De l'action de la lumière ultra-violette de très courte longueur d'onde sur les gaz et sur une source très puissante de ces rayons

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Submitted on 1 Jan 1911

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longueur d’onde sur les gaz et sur une source très puissante de ces rayons

P. Lenard, C. Ramsauer

To cite this version:

P. Lenard, C. Ramsauer. De l’action de la lumière ultra-violette de très courte longueur d’onde sur les gaz et sur une source très puissante de ces rayons. Radium (Paris), 1911, 8 (3), pp.115-119.

�10.1051/radium:0191100803011501�. �jpa-00242459�

Bromure d’éthyle.

On a fait des déterminations de la mobilité des ions

négatifs ^{dans l’air et les} valeurs obtenues sont du même ordre que celles de Kovarik, ^{attestant aussi un}

accroissement considérable de la mobilité

basses

pressions.

On considère l’ion négatif, ^{soit comme un groupe-}

ment de molécules autour d’un électron, le groupe- ment ^se simplifiant ^{aux basses} pressions, ^{soit comme}

une seule molécule (ou ^{bien un nombrc constant de} molécules) ^{liée à}

corpuscule, qui peut ^{aux faibles}

pressions voyager d’une molécule à une autre.

Si l’ion positif ^{est un} groupement ^{de molécules}

autour d’une charge positive, ^ce groupement ^suhsiste jusqu’aux plus ^basses pressions employées ^{dans ces ex-} périences. ^{Si c’est une unité} d’électricité positive, ^aux températures ordinaires et aux pressions ^au-dessus

de deux ou trois millimètres de mercure, cette unité est inséparable ^{des molécules} qui constituent l’ion,

sinon on aurait constaté un accroisscment de la mo-

bilité. Il peut ^{sc faire} que,

températures ^élevées,

l’unité positive puisse ^{exister un} instant à l’état libre,

car la mobilité des ions positifs dans les flamines est

bien supérieure ^{à celle} qu’on peut déduire de la loi

qui lie la mobilité à la température.

L’auteur poursuit ^ces expériences ^{avec les ions}

émis par le phospljate d’aluminium chaufié, ^{dans le}

but de mesurer les mobilités à des pressions ^beau-

coup plus ^basses.

Je remercie Sir J. J. Thomson pour l’intérèt ^et

l’encouragement qu’il ^m’a témoignés

^{cours de ces}

recherches.

[Le ²⁰ février 1911].

De l’action de la lumière ultra-violette de très courte longueur

d’onde sur les gaz ^et sur une source très puissante ^{de ces} rayons

Par P. LENARD et C. RAMSAUER [Institut ^de Radiologie.

Université de Heidelberg.]

MM. Lenard et Ramsauer viennent de découvrir des rayons ultraviolets ^{dont la} longueur ^{d’onde est} pro- bablement inférieure à celle des _rayons de Schumann

et de Lyman, c’est-à-dire à 90 03BC03BC. Ils ^en décrivent la

source et les propriétés dans deux mémoires que ^nous allons analyser ^{en détail.}

I. Source des rayons.

Malgré ^les avantages ^{de la} lampe ^à mercure en

quartz, ^on peut considérer l’étincelle condensée

comme la source la plus puissante ^de rayons ultra- violets. Une série d’expériences préliminaires ^montra

que la richesse ^en rayons ultraviolets augmente ^en

même temps que la quantité d’électricité qui passe dans l’étincelle. En s’appuyant

^ce principe, ^les

auteurs ont fait construire

transformateur à gros ni permettant d’obtenir des étincelles de 1 cm de lon- gueur environ ^{avec une} grande intensité de courant.

