Ionisation des diélectriques liquides. Application aux rayons cosmiques

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Ionisation des diélectriques liquides. Application aux

rayons cosmiques

C. Bialobrzeski

To cite this version:

IONISATION DES

DIÉLECTRIQUES

LIQUIDES.

APPLICATION AUX RAYONS

_COSMIQUES

Par M. C. BIALOBRZESKI

_(1).

Sommaire. 2014 L’auteur donne un aperçu des résultats des travaux récents sur l’ionisation des

diélec-triques liquides appartenant à la série des carbures d’hydrogène.

On a réalisé des mesures précises de la mobilité et du cofficient de recombinaison des ions : _produits par les rayons X dans ces _{liquides. Il y existe trois} sortes d’ions: deux ions _positifs et un ion négatif de

mobilité intermédiaire.

La relation entre la mobilité u et le coefficient de _{viscosité ~} est de la forme $$ u =

_{A~ - 3/2.}

Les diélectriques liquides ont été _appliqués aussi à l’étude des « sauts » d’ionisation _{provoqués par} les rayons cosmiques.

1. Introduction. - Dans le laboratoire de

_physique

théorique

de l’Université de Varsovie sont

_poursuivies

depuis

trois ans des recherches sur l’ionisation des

diélectriques liquides

par les rayons X. On

peut

les considérer comme le

_{développement}

des travaux _que

j’avais

faits,

il y a

_plus

d’un

_quart

de

siècle,

au labora-toire du

_Collège

de

France,

sous la direction de mon

cher maître et ami M. Paul

_Langevin,

et ensuite à l’Université de

_Kieff,

où

_j’étais

_professeur

de 1914

jus-qu’à

1919. Ainsi se formèrent les liens d’admiration et de reconnaissance

_qui

me rattachent à la science

française.

C’est

_pourquoi,

_lorsque

les dites recherches

ont abouti à des résultats

_dignes

_{d’intérêt,}

_je

me suis

proposé

de venir les exposer à la Société

Française

de

_Physique

dont

_j’ai

l’honneur d’être membre

depuis

1909.

_J’exprime

ma

_{profonde gratitude}

au

Conseil de la Société de l’honneur

_qu’il

m’a fait en

m’invitant de

_prendre

_part

aux Conférences de

_Pâques

comme conférencier. Mes remerciements vont tout

particulièrement

à M.

Darmois,

le très

_distingué

et

actif secrétaire de la

_{Société, qui}

a

_pris

l’initiative de cette invitation.

Sir J. J.

_Thomson,

au début de ses recherches

mémorables sur _{le passage de l’électricité à} travers les gaz, a _{observé que la conductibilité des}

_{diélectriques}

liquides

et solides

_augmente

sous l’action des rayons X.

Cette observation a _{été contestée par d’autres}

expéri-mentateurs. La

_première

étude réussie de l’ionisation des

_liquides

_{par les rayons X} et ceux de

_Becquerel

est due à Pierre

Curie,

qui,

à l’aide d’un

_{dispositif simple}

et

_efficace,

montra le caractère

_ionique

de la conducti-bilité d’une série de

_liquides

isolants tels que l’éttler de

_pétrole,

l’air

_liquide,

le sulfure de

carbone,

le tétra-chlorure de

_carbone,

le

_benzène,

_{l’amylène,}

l’huile de

paraffine ($).

Ces recherches ont été

_reprises

d’une

_façon

systéma-que par le

physicien

allemand M.

Jaffé,

dont le

_premier

(1) Conférence faite devant la Société _française de _Physique le 21 avril 1936.

(2) P. CuRiz. C. R. 1903,134, 420.

-travail a été fait à Paris au laboratoire de Curie

_(’).

M. Jaffé a établi entre le courant et le

_champ

élec-triques

une relation de la forme : i

_{-- f (E) +}

c F

_(1),oû

f (E)

devient constante à

_partir

d’une certaine valeur élevée du

_{champ E,}

c est un coefficient constant. On a

donc aux

_champs

élevés : i = a

₊

cE

_{( ~),}

_a,

correspon-dant au courant de _{saturation dans les gaz ionisés.} Ainsi le courant dans les

_liquides

ionisés consiste en

deux

_parties,

dont l’une est

_analogue

au courant dans les gaz

ionisés,

l’autre suit la loi d’Ohm. La nature de la

conductibilité,

dont

_dépend

cette deuxième

_partie

du

_courant,

reste

_jusqu’ici

_{peu éclaircie.}

M. Jaffé se servait d’une

_préparation

contenant

20 mg de chlorure de radium comme source _de

rayon-nement : -. l’action ionisante était due

_uniquement

aux

rayons y.

Vers l’année 1908 commencent les

_premières

tenta-tives de mesure de la mobilité des ions dans les

diélec-triques liquides.

Des mesures exactes avaient été faites

en 1910 par M. Jaffé dans l’hexane

_{(CbH1 J}

à l’aide de la méthode de M.

