EXPÉRIMENTATION

But. — Dans les expériences résumées 1ci, j'ai eu pour but principal d'obtenir une mesure précise par la méthode d’encadrement du rapport de la masse atomique du lithium-6 à celle de l’hélium. Ces masses étant à très peu près dans le rapport 3:2, trois batteries égalisées comme décrit plus haut, permettront en en mettant successivement deux puis trois en série d'obtenir les champs électriques nécessaires. Il restera à résoudre le problème de produire successivement dans la même expérience les deux rayons désirés.

Indication d’ensemble. — Les conceptions théoriques et pratiques qui gouvernent la construction du spectrographe de masses ont été traitées en détail par MM. Aston et Fowler. La valeur des déviations à choisir comme base de la construction dépend surtout du champ magnétique dont on dispose. Dans notre cas, l'aimant (environ 2 000 spires, pièces polaires 8 cm.), présentait le grave inconvénient de champs parasites importants ; ne pouvant compter sur les champs intenses, on décida d'employer une déviation électrique de 1/8 ou 1/9 de radian ; la con-

struction a été finalement réalisée avec une déviation de 7°.

La possibilité d’un foyer exact au second ordre près selon les calculs de M. Fowler, a été étudiée, mais ce perfectionnement n’a pas été ajouté à l'instrument construit ; il ne fallait guère s'attendre à une grande amélioration dans la mise au point pour la déviation employée et sur la faible étendue du spectre à étudier. L'appareil fut construit d’après des données géométriques, en attachant la plus grande importance à la rigidité ainsi qu'à la facilité de montage et démontage. A cette fin le spectrographe consiste en plusieurs pièces solidement reliées par de bons joints rodés serrés par des écrous. L'appareil qui se compose de (a)tube à décharge, (b) système collimateur, (c) champ électrique et diaphragme, (d) champ magnétique, (e) chambre photographique, est représenté dans la figure 3.

Le tube à décharge. — Nous avons cherché un modèle de tube à décharge qui remplirait les conditions suivantes : 1° produire les rayons désirés, c’est-à-dire soit simultanément soit successivement des rayons des métaux alcalins et des éléments gazeux ; 2° produire le moins possible de rayons susceptibles de se superposer aux raies cherchées.

L’appareit fut d'abord monté avec une ampoule de 4 litres et une anticathode en silice, l’ensemble étant monté sur le spectrographe par un rodage et démontable à volonté ; ce dispositif a produit les rayons nécessaires pour la mise au point de la position de la plaque. Notre attention fut ensuite dirigée vers la production des rayons des éléments métalliques. Dans une recherche récente, Morand a indiqué une méthode remarquable pour produire les rayons positifs des métaux alcalins,et nousavons essayé d'adopter ce système aux recherches actuelles. Quand une anode, pointue et couverte de sel halogène de métal, légèrement chauffée, est portée à

un potentiel convenable dans un vide élevé, elle émet un rayonnement intense, par une sorte d'effet Lilienfeld inverse. Le faisceau est divergent, mais peut être dirigé en entourant l’anode par un cylindre, et avec ce dispositif nous avons obtenu des raies de lithium satisfaisantes. Les modifications qui permettraient l'émission d'un rayon d’origine gazeuse furentensuite essayées : 1° l’anode fut constituée par une pointe creuse entourée d’un filament qui la chauffait ; nous avons espéré produire ainsi des rayons d'hydrogène et peut-être d'hélium, par diffusion à travers le platine et ionisation. Une diffusion abondante d'hydrogène n’a produit aucun rayon décelable, et aucune diffusion d’hélium n’a eu lieu même aux températures les plus élevées ; 2° une petite fute fut pratiquée dans l’anode, le gaz qui s’en échappait était 1onisé en païtie par un courant électronique (une pompe à grand débit maintenait une pression convenable en dépit de la fuite) ; mais ce système n'a produit qu'une raie très faible après plusieurs heures d'exposition. Aucun avantage appréciable ne pouvant ainsi résulter de l’utilisation de l’anode Morand, nous avons eu recours à l’anode composée bien connue. On prévoyait un désavantage principal qui serait la présence probable des raies parasites inévitables, et le montage final a été étudié pour réduire cet effet à son minimum. Nous avons finalement adopté une ampoule à gaz fonctionnant sous basse tension, les rayons étant ensuite accélérés dans le vide de façon à leur donner une énergie suffisante.