Voici quelques détails de construction : la bobine pri- maire, ^du type Klingelfuss, ^est constituée par du fil de cuivre de 5

de diamètre, ^{enroulé autour d’un}

anneau de tôle de fer de 110

de long, ^{et 9 cm}

de diamètre en trois couches de fil, ^{dont chacune}

comprend ^{550 tours.}

Sur la bobine primaire qui, ^avec

gaine ^isolante,

a un diamètre de 12 cm. se trouve enroulée la bobina

secondaire, ^{divisée en} quatre ^{sections de 16 cm de} long, comportant chacune environ 52 couches de fil de cuivre de 1 mm. de diamètre. Chaque ^{couche com-} prend ^{90 tours.}

Le primaire pouvait supporter ⁹⁰ ampères pendant

un

temps ^{assez court} (15 ^{sec. en} moyenne). ^{Le con-}

densateur primaire ^avait

capacité de 6 microfa- rads. L’interrupteur ^du type Wehnelt, avec électrode de

nickel, ^{était contenu dans} un vase en grèsde ^{60 litres}

de capacité, afin d’éviter les échauffements et les pro-

jections.

Des expériences ^{faites avec cette bobine montrèrent}

que la quantité de rayons ultraviolets, ^mesurée _par

l’en’et pliotoélectrique ^{sur l’air, est} proportionnelle ^a

la quantité d’électricité qui passe dans l’étincelle,

c’est-à-dire a la capacité du condensateur mis

dé- rivation sur l’éclateur. Les auteurs ont donc choisi 1. Sihber. der Heidelberger Akad. der. Wissentsch. 1910,

2RC’ l’f 31 mémoires.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191100803011501

pour t:haquc ^distance explosive, ^une capacité ^telle qu’elle ^laissait juste ^encore passer l’étincelle. I,a

quantité d’électricité fournie par le secondaire de ln bobine était ainsi utilisée en entier.

L’étincelle oscillante donnait dans l’éclateur des intensités de courant énormes. Les électrodes de

l’éclateur, ^en aluminium, ^{avaient un} diamètre de 10 nU1L et de 7 nmn. aux extrémités. La distance

explosive ^ne dépassait pas 0,8 ^mm.

Lorsque l’étincelle passait, ^elle produisait ^{au voi-} sinage ^{des e(feLs} d’induction considérables. Il a donc fallu protéger l’électromètre _par une série d’écrans

électriques ^et placer l’éclateur dans une boîte en zinc de 120 ^cm x 150 cm X 1 JJ cm.

Données nuinériques ^{relatives au circuit}

secondaire.

Capacité ^{11 X 10-8} farad; ^scll’

1300 U. E. M. environ; différence de potentiel (0,0 ^cn1.

d’étincelle) ^{20 000} volts ; charge ^du condensateur 2 X 104 X 11 X 10-8

_{22 X} 10-1 coulomb ;

énergie dépensée pendant ^une décharge 22 joules:

puissance dépensée dans le secondaire (55 inlerrup-

tions par seconde) 1170 watts; puissance dépensée

dans le primaire : ⁶⁰ amp X 200 volts = 1’2 000 watts ; le rendement électrique ^est donc mauvais et pourrait

être amélioré considérablement dans un appareil industriel, ^alinenté par du courant alternatif.

L’intensité efficace moyenne 1, ^dans l’éclateur ^a été mesurée à l’aide d’un ampèremètre thermique qui marquait ¹⁶⁰ ampères. ^{En tenant} compte ^du fait que les courants de fréquence ^{106, dont il} s’abit ^{ici, sont} superficiels, ^{on trouve} Iq

⁵⁰ ampères.

En tenant compte des pertes dans le condensateur et les fils de connexion, ^on peut évaluer la puissance

réellement dépensée ^dans l’éclateur ft 900 watts, c’est-à-dire à peu près ^la puissance dépensée ^{dans une} lampe a ^{arc ordinaire} (20 amp. ^et 45 volts), ^{mais en}

réalité la dépense d’énergie ^{de ’J00} joules ^{ne se fait}

pas ^{en une} seconde, ^{mais en un} temps ^bien plus

court. La fréquence ^des interruptions ^{est de 55, celle}

dus oscillations de 106; ^{si donj on admet} (ce qui ^est vraisemblable) qu’il ^ne passe pas plus de 50 oscilla-

tions a chaque décharge, ^la durée réelle du passage de 1 électricité est au maximum de

La puissance dépensée pendant l’émission effective de lumière est donc plus ^{de 1000 f’ois} plus grande

que daus l’arc. La température de l’étincelle doit donc être telle que le maximum d’énergie ^{se troue dans}

l’ultraviolet. D’ailleurs, ^{on constate} que l’éclat de cctte

source est relativement faible dans le -visible, ^4C0

unités Hefner ; ^{c’est l’éclat d’une} lampe ^{à arc de}

2 ampères.

