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Recherches expérimentales sur l'émission secondaire du tantale

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Recherches expérimentales sur l’émission secondaire du

tantale

R. Warnecke

To cite this version:

(2)

RECHERCHES

EXPÉRIMENTALES

SUR

L’ÉMISSION

SECONDAIRE DU TANTALE

Par 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 le

vide,

un

élec-tron vient heurter une surface

métallique,

il est réfléchi ou il

éprouve

une collision non

élastique

dans

laquelle

il

perd

une

partie plus

ou

moins

grande

de son

énergie

initiale,

dont on retrouve une

fraction,

à l’extérieur de

la cible

bombardée,

comme

énergie cinétique

d’élec-trons secondaires. La

prorluction

d’électrons,

à

partir

de métaux soumis à un bot-nbardement

électronique,

par

l’intermédiaire d’un mécanisme

qui,

partiellement

au

moins,

est tout autre

qu’une

réflexion

plus

ou moins

complexe,

a fai

t l’objet pendant

ces dernières années de

nombreuses recherches

expérimentales.

A

partir

des résultats

obtenus,

le

professeur

Richardson

(’) (2)

a

donné une théorie du

phénomène

dans

laquelle

sa

relation avec

l’émission

et

l’absorption

de rayonne-ment

X,

par le métal

bombardé,

intervient en

premier

lieu. D’autre

part,

quelques

auteurs,

dont Farns-worth

(~),

ont

trouvé,

dans des

expériences

récentes,

un

rapport

entre les accidents de l’émission secondaire totale et les sommets de diffraction de Davisson et Germer.

ExpPrimentalement,

on a basé la relation des

phéno-mènes d’émission secondaire et d’émission de

rayonne-ment

X,

sur le fait que, dans les courbes

donnant,

d’une

part,

le nombre d’électrons secondaires

produits

par électron

primaire

et d’autre

part,

l’intensité du

rayonnement

X

rapporté

au

nombre

d’électrons le

produisant,

en fonction de la tension d’accélération des électrons de

bombardement,

il existe des

potentiels

critiques

en accord étroit.

Ce résultat est

particulièrement

important,

parce

que, preuve d’un mécanisme commun dans les deux

phénomènes,

il

est,

d’une

part,

l’une des bases fonda-mentales des

explications

théoriques

données par

Richardson

(t) (2)

et par

Rudberg

(~)

pour l’émission

secondaire et d’autre

part,

parce.que,

comme le montre

Chalkin

(1)

l’examen des courbes de l’émission

secon-daire totale constitue alors un moyen

d’investigation

précieux

dans le domaine de la

spectroscopie

du rayon-nement X mou des

métaux,

peu commode à étudier par

les méthodes habituelles.

Ceci

pouvant

montrer l’intérêt de l’observation des

potentiels critiques

d’émission secondaire et de la connaissance de leurs valeurs pour

chaque

métal,

nous

devons

constater,

à l’heure

actuelle,

en laissant

mo-mentanément de côté le mécanisme

qui peut

agir

pour

les provoquer et leur

origine

réelle,

et en nous

plaçant

uniquement

au

point

de vue de leur réalité

expérimen-tale comme

caractéristique

du

métal,que

leur existence

montrée par

Pétry

(6)

(’i,

discutable

après

certaines

expériences

de Farnsworth

(8)(9)(1°),

confirmée par les

recherches

précises

de Krefft

(11)

et de Ramachandra Rao

(12)

a été mise en doute par Ahearn

(1~)

qui, après

une étude effectuée dans des conditions

paraissant

excellentes,

admet que l’on doit

attribuer,

au

moins,

un

grand

nombre des

potentiels critiques

trouvés dan les courbes d’émission

secondaire,

plutôt

à une conta-mination de la

surface,

qu’à

un

phénomène

caracté-ristique

du métal pur et propre.

Bien que

publié

pour la

première

fois

(*),

seulement il y a

quelques

mois,

le travail résumé ici fut

entrepris

bien avant la

publication

de celui de

Ahearn,

en

ayant

t comme but l’étude

générale

de l’émission secondaire du tantale et la recherche de ses

potentiels critiques

réels dans la

région

étudiée par Krefft pour le

Tungs-tène et par Ramachandra Rao pour le nickel. A notre

connaissance,

nos résultats constituent les

premières

données

précises

sur le

phénomène physique

d’émis-sion secondaire du Tantale dans la

région

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).

(3)

2.

Appareils

employés. -

La

figure

1 donne le schéma de

principe

de

l’appareil employé

et de l’ins-tallation de mesure. La cathode

F,

émet des électrons

qui

sont accélérés vers le

disque A,

snus l’effet de la

dif-férence de

potentiel appliquée

entre ces deux électrodes.

Quelques-uns

de ces électrons sont

lancés,

à travers l’orifice du canon

B,

vers la

cible,

avec la vitesse

cor-respondant

à la différence de

potentiel

existant entre celle-ci et la

cathode,

le canon étant lui-méme au

po-tentiel de la cible. Un

champ

retardateur est

produit

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 très

court,

le nombre des

trajectoires

d’électrons

primaires

se

ter-minant sur la surface interne du canon est très

petit

et l’on obtient par suite un faisceau

qui

le traverse et arrive sur la cible en ne contenant que très peu

d’élec-trons secondaires lents venant de ce canon, c’est-à-dire en

quantité

bien insuffisante pour masquer les

acci-dents

caractéristiques

du métal étudié

qui

peuvent

être rencontrés dans la variation de l’intensité de l’émission secondaire avec la vitesse des électrons

primaires

ou,

pour en introduire de nouveaux d’intensité

comparable.