_{Langevin (2).}

_{La mobilité de l’ion} po-sitif s’est

_{trouvée égale}

à 6,03.10-4

cm ~ sec

celle de

volt : cm,

l’ion

_négatif

à

~,17.9.0-l~.

Ainsi les mobilités d’ions for-més dans l’hexane sous l’action des rayons _y sont-elles

du même ordre de

_grandeur

que celles d’ions

électro-lytiques,

c’est-à dire

_quelques

milliers de fois

_plus

petites

que les mobilités des ions gazeux sous

_pression

normale.

On

_peut

mentionner encore le travail de van der

_Bijt,

qui

étudiait

_{principalpment}

le coefficient de recombi-naison des ions

_produits

_{par les rayons y dans}

l’hexane ;

il trouva _{que la loi de recombinaison de}

J. J. Thomson

dn - -

an 2

_(3)est

_{exactementremplie,}

dt

n

signifiant

le nombre d’ions à

l’instant t,

a le coeffi-cient de recombinaison

_(3).

(J) G. JAFFÉ. J. _Physique, 1906, 5, 262

(2) G. JAFFÉ. Ann. _{Physik, 1910, 32,} 148.

(3) V. DER BIJL. Ann. _{Physik, 1912, 39,} 183.

330

Après

la

_grande

_{guerre la}

_question

de l’ionisation des

_liquides

_{n’a presque pas été abordée par les}

expé-rimentateurs. On a

_prêté,

en

_{revanche, plus}

d’attention

à la conductibilité naturelle des

_{liquides isolants,}

sur-tout dans des buts

_{techniques (4).}

La conductibilité en

question

est extrêmement sensible aux

_impuretés.

Les

spécimens

dits purs du commerce ont une conductibilité de l’ordre de 10-10 à 10-12 Q-1 cm -1. A _{l’aide des} pro-cédés

_chimiques

de

_{purification joints}

aux distillations

répétées,

on

_peut

réduire la conductibilité de 1

hexane,

par

exemple,

jusqu’à

cm-’. Pour achever la

purification

il est souvent nécessaire de soumettre le

liquide

à l’action

_prolongée

d’un

_champ

électrique

intense

_qui

en extrait les restes

_{d’impuretés}

électro-lytiques.

En 1908 M. Jaffé s’est

_proposé

de savoir si la conductibilité résiduelle de l’hexane est

_{indépendante}

des actions ionisantes extérieures. Il a conclu de ses

expériences qu’au

moins 69 p. 100 de la conductibilité naturelle de l’hexane

_{soigneusement purifié}

a son

ori-gine

dans l’influence des radiations extérieures

_(2).

Maintenant

_je

dirai

_quelques

mots de mes recher-ches

_personnelles

sur le

_sujet

_qui

nous _{occupe. Durant}

mon

_séjour

au laboratoire de M.

Langevin j’étudiais

l’ionisation des

_{diélectriques}

solides

_et,

en

_particulier,

celle de la

_paraffine

dure extraite de l’ozokérite au

voisinage

de

_{son point}

de

_{fusion (") .}

Les

_expériences

sur

l’ozokérite

ont conduit à la _{conclusion que les}

varia-tions

du courant d’ionisation avec la

_température

et

pendant

le

_changement

d’état

_proviennent

_presque exclusivement de

_changements

de mobilités des ions

qui

le

_{transportent.}

A Kieff

_j’ai

fait en 1911 un travail

sur l’ionisation des

_{diélectriques liquides}

_appartenant

à la série des carbures

_{d’hydrogène}

_saturés,

dont la formule

_chimique

est

_(’).

Mon but était _{de comparer les mobilités des ions} dans les

_{liquides analogues,}

à

_température

d’ébullition de

_plus

en

_plus

élevée et de les

_rapporter

à des valeurs

correspondantes

de la viscosité. Je n’ai pas pu faire des mesures

_précises

à défaut de moyens

expérimen-taux suflisants :

_je

ne

_disposais,

_par

_exemple,

comme source

_{d’ionisation,}

_{que d’uu}

_{demi-milligramme}

de bromure de radium. a

Néanmoins

les résultats obtenus

étaient

très encou.

rageants.

La somme

des

mobilités des

_ions,

_que

_je

déduisais de la

_comparaison

du courant de saturation

avec le courant d’ionisation sous une

_petite

différence de

potentiel,

diminue

_{régulièrement}

à mesure _{que la} vis-cosité

_{augmente ;}

la diminution cst

_{plus rapide}

que l’inverse du coefficient de viscosité.

2.

_Expériences

sur la mobilité des ions dans la série des carbures

_{d’hydrogène liquides.}

-- Ce

travail a été le

_point

de

_départ

des recherches

_qui

ont

(i) Voir par ex. : A. NiKURADSE. Das 1934,

Berlin.

(2) G. JAFFÉ. An?2. _Physik, 1908, 25, 263.

(3) C. BIALOBJERKI. Le RadiuTn, 19tO, 7, 48,16.

