avec la pression du ballon.

L'étanchéité de l’appareil est assurée par de la picéine, de la graisse à froid ou des caoutchoucs. En soignant particulièrement les montages, nous sommes parvenu à la rendre excellente, malgré le grand nombre .des joints et la nature métallique du spectrographe. Quand il arrive que le fonctionnement de l'appareil soit suspendu pour plusieurs semaines, la pression ne monte pas spontanément au-dessus du dixième de millimètre de mercure. Quand on est contraint de faire rentrer l’air pour une manipulation quelconque, l’état normal de marche est retrouvé en moins d’une demi-heure.

2° Etude de quelques points particuliers.

1. Centrages. — Dans toute la partie métallique du spectrographe, il est facile d'assurer par construction de bons centrages mécaniques. Dans la fabrication du tube à décharge, au contraire, il est impossible d’obtenir mieux qu’une symétrie de forme assez grossière, puisque l'essentiel du travail se fait à la main. Cette imperfection est la source de graves difficultés. La concentration des ions de la décharge en un faisceau relativement fin résulte du dépôt de charges positives sur les parois de verre qui environnent la cathode. Ces charges s'accumulent et exercent bientôt sur les autres particules incidentes une force suffisante pour en repousser

la majeure partie vers l’axe du tube, lequel épouse dans cette région la forme d’un collet étroit. L'emplacement et la direction du faisceau sont donc déterminés par la forme du collet, essentiellement mal connue, et par la répartition géométrique des charges à l’intérieur du tube, toujours un peu variable avec la pression du tube et le débit qui le traverse. La forme de la cathode et son retrait plus ou moins prononcé dans le collet peuvent aussi avoir leur influence, pour autant qu’ils modifient les conditions d'équilibre de la décharge, mais il n’y a aucune raison pour que l’axe de densité maxima du faisceau coïncide avec l’axe de la cathode et passe par le diaphragme collimateur qui est centré sur elle. On a ainsi de grandes chances de perdre une fraction excessive des ions produits et ceux même qui parviennent à franchir le diaphragme ne se propagent généralement pas suivant l’axe du spectrographe. Cette difficulté, bien connue des expérimentateurs qui travaillent surles rayons positifs, était soulignée récemment encore par Aston qui notait (‘) que « le déplacement latéral d’une fraction de millimètre du collet par rapport à la cathode peut faire toute la différence entre le succès et ‘échec, de sorte qu’il n’est pas toujours possible de reproduire un arrangement favorable une fois que le ballon a été démonté ». C’est pour éviter ces tâtonnements longs etincertains que nous avons mis au point un dispositif permettant de retrouver par un réglage simple le montage qui transmet l'intensité maxima.

Un joint plan rodé et graissé permet de réaliser sous vide ce déplacement latéral qui détermine le succès. Notre joint sépare la pièce J en deux parties (fig. 4). Le ballon est fixé à l’une, la cathode à l’autre. Quatre vis s'appuyant sur une gorge commandent le glissement. Pendant que la décharge passe on fait défiler lentement, en manœuvrant les vis, le faisceau d’ions devant le diaphragme, jusqu’à ce que l’inten-

(1) Aston. Mass Spectra and Isotopes. London (1933), 57.

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sité qui parvient sur la grille de la lentille, lue au galvanomètre, soit maxima. Le réglage est très précis : avec des vis dont le pas vaut 1 mm. 25, une rotation de un dixième de tour, correspondant à un déplacement à peine supérieur à o mm. 1, est déjà très sensible quand le diamètre du diaphragme est de o mm. 2. Au voisinage du réglage optimum un déplacement de l’ordre du millimètre suffit à modifier d’un facteur 10 l'intensité recueillie. C’est dire que cette légère complication apportée au montage du ballon à gaz est join d’être superflue. L’arrangement est fort maniable ; nous n'avons, en particulier, rencontré aucune difficulté du fait d’un séchage éventuel de la graisse, qui compromettrait le vide au moment du glissement.

