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Submitted on 1 Jan 1933
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Mesure absolue des vitesses des principaux groupes de rayons Alpha
S. Rosenblum, G. Dupouy
To cite this version:
S. Rosenblum, G. Dupouy. Mesure absolue des vitesses des principaux groupes de rayons Alpha. J.
Phys. Radium, 1933, 4 (5), pp.262-268. �10.1051/jphysrad:0193300405026200�. �jpa-00233150�
MESURE ABSOLUE DES VITESSES DES PRINCIPAUX GROUPES DE RAYONS ALPHA Par MM. S. ROSENBLUM et G. DUPOUY.
Sommaire. 2014 Nous avons, à l’aide du Grand Electro-Aimant de l’Académie des Sciences à Bellevue, effectué une détermination en valeur absolue des vitesses des principaux
groupes de rayons
03B1.L’article ci-dessous contient l’exposé des méthodes de mesure employées, ainsi que les résultats de ces mesures qui ont porté sur les corps suivants: Th C, Th C’ Ra C’, Ra A , Ac CPo.
L’intérêt que présente la mesure précisa des élnis:,ions énergétiques s’est accru
les dernières recherclies sur la physique nucléaire.
Nous nous sommes proposé de reprendre en la perfectionnant (1) la détermmaticn de la vitesse des principaux groupes de rayons
xen utilisant lu méthode de déviation magné- tique déjà employée à Bellevue. Nous nou~ sommes servis d’un dispositif expérimentai,
décrit précédemment (2). Quelques atii-élioratioiis de détail ont été apportées, et on a pros
soin de mieux préciser les conditions géométriques qui interviennent dans la détermination de l~ (rayon de courbure) de façon à rendre l’erreur probable sur cette grandeur petite par
rapport à celle sur la valeur du champ Inagnétique II.
Conditions expérimentales. - Noues nous sommes assurés que le champ marné- tique utilisé était de révolution à quelques dix-millièmes prés, en faisant décrire à Me petite bobine exploratrice centrée par rapport aux pièces polaires un cercle d’un diamètre
approximativement égal à 2R. La bobine était connectée à un galvanomètre balistique et
on pouvait évaluer 2 à 3 gauss.
Le système des fentes Fi 1 ~~2 (fig. 1) était placé dans chaque cas de façon à ce que la
trajectoire décrite par le faisceau soit approximativement centrée par rapport à l’axp -les
pièces polaires.
La source rayonnante S était constituée par une feuille en or de 1/JO de mm maintenue
entre deux plaquettes de verre très planes. La tranche de la feuille d’or était seule activa Pour les mesures absolues nous employions des sources relativement faibles et la surface activée gardait un éclat métallique. Cette feuille pouvait facilement être ajustée en dessous
du diaphragme Fi ayant une ouverture de 1/10 de mm. Les fentes Fi et étaient soli- daires du support de la plaque photographique. Elles se trouvaient par construction nor- males aux parois de la boite à vide, dans laquelle la partie comportant le support due plaqDc
et le système de fentes entrait à frottement doux. Les parois de la boite à vide étaient,
d’autre part, en contact avec les pièces polaires. Pour nous assurer que le plan parallèle aux
fentes passant à égale distance des bords de celles-ci était perpendiculaire au plan de la plaque photographique nous envoyions un faisceau lumineux intense à travers Fi et ~z et
nous réglions la fente Fa, de sorte que ce faisceau restait perpendiculaire à F2B
L’emplacement de la source dans le champ magnétique était connu avec précision ; on
avait d’autre part étudié avec soin la topographie du champ, qui décroissait légèrement
vers les bords. Comme les faisceaux n’étaient pas rigoureusement centrés, on tenait cornpte
du léger défaut d’homogénéité du champ magnétique utilisé à l’aide de 1,9, formule établie par Hartree :
--
(1 ) Des mesures absolues de vitesses de rayons
xont été effectuées par RuTHERFORu et ROBDSJX
i1Jag., 28 (191 «j, p. 559], BRIGG’3 Roy. Soc. A 118 (1928 , p. 549], I. CumE [C. R., 175 (i925), 1)..2
voir pour la comparaison des résultats et DupouY 1~., i94 (1932), p. 1919J.
