MS

Hheene

ments de tungstène T. La tige D est en communication avec la masse de l'appareil, la tige C passe au travers du disque B dans un joint isolé étanche. Au centre du disque B était soudé un tube en laiton destiné à laisser passer l’anode E isolée par un tube de verre V. Celle-ci était refroidie par une circulation d’eau intérieure. L’étanchéité était assurée par des masticages M et M’. Les filaments de tungstène, tendus entre les deux supports élastiques, restant rectilignes à chaud, l’anode peut s’en approcher à moins d'un millimètre, sans risquer le contact. Des écrans métalliques limitaient, le plus possible, le volume du gaz soumis au champ électrique. Dans certains

cas, un canaliseur mulüitubulaire G supprimait les rayons obliques.

RECHERGUES ENPÉRIMENTALES ‘SUR LES RAYONS X a1

Différentes dispositions ont été employées pour le système anode-cathode. Elles sont représentées sur la figure 2.

1) Devant une-anode plane, en laiton, étaient tendus un ou plusieurs filaments de tungstène de 0,02 à 0,03 cm, de diamètre ; les rayons utilisés étaient sensiblement normaux à l’'anode. à,

2) Une anode de cuivre, en forme de V, entourait le fila: ment incandescent. Ce deuxième dispositif présentait l’avantage de diminuer beaucoup le volume dans lequel existe un champ électrique intense, rendant ainsi très improbable la production de lumière ultraviolette, par choc d’un électron à grande vitesse, sur une molécule du gaz restant.

3) Il était nécessaire de s'assurer que les rayons obtenus pour de très faibles différences de potentiel, 25 volts par exemple, ne-provenaient pas de la lumière ultraviolette accompagoant l'ionisation des gaz occlus dans l'anode cecrtains auteurs ayant publié que tous les effets obtenus avec moins de 200 volts étaient dûs à ce phénomène parasite. [Il semblait aussi utile d'empêcher la lumière provenant de la cathode incandescente d'entrer dans l’électroscope, cette lumière pouvant produire un effet photo-électrique gènant. Le dispositif adopté, représenté sous le numéro 3, se compose d’une anode de molybdène mince, en forme de V, pouvant être portée au rouge par bombardement, et ainsi purgée de gaz occlus; la lumière du filament était masquée par deux écrans @ et b. Cette disposition a, en outre, l'avantage de protéger la mem- ‘brane mince de la pulvérisation cathodique inévitable au début du fonctionnement de l'appareil; pulvérisation qui, bien qu'à peine visible, peut augmenter beaucoup lopacité de la feuille mince.

Le vide était fait dans l'appareil producteur de rayons au moyen d’une pompe moléculaire Gaede, qui tournait constamment pendant les expériences. La canalisation réunissant l'appareil à la pompe, était grosse et courte. Un gros robinet permettait d'isoler la pompe; un tube à décharge, gros et

22 F. HOLWECK

long, placé en dérivation sur là canalisation et alimenté par unc bobine d'induction donnant 15 em. d’étincelle, servait d'indicateur de vide. Il ne montrait aucune illumination sous cette différence de potentiel, la pression étant très probablement inférieure à r0—° ém. de mercure.

Contrairement à une opinion généralement répandue, j'ai constaté que l’on peut atteindre ct maintenir un bon vide dans des appareils métalliques compliqués, En effet dans l'appareil constitué par : le tube producteur de rayons, le diaphragme, une des chambres d'ionisation (électroscope) que l'on trouvera décrite plus loin ; ensemble comprenant trois grands rodages plans, 2 petits, 5 masticages, dont un sur ébonite, et4 robinets, le vide y ayant été fait pendant plusieurs jours avec la pompe moléculaire, la pression ne montait dans tout cet appareil, que de 10-? cm. de mercure par heure, après séparation de la pompe. Cette pression était due aux gaz, non condensables, dégagés en plus de la vapeur de mercure introduite par la jauge. Ge résultat a été obtenu par: l'emploi exclusif du laiton soigneusement étamé et lavé. L'étain liquide, bouchant les pores et les cavernes du métal laminé ou étiré, diminue con$idérablemeut le dégagement de gaz. La graisse employée pour les rodages (mélange de vaseline, paraffine, caoutchouc) avait été débarrassée des matières volatiles, par une chauffe prolongée dans le vide (1).

