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Submitted on 1 Jan 1906
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S.-J. Allen, Léon Bloch
To cite this version:
S.-J. Allen, Léon Bloch. La vitesse et le rapport e/m pour les rayons primaires et secondaires du
Radium. Radium (Paris), 1906, 3 (10), pp.292-298. �10.1051/radium:01906003010029200�. �jpa-
00242200�
La vitesse et le rapport e/m pour les rayons
primaires et secondaires du Radium
Par S.-J. ALLEN
Professeur de physique à John Hopkins University (Baltimore)
ON sait la grande importance théorique qui s’at-
tache aux mesures de déviation électrique et magnétique des rayons p du radium. Ces me- sures nous font connaître les valeurs simultanée de la vitesse v et du rapport - pour les différentes sortes
de rayons. On peut tirer de la la loi qui relie e/m à v,
et si, comme on a toutes raisons de le croire, la charge e est la luéme pour tous les rayons, ces me-
sures nous fournissent les valeurs de la masse en
fonction de la vitesse. On a lal un moyen expérimental
de vérifier les prévisions de la théorie, savoir que la
masse matérielle n’est constante qu’aux faibles vites-
ses. Pour un électron (particule p) animé d’une vi-
tesse voisine de celle de la lumière, la niasse appa-
rente devient une fonction rapidement croissante de la vitesse, l’onction qui prend une valeur infinie quand la
vitesse atteint la vitesse de la lumiére.
Les premièrcs lesures de déviation des rayons du radium sous l’iniluence ’d’un champ électrique et ma- gnétique sont dues à Becquerel. Il a trouvé pour v une valeur voisine de 1, (j. 10 Il ct pour le rapport e/m un
nombre égal a 1,107. Mais ces valeurs ne doivent être
regardées que colnme approximatives. Becquerel opé-
rait dans l’air ii la pression atmosphérique, et dans
ces conditions l’ionisation de l’air entre les deux pla-
teaux d’un condensateur modifie considérablement le
champ qui règne dans cette région. Il est alors impos-
sible d’avoir la valeur vraic du gradient de potentiel
utilisé. La méthode de Kauflllann est à l’abri de cette
objection. Les délations électriques et magnétiques
se font simultanément dansle vide; on isoleunfaisceau étroits de raisons hétérogènes et, par une méthode qui rappelle celle des spectres croisés, on reçoit sur une plaque photographique la courbe formée par les traces,
inégalement déviées, des différents rayons. Cette courbe
correspond li des valeurs de v variant de 2,56 à 2,85, 10 10 et à des rapports e/m allant de t,51 à 0,63.107.
Elle est exactement superposable aux courbes théo- riques.
1B1. Allena pensé qu’il serait important de reprendre
des mesures aussi délicates au moyen d’une méthodes différente, et il a employé une méthode d’ionisation;
il a reçu les rayons déviés ou non déviés dans une
chambre d’ionisation reliée à un électroscope, et il
a mesuré les courants de saturation correspondants.
Mais ses premiers essais ont été longtemps infructueux.
Il lui a été longtemps impossible de mettre en évi-
dence la déviation électrostatique des rayons B, et lors qu’il l’a observée il a longtemps constaté qu’elle était trop faible. L’étude systématique de ces anomalies l’a amené d’une part, à modifier ses dispositifs au point
de faire des mesures exactes et très précises, d’autre part, à faire une analyse complète des rayonnements secondaire et tertiaire du radium. Il n’est donc pas
sans intérêt de passer d’abord rapidement en revue ces
premières expériences.
M. Allcn a fait d’abord quelques mesures d’ionisa-
tion en présence e en l’ab-
sence de champ électrique.
Une première expérience a
eu lieu dans l’air à la pres- sion atmosphérique et avec l’appareil de la figure 1.
Les lames de zinc A et B sont les électrodes servant à établir le champ, le radium
est placé au-dessous de B de façon que les rayons qui en émanent rencontrent B sous l’incidence rasante;
la préparation est recou-
verte d’une feuille de mica
mince, et l’électroscope séparé du condensateur par
une cloison d’aluminium mince. Le voltage employé atteignait 5000 volts. Avec
Fig. 1.
le voltage et les dimensions de l’appareil, on pouvait prévoir une déviation des ray.ons p parfaitement obser-
vable à l’électroscope : une partie notable du faisceau devait étre déviée vers le platcau A, et comme il n’cntrc
pas de nouveaux rasons vers B, l’ionisation devait dimi-
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01906003010029200
extrêmes trouvés par KaufmanI1 pour v et e/m, la dimu- nution du rayonnement devait atteindre une fraction très notable. Malgré cela, l’expérience n’a donné aucune
déviation électrostatique, et quant à la déviation ma-
gnétique observée, elle n’était nullement en accord
avec les prévisions de la théorie.
