PAR LE RAYONNEMENT DU RADIUM

Les mesures relatives à la déviation magnétique avaient conduit à des valeurs des rayons de courbure des trajectoires, tout à fait du même ordre que celles qui avaient été observées pour les rayons cathodiques par M. J. J. Thomson, par M. Wien et par M. Lenard. Pour compléter l'identification des deux natures de rayonnement, il y avait deux: autres vérifications à effectuer; l'une était de constater que le rayonnement transporte des charges électriques négatives, l'autre qu'il est dévié dans un champ électrique. M. et Mine Curie ont mis en évidence le phénomène du transport de charges électriques et ont mesuré

SUR UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. l65

ces charges et, d'un autre côté, j'ai pu réaliser et mesurer la déviation dans un champ électrique.

§ i . — Charge électrique du rayonnement du radium. Expériences de M. et Mme Curie (1).

Nous devons nous borner à rappeler ici la belle expérience de M. et Mme Curie. On sait, d'après les expériences de M. Perrin, que les rayons cathodiques sont chargés d'électricité négative. M. Perrin et M. Lenard ont montré en outre que ces rayons peuvent transporter leur charge à travers des enveloppes métalliques réunies à la terre, et à travers des lames isolantes. Aux points où les rayons cathodiques sont absorbés il se produit un dégagement d'électricité négative.

M. etMme Curie ont constaté que le rayonnement dé viable du radium jouissait des mêmes propriétés, et transportait des charges négatives.

Toutes les expériences faites dans l'air n'ont donné d'autre résultat que d'établir des courants dus à la différence de potentiel de contact des métaux; l'air rendu conducteur dissipe les charges recherchées. Pour les mettre en évidence il faut, soit entourer d'une enveloppe isolante continue les corps qui doivent recueillir les charges, soit les placer dans un tube où l'on a fait un vide très parfait.

L'expérience a été réalisée en entourant un disque conducteur ainsi que les fils qui le reliaient à l'électro-

(1) Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXXX, p. 640 (5 mars 1900).

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mètre, avec une couche continue de paraffine recouverte elle-même d'une enveloppe métallique en communication avec la terre. Sur la face du disque qui devait être exposée au rayonnement la couche isolante, formée de paraffine ou d'ébonite, était très mince et recouverte d'une feuille d'aluminium deomm,oi d'épaisseur. Si l'on expose ce système au rayonnement du radium, les rayons traversent l'enveloppe métallique et la paraffine, et le disque devient le siège d'un dégagement continu et constant d'électricité négative que M. et Mme Curie mesuraient avec leur quartz piézoélectrique.

Le courant ainsi créé est très faible. Avec du chlorure de baryum radif ère très actif formant une couche de 2cm2,5 de surface et de oc,a d'épaisseur on obtient un courant de l'ordre de io"~ "ampère, les rayons utilisés ayant traversé, avant d'être arrêtés par le disque métallique, une épaisseur d'aluminium de omm,o i et une épaisseur d'ébonite de onuu,3.

Les résultats ont été les mêmes en employant des disques en plomb, en cuivre et en zinc, et, pour l'isolement, de la paraffine ou de l'ébonite.

Le courant diminue quand on éloigne la source radiante, ou quand on emploie un produit moins actif.

Enfin, M. etMme Curie ont réalisé l'expérience inverse en enfermant au milieu de la matière isolante l'auge en plomb contenant la matière active; celle-ci était en relation avec l' électromètre, et le tout était enveloppé par une enceinte métallique reliée à la terre. Dans ces conditions le radium prend une charge positive égale en grandeur à la charge négative de la première expérience. Les rayons du radium

traversent la matière isolante mince et quittent le conducteur intérieur en emportant des charges négatives.

Dans cette expérience, les rayons a du radium sont arrêtés par la substance isolante.

Les rayons du poloniuin n'ont manifesté aucune charge, mais comme ils sont arrêtés par la matière isolante on ne peut tirer de cette expérience aucune conclusion.

M. Curie a fait remarquer qu'un échantillon de radium qui serait isolé électriquement dune façon parfaite se chargerait en peu de temps à un potentiel extraordinairement élevé. Dans l'hypothèse balistique ce potentiel augmenterait jusqu'à ce que la différence du potentiel avec les corps environnants devienne suffisante pour empêcher l'éloignement des particules électrisées émises et amener leur retour à la source radiante.

Pratiquement, lorsqu'un sel de radium est enfermé dans un tube scellé, il se charge d'électricité positive, et en l'ouvrant, M. et Mme Curie ont observé parfois une petite étincelle. Parfois aussi la charge intérieure peut provoquer une étincelle qui perce le tube.

§ 2. — - Déviation électrique du rayonnement du radium.