S est la cible

étudiée;

elle constitue le fond d’un

cylindre

D,

au milieu

duquel

on

place

le filament

F

2

qui

sert pendant

le pompage pour la chauffer par bom-barùement et

pendant

les mesures pour la chauffer par

rayonnement.

On a donné à l’électrode collectrice C une forme

sphérique

afin

qu’il

soit

possible d’obtenir,

entre elle et le

point d’impact

sur la

cible,

un

champ

symétrique

uniforme dans toutes les directions et non

déformé sur les bords

quand

un

champ

retardateur est

appliqué

entre elle et la

sphère

pour les mesures de vitesse. Ce

champ

est,

en

général,

rendu faiblement

accélérateur,

pour rassembler tous les électrons

secon-daires

éparpillés

autour de la normale à la cible

S,

pendant

les mesures du nombre d’électrons secondaires

produits

par électron

primaire

en fonction de la vitesse

primaire :

n2

=

f

(V

primaire : - - f

1).

ni

Réalisation

des

électrodes des-

appareils.

- Le

disque

A est en

molybdène d’épaisseur

0,3

mm, son

diamètre est de 29 mm et il est

percé

en son centre d’un trou circulaire de

2,2

mm. L’électrode B est un

cylindre

en nickel de 35 mm de hauteur et de 40 mm

de

diamètre,

dont le fond

supporte

un canon de dia-mètre intérieur de

2,8

mm et de

longueur

1 cm. L’ex-trémité de ce

petit

canon, taillée en

biseau,

pénètre

de

1,5

mm à 2 mm à l’intérieur de la

sphère

C. Sa surface

interne est rendue rugueuse par

sablage

pour dimi- J nuer son émission secondaire. La

sphère

C

également

sablée

intérieurement,

est en nickel

d’épaisseur

0,2 min,

son diamètre est de 55 mm. Le

cylindre

D est en tan-tale de

0,15

mm

d’épaisseur,

Con diamètre est de 12 mm

et sa hauteur de 35 mm ; il

supporte

la cible à étudier S. Cette cible a été

découpée

dans une

plaque polie

de métal pur à cristallisation fine fournie par la Société

Siemens et

Halske,

elle a une

épaisseur

de

0,12

mm,

son diamètre est de 14 mm et elle est maintenue sur le

cylindre

D par

quelques

points

de soudure

électrique

sur les bords. Les cathodes

Fi

et

F2

sont en tantale de

façon

à éviter la contamination de la cible par

évapo ~

ration. Les diamètres de

F,

1 et de

F 2

sont

respective-ment

0,300

et

0,375

mm,

Fi

a la forme d’un solénoïde

et

F2

d’une

spirale plate.

Imperfections

et erreurs

systématiques. -1°

Quel-ques électrons secondaires émis

par S peuvent

retour-ner vers B

malgré

le

champ

faiblement accélérateur en

faveur de C existant entre cette électrode et la cible étudiée. Leur nombre est faible car

l’angle

solide inté-ressé par le trou dans

lequel

débouche le canon est

petit

devant la surface de la

sphère

et parce que,

malgré

sa faible

valeur,

le

champ produit

entre S et C est suf-fisant pour que C attire la

plus grande partie

des élec-trons venant de S et

partant

de cette électrode dans la direction normale à sa surface.

Malgré

le

champ

retardateur

produit

entre A et

B,

quelques

électrons secondaires émis par le

disque

A

s’ajoutent

au flux

électronique

constituant le faisceau

primaire,

ainsi que

quelques

autres

qui

sont dus à l’émission secondaire de la surface intérieure du canon.

Le nombre des

premiers

diminue si on

augmente

vA-vB

et celui des seconds

peut

être baissé en

prenant

les dimensions convenables pour les ouvertures et un

canon court. En

fait,

dans

l’appareil

utilisé,

le nombre de ces électrons secondaires

parasites

venant des écrans est très

faible,

comme cela est montré par l’examen des

n2

- -

de

la

figure 2. Bien

que

courbes 2013

== de la

figure

2. Bien que

ni

faible,

cette diminution de

n2,

quand n1

croît,

déforme

1/1 1

légèrement

les courbes

obtenues,car

par construction nI i

croit avec

Vi :

cela n’a

qu’une importance négligeable,

car cette action est

pratiquement

continue à l’échelle à

n2

laquelle

elle

peut

agir

sur-.

Il en serait tout

autre-ni

(4)

d’intensité

brusques

et

importants,

introduits,

soit par

une

caractéristique

du tube

(répartition

du

champ)

soit par une cause accidentelle

(variation

du

chauffage

de la

cathode,

de

VA - V B, etc.).

La

première

cause n’existe

pas avec la

géométrie

de

l’appareil

et pour éliminer les

conséquences

de la

seconde,

toujours possibles,

nous

avons

toujours

examiné

soigneusement

toutes les

courbes Ut -

f( vl)

parallèlement

à celles de

n2

=

ni

Fig. 2.

3. Détails

expérimentaux. -

A.