Un ballon Pyrex de 500 em* sert d’ampoule à décharge (fig. 3, T). Dans le tube se trouve l’anode A, décrite plus loin, distante de quelques centimètres de l’électrode C, qui sert de cathode. L'entrée de gaz venant d'un réservoir se fait par une fuite capillaire (b) près de l’anode. Une fuite très commode peut être faite en « soudant » un fil métallique quelconque dans l’axe d’un tube de verre ; le fil se détache en se refroidissant et le canal capillaire qui résulte permet

l’alimentation directe de l’'ampoule en gaz venant d’un réser-

voir $ous 10-20 cm. de pression. Un tube fermé est soudé latéralement au ballon et peut être immergé dans l'air liquide. L’électrode intermédiaire C, derrière laquelle se trouve le champ accélérateur, est un cylindre en aluminium, de »2 mm. de diamètre, dont l’axe est percé d’un trou de 1 mm., cylindre qui entre à forcement dans le tube épais qui forme le col du ballon, et y est maintenu par des rondelles d'amiante, Elle est placée de façon à ce que sa face concave prolonge la courbure de l’ampoule. L’ampoule avec l’électrode C en place est montée sur la deuxième cathode C' également en aluminium, et qui fait partie du spectrographe proprement dit, de manière qu’il reste un espace intermédiaire (E), d'environ 15 mm. entre C et C’. Un joint rodé et mastiqué maintient le système fixe. Nous avions présumé que les rayons occuperaient un angle solide considérable, probablement équivalent à la parallaxe du canal dans l’électrode intermédiaire ; dans ce cas l'alignement du canal et des deux fentes serait facile. Ce ne fut pas le cas. Les rayons ne divergent que très légèrement, et le système doit être extrèmement bien aligné pour assurer à la deuxième fente un maximum de concentration en rayons. L’ajustage n’est pas difficile si l’ampoule avec son col contenant l’électrode percée est soigneusement fabriquée ; il se réalise en observant par un viseur mis à la place de l’anode les images de diffraction produites avec une forte source de lumière au delà de la deuxième fente, l’ampoule et les fentes étant en place. On fait le vide dans ces parties de l’appareil à l’aide d’une pompe à condensation à grand débit par un tube latéral soudé juste derrière la surface de la cathode C'; la pression dans l’espace intermédiaire reste assez basse par rapport à la pression dans l’ampoule malgré la fuite par le canal. Pendant l’expérience la pompe marche continuellement ; la pression nécessaire pour la décharge est maintenue par la fuite de gaz, il en résulte ainsi un balayage continuel, et une notable

diminution de la pression partielle des impuretés provenant

des dégagements de vapeurs diverses.

L’anode. — Cette anode, en même temps anticathode, est placée dans l'axe du tube, et montée par un masticage comme l'indique la figure. Elle consiste en une forte tige d'aluminium, filetée à l'extrémité pour recevoir des capsules interchangeables contenant le sel à bombarber, et montée dans un tube de verre ; une ouverture soufflée en & facilite le fonctionnement de la décharge quand la pression est basse. Le tube de verre entourant l’anode arrive jusqu’au bord de la capsule ; dans ces conditions l'émission est régulière et facile à produire, même sous des conditions de pression assez variables de l’ampoule, mais le faisceau occupe un angle solide considérable, couvrant une grande partie de la cathode, même parfois davantage; en faisant dépasser le tube d’environ 5 mm. sur la capsule, le faisceau est beaucoup moins grand, et il faut réaliser un alignement assez juste du faisceau sur l’entrée du canal.

