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Recherches expérimentales sur l’émission secondaire du
tantale
R. Warnecke
To cite this version:
RECHERCHES
EXPÉRIMENTALES
SURL’ÉMISSION
SECONDAIRE DU TANTALEPar R. WARNECKE.
Laboratoire de Recherches de la Société « La
Radiotechnique ».
Sommaire 2014 On a étudié la variation du nombre d’électrons secondaires émis par électron primaire
à partir d’une cible de tantale, en fonction de la vitesse des électrons primaires, entre 0 et 1 000 volts. Les cibles ont été examinées dans des conditions de propreté aussi bonnes que possible et sous une
pression excessivement basse (1020148 mm Hg).
1° On a recherché s’il existait des potentiels critiques caractérisant une variation brusque de l’émis-sion secondaire. Neuf de ces potentiels ont été trouvés et semblent caractériser le Tantale. Certains coïncident
avec des potentiels critiques trouvés dans les courbes d’émission X, mais aucune conclusion ne peut être
développée d’une manière certaine au sujet de la relation possible entre les deux phénomènes.
2° On a obtenu des courbes de répartition de vitesses des électrons secondaires pour différentes vitesses primaires. Elles montrent que ces vitesses se répartissent entre 0 et la vitesse primaire On admet donc que, quelle que soit celle-ci, un groupe d’électrons primaires réfléchis existe toujours et qu’il constitue
une fraction de plus en plus faible de l’émission secondaire totale au fur et à mesure que la vitesse
primaire augmente.
1. Introduction. ----
Lorsque,
dans levide,
unélec-tron vient heurter une surface
métallique,
il est réfléchi ou iléprouve
une collision nonélastique
danslaquelle
il
perd
unepartie plus
oumoins
grande
de sonénergie
initiale,
dont on retrouve unefraction,
à l’extérieur dela cible
bombardée,
commeénergie cinétique
d’élec-trons secondaires. Laprorluction
d’électrons,
àpartir
de métaux soumis à un bot-nbardementélectronique,
parl’intermédiaire d’un mécanisme
qui,
partiellement
aumoins,
est tout autrequ’une
réflexionplus
ou moinscomplexe,
a fait l’objet pendant
ces dernières années denombreuses recherches
expérimentales.
Apartir
des résultatsobtenus,
leprofesseur
Richardson(’) (2)
adonné une théorie du
phénomène
danslaquelle
sarelation avec
l’émission
etl’absorption
de rayonne-mentX,
par le métalbombardé,
intervient enpremier
lieu. D’autre
part,
quelques
auteurs,
dont Farns-worth(~),
onttrouvé,
dans desexpériences
récentes,
unrapport
entre les accidents de l’émission secondaire totale et les sommets de diffraction de Davisson et Germer.ExpPrimentalement,
on a basé la relation desphéno-mènes d’émission secondaire et d’émission de
rayonne-ment
X,
sur le fait que, dans les courbesdonnant,
d’une
part,
le nombre d’électrons secondairesproduits
par électronprimaire
et d’autrepart,
l’intensité durayonnement
Xrapporté
aunombre
d’électrons leproduisant,
en fonction de la tension d’accélération des électrons debombardement,
il existe despotentiels
critiques
en accord étroit.Ce résultat est
particulièrement
important,
parceque, preuve d’un mécanisme commun dans les deux
phénomènes,
ilest,
d’unepart,
l’une des bases fonda-mentales desexplications
théoriques
données parRichardson
(t) (2)
et parRudberg
(~)
pour l’émissionsecondaire et d’autre
part,
parce.que,
comme le montreChalkin
(1)
l’examen des courbes de l’émissionsecon-daire totale constitue alors un moyen
d’investigation
précieux
dans le domaine de laspectroscopie
du rayon-nement X mou desmétaux,
peu commode à étudier parles méthodes habituelles.
Ceci
pouvant
montrer l’intérêt de l’observation despotentiels critiques
d’émission secondaire et de la connaissance de leurs valeurs pourchaque
métal,
nousdevons
constater,
à l’heureactuelle,
en laissantmo-mentanément de côté le mécanisme
qui peut
agir
pourles provoquer et leur
origine
réelle,
et en nousplaçant
uniquement
aupoint
de vue de leur réalitéexpérimen-tale comme
caractéristique
dumétal,que
leur existencemontrée par
Pétry
(6)
(’i,
discutableaprès
certainesexpériences
de Farnsworth(8)(9)(1°),
confirmée par lesrecherches
précises
de Krefft(11)
et de Ramachandra Rao(12)
a été mise en doute par Ahearn(1~)
qui, après
une étude effectuée dans des conditionsparaissant
excellentes,
admet que l’on doitattribuer,
aumoins,
un
grand
nombre despotentiels critiques
trouvés dan les courbes d’émissionsecondaire,
plutôt
à une conta-mination de lasurface,
qu’à
unphénomène
caracté-ristique
du métal pur et propre.Bien que
publié
pour lapremière
fois(*),
seulement il y aquelques
mois,
le travail résumé ici futentrepris
bien avant la
publication
de celui deAhearn,
enayant
t comme but l’étudegénérale
de l’émission secondaire du tantale et la recherche de sespotentiels critiques
réels dans la
région
étudiée par Krefft pour leTungs-tène et par Ramachandra Rao pour le nickel. A notre
connaissance,
nos résultats constituent lespremières
donnéesprécises
sur lephénomène physique
d’émis-sion secondaire du Tantale dans larégion
de 10 à 1 000 V{**).
(x) R. WARNECEE. Thèse, Paris (juin 1933).