(2) S. ROSENBLLM, ,1. Phys., 1. (1930), p. 438.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0193300405026200
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H,~ est le champ mesuré à l’emplacement exact de la source et ? est l’angle que forme la direction du mouvement le long de la trajectoire avec la direction primitive en S. Cette cor-
rection était de l’ordre du millième, nous l’obtenions à l’aide d’une méthode graphique. La
mesure du champ se faisait à 1 intérieur de la boîte à vide. La pression des gaz restant à l’in.térieur de cette boite était inférieure à 1/1000 mm de Hg.
M*
Fiç. I ,
Détermination de R. - On sait que dans les conditions expérimentâtes choisies, la
vitesse des est donnée par
Pour la valeur de iJl 0 c2/2 relative à la particule x, nous avons adopté 6.2162 X 106.
Dans la méthode de focalisation (fjg. 1), le rayon de courbure R est donné par :
2R n’est guère différent de A, car d est petit par rapport à .1 et d n’a d’ailleurs pas besoin d’être connu avec précision.
La détermination de ~, qui doit être précise, a été faîte à l’aide d’une machine à divi- ser, en mesurant la distance entre la raie et un repère existant sur la plaque photogra- phique. Le repère était obtenu à l’aide d’une source de polonium placée à quelque distance
de F2 et donnant un trait très fin (0,05 mm).
D’autre part, la distance de ce repère au milieu de la fente Fa a été mesurée avec pré-
cision. Les raies correspondant aux différents groupes étudiés étaient fines (0,2 mm à 0,3 mm) et leur bord du côté des grandes vitesses était très net. Le rayon de courbure R était de l’ordre de 15 cm. Nous évaluions l’erreur possible sur R (identique à l’erreur sur A)
à 3110 000 environ.
Mesure du champ magnétique. - Nous avons mesuré le champ magnétique en
valeur absolue par la méthode d’induction en opérant suivant une technique déjà utilisée
par P. Sève (1). Une bobine de surface connue est disposée en série avec le circuit secon-
daire d’une inductance mutuelle étalon. Ce circuit comprend, en outre, un fluxmètre. 0n retourne brusquement la bobine face pour face dans le champ magnétique, et en même
on inverse le courant qui traverse le primaire de l’inductance mutuelle étalon ; on règle ce
(i) P. SEVE, Annales de Physique et de GIEEn2’e, 8 (1912), 2i.
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courant primaire de façon à réaliser la compensation exacte des flux à travers le circuit.
Dans ces conditions le spot du fluxmètre, après un mouvement plus ou moins compliqué,
revient à son point de départ quand la manrcuyre est terminée.
Désignons par M la valeur du coefficient d’inductance mutuelle, par S la surface de la bobine étalon, par il, i2 la valeur du courant qui traverse le primaire de l’inductance avant et après son inversion e) par H l’intensité du champ magnétique à mesurer, on a :
Bobine étalon. - La bobine qui a servi dans ces mesures est constituée par un
disque de Pyrex de 2 cm de diamètre et de 7 mm d’épaisseur; les joues de la bobine con-
sistent en deux rondelles de verre de 0,5 mm d’épaisseur débordant légèrement de part et
d’autre du disque de façon à constituer une gorge sur laquelle on effectue l’enroulement.
La bobine est sertie dans un manche également en Pyrex où elle est immobilisée par de l’arcaiison collé sur le pourtour des joues. Le diamètre de la bobine a été mesuré suivant
trois directions à 60~ l’une de l’autre. Les résultats sont les suivants :
Cette bobine est donc remarquablement de révolulion. Afin de voir si la bobine est
conique on a mesuré il l’optimètre Zeiss trois diamètres de la bobine au voisinage de cha-
cune des joues, on a ainsi trouvé que chaque diamètre mesuré près de l’une des joues du disque de Pyrex est inférieur de 2«À au diamètre correspondant pris au voisinage de l’autre joue. Nous avons donc admis comme diamètre moyen de la gorge i9.83~~~.
L’enroulement est fait d’une seule couche de fil de cuivre isolé à l’émail. Les fils en
quittant la bobine sont soigneusement torsadés afin d’éviter des surfaces parasites et logés
dans une rainure creusée dans le manche. Ces fils sont soudés à leur extrémité sur deux
petites plaques de cuivre connectées elles-mêmes par soudure aux fil du circuit principal.
Nous avions rejeté, pour faire l’enroulement, les fils isolés à la soie. En effet, l’écrase-
ment de la soie sous la tension d’enroulement est très difficile à évaluer, ainsi que nous
avons pû nous en rendre compte par différents essais; de plus, le diamètre extérieur de l’isolement n’est pas très régulier.
