HAL Id: jpa-00242346
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Submitted on 1 Jan 1909
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dans certains tubes à décharges électriques
A. Dufour
To cite this version:
A. Dufour. Sur quelques expériences récentes relatives à l’hypothèse de l’existence d’électrons positifs aux basses pressions dans certains tubes à décharges électriques. Radium (Paris), 1909, 6 (4), pp.117- 121. �10.1051/radium:0190900604011700�. �jpa-00242346�
Sur quelques expériences récentes relatives
à l’hypothèse de l’existence d’électrons positifs
aux basses
pressions
dans certains tubes àdécharges électriques
Par A. DUFOUR
[École Normale Supérieure. - Laboratoire de physique.]
1. - Historique.
L’an dernier, M. J.
Becquerel
apublié
certainesexhériences
1 qu’il a faites dans des tubes à bassepression
et qui lui ont permis d’observer un fais-ceau déviable
particulier ;
il a été conduit à con-sidérer ce faisceau comme pouvant être forme
« d’électrons
positifs
libres,analogues
aux électrons négatifs connus, ou du moinspossédant
un rapportde la charge à la masse du même ordre de gran-
deur
Je vais
rappeler
rapidement ses expériences, en melimitant aux
plus
nettes.Les tubes
employés
par M. J.Becquerel
sont de laFig. 1.
forme représentée par la fi- gure 1.
Ils comportent deux anodes
a et fi’, deux cathodes c et c’
et un écran de willémite 1V
qui peut être aussi cathode.
L’électrode c est formée d’un
disque d’aluminium percé
d’un trou de 1 millimètre de
diamèlre; c’est constituée, par
exemple,
par une boucle de fil deplatine
de 1,5 mil-limétre environ de diamètre.
Quand on alimcnte un pa- reil tube, vidé à la pression convenable, avec une machine électrostatique par exemple,
on obtient différents rayonne- meiits, parmi lesquels M.J.
Becquerel considère
particu -
lièrement les deux suivants : 10 lcs rayons cathodiques issus
de c vers c’ ; 2° le faisceau canal traversant c dans le sens cc’. Si la pression est
assez basse (inférieure à 0,005 millimètre) et si ron
crée au voisinage et au-dessus de c’ un
champ
ma- gnétique faibleperpendiculaire à
l’axe du tube, onvoit partir de c’ dans le sens c’ur, outre un faisceau
1. J. BECQCFRFL. C. FL, i46 (1908 1j08. i47-i2î. - Le Rahium, 5 (1908) 193.
2. te Radium, 5 (1908) 199 (conclusion).
canal immobile et insensible à un champ magnétique faible, un autre faisceau
appelé
faisceau positif dé- viahle, dont la déBTiation esttoujours
de sens con-traire à celle des rayons
cathodiques
allant dans la même direction; c’est ce faisceau positif qui est particulièrement intéressant.Il. J. Becquerel considère cc qui dônne naissance
li ce faisceau déviable comme pouvant être formé d’électrons
positifs.
« Ces électronspositifs,
dit-il,apparaissent
comnc le résultat d’une transformationpartielle
des rayons canaux, sous l’influence des rayonscathodiques 2; la présence simultanée de ces deux sortes de rayons est en effet
indispensable
dans lesexpériences précédentes 3.
» Le signe de leur chargerésulte de leur attraction par la cathode secondaire et du sens de leur déviation
magnétique ;
la grandevaleur de leur rapport de la charge à la masse, qui
leur assigne la qualité d’électrons, est la conséquence
de la déviation
magnétique
considérable qu’ils subis-sent dans un faible
champ.
Enfin ce faisceau déviable qui va dans le sens c’w, paraitperdre
sa charge enfranchissant la cathode c’ et donne m faisceau insen- sible désormais au champ magnétique hrécédent ;
M. J. Becquerel
explique
ceci de la façon suivante:« Un résultat
remarquable
est larapidité
aveclaquelle
les électrons positifs
disparaissent
dès qu’ils ne sont plus au milieu des rayons cathodiques. En dehorsd’une atmosphère relativement dense d’électrons né-
ga6fs, nécessaire pour les arracher aux rayons canaux,, les électrons positifs semblent donc n’avoir qu’iin très petit parcours libre 5 ».
