HAL Id: jpa-00242389
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Submitted on 1 Jan 1910
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sur la grandeur de l’élément de charge électrique
Erich Regener
To cite this version:
Erich Regener. Sur la numération des particules α par la scintillation et sur la grandeur de l’élément de charge électrique. Radium (Paris), 1910, 7 (1), pp.8-14. �10.1051/radium:01910007010801�. �jpa- 00242389�
quelques indications sur ces effets dans le Mémoire
primitif qui contient aussi les courbes très instruc- tifs observées anec le tube de Braun et le miroir
tournant, lorsqu’on approchait du tube une bobine
insérée. soit dans le circuit principal, soit dans le
circuit dérive, soit près du tube ii décharges.
[Reçu le 2:) desembre 1909.]
Sur la numération des particules 03B1 par la scintillation
et sur la grandeur de l’élément de charge électrique
Par Erich REGENER
[Institut de Physique de l’Université de Berlin.]
L’auteur rappelle d’abord ses expériences préliminaires
sur la numération des particules CI. par la scintillation, expériences qu’il a publiées en avril 1908, et dont on a
rendu compte uans ce journal 1 .
Les rayons oc émis par une préparation do polonitun tom-
baient après un parcours de 1 à 2 Clll. sur un écran de sulfure de 7lllc, constitué par de la poudre cristalline collée
,ui une lame de ’CIT0 au mosen de baume de canada.
(hl examinait los scintillations au microscope. Du nombre
(Je scintillations observées pendant un temps donné on
déduisait le nombre de particules oc émises en une seconde
par la préparation de polonium. L’auteur aclmettait pour faire ce calcul, que toutes les particules donnent, en tom-
lunt sur le corps phosphorescente un éclair visible au
lnicroacope, et que l’émission des rayons oc est uni- forme dans un an-le solide de 2TT. Il trouvait ainsi !800
particules ot par secunde. Il mesurait ensuite le courant de saturation, dù aux ions produits dans l’air par les rayons x de la même préparation de holonium. En admetlant, d’après Rutberford, que le courant transporté par les par- ticules x du polonium dans le Bide est
1 94000 du
courantde saturation dans rait., il en déduisait la charge d’une particule qu’il trouvait ainsi égale a 8. 10-10 U. E. S. Les
particules x portent donc deux fois la charge élémentaire
qui BauL Í. 10-10 r. E. S. Quelque temps après les expé-
riences de Regener ont paru celles de Hu therford et Gei-
ger2 sur les rayons oc du radium C. Les conclusions en sont identique. Les auteurs anglais trouvèrent 4,65 pour la charge atomique. De plus la numération des particules
pat la méthode électrométrique et par la scintiHation donne des nombres voisins, de 1 à 4 pour 100 plus faihles en géné-
ral par la dernière mé.hode. Dans les recherches prétimi-
nai! es de l’auteur, ainsi que dans celles de Rutherford et
Ceiger sur la scintillation. les conditions expérimentales ne permettaient pas d’espérer une grande précision dans la
numération des particules. En particulier, comme les écrans
phosphorescents avalent une structure grenue, quelques projectiles oc pouvaient venir frapper les intervalles com-
pris entre les cristaux de sulfure de zinc, et échapper
ainsi à l’observation.
Dans les expériences qui vont être décrites, on a supprimé cette cause d’erreurs, en se servant de
1. REGEN deutsch. phys. Ges 10 1908 18. Ci Le Radu
2. Roy. Soc. A. 81 1908 141 et 162. Le Radium 5 1908 257-271.
lames minces, homogènes (blende naturelle et dia- Ulant) qui ont permis d’effectuer la numération des
particules oc, avec une grande précision. De plus, on ;t
cherché u éliminer autant que possible l’incertitude
qui provient des variations spontanées du rayonnement radioactif, calculées par von Schweidler1, en comptant
un nombre aussi grand que possible de scintilla- tions. Enfin on a e vité de déduire du courant de saturation la charge transportée dans le vide par les particules oc. Cette charge a été déterminée par lle-
sure directe, sur les préparations qui ont servi at la
numération, de manière à obtenir par des expériences
directes et indépendantes une nouvelle valeur de la
charge d’une particule oc et de la charge atomique.