Production,

me-sure et

entretienduvide(*). - Lepompageest

effectué

au moyen d’un ensemble de 2 pompes à

palettes

dans

l’huile et d’une pompe à diffusion de vapeur de mer-cure à

grand

débit. Deux

pièges

à mercure avec

con-denseurs à air

liquide

sont

employés,

l’un

pendant

toute la durée du pompage, l’autre seulement

pendant

les dernières heures. La canalisation reliant la pompe

à

l’appareil

est de très gros diamètre

(5

cm

intérieur)

et est faite en verre dur pour

permettre

son

dégazage

par

chauffage

au chalumeau à gaz. Bien

entendu,

il

n’y

a ni vanne, ni robinet sur cette canalisation très

courte. En-dessous de

l’appareil lui-même,

on a

dis-posé

le tube contenant le charbon activé. L’air

liquide

est

placé

autour du charbon

pendant

le dernier

traite-ment de la

cible;

on

l’y

maintient

pendant

et

après

le

scellement sans arrêt

jusqu’à

la fin des mesures. La

pression

est mesurée par une

jauge 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 admet

que le courant d’ionisation

(courant

inverse de

plaque)

donne la

pression

par la relation p = k.

i ;

le vide est

conservé,

après

scellement,

au moyen de 8 gr de

char-bon activé et

dégazé

comme nous le dirons

plus loin (*).

Après

scellement,

la

pression

tombe,

en

quelques

heures,

à environ 3 X 10-8 mm

Hg (**)

et conserve

cette valeur aussi

longtemps

que durent les mesures,

la cible étant froide ou chaude.

B.

Préparation

et

nettoyage

des

électrodes.

-Avant toute autre

préoccupatfon,

on s’est

efforcé,

dans la construction des

appareils,

d’obtenir un ensemble

dont toutes les

parties puissent

être,

autant que cela est

possible,

très bien

dégazées,

de telle

façon

que, un

degré

très élevé de vide étant obtenu par un pompage

prolongé,

la contamination de la

cible,

due à

l’échange

de gaz entre celle-ci et les autres

parties

solides,

soit la

plus

réduite

possible.

Le tube lui-même est en verre

dur,

ce

qui

permet

l’étuvage

de l’ensemble à haute

température

(500°C) .

Les écrans A et B ont été

préparés séparément

et suivant le schéma suivant :

La durée totale du

dégazage préliminaire

a été

d’envi-ron 80

h,

il était effectué à J 150PC pour le nickel et

1 300°C pour le

molybdène.

Huit cibles ont été étudiées

complètement.

Avant

d’être

placées

sur le

tube,

elles furent

nettoyées

aussi suivant le schéma

précédente

mais sur

quelques-uns

le

nettoyage

chimique

(FH

+

NO~H)

ne fut pas effectué

et aucune différence

appréciable

ne fut

trouvée,

de ce

fait,

dans les mesures. Le traitement

thermique

préli-minaire de la

plupart

des cibles a consisté en un

chauf-fage,

dans une

ampoule 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) :

(5)

électronique (à partir

d’une cathode incandescente auxiliaire en

tantale),

d’une durée totale effective

d’en-viron 70 h, Une

température

maximum due 20000K

était atteinte

graduellement

sans que la

pression

ne

montât au delà de 10-5 mm

Hg.

Le pompage définitif fut conduit comme il suit :

a) chauffage

-

pendant plus

de

quarante

heures au

total- du charbon activé servant

d’absorbant,

à une

température

atteignant rapidement

460,C;

b)

chauf-fage

de l’ensemble du tube et de la

jauge électronique

qui

lui est raccordée avec

l’appendice

contenant le charbon

activé,

dans un four à 500~’C

pendant

une

durée totale de

quarante heures;

c) chauffage

de toutes les électrodes

métalliques

du tube à aussi haute

tem-pérature

que cela était

pratiquement possible

tout en

évitant la contamination de la cible par

évaporation :

pour le

molybène :

1 400-t

500°C,

pour le nickel :

950"C. Ce

chauffage

est

réalisé,

soit par bombardement

électronique

intense des

électrodes,

soit par induction

haute

fréquence.

On alterne toutes ces

opérations

en

élevant

progressivement

la

température

et en

s’impo-sant la condition de ne

jamais dépasser

une

pression

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 heures

pour les cibles

ayant

subi un traitement

thermique

pré-liminaire

(70

à 90 heures pour les

autres),

en

augmen-tant

progressivement

la

température

sans

dépasser

au

maximum 3 X 9 0-5 mm

Hg.

Pendant la moitié de ce

temps,

la

température

atteinte était voisine de 2 3000K

(pour

certaines

cibles,

on a même atteint 2

420"K).

La

pression

finale était pour le maximum due

tempéra-ture :

3.10~’Hg (*),

sans air

liquide

autour du charbon de bois. A la fin du pompage,

qui

a demandé environ dix

jours (jours

et nuits sans

arrêt),

le

dégazage

des électrodes étant

terminé,

la

pression

tombait à 1U-h mm

Hg

environ, la cible étant à 1

500°K,

les

autres électrodes au rouge et la

partie

la

plus

froide

du tube étant à une

température

d’environ 150"C

(et

cela

toujours

sans air

liquide

autour du charbon de

bois).

Pour trouver le traitement convenable de la

cible,

de nombreux essais

préparatoires

avaient été effectués. Il fut

jugé

satisfaisant

lorsque

sa

prolongation

n’a

plus

apporté

de modification sensible aux résultats.