Il reste à faire coïncider le pinceau avec l’axe du spectrographe. Pour cela il faudrait faire basculer le ballon autour du diaphragme pris comme point fixe. Nous n’avons pu y parvenir en raison de l’exiguité que doit conserver la pièce J, mais nous réalisons un mouvement analogue autour de la lentille en jouant sur le tube souple T. Ce tube est en métal tomback. Son orientation est réglable à l’aide de trois tiges réparties à 120° parallèlement à lui. Une des extrémités de chaque tige est fixée dans la lentille par une rotule, l’autre extrémité s'enfonce dans J par une vis sans fin. L’inconvénient de cet arrangement est que, si l’on peut bien donner au faisceau toutes les orientations désirées, on ne saurait l'empêcher de traverser la lentille en une région qui est tou- Jours la même et n’est pas nécessairement centrée. Quand on applique la tension sur la grille, on risque alors d'observer un déplacement moyen des particules qui est dû à l’action de la lentille sur le rayon moyen du faisceau. De fait, avec notre ballon, le faisceau traverse la lentille un peu trop bas et les particules sont relevées. Cet effet rend plus délicate la mesure des déviätions photographiques et c’est à lui que nous faisions allusion dans le chapitre premier (p. 25).Ilest pourtant déjà précieux de pouvoir orienter le faisceau à son gré pour l’em-

L'OPTIQUE DES RAYONS POSITIFS re:

pêcher, par exemple, de buter contre des obstacles ou pour le faire tomber sur un système récepteur dont la position est imposée (voir ci-dessous, $ 8).

8. Collection des particules. — Les particules, déviées par le champ électrique et le champ magnétique, tombent sur le système récepteur M. Celui-ci est essentiellement constitué d’une feuille de clinquant f percée d’une fente (fig. 7). Les dimensions et l'orientation de cette fente sont combinées de manière qu'une seule parabole puisse la franchir. Une cou-

Fig. 6. — Emplacement et orientation de la fente réceptrice.

© pelle métallique c placée derrière reçoit ainsi des ions qui ont tous la même masse. Nous donnons dans ce paragraphe quelques précisions sur la position du système récepteur, les caractéristiques de la fente et la méthode de travail.

Le système récepteur doit être fixé, sur le plateau P, dans une région où la dispersion soit forte. Si x et y sont les coordonnées du centre F de la fente, mesurées par rapport à la

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tache centrale et aux axes de déviation électrique et magnétique (fig. 6), la distance d qui sépare, au voisinage de F, deux paraboles caractérisées par une variation relative de

dm : É masse — , est, en introduisant l’angle « des paraboles avec l’axe des x :

; dm D LSinas ie

Re |.

VAE) Rae

En pratique, il est commode de faire tomber la tache centrale à la même distance que F du centre de P, soit r, afin de pouvoir mesurer par une simple rotation du plateau le courant total en l'absence de champs. Dans ces conditions, æ et y dépendent d'un paramètre unique, +, et l'on trouve aisément que la dispersion est maxima au voisinage de ® — 450; elle vaut alors :

Thin Ce,

Sur notre appareil, r — 28 mm. La parabole correspondant à l’isotope 11 du bore est séparée de ses voisines par 1: mm. 4.

La largeur d’une parabole en son point de concentration est nettement inférieure à cette valeur. D’après les propriétés de notre lentille et les caractéristiques géométriques de notre appareil, cette largeur / dépend du diamètre s du diaphragme cathodique par la relation :

l— 0,18 + 2,6.s millimètres.

Pour s—omm.2, par exemple, /—omm.7. Mais la parabole est élargie, de part et d'autre du point optimum, par le chromatisme de la lentille. Un écart de n o/o sur la valeur particulière de l'énergie qui est focalisée se traduit par une variation égale sur la déviation électrique æ et entraîne un

élargissement 5/ dont on calcule aisément l'expression théorique :

La quantité D qui intervient ici mesure le diamètre du faisceau au passage de la lentille; elle vaut, dans les conditions usuelles de vide et de tension, 3 mm. et se déduit de l'observation du dépôt de carbone recueilli sur la grille. La largeur de la parabole s’accroit donc de omm. 1 pour chaque variation de 1 o/o sur l’abscisse ou l'énergie. Elle atteint 1 mm. 4 (pour s—omm. 2) dès qu’on admet une bande d'énergie large de + 7 0/0, ce qui correspond, étant donné les valeurs de æ (20 mm.) et de « (50°), à 4 mm. de longueur de fente. C’est cette longueur que nous avons adoptée, avec une largeur de 1 mm. seulement afin de ménager l’éventualité d’un léger décalage entre la position de la fente et celle de la parabole qu’elle recueille.