Propriétés optiques ^{de la source.}

Lorsqu’on projette l’image ^de l’etinccHc sur un ccran, ^{on .con-}

state qu’elle ^est constituée par ^un truir de feu central très brillant et large, qui

d’une électrode a l’autre,

et qui ^{est entouré d’une} enveloppe sphérique ^moins

brillante. Celle-ci est elle-même entourée d’une au-

réole très pale. Ces diverses parties ^{(te la} décharge

ont dcs couleurs et des spectres différents.

Avec des électrodes d aluminium, ^{le trait de feu est} blanc bleuâtre, l’enveloppe sphérique ^violet rougeâtrc,

et l’auréole verte. Si ^on introduit une self dans le cir- cuit l’auréole subsiste seule, les rayons ultraviolets

disparaissent, ils viennent donc probablement ^du

trait de feu central.

C’est ce que ^{montre encore} l’expérience ^suivant

Oll projette ^une image ^{de la} source sui- une lame de

verre à l’aide d’une chambre photographique ^sans objectif, ^un voit les différentes parties ^de l’étincelle

produire la lluorcsccncc vcrlc du verre.

Si ou irltroduit une lame de quartz ^{mince sur le} trajct des rayons, ^la partie centrale s’affaiblit ^uotn- blement.

Par conséquent, c’est le trait de fcu qui ^{émet lcs}

rayons absorbés par le quartz,

^{ad. de courtc} longueur ^d’onde.

L’étincelle est donc constituée comme l’arc par ^une série de flammes emboîtées les unes dans les autres.

La qualité des rayons dépend ^{de la nature des}

électrodes. C’est l’aluminium qu’on ^{a choisi à cause de}

sa richesse Cll rayons de ^courte longueur (ronde peu absorbables par l’air.

Comparaison ^de la nouvelle source avec les autres sources d’ultraviolet.

Pour détermi-

ner la quantité de rayons ultraviolets, ^{on a mesurés} laconductibilité produite ^par effctphoto-électrique ^dans

l’air prive ^de poussières. ^{Ce ne sont que les} rayons de très courte longueur ^d’onde ( ²⁰⁰ uu.) qui

intern-ieniietit dans ce phénomène.

Les parois ^du récipient ^{émettent des} charges lléga-

Tableau ^I.

tives sous l’aclion des ranotis, l’air aucontrairedonne des charges ^{des deux} signes ^en quantités égales ^On peut ^{donc mesurer} l’énergie des rayons ultraviolets de très courte longueur ^d’onclc par le nombre de charges

positives ^{libérées cn une seconde. C’est ainsi} qu’a

été obtenu lc tableau I.

Étincelle dans le vide.

Si l’on metun second éclateur placé ^{en série sur le} premier, ^{sous une cloche}

oil règne ^une pression ^{de 10 mm de mercure, on}

obtient dans le vide une étincellc intense présentant

le même aspect que l’étincelle dans l’air, ^{cl, donnant} les raies du métal.

Il.

Rayons ultraviolets _peu absorbables, mais agissant cependant ^{sur l’air.}

l,es sources ordinaires d’ultraviolct donnent des rayons qui n’agissent photo-élcctriqucment ^{sur l’air} qu’au voisinage ^{immédiat de la source, car ils sont}

absorbes très rapidement par l’air. Au contraire le

dispositif ^nouveau rend l’air conducteur à distance

assez grande, ^{comme le montrent les chiffres sui-}

vants :

Tableau II.