La simplicité des conditions expérimentales permet d espérer une grande précision.
1
L’auteur étudia les différentes substances qui scintillent
sous l’influence des chocs des rayons a. Le sulfure de zinc donne les éclairs les plus intenses, en particulier celui que vend la Chininfabrik de Braunschvveig, et qui contient da cuivre. Malheureusement il est pulvérulent. La willémite,
le diamant, les platinocyanures de potassium, de baryum,
de manganèse, de calcium donnent des scintillations plus
ou moins nettes.
.le suis arrivé à tailler des lames Ininces de blende naturelle et de willémite au travers desquelles on pouvait observer les scintillations. Au microscope
leur surface semblait bien taillée: on pouvait recon-
naitre leur structure cristalline par transmission.
L’éclat des scintillations était bien plus uniforme qu’avec les préparations de sulfure de zinc que j’avais employées auparavant,
Enfin je découvris que le diamant peut se tailler en
lames minces. très lumineuses, et il se manifesta un rapport étroit entre sa couleur et sa propriété de
1. Von SCHWEIDLER. [e£ Congrès internationnal de Radiologie
et d’lonisation, Liège 1905.
2. Pour le sulfure de zinc artificiel. les impuretés métalli- ques ont également une grande iuftuence, comme on 1°a vu
plus haut.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01910007010801
scintiller; lorsque je mis sur une préparation de polonium, une série de petits cristaux de diamants,
ce furent les cristaux jaune brun qui s’éclairèrent, tan-
dis que ceux qui étaient incolores restèrent invisibles.
La lumière émise par les cristaux actifs. examinée an
microscopie, était constituée par des points lumineux
bien définis. Parmi quelques diaiiiants taillés, qui ont
été étudiés, un cristal jaune citron, un second inco-
lore et un troisième faiblement rosé restèrent sombres
sous l’action des rayons x, tandis qu’un autre cristal
rose et un diamant jaune brun, donnèrent de très
belles scintillations.
Ce sont donc les impuretés du diamant qui sont la
condition de la tluorescence et de sa capacité de scin-
tiller sous l’influence des rayons oc. Il faut noter l’ana-
logie entre celle propriété du diamant et celle des phosphores alcalino-terrem, étudiés par Lenard et Klatt1: ceux-ci ne sont phosphorescents que lorsqu’on
leur a ajouté un métal. Peut-être l’explication que Lenard et Iilatt ont donnée de la phosphorescence
s’étend-ellc à la scintillation.
Malheureusement les points lumineux produits par le choc des rayons x sur des lames minces de dia- mant, de blende et de vvillémite, ont un éclat nota- blement plus faible que ceux du sulfure de zinc arti- ficiel, Il a donc fallu perfectionner le montage optique.
Comme l’éclat des images données par lc microscope dépend avant tout de l’ouverture numérique de l’ob- jectif et que l’ouverture des objectifs à sec ne va que
jusqu a 0,95, il aété nécessaire d’employer un objec-
tif u immersion homogène. La maison C. Zeiss, u Iéna, m’a fourni un apochromat d’ouverture numé-
rique 1.40, et de 3 millimètres de foyer (immersion
homogène). J’ai choisi la plus grande distance focale possible avec cette ouverture numérique, car ou
obtient ainsi, pour un oculaire donné, le grossisse-
ment le plus faible et par suite les images les plus
lumineuses. C’est 1 oculaire compensé n" 2 de Zeiss,
combiné avec l’objectif ci-dessus, qui ma donné les
meilleurs résultats.
On obtient ainsi avec un tube de 160 millimètres de
long. un grossissement de 167. Dans l’oculaire pou- vaient être placés des diaphragmes qui servaient ;1 diminuer le champ.
