Charges par les rayons de Rontgen. — D'une

(') On ne peut non plus supposer, comme Villari, que les rayons peuvent contourner les obstacles; cette expérience donnerait au contraire un nouveau moyen de vérifier leur propagation rectiligne.

36 J- PF.RBIW.

façon plus précise, les surfaces qui terminent, sur un diélertrique non gazeux, un tronçon de tube de force ainsi rencontré par les rayons se couvriront d'électricités <?ontraires, en quantité précisément suffisante pour annuler le champ à l'intérieur de ce tronçon. C'est ainsi que j'ai pu, sous l'influence des rayons de Rônigen, charger des corps isolants, non rencon très par ces rayons (*). Entre les armatures A, M d'un condensateur plan {fig* lo).

Fig. 10.

je plaçais une lame P de paraffine parallèle à ces armaturcs, puis je faisais passer pendant quelques secondes un pinceau de rayons figuré en BÇ, qui ne rencontrait ni la paraffine, ni les armatures; enfin, je laissais tomber cette lame de paraffine dans un cylindre de Faraday, qui aussitôt se chargeait fortement. Par exemple, dans le cas de la figure, la charge était positive; recommençant alors l'expérience en changeant le sens du champ électrique entre A et A', je constatais que la paraffine ainsi chargée positivement se déchargeait, puis se chargeait négativement.

Les mêmes expériences réussissaient quand, à la paraffine, je substituais une lame métallique tenue par un support isolant (2).

Dans le même ordre d'idées, j'ai fait passer un faisceau

(') M. Righi a également chargé des corps isolants par des rayons Rontgen, qui rencontraient ces corps.

(^) Le cas est un peu différent, en ce sens que, sous rinfluence du channp, il se développe sur le métal de l'électricité librCj dissipée par l'dclion dos ra>ons, en sorte qu'il y a ici plutôt décharge que charge.

HAYONS CATHODIQUES ET RAYONS DE RONTGEN. 87

de rayons suivant l'axe d'un tube creux en soufre (donc de paroi opaque aux rayons) placé entre les armatures d'un condensateur plan. J'ai alors observé un effet de condensation, d'ailleurs faible, mais pas de décharge complète.

11. Théorie de V effet gaz. — Les faits qui précèdent peuvent s'exprimer d'une façon qui, sans contenir aucune hypothèse, forme un langage simple et facile.

On dira que, en tous les points d'un gaz où passent des rayons de Rôntgen, il se forme des quantités égales d'électricités positive et négative, ou, d'une manière abrégée, que ces rayons ionisent les gaz (*). S'il existe un champ électrique, les charges positives ainsi créées se meuvent dans le sens du champ et les charges négatives en sens inverse. Ces deux systèmes de charges décrivent ainsi les tubes de force où elles étaient d'abord contenues, jusqu'à ce qu'elles atteignent les conducteurs où se terminent ces tubes, conducteurs qui se trouvent alors déchargés^ ou jusqu'à ce qu'elles soient mécaniquement arrêtées par une surface isolante solide ou liquide, qui se trouve alors chargée. L'action sur les corps électrisés se présente ainsi lion comme une propriété proprement dite des rayons de Rôntgen, mais comme une conséquence nécessaire de l'altération que ces rayons font subir aux gaz qu'ils traversent.

Rien ne prouve que ces rayons n'ionisent pas d'autres corps que les gaz. Mais, ce qui singularise à coup sûr les gaz, c^est ta mobilité ^ sous V influence d^un champ, des charges électriques une fois créées. A cette mobilité sont dues toutes les différences qui séparent les électrolyies ordinaires et les gaz traversés par les rayons.

Je rappeUe encore q.ue ce langage ne contient aucune

( *) Le mot d'ionisation n^implique aucune hypothèse moléculaire, fl doit évoquer seuleritenl l'idée d'une séparation d'électricités coq- Lraires liée à la nature de la matière.

