HAL Id: jpa-00242347
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Submitted on 1 Jan 1909
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les vapeurs
J. Crowther
To cite this version:
J. Crowther. Sur le passage des rayons Röntgen à travers les gaz et les vapeurs. Radium (Paris), 1909, 6 (4), pp.121-126. �10.1051/radium:0190900604012101�. �jpa-00242347�
Nous constaterons alors qu’un nounel afflux se forme et arrive a la cathode en face de chacun de ces points d’impact, comme partant de chacun de ces points .... » L’explication des observations de M. J. Becquerel s’en
déduit immédiatement et nous sommes donc conduit n la conclusion suivante :
Le faisceau positif déviable, atU°zbué par M. J.
Becquerel à des électrons positifs libres, n’est donc qu’un afflux secondaire, prolongé dans le tube D
prfr un faisceau canal.
Il est à présumer que cet afflux secondaire est
formé par les ions positifs produits dans le gaz a l’endroit de la tache T, sous l’influence des rayons
cathodiques qui viennent frapper la paroi, probable-
ment à cause des rayons X par exemple qui résultent
de l’arrêt brusque des corpuscules cathodiques.
On conçoit aussi pourquoi ce phénomène ne se pro- duit qu’au-dessous d’une certaine pression : celle à partir de laquelle les rayons cathodiques arrivent en T
avec une énergie suffisante.
Les phénomènes observés par Ql. J. Becquerel n’exigent donc pas la considération d’électrons positifs
et sont ramenés aux propriétés connues des afflux.
En résumé, on ne connaît pas encore d’expériences
dans lesquelles on ait constaté directement l’existence
d’électrons positifs libres; les (jlelques expériences
on l’on a cru en rencontrer, jusqu’à présente, n ont
pas résiste à une étude plus complète.
Tandis que l’introduction des électrons négatifs
dans les théories des phénomènes optiques est appuyée
par de nombreux faits expérilentaux relatifs aux
rayons cathodiques, il n’en est pas encore de même pour 1 hypothèse de l’existence des électrons positifs.
Il est donc permis de s’étonner du reproche adressé
par lI. J. Becquerel à quelques physiciens de « mani-
fester contre cette hypothèse une aversion souvent injustifiée, quelquefois fondée sur d’importantes idées théoriques, mais dans tous les cas ne reposant sur
aucune base expérimentale1 1 ». A mon avis, la base expérimentale qui manque vraiment est; tout au con- traire, justement celle que M. J. Becquerel avait cru apporter en faveur des électrons positifs par ses expé-
riences faites dans les tubes à basse pression. On a
évidemment le droit d’utiliser l’hypothèse, déjà an-
cienne d’ailleurs, de l’existence d’électrons positifs,
mais en sachant bien que, jusqu’à présent, elle ne
repose sur aucune constatation expérimentale directe
d’électrons positifs libres.
[Reçu le 4 avril 1909.]
MÉMOIRES TRADUITS
Sur
lepassage
des rayonsRöntgen
à travers
les
gaz et lesvapeurs2
Par J. CROWTHER
[Université de Cambridge. 2014 Laboratoire de M. J. J. Thomson.]
-1. Introduction. - Le présent travail est la con-
tinuation de recherches antérieures 1 sur le passage du rayonnement de Rôntgen à travers les gaz et les va-
peurs. Ces recherches établissaient que, si les gaz et les vapeurs dont tous les constituants ont de faibles
poids atomiques émettent un rayonnement secondaire simplement proportionnel à la densité du gaz, ceux
qui contiennent des éléments de poids atomiques élevés, en particulier Les composés de 1 arsenic et du brome, émettent un rayonnement secondaire dont l’in- tensité est hors de toute proportion avec ce que l’on
pourrait attendre de leur densité. En outre, tandis que 1. Phil. Mag,.VI. 14 1907) ûjj.
le rayonnement secondaire des premiers a le même pouvoir de pénétration n peu près que le rayonnement primaire, le rayonnement secondaire émis par les gaz de la seconde catégorie est généralement beaucoup plus doux. Une troisilme classe de corps, comprenant le chlorure stannique et l’iodure de méthyle, forme un
cas intermédiaire : la dureté des rayons secondaires est égale a celle des rayons primaires, 111ais leur inten-
sité, qui dépend d’ailleurs de la dureté des rayons pri- maires, est intermédiaire entre les intensités du
i..L BECQDEHEL, Le Radium, 5 )008) 361.