(**) Quelques renseignements sur l’émission secondaire du Tantale, d’ailleurs peu précis au point de vue considéré ici, peuvent ètre trouvés pour la région des vitesses plus élevées dans uni travail déjà ancieu de BALiRuscuAT et STARKE (14).
2.
Appareils
employés. -
Lafigure
1 donne le schéma deprincipe
del’appareil employé
et de l’ins-tallation de mesure. La cathodeF,
émet des électronsqui
sont accélérés vers ledisque A,
snus l’effet de ladif-férence de
potentiel appliquée
entre ces deux électrodes.Quelques-uns
de ces électrons sontlancés,
à travers l’orifice du canonB,
vers lacible,
avec la vitessecor-respondant
à la différence depotentiel
existant entre celle-ci et lacathode,
le canon étant lui-méme aupo-tentiel de la cible. Un
champ
retardateur estproduit
entre A et B par une différence de
potentiel
Il sert à retenir l’émission secondaire de A lors du choc des électrons du faisceau constituant le courant
IA.
Fig. 1.
En donnant des dimensions convenables aux
ouver-tures de A et de B et en
prenant
un canon trèscourt,
le nombre destrajectoires
d’électronsprimaires
seter-minant sur la surface interne du canon est très
petit
et l’on obtient par suite un faisceauqui
le traverse et arrive sur la cible en ne contenant que très peud’élec-trons secondaires lents venant de ce canon, c’est-à-dire en
quantité
bien insuffisante pour masquer lesacci-dents
caractéristiques
du métal étudiéqui
peuvent
être rencontrés dans la variation de l’intensité de l’émission secondaire avec la vitesse des électronsprimaires
ou,pour en introduire de nouveaux d’intensité
comparable.
S est la cible
étudiée;
elle constitue le fond d’uncylindre
D,
au milieuduquel
onplace
le filamentF
2qui
sert pendant
le pompage pour la chauffer par bom-barùement etpendant
les mesures pour la chauffer parrayonnement.
On a donné à l’électrode collectrice C une formesphérique
afinqu’il
soitpossible d’obtenir,
entre elle et le
point d’impact
sur lacible,
unchamp
symétrique
uniforme dans toutes les directions et nondéformé sur les bords
quand
unchamp
retardateur estappliqué
entre elle et lasphère
pour les mesures de vitesse. Cechamp
est,
engénéral,
rendu faiblementaccélérateur,
pour rassembler tous les électronssecon-daires
éparpillés
autour de la normale à la cibleS,
pendant
les mesures du nombre d’électrons secondairesproduits
par électronprimaire
en fonction de la vitesseprimaire :
n2
=f
(V
primaire : - - f
1).
ni
Réalisation
des
électrodes des-appareils.
- Ledisque
A est enmolybdène d’épaisseur
0,3
mm, sondiamètre est de 29 mm et il est
percé
en son centre d’un trou circulaire de2,2
mm. L’électrode B est uncylindre
en nickel de 35 mm de hauteur et de 40 mmde
diamètre,
dont le fondsupporte
un canon de dia-mètre intérieur de2,8
mm et delongueur
1 cm. L’ex-trémité de cepetit
canon, taillée enbiseau,
pénètre
de1,5
mm à 2 mm à l’intérieur de lasphère
C. Sa surfaceinterne est rendue rugueuse par
sablage
pour dimi- J nuer son émission secondaire. Lasphère
Cégalement
sablée
intérieurement,
est en nickeld’épaisseur
0,2 min,
son diamètre est de 55 mm. Le
cylindre
D est en tan-tale de0,15
mmd’épaisseur,
Con diamètre est de 12 mmet sa hauteur de 35 mm ; il
supporte
la cible à étudier S. Cette cible a étédécoupée
dans uneplaque polie
de métal pur à cristallisation fine fournie par la SociétéSiemens et
Halske,
elle a uneépaisseur
de0,12
mm,son diamètre est de 14 mm et elle est maintenue sur le
cylindre
D parquelques
points
de soudureélectrique
sur les bords. Les cathodes
Fi
etF2
sont en tantale defaçon
à éviter la contamination de la cible parévapo ~
ration. Les diamètres deF,
1 et deF 2
sontrespective-ment
0,300
et0,375
mm,Fi
a la forme d’un solénoïdeet
F2
d’unespirale plate.
Imperfections
et erreurssystématiques. -1°
Quel-ques électrons secondaires émis
par S peuvent
retour-ner vers B
malgré
lechamp
faiblement accélérateur enfaveur de C existant entre cette électrode et la cible étudiée. Leur nombre est faible car
l’angle
solide inté-ressé par le trou danslequel
débouche le canon estpetit
devant la surface de lasphère
et parce que,malgré
sa faiblevaleur,
lechamp produit
entre S et C est suf-fisant pour que C attire laplus grande partie
des élec-trons venant de S etpartant
de cette électrode dans la direction normale à sa surface.2°
Malgré
lechamp
retardateurproduit
entre A etB,
quelques
électrons secondaires émis par ledisque
As’ajoutent
au fluxélectronique
constituant le faisceauprimaire,
ainsi quequelques
autresqui
sont dus à l’émission secondaire de la surface intérieure du canon.Le nombre des
premiers
diminue si onaugmente
vA-vB
et celui des seconds
peut
être baissé enprenant
les dimensions convenables pour les ouvertures et uncanon court. En
fait,
dansl’appareil
utilisé,
le nombre de ces électrons secondairesparasites
venant des écrans est trèsfaible,
comme cela est montré par l’examen desn2
- -de
lafigure 2. Bien
quecourbes 2013
== de lafigure
2. Bien queni
’
faible,
cette diminution den2,
quand n1
croît,
déforme1/1 1
légèrement
les courbesobtenues,car
par construction nI icroit avec
Vi :
cela n’aqu’une importance négligeable,
car cette action est
pratiquement
continue à l’échelle àn2
laquelle
ellepeut
agir
sur-.