Une seconde expérience a alors été faite dans le vide,
Fig. 2.
avec l’appareil de la ligure 2. Le
radium recouvert de mica de façon
à éviter la diffusion de l’émana- tion est placé symétriquement
entre les lames très rapprochées du
condensateur a b. Ce dernier est enfermé dans une enveloppe de
verre où l’on fait le vide et sé-
paré de l’électroscope par une feuille de zinc mince ne laissant passer que les rayons de moyenne et grande vitesse. Un voltage de
5000 volts, correspondant à un champ de 17 000 volts, a donné
ici une diminution d’ionisation voisine de 10 pour 100. Le calcul appliqué aux rayons de vitesse, maximum conduirait à une dé- viation de 80 pour 100. Il y a donc
encore contradiction entre l’ex-
périence et la théorie, et ce désaccord se reproduit
dans les mesures magnétiques, car la valcur appa-
rente du produit H R est plus de trois fois supérieure
à celle qu’on devrait observer.
Une troisième expérience, destinée à éliminer toutc possibilité d’un transport d’émanation, a été j’aile sui- vant le schéma de la figure 5. Le radium est cette fois-
Fig. 3.
ci entièrement extérieur à l’appareil et le condensa-
teur est à lames niultiples, ce qui permet d’augmenter
la sensibilité de la méthode. En employant toujours la
différence de potentiel de 5000 volts on n’a observé
aucune déviation électrique. La déviation magnétique
elle aussi était beaucoup plus petite qu’on ne prouvait
la prévoir. L’absorption totale par le verrede l’ampoule
Ces résultats peu satisfaisants sont restés longtemps inexplicables. Mais on finit par se rendre compte que l’effet des rayons secondaires, qu’on avait cru négli- beahlcs a priori, pomait être prédominant dans ces expériences. C’est ainsi qu’en isolant un pinceau étroit
de rayons et en le faisant pénétrer dans la cage de
l’électroscope à travers une ouverture supposée beau-
coup plus large que le faisceau, on fut surpris de
constater qu’un diaphragme de plomb recouvrant en
partie l’ouverture interceptait une même fraction du
rayonnement quelle que fut sa position par rapport au
centre du trou. Il s’ensuivait que le faisceau, loin d’ètre resté étroit, s’était diffusé énormément par la superposi-
tion d’un rayonnement secondaire. Cettehypothése devint
une certitude lorsqu’on constata qu’une plaque photo- graphique, placée sur l’ouverturc, loin de donner une image ponctuelle du faisceau, offrait une large tache
d’éclat unit’orme sur toute la surface du trou. Il deve- nait clair alors clue l’influence des rayons B et y secon- daires pouvait arriver à masquer l’action directe des rayons du radium, et le premier problème à résoudre
était l’étude de ce rayonnement secondaire.
Avant de passer aux expériences faites sur ce sujet,
M. Allen croit devoir signaler
encore deux tentatives in- fructueuses d’enregistrement photographique dc la dévi-
ation des rayons du radium
sous l’action d’un champ électrique intense. La pre-
mière, dont le dispositif est représenté par la figure 4,
est calquée sur l’expérience classique de Becquerel. Le
radium est enfermé sous une
lamelle de mica dans un petit
bloc de plomb. Il est placé Fig. 4.
dans le plan de symétrie du condensateur, a b, et surmonté d’une lamc de mica verticale destinée à
partager en deux parties le champ de l’appareil. Lors-
que le champ électrique n’agit pas, cette lame de
Fig. 5.
mica donne sur la plaque sensible une image recti-
ligne. Quand on applique le champ électrique, une
partie des rayons est déviée et arrêtée par la lalne; on
doit donc observer d’ un côté de celle-ci unc ombre
assez large. L’expérience a donné un résultat tout
did’érent. Les clichés de la figure 5 ne présentent
aucune ombre de ce genre. Les deux images A et Il
ont été prises avec un réglage défectueux du l’appareil,
le radium n’étant pas exactement au milieu de l’inter- valle des plateaux. Cela explique que les deux plages
soient d’inégale intensité, mais on voit que leur ligne
de séparation est aussi nette dans le cas où le champ
existe (B) que dans celui ou il n’existe pas (1). Lu couple C I) correspond à un réglage parfait et présente
la même particularité.
M. Allen n’a pas eu plus de succès dans la tentative
qu’il a faite pour répéter une expérience analogue à
celle de Kauffmann dans le vide (fig. 6). Le radium
Fig. 6.
placé imméâiatement au-des-
sous des plateaux chargés
émet des rayons qui sont dia- phragmés par une plaque
d’ébonite percée d’un trou
et viennent faire image sur
une plaque photographique
a la partie supérieure de l’ap- pareil. Lorsque le champ est appliqué, on doit s’attendre u retrouver avec Kauffmann
une inégale déviation des
rayons selon leur vitesse, c’est-à-dire qu’on doit obser-
ver une courbe nette sur le cliché. Au lieu de cela on a toujours obtenu des voiles
généraux plus ou moins intenses. Ces insuccès doi- vent probablement, eux aussi, tenir à une action d’un rayonnement secondaire.