Les lames minces étaient collées sur la face inté- rieure d’un gros couvre-objet (tio7. 1), fixé à la cire à
cacheter sur l’ouverture d’un porte’objet M en laiton.
La-dessus se trouvait l’objectif du microscope, mis en
contact avec le couvre-objet au moyen d’huile de cèdre. Les rayons oc venaient frapper la lame mince
par en dessous. La lame de diamant avait lln peu plus
d’un millimètre de diamètre et 0,1 millimètre d épais-
seeur. A cause de sa petitesse, il a été très difficile de la fixer au baume de canada sur le couvre-objet. C’est
1. LENARD et Ann. d. Phys. IV-15 1904 223-423- 633.
pourquoi dans quelques expériences. elle a été collée directement sur une lame de laiton, au-dessus d’un trou de fi,6 millimètre de diamètre. Pour prêteur
Fig. 1.
la lentille frontale de l’objectif, on a placé alors sur
le diamant une lanie de mica extrêmement mince
(0,01 millimètre el1Biron), noyée dans l’huile. Il a été
impossible de déceler une influence quelconque de
cette lamelle, sur le grossissement, par exemple.
L’éclat des points de scintillation observables avec en montage optique, sur des laiiies de diamant, de blende et de willénlite j, est à peu prés le même que celui que donnait le sulfure de zinc artificiel avec
l’objectif a sec utilise auparavant. Par contre, les
points lumineux ont presque tous la même intenté,
au moins ceux qui se trouvent dans le plan focal; il
est rare qu’on aperçoive un point mat défini, du
vraisemblablement à de petits défauts dans le poli de
la lame.
Cependant il n’a pas toujours été possible d obtenir
avec une égale netteté tous les points lumineux qui apparaissaient dans le champ. Dans ce cas on a pris
soin de mettre all point ceux qui venaient sur le bord du champ de manière U ne compter réellement que
ceux qui appartenaient à la région étudiée. Les points qui apparaissaient au centre étaient alors un peu nous: mais il est inadmissible que ce soit lal une cause d erreurs notable dans l’énumération, car
même un peu indistincts, les éclairs étaient faciles al voir et à compter. Lorsque les points lumineux étaient
bien nets, il a été impossible de leiir attribuer des dimensions finies.
La préparation de polonium. qui devait servir aux
énumération était destinée egalement u être em-
ployée pour les mesures de la charge transportée dans
le Bide par les particules x. B rut effet, il était dési- rable d’avoir une préparation aussi active que pos- silale’. Mais celle (pu’ nnll, avons utilisée donnait à la limite du parcours des rayons x, dans l’air, un si grand nombre de points de scintillation qu’il était impossible de les compter. C’est pourquoi il n fallu placer le poloniulll dans It’ vide à 13 centimètres
1 substances donnent a peu près des points d’égal
éclat.
2. Cette qui a servi venant de la Chinin Elle consistait en un disque de cuivre de 11 min de sur lequel se trouvait iiii dépôt de polomum.
environ de la lame mince. Quoiqu’un ide peu élevé eût été nécessaire pour permettre aux rayons Y de tomber sur la lame après un parcours de 13 centimètres, il a paru avantageux de pousser l’évacuation plus haut, jusqu’au vide cathodique. En
effet. l’éclat des scintillations dépend du chemin que les rayons x ont parcouru dans 1 air; ce qui est évi- dent, car les particules se ralentissent en traversant de 1 air ou des corps solides t. Voici donc le montage qui a servi aux énlmérations.
l,e tube de verre A (ng. 2), qui était rodé plan
a une extrémité B, portait la lame de laiton C collée
a la cire à cacheter, et sur laquelle le couvre-objet D
et la lame mince étaient fixés comme sur la figure 1.