2. Mémoire communiqué par Fauteur, présente à la Royal Society of Loiidoii. le 14 janvier 1909,
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190900604012101
rayonnement secondaire émis par les gaz des deux
premières catégories.
Les phénomènes que l’on s’est propose de mesurer
sont lcs suivants:
JO L’absorption des rayons primaires par le gaz;
2° L’ionisation produite dans le gaz par le passage des rayons ;
5° Le rayonnement secondaire que le gaz émet.
II. Appareil. 2013L’appareil était constitué, comme auparavant, par deux boites de laiton semblables A
et A’ (fig. 1) disposées symétriquement par rapport
Fig. 1.
au tube focus F. Les rayons pêne traient par les feiiê-
tres d’aluminium mince c et c’, et une partie du rayonnement secondaire, sortant à travers les fenêtres d’aluminium d et d’, armait dans les deux chambres d’ionisation cylindriques B, IV.
Une partie du rayonnement primaire, après avoir
traverse les boites dans toute leur longueur, en sor-
tait par les fenêtres d’aluminium e, e’ (fig. 2) et pé-
Fig. 2.
nétrait dans les chambres d’ionisation P, P’, qui per- mettaient de le mesurer. La grandeur de l’absorption produite par le gaz peut être ainsi déterminée. Pour déterminer l’ionisation produite dans le gaz par le passage des rayons, des électrodes r’, s, r’ , s’ étaient placées dans les chambres A et A’. Elles étaient for- mées de disques d’aluminium parallèles, pourvus d’anneaux de garde et isolées des parois de la caisse
par des tubes de quartz. Elles étaient disposées de
façon que le faisceau primaire ne put les rencontrer.
Les plateaux s et s’ étaicnt chargés au moyen d’une batterie d’accumulateurs; et r’ étaient reliés a un
électroscope Wilson, leurs anneaux dp garde au sol.
L’une des boites renfermait de l’air servant de terme
de comparaison. Les différentes chambres d’ionisation étaient reliées par paire a trois électroscopes Wilsoti
inclinés. Au moyen de clefs parfaitement isolées qui pouvaient être man0153uvrées à distance, on pouvait
relier u un des électroscopes soit l’une des chambres d’ionisation, soit l’autre de la même paire, servant
d’étalon. On pouvait donc, à très peu d’intervalle,
mesurer le rapport des deux courants; avec un
électroscope Wilson dont le zéro et la sensibilité sont
sujets u fluctuations, cette méthode de comparaison
était tout à fait convenable et donnait plus de précision
que l’emploi de deux instruments séparés.
III. L’ionisation et la pression. - (L’auteur
donne quelques indications sur la source de rayons X qu’il a employée. Il montre que si l’on néglige le rayonnement secondaire pénétrant qui peut être émis
par le gaz, et que si le rayonnement secondaire mou
est complètement absorbé lui-même, l’ionisation doit être proportionnellc à la pression.)
Les électrodes placées dans les chambres à gaz étaient placées à quelque distance de la fenêtre de devant pour éviter les effets du rayonnement secon- daire mou émis par l’aluminium. Le faisceau primaire
avait donc une certaine épaisseur de gaz à traverser
avant d’atteindre l’espace compris entre les électrodes
et subissait de ce f ait une certaine absorption. Il était
aisé de faire la correction correspondante, connaissant par d’autrcs mesures le coefficient d’absorption du
gaz.