Au moment où j'ai publié des mesures relatives à la déviation magnétique d'une partie du rayonnement du radium, en signalant l'identité des rayons de courbure observés pour les trajectoires avec ceux des trajectoires des rayons cathodiques, j'ai indiqué (i) les conditions dans

(l) Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXX, p. 200 (29 janvier 1900).

lesquelles ce même rayonnement devait être dévié par un champ électrique. On pouvait prévoir- que pour des rayons caractérisés par un produit RH = iooo, en admet-

tant que le rapport — et la vitesse fussent les mêmes que

pour les rayons cathodiques, on devait avoir une déviation de 2 millimètres environ par centimètre de trajet pour un champ de 2,io1;i unités électromagnétiques CGS. J'ai bientôt confirmé, par l'expérience (i), ce résultat prévu .

Dans l'intervalle de ces deu\ publications M. E. Dorn(a) a annoncé qu'il avait observé qualitativement le phénomène. Il s'appuyait du reste sur les résultats et les considérations de ma première note pour estimer le déplacement d'un large faisceau illuminant un écran phosphorescent, et, dans sa publication, M. Dorn dit avoir aperçu un déplacement qui lui a paru être de l'ordre de grandeur et du sens prévus.

A cette époque j'avais obtenu de mon côté, sur des plaques photographiques, des déplacements très nets montrant que le faisceau était dévié par un champ électrique dans le sens que suivrait une masse négative. Peu après je pus observer ces déplacements pour des régions à peu près définies du faisceau déviable et faire les premières mesures quantitatives qui aient établi l'identité entre le faisceau dévié et les rayons cathodiques.

(1) Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXX, p. 809 (26 mars 1900).

(2) Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXXX, p. 1126 et Abhandlungen der Naturforschenden Gesellschaft zu Halle (11 mars 1900).

Après plusieurs essais pour obtenir dans le vide des champs électriques très grands sans toutefois produire des Rayons X qui auraient voilé les plaques photographiques, je suis d'abord revenu à une disposition essayée plusieurs mois auparavant, tout au début de ces recherches sur la déviation magnétique, et qui, perfectionnée, a manifesté le phénomène de la déviation électrique avec beaucoup de netteté dans l'air et à la pression atmosphérique.

La disposition consistait essentiellement à faire passer un faisceau très étroit de radiations entre deux petits plateaux électrisés, et à recevoir le faisceau sur une plaque photographique enveloppée de papier noir. Des fils métalliques fins placés en avant de la plaque donnaient sur celle-ci, par leur ombre, des repères précis. On constata . alors que le faisceau émané du radium était repoussé par le plateau électrisé négativement, ce qui est conforme à l'existence de charges négatives transportées au travers du champ. La diffusion du faisceau dans l'air est augmentée par la dispersion qui se produit dans le champ électrique comme dans le champ magnétique et pour la même cause qui est l'hétérogénéité du rayonnement.

En renversant le sens du champ les déplacements sont inverses, et, en couvrant successivement une partie de la plaque par un écran opaque de manière à masquer une moitié du faisceau perpendiculairement à sa déviation, on peut obtenir sur la même épreuve deux déviations de sens contraires.

Le faisceau diffusé et dispersé ne se prête à des mesures qu'à la condition de déterminer la trace de radiations

bien définies. Cette difficulté a conduit à employer la disposition suivante :

Deux petits plateaux rectangulaires de 3e, 45 de hauteur ont été disposés verticalement et fixés par de la paraffine, de façon à laisser entre eux un intervalle d'air de 1 centimètre d'épaisseur. Dans cet intervalle le champ électrique était mesuré sensiblement par la différence de potentiel des plateaux évaluée en unités CGS. L'un des plateaux était à à la terre, l'autre était en relation avec une batterie de six grandes jarres dont la capacité réduisait considérablement la vitesse de la chute de potentiel des plateaux sous l'influence du radium. Un électromètre à cadran de Henley, en relation avec la batterie, avait été gradué par l'observation de diverses distances explosives de façon à donner approximativement le potentiel de la batterie. Pendant l'expérience, le potentiel était maintenu constant en rechargeant continuellement la batterie avec une machine à influence, et en faisant en sorte que la déviation de l'élec- Iromètre se maintînt constante. Une disposition convenable permettait, au cours d'une expérience, de renverser le champ électrique entre les plateaux, en lui conservant la même intensité.

Dans ces premières expériences la machine à influence (machines de Wimhurst) était tournée à la main; plus lard on la remplaça par une machine du même genre mise en mouvement par un petit moteur.