Les
interprétations
précédentes ont été critiquéespar M. Bestelmeyer 4 et par hl. Moulina Malgré les réponses faites à ces observations par 11. J. Becque-
re’l6 la question n’était pas éclaircie, il fallait faire de nouvelles expériences sur ce sujet.
De plus, on sait que les phénomènes de Zeeman
anormaux ont conduit M. J. Becquerel à utiliser, en
1. Ce sont les rayons canaux ayant traverse la cathode prin- cipale c dans le sens cc’.
2.,Ce sont les rayons cathodiques; émis parla cathode r dans
lu même sens cc’.
5. J. BECQUEREL, Le Radium. 5 ’190R 109-s5.
1. BESTFUMEYER, Physikalisclie Zeitsihrift. 9 ’ 1908 341.
5.MOUIN I,e Radium. 6 1909) 4.
6..1. BECQLEREI. T,e Radium .5 19US 329 et 6 1909 13.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190900604011700
d’électrons positifs dans les atomes, en
plus
desélectrons négatifs
déjà
connus ; cettehypothèse
nemc parait pas encore s’introduire nécessairement dans
1 exphcation
de ces phénomènes peut-ètre trèscompliques.
Mais si vraiment, M. J.Becquerel
avaittrouvé un faisceau d’électrons
positifs
libres dans les tubes à vide, il devenait alorsprobable
pour mai,que leur considération devait intervenir dans les théories des phénomènes optiques, en
particulier
danscelte des phénomènes de Zeeman longitudinaux anor-
maux,
que j’ai
découverts, comme on sait, dans lecas des vapeurs. Ceci explique
pourquoi j’ai
été amenéil reprendre les expériences de M. J.
Becquerel
sur lefaisceau
positif
déviable,qu’il
a obtenu dans ses tubes ; j’ai voulu voir sil’hypothèse
des électronspositifs
libres était nécessaire pour
expliquer
lespropriétés
de ce faisceau déviable. On trouvera les éléments de cette discussion dans lcs Comptes Rendus 1 ;
je
vaisdonner ici le détail de mes
expériences.
Afin de fixer les idées,je
donne tout de suite ma conclusion quiest la suivante:
Le faisceau
positif
déviable, attribué par M. J. Bec-querel
à des électronspositifs,
est assimilable a unafllux secondaire, de la nature de ceux
signales depuis longtemps
par M. Yillard 2, et qui estprolongé
dansl’unlpoule
D par un faisceau canal.II. - Dispositif expérimental.
Les tubes clne
j’ai employés
sont aussireprésentés
par la figure 1, bien
qu’ils
ne soient pas de la forme laplus
heureuse pour atteindre le but souhaité. En effet, si, comme l’indique M. J.Becquerel,
les rayonscanaux traversant c dans le sens ce’ sont nécessaires a la formation du faisceau
positif
déviable, il aurait fallunon pas rétrécir le tube dans la région C comme l’in-
dique
la figure, en lui donnant a cet endroit un dia- mètre de 6 millimètres environ, mais au contraire le J’aire trèslarge
afin que l’afllux venant de A vers csoit nourri pour que le faisceau canal traversant c
dans le sens cc’ soit intense. Quoi qu’il en soit, ,j’ai
voulu d’abord opérer dans dcs conditions aussi iden-
tiques que
possible
a celle danslesquelles
M. J. Bec-querel
s’étaitplacé.
Ces tubes ont été reliés il une trompc à mercure ordinaire, lnunic d’une jauge pour mesurer les pres- sions ; j’ai fait moi-même la graduation de la jauge
afin d’ài re sûr de ses indications. Comme d’habitude, la trolnpc était garnie d’un desséchant
(anhydride
phos- phorique) dans l’état neuf convenable pour assurerla dessiccation de l’ensemble. Quand le vide avancé
’’’tait obtenu, on chauffait fortement le tube et on le
1. A. DUROUR, C. R., 148-481; J. BECOUEREL, C. R, 148-
;»ti; A. DUTOUT C. R., 148 1909) 622.