Pans les premières expériences aucun écart n’a été
constaté par rapport u la loi de proportionnalité à lu pression. On a pensé que cela devait provenir de ce que les rayons secondaires étaient trop meus pour atteindre les parois limitant le gaz, même aux plus basses pres- sions employées. La distance entre les plateaux a été
réduite alors à 5 millimètres, le faisceau primaire étant
limité par une fente de 1mm,2 de large, de sorte que les rayons passaient entre les plateaux sans les atteindre.
Avec cette disposition, une pénétration de 2 milli-
mètre seulement aurait suffi pour permettre aux rayons secondaires mous d’atteindre les Iimites de la
masse gazeuse.
La figure 5 repro f uit quelques-unes des courbes
obtenues. Dans le cas de l’iodurc de méthyle les
ordonnées ont été considérablement réduites. On remarquera que bien que la pression ait été abaissée,
dans le cas de l’air, à 10 millimètres, dans le cas de l’iodure de méthyle est du bromure d’ethnie a 0,7 mil-
limètre et 0,2 millimètre respectivement, les courbes
obtenues sont parfaitement rettilignes (en exceptant la partie de la courbe du bromure d’étbyle qui est
relative aux pressions élevées, et qui a été influencée
par 1 ionisation due au rayonnement secondaire pene-
Fig. 3.
tr’ant), et on n aperçoit aucune tendance à un écart
par rapport a la loi de proportionnalité. Les expé-
riences ont été répétées sur le chlorure de méthyle et
l’iodure d’éth-yle avec des résultats seinblables. Nous devons donc admettre que le rayonnement secondaire
moll émis par un gaz, ou bien est trop absorbable
pour traverser 2 millimètre de ce gaz même aux basses pressions employées, ou bien, cc qui semble palus probable., produit une ionisation trop faible, en comparaison de celle qui est due à l’action directe du rayonnement prinlairc, pour avoir une influence appré-
ciahle sur la formedes courbes. Dans ce cas, la presque totalité de l’ionisation prodoite dans le gaz est due à l’action dcs rayons primail’es.
IV. Absorption des rayons primaires. - Pour
mesurer l’absorption des rayons primaircs par le gaz, il suifisait de trouver le rapport du courant d’ionisa-
tion dans P’ au courant produit dans P, en premier
lieu quand la chambre A’ était évacuée, et CIl second
lieu quand elle était remplie du gaz à étudier. Le
premier rapport donnait une lnesllre de l’intensité initiale Io du faisceau; et le seconde de l’intensité 1
après le passage il travers le gaz.
Iles expériences ont été faites avec différents gaz à différentes pressions el, des courbes ont été construites
en prenant en abscisses les pressions et en ordonnées
les valeurs ainsi obtenues pour
log10I I
(f.9- 4).On a trouvé que l’absorption varice beaucoup avec
la dureté du rayonnement employé, et on a rencontré quelque difficulté à obtenir un fonctionnement régulier
du tube pendant une longue série de mesures. Pour-
tant, dans les limites des erreurs expérimentales, les-
courbes obtenues dans tous les cas sont des droites.
La loi d’absorption est donc exponentielle, et l’on peut
écrire
en désignant par p la pression du gaz, tt la pression atmosphérique normale ,d la longueur traversée par
Fig.4.
les rayons dans le gaz, et À une constante que l’on
peut appeler le coefficient d’absorption du rayonne- ment par le gaz. Les valeurs de À pour les différents gaz étudiés sont données, pour un rayonnement dur
et pour un rayonnement mou, dans la Jp et la J(’ co- lonne du tableau I.
Tableau I.
Avec l’appareil emploie, il n’a pas été possible de
mesurer les coefficients d’absorption de l’air, de l’hydrogène et de l’acide carbonique, l’absorption pro- duite par un trajet de 20 centimètres (longueur de
la boite) étant trop faible.
V. Ionisation relative dans différents gaz.
Pour calculer les ionisations relatives dans différents gaz, l’air était pris comme termc de comparaison, en rapportant naturellement les résultats à la même
pression. Si l’on appelle A’ et A les courants d’ionisa-
tion dans les deux chambres à gaz, le rapport des
valeurs de A’ A quand l’une des chambres est d’abord
remplie du gaz à étudier puis en suite d’air à la même pression, donnait la valeur de l’ionisation rela- tive du gaz, considéré par rapport à l’air (voir
tableau I) .
