CHAPITRE PREMIER

Situation du problème. — Un œil normal perçoit Îles radiations dont les longueurs d'onde sont comprises entre 8.000 et 3.900 A. (!). Les radiations ultraviolettes pouvant être étudiées dans l'air ne comportent pas de longueurs d'onde sensiblement plus courtes que 1.850 A.. Schumann, en employant un appareil dispersif dans le vide et des plaques spéciales absorbant peu le rayonnement dans le support des grains sensibles, a pu photographicrles spectres des éléments jusqu’à 1.220 À.. Lyman, au moyen d'un spectrographe dans le vide, à réseau concave, a pu descendre jusqu'à 510 A.. Enfin, tout récemment, Millikan, en employant le même genre de système dispersif (réseau concave de 500 à 1.000 traits par mm.), mais comme source de lumière, les étincelles d’une forte batterie de condensateurs chargés à très haute tension, éclatant entre les électrodes placées dans un bon vide, à très pelite distance l’une de l'autre, a réussi à obtenir des spectres s'étendant jusqu'à 160 A. (?). C'est la radiation ultraviolette de la plus courte longueur d'onde actuellement connue.

D'autre part, les déterminations des fréquences caractéristiques K et L des rayons X émis par les éléments légers, entreprises par Siegbahn, Malmer, Friman, Stenstræm, au moyen d’un spectrographe à cristal placé dans le vide, s’arrê-

tent du côté des grandes longueurs d'onde, à la raie Kzx du

(:) Les longueurs d'onde citées dans ce Mémoire sont exprimées en unités Angstræm : A—10 $ cm.

(2) Mirukan. The Astrophysical Journal, vol. LI, n°1, july 1920 ; Physical Review N. $., vol. XIE, n° 2, août 1918.

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sodium, = 11,95 A. et à la raie La du zinc 112,34 A. Il existe donc un domaine mal connu, compris entre 12 et 200 A., comprenant des radiations extrêmement absorbables. Pour l’ultraviolet, la limite du spectre du côté des courtes longueurs d'onde, est déterminée par le réseau fait mécaniquement dont la perfection devient insuffisante, ainsi que le pouvoir réflecteur. Pour les rayons X de longueur d'onde supérieure à 12 A., les réseaux cristallins ont, par contre, une maille trop fine et aussi un pouvoir réflecteur trop faible, vu le petit nombre de plans réticulaires utilisés par suite de la très faible pénétration des rayons OM Appréciation des longueurs d'onde. — On voit qu'il est très difficile de diffracter, faute de système périodique convenable, les rayons du domaine considéré; on peut cependant les produire, les rendre sensiblement monochromatiques et apprécier leur longueur d'onde en utilisant les remarques suivantes : on sait qu’un corps solide frappé par des électrons lancés avec la vitesse v émet, en plus de certaines radiations caractéristiques de ce corps, une sorte de lumière « blanche » décomposable en spectre continu, la répartition de l'énergie entre les différentes longueurs d'onde de ce spectre suivant une loi très analogue à celle trouvée pour le rayonnement du corps noir (?), avec cette différence cependant que ce spectre se termine brusq uement, du côté des courtes longueurs d'onde. La longueur d'onde minimum À, est donnée par la relation d'Einstein :

Av = nn eV Ÿ —— 2 l9 h étant la constante de Planck {élément d'action), ne la masse de la particule, v sa vitesse, e sa charge, V la différence de

potentiel qui a servi à la lancer et c la vitesse de la lumière.

(1) Le cristal ayant la plus grande distance connu entre ces plans réticulaires (p) est le sel de sodium da diéthylthioglycolate d'argent: d — 19,0 A. ;

() Dauviuier. Thèse de doctorat, Paris, 1920,

Cette relation a été bien vérifiée expérimentalement, dans le domaine des rayons X, en particulier, par Blake et Duane (1, en mesurant la fréquence maximum du spectre continu émis par l’anticathode d’un tube Coolidge fonctionnant sous une tension constante connue.

La répartition de l'énergie entre les différentes longueurs d'onde du spectre continu est telle que celle-ci est maximum pour une longueur d'onde voisine de X,.

Si l’on filtre fortement les rayons hétérogènes fournis par l'anode, c’est-à-dire si l’on absorbe go o/o de leur énergie dans une substance ne présentant pas d’anomalie d'absorption dans le domaine considéré, les rayons ainsi isolés ou rayons « restants » seront sensiblement homogènes et auront une longueur d'onde voisine de 2,.

