CHAPITRE II

Ralentissement des rayons + par des écrans métalliques. Méthode. Dispositif expérimental. Tableaux numériques.

Méthode. — Le ralentissement d’un faisceau de rayons x isocinétiques se manifeste par l'accroissement de la déviation qu'il subit sous l’action d’un champ magnétique intense.

La mesure de cet accroissement offre donc une méthode directe et précise pour déterminer la perte de vitesse qui résulte du passage des rayons « à travers la matière.

Nous allons exposer dans ce chapitre comment cette méthode nous a permis d’étudier la variation du ralentis sement d’un faisceau de rayons « en fonction de l’épaisseur et de la nature des écrans interposés sur son trajet.

Dispositif. — Nous avons pu utiliser un dispositif expérimental analogue à celui qui a été décrit au chapitre précédent, puisque la détermination du ralentissement se réduit en définitive à la comparaison de deux vitesses ; la vitesse du faisceau ralenti et celle du faisceau non ralenti. Pour la vitesse du faisceau non ralenti nous adopterons la valeur 2,063.10° cm./sec. en ce qui concerne les rayons « du thorium C'.

Les écrans très minces étaient intercalés dans l'intervalle de 1 mm. existant entre le petit bloc qui porte la source et le diaphragme-fente (voir chapitre 1).

Ces écrans étaient fixés sur le bloc, au-dessous de la

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source, par des petits doigts métalliques et ne recouvraient, en général, que les 2/3 environ de la longueur de la source ; celte disposition permettait de recevoir en même Pipe sur la plaque photographique le faisceau ralenti et le faisceau normal.

Une feuille de mica M placée dans un plan perpendiculaire au plan de la source linéaire et des deux fentes, limitait les zones respectives des deux faisceaux et partageait la plaque photographique P en deux bandes correspondant aux rayons primitifs et rayons ralentis (fig. 6).

Discussion de la méthode.

Dans la mise en œuvre expérimentale de la méthode adoptée pour l’étude du ralentissement des TayYOns «, on doit porter son attention sur cinq points principaux : le champ Magnélique, le vide, la source radioactive, le choix et l'examen de la plaque photographique, l’absorbant et la détermination de son épaisseur.

Les trois premiers points ont déjà été examinés en partie dans le premier chapitre, puisque le dispositif utilisé dans

les recherches sur le rapport des vitesses à été repris avec de très petites modifications.

Il est essentiel de réaliser un champ très uniforme si l’on veut pouvoir appliquer une formule simple pour le calcul de la déviation. D'autre part, on a intérêt à utiliser le maximum de rayonnement émis par une source donnée.

D’après le dispositif décrit, il est possible de réaliser le vide directement entre les pièces polaires, ce qui permet de les rapprocher au maximum et d'obtenir ainsi un champ à la fois plus intense et plus uniforme.

Le vine. — La pression obtenue à l’aide d’une pompe à huile à double étage variait de 0,001 à 0,01 mm. de mercure. La possibilité de rapprocher la plaque de la source est également avantageuse à ce point de vue, puisqu'elle diminue l'épaisseur de gaz traversé.

Une couche d’air de 5 cm. d'épaisseur à la pression d’un centième de millimètre de mercure est négligeable au point de vue du ralentissement ; en effet, elle équivaut à une couche inférieure à 0,001 mm. d’air à la pression normale.

SOURCE RADIOACTIVE. — L'Institut du Radium possédant une forte préparation de Radiothorium (i) nous avons pu utiliser pendant toute la durée de notre travail des sources intenses de dépôt actif du thorium.

L'avantage d’utiliser ce corps radioactif est double : la période de décroissance du dépôt actif est assez longue (10,6 heures) et on peut faire plusieurs clichés sans renouveler l'activation ; d'autre part, on peut suivre pour le même absorbant le ralentissement des faisceaux de rayons & du

thorium CG et du thorium C'.

(1) Cette matière a été préparée par M. D. K. Yovanovitch à l’aide d'une préparation de mésothorium appartenant au Laboratoire Curie.

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PLAQUES PHOTOGRAPHIQUE. — Comme plaques photographiques, nous avons utilisé, dès le début, les « intensives » Lumière qui ont déjà été employées à l'Institut du Radium pour les recherches sur les rayons « et f ; les résultats obtenus avec ces plaques nous ont semblé très satisfaisants.