Pour l’étude systématique du rayonnement secon- daire, M. Allen a adopté le dispositif de la figure 7.
Fig. 7.
500 milligrammes de bromure de radium d’activité voisine de 50000 sont scellés dans un petit tube de
verre mince qu’on place au fond d’une boîte de plomh
encadrée de deux boîtes d’ébonite épaisses. Le faiscean de rayons B limité par ces lames est reçu sur le corps dont on veut étudier le rayonnement secondaire. Ce
rayonnement est réfléchi d’une manière plus oii
moins diflûse vers l’électroscope D ou il pénètre par
une large ouvcrture rectangulaire. Cette ouverture est
pratiquée dans un écran très épais formé de carton et rempli de ll1ercnre. Il a pour objet d’arrêter la plus grande partie du rayonnement y, et bien qu’il de-
vienne lui-même source de rayons secondaires, cet
effet est plus que compensé par l’accroissement de sensibilité obtenue par élimination des rayons y. En l’absence d’écran jouant le rôle de radiateur secon-
daire, les lectures de l’électroscope font connaître l’ionisation due aux rayons’y et aux rayons secondaires
qu’ils produisent. Quand le radiateur secondaire est en position, l’augmentation de l’ionisation est due essentiellement aux rayons B et y secondaires de ce der- nier, rayons qu’on peut isoler et étudier par inter-
position d’écrans absorbants.
Voir le résultat de nombreuses séries d’expé-
riences (Tableau I).
L’inspection de ce tableau montre que les diffé-
rentes substances frappées par les rayons B émettent
des rayons secondaires très variables en nombre et en
pénétration. Pour obtenir l’effet secondaire maximum,
il faut que la substance soit assez épaisse pour absorber tous les rayons B. Tant que l’épaisseur n’est
pas beaucoup plus grande encore, l’effet secondaire des rayons y est négligeable. Si l’on ne fait tomber
sur le radiateur que les rayons 8 les plus pénétrants,
on recueillera aussi les rayons secondaires les plus pénétrants (mélangés d’une petite quantité de rayons y).
Plus une substance est dense, plus les rayons secon- daires qu’elle produit sont nombreux et pénétrants. La figure 8 contient diflérentes courbes d’absorption pour
Fig. 8.
(En partant de la courbe supérieur e, ou a, de haut en bas, les
courbes A, B, C, D et E).
les rayons primaires et secondaires. A est la courbe des rayons primaires, B celle des rayons secondaires du zinc,
C celle des rayons secondaires du papier, D et E celles
des rayons secondaires du zinc, quand les rayons
primaires ont traversé, 28 feuilles de papier ou une
feuille de zinc. Il est visible sur ces courbes que les
radiations tant primaires que secondaires sont hétéro-
gènes et possèdent des vitesses différentes. Des expé-
riences de déviation magnétique faites avec le dispo-
sitif de la figure 9 ont montré que les rayons secon-
Fig.9.
daires, aussi bien ceux des métaux que ceux des isolants, se composent principalement d’une émission de particules négatives. Ceux des isolants sont plus
facilement déviables que ceux des conducteurs, mais la différence n’est pas grande. La proportion desrayons
non déviables dans le rayonnement secondaire est plus grande pour le papier que pour le zinc.
On sait que les rayons secondaires, en frappant un obstacle, y suscitent un rayonnement tertiaire.
hI. Allcn a pu étudier ce rayonnement au moyen d’un
dispositif presque identique au précédent (fig. 10).
Fig. 10.
Le radium est disposé de façon qu’aucun rayon pri-
maire ne puisse émerger. De l’ouverture que laissent entre elles les deux lames de plomb épaisses a et b, il
sort alors un faisceau de rayons secondaires qu’on peut
recevoir sur un radiateur quelconque et ensuite dans
un électroscope. Le pouvoir de pénétration de la
radiation tertiaire a été étudié dans les cas du plomb,
du zinc et du cuivre. On trouve les nombres suivants
(Tableau II).