La capsule contenant le sel à bombarder est en acier mince, la surface exposée au faisceau cathodique est d’environ 5 mm, de diamètre. Dans les expériences avec le Hithium, le chargement de la capsule fut fait de la façon suivante : A un mélange de bromure et d'iodure de cet élément, aussi sec que possible, on ajoute une quantité égale de graphite, et le tout est pulvérisé intimement dans un mortier. La capsule de l’anode est placée sur une enclume en métal et la poudre y est introduite. L’enclume est alors chauffée, et la poudre fortement comprimée en la tassant au marteau ; l'opération continue jusqu’à desséchage complet, en évitant la décomposition par surchauffe ; il en résulte une pastille compacte. La capsule est ensuite immédiatement vissée sur l’anode en aluminium, et montte dans l’ampoule, qui est aussitôt vidée.

Fonctionnement de la décharge. — Un court fonctionnement de la décharge et des pompes élimine le faible dégagement initial, et l'émission de rayons de lithium s'effectue ensuite régulièrement, la pression peut varier considérablement, donnant des espaces sombres de 2 à 4 cm. L'intensité est d'environ 2 m. a. ; il n'était guère possible d'augmenter le débit sans surchauffer l’anode. M. G. P. Thomson, en essayant de faire fonctionner les rayons anodiques à des pressions plus basses, soit aux pressions ordinaires des tubes à gaz, a remarqué que l'émission des rayons métalliques diminuait beaucoup, et qu'à son spectre se superposait celui des gaz. Nous avons utilisé ce fait pour produire les rayons gazeux. Quand le bord de l’espace sombre dépasse très sensiblement l’anode composée, 1l y a affaiblissement de l'émission des rayons anodiques, et le rayon, très visible dans l'espace intermédiaire, est constitué surtout d'ions de provenance gazeuse produits probablement entre les deux électrodes dans l’ampoule. En même temps l'atome et la molécule d'hydrogène deviennent très visibles sur l’écran de willemite de l'appareil. Cependant si on abaisse encore la pression dans l’ampoule, le faisceau à l’intérieur de l'appareil diminue très considérablement d'intensité; la distance entre électrodes n’est plus qu'une faible partie de l'espace sombre.

Tous les rayons sont visibles dans l'espace intermédiaire ; les rayons anodiques sont bien plus faibles que les rayons gazeux, mais on peut les rendre bien visibles, et ainsi contrôler leur point d'impact sur la cathode en laissant aug-

menter légèrement la pression dans cet espace.

Les fentes. — Deux fentes en aluminium, F,F,. distantes de 12 cm. environ, sélectionnent le pinceau de rayons désiré. La première F, est montée dans la cathode C', juste derrière une ouverture de 1,5 mm. pratiquée dans sa surface; la seconde, devant le champ électrique, est montée dans la pièce à double cônes Y. Le débit de gaz venant de l'espace inter-

médiaire par les pas de vis et par la fente même, est très faible ; une deuxième pompe à condensation opérant dans la région comprise entre les fentes, maintient la pression très basse dans cette partie et évite tout passage de gaz dans le reste de l'appareil. Les fentes sont confectionnées par un procédé analogue à celui employé antérieurement. Une tige d'aluminium de 1 cm. de longueur est percée dans son axe d'un trou de 1,5 mm., et les deux extrémités du canal sont évasées en cône ; l'extérieur est tourné et fileté pour le montage. On produit à la lime deux méplats opposés dans le milieu du tube pour amincir la paroi. La pièce est alors placée dans un étau spécial en acier, avec mâchoires en V très aigu, et les parois sont écrasées jusqu’à ce que la fente ait l'ouverture voulue. Celle-ci s’observe assez facilement pendant l’opération en visant par la fente une lumière intense. Les fentes ainsi fabriquées sont examinées, mesurées et choisies sous le microscope. Les bords des fentes sont très parallèles même dans les fentes de o,o1 mm.