On a ainsi

empiriquement

déterminé que, dans les

conditions de nos

expériences,

le fait de

pouvoir

porter

la cible

à ~! 300oK,

sans que la

pression

monte dans

l’appareil

à

plus

de 3.10-û mm

Hg (l’air

liquide

n’étant pas mis autour du

charbon), correspondait

à

un état de surface tel

qu’une

prolongation

de

quatre

heures du

chauffage

à cette

température

ne fasse pas

varier

1t2

de

plus

de 2 pour 100

pour Vt

= 1»0J V et il

1ti

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 cette

époque,

les courbes

n2

= f (

Vj )

étaient tout à fait

sem-nt

blables entre elles et que même examinées dans le détail elles conservaient la même forme

(les

mesures

étant toutes faites à 1

200°K).

Mesures

électriques.

- Les courants

primaire

et

secondaire

(de

l’ordre du

microampère)

sont mesurés par une méthode de

compensation partielle

(dans

la-quelle

le

galvanomètre indique

la différence entre le courant à mesurer et un courant

connu)

au moyen

d’un

galvanomètre

à haute sensibilité Hartmann et Braun. Ce

galvanomètre

est

placé

alternativement dans le circuit

primaire

et dans le

secondaire,

grâce

à un

commutateur à mercure

qui change

en même

temps

le

courant de

compensation

de la

quantité

nécessaire pour chacune des circuits. La sensibilité du

système

était telle que l’erreur relative maximum

possible

sur

le

rapport 2013

était de

6/10

000 environ de sa valeur et

îl 1

nous verrons

plus

loin que le

plus

faible des

acci-dents

pris

en considération

(fig.

10,

courbe

151)

a une

existence montrée par une

augmentation

du

rapport

qui,

seulement entre 2

points successifs,

est

déjà

de

3~2 Q00,

soit 5 fois

plus

que l’erreur la

plus grande

que l’on

puisse

commettre à

partir

des lectures. Un

con-densateur

électrolytique

K,

de 10

000 ~F,

est destiné à éliminer les fluctuations du courant de

chauffage

fourni

par une batterie d’accumulateurs de très

grande

capa-cité. Une différence de

potentiel

V, porte

le filament

Fz

à un

potentiel supérieure

à celui de la

cible,

de

façon

que les électrons de cette cathode ne

puissent

pas

s’immiscer dans les mesures à chaud. Cette

précaution

fut trouvée

insuffisante,

car on a

constaté, lorsque

le filament

F2

était

allumé,

qu’un

courant

électronique

important atteignait

l’électrode collectrice C. Ce

cou-rant doit être dû à des électrons émis par

Fa

et

qui,

repoussés

par le

cylindre, parviennent

à la

sphère.

Au cours des mesures à des

températures

élevées,

l’émission

électronique

ordinaire du tantale chaud fut

également

trouvée. Des corrections furent effectuées pour tenir

compte

de ces sources d’erreurs

qui

venaient

troubler les mesures de l’émission secondaire.

Y~1

est la différence de

potentiel primaire

mesurée par

rapport

à l’extrémité

négative

du filament

F,

au

moyen d’un voltmètre à cadre de

grande

sensibilité.

v3 =

VA -

l~B

est la différence de

potentiel

qui

pro-duit le

champ

retardateur entre A et B.

Y~

est la

diffé-rence de

potentiel qui produit

le

champ

accélérateur,

pour les électrons

secondaires,

entne S et C. Dans la

plupart

des

expériences

les valeurs de ces

paramètres

étaient :

Température

de la cible. - On a déterminé les

températures

vraies de la cible à

partir

des

tempéra-tures de brillance

grâceâ l’échelle

donnée

parWorthing

(6)

au moyen d’un

pyromètre

optique

à

disparition

de

filament

Foster,

en visant à lt5l la

cible,

par un

petit

trou

percé

à cet effet dans la

sphère

collectrice.

4. Résultats obtenus. - Courbes du nombre d’électrons secondaires par électron

primaire

en

fonction de la vitesse

primaires

:2013~

-

f

( Vi),

ni

~

Classification

et tracé des courbes. - Pour suivre l’influence de la

charge

en gaz de la cible sur son

émis-sion

secondaire,

des courbes

n2= f

(Vi)

ont été

rele-111 i

vées,

toutes choses

égales

par

ailleurs,

à des

époques

éloignées

et à différentes

températures.

Suivant les conditions où les mesures furent

effectuées,

nous

avons classé les courbes de la

façon

suivante :

10 Courbes A : Ces courbes furent relevées

après

scellement du

tube,

la cible étant froide

(température

de

l’appareil)

et sans

qu’elle

ait subi aucun traitement

supplémentaire.

°

2° Courbes Elles furent relevées

après

la dernière des courbes

A,

la cible étant

portée

à une

température

de 1.100° K.

3° Courbes

C;

Une courbe C fut relevée immédiatement

après chaque

courbe

B,

la cible étant froide.

1,0 Courbes D : Ces courbes furent relevées

après

la

dernière courhe

C,

la cible étant à une

température

de 1.400 K,.

5° Courbes E : Une courbe E fut relevée

immédiate-ment

après

chaque

courbe

D,

la cible étant froide.

Dans

chaque catégorie, plusieurs

courbes furent

prises

dans le même, intervalle pour avoir une certitude

plus

grande

des accidents rencontrés. Pour

chaque

intervalle

on s’est efforcé de faire les mesures avec les mêmes

courbes ni

1 = Néanmoins des différences existent

toujours

entre elles. Les écarts

proviennent

principale-ment de l’insuffisance des moyens de

réglage

et de

contrôle de la

température

de la cathode.