J. PERRIM.

hypothèse. Les charges créées dans les gaz ont une existence réelle, qui se manifeste non seulement aux extrémités des tubes de force où elles se meuvent, mais encore en un point quelconque de leur parcours. C'est ainsi que j^ai pu les arrêter au passage, ainsi qu'on Ta vu dans le parai^raphe précédent. C'est ainsi de même que, dans des recherches postérieures, Rutherford a pu, saisissant également ces charges sur leur trajet, les insuffler dans un cylindre de Faraday où elles se manifestent par les phénomènes accoutumés (*).

12. L'ionisation persiste quelque temps après le passage des rayons 5 on se souvient, en effet, qu'on peut décharger un corps en insufflant sur lui de Tair, d'abord traversé par les rayons. Mais, si l'on attend trop longtemps, pratiquement plus d'une seconde, cette propriété disparaît, ce qu'on exprimera en disant que les charges d'abord pioduites se sont recombinées.

On voit ainsi, du même coup, que Fionisation peut se produire en Tabsencc de lout champ électrique. J'ai vérifié, par les deux expériences quantitatives qui suivent, que cette ionisation ne s'accroît pas lorsque le champ existe, et quelle reste indépendante à la fois de la grandeur et delà direction du champ.

13. Mesure de t ionisation, — Plaçons-nous, provisoirement, dans cette hypothèse où Tionisation ne dépend pas du champ, et considérons, dans un gaz, le volume EFGH traversé à la fois par les ligues de force issues de la plaque a^ liée à Taiguille d'un éleciromètre, et par le cône de rayons ESH {/ig. 1 1).

(') Cette expérience de Rutherford a un autre intérêt: on conçoit, en effet, que, en tenant compte de la vitesse du courant d'air, on puisse évaluer la vitesse des ions, dans un champ donné. Rutherford a ainsi trouvé que les ions positifs et négatifs se mouvaient à peu ppès avec la même vitesse, de 1*=" par seconde dans un chiunp de i volt par centimètre.

HAYONS CATHODIQUES ET RAYOJNS T)E ROWTGEN. SQ

Sous l'influence du champ, les charges électriques formées dans le volume EFGH se dirigent, les unes vers ap

Fig. II.

et les autres vers A'. Si le champ est faible, avant que cette filtration soit complète, une partie de ces charges auront pu se recombiner. La quantité d'électricité reçue par seconde sur la plaque a^ sera alors inférieure à la quantité formée dans le volume EFGH. Mais, si le champ croît beaucoup, toutes les charges, alors animées de vitesses beaucoup plus grandes, pourront échapper, et si de plus, c'est l'hypothèse, l'ionisation n^augmeiite pas, le débit accusé par l'éleclromèlre prendra une valeur limite.

Fig. 12.

Champs

C'est en effet ce que j'ai vérifié : la distance des armatures A A' a varié de i*^™ à lo*^™ et leur différence de potenliel de 2 à 220 volls. Le champ a donc varié dans le rap-

j. pEmRii«<

port de I à I loo. Porlant la valeur du champ en abscisses, et le débit correspondant en ordonnées, j'ai obtenu une courbe (^fig» 1 2) qui montre clairement que le débit atteint rapidement une limite Gxe ( * ).

J'ai, en particulier, obtenu ce résultat par une 77te7Ao<fe de zéro qui élimine Tinfluence des variations delà source de rayons. Sur un même électromèire {^fig- 1 3), j'ai opposé

Fig. i3.

Aiguille

deux condensateurs identiques AA', A|A^, traversés par un même cône de rayons, mais où les plaques a^ et a^ ^1, liées toutes deux à l'aiguille, sont chargées d'électricités contraires, en sorte que l'aiguille reste au zéro si le débit total est nul. J'ai ainsi constaté que le débit dans le premier condensateur ne variait pas de -^ lorsque le champ dans ce condensateur passait de la valeur 35o à la valeur 1100 ( 220 volts par centimètre).

C^est ce débit limite qui mesure la quantité d'électricité ionisée dans le volume EFGH.

14. Supposons maintenant que Tanglc des rayons et des lignes de force varie; il est déjà probable que cela ne

(*) Depuis la publication de mes recherches (juin 1896), j'ai su que, dès le mois d'avril, M. J.-J. Thomson avait également reconnu que la vitesse de décharge atteint une limite indépendante du potentiel des corps chargés. Comme pour la mesure des forces électromotrices, il avait au reste affaire à une décharge complexe comprenant l'effet métal, et des mesures concernant l'cfîct gaz seul étaient nécessaires^

RAYONS CATHODIQUES ET RAYOMS DE RUMTGEN. 4^

chaDgera pas Tionisation; loutefois, il est bon de le véri6er dîrectemenl.

