CHAPITRE II

Mesure de l'ionisation en vase clos.

46. Méthode de mesures. — Un récipient métallique étanche, que l’on peutemplir du gaz dont on désire étudier l'ionisation spontanée, porte en son centre une tige métallique isolée, reliée, à l'extérieur de ce récipient, à l’aiguille d’un électromètre de Lindemann. Le récipient est porté à un potentiel élevé par rapport à la tige métallique, de telle sorte que la saturation soit à peu près atteinte (38).

On mesure alors soit par la méthode de vitesse de déviation, soit par une méthode de compensation, le courant qui circule entre le récipient et la tige métallique centrale, d’où l’on déduit la valeur de l’ionisation du gaz contenu dans le récipient.

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Fig. 4. — Dispositif pour la mesure de l'ionisation en vase clos.

47. Détails de l'appareil. — Bien que les détails du dispositif aient été donnés précédemment (13), je répéterai ici les plus importants (figure 4).

a) Récipient d’ionisation parallélipipédique en zinc commercial de 2 mm. 5 d'épaisseur, volume 6,83 litres. Pression ambiante (540 mm.).

b) Electromètre de Lindemann dont les cadrans sont portés à des potentiels opposés, ajustés par un dispositif potentiométrique de telle sorte que sa sensibilité ait la valeur désirée, et que la déviation de l'aiguille soit nulle lorsque son potentiel est zéro.

c) Tige centrale constituée par un gros fil de laiton très

‘ Ê manelle , . J Le axe borne aigdille électromêtre Cr me : pit ie de l’exlérieur ecran æe garole ?, | d Fig. 5. — Dispositif de mise à la masse

de l’équipage électrométrique.

soisneusement poli, monté dans un canon de quartz fondu, lui-même serti dans un tube de garde G (42) (figure 3) isolé du récipient.

d) Batteries de piles sèches (48) réunies dans une boîte séparée avec le galvanomètre Unipivot (!) monté en voltmètre, et les dispositifs potentiométriques.

e) Dispositif permettant de relier l'aiguille de l'électromètre à une prise extérieure isolée à l’ambre : cette prise peut être reliée elle-même soit à la masse, soit, pour l’étalonnage ou la correction, à une tension connue ou à mesurer (18)

(figure 5).

(:) CamBRIDGE, Constructeur.

18. Méthode de vitesse de déviation. — Cette méthode est assez compliquée si l’on désire lui conserver une bonne précision (!).

La sensibilité de l’électromètre est réglée à :

V = élongation roodivisions — 1,74 v.

Gette sensibilité est obtenue pour une différence de potentiel entre cadrans de 60 v.

La méthode de correction employée est celle déjà décrite (42).

Voici comment je détermine la valeur du rapport f : j'évalue la vitesse v, de l'aiguille dans les conditions normales de saturation, le tube de garde G étant au sol (figure 3) et l’aiguille étant au voisinage du zéro. J’évalue ensuite la vitesse v,, dans les mêmes conditions, mais l'aiguille étant au voisinage de l’élongation maxima. Il est plus pratique de tracer la courbe de la vitesse v en fonction de l'élongation de l’aiguille, d’où l’on déduit facilement les valeurs v, et v,. On peut alors écrire :

JL Di

I Ua — Ua

Pour mon appareil f'est toujours supérieur à 100, de sorte que le potentiel du tube de garde G doit être :

CE 00e

Ce potentiel obtenu par un dispositif potentiométrique est mesuré par l’électromètre lui-même(U— 50 divisions micro-

métriques) (47, e).

49. Méthode de compensation. — Pendant toute la mesure, la charge électrique totale reçue par la tige centrale et l'aiguille de l’électromètre croît régulièrement. Pour éviter que

(1) L’hystérésis de torsion peut fausser considérablement les mesures. 11 faut faire une correction supplémentaire de dérive de zéro.

l’aiguille dévie, il suffit de faire varier dans un sens convenable le potentiel auquel le récipient d’ionisation est porté (compensation par influence).

Voici le dispositif employé (figure 6) : une différence de potentiel étalon est introduite progressivement par un dispositif potentiométrique dans le circuit de charge du récipient. En pratique, il est préférable d'opérer l'introduction par bonds successifs, de façon que l’aiguille de l’électromètre oscille autour de son zéro. On mesure alors plus facilement le temps au bout duquel le potentiel étalon a été entièrement

dbhhphhhhhlhil] fotentiel de charge bull

Fig. 6. — Schéma de la méthode de compensation.

ajouté au potentiel de charge, l’aiguille étant revenue rigoureusement à son Zéro. |

La précision de la méthode ne dépend que de la précision du chronomètre, de la précision du potentiel étalon, et de la stabilité des piles de charge (13).

20. Mesure de la capacité. — a) Je détermine par le calcul une valeur grossière de la capacité à mesurer. Je trouve :

5 UES (centimètres).

b) Je construis un petit condensateur auxiliaire ajustable, isolé à l'ambre, dont la capacité puisse osciller autour de

GUES (figure 7).

c) J'étalonne ce condensateur auxiliaire par comparaison avec un condensateur étalon.

d) Je mesure la capacité de l'appareil dans les conditions d'emploi, en utilisant le condensateur ainsi étalonné.

Fig. 7. — Petit condensateur auxiliaire ajustable (5 UES).

24. Etalonnage de la capacité auxiliaire. — Le récipient d'ionisation est empli d'air très pur desséché et filtré. On laisse stabiliser 4 à 5 jours (1) de façon que l'intensité d’io-

Électrometre

Chndensaleur étalon

ecrans de Garde

ÿ ee \ comdensateur auxiliaire

Fig. 8. — Disposition des organes pour l’étalonnage de la capacité auxiliaire.