A l’autre bout de A se trouvait la préparation de polonium P, attachée par une tige de laiton au
bouchon rode E. La distance du polonium a la lame
mince était 127 millimètre. Par le tube F le réci-
pient A. a été vidé au moyen d’une pompe à mercure jusqu’au vide cathodique, puis fermé h la lampe. Le
tube G mulli de deux électrodes servait a vérifier le vide par les décharges d’une bobine. Le support en laiton C servait à fixer l’appareil sur la platine d’un microscope de Zeiss. Une petite lampe à incandes-
cence réglable, placée près de A. permettait, pendant
les énumérations, d’éclairer la lame mince juste assez
pour que l’0153il de l’observateur puisse la bieii fixer.
L’énumération des points de scintillation ne fut
jamais commencée avant que l’0153il de l’observateur eût acquis la sensibilité nécessaire. Il fallait pour cela, suivant les cas, lJ minutes on plus, de repos
dan’ l’obscurité complète. Chaque énumération durait aussi longtemps quon pouvait le faire san· trop
1. fi nombre des particules ne varie pas pendant ce tomps.
comme l’ont montré dus experiences antérieures.
fatiguer l’0153il, en général 5 à 10 minutes: dans cer-
tains cas ôn a pu prolonger, sans dommage, les énu-
mérations jusqu’à la durée maximum de 1 2 heure.
l,a détermination du nombre des points lumineux
se faisait soit avec un appareil de Morse, soit avec
un compter électrique : la mesure du temps s’eflec-
tuait soit aiec un pendule qui 111arLluait des traits sur
le papier de 1 appareil de Morse, soit avec un chrono-
mètre.
Par suite des variations spontanées de l’activité
(Schweidler), les éclairs dus aux chocs des parti-
cules x se suivent à des intervalles de temps très variables 1.
Si on observe, en moyenne, un éclair en 2 secondes,
il arrive parlois que 3 ou 4 éclairs apparaissent en
même temps dans le champ ou se suivent très rapi-
dement. Comme il est mal commode de compter plus
de quatre points lumineux à la fois, il a fallu prendre
un diaphragme oculaire tel que le nombre moyen de 1 éclair en 2 secondes ne fût pas dépassé.
Pour déterminer à la fin des énumérations l’étendue du champ découpé sur la lame mince par le dia-
phragl11e de l’oculaire, on enlevait de son support en
laiton la lamelle avec son couvre-objet et on la posait
sur un micromètre de verre (1 millimètre en 100 par- ties, C. Zeiss) en assurant le contact optique au moyen d’huile de cèdre. On pouvait lire ainsi directement, à
travers la lame mince, la grandeur des surfaces découpées par les différents diaphragmes, en se pla-
çant dans les mémes conditions que pendant les
énumérations.
Si l’on observe z points lumineux pendant le temps t
sur une surface f, de la lame mince, située hune distance R dn polonium, le nombre Z de parlicules oc
émises en moyenne, par seconde, dans une demi-
sphère, par la préparation de polonium est
comme la lame de polonium (11,4 millimètres de dia-
mètre) n’était pas infiniment petite, il a fallu prendre
pour R non pas la distance de son centre à la lamelle de diamant (127 millimètres), mais une longueur un
peu plus grande. Cette correction ne dépassait pas 0,1 pour 100.
Ce calcul repose sur 1 hypothèse suivante : le nombre des particules x émises par le polonium dans
les différentes directions est indépendant de l’angle
avec la normale. Cette hypothèse, qui doit être
exacte quand le polonium est un dépôt infiniment
mince recouvrant le disque de cuivre qui le porte, a
été vérifiée par des expériences spéciales.
i. On puhliera ailleurs les observations relatifs a t’es varia- tions et a la lui de SchBBeid[er e==1 Vz
Le tableau suivant reproduit les données d’une série d’observations faites sur la lamelle de diamant.
Dans la colonne 6 se trouvent calculés les nombres de points lumineux qu’auraient donnés les différentes énumérations pendant une durée de 1000 secondes.