(4) C. BiALOBjERKt. Le _Radiul1l, 1911, 8, i Voir aussi :

L’ionisa-tion des _{diélectriques} solides et _{Kieff, 1911, (i2s} p.) [en russe].

été

_poursuivies

_par mon élève M. I. Adamczewski

en 1933 et 9 934

_~1).

Leur but était

_{précisément}

la

détermination,

à l’aide d’une méthode aussi

_{perfectionnée}

_que

_possible,

de la mobilité des ions

_produits

par les rayons X dans la série des carbures

_{d’hydrogène}

_{liquides comprenant}

5

_membres,

à savoir

_pentane

_(Cr)I12),

hexane

_(C6II14)’

Fig. >l.

hcptane

(C-’H")’

octane

_(CsH,8),

nonane

_(C,H,,).

Les mobilités devaieul t être

_comparées

aux coefficients de

viscosité

_{correspondants.}

Les

_liquides

ont été

_purifiés

et débarrassés d’eau avec un extrême

_soin,

ce

_qui

est la condition essentielle pour l’obtenlion d’une conducti-bilité résiduelle minime

_(de

l’ordre

de 10-19 Q-1

_cm-1).

Fig. 2.

Pour la mesure des mobilités M. Adamczewski se

servait

_{principalement}

de la méthode de M.

_Langevin.

Quelques

mesures ont été faites par deux méthodes auxiliaires

_{déjà appliquées}

_auparavant

_par MM. Jaffé

et v. d.

_Bijl.

Je vais

_rappeler

le

_principe

de la méthode

_ingénieuse

de M.

_Langevin

_(’).

Supposons

qu’un

gaz est

ionisé,

à l’aide des

rayons X

(’) .hDAMCzBM.sKi. Rull. de l’ cad. _{Pol., mai-juillet} 1934, p. 217. Ilhys. Polonica, 3, p. 225. L’exposé plus détaillé va

pdl’aiLre dans les J/// _//t/$î’M.

par

exemple,

entre les armatures A et B d’un

ronden-sateur

_plan.

Nous

_parlons

d’un _gaz

_puisque

le

phéno-mène d’ionisation dans les

_liquides

comme nous ver-rons tout à

l’heure,

est un _peu

_{plus compliqué}

_que

dans les gaz.

Fib. 3.

Lorsque

l’état d’ionisation stationnaire est

_atteint,

on

_supprime

l’action ionisante et on

_applique,

à un

instant que nous _prenons comme initial

_{(t == 0),}

une

différence de

_potentiel

entre les électrodes z1 et B. Les

ions se mettent en mouvement dans des directions

opposées

et transmettent leur

_charge

aux électrodes :

admettons que l’électrode B reliée à l’électromètre

reçoive

une

_charge

_positive.

Au bout d’un

_temps

variable t renversons le sens du

_{champ électrique}

et laissons-le

_agir

assez

_longtemps

_{pour que tous les}

ions encore

_présents

_{dans le gaz} en suient éliminés sur les électrodes. Faisons le bilan de la

_charge

reçue par l’électrode B en

_négligeant

l’influence de la recombinaison et de la diffusion ainsi _{que du} manque d’uniformité d’ionisation. Soient n le nombre d’ions dans l’unité de

volume,

L? l’intensité du

_champ

électrique,

e la

charge

d’un

_ion,

ut et U2 les mobilités

des ions

_positifs

et

_{négatifs respectivement.}

L’électrode B recevra

_pendant

le

_temps

t une

_charge

positive

neu,Et

par unité de surface. La

charge

néga-tive

_transportée

dans le

même

temps

à l’électrode A

sera

_neu2Et

et il il en restera encore ne

_{(1 -}

_u2Et)

entre les électrodes

_(par

unité de

_{surface), 1}

étant la distance

des

électrodes :

cette

dernière

_{charge, après}

renverse-ment du

_champ,

sera recueillie par l’électrode B.

La

_charge

_{totale mesurée par}

l’électromètre

relié à cette électrode aura la valeur

Soit en

_augmentant

le

_{temps t}

nous attein-drons le moment

ti = l , ,

₍

où tous les ions

_négatifs,

plus rapides,

seront _{recueillis par l’électrode A.}

_Alors,

pour les

temps

la

charge

de B

_{s’exprimera}

_par

(6)

l

Enfin,

au moment t2

== _1"’

7)

toute la

_charge

posi-u, L

tive nel

_produite

_{par les rayons X} est

_transportée

sur

l’électrode B et l’accroissement du

_temps

n influe

plus

sur sa valeur

{)3

= nel

_(8).