Les IMAGES PHOTOGRAPHIQUES. — Les images photographiques de la fente se présentaient sous la forme de raies très fines, dont la largeur correspondait aux dimensions géométiques de l'appareil pour le faisceau non ralenti.

La largeur des raiès variait de 0,08 mm. à 0,12 mm. suivant l’ouverture de la fente et la distance plaque-source. Cette largeur normale des raies (c'est-à-dire due aux conditions géométriques de l'appareil) augmentait progressivement avec l'épaisseur de la matière traversée et finalement, pour les ralentissements de Pordre de 50 0/0, les raies très élargies devenaient floues, ce qui rendait les mesures de plus en plus incertaines.

Comme nous l’avons vu plus haut dans le cas de la détermination du rapport des vitesses initiales des rayons à du thorium CG et du thorium C/, la largeur des raies due à l’impact d'un faisceau de rayons « sur une plaque photographique varie avec le temps d'exposition ; de sorte que l’on ne peut pas attribuer une valeur absolue à la « largeur d’une raie » si l’on ne peut pas, en même temps, définir le temps d'exposition et les conditions de développement de la plaque photographique. 11 faudrait également faire une étude spéciale pour déterminer dans quelle limite Ja vitesse des ayons « peut varier sans modifier l'impression photographique produite par l'impact d’un même nombre de ces rayons toute chose égale d’ailleurs.

Il est donc malheureusement impossible de tirer de nos clichés des résultats qualitatifs permettant de préciser la relation existant entre le ralentissement et la dispersion des vitesses. D’autre part, il est difficile de déterminer avec pré-

cision l'élargissement des raies de quelques centièmes de” millimètre de largeur que nous obtenions.

Heureusement la largeur des raies n’intervient pas direc-

tement dans la détermination des vitesses qui, seule, faisait l'objet de notre travail.

MESURE DE LA DÉVIATION. — D’après les travaux théoriques de Bohr et de Flamm (!) et d’après les résultats expérimentaux d’Irène Curie (Méthode Wilson) et de Briggs (par l’examen photométrique des clichés de rayons « ralentis par le passage à travers le mica) (?), la dispersion des vitesses est symétrique autour de la vitesse moyenne [tout au moins pour les ralentissements de l’ordre de ceux que nous avons étudiés). C’est pour cette raison que nous avons adopté les milieux des raies pour définir leurs distances mutuelles.

A cette fin, les plaques photographiques étaient examinées à l’aide d’un microscope portant une platine mue par une vis micrométrique (permettant d'évaluer le micron).

L’écartement des raies étant, en général, de 2 à 3 mm. et leur largeur de l’ordre d’un dixième de millimètre, on voit qu’une erreur de 10 o/o sur l'estimation du milieu de la raie n’affecterait que d’une erreur de l'ordre de 1/2 o/o les résultats de la détermination de la vitesse restante relative. Le bord des raies du côté des grandes vitesses est toujours bien délimité. Le bord des raies du côté des faibles vitesses est moins net mais bien visible; 1l existe parfois au delà une petite bande de noircissement due probablement à des rayons qui ont subi un‘excès de ralentissement, produit sans doute par les bords des biseaux qui limitent le diaphragme.

(!) Fzamm, Wien. Ber., 123 (1914), 1393 ; Bour, Phil. Mag. (6) 25 (1913).

(2) Brices, Proc. Roy. Soc., 114 (1927), 313 ; IRÈNE Curie, Ann. Phys., t. TI (1925), p. 36r.

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Les écrans. — Le parcours total des rayons x du thorium C’ dans les écrans métalliques est de l’ordre du centième de millimètre. Il est, par exemple, de 15 millièmes environ pour l'or et de 0,05 mm. pour l'aluminium. Il s'agissait donc d'obtenir des couches métalliques d’ épaisseut de cet ordre, connue avec grande précision.