Pour étudier de plus près l’aclion de ces rayons

pénétrants ^{les auteurs se sont servis du} dispositif représenté ^{sur la} figura 1. ^{La lentille L est en fluo-}

rine (ng. ^{-1). Elle est à une} distance constante,

Fig. 1.

4 _cm, de l’étincelle, la couche d’air interposée

absorbe tous les rayons peu pénétrants. ^La paroi postérieure ^{Q est en} quartz ^{afin d’éviter autant} que

possible ^l’effet photo-électrique ^sur les solides.

Dans ^un deuxième appareil (fig. 2) la lumière

pénètre dans la chambre d’ionisation sans traverser aucun solide. La paroi antérieure m est en laiton, ^et

munie d’un tube ouvert li ; ^la paroi postérieure Q ^est

en

quartz,

dans l’autre appareil. ^{K est une}

caisse recouverte de toile métallique, par laquelle

on

souffle constamment de l’air pur ^entre l’étincelle

et la chambre d’ionisation de façon ^;1 élill1Îner les

Fig. ^2.

ions produits par l’étincelle ^{et la} lumière ^cn dehors de la chambre d’ionisation.

Action sur l’air filtré et sur d’autres _gaz, influence des vapeurs.

Tous les gaz étudiés

(air, 0B CO’, gaz) deviennent conducteurs dans le

récipient ^{de la} figure ^1, quelques-uns présentent ^dcs

conductibilités notables. Toutes les précautions ^né-

cessaires ont été prises pour purifier les gaz, ^car des

iraces de _vapeurs ont ^une influence énorme. C’est ainsi que l’air de la chambre où l’on faisait les expé-

riences donna toujours des résultats variables. Seul l’air puisé à l’extérieur des maisons permit ^d’ob-

server des phénomènes ^{constant. On} peut ^{se rendre} compte de l’influence ee traces c’c vapeurs ^sur l’air nitré d’après lc tableau suivait :

Tableau III.

Action des parois.

^Des expériences ^faites

avec l’appareil ^{de la} figure 1 ^montrent que l’action

sur l’air libère des charges ^{des deux} signes ^en quan-

tités égales, tandis que l’action

les parois

donne que des charges positives ^en quantité ^il peu

près proportionnelle ^{à la} couche d’air traversée;

au contraire, l’excès des charges négatives ^sur les po- sitives (action

^les parois) ^reste presque ^constant.

Formation de centres électrisés et absorp-

tion de la lumière dans les gaz.

Lorsqu’on allonge la chambre d’ionisation de l’apparcïl ^{1, en} déplaçant ^la paroi ^{Q, on} peut ^étudier comparative-

ment la formation des centres électrisés et l’absorp-

tion dans les _gaz. Si l’absorption ^{était nulle, le}

nombre de centres positifs ^{formés serait} propor- tionnel à la distance LQ ; ^si l’absorption était très

grande, il serait à peu près indépendant ^{de LQ. Des}

mesures de ce genre permettent de calculer l’absorp-

tion des rayons actifs par les gaz.

Les résultats sont reproduits dans le tableau IV.

On voit que les rayons dont il s’agit ^ici passent

que les rayons ^de Schumann sont moins absorbes dans COI _que dans l’air. C’est l’inverse qui

^{lieu ici.}

D’autre part, ^{comme l’etlet} photoélectrique ^(les

nouveaux rayons ^sur l’air est iuleuse, ^{ils ne} peuvent

avoir que de très courtes longueurs ^d’onde.

C’est ce que ^{montrent encore} les mesures d’absorp-

tion _{par les} corps solides ^résumées dans le tableau V (action ^sur l’air).

L’action ^sur l’aluminium (excès ^des charges -) ^me-

sure la transparence pour l’ensemble ^de l’ultraviolet.

Au contraire les chiures de la dernière colonne sont

relatifs aux rayons de ^{très courte} longueur ^d’onde.

La transparence ^du quarlz ^{est tout à fait} remarquable.

On sait, ^en effet, _que ^cette substance absorbe complè-

tement les rayons dont la longiieur ^{d’onde est com-} prise entre 100 et 180 _03BC03BC.