Portons les

_temps

t de

l’application

du

_champ

dans la direction

_primitive

en abscisses et la

_charge

_Q

_{correspondante}

en ordonnées. Les trois stades discernés par nous seront

_{représentés,}

eu vertu des

_{équations (4), (6)}

et

₍₈₎

_{par trois}

_segments

droits d’une

_ligne

brisée,

dont le troisième

_segment

est

parallèle

à l’axe des abscisses

_{(fig. 1, 2, 3).}

La mesure des

_{temps t1}

et t2

correspondant

aux

points

d’intersection de ces

_segments

nous donne

d’aprés

(5)

et

₍₇₎

les valeurs ug et 2c~ des mobilités des

ions. S’il y avait

plus

de deux sortes d’ions de mobi-lités

_{différentes,}

nous aurions de nouveaux coudes sur

la

_ligne

brisée et nos considérations

_{s’appliqueraient}

sans modification.

En ce

_qui

concerne

_{l’application}

de la méthode de

M.

_Langevin

aux

_{diélectriques}

_liquides

1VI. Adam-czewski y a introduit des

_{perfectionnements}

impor-tants. - M. Jaffé _se

servait pour la mesure des

_temps

t,

et t,

d’un

_pendule

de Helmholtz à l’aide

_duquel

il

1

pouvait

mesurer les intervalles ne

_dépassant

pas 10

sec. 10 Il en

_résultait,

en tenant

_compte

des valeurs des mobilités dans les formules

₍₅₎

et

_(7),

la nécessité

d’augmenter

le

_{champ E}

et de diminner la distance des électrodes. M. Jaffé a dû faire usage de

_champs

de

l’ordre de 10 0u0

volt,

_les

distances des électrodes ne cm

dépassant

pas un milimètre et

demi,

ce

_qui

n’était _pas

avantageux:

d’une

_part,

le nombre d’ions

_produits

dans des couches minces du

_liquide

devient insuffisant et

l’influence de la diffusion se

_{fait sentir ;}

d’autre

_{part, les}

champs

élevés sont

_susceptibles

_{de provoquer des} per-turbations de la conductibilité des

_liquides

isolantes.

--Après

quelques

essais M. Adamczewski a eu recours à la machine d’Atwood

_qui

se _{montra excellente pour}

la mesure d’intervalles de

_temps

allant de

0, t

sec à 10 sec,

particulièrement avantageux

dans

_{l’application}

de la méthode de M,

Langevin

aux

_{diélectriques}

liquides.

En

même

_{temps l’emploi}

de la machine

d’Atwood

permettait

l’exécution

automatique

des

_phases

d’une

mesure, notamment

la

_suppression

de l’action

ioni-sante,

l’établissement

du

_champ,

renversement de sa

direction,

etc, A ce but servait le

_jeu

des

_{interrupteurs}

et des relais

_disposés

le

_long

de

l’échelle

de la

machine.

La durée de la mesure visant

à l’obtention d’un

point

sur la

_ligne

brisée de

_Langevin

était

d’environ

25 sec, la lecture de l’électromètre incluse. L’ac-tion des

_champs

de deux directions

_opposées

avait la durée de

3,6

sec dans la

_plupart

des mesures. Pour éviter les déviations

_larges

et violentes de

_l’aiguille

de l’électromètre au moment de

l’application

du

_champ,

la

charge

était recueillie dans un condensateur auxiliaire

qu’on

reliait,

à la

_phase

finale d’une mesure, à l’électro-mètre. L’ensemble du

_dispositif

est

_représenté

sur la

figure

4.

Le condensateur contenant le

_liquide

était

_identique

à celui dont

_je

m’étais servi dans mon travail sur

l’ioni-sation des carbures

_{d’hydrogène.}

332

cylindrique

en laiton. L’armature

_supérieure

commu-niquant

avec l’électromètre consiste en un

_disque

d’aluminium rivé au bord d’un

_cylindre

de laiton creux

entouré d’un

_cylindre

de

_garde

avec anneau. Le

liquide

étudié

_remplit

une cuvette _{de verre, dont le}

fond est _{traverqé par} une

_{tige métallique}

munie d’un

pas de vis sur chacune de ses extrémités. L’extrémité

supérieure supporte

un

_disque

de laiton

_qui

constitue 1 armature inférieure du condensateur. Par son

extré-mité inférieure, la

_tige

se visse dans un bouchon d’am-broïde. Celui-ci se trouve fixé sur une vis

micromé-trique

traversant le fond de la boîte.

Fig. 4. _

Le

_long

de son axe est

_percé

un

_canal,

_{par où passe} un fil

_métallique,

à l’aide

_duquel

on

_charge

l’armature inférieure. Ce fil est _{isolé de la vis par} un

_cylindre

d’ambroïde. En tournant la vis on

_déplace

la cuvette

et,

par

conséquent,

la distance des deux armatures

peut

varier d’une

façon

continue. Un cercle

_gradué

et

une échelle

_permettent

de

_compter

les tours et les fractions d’un tour de la vis. Dans le

_cylindre

extérieur

se trouve une fenêtre de verre laissant passer, sans

absorption

notable,

le

_rayonnement

X ou _y,

_qui

ioni-sait le

_{liquide parallèlement}

aux électrodes. On

_peut

naturellement faire passer le

rayonnement

dans la direction

_{perpendiculaire}

aux électrodes.