Notre choix s’est fixé sur des écrans en métal laminé, les écrans en métal battus ayant donné des résultats irréguliers. Un certain nombre de métaux courants laminés en feuilles minces se trouvent dans le commerce (or, platine, argent, aluminium); quelques écrans ont été laminés par nousmême (plomb, alliage) mais, dans la plupart des cas, nous avons pu utiliser des écrans laminés spécialement par la

Maison Sevestre.

DÉTERMINATION DE L'ÉPAISSEUR DES ÉCRANS. — Pour déterminer l’épaisseur de l’absorbant, on découpait dans la feuille métallique, à l’aide d’une lame de rasoir et d’un gabarit métallique rectangulairé de dimensions connues, des carrés égaux et on les pesait ensuite à Paide d’une balance Gurie donnant le 1/10 de mg.

Afin d'obtenir une grande précision dans la détermination de la densité superficielle des écrans, les pesées ont été, au début, pratiquées sur des carrés assez grands (7 X 5 em.). En réalité, on s’est aperçu, que par suite de l’imparfaite uniformité des feuilles, la densité superficielle moyenne ainsi déterminée pouvait s’écarter un peu de la densité de la parue effectivement utilisée pour les écrans. Les résultats des mesures faites dans ces conditions ont été désignés par I

Dans une autre série de mesures IF, on pesait des portions plus petites (1 X 3 em.)et on s'assurait de l’uniformité de la feuille choisie en.comparant les poids de portions d’égale surface relevées en différents endroits et en choisissant finalement deux écrans de même poids au travers desquels on déterminait le ralentissement,

L'isorome. — A la fin du travail, nous avons pu disposer d'une microbalance permettant d’effectuer des pesées à la précision de o,o1 mg. et d’un petit appareil que l’on pourrait désigner sous le nom « d’isotome » qui a été construit sur les conseils de M. Holweck (fig. 7).

Cet appareil se compose de deux pièces cylindriques A et B, présentant un canal circulaire dans lequel entre, à frottement doux, un tampon rigoureusement cylindrique.et dont la face circulaire parfaitement plane a un diamètre de 1 cm.

DU

découper

La feuille à découper était posée entre A et B, comme l'indique le dessin, et il suffisait d’une légère pression sur le tampon CG pour découper les rondelles. Nous avons vérifié, au préalable, par des mesures au microscope, que la surface correspondait à une précision de 1/1.000 à la section du tampon. La série de mesures où nous avons pu utiliser l’isotome et la microbalance a été désignée par HE

Dans certains cas, les valeurs des trois séries se sont montrées concordantes, montrant que les feuilles métalliques employées étaient dans ces cas très uniformes.

Pureré DES ÉCRANS. — Les écrans employés étaient commercialement purs et l'analyse chimique des métaux non

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précieux n’a, en aucun cas, décelé des impuretés supérieures

PRÉCISION OBTENUE. — La précision obtenue sur la détermination du ralentissement en fonction de l’épaisseur ressort des courbes représentatives données plus loin. Pour l'ensemble des courbes la précision semble supérieure à

3 o/o (voir p. 47).

On voit que pour la courbe relative à l'or qui est la meilleure, la précision semble être supérieure à 1 0/0. N'ayant à notre disposition pour le fer, le nickel et les alliages Ag-Au et Ag-Cu que des portions d’écran trop petites et d'épaisseur trop élevée et dont l’uniformité n’était pas parfaite, les nombres obtenus pour ces substances n’ont qu’un intérêt de com-

paraison.

Courbe de ralentissement par le lithium.

Plusieurs essais ont été tentés pour déterminer le ralentissement des rayons à dans le lithium, qui est le métal de nombre atomique le plus petit et qui, pour cette raison, présente un intérêt tout spécial.

L'atome de lithium possède, d'après Bohr, trois électrons périphériques seulement et le ralentissement des rayons dans ce métal peut plus facilement être abordé par le calcul.

Le lithium s’attaquant très facilement, nous avons eu de grandes difficultés à en fabriquer des écrans inaltérés, d’une masse superficielle bien déterminée. Nous avons finalement utilisé la méthode de compression suivante :

L'appareil se compose de deux cylindres A et B en acier (fig. 8) bien travaillés qui entrent à frottement doux dans un canal cylindrique creusé dans un bloc d’acier C, D est une

(") Le travail d'analyse a été fait par M. Consigny à l’occasion de son travail sur les courbes de Bragg. :

x ns ne | » . + couronne en acier trempé (0,0 mm, ou 0,1 mm. d'épaisseur)

qui repose sur le bloc B.