On voit que le pouvoir de pénétration des rayons tertiaires est beaucoup plus faible que celui des
Tableau II.
rayons secondaires. Ceci concorde avec l’idée qu’on peut se faire de leur vitesse au moyen de l’étude de la déviation magnétique. Ges dernières mesures se font le plus aisément en disposant des écrans et e de
façon que le rayonnement tertiaire arrive ,juste au
bord de la feuille d’aluminium mince donnant accès dans l’électroscope B. Si alors on appliquc un champ magnétique convenable perpendiculairement au plan
de la figure, on pourra amener les rayons a pénétrer
dans l’électroscope ou au contraire les en éloigner davantage. On constate d’ailleurs toujours dans de
semblables expériences de faibles perturbations qu’on peut mettre sur le compte d’un rayonnement quater- naire. L’existence de ce dernier peut se démontrer
par l’emploi d’un second radiateur placé en f, et l’on
s’assure sans peine que ces rayons quaternaires,
comme les rayons tertiaires, se composent de parti-
cules négatives en mouvement, leur vitesse étant d’au- tant moindre qu’ils résultent d’une transformation
plus lointaine des rayons primaires.
Après cette étude du rayonnement secondaire et des
rayonnements subséquents, M. Allen est revenu à la
mesurc de la vitesse v et du rapport e/m pour les
rayons 8 primaircs du ra-
dium. Nous savons d’après
ce qui précède qu’un fais-
ceau quelconque de rayons B ayant traversé une séric
d’écrans absorbants est né- cessairement hétérogène :
il se compose d’un më-
lange de rayons primaires, secondaires, tertiaires, etc.,
qui, après déviation ma- gnétique, présentera un
bord net correspondant
aux rayons de moindre
vitesse, juste capables de
franchir les écrans et d’io- niser l’air dans l’électros- cope. Si alors on dispose
un appareil comme celui
de la figure 11 , avec une
Fig. 11.
parcelle de radium symétriquement placée au-dessous
des plateaux chargés, et si on laisse pénétrer le fais-
l’appareil, on n’observera que des effets confus du genre de ceux qui ont été relatés ci-dessus ; mais si
on règle les bords de l’ouverture de façon que les rayons incidents soient juste arrêtés par l’écran
(comme c’est le cas sur la figure), et si, à partir
de cette position, on crée les champs électriques ou magnétiques croissants, on constatera d’abord un
accroissement de l’ionisation produite dans l’élec-
troscope ; cet accroissement sera suivi d’un maximum et d’une diminution lorsque des rayons les plus
fortement déviés commenceront à rencontrer le
champs électrique et magnétique X max. et H max., correspondant au maximum d’ionisation. Les résultats
sont résumés dans le tableau II1.
Comme on l’a déjà dit les nombres de ce tahleau se
rapportent aux rayons tant primaires que secondaires
qui sont juste capables de franchir une certaine épais-
seur d’écran absorbant. Les valeurs les plus grandes
de la vitesse conviennent aux rayons primaires seuls,
car les rayons secondaires sont presque complètement
absorbés par 55 feuilles de papier. Les valeurs de la vitesse pour les particules B avant traversé 0,8 milli-
Tableau III.
Tableau IV.
bord opposé de l’ouverture. On peut admettre
alors que les rayons les plus fortement déviés sont ceux qui, après traversée des écrans, ont la vitesse la plus petite leur permettant d’ioniser les gaz. Si l’on réalise le maximum d’ionisation pour l’appli-
cation simultanée d’un champ électrique et d’un champ magnétique, on conçoit qu’il devicnne possible
de calculer à l’aide de ces champs les valeurs simulta- nées de v et de e/m pour les rayons les plus lents capa- bles de franchir les écrans interposés. Quand le nomhre de ceux-ci augmente, on constate que la valeur des champs augmente, ce qui est naturel,
puisque, au point maximum, des rayons de plus en plus rapides devront avoir subi la même déviation.
Des calculs très simples, indiqués par M. Allen,
mètres et 1,2 millimètres de zinc ont dù être obtenues par estime car on ne disposait pas dans ce cas d’un
voltage suffisant. Mais la valeur de m V/e montre
que la masse apparente de la particule augmente
rapidement quand on approche de la vitesse de la lumière. La limite inférieure de la vitesse des rayons B
ne peut s’obtenir avec certitude, mais elle est probable-
ment supérieure à 2,3 10" cm./scc.
Ces résultats sont en excellent accord avec les der- nières expériences de Kaufinann, faites suivant une
méthode bien différente. Ils sont favorables à la théorie,
qui veut que l’inertie de l’électron soit d’origine
entièrement électromagnétique et que la masse appa- rente augmente rapidement quand la vitesse devisent voisine de la vitesse de la lumière.
Des mesures analogues ont été faites par M. Allen
pour déterminer la vitesse v et le rapport e/m pour les
rayons secondaires. Les dispositifs employés sont
faciles à comprendre d’après les figures données pré-
cédemmcnt. Les résultats obtenues sont résumés dans le tableau IV.
On voit que les rayons secondaires onf des vitesses
légèrement infcrieurcs â cellcs des rayons primaires.
Les valeurs de e/m et par suite celles de e et de 11l .
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