Il en serait toutautre-ni
d’intensité
brusques
etimportants,
introduits,
soit parune
caractéristique
du tube(répartition
duchamp)
soit par une cause accidentelle(variation
duchauffage
de lacathode,
deVA - V B, etc.).
Lapremière
cause n’existepas avec la
géométrie
del’appareil
et pour éliminer lesconséquences
de laseconde,
toujours possibles,
nousavons
toujours
examinésoigneusement
toutes lescourbes Ut -
f( vl)
parallèlement
à celles den2
=ni
Fig. 2.
3. Détails
expérimentaux. -
A.Production,
me-sure etentretienduvide(*). - Lepompageest
effectuéau moyen d’un ensemble de 2 pompes à
palettes
dansl’huile et d’une pompe à diffusion de vapeur de mer-cure à
grand
débit. Deuxpièges
à mercure aveccon-denseurs à air
liquide
sontemployés,
l’unpendant
toute la durée du pompage, l’autre seulementpendant
les dernières heures. La canalisation reliant la pompeà
l’appareil
est de très gros diamètre(5
cmintérieur)
et est faite en verre dur pour
permettre
sondégazage
par
chauffage
au chalumeau à gaz. Bienentendu,
iln’y
a ni vanne, ni robinet sur cette canalisation trèscourte. En-dessous de
l’appareil lui-même,
on adis-posé
le tube contenant le charbon activé. L’airliquide
estplacé
autour du charbonpendant
le derniertraite-ment de la
cible;
onl’y
maintientpendant
etaprès
lescellement sans arrêt
jusqu’à
la fin des mesures. Lapression
est mesurée par unejauge électronique
éta-(*) Au sujet du degré de vide nécessaire pour pouvoir trouver des résultats corrects, nous renvoyons le lecteur aux travaux des auteurs cités dans l’introduction, en particulier à celui de Krefft.
lonnée constituée par une triode
calibrée ;
on admetque le courant d’ionisation
(courant
inverse deplaque)
donne lapression
par la relation p = k.i ;
le vide estconservé,
après
scellement,
au moyen de 8 gr dechar-bon activé et
dégazé
comme nous le dironsplus loin (*).
Après
scellement,
lapression
tombe,
enquelques
heures,
à environ 3 X 10-8 mmHg (**)
et conservecette valeur aussi
longtemps
que durent les mesures,la cible étant froide ou chaude.
B.
Préparation
etnettoyage
desélectrodes.
-Avant toute autre
préoccupatfon,
on s’estefforcé,
dans la construction desappareils,
d’obtenir un ensembledont toutes les
parties puissent
être,
autant que cela estpossible,
très biendégazées,
de tellefaçon
que, undegré
très élevé de vide étant obtenu par un pompageprolongé,
la contamination de lacible,
due àl’échange
de gaz entre celle-ci et les autresparties
solides,
soit laplus
réduitepossible.
Le tube lui-même est en verredur,
cequi
permet
l’étuvage
de l’ensemble à hautetempérature
(500°C) .
Les écrans A et B ont été
préparés séparément
et suivant le schéma suivant :La durée totale du
dégazage préliminaire
a étéd’envi-ron 80
h,
il était effectué à J 150PC pour le nickel et1 300°C pour le
molybdène.
Huit cibles ont été étudiées
complètement.
Avantd’être
placées
sur letube,
elles furentnettoyées
aussi suivant le schémaprécédente
mais surquelques-uns
le
nettoyage
chimique
(FH
+
NO~H)
ne fut pas effectuéet aucune différence
appréciable
ne futtrouvée,
de cefait,
dans les mesures. Le traitementthermique
préli-minaire de la
plupart
des cibles a consisté en unchauf-fage,
dans uneampoule séparée,
par bombardement(’) Ce charbon nous a été fourni par la Société «
L’Air-Liquide ». Avant d’être employé il avait été dégazé dans un
très bon vide pendant plus de cent heures par chauffage à 450uC. Le charbon a été choisi de préférence à d’autres corps parce
qu’il est un absorbant à froid et que par suite il n’y a pas
crainte de contamination par évaporation (thorium, tungstène
thorié, baryum, magnésium, etc...).
(**) Cette faible valeur de la pression est tout à fait de l’ordre de celle obtenue dans les expériences semblables par KREFFT,
AHEAR1’i, etc... et est en bon accord avec les résultats cités par
DUSHMAXN (J. Frarill. litsi.. 11’° 1 255, vol. 211., juin 19~1) :
électronique (à partir
d’une cathode incandescente auxiliaire entantale),
d’une durée totale effectived’en-viron 70 h, Une
température
maximum due 20000Kétait atteinte
graduellement
sans que lapression
nemontât au delà de 10-5 mm
Hg.
Le pompage définitif fut conduit comme il suit :
a) chauffage
-pendant plus
dequarante
heures autotal- du charbon activé servant
d’absorbant,
à unetempérature
atteignant rapidement
460,C;
b)
chauf-fage
de l’ensemble du tube et de lajauge électronique
qui
lui est raccordée avecl’appendice
contenant le charbonactivé,
dans un four à 500~’Cpendant
unedurée totale de
quarante heures;
c) chauffage
de toutes les électrodesmétalliques
du tube à aussi hautetem-pérature
que cela étaitpratiquement possible
tout enévitant la contamination de la cible par
évaporation :
pour lemolybène :
1 400-t500°C,
pour le nickel :950"C. Ce
chauffage
estréalisé,
soit par bombardementélectronique
intense desélectrodes,
soit par inductionhaute
fréquence.