C’est pour ces raisons que nous avons adopté le fil de cuivre émaillé. Nous nous sommes assurés qu’il était diamagnétique en le suspendant, au moyen d’un petit montage approprié, entre les pôles d’un fort électro-aimant.
Son diamètre mesuré successivement sous les efforts de 200 grammes sur deux milli- mètres de fil et de 1 100 grammes sur 5 millimètres de fil a été trouvé de 131:- et 132p.. Nous
avons adopté pour le fil enroulé sur la bobine 13~¡1..
Il résulte de ceci que le diamètre moyen de l’enroulement est de 1 n. 968:J., la bobine comprenant 41 spires, sa surface est :
à 1912C. Nous pensons que cette surface est déterminée avec la précision du dix millième.
Les mesures relatives à cette bobine ont été faites au Bureau International des Poids et Mesures (Pavillon de Breteuil). Nous sommes heureux de remercier MM. Ch. Ed. Guillaume et Pérard qui nous ont permis de profiter des belles installations métrologiques du bureau
de Breteuil et M. Bonhoure, Assistant au Bureau, qui a bien voulu se charger de ces
mesures.
( i) Les 2 nombres mesurés il et ij sont toujours très voisins; dans nos mesures, ils différaient au
maximum de 1 a 2 10 000.
,Quelques groupes de rayons
a.S. RoSENBLUM et G. I)upouy.
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Inductance mutuelle étalon.
-L’inductance mutuelle étalon, dont nous nous
sommes servis, appartient au Laboratoire Central d’Eter,tricité; elle a été très obligeam-
ment mise à notre disposition par M. Jouaust, sous-directeur de ce Laboratoire que nons remercions bien vivement pour les nombreux conseils qu’il nous a donnés pendant ce
travail.
Cette inductance est constituée par deux bobines coaxiales enroulées sur un cylindre
de marbre blanc. Sa valeur a été déterminée par le calcul d’après les dimensions géomé- triques des différentes parties de l’enroulement. Elle a, en outre, été comparée aux étalons
d’inductance de Campbell au National Physical Laboralory à Londres.
La valeur adoptée pour le coefficient de mutuelle inductance entre les circuits est : M = 61,34 milli henrys
Cette valeur est certafnement exacte au dix-millième de l’avis de M. Jouaust et d’après
de récents contrôles faits au Laboratoire Central d’Electricité.
Mesure du courant passant dans l’inductance. - Nous avons mesuré le cou-
rant correspondant à la compensation des flux par la méthode potentiométrique. Ce cou-
rant traversant une résistance d’un ohm international (1) produit entre les extrémités de celle-ci une différence de potentiel que l’on mesure en l’opposant à la force électro-motrice d’un étalon Weston, par l’intermédiaire d’un potentiomètre. Le potentiomètre dont nous
nous sommes servis a été étalonné par comparaison avec un potentiomètre du Laboratoire Central d’Electricité.
L’erreur possible dans la mesure du courant ne dépasse pas le dix millième.
Fluxmètre. - Le fluxmètre dont nous nous sommes servi est du type Grassot à sus- pension par fil de cocon et muni d’un miroir. Les déviations de l’équipage mobile sont lues
’
sur une règle graduée de cinquante centimètres de longueur placée à un mètre de l’appareil.
Nous utilisons le fluxmètre comme appareil de zéro pour noter la compensation exacte
des flux. En réalité, comme les lois de variation dans le temps du flux à travers la bobine dune
part, et à travers le secondaire de l’inductance étalon d’autre part, ne sont pas les mêmes,
on ne peut espérer que le spot reste immobile pendant toute la manoeuvre ; son mouvement
sera plus ou moins compliqué mais, en définitive, la position de départ sera la même que celle d’arrivée. De plus, on peut s’arranger en disposant de systèmes mécaniques adaptés
pour que le déplacement total du spot soit assez faible afin qu’on puisse le suivre à chaque
instant sur la règle graduée.
Une chose nous a frappés dans l’utilisation de cet appareil, c’est qu’en général son fil
de suspension, bien qu’ayant une constante de torsion très faible, exerce une action direc- trice très nette sur l’équipage et lui donne une position d’équilibre déterminée (2).