En

passant

d’un intervalle de tensions

primaires

au

suivant,

nous avons baissé la

température

de la cathode de

façon

à ce que n, reste dans les limites relativement

rapprochées quand

on

augmente

Vi.

Cela a

l’avantage

d’empêcher

un

trop

grand

nombre de chocs contre

l’intérieur du canon. Le faisceau conserve alors une

homogénéité

sensiblement constante au cours de toutes

les mesures, de telle

façon

que celles-ci sont

effectuées,

à peu de choses

près,

avec la même sensibilité et par

suite avec la même exactitude. Par

contre,

cela a

l’in-~convénient

d’empêcher

les courbes de se raccorder mais

ceci est peu

important

pour notre travail.

Allure

générale

des courbes et

possibilité

de les

reproduire. -

Nous

pensions

obtenir pour le

tantale,

à cause de ses

propriétés remarquables

de fixation des

gaz, des variations

importantes

d’émission secondaire

avec le

temps

et avec la

température.

Contrairement à

ceci,

la

comparaison

de

plusieurs

courbes d’une même

catégorie,

relevées à des

époques

assez

éloignées

et le

rapprochement

des courbes des diverses

catégories indiquées plus

haut,

ne montrent

Fig. 3.

aucune différence

importante

de forme et de

grandeur

des ordonnées. Cela

résulte,

par

exemple,

de l’examen

Fig.4.

des courbes obtenues avec une cible

désignée

Si. i 8 dans un

appareil

numéroté I(

(voir

plus

loin cette

désigna-tion).

Pour

permettre

d’en

juger, plusieurs

courbes A

(7)

cette faculté relative de

reproduction

ainsi trouvée à

froid,

nous

indiquerons,

à titre

d’exemple,

que les

ordonnées

correspondantes

des courbes 128 et 129 de la

fig.

3 ne diffèrent pas au maximum de

plus

de

0,88

pour 100 de celles de la courbe 1~?1 alors

qu’elles

ont été

relevées

respectivement

48 et 52 heures environ

après

celles de cette courbe. Des résultats

analogues

sont t trouvés sur la

fig. 4 (0,2

pour 100 de différence

maxi-mum entre les ordonnées de 122 et 130 pour un

inter-valle de

temps

de

48h)

sur la

fig. 5 (0,88

pour 100 de

différence)

et sont

obtenus,

de

même,

dans la

région

des

potentiels

accélérateurs

plus

élevés.

Lorsque

la cible

est chauffée,

soit à 1.100« K

(B),

soit à

1..400oK(D),

les différences maxima trouvées entre les ordonnées sont du même ordre.

Une évaluation de

l’importance

des modifications

apportées

à l’intensité de l’émission secondaire de la cible par le

temps

et par les

chauffages

à 1100-K et à 1.400 K est

approximativement

chiffrée par le tableau 1

qui

donne la différence relative maximum des ordon-nées des courbes des différentes

catégories.

La colonne 6 résume l’effet

global

du

temps

et la

conséquence

des traitements

thermiques

sur la cible

froide,

par

rapporta

l’état initial de

celle-ci,

après

que le tube a été détaché de la pompe. Etant donné que

cette différence n’est pas au maximum de

plus

de

2,78

pour 100alors

qu’elle

est relative à des courbes relevées à froid à des

époques

distantes de 15

jours

environ et

séparées

par de nombreux

chauffages

successifs à

Fig. 5.

1 100’ K et à 1 400,

K,

on

peut

conclure que l’état de la

surface de la cible est resté sensiblement le même

pen-dant toutes les mesmes,

TABLEAU 1. - Variation relative des ordonnées avec le

(8)

Accidents de variation dans les

courbes -

= j

ni

- Nous avons constaté

plus

haut

qu’aucun

chan-gement important

n’a été introduit dans l’allure des

courbes par le

temps

et

parla température.

Néanmoins,

leur examen détaillé et

précis

montre des

petites

diffé-rences

qui

doivent être

imputées

à l’action des gaz

rési-duels. Des accidents de très faible

importance

sont

quelquefois

visibles sur certaines courbes mais ne sont pas

reproduisibles.

En

général après

le

chauffage

à

K,

ils ont

disparu

et celui à 1.~~04° 1~

n’apporte

pas de

changement plus important.

A côté de ces acci-dents

qui perdent

de leur

importance jusqu’à disparaître

complètement,

d’autres sont visibles sur les

courbes,

qui

semblent s’accentuer avec le traitement

thermique :

c’est à ces derniers seuls que nous accorderons une

signification physique

réelle.

Fig. 6.

Après

une croissance

linéaire,

un affaiblissement de la

pente

est

indiqué

nettement sur toutes les courbes de

la

fig.

3 vers

Vi

= 25 V environ dans les

figures

3 et 4 on trouve une

première augmentation

de

pente,

pour les courbes

A,

à

laquelle le

temps

et les traitements

ne

changent

absolument rien. Il en est de même pour les

changements brusques

de

pente

voisins de 38 V et

de 50 V. Les courbes de la

fig. 5 possèdent

toutes une

augmentation

de

pentes

vers 88 V. Dans l’intervalle

illustré par la

fig.