2 VILLARD, Le,,, J’ayons cathodiques, 1’2 édition B1900) 9i
Collection Scicntia .
la vapeur d’eau retenus
par les
parois et les électrodes.Un osmorégulateur Villard, en
platine,
perlettait defaire entrer dans
l’appareil
del’hydrogène
pur et sec.N’ayant pas
de machineélectrostatique
a 8plateaux
à ma
disposition,
je l’airemplacée
par undispositit équicalent
au point de vue de la constance du poten- tiel et quelquefois supérieur pour la puissancedispo-
nihle. C’est le montage indiqué par M. Villard, il y a
quelques
années, et qui est le suivant : on alimentele tube par un condensateur de
grande capacité chargé
à haut
potentiel
et dont le débit estréglé
par deux résistancesliquides ;
le condensateur est chargé parune bobine d’induction munie d’un interrupteur Wehneit; deux soupapes i’illard en série entre le secondaire de la boline et le condensateur laissent
passer le
courant decharge
du condensateur et empê-chent la
décharge
de ce dernier au travers du secon-daire de la bobinc. La
capacité employée
est suffi-sante pour que le tube fonctionne
pendant plus
d’uneminute sans
qu’on
ait besoin de recharger le conden-sateur ; ce sont donc là de très bonnes conditions de fonctionnement t.
11I. -- Description des expériences.
Expériences préliminaires. - J’ai d’abord
répété les
expériences
mêmes de 11. J. Becquerel et j’aiconstaté les résultats
expérimentaux qu’il
a annoncés.En
particulier, quand
la pression est assez basse, etquand
on crée unchamp magnétique
perpendiculaireà l’axe du tube, an
voisinage
et au-dessus de c’, onobserve
l’apparition
et la déviation dans le sens voulu, contraire à celle des rayonscathodiques
issus de c,du faisceau
positif
déviable dansl’ampoule
D. On voitaussi un faisceau canal sortant de c’, dans l’ampoule D
et qui reste
pratiquement
immobile. L’écran de vvillé- naite it, n’est d’ailleurs pas nécessaire; il estplutôt
gênant car ildégage
des gaz et peut rendre lesmesures de
pression
illusoires; il est bienplus
sûr etaussi commode d’observer directement le faisceau dans le gaz de
l’ampoule
D ou la tachejaune
orangéequ’il
donne sur le verre.Le seul
point
surlequel je
sois en désaccord avec1. A titre de renseignement, voici les dimensions du con-
densateur employé. Il était formé de 6 condensateurs plans faits
chacun d’une feuille de verre ordinaire (105 em.XO,57 cm.)
recouverte sur ses deux faces de feuilles de papier d’étain (80 cm. X 50 cm.) collées au suif. Ces condensateurs plans
raient xéunis deux à deux en cascade, les trois cascades obtenues étant groupées en lorallèle. La capacité de la batterie ainsi constituée était de l’ordre du centième de microfarad. Le
voltage supporté sans danger par cette batterie correspondait il
une étincelle d’une dizaine de centimètres de longueur entre
boules. C’est un voltage bien supérieur à celui clu’exigeait le
fonctionnement du tube. Les résistances liquides en série avec
le tube et la batterie étaient formées de deux colonnes d’alcool
étbylique à 96o avant chacune une soixantaine de centimètres de longueur et un diamètre de 5 millimétres environ.
M. J.
Becquerel,
c’est sur les valeurs nnlériques despressions.
Il trouve que le faisceau positif déviahlc apparaît au voisinage d’une pression de 0,005 milli-mètre et qu’il est le plus lllarqué vers le millième de millimètre. Je trouve dans mes expériences faites avec
des tubes pareils à ceux qu’il décrit, que le faisceau
positif
déviable se montre à une pression de l’ordre de0,05 millimètre et qu’il est le plus marqué vers la
pression
du centième de millimètre. J’ai tont de même ohéré aux basses pressions indiquées par M. J. Becquerel; le fonctionnement du tube dans cesconditions est d’ailleurs très dangereux pour sa con- servation.
Discussion. - Il y a deux points importants
dans
l’explication
des propriétés et de la formation du faisceau positif déviable donnée par M. J. BecquerelIl attribue sa déviation a l’action du
champ
magne- tique créé au voisinage de c’ sur les électronspositifs
qui le constituent.2° Ces électrons positifs seraient dus à l’action des rayons cathodiques émis par c dans
l’ampoule
B, surles rayons canaux ayant traversé c dans le sens ce’. Ce
sont ces deux
points
que nous allons étudier expéri-mentalelnent.