D’après ^{la théorie de la} dispersion, ^la première

Tableau IV

Tableau V. ’

presque ^sans s’affaiblir dans l’air sec. Il ne peut ^donc

pas s’agir de rayons ^de Schumann qui ^{ont été étu-}

diés par Lenard au point ^{de vue de l’effet} photoélec- trique (1900) ^et qui ^sont fortement absorbés.

De plus, ^les expériences électriques ^{de Lenard et}

les expériences optiques ^de Lyman (10a8) ^{ont monrté}

bande d’absorption ^du quartz ^{est située vers 100} 03BC03BC.

D’ailleurs les expériences ^où l’on introduit sur le

traj et des rayons des lames absorbantes de plusieurs

substances montrèrent que le pouvoir absorbant d’une matière donnée dépend des substances qu’ont ^tra-

versées les rayons. On ^a donc affaire ici à un com-

plexe ^de longueurs d’onde s’étendant sur un domaine étendu du spectre, ^et pour lequel les diverses sub- stances présentent ^une absorption sélective..

Remarquons ^enfin que la fluorine est plus transpa-

rente que l’air pour les rayons de Schumann, ^tandis

qu’elle ^l’est beaucoup ^{moins ici.}

Sur les longueurs ^d’onde qui agissent ^dans

les expériences actuelles.

Les rayons ^nou-

veaux ne peuvent pas appartenir ^{au domaine étudié}

par Schumann (120 ^{à 170} 03BC03BC); ^leur longueur ^d’onde

ne peut pas ^être supérieure ^{à 215 03BC03BC, car ils sont}

absorbés fortement par ^le spath, ^{ni mème a 186} 03BC03BC, ctant donnée leur absorption par C02 (67 pour ¹⁰⁰ en 4 cm). ^Les expériences de Kreusler ont montré en

effet que 4 ^{cm de CO’} n’absorbent que 5 pour 100 de

l’énergie ^de rayons dont la longueur ^{d’onde est} 186 pti.

Enfin il est peu probable que la longueur ^d’onde

soit comprisc dans l’intervalle étroit de 185 ii 178 03BC03BC.

La transparence ^du quartz cristallisé, l’opacité

lative de la fluorine et les phénomènes d’absorption

sélective observés plus haut semblent contraires a cette hypothèse.

Afin d’avoir une idée de la grandeur ^de

^loti--

gueurs d’onde, MM. Lenard et Ramsauer

^sont servis d’un dispositif ^de dispersion, ^{fondé sur l’aber-}

ration chromatique ^des lentilles, analogue ^{à celui}

dont Lenard s’était servi en 1900 et à celui qui

vient de permeltre ^à MM. Rubens et Wood d’isoler des rayons de très grande longueur ^d’onde (voir

Le Radium, ^février 1911, _p. 44). ^On place ^de-

vant l’étincelle un diaphragme ^{de 10 mm de dia-}

mètre percé ^{dans une} feuille de mica. Unc lentille de fluorine projette l’image ^{de ce} diaphragme ^{sur un}

deuxième diaphragme de dimensions convenables, ^en plomb, ^{tout contre} lequel ^est placée ^la chambre d’io- nisation de l’appareil ^{1, fermée} par ^une lame de

quartz ^de 1/4 ^{mm. La chambre} ainsi que la lentille étaient montées

des rails, ^{et on les} déplaçait ^de

façon ^{ii mesurer les} quantités ^{de centres} positifs ^et négatifs produits par des rayons homogènes ayant ^une

distance fucale déterminée, c’est-à-dire ^un indice dé- terminé dans le quartz. ^{Les distances extrêmes du} diaphragme-image ^au diaphragme-objet ^{étaient de}

50 cm et de 8 cm. Cependant ^{on n’a} comparé ^direc-

tement entre elles que des distances peu différentes.

On a dressé ainsi le tableau suivant :

Tableau VI.