On alterne toutes cesopérations
enélevant
progressivement
latempérature
et ens’impo-sant la condition de ne
jamais dépasser
unepression
de 5.10-5 mm
Hg;
d)
chauffage
de la cible(alternati-vement avec les autres
électrodes,
puis
simultanément)
pendant
une durée effective totale de 60 à 70 heurespour les cibles
ayant
subi un traitementthermique
pré-liminaire
(70
à 90 heures pour lesautres),
enaugmen-tant
progressivement
latempérature
sansdépasser
aumaximum 3 X 9 0-5 mm
Hg.
Pendant la moitié de cetemps,
latempérature
atteinte était voisine de 2 3000K(pour
certainescibles,
on a même atteint 2420"K).
La
pression
finale était pour le maximum duetempéra-ture :
3.10~’Hg (*),
sans airliquide
autour du charbon de bois. A la fin du pompage,qui
a demandé environ dixjours (jours
et nuits sansarrêt),
ledégazage
des électrodes étantterminé,
lapression
tombait à 1U-h mmHg
environ, la cible étant à 1500°K,
lesautres électrodes au rouge et la
partie
laplus
froidedu tube étant à une
température
d’environ 150"C(et
celatoujours
sans airliquide
autour du charbon debois).
Pour trouver le traitement convenable de lacible,
de nombreux essaispréparatoires
avaient été effectués. Il futjugé
satisfaisantlorsque
saprolongation
n’aplus
apporté
de modification sensible aux résultats.On a ainsi
empiriquement
déterminé que, dans lesconditions de nos
expériences,
le fait depouvoir
porter
la cibleà ~! 300oK,
sans que lapression
monte dansl’appareil
àplus
de 3.10-û mmHg (l’air
liquide
n’étant pas mis autour du
charbon), correspondait
àun état de surface tel
qu’une
prolongation
dequatre
heures du
chauffage
à cettetempérature
ne fasse pasvarier
1t2
deplus
de 2 pour 100pour Vt
= 1»0J V et il1ti
1’ ) Il fut d’ailleurs vérifié que la pression de 3.40-6 mm llg,
sur pompe, en fin d’opération pendant que la cible était à une
température voisine de 2 300° K, n’était pas due aux
dégage-ments gazeux du Tantale, mais il ceux d’autres parties solides des appareils difficilement purgeables (entrée de courant,
sup-port d’électrodes, etc.. ) à cause de la valeur très importante de
l’énergie rayonnée par la cible : i 000 watt.
fut constaté, en même
temps,
qu’à
partir
de cetteépoque,
les courbesn2
= f (
Vj )
étaient tout à faitsem-nt
blables entre elles et que même examinées dans le détail elles conservaient la même forme
(les
mesuresétant toutes faites à 1
200°K).
Mesures
électriques.
- Les courantsprimaire
etsecondaire
(de
l’ordre dumicroampère)
sont mesurés par une méthode decompensation partielle
(dans
la-quelle
legalvanomètre indique
la différence entre le courant à mesurer et un courantconnu)
au moyend’un
galvanomètre
à haute sensibilité Hartmann et Braun. Cegalvanomètre
estplacé
alternativement dans le circuitprimaire
et dans lesecondaire,
grâce
à uncommutateur à mercure
qui change
en mêmetemps
lecourant de
compensation
de laquantité
nécessaire pour chacune des circuits. La sensibilité dusystème
était telle que l’erreur relative maximumpossible
surle
rapport 2013
était de6/10
000 environ de sa valeur etîl 1
nous verrons
plus
loin que leplus
faible desacci-dents
pris
en considération(fig.
10,
courbe151)
a uneexistence montrée par une
augmentation
durapport
qui,
seulement entre 2points successifs,
estdéjà
de3~2 Q00,
soit 5 foisplus
que l’erreur laplus grande
que l’onpuisse
commettre àpartir
des lectures. Uncon-densateur
électrolytique
K,
de 10000 ~F,
est destiné à éliminer les fluctuations du courant dechauffage
fournipar une batterie d’accumulateurs de très
grande
capa-cité. Une différence depotentiel
V, porte
le filamentFz
à un
potentiel supérieure
à celui de lacible,
defaçon
que les électrons de cette cathode nepuissent
pass’immiscer dans les mesures à chaud. Cette
précaution
fut trouvée
insuffisante,
car on aconstaté, lorsque
le filamentF2
étaitallumé,
qu’un
courantélectronique
important atteignait
l’électrode collectrice C. Cecou-rant doit être dû à des électrons émis par
Fa
etqui,
repoussés
par lecylindre, parviennent
à lasphère.
Au cours des mesures à destempératures
élevées,
l’émission
électronique
ordinaire du tantale chaud futégalement
trouvée. Des corrections furent effectuées pour tenircompte
de ces sources d’erreursqui
venaienttroubler les mesures de l’émission secondaire.
Y~1
est la différence depotentiel primaire
mesurée parrapport
à l’extrémiténégative
du filamentF,
aumoyen d’un voltmètre à cadre de
grande
sensibilité.v3 =
VA -
l~B
est la différence depotentiel
qui
pro-duit lechamp
retardateur entre A et B.Y~
est ladiffé-rence de
potentiel qui produit
lechamp
accélérateur,
pour les électronssecondaires,
entne S et C. Dans laplupart
desexpériences
les valeurs de cesparamètres
étaient :
Température
de la cible. - On a déterminé lestempératures
vraies de la cible àpartir
destempéra-tures de brillance
grâceâ l’échelle
donnéeparWorthing
au moyen d’un
pyromètre
optique
àdisparition
defilament
Foster,
en visant à lt5l lacible,
par unpetit
trou
percé
à cet effet dans lasphère
collectrice.4. Résultats obtenus. - Courbes du nombre d’électrons secondaires par électron
primaire
enfonction de la vitesse
primaires
:2013~
-f
( Vi),
ni
~
Classification
et tracé des courbes. - Pour suivre l’influence de lacharge
en gaz de la cible sur sonémis-sion
secondaire,
des courbesn2= f
(Vi)
ont étérele-111 i
vées,
toutes choseségales
parailleurs,
à desépoques
éloignées
et à différentestempératures.