6,

une variation de

pente brusque

est

indiquée

nettement vers 146

V,

sur toutes les courbes. De

plus,

on

peut situer,

d’après

les

points

expérimen-taux sur la

première

courbe A relevée la cible étant

froide,

un

léger

accident vers 11$ ~T. Comme il nous fut

impossible

de le retrouver par la

suite,

nous avons

Fig. 7.

pensé qu’il

s’agissait

ici d’un accident introduit par des gaz

présents

à la surface de la cible au moment de la

mesure. Une remarque semblable

peut-être

faite pour une très

légère

variation de

pente

trouvée vers 2UU V

sur la courbe 1 ~6

qui, également,

ne

peut

être retrouvée

après

le

chauffage.

Aucun autre accident n’est montré

sur les

courbes,

dans les intervalles étudiés

jusqu’àune

cassure faiblement

marquée

dans toutes les

catégories,

sur la

fig.

10 aux environs d’une tension

primaire

de 512 V.

En

principe,

nous avions limité à 600 V le domaine

de notre

étude;

néanmoins

quelques

valeurs furent relevées au delà pour situer le maximum d’émission

secondaire. Ces mesures moins

précises

et moins

com-plètes

que les

précédentes

montrent unecassure à 750V

environ,

nettement

marquée

et

qui

peut

être retrouvée sur les 3 seules courbes relevées dans cette

région.

Le

rapprochement

des courbes des

fig.

10 et 11

permet

de situer le maximum de l’émission secondaire vers 600 V. Ce maximum fut trouvé dans les mêmes

conditions,

voisin

de

1,275

pour les courbes à froid

A,

de

1,30

pour les courbes relevées à 11U0°K et de

1,305

pour les

courbes relevées à 1400° K.

(9)

Fig. 8.

Reproduction

des

résultats sur la

même

cible

et

sur d’autres cibles de tantale de même provenance.

- Les résultats

qui précèdent

sont tous relatifs à une

cible

Si.18,

traitée comme nous l’avons

indiqué plus

haut,

et ont été obtenus avec un

appareil

numéroté II. Avant ces mesures, d’autres avaient eu lieu sur la même cible dans un autre

appareil (tube

I)

dans les conditions de vide et de

propreté

déterminées par un traitement

analogue.

Des mesures avaient été effectuées avec la

cible maintenue à la

température

du tube et leurs résul-tats montrent une

grande possibilité

de

reproduction

analogue

à celle que nous venons de

signaler.

D’autres

cibles,

constituées avec du tantale de la même

prove-nance, furent étudiées dans des

appareils

semblables

après

des traitements

analogues

et il ne fut trouvé aucune différence

importante

entre les chiffres obtenus

et les

précédents.

Pour illustrer

ceci,

nous donnons

rapidement

ici

quelques

résultats obtenus avec une

cible numérotée

Si.1g,

placée

dans un

appareil

111.

Dans les

f ig.

12 13 et 1 ~ nous avons dessiné

quelques

courbes des tubes 1 et III avec des courbes du tube II. Pour en rendre la

comparaison plus

immédiate,

ces

courbes ont été

tracées,

non pas par

rapport

au

négatif

des cathodes

Fl,

mais par

rapport

au

potentiel

des milieux de ces filaments. Entre les courbes des tubes

I,

II, III,

il

n’y

a

pratiquement

aucune différencede forme

importante,

surtout si l’on tient

compte

de ce que les

courbes 111 = dessinées pour les trois tubes en

pointillés

dans les cas les

plus caractéristiques,

sont

totalement différentes.

Les accidents de

pente

trouvés pour les courbes A

Fig. 9.

Fig. 10.

Fig. 11.

dans

l’appareil

1 furent retrouvés pour le tube

II,

sauf toutefois ceux de 118 V et 200 V. En

particulier

un flé-chissement de la

pente

est très nettement

marqué

sur

(10)

tou-tes les

courbes).

Sur la

fig.

12,

à l’accroissement de pour le tube

II,

correspond également

pour 1 un

Fig. 12.

accident

analogue;

les variations de

pente

de

région

de

tension

plus

élevées sont retrouvées de la même

façon

Fir. 13.

et il est tout à fait

important

de

signaler

qu’aucun

autre accident d’intensité

pratiquement

appréciable

ne

figure

sur les courbes A

de I,

sauf ceux

qui

sont

indiqués

pour le

tube- Il.

TABLEAU II.

L’allure

générale

des courbes du tube III est

égale-ment celle des courbes du tube II à froid et à

chaud,

on

retrouve,

pour cette nouvelle cible et dans cet

appa-reil

différent,

les accidents

signalés

dans les

expériences

précédentes

et seulement ceux-ci. Les autres cibles étu-diées n’ont fourni aucun

renseignement

différent.

Dans le tableau

II,

nous avons

indiqué

les valeurs

(11)

autres corrections seraient nécessaires pour

préciser

la vitesse des électrons

primaires;

l’une est relative à la

différence de

potentiel

de contact

qui

existe entre la cathode et la

cible,

car bien que les électrodes soient

constituées toutes les deux par du

tantale,

cette force électromotrice n’est pas nulle à cause des traitements

thermiques

différents

quileur

ont été

imposés

et à cau-se de leur différence de

température.

L’autre

provient

de la vitesse initiale de sortie des électrons de la

catho-de ;

ceux-ci ne se

présentent

p as tous d’une

façon

sem-blable à l’influence du

champ

créé

par Vi

car, ils sont

ém 1 s à une

température

donnée avec des vitesses différen-tes

groupéps

avec une valeur moyenne suivant la loi de

Maxwell. Nous n’avons pu tenir

compte

expérimentale-ment des erreurs introduites de ce

fait,

mais nous

pen-sons

qu’elles

sont faibles et vraisemblablement au

total,

de l’ordre de

quelques

dixièmes de

volt,

au maximum

d’un demi-volt.

