CHAPITRE IV

COMPARAISON DKS RAYONS DE RÔNïGEN ET DES RAYONS SECONDAIRES AVEC LKS RAYONS ULTRA- VIOLKÏS ET AVEC LES RAYONS CATHO- DIQUES.

1. Dissymétrie dans la décharge par les rayons de Rontgen et par les rayons secondaires. — 2. Généralisation de la notion de rayons cathodiques. — 3. Analogie de la décharge par les rayons de Rontgen et par les rayons secondaires avec la décharge par les rayons ultra • violets de Lenard. — 4. Analogie des raj^ons de Rontgen et des rayons secondaires avec les rayons ultra-violets. — 5. Analogie des rayons secondaires et des rayons cathodiques. Electrisation négative des rayons secondaires des métaux lourds,

1 . Dissymétrie dans la décharge par les rayons de Rontgen et par les rayons secondaires. — La déeliarge par les rayons ultra-violets ne s'exeice sensiblement que sur les conducteurs élecliisés négativement^ frappés par les rayons; elle est d'essence dissymétricjue. La décharge par les rayons de Rontgen et par les rayons secondaires a son siège dans le gaz soumis au cliauïp électrique des conducteurs; elle est d'essence symétrique^ en ce sens que les rayons libèrent dans le gaz d'égales quantités d'électricité positive et d'électricité négative; il importe de rechercher si, dans certains cas, la vitesse de décharge peut être différente suivant que le conducteur étudié est électrisé négativement ou positivement. Je n'ai pu leconnaître nettement une dissymétrie de ce genre permettant de rapprocher la décharge, dans l'atmosphère, par les rayons de Rontgen ou par les rayons secondaires de la décharge par les rayons ultra-violets. J'ai déjà insisté sur les circonstances qui peuvent donner à la décharge d'un condensateur frappé par les rayons de Rontgen 1 apparence d'une action localisée à la surface des armatures (voir Chap. Iir, § 4). D'autre part, le fait que le champ élec-

trique tend à se localiser- (*) auprès de rairnalurc néi^alive Ù\m\ condensateur plus encore qu'auprès de l'armature positive? peut faire paraître raclion de décharge inégalement localisée ou inéizalement intense suivant le siîrne (le la cliaige du conducteur; celte influence est négligeable si la didérence de potentiel des armatures du condensateur étudié est suffisante pour qu'on puisse négliger lelalivemenl les variations de potentiel dues à la présence des charges é!e(tri(|ues libérées dans le gaz par les rayons-, j'ai déjà dit que la dissyniétrie de l'altération du gradient du champ éhctricpie peut s'explicjuer par une vitesse de translation plus giande pour les charges négatives (jue pour les charges positives.

Voici une autre cause de dissjtnélrie dans la décharge, qui est parliculièrenient importante et qui paraît lenir à une inertie dynamiijue de particules électrisées (io/is) libérées dans le gaz par les rayons et lancées par la force du (hamp électrique. J'ai toujours observé (pie les rayons X ou les rayons secondaires dissipent avec la même viiesse, à yI)ô P''^'s environ, l'électrisation positive ou l'électrisalion négative d'un métal [)lacé dans l'aii" à \a pression almospliéri(jue, si ce métal reçoit les rayons à travers des orifices percés dans une enveloppe métalli(pie C cjui est soigneusement reliée au sol et (jui ne laisse pas sorlii" (h? lignes de forces issues du métal éle( trisé, .vo/^9 la condUion expresse (/a auciui champ électrique ne règne à V extérieur de la cage C sur le trajet des rayons. Mais une notable inégalité entie les vitesses de dissipation des deux électricités a[)paraît si la cage métallique C est électrisée, ou si un corps élecirisé est [)lacéa l'exléiieur de !a cage G.

Un faisceau de rayoi:s X {Jig- '>.']) passe, dans l'air, piès d'une fine toile métalli(|ue, ou d'un écran mélal-

(') .)"ai l'ail r('iiian|iiri' [lac. cit.) (|uc la naLmc du intlal Irappr par les rayons (U; U«'MiLgcn inlliie snv la l<>cali>aLioii du ( liiiin|) au voisinage (lu rtHlal.