On a pu comparer, dans le domaine des rayons X ordinaires, les mesures d'absorption faites par la méthode des rayons-restants avec celles faites par la méthode beaucoup plus précise d'isolement, par dispersion sur un cristal, des faisceaux homogènes. Les résultats sont tout à fait du même ordre de grandeur (?).

Travaux antérieurs. — Plusieurs physiciens ont cherché à combler la lacune existant entre la lumière et les rayons X ; voici les principales publications, par ordre chronologique :

Wehnet et W. Trenkle. Ber. d. Phys. Med., Soctetæt

Erlangen, 1905, p. 312.

Widdington. Phil. Proc. Camb. Soc., 1913, p. 144. Dember. Phil. Zeit., 1913, p, 1197.

(:) Bars et Duane. Phys. Rev., t. X, p. 624, 1917.

(2) L'auteur a fait tout récemment une vérification de la légitimité de l'emploi de la méthode des rayons restants en déterminant le potentiel critique relatif à la discontinuité K de l’alumi: nium (Voir C. R., 23 octobre 1921). Cette discontinuité, très franche, a été trouvé se produisant pour 1555 Æ 10 volts ; alors que ce même potentiel critique, calculé d’après la longueur d'onde trouvée par Hugo Fricke pour la discontinuité K, est 15 54,7 volts, en prenant pour À et e les valeurs les plus récentes.

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J.-J. Thomson. l’hil. Mag., 1914, p. 620.

E. Laird. Ann. der Phys., 1915, p. 605.

Richardson et Bazzoni, Phil. Mag, 1917, p. 285.

Dadourian. Phys. Rev., 1919, p. 234.

E. Laird. Phys. Rev., avril 1920. |

J'avais moi-même entrepris, comme collaborateur de M. Deb'erne, des recherches sur cette question, qui ont été commencées quelques mois avant la guerre, et non publiées par suite des événements (mai-juillet 1914).

L'ensemble de ces travaux se divise en deux catégories. Dans la première catégorie, les rayons sont produits par chocs des électrons provenant, soit d’une cathode incandescente, soit d'une cathode éclairée par la lumière ultraviolette, sur une anode métallique ; et sont étudiés, dans un bon vide, par l'effet photo-électrique qu'ils produisent ou par le noircissement d’une plaque photographique. Les rayons ne traversent aucun écran, mais passent dans une région soumise à un champ électrique où magnétique, pour éliminer le rayonnement corpusculaire parasite.

Dans cette classe se rangent : les travaux de Dember, de J.-J. Thomson, de Richardson et Bazzoni et de Dadourian. Dember employait, comme source d'électrons, une cathode de métal alcalin éclairée par la lumière ultraviolette (courant : 107 à 10 amp }), les électrons étaient accélérés entre la cathode et une anode de platine inclinée à 45°. Le rayonnement résultant était utilisé dans une direction perpendiculaire à celle des rayons cathodiques. Il traversait une grille réunie au sol, puis produisait un effet photoélectrique, sur une plaque de platine placée à l'intérieur d'un cylindre de Faraday et réunie à un électromètre, Entre la grille et le cylindre de Faraday existait un champ électrique faible (quelques velts : cm.) que l’auteur jugeait suffisant pour arrêter les électrons réfléchis par l’anode et les ions négatifs qui auraient pu prendre naissance dans le gaz restant, bien qu'un

bon vide fût fait dans l'appareil par l'emploi de charbon

refroidi dans l'air liquide. Dember a pu déceler un effet photo-électrique pour une différence de potentiel de 18 v. 7 entre l’anode et la cathode, c'est-à-dire en tenant compte des corrections (vitesse des électrons à leur sortie de la cathode, différence de potentiel de contact) pour une chute de tension efficace de 16 v. g (à, du spectre continu : 745 A.).

Dans le travail de J.-J. Thomson, les rayons étaient produits par choc des électrons issus d’une cathode de Wehnelt, sur une anticathode de cuivre. Les rayons, utilisés dans une direction faisant un angle de 45° par rapport au faisceau cathodique, traversaient un champ magnétique qui devait séparer le rayonnement corpusculaire et ensuite tombait sur une plaque photographique genre Schumann. Cette plaque pouvait être en partie recouverte de feuilles minces de paraffine (4.ro-f cm.), collodion, mica, ete... Les résultats furent les suivants : J.-J. Thomson obtint des impressions photographiques à partir d'une différence de potentiel de ro volts entre

les électrodes. Au travers des feuilles minces de collodion et de paraffine on n'obtint aucun noircissement pour 4o volts, mais un effet appréciable pour 80 volts et considérable pour 800 volts.