Le

_rayonnement

X était fourni par un tube de

See-mann

_métallique

démontable avec une anticathode de cuivre. Le

_générateur

de haute tension était de la

Com-pagnie

générale

de

_radiologie

et

_comportait

un

dispo-sitif

_{autorégulateur}

_{qui permettait}

de maintenir à 1 pour 100

près

la constance de la tension dans le cir-cuit du tube à rayons X. Pendant

l’expérience,

le tube était évacué par deux pompes : l’une rotative à

pa-lettes,

l’autre à condensation de vapeur de mer-cure.

L’utilisation _{des rayons X} comme

_agent

ionisant

pré-sente des

avantages

considérables. Avec les rayons y

du

_radium,

dont on se _{servait presque exclusivement}

jusqu’ici,

il est difficile d’éviter l’action

_{perturbatrice}

du

_rayonnement

diffusé. De

_plus,

on

_peut

atteindre

avec les rayons X des ionisations

incomparablement

plus

puissantes.

Avec la

_préparation

contenant 10 mg de bromure pur de

radium,

M. Adamczewski a observé

dans

l’hexane un courant

_qui

était environ 300 fois

plus grand

qu’en

l’absence du

_rayonnement,

tandis que les rayons X

produits

à la tension de 41 kV et avec

le courant de 5 mA dans le _{circuit du tube}

augmen-tent le courant naturel 160 000 fois. Aucune

perturba-tion

_provenant

_{des rayons diffusés n’est}

_perceptible

avec le tube de Seemann.

Considérons maintenant les résultats des recherches. Le

_{perfectionnement}

_techuique

de la méthode a

con-duit immédiatemeut à une découverte

inattendue,

à savoir l’existence dans tous les

_liquides

étudiés de trois sortes d’ions de mobilités

_{différentes ;}

deux ions

positifs

et un ion

_négatif,

dont la mobilité est intermé-diaire entre celles des ions

_positifs.

L’existence du troisième ion se _{traduit par la}

_présence

du troisième coude sur la

_ligne

brisée

représentant

la

_charge

en fonction du

_temps

dans la méthode de

Langevin.

_ Fig. 5.

On

_pourrait

être tenté d’attribuer ce nouveau coude à l’influence de la recombinaison.

_Or,

M. Adam-czewski a moditié de diverses manières les condi-tions de

_{l’expérience :}

_par

_exemple,

dans une série de mesures, il ionisait le

liquide

dans la direction

perpen-diculaire aux armatures du condensateur : les résul.

tats restaient exactement les

_mèmes.)

Pour la détermination du

_signe

des

ions,

M. Adam-czewski a _{fait usage} d’une des deux méthodes auxi-liaires dont nous avons fait mention.

Sur les

_figures

on voit les

_spécimens

de

_lignes

de

Langevin

tracées avec les

_points

obtenus

exprimenta-lement. _{On y}

_distingue

nettement trois coudes dans

tous les

_liquides

étudiés.

Il est à noter que les

lignes

brisées de

_Langevin

sont

plus régulières

dans le cas de

liquides

_{que dans celui}

Dans le tableau sont réunies les données

expérimen-tales obtenues pour

cinq liquides

étudiés.

_Lorsqu’on

passe d’un membre de la série au

_suivant,

la molécule

s’agrandit

par

l’adjonction

d’un groupe

CII ; il

s’en-suit l’accroissement

_{systématique}

de la

_température

d’ébullition,

de la densité et du coefficient de visco-sité. En même

_temps

la mobilité des trois sortes d’ions créées par le

rayonnement

diminue

_plus

_{vite que} croissent les

_grandeurs

énumérées.

M. Adamczewski a trouvé que la relation entre la

mobilité de tous les ions et la viscosité du

_liquide

3

est bien

_exprimée

_{par la formule :} u =

A r 2

(9),

u

dé-signant

la

_{mobilité, -1}

le coefficient de viscosité et A une

constante dans la série des

_liquides

_ayant

des valeurs dif-férentes pour trois sortes

d’ions,

à savoir :

_{Ai==i ,5.10"~ ~}

1

A, == 0,85.10-7, A3

=

_0,53.10-7

_(u

étant

_exprimée

en

- ;

il est _{intéressant de noter que}

_A,-3A3.

sec~

cm

(Remarquons

que dans notre série des

liqvides,

le coefficient de viscosité -1 varie entre

0,0025

et

0,008.)

Le

_problème

se _{pose de vérifier}

_{l’applicabilité}

de cette relation dans des limites

_{beaucoup plus}

_larges

de variations

_{de "14 :}

le manque des données

expérimen-tales ne

_permet

_{pas de faire}

_{présentement}

cette

com-paraison.

M. Adamczewski a trouvé une indication en

_prenant

la valeur de la somme des mobilités des ions dans l’huile de vaseline

=

Î

_{0,97. ~0-~}

_qui

a été

sec/

cm

/

déterminée par moi dans le travail de

1911 ;

MM. Szi-vessy et Schâfer ont trouvé

plus

tard une valeur du

même ordre. La viscosité de l’huile de vaseline

_est,

comme ordre de

_grandeur,

1 000 fois

_plus

_grande

en

comparaison

de l’hexane par

exemple.