Diaphragme mince. — Le tube à vide était séparé de la chambre d'ionisation par un diaphragme métallique H, portant, à la périphérie, deux rodages circulaires plans, et au centre une partie moins épaisse, perforée en forme de grille (par exemple, une des grilles utilisées comportait des trous de 0,08 cm. de diamètre, percés à l'intérieur d'un rectangle de 0,5 cm. sur 1,3 em., à la distance de 0,1 em. d’axe en axe).

(*) Le succès des expériences est aussi dû en grande partie à

l’habileté de M. Ragot, mécanicien du Laboratoire, qui a réalisé

avec beaucoup de soin les appareils nécessaires. Je lui adresse mes bien vifs remerciements,

Sur cette grille était mastiquée la feuille mince de celluloïd, au moyen d’un corps facilement fusible, de paraffine, par exemple.

Voici le mode de préparation des feuilles minces de celluloïd, constamment employées dans ces recherches : on fait une solution de celluloïd, dans un mélange, à parties égales, d'alcool et d’éther absolus, titrant 2.10—# gr. de celluloïd par em. On filtre soigneusement cette solution et on la conserve à l'abri des poussières. Les membranes les plus minces furent obtenues en faisant évaporer lentement 0,07 cm* de cette solution à l’intérieur d'un anneau plat, en fer, flottant sur du mercure parfaitement propre. Le diamètre intérieur de cet anneau était de 3 em., et comme la partie centrale de la membrane ainsi obtenue était légèrement plus mince que les hords, le poids de cette région était inférieur à 2.10—°gr. par cm?. Un tel film présente les couleurs suivantes : sur les bords la lame est relativement épaisse et montre, par des anneaux colorés très rapprochés que son épaisseur varie rapidement dès que l’on s'éloigne du support. A 0,1 cm. du support la feuille présente la coloration jaune paille; puis 0,3 em. plus loin, la teinte blanche du premier ordre et ceci jusqu'au centre. On a donc réalisé une lame à faces sensiblement parallèles et dont l'épaisseur,calculée d'après les mesures de M. Perrin sur les bulles de savon, est de 0,7 à 0,8.10—°em. (Ce film pèse moins de 1,1.10- gr. par em?, soit 15 à 20 fais moins qu'une feuille d'or battu). Quelquefois même la feuille présente au centre une tache grise encore plus mince. Cette méthode permet de confectionner un nombre quelconque de membranes parfaitement semblables. Ces feuilles sont absolument étanches aux gaz (sauf à la vapeur d’eau) et une fois collées sur une grille de soutien, elles supportent une différence de pression de 5 cm. de mercure, le diamètre des trous de la grille étant de 0,08 cm. Ces feuilles sont aussi imperméables aux rayons cathodiques utilisés : en

effet, elles pèsent, à égalité de surface, autant que 8.107* cm,

oh F, HO WECK

d'air à la pression atmosphérique, or, d'après la formule empirique de Whiddington, donnant le parcours d des rayons cathodiques de vitesse v dans l'air à la pression atmosphérique :

des électrons lancés par 1.500 v: ne peuvent traverser que 1,8.10-3 cm. d'air, soit 2.10% em. de celluloïd, c'est-à-dire quatre fois moins que les feuilles les plus minces. Méthode de mesure des coefficients d'absorption des gas. — Considérons un faisceau parallèle de rayons R E (figure 3), pénétrant dans unechombre d'ionisation, dont les parois sont portées au potentiel U, l'électrode isolée E étant réunie à l’électromètre, cet contenant un gaz à une

pression p, p étant exprimé en fracx + dx Ax . . Pe

tion de la pression atmosphérique.

Soit A, l'intensité initiale du rayon-

nement entrant dans la chambre,

Ao l'intensité A; de ce rayonnement à une distance x de l’origine est :

mt 1670) A>x TA Aoe S £

u étant le coefficient d'absorption () du gaz, à la pression normale, pour les rayons considérés supposés homogènes. Le courant d'ionisation produit dans une tranche comprise, entre deux sections droites du faisceau, à des distances de l'origine x et æ + dx, est : :

UE KAzwpdr = kupAse Pdx © k étant un coefficient constant.