I. - La déviation du faisceau positif dévia-
ble n’est pas due à l’action qu’il peut subir du champ magnétique. - 1° S’il était vrai que la déviation de ce faisceau fùt due au
champ
magnétique qu’on crée au voisinage de c’, elle devrait varier avec l’intensité de ce champ, toutes choses égales d’ailleurs, c’est-à-dire la déviation des rayons cathodiques issusde c restant la même.
J’ai fait alors l’expérience suivante (fig. 2) : au lieu
de faire agir le petit ainlant1 au voisinage de c’, ce qui
amené le faisceau cathodique en T sur le verre, on le agir près de la cathode c de manière à amener le faisceau cathodique (marqué en trait
plein)
a la même place T que précédemment. Il est évident que le champ magnétique en c’ estbeaucoup plus
faible dans le se-cond cas que dans le premier. On constate pourtant
dans les deux cas la même déviation du faisceau posi-
tif (marqué en trait pointillé). C’est donc que cette déviation ne
dépend
pas de l’intensité du champ verscB
’2" On peut aussi montrer
qu’elle
nedépend
mêmepas du sens du champ près de c’, pourvu que la
région T d’arrivée des rayons cathodiques soit tou- jours au même endroit. Dans l’expérience précédente
le champ avait un même sens de c jusqu’à w et l’on
observait une déviation du faisceau positif U gauche,
par exemple, dans l’ampoule D (fig. 2). Si l’on change
le sens du champ dans la région voisine de c’, là où se
1. Il est plus commode et plus correct de se servir d’électro- aimantes plutôt que d’aimants.
forment les électrons positifs, ils doivent donner dans D un faisceau dévie maintenant à droite, même si la
fjg. 2. Fig. 3.
tache T reste à la même place. Pour opérer dans ces conditions, on crée dans la
région
ccc’ unchamp
demême sens que dans l’expérience
précédente
el dansla région a’ c’ un champ de sens contraire, et par tâtonnements on arrive à maintenir à la même place
T la région cl’arrivée des rayons cathodiques sur le
verre (Og. 3).
On voit sur la ngurc 5 la trajectoire schématique
des rayons cathodiques issus de c (trait
plein) :
sacourbure change de sens avec celui du champ. On
doit s’attendre à voir la déviation du faisceau
positif
dans D se faire vers la droite. 0n trouveexpérimentalement
qu’clle se fait vers la gauche (trait pointillé), comme si lechamp magnétique
n’avait paschangé de sens près de c’. Donc, si la tache T reste à
la même place, la déviation du faisceau positif reste identique, même si l’on change le sens du champ oû
il se trouve.
Il en résulte que la cause de la déviation dn fais-
ceau positif n’est pas dans l’action du champ magné- tique sur les électrons positifs hypothétiques qui le constituent, mais dans la
place
de la tache T sur leverre. L’expérience suivante le llontre nettement.
5° Il suffira en effet d’amener, par un moven quel-
conque, cette tache T a se faire à cette même place,
po:lr observer la même déviation du faisceau positif.
A cet effet on peut, en l’absence de tout champ ma- gnétique, faire tourner la cathode c autour d’un axe
contenu dans son plan et perpendiculaire il l’axe du tube, jusqu’à ce que les rayons cathodiques, toujours
émis normalement par la cathode et tournant avec
(fig. 4).
A ce moment on constate l’existence du fais-Fig. 4.
ceau
positif
et sa mèmedéviation que
précédcm-
nlent. Quand on fait oscil- ler la cathode, la tachc T
passe d’un
côté à l’autre dec’ et le faisceau
positif
suitses
déplacements
enpivo-
tant autour de c’.
En résumé, c’est la po- sition de la tache T sur la
paroi de verre près de e’
rlui définit la direction dit
faisceau positif déviable.
II. - Le faisceau ca-
nal qui traverse c dans
le sens cc’ est inutile à la formation du fais-
ceau positif déviable.
- D’après M. J. Becquerel,
les rayons canaux venant de la cathode c vers c’ sont
indispensables
à la formation du faisceaupositif
déviahle. Yoici ce
qu’il
dit a cesujet :
« D’autre part les rayons canaux ayant traversé la cathodeprincipale
c
jouent également
un rôle fondamental, car la sul -pression
de l’afflux venant de A, ou une trop grandediminution de cet afflux, entraine la
disparition
dufaisceau
positif
dé viable 1 ». Mais M. J. Becquerel nedécrit pas les expériences
tlU’il
a faites dans ce but.A priori, on peul douter clue les rayons canaux ve- nant de c
jouent
un rôle dans la formation du faisceaupositif; j’ai déjà
ditplus
haut que la forme du tube choisic par M. J.Becquerel
a pour effet de réduire presque à rien le faisceau canalqui
traverse c. L’ex- périence vajustifier
cette dernièreopinion.