L’accord avec

la formule

₍₉₎

s’est trouvé

bon,

mais l’incertitude des données

_numériques

ne

_permet

_{pas de tirer des}

con-clusions hâtives.

Il est

_possible,

en

_analysant

les

_lignes

brisées de

Langevin,

d’évaluer le

_rapport

des nombres d’ions

positifs ayant

des mobilités différentes.

_Cependant

l’exactitude de cette détermination est faible. M. Adam-czewski trouve que le

rapport

ni

du nombre d’ions

n3

rapides

à celui d’ions lents

_{paraît augmenter}

à

me-sure _{que la molécule du}

_liquide

devient

_plus

com-pliquée

et

_paraît

diminuer a,vec l’accroissement d’in-tensité du

_rayonnements

ionisant. En

_appliquant

hypothétiquement

au mouvement des ions la for-mule bien connue de Stokes _{pour la vitesse du} mou-vement d’une

_sphère

dans un

_liquide

sous l’action

d’une force constante on

_peut

calculer le rayon des ions en admettant

_qu’ils

ont la forme

_sphérique.

Combinons

. e

les formules de Stokes et d’Adamczewski : u =

-6

3

AI

il en _{résulte que pour}

_chaque

sorte

_d’ions,

le rayon l’est

proportionnel

à la racine carrée du coefficient de viscosité.

b’ig. 6.

Il serait intéressant d’examiner si

_{l’apparition}

du troisième ion dans les

_liquides

étudiés

_dépend

de la

longueur

d’onde du

_rayonnement

X ionisant. M. Adam-czewski croit

_pouvoir

conclure de ses

_expériences

_que

la

_dépendance

en

_question

_{n’a pas}

_lieu,

mais,

pour en

être

_sûr,

on devrait

_entreprendre

une recherche

_spéciale.

3. Etude de la recombinaison

caractéristi-que du courant dans les

liquides

isolants.

-M. Adamezewski a

_complété

ses recherches sur les ions dans les carbures

_{d’hydrogène liquides}

_{par l’étude} de leur coefficient de recombinaison. Il s’est servi dans

334

Le

_liquide

est ionisé

_{pendant un temps assez long pour}

que le

régime

stationnaire s’établisse

(30

secondes suffissent pour

l’atteindre) ;

on

_supprime

ensuite l’action ionisante et

_après

un intervalle de

_temps

va-riable t, dans

_lequel

le nombre d’ions

_présents

diminue par suite de la

recombinaison,

on

_applique

un

_champ

fort

_qui

_amène,

dans un

_temps

très _court, tous les ions

restants d’un

_signe

sur l’électrode du condensateur de mesure relié à l’électromètre. On détermine la

_charge

recueillie

Q

en fonction du

_temps

1. Si la loi de

recom-binaison

de J. J.

Thomson,

exprimée

par la relation

(~i),

est

_valable,

cette fonction doit avoir la forme

1;’Q -z

11Q,

-~- x’t,

où

_Qo

_désigne

la

_cliarge

totale des ions d’un

signe

au moment t = 0 et i’ =

-.

e

Fig. 7.

Ainsi

_i/0est

une fonction linéaire du

_temps.

L’expé-rience confirme

_pleinement

cette relation : elle est

représentée

sur la

_figure

7

_{pour 5}

_liquides

étudiés

dis-tingués

par le nombre d’atomes de carbone dans une

molécule. La

_tangente

de

_l’angle

que fait

chaque

droite

avec l’axe d’abscisses donne la valeur du coefficient

_x’,

tandis que l’inverse de la

charge

initiale est

représenté

par l’ordonnée du

point

d’intersection avec

l’axe d’ordonnées. Ces deux

_grandeurs

diminuent

régu-lièrement,

lorsqu’on

s’avance dans la série des carbures

d’hydrogène

étudiés. En

_passant

du

_pentane

au nonane

on voit a’ diminuerde

_2,13

à

D’accord avec la théorie M. _{Adamczewski trouva que}

le coefficient de recombinaison est lié avec le coefficient

3

de viscosité par la

relation : a== B-r, 2

(10)

de la même forme que la relatiun

(9).

Il y a

_pourtant

un

_léger

écart de la

_{proportionnalité}

entre le coefficient de recombinaison et la mobilité

quand

on _passe aux deux derniers membres de la

série,

l’octane et le nonane.

D’autre

_part

la diminution de

_{1 JQo}

montre que le nombre d’ions n l’état stationnaire dans les mêmes conditions par les rayons X croit à mesure _{que la}

molécule du

_liquide

devient

_{plus complexe.}

Il ne fant pas

_perdre

de vue _que nos considérations concernant le coefficient de recombinaison ont un

caractère

_approximatif

à cause de l’existence du troisième ion. Les deux ions

_positifs

ont des coefficients de recombinaison différents ce

_qui

fait que le

coeffi-cient moyen

qui figure

dans nos formules

_dépend

du

temps.