Sans m'arrêler au dispositif par lequel j^ai fait passer l'angle des rayons avec le champ électrique de la valeur 90^ à la valeur 45**, je décrirai seulemeut Texpérience qui m'a permis de passer du cas où les rayons sont perpendiculaires au champ à celui où ils lui sont parallèles.

Aâ' {fig' i4) est un condensateur plan à anneau de

Fig. 14.

garde où la plaque a^ est, comme précédemment, liée à l'aiguille d'un électromèlre. En F, F', sont deux fentes étroites par lesquelles peut passer, sans efUeurer leurs bords, un pinceau de rayons.

Le condensateur peut tourner autour d'un axe central, perpendiculaire au plan de figure, de manière à être traversé par un même rayon dans la direction 1 ou dans la direction 2. EnGn, la longueur de la plaque a ^ est exactement égale à la distance des armatures, soit à 5^"^. De la sorte, dans les deux positions prises par le condensateur, le volume commun aux rayons et aux lignes de force émanées de la plaque a ^ est le même (* ).

( ' ) Les fentes F, F' ne troublent pas d'une manière appréciable la distributicm des lignes de force entre F et F', sauf en leur voisinage

-xrr

Sî donc, dans un mêmt* volume, l'effet gaz est indépendant de Tangle des lignes de force et des rayons, on doit observer dans les deux cas le même débit. C*est effectivement ce que j'ai vérifié, du moins lorsque la différence entre les potentiels des armatures est assez grande pour que le débit limite soit atteint, dans chacune des deux positions.

15. Ionisation en un point, — On voit dès lors sans difficulté comment, par la considéralion expérimentale du débit limite, ou peut définir et mesurer la quantité d'électricité neutre dissociée dans un volume de forme quelconque, sous l'influence d'une source donnée, pendant un temps donné. Celte quantité mesure V ionisation I à l'intérieur de ce volume.

Soit d\ Tionisation ainsi produite dans un volume dv^

infiniment petit, contenant un point A ; le quotient -j- est

V ionisation au point K.

16. Influence de la pression et de la température, — Les expériences précédentes ont été faites sous la pression atmosphérique et à la température ordinaire. J'ai étudié, pour l'air, comment varie l'ionisation quand on change ces conditions.

J'ai encore fait passer un pinceau de rayons entre les armatures d'un condensateur plan, toujours sans effleurer ces armatures. Le condensateur était contenu dans une enceinte où la pression pouvait varier. J'ai naturellement, et pour toute pression, établi entre les armatures une différence de potentiel assez grande pour que le débit limite fut aiteint. La disposition électrométrique était celle de la^ig*. 7.

J'ai constaté, la température restant fixe, et la pression

immédiat. Même cette perturbation locale est sans importance, puisque, au delà d'un certain champ, le débit reste indépendant de la valeur du rhanip.

RAYOWS CATHODIQUES ET RAYODiS DE ROJNTGKIV. 4^

variaiu de o,i à i,5 alinosphère, que Vionisation est proportionnelle à la pression ( * ) .

Le même appareil m'a servi pour étudier les variations de température, à pression constante. Il suffit pour cela de placer dans une éluve la caisse métallique contenant le condensateur.

Je constatai d'abord, grossièrement, que les variations de température influent peu sur le débit. J'ai alors utilisé la méthode de zéro plus haut décrite : au delà du premier condensateur, et dans une enceinte à température fixe, j'ai placé un deuxième condensateur plan que les rayons traversent après la sortie du premier. Les deux condensateurs s'opposaient sur un même électromètre, la plaque liée à Paiguille débitant de Félectricité positive pour un des condensateurs, et de l'électricité négative pour l'autre. L'équilibre fut établi pour une certaine température, puis je fis varier la température du premier condensateur de — 12° à -f- 145°, c'est-à-dire, en températures absolues, de 261° à 4 18". Cept-ndani l'équilibre ne fut pas sensiblement troublé (^). L'ionisation dans le condensateur chauffé restait donc sensiblement la même.