(:) Plus d’un mois si l’air contient du radon en quantité anormale (24).

nisation soit devenue invariable. L’aiguille de l’électromètre est alors reliée à un condensateur étalon, par l'intermédiaire du dispositif de mise à la masse (17, e). Ce condensateur est réglé à une valeur aussi faible que possible (résiduelle). Puis on pose, à une distance convenable du récipient d'ionisation, une capsule à radium. On mesure la vitesse v, de déviation, qui doit être faible mais mesurable avec précision. On augmente la capacité du condensateur étalon de la valeur ca à laquelle on désire ajuster le condensateur auxiliaire. On mesure la nouvelle vitesse v, On ramène la capacité du condensateur étalon à sa valeur première, on branche le condensateur auxiliaire que l’on ajuste de telle façon que la vitesse de déviation soit inchangée : à ce moment sa capacité a pour valeur ca.

Les précautions habituelles sont prises : écrans de garde, écrans de plomb entre la source radianteet les condensateurs (figure 8).

J'ai obtenu dans mes expériences la moyenne :

Ca —5,2 +5 o/o UES.

22. Capacité de l’appareil. — La mesure de la capacité de l'appareil n'offre que peu de difficultés ; cependant si l’on désire avoir un résultat précis, il est nécessaire de faire un grand nombre de mesures et d'en prendre la moyenne.

J'appelle T, T, T, les temps que met l'aiguille à passer de l’'élongation zéro à l’élongation maxima, lorsque l’air contenu dans le: récipient d’ionisation est convenablement stabilisé (on a supprimé la capsule à radium), et lorsque les capacités successives de l’appareil sont, dans les conditions d'emploi, c, c+c',c+c'+c,,c représentant la capacité de l'appareil, c' celle du dispositif de mise à la masse, c4, celle du condensateur auxiliaire. On a :

KT, eV LT=(c+e)V et LT, ={c + c'+ av

LA RADIOACTIVITÉ DE L'AIR EN MONTAGNE 29 d’où l’on tire :

C—= Ci ————.

DIT ETTS

Voici la série de mesures effectuées :

TaBzeau III

Air prélevé le 10 juillet 1933 à (540 mm. + 15°C)

RE du 22 m. 545 0 22 M. OIS.2 21M. "12 5.0/4 Moyenne . .| 22,003 minutes ee

AN ÈS A RUE 27 M. 00 $. 4 26 m. 205.0 26 m, 30 5.8 Moyenne , ,| 26,490 minutes ste

IF SRE 45 m. 52s.0 49 m. 125.4 h7 m. 34 s.6 Moyenne . .| 47,696 minutes CE

D'où l’on tire :

ee 45,4 UES.

Malheureusement ce résultat n’est qu’approché, parce que l’étalonnage fourni par le constructeur du condensateur qui m'a servi à ajuster la capacité auxiliaire (20, c) est lui-même

peu précis.

23. Nombre d'ions. — Les résultats précédents permettent d'évaluer la production d'ions à l’intérieur du récipient, pour l'échantillon d’air étudié. En prenant pour valeur de la charge élémentaire

e—=/4,77.10710 UES

je trouve :

Nombre d’ions/cc/sec—"7,282.

Les mesures de l'intensité I, d’ionisation sont très préci- °9

ses, mais la valeur de c étant grossière, j'ai arrondi les

résultats d'étalonnage : pour T, — 22 minutes, N —7ions/ cc/sec, mesurés dans les conditions d'utilisation de l'appareil, pression ambiante, 5/40 mm. de mercure, + 150 C. (Température moyenne normale du laboratoire).

24. Résultats obtenus. — Les premiers résultats obtenus avec cet appareil se rapportent à l’activité spontanée du type radon de l'air avec lequel j'avais tout d’abord empli le récipient d'ionisation (air actif prélevé à l'Observatoire en février-mars 1932).

La précision des mesures fut telle que je trouvai comme période d’activité une valeur comprise entre 3,85 et 3,86 jours. J'en reparlerai plus loin (44).

Le tableau suivant montre l’ensemble des résultats obtenus pour la radiation globale pénétrante (14). Les nombres d'ions sont toujours rapportés aux conditions normales locales.

TaBzeau IV

Epoque Nombre d'ions | Enneigement Mesures

Re 3 NO, me 10,30 À Vitesse

13 Mo ; de déviation HR te NT AS corrigée DO 0 0 PR : pas de neige Compensation

25. Interprétation de ces résultats. — Les nombres d'ions donnés au tableau précédent représentent la somme des nombres dus à la radiation cosmique et de ceux dus à la radiation d’origine radioactive terrestre et atmosphérique.

Pour effectuer une interprétation correcte de ces résultats, il est nécessaire de connaître la valeur de la radiation cosmique. Pour cela, j'ai consulté plusieurs mémoires (15, 16, 17, 18) d’où j'ai tiré qu'on pouvait admettre qu’au Pic du Midi, la radiation cosmique produisait à peu près 5 ions/ cc./ sec., dans l’air sec à la pression locale normale. J'ai admis cette valeur pour mon appareil, négligeant l'effet d’écran du laboratoire et les effets secondaires des parois du vase.

De cette façon, on peut dire qu’à l'Observatoire la radiation d’origine radioactive produit 2 ions en été; elle augmente en hiver et donne la valeur maximum deg ions.

Ce résultat très important, même s’il n’était que très approximatif (rentrées d’air accidentelles, dues aux joints imparfaitement étanches du récipient), est en parfait accord avec l'apparition d’une grande quantité de radon en hiver (19).