Suivant les conditions où les mesures furenteffectuées,
nousavons classé les courbes de la
façon
suivante :10 Courbes A : Ces courbes furent relevées
après
scellement dutube,
la cible étant froide(température
de
l’appareil)
et sansqu’elle
ait subi aucun traitementsupplémentaire.
°
2° Courbes Elles furent relevées
après
la dernière des courbesA,
la cible étantportée
à unetempérature
de 1.100° K.
3° Courbes
C;
Une courbe C fut relevée immédiatementaprès chaque
courbeB,
la cible étant froide.1,0 Courbes D : Ces courbes furent relevées
après
ladernière courhe
C,
la cible étant à unetempérature
de 1.400 K,.
5° Courbes E : Une courbe E fut relevée
immédiate-ment
après
chaque
courbeD,
la cible étant froide.Dans
chaque catégorie, plusieurs
courbes furentprises
dans le même, intervalle pour avoir une certitudeplus
grande
des accidents rencontrés. Pourchaque
intervalleon s’est efforcé de faire les mesures avec les mêmes
courbes ni
1 = Néanmoins des différences existenttoujours
entre elles. Les écartsproviennent
principale-ment de l’insuffisance des moyens deréglage
et decontrôle de la
température
de la cathode.En
passant
d’un intervalle de tensionsprimaires
ausuivant,
nous avons baissé latempérature
de la cathode defaçon
à ce que n, reste dans les limites relativementrapprochées quand
onaugmente
Vi.
Cela al’avantage
d’empêcher
untrop
grand
nombre de chocs contrel’intérieur du canon. Le faisceau conserve alors une
homogénéité
sensiblement constante au cours de toutesles mesures, de telle
façon
que celles-ci sonteffectuées,
à peu de chosesprès,
avec la même sensibilité et parsuite avec la même exactitude. Par
contre,
cela al’in-~convénient
d’empêcher
les courbes de se raccorder maisceci est peu
important
pour notre travail.Allure
générale
des courbes etpossibilité
de lesreproduire. -
Nouspensions
obtenir pour letantale,
à cause de ses
propriétés remarquables
de fixation desgaz, des variations
importantes
d’émission secondaireavec le
temps
et avec latempérature.
Contrairement à
ceci,
lacomparaison
deplusieurs
courbes d’une mêmecatégorie,
relevées à desépoques
assez
éloignées
et lerapprochement
des courbes des diversescatégories indiquées plus
haut,
ne montrentFig. 3.
aucune différence
importante
de forme et degrandeur
des ordonnées. Celarésulte,
parexemple,
de l’examenFig.4.
des courbes obtenues avec une cible
désignée
Si. i 8 dans unappareil
numéroté I((voir
plus
loin cettedésigna-tion).
Pourpermettre
d’enjuger, plusieurs
courbes Acette faculté relative de
reproduction
ainsi trouvée àfroid,
nousindiquerons,
à titred’exemple,
que lesordonnées
correspondantes
des courbes 128 et 129 de lafig.
3 ne diffèrent pas au maximum deplus
de0,88
pour 100 de celles de la courbe 1~?1 alors
qu’elles
ont étérelevées
respectivement
48 et 52 heures environaprès
celles de cette courbe. Des résultatsanalogues
sont t trouvés sur lafig. 4 (0,2
pour 100 de différencemaxi-mum entre les ordonnées de 122 et 130 pour un
inter-valle de
temps
de48h)
sur lafig. 5 (0,88
pour 100 dedifférence)
et sontobtenus,
demême,
dans larégion
despotentiels
accélérateursplus
élevés.Lorsque
la cibleest chauffée,
soit à 1.100« K(B),
soit à1..400oK(D),
les différences maxima trouvées entre les ordonnées sont du même ordre.Une évaluation de
l’importance
des modificationsapportées
à l’intensité de l’émission secondaire de la cible par letemps
et par leschauffages
à 1100-K et à 1.400 K estapproximativement
chiffrée par le tableau 1qui
donne la différence relative maximum des ordon-nées des courbes des différentescatégories.
La colonne 6 résume l’effet
global
dutemps
et laconséquence
des traitementsthermiques
sur la ciblefroide,
parrapporta
l’état initial decelle-ci,
après
que le tube a été détaché de la pompe. Etant donné quecette différence n’est pas au maximum de
plus
de2,78
pour 100alors
qu’elle
est relative à des courbes relevées à froid à desépoques
distantes de 15jours
environ etséparées
par de nombreuxchauffages
successifs àFig. 5.
1 100’ K et à 1 400,
K,
onpeut
conclure que l’état de lasurface de la cible est resté sensiblement le même
pen-dant toutes les mesmes,
TABLEAU 1. - Variation relative des ordonnées avec le
Accidents de variation dans les
courbes -
= j
ni
- Nous avons constaté
plus
hautqu’aucun
chan-gement important
n’a été introduit dans l’allure descourbes par le
temps
etparla température.
Néanmoins,
leur examen détaillé et
précis
montre despetites
diffé-rences
qui
doivent êtreimputées
à l’action des gazrési-duels. Des accidents de très faible
importance
sontquelquefois
visibles sur certaines courbes mais ne sont pasreproduisibles.