OPTIQUE DES (lAYOiNS DE llUNTGEN. I 35

lique percé d orifices, qui ferme éleclriquement en pp le champ intérieur F^ d'un électroscope. 11 y a toujours une légère action de décharge a de la feuille d'or y en l'absence de tout champ extérieur; elle est due à l'action

Fig. 27.

liT

des rayons secondaires disséminés par l'air atmosphérique. Quand il existe un champ extérieur F^., on vérifie dans tous les cas la loi suivante :

Si le champ extérieur F^ et le champ intérieur F/ sont de même sens, à l'action de décharge primitive a, mesurée par l'inverse du temps de décharge quand F^ est nul, s'ajoute une action accélérairice A souvent très supérieure à a. Si Fe et F^ sont de sens contraires, la présence du champ Fe entraîne une action supplémentaire a retarda-

trice (qui s est toujours montrée intérieure a a eî généralement comparable à - ] • Voici (juelques exemples : i" Cage

électrisée négativement (en communication permanente avec une bouteille de Leyde) et fermée pai- une fine toile métallique/^;?; feuille d'or y négative, chute de^, de 90'°'" à 100™"^ d'une échelle placée derrière, observée dans un viseui", en 18 secondes^ feuille/ positive, chute de /de 90'"™ à 92""", 5 seulement, en ^5 secondes.

2*' iMcme dispositif; mais la loilc pp est remplacée par une plaque de plomb peicée de plusieurs ori(iC( s circulaires de i^™ de diamètre. Cage au sol et pas de champ exlérieui- ;y^|)osiiive ou négative lon»be de 66'""' à 98'""% 5 en 25 secondes. Cage éleclrisée négalivemenl ; ^ négative lonibe de 90"'"' à 100™"' en i3 secondes *, /^ positive tombe de 90"'"^ 5 à 93™'" seub^ment en ^5 se< ondes.

3" Même dispositif qu'en 1^ ; maison mainii< nt la cage C au sol et l'on électiise une lame L d'aluminium placée devant la ca2;e dans le faisceau de rayons X. Si L est au sol, comme (', / posiiive ou négaiive tombe de go"''" à ^tmm çp (3g secondes. Si L est négative, f tombe de la même quanti lé en iH secondes senlement si son électrisalion est posilive et en i"5 secondes si son électrisation est négative.

L^acfioji rctarrlalrice a, qui s'observe si bien c|uand Téleclroscope est fermé par la plaque percée d'ouvertures (expérieu'es 2" et 3"), ne s'observe plus sensiblement quand il est fermé par la fine toile métallique; \ nctioji accélératrice A subsisle alors seule (expérience 1"); elle subsiste sans s'alVaiblir b(^ancoup quand on place la plaque percée d'orifices à 3'""' devant ou derrière la toile métal licpie et en communi(^aiiou électrique avec (*ette toile ; elle disparaît à son tour- si, au lieu de la placjue, on place devant la toib; nu'tallicjue une seconde toile fine en commnnicaiion électrique avec la premièi'e ; elle disparaît aussi, et les deux électricités fuient sensiblement avec la même viiesse, si l'entrée de l'électroscope est fermée par une feuille métallicpie même mince, telle qu'une feuille d'aluminiurn battu de 2 ou 3 ujicions d'épaisseur, dépourvue de déchirures et de trous visibles à l'œil nu.