(Les expériences n°5 et 6 n’ont pas été utilisées, car elles ont été faites avec un autre diaphragme.) En
moyenne, il devrait apparaître avec le diaphragme 2
542 points lumineux en 1000 secondes.
Les différences que donne la colonne 7, représentent
les écarts entre cette valeur moyenne et les nombres de la colonne 6. D’après von Schweidler, il faudrait, pendant une série d’observations de même durée, don-
nant en moyenne 542 particules oc, s’attendre a trouver un écart moyen de 25 particules autonr de la
moyenne. L’écart obtenu dans chaque cas particulier peut être naturellement beaucoup plus grand. COm111e
on le voit sur la colonne 7, les écarts observés
pendant les présentes énumérations sont tout à fait de même ort1re que l’écart moyen calculé d’après voit
Schweidler. D’ailleurs, il faut noter que les nombres de la colonne 6 ont presque tous été calculés au moyen de nombres plus petits qu’avait donnés directement
l’expérience; les écarts calculables d’après les Baria- tions spontanées de 1 activité sont donc en réalité, pour presque toutes les expériences, plus grands que 25 particules x en 10UO secondes. Par conséquent.
les erreurs dues à 1 observation subjective iie peuvent
être que petites.
Il a été fait en tuut o séries d’expériences analo-
gues li celle-ci. Pendant ces trois séries, il a été
compté 16000 points de scintillation. Comme les différentes énumérations ont été effectuées à des jours
différents cf tableau I), t,t comme la diminution de- l’activité du polonium se fait déjà sentir un peu pen-
dant le cours d’une,journée, les observations de chaque
série ont été réduites à un jour moyen. Pour cela on n’a besoin de connaître qu’une valeur approchée de
la constante de temps du polonium, car la correction n’est que de quelques pour cent. A 1 aide des obser- vations réduites ainsi à un jour moyen, on a calculé, pour chaque série, la valeur de Z, nombre de parti-
cules émises par le polonium en une seconde dans un angle solide de 2TT. En prenant la moyenne, on a donné a chaque énlmération un poids proportionnel
au nombre de points comptés.
On a trouvé ainsi :
1" Par l’énuinération de 5197 scintillations sur une lamelle de blende naturelle, faite du 11 au 23 dé- celnbre 1908, et réduite au 21 décembre 1908 :
Z = 8,99.105 particules Y. par seconde.
2° Par l’observation de 5532 scintillations sur une
lamelle de diamant, faite du 6 au 8 janvier 1 H09. et
réduite au 7 janvier 1909 :
Pour comparer les deux nombres on les a encore une fois réduits au :11 1 décembre 1908.
Les observation n" 1 donnent ainsi : Z = 8,56.105.
- 2 - Z=8,26.103.
En moyenne, et en tenant compte des poids diffé-
rents des deux séries :
Z = 8,37.103 particules x, au 51 décembre 1908,
une troisième série d’énumérations a été effectuée
avec la lamelle de diamant, à la fin des mesures de courant dans le vide, du 5 au 18 juin 1909.
L’observation de 8081. scintillations a donné, après
réduction au 17 juin 1909
li = 3,405.105, particules x par seconde.
Ce nombre, comparé à celui qui a été obtenu au
âl décembre 1908, donne, pour la constante de temps
du polonium, k = 00535, le jour étant pris pour unité. Ce nombre est un peu plus grand (pie celui qui
a été déterminé par Marckwald, Creinacher et Herr- I1lanl1 1, k = 0,00497. J’ai l’intention de reprendre plus tard la mesure de ce nombre par une autre
méthode, car il me semble déjà qu’il existe des indi- ces, d’après lesquels ce nombre serait trop petit.