La courbe relative a l’effet sur l’air présente ^un

maximum ponr ^un foyer ^{de 31 mm, celle} qui ^est

relative à l’effet sur le récipient ^{verts 55 mm. A ces}

distances focales correspondent ^{des indices} de la fluo- rine égaux ^à 1,649 ^et 1,611. Ces deux indi’’es sont situés en dehors du domaine accessible aux mesures.

D’après la théorie de la dispersion ^{et les mesures de}

Martens ils correspondent ^{à des} longueurs ^{d’onde de}

155 _u.u. (charges +) ^{et 142} u.pL (charges -). ^Mais

longueurs ^d’onde tombent dans le domaine de forte

absorption par l’air (Schumann), ^{et ne} peuvent pas

correspondre aux nouveaux rayons. Il doit donc s’agir

ici d’un ensemble complexe de rayons, les ^uns plus réfrangibles ^{dans la fluorine, les autres moins.}

Si l’on admet _que les moins réfrangibles ^{se trou-}

vent vers k = 185 à 178 _u.u, avec un indice n = 1 ,5i

dans la fluorine, ^les plus réfrangibles ^ne pcuvent ^se

trouver qu’au ^{delà du domaine de} Lyman, ^c’est-à-

dire ne peuvent avoir que des longueurs ^{d’onde infé-}

rieures à 90 03BC03BC.

D’ai lleurs le fait qu’il ^{existe des} indices de l’ordre de ceux qui ^{ont ét é mesurés} pour À 90 y 03BC, permet

de prévoir que la fluorine possède des bandes d’ab-

sorption ^forte pour des rayons ^de longueur ^d’onde

encore plus ^courte.

C’est justement la conclusion qu’a tirée 1B’Iariens des mesures de la dispersion de la fluorine [Ann. ^d.

Phys., ⁶ (190i) 629].

En résumé tous les faits conduisent au résultat vraisemblable _que les phénomènes étudiés ici sont dus au moins en partie ^{à des} longueurs d’onde infé- rieures à 90 _!J.p..

11 semble impossible ^{de faire des mesures directes}

de longueur ^{d’onde avec un réseau. Les auteurs se} proposent ^{de mesurer} les vitesses initiales des élec- trons émis par effet photoélectrique ^{sur un métal,}

afin de préciser les données sur les longueurs ^d’onde.

[Extraits par E. BAUER].

(llanuscrit reçu le 17 février 1911].

ANALYSES

Radioactivité

Remarque ^{sur lavaleur de} la constante de temps de l’Actinium C.

Kovarik (A.) [Phys. Zeitschr.,

12 (’1 9 LI) 83].

^{Hahn et Meitner} ayant indiqué ^{la valeur} 5, 1 minutes pour la ^constante de temps ^de l’actinium C, l’auteur indique qu’au

de certaines expériences

l’actinium C, faites par la méthode de recul, ^il

^l’occa- sion de

à maintes reprises ^la période ^{de cette sub-}

stance. Dans

expériences, l’actinium C

été recueilli

sous

des champs d’intensité variable et

différentes dis- tances des plateaux. La substance utilisée était très pure ^et très active, ^{de sorte} que les

pouvaient ^{étre faites} rapidement ^et corrigées ^{de la} désactivation spontanée

moyen d’une ^valeur approchée ^{de la constante de} temps.

L’accord entre les différentes courbes de désactivation obte-

nues

est très bon dans tous les

La moyenne de 150 courbes

conduit à des valeurs comprises presque ^toutes entre 4,68 ^et 4,72 minutes, quelques valeurs isolées vont

jusqu.à 4 ⁶⁰ ou 4,85 ^minutes,

n’atteint 5 minutes. Il semble donc que la valenr 4, 7 l minutes soit la plus ^exacte

p,)ur ^{la constante} de temps de l’actinium C.

Léon BlOSH.

Note sur le rapport qu’il y

entre les quan- tités de substances radioactives en équilibre.

Mitchel (H.) [Pitil. Mag., ²¹ (1911) 40-42].-Démons-

tration du théorème suivant : si

certain nombre de

suhstances sont

équilibre radioactif et que la i ie moyenne

de la première substance soit beaucoup plus longuQ que