Fig. 14.

4. Discussion des résultats

précédents. -

A. Influence du

chauffage. -

La conclusion

logique

des

expériences

précédentes

est que nous avons trouvé et

reproduit

un état de surface

stable,

pour une cible de

tantale,

qui

est tel que le

temps

et la chaleur sont sans

action notable sur l’émission secondaire de cette cible,

Les courbes sont

reproduisibles

sur la cible elle-même

dans des

expériences

semblables et sur des cibles

iden-tiques,

dans des

appareils analogues.

Elles caractéri-sent donc un état

particulier

bien déterminé de la

sur-face du métal étudié. Ce

que l’on

sait à l’heure

actuelle,

de l’occlusion et de la fixation des gaz par les métaux et

plus particulièrement

les faits connus à ce

sujet

pour le

tantale,

ainsi que les données que l’on

possède

sur sa

dégazéification

("),

nous font admettre que,

malgré

le traitement

énergique

que nous avons pu faire subir aux

cibles et le très bon

degré

de vide dans

lequel

le métal a

pu être

conservé,

on ne

peut

songer et de

beaucoup,

àcon-sidérer la surface comme étant

complètement

exempte

de gaz; mais néanmoins on doit penser que la

plus

grande partie

de

ceux-ci,

retenue à l’état ordinaire par le tantale a été

éliminée,

puisque

le

chauffage

ne modi-fie pas sensiblement la valeur de

n2.

Rien,

dans les

ni

hypothèses

que l’on

peut

faire à la base des théories de l’émission

secondaire,

ne conduit à trouver ce

phéno-mène fonction de la

température

(du

moins dans les limites accessibles

ici)

pour un métal

parfaitement

dégazé,

mais l’invariabilité de l’émission secondaire

n’est

qu’une

condition nécessaire pour prouver la

pro-preté

d’une

cible ;

elle n’est certainement pas

suffisante ;

elle caractérise

simplement

la stabilité de l’état créé et

elle

dépend

des

propriétés

de fixation des gaz par le

mé-tal dans les conditions où il se trouve

pendant

l’expé-rience.

Pour tous les

métaux,

la fixation des gaz sous très

faible

pression

est un

problème

très mal connu,

sur-tout

lorsque

l’on considère des

degrés

de vide tels que ceux atteints dans les

expériences présentes.

La contamination de la cible au moment des mesures

est due en

premier

lieu aux gaz non éliminés

parle

trai-tement,

et en second lieu à 1

échange

incessant des molécules entre les différentes

parties

solides,

les

tra-ces des gaz résiduels trouvant leur

origine

dans les

parties

les moins bien

purgées

de

l’appareil.

La fixa-tion des gaz de cette dernière

catégorie

par le tantale est relativement peu solide

lorsqu’elle

s’effectue aux

températures

basses et sous faible

pression ("*);

il

s’agit

évidemment de gaz adsorbés ou absorbés

superficielle-ment

qu’il

est

possible

d’éliminer par un

chauffage

tel

que ceux que nous avons

employés

au cours de nos

expé-riences. Nous pensons donc

pouvoir

conclure,

à cause du

degré

de vide élevé entretenu

par le

charbon de notre

ap-pareil,

que la surface était relativement propre,

lorsque

les courbes

A,

C etE et surtout

lorsque

les courbes à

tem-pérature

élevée B et

D,

furent relevées et

qu’elle

était contaminée seulement par des molécules de gaz fixées si solidement

qu’il

est

pratiquement impossible

de les éliminer.

Nous terminerons avec les

hypothèses

faites au

sujet

de l’état

probable

des cibles en disant que la structure

confuse et mal déterminée

qui

est celle de la surface

après

sa

métallurgie

et son

polissage

a fait

place,

au

moment des mesures, à nne structure

polycristalline

bien

indiquée

par suite de son traitement

thermique

intense et

prolongé.

Les cristaux étaient tout à fait visi-bles à la

loupe.

(’) 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

(12)

B.

Comparaison

avec des travaux similaires. -Pour avoir une idée de la

qualité

relative des

ren sei

gne-ments donnés

ici,

il y a un certain intérêt à examiner

brièvement les chiffres trouvés par

quelques

auteurs,

dans des études du même genre, pour d’autres métaux.

Krefft

signale

que, pour une cible en

tungstène,

préa-lablement chauffée à 1

200°K,

refroidie et

portée

à

11,2

1

450oK,

passait

en

quelques

heures de

1,2725

à

ni

1,3975

pour une tension accélératrice de

600V,

c’est-à-dire variait d’environ 9 pour 100 de la valeur à froid. I)ans une

expérience identique

effectuée avec

l’appareil

II,

la cible Si

18,

après

avoir été chauffée à 1 100°K pen-dant 4

heures,

puis

refroidie

pendant

15

heures,

fut

portée

1380°K,

il fut alors

trouvé,

après

1 h. 15 de

?2 Z

chauffage

à cette

température,

que --

n’augmentait plus,

ni

de

1,272

le

rapport

était

passé

à

1,297,

c’est-à-dire

qu’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’K

n’apportait

aucun

changement

appréciable

pen-dant

qu’il

était effectué.