Engénéral après
lechauffage
àK,
ils ontdisparu
et celui à 1.~~04° 1~n’apporte
pas dechangement plus important.
A côté de ces acci-dentsqui perdent
de leurimportance jusqu’à disparaître
complètement,
d’autres sont visibles sur lescourbes,
qui
semblent s’accentuer avec le traitementthermique :
c’est à ces derniers seuls que nous accorderons unesignification physique
réelle.Fig. 6.
Après
une croissancelinéaire,
un affaiblissement de lapente
estindiqué
nettement sur toutes les courbes dela
fig.
3 versVi
= 25 V environ dans lesfigures
3 et 4 on trouve une
première augmentation
depente,
pour les courbes
A,
àlaquelle le
temps
et les traitementsne
changent
absolument rien. Il en est de même pour leschangements brusques
depente
voisins de 38 V etde 50 V. Les courbes de la
fig. 5 possèdent
toutes uneaugmentation
depentes
vers 88 V. Dans l’intervalleillustré par la
fig.
6,
une variation depente brusque
estindiquée
nettement vers 146V,
sur toutes les courbes. Deplus,
onpeut situer,
d’après
lespoints
expérimen-taux sur la
première
courbe A relevée la cible étantfroide,
unléger
accident vers 11$ ~T. Comme il nous futimpossible
de le retrouver par lasuite,
nous avonsFig. 7.
pensé qu’il
s’agissait
ici d’un accident introduit par des gazprésents
à la surface de la cible au moment de lamesure. Une remarque semblable
peut-être
faite pour une trèslégère
variation depente
trouvée vers 2UU Vsur la courbe 1 ~6
qui, également,
nepeut
être retrouvéeaprès
lechauffage.
Aucun autre accident n’est montrésur les
courbes,
dans les intervalles étudiésjusqu’àune
cassure faiblement
marquée
dans toutes lescatégories,
sur la
fig.
10 aux environs d’une tensionprimaire
de 512 V.En
principe,
nous avions limité à 600 V le domainede notre
étude;
néanmoinsquelques
valeurs furent relevées au delà pour situer le maximum d’émissionsecondaire. Ces mesures moins
précises
et moinscom-plètes
que lesprécédentes
montrent unecassure à 750Venviron,
nettementmarquée
etqui
peut
être retrouvée sur les 3 seules courbes relevées dans cetterégion.
Lerapprochement
des courbes desfig.
10 et 11permet
de situer le maximum de l’émission secondaire vers 600 V. Ce maximum fut trouvé dans les mêmesconditions,
voisin
de1,275
pour les courbes à froidA,
de1,30
pour les courbes relevées à 11U0°K et de1,305
pour lescourbes relevées à 1400° K.
Fig. 8.
Reproduction
desrésultats sur la
mêmecible
etsur d’autres cibles de tantale de même provenance.
- Les résultats
qui précèdent
sont tous relatifs à unecible
Si.18,
traitée comme nous l’avonsindiqué plus
haut,
et ont été obtenus avec unappareil
numéroté II. Avant ces mesures, d’autres avaient eu lieu sur la même cible dans un autreappareil (tube
I)
dans les conditions de vide et depropreté
déterminées par un traitementanalogue.
Des mesures avaient été effectuées avec lacible maintenue à la
température
du tube et leurs résul-tats montrent unegrande possibilité
dereproduction
analogue
à celle que nous venons designaler.
D’autrescibles,
constituées avec du tantale de la mêmeprove-nance, furent étudiées dans des
appareils
semblablesaprès
des traitementsanalogues
et il ne fut trouvé aucune différenceimportante
entre les chiffres obtenuset les
précédents.
Pour illustrerceci,
nous donnonsrapidement
iciquelques
résultats obtenus avec unecible numérotée
Si.1g,
placée
dans unappareil
111.Dans les
f ig.
12 13 et 1 ~ nous avons dessinéquelques
courbes des tubes 1 et III avec des courbes du tube II. Pour en rendre lacomparaison plus
immédiate,
cescourbes ont été
tracées,
non pas parrapport
aunégatif
des cathodes
Fl,
mais parrapport
aupotentiel
des milieux de ces filaments. Entre les courbes des tubesI,
II, III,
iln’y
apratiquement
aucune différencede formeimportante,
surtout si l’on tientcompte
de ce que lescourbes 111 = dessinées pour les trois tubes en
pointillés
dans les cas lesplus caractéristiques,
sonttotalement différentes.
Les accidents de
pente
trouvés pour les courbes AFig. 9.
Fig. 10.
Fig. 11.
dans
l’appareil
1 furent retrouvés pour le tubeII,
sauf toutefois ceux de 118 V et 200 V. Enparticulier
un flé-chissement de lapente
est très nettementmarqué
surtou-tes les
courbes).
Sur lafig.
12,
à l’accroissement de pour le tubeII,
correspond également
pour 1 unFig. 12.
accident
analogue;
les variations depente
derégion
detension
plus
élevées sont retrouvées de la mêmefaçon
Fir. 13.
et il est tout à fait
important
designaler
qu’aucun
autre accident d’intensitépratiquement
appréciable
nefigure
sur les courbes A
de I,
sauf ceuxqui
sontindiqués
pour letube- Il.
TABLEAU II.
L’allure
générale
des courbes du tube III estégale-ment celle des courbes du tube II à froid et à
chaud,
on
retrouve,
pour cette nouvelle cible et dans cetappa-reil
différent,
les accidentssignalés
dans lesexpériences
précédentes
et seulement ceux-ci. Les autres cibles étu-diées n’ont fourni aucunrenseignement
différent.Dans le tableau
II,
nous avonsindiqué
les valeursautres corrections seraient nécessaires pour
préciser
la vitesse des électronsprimaires;
l’une est relative à ladifférence de
potentiel
de contactqui
existe entre la cathode et lacible,
car bien que les électrodes soientconstituées toutes les deux par du
tantale,
cette force électromotrice n’est pas nulle à cause des traitementsthermiques
différentsquileur
ont étéimposés
et à cau-se de leur différence detempérature.