^. Généralisation de la notion de rajoJis catliodiqiies. — Les phénomènes précédents se présentent dès (|u'il existe à l'extérieur de la cage C un champ électrique F<. <\v (jU( l(ju<'s Noits pai centimètre , encore bien inlerieurau

OPTIQUR DES RAYOINS DE RUJNTGEN. l3'7

(îliamp F;, de l'ottlre de loo volls par ceiuiniètre, qui lègue dans la cage C. En aucun cas, môn»e quand F^ est très cnergicjue, la feuille d'or électrisée/ ne se déplace quand on excite le champ extérieur F^. Il ne me paraît pas possible d'expli(|uer les phénomènes signalés en admetlanl qu'une petite partie des lign(S de forces du champ F/ viennent, lorsqu'on excite F^, se raccorder directement avec des lignes de forces du champ F^. Je pense que les charges électriques libérées par les rayons dans l'air soumis au champ éJecuique extérieur F^ suivent à peu près les lignes de forces de ce cliamp avec une certaine 7; zïe^^e. Mais (juand la ligne de force du champ F^ se recourbe rapidement {Jîg. 28) pour aboutir à un bord c d'une ou-

Fig. 28.

verlure de la paroi pp de l'éleclroscope, on comprend que, si la charge électri(jue possèJe une force vive suffisante, elle pui.^se quitter la ligne de force du chanjp F^ et bondir suivant un cei f.ain chemin ab jusqu'à une ligne de force du champ F/. Si F^ est de même sens que F^, les charges ainsi projetées dans le champ intérieur y forment un flux électrique qui accroît le flux de décharge normal parce (ju'il <'st de iriéme sens ; d'où une augmentation de la rapidité de décharge de la feuille d'or. Dans le cas contraire, les flux sont opposés et il y a retard; mais, dans ce ca«, le flux supplémentaire dû à la projection électrique du champ F^est rapidement ramené vers p par- le champ F/,

l38 G. SAGNAC.

avant même d'avoir pu piendre une direction voisine de celle du flux normal ; on comprend alors que l'action retardatrice a n'apparaisse nettement que si les charges issues de l'extéi ieiir pénètrent assez avant dans l'intérieur de la cage C ('). Cela sera réalisé si les ouvertures de la cage C sont assez larges (expériences 2° et 3^), et pas sensiblement si elles sont assez étroites (expérience 1^ faite avec une toile métallique dont la maille a environ un cinquième de millimètre de roté). On prévoit aussi et l'expérience confirme que le retard (expériences 1^ et 3°) augmenle avec le champ extérieur F^ ; les lignes de force eiilreni alors, en effet, plus avant dans la cage C et s'y recourbent plus complètement; d'autre part, les charges éle(tri(jues amenées par le champ extérieur F^ sont sans doute animées d'une plus grande vitesse.

Ainsi les phénomènes que j'ai signalés paraissent dus à un flux de charges électriques qui , animées de certaines vitesses, refusent de recourber très rapidement leur trajectoire suivant les lignes de foices aboutissant aux bords des ouvertures de la cage d(î l'électroscope ; elles pénètrent ainsi comme un bomhardcinent (\iix\sV\\\lév\e\XY à.e laçage, sans toutefois que leur force vive suffise à leur faire traverser une épaisseur notable d'air à la pression atmosphérique, où ne règne aucun champ électrique (entre deux toiles métalliques identiques, voir § 1), ni une épaisseur d'aluminium de l'ordre du micron.

On peut se proposer de dévier ce bombardement par V action de l' aimant et, en opérant dans des gaz raréfiés, lui faire att(;indie des vitesses de plus en plus grandes,

( ' ) La flux suppicinenlaire rc lard a leur ne vient donc pas jusqu'à la feuille élcctriséc /; mais, avaul dïire repousse jusqu'à la surface des parois yy/y, où il vient se pcudre, il neutralise en parlie les rliari;cs de signe contraire du flux priuiilif dû à l'aclion priniilive de dccliari;e a, (pii clierninenlen sens inverse el arrivent ainsi aHaihiies sur la feuille./, d'où rallaiblissemcnl de la décharge de/.