Il faut noter qu'aucune erreur d'orientation n’est possible, car la feuille est supportée par un cône qu’on peut tourner de l'extérieur grâce à un rodage graissé (fig. 7). Le système de mesure auquel est reliée la coupelle ($ 9) permet de vérifier expérimentalement que l’azimut déterminé par le calcul est bien celui pour lequel la fente laisse passer le nombre maximum de charges positives. D’une façon générale, du reste, les divers calculs qui viennent d’être développés sont bien vérifiés par l’expérience.

Le réglage se fait de la manière suivante : par observation sur l’écran fluorescent,. on détermine les valeurs du champ électrique et de la tension de grille qui amènent et focalisent la région la plus intense des paraboles le long d’une verticale symétrique de celle de F par rapport à l’axe des y. Puis on parfait ce réglage en inversant le champ électrique; en opérant sur une parabole spécialement intense (oxyde de carbone), on arrive à préciser les valeurs choisies à 1/50 près. Le réglage effectué sur une parabole est d’ailleurs valable

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pour toutes. La variation du champ magnétique fait défiler les raies devant la fente et leur masse caractéristique est mesurée par le courant d’excitation de l’électro-aimant (cf. $ 4).

La coupelle sur laquelle viennent se fixer les particules doit être pure de toute contamination préalable par la substance chimique à recueillir; sa forme doit être étudiée de manière à éviter les pertes par rebondissement; elle doit pouvoir servir de cible dans les désintégrations nucléaires. Nous n'avons pu malheureusement procéder à la mise au point de ces questions délicates, qui aurait nécessité des essais de bombardement par protons ou deutons avec un générateur dont nous ne disposions pas. Il résulte seulement de notre étude que la pureté des échantillons qui parviennent sur la coupelle est pratiquement parfaite. Les dangers de contamination par l’intérieur du spectrographe sont écartés, du fait que les atomes neutres tombent en un point largement éloigné du système récepteur.

Il nous paraît utile de préciser l’influence du chromatisme de la lentille. Ce chromatisme entraîne un évasement des paraboles qui oblige à ne garder qu’une tranche mince du spectre énergétique des ions. Cet inconvénient serait nul s’il était possible de rassembler à l’intérieur de cette tranche les énergies de tous les ions produits. C’est ce que nous avons tenté en stabilisant la haute tension par des condensaiteurs (cf. $ 1). Le résultat s’est trouvé médiocre. Notre tension est stabilisée à + 5 0/0, ce qui devrait être suffisant puisqu'on peut admettre une bande d'énergie de.+ 7 0/0. Mais l’étalement des énergies dans un ballon à gaz tient, bien plus qu'aux irrégularités de l’onde de tension, à la diversité d’origine des ions et aux chocs inélastiques qu’ils subissent avant la cathode ; si bien que, lorsque notre ballon est alimenté sous 36 + 2 kilovolts, ce sont les ions de 25 kilovolts qui sont en majorité. Cependant nous avons gagné par cette méthode un facteur 2 sur l’intensité recueillie.

À défaut de pouvoir régulariser les énergies des particules, on doit tout au moins s’efforcer d’en réduire la divergence, puisque c'est le diamètre D du faisceau au passage de la lentille qui, d’après (19), détermine la rapidité de l’évasement. C’est là affaire de tâtonnement sur les caractéristiques du tube à gaz etnous n’y insisterons pas. Notons seulement ici que, passé une valeur excessive de D, les avantages même de la lentille sont compromis. Une parabole est faite en effet d’une suite infinie d’images circulaires du diaphragme, dont le diamètre va en croissant à mesure qu’on s'éloigne de la région de mise au point. Si l'élargissement des images est supérieur à la distance de leurs centres, la tache fine du point de concentration est dissimulée sous les taches trop larges des points voisins. Ce trouble est heureusementévité sur notre appareil, mais il apparaîtrait dès que D atteindrait 10 mm., ce qui oblige à limiter de toute façon à cette valeur l'ouverture de la lentille.