L’autreprovient
de la vitesse initiale de sortie des électrons de lacatho-de ;
ceux-ci ne seprésentent
p as tous d’unefaçon
sem-blable à l’influence du
champ
créépar Vi
car, ils sontém 1 s à une
température
donnée avec des vitesses différen-tesgroupéps
avec une valeur moyenne suivant la loi deMaxwell. Nous n’avons pu tenir
compte
expérimentale-ment des erreurs introduites de ce
fait,
mais nouspen-sons
qu’elles
sont faibles et vraisemblablement autotal,
de l’ordre de
quelques
dixièmes devolt,
au maximumd’un demi-volt.
Fig. 14.
4. Discussion des résultats
précédents. -
A. Influence duchauffage. -
La conclusionlogique
desexpériences
précédentes
est que nous avons trouvé etreproduit
un état de surfacestable,
pour une cible detantale,
qui
est tel que letemps
et la chaleur sont sansaction notable sur l’émission secondaire de cette cible,
Les courbes sont
reproduisibles
sur la cible elle-mêmedans des
expériences
semblables et sur des ciblesiden-tiques,
dans desappareils analogues.
Elles caractéri-sent donc un étatparticulier
bien déterminé de lasur-face du métal étudié. Ce
que l’on
sait à l’heureactuelle,
de l’occlusion et de la fixation des gaz par les métaux et
plus particulièrement
les faits connus à cesujet
pour letantale,
ainsi que les données que l’onpossède
sur sadégazéification
("),
nous font admettre que,malgré
le traitementénergique
que nous avons pu faire subir auxcibles et le très bon
degré
de vide danslequel
le métal apu être
conservé,
on nepeut
songer et debeaucoup,
àcon-sidérer la surface comme étantcomplètement
exempte
de gaz; mais néanmoins on doit penser que laplus
grande partie
deceux-ci,
retenue à l’état ordinaire par le tantale a étééliminée,
puisque
lechauffage
ne modi-fie pas sensiblement la valeur den2.
Rien,
dans lesni
hypothèses
que l’onpeut
faire à la base des théories de l’émissionsecondaire,
ne conduit à trouver cephéno-mène fonction de la
température
(du
moins dans les limites accessiblesici)
pour un métalparfaitement
dégazé,
mais l’invariabilité de l’émission secondairen’est
qu’une
condition nécessaire pour prouver lapro-preté
d’unecible ;
elle n’est certainement passuffisante ;
elle caractérisesimplement
la stabilité de l’état créé etelle
dépend
despropriétés
de fixation des gaz par lemé-tal dans les conditions où il se trouve
pendant
l’expé-rience.
Pour tous les
métaux,
la fixation des gaz sous trèsfaible
pression
est unproblème
très mal connu,sur-tout
lorsque
l’on considère desdegrés
de vide tels que ceux atteints dans lesexpériences présentes.
La contamination de la cible au moment des mesures
est due en
premier
lieu aux gaz non éliminésparle
trai-tement,
et en second lieu à 1échange
incessant des molécules entre les différentesparties
solides,
lestra-ces des gaz résiduels trouvant leur
origine
dans lesparties
les moins bienpurgées
del’appareil.
La fixa-tion des gaz de cette dernièrecatégorie
par le tantale est relativement peu solidelorsqu’elle
s’effectue auxtempératures
basses et sous faiblepression ("*);
ils’agit
évidemment de gaz adsorbés ou absorbés
superficielle-ment
qu’il
estpossible
d’éliminer par unchauffage
telque ceux que nous avons
employés
au cours de nosexpé-riences. Nous pensons donc
pouvoir
conclure,
à cause dudegré
de vide élevé entretenupar le
charbon de notreap-pareil,
que la surface était relativement propre,lorsque
les courbesA,
C etE et surtoutlorsque
les courbes àtem-pérature
élevée B etD,
furent relevées etqu’elle
était contaminée seulement par des molécules de gaz fixées si solidementqu’il
estpratiquement impossible
de les éliminer.Nous terminerons avec les
hypothèses
faites ausujet
de l’état
probable
des cibles en disant que la structureconfuse et mal déterminée
qui
est celle de la surfaceaprès
samétallurgie
et sonpolissage
a faitplace,
aumoment des mesures, à nne structure
polycristalline
bienindiquée
par suite de son traitementthermique
intense etprolongé.
Les cristaux étaient tout à fait visi-bles à laloupe.
(’) Les travaux de CARDR’ELL (16) fournissent une preuve tout à fait remarquable de l’action excessivement importante de
traces de gaz, même excessivement faibles, sur des phénomènes
électroniques superficiels.
(**) On peut avoir quelques renseignements à ce sujet à partir
B.