OPTIQUE DES P.AYOINS DE RONTGEN. I 3q

surtout si le champ extérieur est produit par de très grandes difrérenecs de potentiel. Sans doute le bombardement iraversera-t-il alors ure mince feuille d'aluminium et deviendra-l-il progressivement comparable aux rayons cathodiques. Déjà l'on peut remarquer que, d'après les expériences dues à M. Cliild (voir Chap. III, § 4), les rayons K qui passent entre les deux armatures d'un condensateur chargé localisent la chute du potentiel au voisinage des armatures et un peu plus auprès de l'armature négative qu'auprès de l'armature positive. Je pense que, la pression des gaz diminuant, la chute de potentiel se localiserait de plus en plus auprès de l'armature négative, grâce à une augmentation de plus en plus grande de la vitesse du flux d'électricité négative par rapport au flux d'électricité positive; le flux négatif formerait alors les rayons cathodiques que nous connaissons, capables de parcourir de grandes distances dans le vide de Crookes, de se diffuser au travers de minces feuilles d'aluminium (Lenard) pour se propager, en dehors du tube où ils ont piis naissan( e, sur des mètres de longueur dans un gaz très raréfié, sur quehjues centimètres seulement dans l'atmosphère qui les absorbe et les diffuse (' ).

On aurait ainsi toute une série de flux anodiques et cathodiques depuis le bon)bardement vraisemblablement très lent et tiès diffusable que j'ai produit et étudié dans l'atmosphère, jusqu'aux rayons cathodiques considérablement plus rapides et mieux définis excités dans le vide de Crookes sous l'influence de différences de potentiel relativement considérables. Depuis que j'ai fait ces observations et ces rapprochements (-), le professeur J.-J. Thomson et ses élèves ont établi qut' les charges électriques on iojis

(^) P. Lenard, Wied. Annalen cl. Physik, t. LI, p. 228; iSg'J ; t. LIT, p. 23; 1894; et t. LVI, p. 255; iScjS.

(2) Pli cacheté déposé à l'Académie des Sciences le iS juillet 1898, ouvert dans la séance du 5 février 1900.

l4o G. SAGIVAC.

libérées dans les gaz par les divers agents (rayons X, nliraviolets on des corps radio-aclifs, flammes) (') se propagent dans Pair alniospliérique avec des vitesses de (juelqnes cenlimèlies par seconde sous l'influeiiee de clianips électriques de quelques volts par centimètre, tandis que les layons catliodiques ordinaires paraissent, d'après la comparaison de leur déviation magnétique avec leur déviation éleclri(|ue, se piopager avec des vitesses atteignant juscju'à louooo^™ par seconde. Enfin il n'est pas douteux qu'à l'intérieur d'un tube de Grookes les rayons de Rontgen excités par les layons cathodiques n'augmentent l'émission cathodique elle-même ^ ils doivent libéiei- dans le gaz laréfié des charges électriques que le champ électrique dirige et divise en deux flux inverses, l'un négatif, relativement rapide, qui s'éloigne de la catliode (i ayons catliodi(|ues), l'autre positif, relativement lent et ramené par le champ éleclrique sur la cathode (-).

3. analogie de la décharge par les rayons de Rontgen et par les rayons secondaires a\^ec la décharge par les rayons ultra-violets de Lenard. — 11 résulte des expériences décrites dans le présent travail que la décharge d'un conducteur soit positif, soit négatif, est provoquée par les rayons de Rontgen ou les rayons secondaires :

r' Quand le conducteur reçoit directement les rayons;

2" Quand un corps voisin lui envoie des rayons disséminés (rayons secondaires ou tertiaires)^

3" Quand le gaz soumis au champ éleclrique du conducteur est traversé par un faisceau de rayons, même si ce

(') .M. \\ Villard a réalise avec les ions produits par les flammes l'expérience analogue à celle que le disposilif de la/ig- ^-7 m'a permis de réaliser avec les ions produits par les rayons de Konigen ( V. Villaud, Société française de J*liysique, séance du if) mars i()()o).

(') Ce (lu\ |)ositif pourrait consliluer, cm pailic, du moins, l'afflux ralhodiquc de M. I*. Villard (cf. P. Vii-laiid. Journal de l*liysique. t. VII r, p. .') et \\i^•, 1890).

Ol'llQLE DES RAYONS DE IIONTGRN. \^l

faisceau ne frappe aucun des conducteurs électriscs, ni directement, ni aptes disséminalion ;

4° Quand un faisceau de rayons traverse le gaz soumis à un champ électrifjiie F^ extéiieur au cliamp électrique F^du conducteur, mais de mêuie sens que F/ et séparé du champ F; par un écran conducteur discontinu (et même sans doute par un écran continu suffisamment mince, si le gaz étudié est suffisarjunent laréfié et \e champ F^ suffisamment intense).