La distribution du rayonnement émis par la pré- pnration de polonium utilisée a été étudiée rn faisant tourner le disque P à l’aide du rodage L fig. 2
autour d’un ave perpendiculaire li la direction d’obser- vation, et en faisant des énumérations de points de
scintillation pour les différentes positions de la prépa-
ration. Le, angles dt’ rotation étaient lus sur un
rapporteur fixé au tube La courbe 5 reproduit graphiquement les résultats obtenus : sur l’axe des
1. MARCKWALD. ILII. CREINACHER pl HERR’I Jal des liadem- ahtivitat und Elektromb. 2 1905 1
abscisses ont été portés les angles, sur celui des
ordonnées le nombre de sein t dations. à une échelle arbitraire. La courbe montre que jusqu’à un angle
de 87° le nom ùre des particules J. émises reste con-
stant, aux écarts dus ü la variation spontanée de
1 activité et aux erreurs d observation près. C’est seu-
lement à partir d’un angle de 881 avec, la normale que le nombre des particules x émises diminue rapide-
ment. Il est probable que la distribution du rayon-
nement est encore uniforme poiir des angles plus petits, et que la diminution vers 88° est due lt de
petites aspérités de la plaque. Pour les calcules qui
Bont suivre, un peut admettre que la distribution du rayonnement est absolument uniforme, car seuls y interviennent des rayons qui font lln angle inférieur à
80° avec la normale.
Il
Le courant que les particules x produisent dans le
vide par leur charge positive a été déterminé en
mesurant le temps qu’elles mettaient à charger a un potentiel déterminé une capacité connue. On mesure
d’abord le temps 1, pendant lequel la capacité in-
cnnnue C, de l’électromètre à quadrants et des fils due connexioll se charge au potentiel Y. Puis on intercale
une capacité connue C. et on détermine le temps t2
necessaire pour charger le système tout entier au
potentiel V1.
Dans la première expérience, on a i - CxV t1 ; dans la
deuxil-nie i D’où 1 - CV t2 -t1 Cette for- lllule est indépendante de la capacité dt’’’’ fils de con-
nexion et de l’electromètre, (lui Bnrie avec la déviation de
l’aiguille. On a mis un soin particulier à la constrLlc-
tion d’une capacité bien définit, et calcula hle. qui
devrait être mise en paraltèle avec l’électromètre dans la deuxième mesure.
1, Une methode analogue a été decrite par RUTHFRFORD. na-
dioadicity, 1907 105.
L’auteur a employé un condensateur cylindrique à tube
de garde (ug. 4). La capacité calculée est de 62,7 cm. La
mesure effectuée à la physika-
lisch techniche Reichsanstalt a
donné 65,4 cm. ou 70,6.10-12
farad. C’est cette dernière ia.
leur que Fauteur adopte.
Le dispositif qui a servi à
la mesure du courant dans le Nide est représente sur la figure 5. Le tube de verre A
est fermé d’un côté par une lame de laiton B, qui y est
mastiquée, et u laquelle est
fixé par un bouchon d’ambre C le disque polonium P. A la
lame B est également soudé
le cylindre de laiton D qui porte un diaphragme circu-
laire E. Celui-ci empêche les
rayons clu polonium, dont l’angle avec la normale dé-
passe une certaine valeur, de
pénétrer dans l’espace situé
a gauche de E. C’est là que
se trouve le récepteur cylin- drique F dont les bords voit jusqu’au voisinage immédiat
de E, de façon que tous les
rayons qui traversent E soient recueillis par le récep-
teur. Ce récepteur communiquait par une tige isolée
à l’ambre avec une des paires de quadrants d’un elcc-
tronlêtre Dolezalek. Cette tige était enfermée dans un
cylindre de laiton communiquant avec le sol. De
même le tuhe A était protégé par 1 enveloppe de clinquaut C. A pouvait être mis en communication
avec une pompe et un récipient contenant du charbon
de noix de coco. ’B et S étaient les deux pièces polaires
d’un électro-aimant moyen.
Voici la marche d’une expérience. On soudait au
tube deux récipients contenant du charbon de noix de
coco. Le tout était mi· en communication avec une
trompe de Sprengel de modèle réduit. On chauffait les deux récipients charbon ver, 360° - 400°, et on