(*) Coefficient se rapprochant du coefficient total d'absorption :

somme des coefficients d'absorption par fluorescence et par dispersion.

Le courant d'ionisation produit dans un condensateur, de profondeur à, est :

= 53 kupAoe *"Pdx = AVE tenir )

or, le courant d'ionisation limite [ , correspondant à l'ab-

sorption totale du rayonnement a pour valeur-ÆA,, d'où :

11, (1 Dom)

On voit donc que pour déterminer y on peut, soit faire varier @, soit faire varier p; d'où les deux méthodes indiquées plus loin.

On peut, pour la plupart des gaz, mesurer facilement Le ; la pression correspondant à l'absorption totale du rayonnement (à une approximation suffisante près), dans les condensateurs habituellement employés. étant compatible avce la solidité de la feuille mince : par exemple, pour l'azote, cette pression est de 3 cm. de mercure avec un condensateur de 20 cm. de profondeur, pour les rayons les plus pénétrants étudiés. Mais pour les gaz légers, en particulier pour l'hydrogène, il est impossible d'opérer ainsi : la pression nécessaire pour obtenir Le, dépassant 10 cm. de mercure. On peut alors, en filtrant suffisamment les rayons au travers d'une feuille de celluloïd assez épaisse pour qu'on puisse considérer les rayons restants comme homogènes, mesurer les courants d'ionisation |, et 1,, correspondant à une épaisseur & de gaz traversé et à une épaisseur double 24 (ou à une pres-

sion double 2p) :

ne ds He Hp) Ds — uap Fe .

EM — 2uap PAT Zap

d'où l'on tire facilement 1.

20 F. HOLWECK

Montage électrique. — ie montage électrique était le suivant :

Le courant de chauffage du filament, produit par des accumulateurs, mesuré par un ampèremètre A (figure 4), était réglé au moyen de deux rhéostats, montés en parallèle, l’un

d'eux étant beaucoup plus résistant que l’autre, pour permet-

Electrométre\ /

aux réservoirs à gaz

à la pompe | moléculaire "

tre üne variation très progressive de la température de la cathode, nécessaire pour maintenir le courant thermo-ionique à une valeur déterminée, La tension entre l’anode et la cathode était mesurée par un voltmètre V, le courant thermoionique par un milliampéremètre MA. La source de haute tension était une batterie B de petits accumulateurs; une batterie D, à plots, servait à interpoler entre les fractions de B. Un fil fusible et uue résistance de 1.009 ohms évitaient les accidents.

La différence de potentiel aux extrémités du filament n'était que de 2 volts environ, ellca pu être négligée dans toute

la partie des expériences où V élait assez grand. Pour une autre partie du travail, où V était faible (ro à 20 volts) on a tenu compte de cette chute de potentiel, le point commun, origine des potentiels, étant l'extrémité positive du circuit de chauffage. Un anneau d’ébonite E isolait la chambre d’ionisation, qui était au potentiel U, du tube à rayons dont l'enveloppe extérieure était réunie au sol. Les courants d’ionisalion étaient mesurés, dans les expériences préliminaires, à l’électromètre par la méthode de la déviation constante, puis, dans les expériences définitives, par la méthode bien préférable du quartz piézoélectrique.

Production des gaz el mesure de la pression dans la chambre d'ionisation. — Les différents gaz étudiés furent : l'azote atmosphérique, séparé de l'air par le cuivre chauffé au rouge, l'hydrogène et l'oxygène produits par électrolyse de l’eau (solution étendue de soude, électrodes de nickel). Tous les gaz étudiés étaient desséchés sur de l’anhydride phosphorique, et conservés dans des ballons de verre. Les mouvements gazeux dans les chambres d’ionisation étaient déterminés par une pompe Gaede à mercure.