Comparaison
avec des travaux similaires. -Pour avoir une idée de laqualité
relative desren sei
gne-ments donnés
ici,
il y a un certain intérêt à examinerbrièvement les chiffres trouvés par
quelques
auteurs,
dans des études du même genre, pour d’autres métaux.Krefft
signale
que, pour une cible entungstène,
préa-lablement chauffée à 1
200°K,
refroidie etportée
à11,2
1
450oK,
passait
enquelques
heures de1,2725
àni
1,3975
pour une tension accélératrice de600V,
c’est-à-dire variait d’environ 9 pour 100 de la valeur à froid. I)ans uneexpérience identique
effectuée avecl’appareil
II,
la cible Si18,
après
avoir été chauffée à 1 100°K pen-dant 4heures,
puis
refroidiependant
15heures,
futportée
1380°K,
il fut alorstrouvé,
après
1 h. 15 de?2 Z
chauffage
à cettetempérature,
que --
n’augmentait plus,
ni
de
1,272
lerapport
étaitpassé
à1,297,
c’est-à-direqu’il-avait subi une variation d’environ 2 pour 10(1 de sa
va-leur à froid. Un
chauffage
ultérieur de 20 minutes à i 420’Kn’apportait
aucunchangement
appréciable
pen-dant
qu’il
était effectué.Dans leur étude de l’émission secondaire du
molvb-dène,
faite d’ailleurs par uneméthode et avec unappa-reillage
tout à faitdifférents,
Hyatt
et Smith(18)
ont constaté une variationanalogue
mais d’un ordre degrandeur plus
voisin de celui que nous avonsindiqué :
ils
signalent
en effet uneaugmentation
de3,6
pour 100pour une tension
primaire
de 300 Vquand
on chauffela cible à 1 600"K.
Bien que les variations trouvées dans nos
expérien-ces soient très faibles et que, par
suite,
il soit un peualéatoire de
prendre
leurssignes
enconsidération,
ilfaut remarquer,
néanmoins,
qu’en
chauffant lacible,
rémission secondaire semble diminuer pour les
petites
vitesses etaugmenter
pour lesgrandes,
cequi
estexac-tement le sens de variation
indiqué
par Krefft. Unphé-nomène
plus complexe
fut trouvé au refroidissementdu métal : immédiatement
après chauffage,nous
avonsen
effet,
constaté et vérifiéque n2
ne diminuait pas,ni
mais au contraire croissait encore
légèrement pendant
20 à 30
minutes,
puis
reprenait
lentement le sensindi-qué plus
haut. Nous n’avons trouvé aucuneexplication
convenable de ce
phénomène
net,
mais de faibleimpor-tance. Pour terminer avec les
rapprochements
de tra-vauxsimilaires,
noussignalerons
queRamachandra-Rao,
dans son étude du nickel n’a observé aucunchan-gement
introduit par lechauffage
de la cible sur lafor-me de la courbe. Mais on doit remarquer
qu’il
n’avaitemployé
que destempératures
relativement basses(550°C).
Cetteréserve,
ausujet
de l’insuffisance detempérature
de la cible
pendant
les mesures,peut être
faiteégalement
au
sujet
de nos résultats. Destempératures
plus
élevéesne furent pas
employées
par suite descomplications
qu’elles
auraient amenées dans nosexpériences.
Enpremier
lieu,
l’émissionthermoélectronique
ordinairedevient
rapidement
trèsimportante quand
onaugmen-te la
température
et les corrections deviennent deplus
en
plus
délicates si l’on veutgarder
unegrande
précision
pour comparer les
résultats
avec ceux trouvés pour lacible froide
(l’émission
est de 1 ordre de 4 à 5microam-pères/em2
vers 1500,K).
D’autrepart
l’énergie
rayon-née par la cible
augmente
trèsrapidement
et nousétions limités par la crainte de libérer ainsi des gaz à
partir
desparties
solides difficilementpurgeables
telles que les entrées decourant,
lessupports
d’électrodes...etc.
C. Accidents et discontinuités dans la variation de
n’l
avecVi.
-ltapprocherrtent
avec lespotentiels
criti-ni
quesdes rayons X. -
Parmi les accidents mentionnés dans le tableauII,
plusieurs possèdent
la formeparticu-lière d’une
augmentation brusque
depente.
La formede
pareils
accidents,
traduisant unphénomène
discon-tinu dans la
production
des électronssecondaires,
asuggéré
à certains auteurs(Pétry
semblant être lepre-mier)
unrapprochement
avec lespotentiels critiques
des rayons X Au
sujet
dutantale,
les résultatsd’expé-riences sont peu
nombreux, néanmoins,
C.Boyce
(1°)
a tracé les courbes
donnant,
en fonction de la ten-sionexcitatrice,
l’effetphotoéiectrique
de radiation X par unité de courantélectronique.
Les variations depente
de ces courbes furentprises
pourindiquer
lespotentiels critiques
d’émission X.Pour la
comparaison
despotentiels
critiques
d’émission X et d’émission
secondaire,
on remarqueraque, pour un accident
ayant
lieu pour une vitessede V volts sur une courbe d’émission secondaire
(cor-rigée
bien entendu pour la différence depotentiel
de contact entre la cible et lacathode),
s’il existe unedis-continuité
correspondante
dans les courbes d’émissionX,
on doit la trouver dans ces dernières pour unetension. V
+ f’ q>
étant le travail de sortie de la cibleen tantale.
Dans le tableau
III,
nous avons donné les résultats deBoyce corrigés
et noncorrigés
enregard
des valeursdes
potentiels critiques
observés dans nos courbes. La valeurde ?
admise ici est 4V.(Ce
chiffrecorres-pondant
approximativement
à la moyenne des valeurs très voisines de la fonction de travail dutantale,
trouvées par différentes méthodes etsignalées
parS.
Dushmann,
Rev.Phys.,
19.10,
vol.2,
p.
381,
dans sa dernière étude de l’émissionélectro-nique).
Les deux
premiers
chiffresindiqués
parBoyce
s’accordent avec des vaieurs de
potentiels critiques
trouvées ici et il existeégalement
un accident dans les deuxphénomènes
vers 512V(encore
faut-il noter queles valeurs de
Boyce
noncorrigées
conviennent mieuxque les valeurs
corrigées).
Les autres diffèrent très sérieusement et il n’estpossible,
parsuite,
de tirerau-cune conclusion