On pose sur B à l'intérieur de la couronne un petit morceau de Lithium de dimensions convenables que l’on comprime entre les deux cylindres À et B à l’aide d'une vis.

OL

CZ

NC

Fig. 8.

Les bases en regard des deux cylindres A et B très planes, étaient, au préalable, très légèrement huilées, ce qui permettait de détacher facilement les feuilles de lithium. Les feuilles ainsi obtenues avaient un éclat métallique. Pour éviter leur altération pendant le découpage, et la mise en place dans l'appareil, on envoyait sur la feuille métallique un jet d’argon sous pression.

L'épaisseur des écrans de lithium était déterminée de la façon suivante :

L'épaisseur de la couronne en acier étant difficile à déterminer avec précision, on comprimait une feuille de plomb,

un peu plus épaisse que la couronne, et on déterminait

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ensuite l'épaisseur d’une rondelle prise dans cette feuille à l’aide de l’isotome, décrit avant.

Les pesées du plomb ont donné des résultats plus élevés que les mesures directes de l’épaisseur de la couronne à l’aide d’un palmer de précision.

C'est cette dernière épaisseur qui a été adoptée, car on s'est aperçu que les faces en regard des cylindres À et B étaient devenues légèrement concaves pendant la compression du plomb. L'appareil a d’ailleurs été modifié depuis afin d'éviter cet inconvénient.

Le lithium qui nous a servi contenait 6 0/0 d'impuretés, dont la presque totalité était du sodium. »

La courbe de ralentissement relative au Fi ER n’a done pas la précision qu'on peut espérer atteindre dans des expériences ultérieures,

Le ralentissement des rayons « dans le lithium n'ayant Jamais été tenté, nous donnons ces résultats préliminaires (entachés d'erreurs qui peuvent atteindre 10 0/0).

La méthode décrite pour la fabrication des écrans de lithium, pourrait être employée pour la fabrication d'écrans en autres métaux mous ou alliages.

Tableaux numériques. — Dans les tableaux numériques ci-dessous la colonne 4 donne la distance qui sépare les deux images de la raie normale du thorium C', obtenue par inversement du champ magnétique, la colonne 5 porte les mêmes valeurs relatives au thorium C.

Les colonnes 6 et 7 soñt relatives aux mêmes faisceaux, mais ralentis.

Les colonnes 8 et 10 donnent les rapports des déviations des rayons ralentis des thorium C et thorium C’ aux déviations des rayons non ralentis du thorium C', rapports qui sont très approximativément égaux aux rapports des vitesses V'/V' et V/V;', donnés par les colonnes g et ir (Vi'est la

vitesse initiale du thorium C', V'et V les vitesses réduites des thorium C/ et thorium C).

Les très légères variations dans les valeurs des déviations doubles 2d,;' et 24 pour une même intensité de courant dans les bobines de l’électroaimant peuvent s'expliquer par le fait que la distance entre les pièces polaires ne pouvait pas être rétablie exactement dans toutes les expériences.

La plaque a été fixée le plus souvent, soit dans la position III (à 4 cm. 39 de la source), soit parfois dans la position IV (à 3,92 de la source). |

Les expériences relatives à l’absorption par le mica n’ont pas pu être effectuées dans l’électroaimant qui nous servait d'habitude. Ce dernier ne se trouvait pas disponible à ce moment. :

Les expériences sur le ralentissement dans les différents métaux ont été réalisées en trois séries : I, IT et HI. Les séries Il et II sont plus précises.