Ces quatre piincipaux modes de décharge se groupent d'aiMeurs autour du troisième; ils résultent donc lous plus ou moins indirectement d'un effet qui a son siège dans la niasse du gaz soumis à la fois à l'action du champ électrique et à celle des rayons. Il semble ainsi y avoir opposition complète entre le mode d'a( tion des rayons de Rontgen ou (les rayons secondaires et l'aciion de décharge que les rayons ulira-violets exercent uniquement quand ils frappent un corps négatif, La différence semble d'autant plus |»rofonde qu'il ne paraît pas y avoir dans le mode de décharge par les rayons de Kontgen, ni par les rayons secondaires, agissant dans l'almosplière, de dissymétrie partielle anrronçant la dlssymélrie profonde de la décharge par les rayons lumineux. Mais s'il n'y a pas de rayons de Rontgen ni de rayons secondaires (|ui se rapprochent, à ce point de vue, des rayons lumineux jus(|u'ici étudiés, on peut se demander- si, inversement, il n'y a pas d'autres rayons lumineux se rapprochant à ce point de vue des rayons de Rontgen et des rayons secondaires. C'est justement le cas des rayons lumineux ultra-violets réceminerrt découverts et étudiés par le professeur Lenard ('). En voici le rrrode de production et les principales propriétés :

( ' ) P. Lenard, Ueber Wirkwii^eji des ultravioletten Lichles auf gasformige Korpef {Drude's Annalen d. Physik, t. I, p. /|8G-5o7; 1900). Ueber die Elektricitàtszerstreuung in ultra-violett durchstraklter Luft {loc. cit , t. III, p. -^98-319; 1900).

l42 G. SAGNAC.

Les étincelles élecliiqnes prociniles par nn gros indueleur, actionné par un interrupteur de Welnielt et relié à une bouteille de Lejde, éclatent entre deux pointes de métal (Al, Cd, Sn, Pb, Zn ou INJg). Elles sont le siège d'une émission de rayons ullra-violets cjui se propagent en ligne droite, se réfractent à travers le spath fluor, le sel gemme, le cjuartz suivant des indices de léfraciion correspondant, d'après les formules de dispersion extrapolées, à des longueurs d'onde allant de 0^,19 à oî^,i4 et sans doule en deçà.

Ces rayons sont capables de provofjuer, comme les rayons de Ronigin, les rayons cathodicjucs, les rayons émis par les corps radio-aclils et les rayons ulira-violets déjà connus, la foimalion d'un brouillard dans un jet de vapeur d'eau sur>alurée. Or, tandis que les rayons ultraviolets antérieurement étudiés ne proiluisent une décharge qu'en fiappanl (diiectenK^nt ou après dilfusion) un corps négatif et n'ont aucune aciioîi tant qu'ils rencontrent seulement un conducteur positif (') ou un gaz soumis au champ électiique des conducteurs, les rayons ultraviolets de Lenaid agissent sensiblement à la manière des rayons de Runtgen et des rayons secondaires : ils peuvent décharger non j^eulemenl les conducteurs électrisés négativement, mais encore les conducteurs électrisés positivement, dans certains cas avec la n)ème vitesse, et cela même quand ils ne fiappent point de conducteurs négatifs, soit directement, soit apiès dilfusion j ils agissent surtout en rendant le gaz qu'ils traversent conducteur de l' électricité ; la naime de la surface qu'ils frappent est sensiblement indiflérenle. Celle action des rayons ultra-

(') Toutefois, M. Iji'anly avait déjà ol)scrvc, au cours de ses rechcrclics {Journal de Physique, 'à* série, t. II, p. joo; 1893) (jue l'ctinccllc de décharge d'un condcusalcur érnel une lumière 1res active sur les corps négatifs el active aussi, très fuibleuieiiL il csl vrai, su/' les <()rj)s positifs.