La plaque photographique, enveloppée de papier noir, était fixée en dehors du champ à ic,a au-dessus des arêtes supérieures des plateaux; la matière radioactive était disposée au-dessous du champ. Dans une première série

d'expériences, la matière active était placée clans une petite cuve de plomb surmontée d'une lame de plomb dans laquelle était pratiquée une fente rectiligne de imm,5 environ de large; dans une autre série le sel de radium était rassemblé dans une rainure rectiligne de i millimètre de large pratiquée dans un petit bloc de plomb; le tout était orienté - de manière que la partie moyenne du faisceau coïncidât à peu près avec un plan parallèle aux plateaux et à égale distance de ceux-ci.

Le faisceau large et diffus ainsi obtenu est dévié par le champ électrique, mais la déviation qui correspond sur la plaque photographique à un déplacement de quelques millimètres est difficile à mesurer.

On a disposé alors, exactement au-dessus du milieu de la source linéaire, un écran plat très mince en mica, recouvert ou non d'étain dans les diverses expériences, et très bien isolé. Cet écran qui dépassait les limites du champ, et s'approchait très près de la plaque photographique à laquelle il était normal, donnait sur celle-ci une ombre rectiligne très étroite si le faisceau des radiations actives était bien parallèle à son plan, condition réalisée quand les deux plateaux étaient au même potentiel.

Au contraire, si le faisceau est dévié dans un sens, une partie du faisceau est arrêtée par l'écran, et celui-ci projette sur la plaque une ombre dont la direction indique le sens de la déviation; la limite de cette ombre portée correspond à la déviation de ceux des rayons les moins déviés par le champ électrique qui donnent encore une impression notable au travers du papier noir. Cette limite est diffuse en raison de la pénombre due à la largeur de

IJQ. RECHERCHES

la source et surtout on raison de la dispersion du rayonnement par le champ électrique. Si Ion renverse le sens du champ, l'ombre est projetée en sens contraire. La figure 47, PI. VU, reproduit l'un des dispositifs employés.

Deux bandes de verre servant d'écran, reliées entre elles par deuv au Ires et mobiles dans une glissière, pouvaient couvrir successivement chacune des moitiés de la plaque photographique, leurs positions successives se rejoignant suivant une ligne parallèle à la déviation. On pouvait faire ainsi sur la même plaque deux impressions, correspondant à des sens inverses du champ électrique. L'épreuve montre alors deux bandes claires décalées l'une par rapport à l'autre, images de l'ombre projetée par l'écran dans deux sens opposés à partir d'une origine commune.

La ligure 48, PI. VI, reproduit une de ces épreuves relative à un champ de t, 02.10" unités GGS. (10200 volts entre deux plateaux distants de 1 centimètre).

Les dimensions de l'appareil élaient les suivantes :

Projection normale au champ du chemin parcouru dans le champ /= 3e, 45; projection normale au champ du chemin parcouru par le rayon en dehors du champ avant d'atteindre la plaque photographique enveloppée de papier noir, h = ic,>-.

Trajectoire dune particule électrisée clans un champ électrique. — Considérons un champ électrique d'intensité F", et une masse m transportant une charge e avec une vitesse v. Soit a l'angle de la vitesse avec la direction du champ.

Supposons le champ parallèle à l'axe des x, et la masse électrisée ayant une vitesse initiale v0 dans le plan des x z.

SUR UNE PROPRIETE NOUVELLE DE LA MATIERE. Ij3

L'accélération étant constante, dirigée suivant l'axe

eF

des x, et égale à —, on a d'après les formules connues

z = v0t sin a

1 eF

éliminant /, on trouve facilement l'équation d'une parabole. Dans le cas où a = çjo0 l'équation de la parabole devient

La vitesse est variable à chaque instant et elle a pour expression

dtj \dtj \mv

Si, d'autre part, on connaît la déviation magnétique du rayon ayant la même masse ?n, la même charge e, et la même vitesse v0, en appelant H le rayon de courbure de la trajectoire dans le champ magnétique H, on a vu que l'on avait pour siriOL = i ,

nu m

RH = — v0,

les formules deviennent

■ 2RH/;0. . . (FzV

La connaissance de RH et de la déviation électrique

permettent donc de déterminer v0 et par suite — .

Dans le cas de l'expérience ci-dessus, au sortir du champ électrique dont la hauteur était /, la trajectoire suivait la tangente pour atteindre la plaque photographique située à une hauteur h au-dessus des plateaux électrisés fig. 20.

(On néglige les perturbations dues à la distribution du champ en dehors dans le voisinage immédiat de la sortie.)

La déviation S' au sortir du champ est donnée par

rf =

2RHvn'

Fig. -id.

Or comme la trajectoire en ce point coupe la tangente à l'origine, au milieu de la hauteur du champ, on a :

Ct