Pd IT

Sn

IT

HO NI DOCS D EN m0 Perret Sas à En]

Ampères

SALOMON ROSENBLUM

Déviations doubles

RC a non ralentis| « ralentis Ù re (SENS © & Elsa les 1.817|1.694|1,355| 1.663 1.220|1,4608|1.281|1.623 1.219|1,460|1.319|1.721 1.250|1,519|1.355|1.841 1.198|1.441|1.324|1.8:3 1.221|1.474|1.422|2,187 1.205|1,444|r.421|2.237 1.201|1.447|1.442|2.352 1.228|1.473|1.464|2 440 1.221|1.479|1.487|2.618 1.197/1.454|1.477 1.206|1.449|1.557 1.193|1,440|1.658 L,198 1.897 1 194 2.551 2.223 2.37913.077 2.287 4.014 2,268 2.355 |2.964 » 2,624|3.016 » 2,727|4.647 » 4.540 2.200 2.342|2.982 2.210 2,370 :

S s | à 5 7e a = ES = > i E 7:2 [97.2 |79.2 |79.3 ne 99.2 dé 75.3 92.6 |92.6 |70.5 |70:7 92.2 |92.2 [67.9 [68.7 90.5 |90.5 [66.1 |66.3 85.9 |86 55.8 156.1 84.9 |85 54 54.4 83.5 |83.6 |51 51.4 83.9 |84 50.3 |50.7 82.1 [82.2 |46,6 |47.r 81 81.1 77.5 |77.6 72 72.2 63.2 |63.5 46.8 |47.3 93.8 |93.8 |72.2 [75.5 57. |57.4 96.3 |96.3 |76.5 |76.7 86.4 186.5 |57.9 |58.3 83.2 |83.3 |48 9 |49.6 50 150,5 94.131094.» |73.58|73.8 » » ; » | »

1,09 69:24 DE LG 91.25 69 7" 8 91.63 70,13 84.52 84 7 87.01 87.11/60 60.4 81 85|82 48.14|48.7 83.14183.3 81.98 82 1 82.25182.

. Déviations doubles é = A A A A = Le] El RE es — e 7 [le non ralentis| ce ralentis | © | S | S | 3 we En S | TS | D. Se EN RO HENRI ES Sn 3.905| » |2.218 2.344|2,998|94.71|04 74 08|74.3 II 6,569| » |2.219 2,458|3.333|90.32 do 66 6 166.9 4.38 18.612.222 2.37613.056|93.5 |93.53|72.7 [72.9 4.78 | » |2.223 2.40513.148|92 4 |92-45|70 6 |70.9 6.99 | » |2.219 2.488|3.435|89.18|89.23164.6 |64.9 Cd 8.34 | » |2.217 2.55713,730|86.7 |86-8 |59.4 |59 8 Il 8.34 | » |2.223 2.55413.730|97.07|97.2 159.6 [60 o 10.44 | » |2,220 2.699 82.25|82.4 10.44 | » [2.240 3,792 82.141182 4 13.14 | » |2.221 2.022 76.0 |76.2 43 |1o |1.246|1.499|1.333/1.7r9198.5 [93.5 [72.5 |92.7 » |8 |1.204|1.459|1.298|1.663|92.8 |92.8 |792.4 |72.6 | 4.65 |8.612.264 2.044113 189\92.75192 8 |71.04|71.3 8.6 |8 |r.219|1.447|1.422|2.126|85.7 |85.8 157.3 |57.7 9.77 [8.612.254 2.680|4.088184.1 |84.2 |55.13155.6 Ag 10,54 |8.6|2.258 2.723 82.92|83.0b ] » DÉPRADT 2.719 12.9 » |1.230 1.475|1.597176.8 |76.9 » » [1.214 1.454|1.612|75.3 |75.9 [13,96 | » [2,263 3.089 73.26|73.6 17.2 » |1,194 1,426 62,9 [63.2 19.54 2,250 3.900 56.92|57.3 20, 3 2,267 4.999 150 39/50.9 4.38 |8.612.234 2,30913.099193.12103.2 |72.09|72.3 4.38 | »-|2.209 2.30613.092|92 2 |92.2 [71.4 |7r.7 4.65 | » [2.225 2.38613.100193 26|093.3 |71.77172.0 6,13 | » |2,206 2 460|3.316|89.44|809.55166 47166.8 6.13 | » |2 224 2.463|3.299199.3 190.4 |67 4 |67 7 Ag » NAS SEE 2.46913.343|00.12|90.2 |66 56166.9 II 8.78 | » |2.222 2,608|3.850|85.39|85.9 10.002022 2,708 81.68|8r.8 18 0) » |2,225 2.778 79-89|$0.05 » » » 2.791 » »

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