Dans leur étude de l’émission secondaire du

molvb-dène,

faite d’ailleurs par uneméthode et avec un

appa-reillage

tout à fait

différents,

Hyatt

et Smith

(18)

ont constaté une variation

analogue

mais d’un ordre de

grandeur plus

voisin de celui que nous avons

indiqué :

ils

signalent

en effet une

augmentation

de

3,6

pour 100

pour une tension

primaire

de 300 V

quand

on chauffe

la cible à 1 600"K.

Bien que les variations trouvées dans nos

expérien-ces soient très faibles et que, par

suite,

il soit un peu

aléatoire de

prendre

leurs

signes

en

considération,

il

faut remarquer,

néanmoins,

qu’en

chauffant la

cible,

rémission secondaire semble diminuer pour les

petites

vitesses et

augmenter

pour les

grandes,

ce

qui

est

exac-tement le sens de variation

indiqué

par Krefft. Un

phé-nomène

plus complexe

fut trouvé au refroidissement

du métal : immédiatement

après chauffage,nous

avons

en

effet,

constaté et vérifié

que n2

ne diminuait pas,

ni

mais au contraire croissait encore

légèrement pendant

20 à 30

minutes,

puis

reprenait

lentement le sens

indi-qué plus

haut. Nous n’avons trouvé aucune

explication

convenable de ce

phénomène

net,

mais de faible

impor-tance. Pour terminer avec les

rapprochements

de tra-vaux

similaires,

nous

signalerons

que

Ramachandra-Rao,

dans son étude du nickel n’a observé aucun

chan-gement

introduit par le

chauffage

de la cible sur la

for-me de la courbe. Mais on doit remarquer

qu’il

n’avait

employé

que des

températures

relativement basses

(550°C).

Cetteréserve,

au

sujet

de l’insuffisance de

température

de la cible

pendant

les mesures,

peut être

faite

également

au

sujet

de nos résultats. Des

températures

plus

élevées

ne furent pas

employées

par suite des

complications

qu’elles

auraient amenées dans nos

expériences.

En

premier

lieu,

l’émission

thermoélectronique

ordinaire

devient

rapidement

très

importante quand

on

augmen-te la

température

et les corrections deviennent de

plus

en

plus

délicates si l’on veut

garder

une

grande

précision

pour comparer les

résultats

avec ceux trouvés pour la

cible froide

(l’émission

est de 1 ordre de 4 à 5

microam-pères/em2

vers 1

500,K).

D’autre

part

l’énergie

rayon-née par la cible

augmente

très

rapidement

et nous

étions limités par la crainte de libérer ainsi des gaz à

partir

des

parties

solides difficilement

purgeables

telles que les entrées de

courant,

les

supports

d’électrodes...

etc.

C. Accidents et discontinuités dans la variation de

n’l

avec

Vi.

-

ltapprocherrtent

avec les

potentiels

criti-ni

quesdes rayons X. -

Parmi les accidents mentionnés dans le tableau

II,

plusieurs possèdent

la forme

particu-lière d’une

augmentation brusque

de

pente.

La forme

de

pareils

accidents,

traduisant un

phénomène

discon-tinu dans la

production

des électrons

secondaires,

a

suggéré

à certains auteurs

(Pétry

semblant être le

pre-mier)

un

rapprochement

avec les

potentiels critiques

des rayons X Au

sujet

du

tantale,

les résultats

d’expé-riences sont peu

nombreux, néanmoins,

C.

Boyce

(1°)

a tracé les courbes

donnant,

en fonction de la ten-sion

excitatrice,

l’effet

photoéiectrique

de radiation X par unité de courant

électronique.

Les variations de

pente

de ces courbes furent

prises

pour

indiquer

les

potentiels critiques

d’émission X.

Pour la

comparaison

des

potentiels

critiques

d’émission X et d’émission

secondaire,

on remarquera

que, pour un accident

ayant

lieu pour une vitesse

de V volts sur une courbe d’émission secondaire

(cor-rigée

bien entendu pour la différence de

potentiel

de contact entre la cible et la

cathode),

s’il existe une

dis-continuité

correspondante

dans les courbes d’émission

X,

on doit la trouver dans ces dernières pour une

tension. V

+ f’ q>

étant le travail de sortie de la cible

en tantale.

Dans le tableau

III,

nous avons donné les résultats de

Boyce corrigés

et non

corrigés

en

regard

des valeurs

des

potentiels critiques

observés dans nos courbes. La valeur

de ?

admise ici est 4V.

(Ce

chiffre

corres-pondant

approximativement

à la moyenne des valeurs très voisines de la fonction de travail du

tantale,

trouvées par différentes méthodes et

signalées

par

S.

Dushmann,

Rev.

Phys.,

19.10,

vol.

2,

p.

381,

dans sa dernière étude de l’émission

électro-nique).

Les deux

premiers

chiffres

indiqués

par

Boyce

s’accordent avec des vaieurs de

potentiels critiques

trouvées ici et il existe

également

un accident dans les deux

phénomènes

vers 512V

(encore

faut-il noter que

les valeurs de

Boyce

non

corrigées

conviennent mieux

que les valeurs

corrigées).

Les autres diffèrent très sérieusement et il n’est

possible,

par

suite,

de tirer

au-cune conclusion

utile,

bien que, si l’on

excepte

les

Références

Documents relatifs

rigoureusement la même pour chaque pointe, la présence de cette résistance pourrait affecter la dispersion en énergie, dans la mesure où le courant. émis par

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