En résumé, pour un même gaz, pour un même rayonnement et en un même point, Vionisation est proportionnelle à la pression {^) et indépendante de la températare.

Si l'on se rappelle que pour un gaz, la masse spécifique

(') J'ai vérifié cette loi à ^ prés entre i2«™ et 76"", à y^ prés hors de ces limites.

(') En réalité, pour les hautes températures, le condensateur chauffé paraissait moins actif, l'écart pouvant atteindre ^j. ^«^is, en raison de difficultés accessoires, je n'oserais affirmer ce résultat.

(') MM. Benoist et Hurmuzescu ont dit que la vitesse de décharge est proportionnelle à la racine carrée de la pression. Mais, dans leur appareil, les rayons rencontraient des surfaces chargées; aussi avaient-ils affaire à Un phénomène beaucoup plus complexe, qui sera analysé plus loin.

44 J- PESRIH.

est proporlîoiinelle à la pression et îii versement proportionnelle à la température absolue, on pourra donner de ces lois cet autre énoncé :

En un même point, tionisaiion par unité de masse est indépendante de la pression et proportionnelle à la température absolue.

17. Influence de la distance à la source, — Laissant, cette fois, la température et la pression (lies, j'ai donné à Tangle solide ESH du cône de rayons dessiné dans I a ^g". 1 1 des valeurs proportionnelles à i, 2, 3, 4- ^^^^ alors obtenu dans le volume EFGH des ionisations proportionnelles à i, 2, 3, 4.

De même, j*ai donné à la plaque a^ des longueurs de jcm^ gcm^ gcm^ ^^ jj^^j obtenu dcs ionisations proportionnelles à I, 2,3. ^expérience de zéro décrite à la fin du § là donne au reste, à cet égard, plus de précision : j'ai vérifié (jue Ton peut faire varier notablement la distance des condensateurs AA', A, Aj, sans que les ionisations relatives aux volumes EFGH, E|F|G|H| cessent d'être égales.

En d'autres termes, Tionisation dl^ dans une couclie

spUérique centrée sur la source, est proportionnelle à

Tangle au sommet dto de cette couche, proportionnelle à

son épaisseur dl^ et indépendante de son rayon r,

V ionisation en un point de cette couche, qui, d'après la

jt .

définition» est -7 — n -5' varie donc comme Vins^ersc du

aco al r*

carré de la distance entre le point et la source.

Celle loi ne serait tout à fait exacte que s'il n'y avait p<^» d'absorption. En réalité, même dans l'air, l'ionisation dt^eroil un peu plus vite. Au lieu d'être à 5o*^™de la source lo quart de ce qu'elle est à 25*^™, il m'a semblé qu'elle est ^^ulement 0,96 de ce quart (et, toutefois, plutôt plus que

IH. Photomélrie des rayons de Rôntgen. — L'ionisa-

rtiliiiiiBt rm jhr<cmmèirien et Fott conçoit qNt<«i

rbitc«siié d^mae scNuce de riTOtts dk soBt discottÙBves miifcf les dêcliai^rs qvi les proâroôsaiU da ■kmbs k ftUMtài Je renoms de Hôul^^cm,

L'vnilê de q«aBtîté de raTYHis sera^ par exesiple^ U qnandié f}BÎ, dans Tair, sd«5 la prénom de Jt»^ pitMhiil^ dans nne coecke F p b éiîq u e centrée snr la sonrte et de t^^ d'épaissenr, nne ionisation ^lale à i 1/ '*« c^esi-à^ire nne ionisation eorre^oiidant à la «se en liberté de i nnité électrostatique CG.S. d^éledricité positive. Cette nnité est pratique^ en ce sens que, dans les conditions ordinaires, nn tube fbcns éoMft facilement cette quantité dans Puni té d'angle solide, poor nne interruption dn primaire de la bobine emploTée.