Les expériences de Richardson et Bazzoni avaient un but légèrement différent : celui de déterminer quelles sont les radiations de plus courtes longueurs d'onde, résultant du choc d'électrons se déplaçant à grande vitesse, sur des ‘atomes d'hydrogène, d'hélium ou de vapeur de mercure. Dans une partie de l'appareil les atomes du gaz en expérience étaient frappés par des électrons, issus d’une cathode de tungstène incandescent et accélérés dans un champ électrique. La fréquence de la radiation électromagnétique produite était appréciée par la mesure de la vitesse des photo-électrons libérés d'une plaque métallique sur laquelle tombait la radiation. Cette mesure était faite en déterminant quel est le champ magnétique nécessaire pour donner au faisecau d'électrons un rayon de courbure suffisant pour le faire entrer

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dans un cylindre de Faraday, relié à un électromètre.

Entre l'appareil où se produisait la radiation et le dispositif propre à la mesure des fréquences, se trouvait un condensateur dans lequel existait un champ électrique intense destiné à capter les ions parasites. Les résultats furent les suivants : Les plus courtes longueurs d’onde des spectres des radiations émises par l’hélium, l'hydrogène et la vapeur de mercure excités par un fort courant d'électrons lancés par 8oo volts sont les suivants : pour l’hélium {470 ou 420 A., pour l'hydrogène 830 à 950 A., pour le mercure 1.000 à 1.200 À. Ces fréquences limites se sont montrées indépendantes du potentiel d'excitation.

Dans les expériences de Dadourian, les rayons étaient pro: duits d'une façon analogue à la précédente (cathode de Wehnelt, anode de platine); les rayons passaient ensuite entre deux plateaux entre lesquels on établissait un champ électrique jugé suffisant pour éliminer tous les ions, puis entraient dans un cylindre de Faraday à triple enveloppe (dont deux en toile métallique)-et ensuite rencontraient une plaque de laiton sur laquelle ils produisaient l'effet photoélectrique. L'auteur observa un effet photo électrique débutant pour une différence de potentiel de 20 volts entre l’anode et la cathode. Une différence de potentiel de 15 volts suffisait pour arrêter sensiblement tous les photo-électrons, même lorsque ceux-ci étaient extraits par un rayonnement produit sous 390 volts, l’absorption d’une feuille de celluloïd de 10° cm. d'épaisseur semblait constante pour des rayons produits par des tensions variant de 300 à 800 volts ; l’auteur a aperçu, dans la courbe représentant la variation de l'effet photo-électrique, en fonction de la tension entre les électrodes, des irrégularités qu'il attribue aux radiations L du cuivre et du zinc et N du platine.

La deuxième méthode consiste à séparer l'appareil producteur de l'appareil détecteur, par une feuille mince parfaite-

ment étanche aux gaz et aux rayons corpusculaires. Dans

celle catégorie se rangent, par ordre chronologique, les travaux de Wehnelt et W. Trenkle, de Widdington, ceux que J'ai fait, avant la guerre, en collaboration avec M. Debierne, et ceux de Mie E, Laird (1915 et 1920).

Wehnelt et Trenkle ont pu déceler photographiquement, au travers d’une fenêtre d'aluminium (épaisseur de 4 à ho.10-# em.) un rayonnement obtenu en arrêtant, sur une cathode de tantale, les électrons émis par une cathode de Wehnelt et lancés par 1.600, 1.000 et 400 volts. Widdington obtint, pour go volts, un rayonnement sensible au travers d'une fenêtre de verre mince et dont il attribue l'origine aux chocs des électrons sur les atomes de gaz restant (lumière ultraviolette).

Dans le travail que j'ai fait en commun avec M. Debierne, les rayons étaient produits par choc des électrons issus d’une cathode de Wehnelt sur uné anticathode de nickel. Les rayons sortaient, soit dans l’air à la pression atmosphérique en traversant une feuille d'aluminium de 7,4. 10—* cm. d'épaisseur, soit dans l'air à la pression de 2 cm. de mercure, en franchissant une feuille de collodion qui pesait 0,24 10% gr. par centimètre carré. Le vide était fait dans tout l'appareil au moyen d’une pompe moléculaire Gaede. Nous avons pu obtenir, au travers de l’aluminium, une impression photographique pour 1.140 volts entre l’anode et la cathode et au travers du collodion un effet ionisant pour 4h4o volts. Ces derniers rayons étaient complètement absorbés par 0,/, em. d'air à la pression atmosphérique.