Les pressions étaient mesurées : de o à 0,2 cm. de mercure, au moyen d’une jauge Mac-Leod; de 0,2 à 10 cm., au moyen d'un bon manomètre visé avec un cathétomètre ; de 10 à 76 cm. de mercure, au moyen d'un baromètre.

Mesure, à volume constant, des coefficients d'absorption des gaz. — Deux types de chambre d'ionisation furent utilisés : |

Le premier modèle est représenté sur la figure 4, indiquant le montage général. C'était un condensateur cylindrique en laiton étamé, dont les parois étaient portées au potentiel U. L'électrode isolée en forme de tige ctait rejetée sur le côté, la profondeur a était fixe et égale à 16,1 cm. Le faisceau de rayons était axial, de petite section, et suffisamment peu divergent pour atteindre le fond du cylindre saus toucher les parois. On a vérifié que les rayons mous ne produi-

20 F, HOLWECK

saicnt pas de rayons secondaires (!)ou d'effet photoélectrique sur le métal du condensateur, assez importants pour troubler la mesure des courants d'ionisation, ‘

Les parois de cette chambre d’ionisation étaient portées à un potentiel U suffisant pour recueillir tous les ions formés sur l’électrode centrale réunie à l'électromètre mais non assez grand pour produire F'ionisation par choc des ions dans le gaz à basse pression. Certaines difficultés, non encore éclaircies, mais qui feront l'objet d'un travail ultérieur, se sont montrées dans l'interprétation, des courbes de saturation obtenues dans ces conditions (variation de [, courant d’ionisation, en fonction de la grandeur et du signe de U). Malgré ces difficultés, on a pu recucillir sensiblement tous les ions positifs, Ï restant constant, quelle que soit la pression, lorsque U variait de 30 à 80 volts. On a obtenu ainsi des valeurs de coefficients d'absorption concordant bien avec celles obtenues avec un deuxième appareil dans des conditions très différentes.

La figure 5 représente le réseau de courbes obtenues avec l'azote. En abscisses, sont portées les différences de potentiel V entre l’anode et la cathode ; en ordonnées, les courants d'ionisation [ en unités arbitraires. Chaque courbe est relative à une pression qui est indiquée en centimètre de mercure. Le courant thermoionique était constant et égal à 10? ampère. La dernière courbe (pression 1,6 cm.), correspond à l'absorption totale, elle donne donc 1, . Chacune des autres courbes permet de déterminer pour chaque valeur de V, une valeur de y. On constate que & décroît et tend vers une valeur limite {2min, lorsque la masse de gaz traversée augmente. C'est à min. qu'on fait correspondre la longueur d'onde minimum du spectre continu donnée par l'anticathode bombardée par des électrons lancés par V volts.

(‘) Accessoirement, dans un essai de réflexion des rayons mous (chap. VI).

Mesure, à pression constante, des coefficients d'absorplion des gas. — L'appareil employé est représenté sur la figure 6. Il se compose d'une boîte cylindrique étanche en laiton étamé, portée au potentiel U, et protégée par une

16 {fo O5] Here 12 RENE p (em Hg) 0,515 Adote 0,245 0,127 | |] 0,26 0,059 Ds 0,020 c __|| 120 150 200 V.

E TC | 0,020 LL | à 120 150 200 250 300 V Fig. 5

enveloppe métallique réunie au sol). Cette boîte porte à sa partie inférieure un rodage sur lequel vient s'appliquer le diaphragme portant la feuille mince de celluloïd, et à sa partie supérieure un Joint à cuirs, recouvert de mercure, laissant passer la tige cylindrique en acier qui permet de

30 F, HOLWECK

déplacer le plateau mobile B. Le trajet des rayons ionisants, dans le gaz étudié, a donc pour longueur HB ; on lit cette distance sur une règle graduée. Les ions formés sont recueil-

à SSSSSSSSSANSRRKKRKKKKKKRSRRN

Sol

Fig. 6.

lis par le plateau C, réuni à la boîte et par conséquent porté au potentiel U, et par le plateau D, qui est réuni à l’électromètre, par l’intermédiaire d’un joint étanche à anneau de

garde. Sur la figure 7 sont représentées deux courbes relatives à l'absorption de l'oxygène. La courbe [ a été obtenue en portant en abscisses les épaisseurs æ de gaz traversé, mesurées en centimètre, et en ordonnées les courants d’ionisation

pression O,48 cm. Hg.