D’ailleurs le calcul montre que les limites de la

variation

de a’ avec le

_temps

sont assez _{restreintes pour}

que la validité de nos conclusions ne soit _pas compro-mise.

Fig. 8.

M. Adamczewski a fait encore une étude de la

carac-téristique

du courant dans les

_liquides

_{ionisés par les} rayons X. Il a confirmé la formule

₍₂₎

de M. Jaffé valable pour des

potentiels

élevés. Il résulte de ses

expériences

que le coefficient c

_peut-être

_représenté

par la formule : c =

,1

qll,

où q

est la densité d’ions

produits

par la

source ionisanle dans l’unité de

_temps,

~ la distance des électrodes.

On voit donc que la conductibilité du

liquide

corres-pondant

à la

_partie

du

_courantqui

suit la loi d’Ohm est

proportionnelle

au carré de la distance des électro-des. Reste à trouver 1

_explication

de ce

_comportement

remarquable

du courant dans des

_{liquides diélectrique}

ionisés.

Je mentionnerai encore, sans entrer en détails que

ci-dessus

_{l’applicabilité}

de la théorie de similitude

déye-loppéc

par M. Il. Mache pour des gaz ionisés.

4.

_Application

à l’étude des rayons

cosmiques.

- En assistant aux discussions sur les rayons

co-miques

à la Conférence de Londres en

_septembre

1 93fi

j’aperçus qu’il

serait

_avantageux,

au moins dans certains cas, de se servir de

_{diélectriques liquides}

pour l’étude de ces _rayons.

Le

_phénomène

de « sauts d’ionisation «

(fonisation-stôsse)

découvert par

Hofmann,meparaissaitfacilement

accessible à cette méthode. Au cours de l’année suivante

_j’ai

_réalisé,

avec le concours de M.

Adam-czewski, quelques

expériences

réussies,

dont

_je

don-nerai un

_exposé

sommaire

_(1).

Le

_phénomène

en

_question

se manifeste

lorsqu’ou

étudie le courant d’ionisation dû aux _rayons

_cosmiques

à l’aide d’un

_{appareil enregistreur :}

il se

_produit

de

temps

en

_temps

des déviations

brusques

et considé-rables de

_l’organe

sensible de

_l’appareil

se traduisant par des discontinuités bien

marquées

de la courbe

d’enregistrement

et

_indiquant

la formation d’un très

grand

nombre de

_paires

d’ions

_(jusqu’à

7 . 101

_d’après

MM.

A.

_Compton

et R.

Bennett).

Pour

_augmenter

la

fréquence

de ces « sauts » on _{fait usage de chambres}

d’ionisation de

_{grande capacité remplie}

_{de gaz à haute}

pression.

Fig. 9.

Par

exemple,

les auteurs cités

_employaient

une

chambre en acier d’une

_capacité

de

_vingt

litres

conte-nant de

_l’argon

pur sous

_pression

de 50

_{atmosphères.}

Les chocs d’ionisation

_pourtant

se

_produisent

rare-ment : un choc au

_plus

en une heure si l’on tient

compte

que de chocs fournissant au moins 2.10~ ions.

Dans une série

_{d’expériences}

nous nous sommes

servis

_d’hexane,

dont la conductibilité

_spécifique

natu-relle était de

_2,3.10~~

o-i et ne variait

_guère

pendant plusieurs

semaines.

Je

_remarquerai

_{que la conductibilité} a diminué

jus-(1) C. BIALOBR’LESKI et I. ADAMCZEWSKI. Bill. de l’Acad. /loi,’.,

mars-avril _1935, i20.

qu’à 8,6.10-2"

0.-1 cm-i, à cause de

_{l’absorption}

des rayons

cosmiques, quand

on a entouré la chambre

cl’ionisation,

contenant le

_liquide,

de blocs de

_plomb

ayant 5

cm

_{d’épaisseur.}

Cette chambre consiste

_{(fig. 9)}

en un condensateur

cylindrique

dont l’électrode extérieure est consti-tuée par un vase en laiton relié à un

_pôle

d’une batterie

l~3

de

petits

accumulateurs.

L’électrode intérieure est un

_cylindre

creux e2

communiquant

avec l’électromètre à travers un bou-chon d’ambroïde

b,

fixé dans le couvercle.

L’espace

entre les deux

_{électrodes,dont}

le volume était d’environ 800

_cm3,

était

_occupé

_{par l’hexane.}

Le creux du

_cylindre

intérieur

_pouvait

ctre

_rempli

_par

une

_substance,

dont on cherchait l’influence sur la fré-quence de sauts

(menu

plomb, cylindre pleiu

d’alumi-nium).

Le

_plus

souvent on

_compensait

le courant résiduel

au _{moyen d’un}

_compensateur

de Bronson

k2

à

_oxyde

d’uranium

_(U3

_0,).