4 Ô J’ai isolé l’électrode a ;
je
l’ai aussi reliée à la cathode c; dans les deux cas, surtout dans le second, l’afflux venant de l’ampoule A vers o u été supprimé.Cela
n’empêche
qnej’ai quand
même obtenu le fais-ceau
positif
déviable ainsi que ses déviations commeprécédemment.
2° J’ai obturé par un petit écran en
platine
le troude la cathode c; il est alors hors de doute qu’il n’y a
plus
de faisceau canal provenant de cette électrode.J’ai constaté encore l’existence du faisceau positif et
ses déviations
quand
la tache T sedéplace.
5- 11 en résulte alors que, dans les tubes de M. J. Bec-
querel, toute la partie AC est inutile et pcut être sup- primée sans inconvénient.
L’expérience
justihc plei-nement cette conséquence.
J’ai fait quelques tubes dans
lesquels
j’ai conservéseulement la cathode c pleine, l’anode a’ et la
1. J. BECQUTREL, l,e Radium, 5 (1908), 197, 2e colonne.
de M. J.
Becquerel,.
Lafigure 5
représente l’un desmodèles em-
ployés :
la c atho-de c, pleine, est
ici concave pouu concentrer un
peu les rayons
cathodiques
dansl’orifice o ; on
crée dans la ré-
gion
étroite H unfaible
champ
ma-gnétique
qui en-voie les rayons
cathodiques
enT, par
excl11ple;
on observe aussi dans la houle inférieure D le faisceau
positif
déviable repré-
senté ici en poin-
Fig, 5.
tillé, dévié par conséquent en sens inverse des rayons
calhodiques
et pivotant autour de c’quand
T se dé-place.
En resllmé, le faisceau canal issu de c n’inter- vieni en aucune façon dans la forrnation du fais-
ceau postti f déviable.
IV. - ConcIusions.
Qu’est-ce donc que ce faisceau
positif
déviable?1B1. J.
Becquerel l’avait
attribué à des électronsposi-
tifs libres, au moins au-dessus de c’, puisque ce
faisceau attiré par une cathode
pouvait
subir,d’après
lui, une déviation
magnétique
considérable dans unchamp
relativement faible. Cetteopinion
est inexacte, puisquej’ai
montré que cette déviation n’était nulle- ment un effet direct duchamp
sur le faisceaupositif
considéré.
Or, M. J. Becquerel a lui-même observé que le faisceau devient insensible au champ, après
qu’il
atraversé une cathode, et
qu’il
est alors pour ainsi dire déchargé; de plus il donne sur les parois deverre qu’il rencontre une tache
jaune
orangé. Lapremière
propriété ::tppartiel1 aux afflux de M. Vil- lard ; lu seconde l’ait penser aux rayons canaux. Il suffit alors de se reporter au livre de M. Villard sur« Les
Rayons Cathodiques )),
pour y trouver la solution de la question. On lit, en effet, à la page 97 de lapremière
édition de cet ouvrage : « ... Dans l’appa-reil précédent,... dévions les faisceaux cathodiques au
moyen d’un aimant,
jusqu’à
les amener loin des trousdu
diaphragme
etjusque
sur la paroi de verre, oûleurs points
d’impact
sont plus aisés à reconnaître.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’endéduit 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 Dprfr 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 rayonscathodiques 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- duitqu’au-dessous
d’une certainepression :
celle àpartir
de laquelle les rayons cathodiques arrivent en Tavec une énergie suffisante.
Les
phénomènes
observés par Ql. J. Becquerel n’exigent donc pas la considération d’électrons positifset sont ramenés aux
propriétés
connues des afflux.En résumé, on ne connaît pas encore
d’expériences
dans
lesquelles
on ait constaté directement l’existenced’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 adressépar 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 électronspositifs
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 le passage des rayons Röntgen
à travers les gaz et les vapeurs2
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, ceuxqui 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’onpourrait 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,