Dans l’appareil, les deux fentes peuvent être démontées et remplacées par simple démontage de la pièce Y.

Champ électrique. — Après être sortis de la seconde fente, les rayons pénètrent dans le champ électrique. Ce champ est produit entre deux plans parallèles en laiton, H, J, inclinés de 3°5 sur l'axe du faisceau (la moitié de la déviation que les rayons subiront dans le champ). La partie inférieure J est un segment solidaire de l’appareil, la partie supérieure H est une’ plaque en laiton de 7 mm. de largeur et de 6 cm. de longueur, ajustée très soigneusement dans une rainure fraisée dans le corps isolant qui le sépare de 3,5 mm. de la plaque inférieure. L'isolant est l'Orca (acroléine polymérisée) qui à donné satisfaction dans les conditions d'emploi. Le tout est monté dans un cylindre en laiton et ajusté par forcement. On voit en D la connection à la batterie.

Chambre photographique. — La chambre photographique est une boîte rectangulaire en laiton de 7cm. X 7cm. x 22cm. Le faisceau entre par le robinet K, qui sert principalement à contenir un diaphragme pour le spectre électrique des rayons, passe entre les pièces polaires en fer doux de g em. de diamètre qui sont soudées dans la chambre et tenues écartées de > mm. par des cales en laiton. Ces pièces étant ajustées sur les pôles de l’aimant, cet ensemble très lourd est très stable et forme support pour le reste de l'appareil. Dans la chambre se trouve une table L qui supporte la plaque. Elle consiste en une surface plane, percée d'une fente longitudinale de 1,5 mm. de largeur, et supportée par quatre pieds fixés aux parois de la chambre par des vis à mollette. On met au point en variant la hauteur des pieds, La plaque est glissée dans un châssis, lui-même mobile dans des queues d’arondes à chaque extrémité, le déplacement est réglé par un écrou coulissant commandé de l'extérieur par une mollette. L'introduction et l'extraction de la plaque s'effectuent par des pinces à travers la fenêtre de verre r, découpée dans le couvercle R. Un joint rodé plan relie la fenêtre au couvercle ; il en est de même pour le couvercle à la chambre. Un petit écran réalisé par dépôt sur un verre dépoli de willémite finement pulvérisée en suspension dans un solvant volatile, permet l'observation à la loupe des raies d'hydrogène à travers la fenêtre. Une ouverture {, fermée par une vitre et un couvercle, se trouve au-dessus d'une extrémité de la plaque, et permet en enlevant le couverele de marquer sur la plaque, pendant l’exposition, une tache repère de 0,5 mm. La chambre photographique est reliée à un manomètre par le tube », et à une pompe moléculaire de Holweck par une canalisation droite, large et courte p; un Dewar constitué dans celte canalisation elle-même sert de piège à air liquide et rend d’ex-

cellents services,

Champ magnétique. — Comme il a été déjà indiqué, l’aimant utilisé, d'environ 2 000 spires avec un noyau de forme irrégulière et des pièces polaires de 8 cm. de diamètre, produisait beaucoup de champs parasites, et plusieurs épaisseurs de plaques protectrices en fer furent disposées pour diminuer cet effet. L'intensité des champs habituellement employée exige des courants de l’ordre de 0,2 à 0,5 ampères, fournis par une grande batterie d’accumulateurs en parallèle, d’environ {oo ampères-heure de capacité totale. Un grand rhéostat et un ampèremètre de précision complètent cet appareillage.

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Montage de « haute tension ». — Deux circuits indépendants furent employés comme indique le diagramme (Eg. 4). La décharge dans le tube est maintenue par une grande bobine d'induction 1, pourvue d’un interrupteur à jet de mercure, et dont le courant secondaire est redressé par les soupapes S, 5’, et contrôlé par le milliampèremètre MA. L’élec-

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