Le

_dispositif

_{n’était pas}

suffisam-ment _{sensible pour} ce _{genre de} recherches.

C’est

_pourquoi

nous _{n’avons pas pu étudier les sauts}

fournissant moins de 3.106 ions.

’

Fig. 10.

La méthode

_employée

consistait en l’observation de

l’accroissement

_graduel

de la

_charge

due au courant

résiduel dans l’hexane. Au début on notait

_(toutes

les 5

_min)

la

_position

du

_spot

lumineux sur

_{l’échelle;}

ensuite nous avons eu recours à un

_procédé

d’enregis-trement en utilisant le mécanisme

_{d’horlogerie}

et le tambour du

_{microphotomètre}

couvert du

_papier

photo-graphique,

sur

_lequel

était concentrée la lumière

réflé-chie du miroir de l’électromètre. Eu

_égard

à la faible mobilité des ions dans l’hexane nous avons dû

appli-quer des tensions considérables allant

jusqu’à

1800 V. Dans ces conditions un

_déplacement

du

_spot

était de

2 à 4 mm _par

_minute;

le

_compensateur

_permettait

de le

réduire

jusqu’à

zéro ou de

_produire

un

_déplacement

très

lent en sens

_inverse,

ce

_qui

était

_avantageux

pour l’étude des sauts. Ceux-ci

_provoquaient

le

_déplacement

rapide

du

_spot

dans le sens de l’accroissement de la

charge provenant

de la conductibilité résiduelle du

liquide.

336

reprendre après

avoir monté un

_dispositif

_plus

efficace. Je donnerai les résultats d’une série

d’enregistre-ments, dont la durée totale était de 51 h. Au total on a

_enregistré,

dans des conditions

variées,

65

sauts,

auxquels

correspondaient

des

_{déplacements}

du

_spot

supérieurs

à 2 mm.

On _{voit que la}

_fréquence

des sauts

est,

pour les

volumes,

égaux, incomparablement

plus grande quand

on utilise des

_liquides

_{diélectriques}

au lieu des gaz.

Cela

_provient

sans doute de ce _{que les} sauts moins forts

sont

_{enregistrés.}

Le

_plus

_grand

saut observé était de 25 mm

(corres-pondant

à

5,85.10’

ions)

Il faut tenir

_compte

de ce _que

le nombre _{d’ions parvenus à} l’électrode reliée à l’élec-tromètre diminue à’ cause de la

recombinaison,

étant donné que le

temps

du parcours de l’ion le

plus

lent

entre les électrodes était d’environ 12 sec.

Les chiffres suivants donneront une idées de

l’in-f luence

_qu’exerce

l’ambiance sur la

_fréquence

des sauts. 1" La _{chambre d’ionisation n’étant pas}

_protégée

et l’électrode interne restant

_vide,

le nombre des sauts

n’était

_{que 2}

en

_h;

2°

_Lorsqu’on

a mis autour de

la chambre d’ionisation une couche d’aluminium de 5 cm

_{d’épaisseur}

et

_rempli

d’aluminium l’électrode interne le nombre de sauts a atteint 13 en

_{6,9 h;}

3° Dans les conditions

_analogues,

l’aluminium étant

remplacé

par le

plomb

on a obtenu 6 sauts en

_8,7

h. On voit nettement I*activité

_frappante

de l’alumi-nium dans la

_production

du

_phénomène

en

_question.

J’ajouterai quelques explications

concernant les

figu-res. La

_figure

10

_représente

la marche de

l’électromè-tre avec

_compensation

du courant résiduel. La courbe

a _{été obtenue par l’observation} directe.On voit

_qu’après

2 h

_{d’application}

du

_champ

le courant de

_compensation

l’emportait

sur le courant résiduel. La chambre d’ioni-sation était entourée de

_plomb

et l’électrode interne

garnie

d’aluminium. Il sc

_produisit

7 sauts

_indiqués

par les

numéros;

il y a encore deux discontinuités dont

l’apparence

est moins sûre. La

_charge

_Q

est

_exprimée

en unités

_{électrostatiques}

X

10-5 ;

ainsi le deuxième

saut est t de

8,5

mm, ce

_qui

_correspond

à 2.10’

_paires

d’ions.

Fig. 1 L

La

_figure

11

_présente

des

_spécimens

de courbes

obte-nues par

l’enregistrement

de la déviation de

_l’aiguille

de

_{l’électromètre ;}

les flèches

_indiquent

_{respectivement}

les directions :

_(a)

des déviations dues au courant

rési-celles du courant de

_{compensation,}

_(c)

du

mou-vement du

_papier

_{photographique.}

On y voit trois sauts : n° 1 de 25

_{mm, no2}

de 14 mm, n° :1 de 15 mm.

En terminant

_je

crois

_pouvoir

_{conclure que le} pro-blème de l’ionisation des

_liquides

_présente

un

_champ

de recherches peu

cultivé,

mais

_apte

à fournir des résultats intéressants et des

_applications

_qui

ne sont

pas banales.