19. Gaz différents de F air. CïpeficiaUs d^iomismiiom* — Les mesores précédentes ont été faites sur Tair. Soit Q la quantité de raycms de Rônl^n (telle qu^on Tient de la dé6Dir). supposée rajonnée uniformément dans rangle solide (o par une soiirce de rayons; soit H la pression de Tair; Fionisation dans rëlément de Tolume d%\ situé a la dîsianc» r de la source, est^ en n^ligeant Tabsorption :

Si Ton admet, ce qui devra être vérifié, que les mêmes lois s'appliquent aux gaz autres que Tair, Tionisalion dans le même élément de vol unie sera, pour un nouveau gas :

^ Q H rfr

Je propose de donner aux coefficients G, qui^ pour

( ' ) Si les rayons de Rônlgen sont hélêro^èncs cl si rionisjtlion est séïeclixe, celte définition aura, du reste, les mêmes inconvénients que les définitions pliotométriqucs de la quantité de lumièix^.

46 J. PERRin.

chaque gaz, caraclérîseni V effet gaz, le nom de coefficients d^ ionisation.

Leur mesure est facile : on fera passer entre les armatures d'un même condensateur empli successivement^ à la même pression, par Tair et par le gaz étudié, nn même cône de rayons. Le rapport des ionisations observées donnera G.

J'ai, dans ce sens, commencé quelques mesures, dont voici les premiers résultats :

Gaz H«(î) AzH» air C0« Az«0 S0« HCI

Coefficients d'ionisation.. 0,026 0,1 (?) 1 i,34 i,3 6 8(?)

20. Hypothèse des ions. — Jusqu'à présent, j'ai évité toute hypothèse moléculaire. Mais, s'il n*estpas nécessaire, il peut être intéressant de supposer que, sur leur passage dans les gaz, les rayons de Rontgeu brisent certaines molécules. Les ions alors formés, chargés d*électricités contraires par le fait même de leur séparation, pourraient alors se mouvoir dans le gaz suivant le mécanisme précédemment décrit.

Puisque, dans la théorie cinétique des gaz, l'énergie

(*) J.-J. Thomson et Rutherford, puis Rutherford seul {Philosophical MagazinCy novembre 1896, avril 1897) ont fait une très belle iHude sur les propriétés acquises par les gaz, préalablement soumis à l'action des rayons de Rôntgen, puis insufflés dans des champs électriques de forme variée, par exemple entre les armatures d'un condensateur plan.

Cette étude dynamique, un peu postérieure à l'élude statique dont j'ai parlé {Éclairage électrique, juin 1896; Comptes rendus, août et novembre 1896), en est d'ailleurs évidemment distincte.

Au point de vue qualitatif, et quant aux résultats qui sont comparables, l'accord est parfait. Je signalerai une divergence quantitative : Rutherford indique {Phil. Mag., p. 254; 1897) Pour l'hj'drogène une conductivité de o,5, alors que j'obtiens, pour coefficient d'ionisation de ce gaz, le nombre 0,026. Mes mesures, très concordantes, ont été faites par la méthode statique indiquée dans ce paragraphe. L'hydrogônc était soigncuscmcnl purifié.

■ AYOÏIS CATHODIQUES ET lATOMS DE ftÔlTTGEN. 4?

interne d'aoe molëcole esl indépendante de la pression el proportionnelle à la température absolue, on énoncerait alors les lois qui précèdent en disant que, pour chaque gaz, le nombre de molécules brisées est proportionnel au nombre de molécules rencontrées, quel que soit leur écartement, et proportionnel à leur énergie moyenne.

Enfin, les coefficients d^ionisation donneraient des indications sur la stabilité chimique des molécules.

Ici, comme au sujet des rayons cathodiques, c'est d^ailleurs faire une nouTel le hypothèse que d'admettre, comme dans Télectrolyse ordinaire, que looooo coulombs sont transportés par une valence-gramme.

21. En terminant cette analyse de Vf^ffet gaz^ effet qui, nous allons le voir, forme en général la majeure partie des décharges observées, je rappelle que toute expérience oà ron oublierait d'en tenir soigneusement compte est sus^ pecte. J'ai d'ailleurs constaté que, même en se déliant, il esl facile d^oublier des touffes de lignes de force qui, ren- ' contrées par les rayons, donnent leur effet gaz et faussent absolument les résultats.