Un appareil à peu près semblable a été employé, tout à fait indépendamment, d'ailleurs, par Mie Laird. Il était plus perfectionné que le nôtré car on pouvait superposer des lames minces de différentes substances à la feuille étanche séparant le tube producteur de rayons de la chambre d’ionisation (poids 0,1 à 0,19 mg. cm”).

Le vide était fait dans l'appareil au moyen d'une pompe de Gaede à mercure. Dans une autre série d'expériences,

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publiées plusieurs années après, Mile Laird utilisa le même montage, mais soigna beaucoup l'élimination des gaz occlus dans l’anode en chauffant celle-ci au rouge et en lavant tout l'appareil à l'hydrogène. Les conclusions générales de ce dernier travail furent les suivantes :

1% Me Laird conelut à l'impossibilité d'obtenir des rayons X mous, par le choc, sur une anode métallique, d'électrons lancés par moins de 190 volts et pense que tous les effets observés par les différents auteurs pour des tensions plus faibles doivent être attribués aux gaz contenus dans le tube producteur de rayons. (J'ai cependant obtenu, à l'extérieur du tube, pour des potentiels beaucoup plus faibles, des radiations provenant très certainement de lanticathode. Ce fait tient, Je crois, à ce que j'avais une production beaucoup plus intense de ravons et que j'absorbais moins ceux-ci dans le diaphragme élanche, qui était cinq fois plus mince que celui employé par Mile Laird).

2° Mile Laird mesura la transparence de différents corps, du celluloïd en particulier, pour des rayons produits par 360, 590, 960 ct 1.300 volts. (On remarque sur les nombres donnés par l'auteur que la transparence d’un corps donné ne change pas sensiblement lorsque les rayons sont produits par des tensions variant entre 300 et 1.300 volts. J'ai retrouvé le même fait, et j'en donne une explication vraisemblable plus loin).

30 Mlle Laird a mesuré le rayonnement donné par différentes anodes, bombardécs dans les mêmes condiions, et a trouvé qu'il avait sensiblement la même valeur pour le platine, l'aluminium et le quartz. Le carbone donna une radiation plus forte, entre 350 et 550 volts, que celle des autres anodes et cette. augmentation fut attribuée alors aux raies K de cet élément (1).

[T'A + ; # un ji Fr (°) Tension nécessaire pour déclancher le groupe K du carbone : v. environ,

RECHERCHES EXPÉRIMENTALES SUR LES RAYONS X \ dy,

Comparaison entre les deux méthodes. — La première méthode, séduisante d'ailleurs, car elle ne nécessite aucun écran entre l'appareil producteur et l'appareil détecteur de rayons, donne malheureusement des résultats très difficiles à interpréter. La principale difficulté réside dans la perfection exigée pour le filtre ou piège, électrostatique ou électromagnétique, qui doit séparer les rayons vibratoires et corpusculaires, En effet, le courant dans l'appareil producteur est de l’ordre de grandeur de 10-3 ampère et quelques centimètres plus loin, de l’autre côté du filtre, on mesure, dans l'appareil détecteur, des apports de charge correspondant à

-10—8et souvent 10-15 ampère. Il suffit donc qu’une fraction 1010 des charges produites échappe au piège pour fausser complètement les mesures.

J'ai expérimenté cette méthode avec plusieurs appareils. différents etacquis la conviction que les résultats ainsi trouvés devaient être envisagés avec beaucoup de réserve.

Dans la deuxième méthode, la feuille mince et étanche constitue un filtre parfait ne laissant passer qu'une fraction de la radiation électromagnétique : les rayons cathodiques, et à plus forte raison les rayons positifs, ayant une vitesse beaucoup trop faible pour traverser le diaphragme (!). Malheureusement les feuilles Les plus minces que l’on peut réaliser absorbent encore une forte proportion des rayons (97 0/0 au maximum d'absorption). Par contre, la possibilité d'étudier les rayons par l'ionisation qu'ils produisent dans les gaz permet de regagner de la sensibilité, ce phénomène libérant beau-

coup plus de charges que l'effet photoëélectrique (°.).

{(t) Voir chapitre I.

(2) Je me suis abstenu de faire la critique détaillée des expériences dont on vient de lire l'exposé : elle est très difficile à faire, de nombreux résultats étant contradictoires. On pouvait simplement conclure qu’une grande confusion régnait dans ce domaine. La question méritait d'être éclaircie, c'est ce que j'ai essayé de faire,