V = 195 volts Courant thermo-ionique 2 10 7amp

Fie/e7:

correspondants, L, étant égal à 100. On voit que cette courbe

correspond bien à l'équation :

ee ( enr).

La courbe 2 a été obtenue en portant en abscisses le logarithme du nombre représentant la fraction | du rayonnement qui reste, après traversée d'une épaisseur a de gaz à la pression p, et en ordonnées l'épaisseur a de ce gaz, mesurée en centimètre :

— UT) g— 4]

VIe —I1=Is

log l'= log 1, — uap log e = 2— 0,434 uap.

u est donné par le coefficient angulaire de la tangente à la courbe considérée. On voit que y décroît quand l’épaisseur de gaz traversé augmente, puis devient constant, et dans l'exemple considéré : pmin. — 43,5 cm.-", le gaz étant de l'oxygène dans les conditions normales et les rayons pro-

duits par 195 volts.

32 F.. HOLWECK

Comparaison entre les deux méthodes. Précision. — Cette dernière méthode a, sur la précédente, l'avantage de permettre l'élimination, par des mesures croisées, des variations de l'intensité de rayonnement du tube. Ces variations ont leur principale cause dans un déplacement du point d’impact des électrons, résultant d'une petite déformation du filament incandescent.

Les deux méthodes donnent des résultats concordants : par exemple, dans le cas, précédemment envisagé (oxygène, rayons de 195 volts), le coefficient d'absorption déterminé par la méthode de la pression constante, à été trouvé égal à :

43,5 em.=! pour p = 0,48 cm.

46,5 cmt pour p—=7r,39 cm,

nombres dont la moyenne 44,9 coïncide avec la valeur trouvée pour ce même coefficient d'absorption par la méthode du volume constant : 45 cm.-t. Il ne faudrait pas, de cette coïncidence, conclure une opinion exagérée sur la précision des mesures : celles-ci étant, en réalité, assez faible, les erreurs pouvant atteindre 5 0/0.

Dans une autre expérience, on a vérifié qu’on ne changeait pas le résultat dans la mesure d'un coefficient d'absorption en changeant le signe des ions recueillis.

Ælectroscope. — On peut augmenter beaucoup la sensibilité de la méthode de mesure des courants d'ionisation produits par les raÿons mous, en employant un électroscope étanche contenant un gaz à une pression juste suffisante pour absorber tout le rayonnément (0,1 cm. de mercure, pour les rayons les plus mous, avec un électroscope de 15 cm. de profondeur). On diminue ainsi considérablement la fuite spontanée de l'appareil, fuite qui ne peut manquer d’être grande lorsque celui-ci a été construit et est utilisé dans un laboratoire de radioactivité, comme c'est le cas présent.

En effet, les rayons à provenant de la radioactivité parasite

des parois de l'appareil, ont, dans le gaz à basse pression, un parcours beaucoup plus grand que les dimensions de l'électroscope, ils ne produisent done qu’une petite fraction du courant d'ionisation correspondant à leur absorption totale ; il en est de même, à plus forte raison, du rayonnement @ et y. Par contre, les rayons mous sont complètement absorbés.

Batterie

L’électroscope, qui sert en. même temps de chambre d'ionisation, est représenté sur la figure 8. On remarquera ainsi que la chute de potentiel le long de l’isolant A en ambre avait été annulée en portant le support S sensiblement au même potentiel que la feuille. Un petit dispositif magnétique permettait de charger l'instrument. Le courant de fuite spontanée de cet électroscope était inférieur à 10 —! ampères.

3/ F. HOLWECK

Dispositif à volets employé pour déterminer l'absorplion des solides. — Entre l'électroscope précédemment décrit dont la face inférieure était plane et rodée, et le tube producteur de rayons, on pouvait placer un diaphragme épais portant en plus de la feuille étanche, un dispositif à deux volets, mûs de l'extérieur par de petits rodages coniques et permettant de superposer à la feuille étanche, une, deux ow

trois feuilles identiques.