Si fortement d’ailleurs qu’on puisse réduire la divergence du faisceau, 1l est un moyen d’accroître le rendement de l'appareil auquel on devra renoncer : substituer au diaphragme cathodique circulaire une fente de même largeur mais de grande longueur, orientée parallèlement à la fente réceptrice. Quand la largeur des raies est bien régulière, chaque point de la fente-objet a pour image une parabole décalée tangentiellement à la parabole moyenne et qui se superpose avec elle sans élargissement. Il n’en est plus de même s’il existe des régions de bonne concentration qui ne coïncident plus les unes avec les autres et sont recouvertes par les parties évasées des paraboles voisines.

9. Mesure des courants. — La mesure des courants transportés par des particules de grande énergie est délicate. Lors du freinage des ions dans l’électrode métallique qui les reçoit, des électrons absorbent de l’énergie et sont chassés en grand nombre dans l’air environnant (rayons à). Ils peuvent

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aussi être projetés à partir des parois voisines de l’électrode et venir, au hasard de leur course, tomber sur elle. L’intensité de ces émissions parasites étant plusieurs fois plus grande que l’intensité même du courant incident, les résultats dés mesures varient de façon imprévisible avec la géométrie du système récepteur et le point d'impact des ions. On arrive cependant à rendre les mesures correctes en baïgnant les alentours de l’électrode dans un champ magnétique. Les conseils que nous a donnés à ce sujet M. Grégoire

Na

NE

= mn

Fig. 7. — Système récepteur. ù

nous ont été précieux et nous lui en exprimons ici notre reconnaissance. Nous rappelons que les vides poussés que nous utilisons rendent entièrement négligeable l’ionisation du gaz par les particules incidentes (cf. $6).

L'électrode c est un cylindre creux de 5 mm de profondeur sur 8 mm. de diamètre (fig. 7). À 11 mm. en avant de sa base est fixée la feuille f dans laquelle est taillée la fente ; cette feuille est supportée par un manchon cylindrique qui s’encastre dans la partie mâle du cône rodé. L'ensemble est

placé dans le champ magnétique d’un petit aimant permanent au cobalt m; ce champ vaut 300 gauss et est perpendiculaire à la direction des ions. Les électrons parasites, dont l'énergie ne dépasse vraisemblablement pas 100 électronsvolts, sont émis soit par l'électrode soit par la face extérieure de la feuille. Ces derniers peuvent passer à travers la fente dans la direction de l’électrode mais ils ne peuvent pas l’atteindre, car ils s’enroulent dans le champ magnétique sur un cylindre parallèle à la feuille et de diamètre inférieur à 3 mm. Une action analogue ramène sur l’électrode les électrons qui s'en sont échappés, si bien que la cherge des ions seule est captée par le système de mesure.

Nous avons eu intérêt à compliquer ce montage en portant la feuille à une tension de quelques centaines de volts par rapport à l’électrode, grâce à une lame de mica qui l’isole électriquement du cône. Quand cette tension est positive, les électrons sont attirés hors de l’électrode et le courant apparent est accru. Il est multiplié par 6 avec 1 000 volts; au delà, la saturation se produit. Il est ainsi possible d’augmenter, quand c’est nécessaire, la sensibilité du système récepteur, sans nuire à la sûreté des mesures. L’explication de ce phénomène n’est pourtant pas simple. Des enroulements magnéto-électroniques sont, en principe, déviés à angle droit du champ électrique quand celui-ci est faible, et c'est le cas ici (nous avons donné la démonstration de ce résultat dans une publication antérieure [23]). Les électrons devraient donc se mouvoir dans les mêmes tranches parallèles à la feuille qu'auparavant. De fait — et M. Grégoire avait obtenu un résultat analogue dans ses essais avec les particules à [24] — l'intensité reçue est, en présence d’un champ magnétique, insensible à l’action d’une tension négative. Il est probable que cette dissymétrie d’effetest due à la forme complexe de l’électrode et du champ électrostatique qui

l’entoure.

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Notre électrode est en relation avec un électromètre à fil de faible sensibilité (1 volt par division) et une résistance de fuite de 10% à ro° ohms. Nous utilisons aussi un galvanomètre shunté, dont le spot dévie de 1 mm. à 1 m.pour 2,9.10* ampère. Galvanomètre comme électromètre doivent être protégés contre la haute tension par un blindage rigoureux.