Il saute aux yeux qu’il n’y a aucune relation étroile entre l’ionisation et la radiation secondaire (dont la
valeur est inscrite dans la 6e colonne du tableau I).
La première, par exemple, semhle croitre plus ou
moins uniformément quand nous passons à des com-
posés contenant des éléments de poids atomiques de plus en plus élevés, le maximum d’ionisation se pro- duisant pour le mercure-méthyle, dont l’ionisation est
environ 400 fois celle de l’air. Le rayonnement secon- daire, d’autre part, atteint un maximum pour les
composés bromés, le bromure d’éthyle en particulier
pour les gaz compris dans le tableau I. Pour ce gaz et l’iodure de méthyle, les valeurs obtenues dépendent
de la qualité du rayonnement primaire ct nous y reviendrons plus loin.
Le professeur Thomson a suggéré que l’ionisation relatives dans un gaz pourrait être une propriété addi- tive, dépendant seulement du nombre et de la nature des différents atomes présents. Les valeurs inscrites dans la colonne 2 du tableau 1 nous permettent de
contrôler cette hypothèse. D’après les nombres cor-
respondants à l’acide carbonique, l’air, le chlorure d’éthyle, le bromure de méthyle et l’hydrogène, nous
obtenons ainsi les valeurs suivantes de l’ionisation
atomique pour les différents éléments contenus dans
ces corps : [II] == 0,005, [0] = 0,55, [C] = 0,46, [Cl] - 17,0, [Br] = 70,5. Avec ces nombres nous
pouvons alors calculer l’ionisation relative pour l’acé- tate de méthyle, le tétrachlorure de carbone et le
bromure d’éthyle. Les résultats sont contenus dans le tableau Il.
Tableau II.
On voit que l’accord est bon pour le tétrachlorure de carbone et le bromure d’éthyle, mais pas très satisfaisant pour l’acétate de métlyle. [L’état de com-
binaison chimique ne paraît pas indiffcrent, En admettant néanmoins l’hypothèse, on trouve des ion-
sations relatives atomiques qui vont en croissant avec
le poids atomique.)
VI. Variation de l’ionisation avec la dureté des rayons primaires. - Le tableau III montre comment l’ionisation relative de l’hydrogène varie
avec la dureté des rayons primaires, mesurée, comme
n l’ordinaire, par la longueur d’étincelle juste suffi-
sante pour produire l’extinction du tube. On voit
qu’elle augmente rapidement quand la longueur d’é
tincelle équivalente passe de 14 à 18 mm.
Tableau III.
Bien que l’augmentation ne soit pas aussi notable que dans le cas de l’hydrobène, le tableau 1 montre
qu’elle existe aussi pour le bromure d’éthyle. Pour le
chlorure d’éthyle et le tétrachlorure de carbone elle reste sensiblement constante, tandis que pour l’iodurc de métlyle et l’acétate de méthyle, elle subit une di- minution marcluée lorsque les rayons deviennent plus
durs.
[L’auteur montre comment ces changements de
l’ionisation relative avec la dureté du rayonnement, permettent de prévoir le sens dans lequel aura lieu
la perturbation produite sur l’ionisation relative quand
le rayonnement frappe les électrodes. Le rayonnement secondaire de la paroi comprenant des rayons p très
mous, on doit constater une forte diminution de l’io- nisation relative pour des vapeurs comme l’iodure de
méthyle, le bromure d’éthyle ou le tétrachlorure de carbone comparées à l’air. Il vérifie cette vue par l’ex-
périence en inclinant la boîte A’ par rapport au fais-
ceau incident. Partant de là, il montre que dans cer-
taines expériences d’Cve 1 sur l’ionisation de divers gaz ou vapeurs par des rayons Rôntgen très péné-
trants auxquels on faisait traverser la paroi même du récipient, servant d’électrode, la majeure partie de
l’ionisation était due, en réalité, aux rayons émis
par les parois du récipient. Cela pourrait expliquer clu’Eve ait trouvé le même résultat pour les rayons
Rôntgen et pour les rayons y].
1. lvr. Pltil. Jlag., VI-8 Í 1904) 610.
VII. Myonnement secondaire. 2013 Sa variation
avec la dureté du rayonnement primaire. -
La comparaison a été faite des intensités relatives du
rayonnement secondaire émis par l’air, le bromure
d’éthyle et l’iodure de méthylc pour ditférents degrés
de dureté des rayons primaires. Les résultats obtenus
sont donnés dans le tableau IV.... Ils ont été corriges
de l’absorption des rayons primaircs dans le gaz et de
l’absorption des rayons secondaires par la fenêtre d’a- luminium ll.
Tableau IV.
On voit cluc l’intensité du rayonnement secondaire émis par le bromurc d’éthylc comparé il celui de l’air est à peu près indépendant de la dureté des rayons
prilnaires pour les rayons mous et moyennement durs (étincelle équivalente comprise entre 8 et 18 mm.)
Pour les rayons très durs, cependant, il y a une di-
minution nette.
Pour l’iodure de méthyle, au contraire, l’intensité du rayonnement secondaire comparé a celui de l’air manifeste une augmentation rapide avec la dureté du
rayonnement primaire.
MIL Absorption des rayons secondaires. 2013 Aucune expérience directe n’a été faite sur ce point,
mais quelques expériences sur la manière dont varic
aBcc la pression du gaz l’intensité de son rayonnement secondaire permettent de calculer approximativement
le coefficient d’absorption des rayons secondaires par le gaz lui-même.
La courbe 1 (li-. 5) indique la loi de variation du rayonnement secondaire du bromure d’éthyle avec la pression. Elle s’incline notablement vers l’axe dcs
pressions. Or, dans le travail antérieur, il avait été éta- hli que lorsqu’il n’y a aucune absorption apprëciablc,
l’intensité du rayonnement secondaire est simplelnent proportionnelle à la pression. L’écart entre la courbe expérimentale et une droite, pour les pressions éle-
Nées. est donc dù :
1" A l’absorption des rayons primaires par le bal;
2° A l’absorption des rayons secondaires par le gaz.
Or, l’absorption des rayons primaires peut être aisé-
ment mesurée, comme on l’a vu plus haul. En faisant
la correction correspondante, on obtient la courbe II,
qui est encore inclinée verts r axe des pressions.
Puisque 1 intensité réelle du rayonnement secon- daire produit est représentée par une ligne droits lit,
tangente a la courhe Il a l’origine, tandis que Finten-
rig. 5,
silé du rayonnement sortant du gaz, après une absorp-
tion partielle, est représentée par la courbe II, le rapport des ordonnées des courbes Il et III doit donner, pour chaque pression, le
rapport
En portant en ordonnées
logl10 I I,
nous obtenons )a courbe IV, qui représente l’absorption des rayons se- condaires par le gaz même.Le rapport des coeflicients d’absorption du gaz
pour les rayons primaires et secondaires est à peu
près le même, 2,5, que le rapport correspondant
pour une feuille d’aluminium. Ces résultats (qui
s’étendent également au bromure de méthyle) ne
sont qu’approchés, mais ils semblent indiquer qu un
gaz n’est ni exceptionnellelnent transparent, ni excep- tionnellement opaque pour le rayonnenlcnt secondaire qu’il émet.
IX. Ionisation totale. 2013L’ionisation totale pro- duite dans différents gaz par l’absorption complète
de rayons de Rôntgen du type ordinaire n’a pas en-
core été directement inesurée. Si q est la grandeur
relative de l’ionisation produite dans un gaz donné
et y le coefficient d’absorption du rayonnement par le gaz, on peut nlontrer aisément que l’ionisation rela- ticc totale T est donnée par l’équation
1. J. J. THOMSON, Conduction through gases, 1906-303.