Il faut donc prendre comme zéro cette position-là faute de quoi le spot est constamment soumis à une dérive plus ou moins rapide qui peut fausser les mesures. Nous pensons
également qu’à cause de cette particularité, il vaut mieux ne pas laisser prendre à l’équipage
des élongations momentanées trop grande, et régler la compensation dans le temps avec
autant de soin que possible.
Moyennant ces précautions, le fluxmètre employé comme appareil de zéro présente de grands avantages sur les appareils tels que le galvanomètre balistique. On peut, en effet s’arranger pour que sa sensibilité au champ magnétique soit considérable. Dans le cas de nos mesures la déviation totale du spot sous l’influence de la variation de flux produite à travers
la bobine seule par exemple correspondait à quatorze fois environ lalongueur de notre règle
de galvanomètre ; de façon plus précise, nous pouvons indiquer que pour une variation de
champ dans l’entrefer de 2,5 gauss, soit un dix millième du champ utilisé, le déplacement
(1) Cette résistance étalon provient également du Laboratoire Central d’Electricilé.
(1) Cette position d’équilibre peut cependant varier légèrement d’ua jour à l’autre.
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du spot était de un millimètre, ceci permet de voir que 1 on peut alteinttre dans des mesures
de ce genre une très grande précision.
Dispositif de manoeuvre. - La babirie B (fig. 2) est portée a 1 extrémité d’une tige de
laiton T qui peut tourner à frottement doux à l’intérieur d’un bloc de laiton P. Ce bloc de forme parallélépipédique repose au moment des mesures sur le porte-châssis de l’appareil à
déviation, et il est serré par ses faces latérales entre les pièces polaires elles-mêmes de 1 ’électro-aiman t.
~
Fig. 2.
Quand le centre de la bobine est placé à l’endroit convenable, on bloque la bague sur
la tige Tau moyen d’une vis de pression V. Cette bague s’appuie contre mai disque de
laiton D solidaire du bloc P, elle porte deux ergots diamétralement opposés sur lesquels on
a taillé deux méplats. Dans la rotation de la bobine, chacun de ces méplats rencontre suc-
cessivement une butée y fixée sur le disque D. Les choses sont réglées de telle sorte que la rotation de la bobine soit de 1800 entre les butées : ce réglage est fait optiquement en collant
sur chaque face de la bobine une petite lame de verre v, et en observant la position de l’image d’un trou, réfléchie successivement par chaque lame avant et après la rotation de
180° ; il a été réalise à quelques minutes près.
Pour mettre les spires de la bobine dans un plan perpendiculaire aux lignes de force
du champ magnétique on place à cheval sur le manche de la bobine une cale de laiton dont la largeur est de cinq dixièmes de millimètre inférieure à la distance des parois internes
de la boîte à vide; on réalise alors, par simple appréciation à l’oeil, le parallélisme des faces
de la cale et des joues de la boîte.
Ce réglage achevé, on bloque la vis de serrage j~’ après avoir appuyé l’un des ergots de
la bague b contre la butée g.
La commande de l’inverseur placé sur le primaire de l’inductance est réalisée de la
façon suivante : un petit électro-aimant, excité par le passage du courant provenant d’une
source auxiliaire provoque un mouvements de bascule de l’inverseur. Les deux extrémités du circuit d’excitation aboutissent aux bornes b, et b’,, vissées respectivement sur le disque D
et sur une bague d’ébonite E fixée sur la tige T par une vis de est reliée à
un contact c en laiton qui est entraîné avec la bague E’ lors de la rotation de la bobine.
Une lame élastique L, solidaire de h1: établit, pendant un tenlps très court, lors du pas-
267 sa,ge du contact mobile c la fermeture du circuit du petit électro-aimant, ce qui provoque la
man-puvre de l’inverseur; l’avantage du dispositif rie ce genre est que l’on peut agir sur
la compensation des flux en réglant la position du contact r,
’
Pour passer d’un point de l’entrefer à un autre on dévisse les vis l’ et JP. on place la
bobine à l’endroit voulu dans le champ et on recommence le réglage pour une nouvelle
mesure.
Variation du champ dans le temps. - Le courant passant dans l’électro-aimant
(400 ampères en régime normal r est maintenu aussi constant que possible au moyen de rhéostats progressifs agissant sur le courant d’excitation des machines. On le mesure au
moyen d’un ampèremètre de grande sensibilité construit par l’un de nous ~’). Cet appareil permet d’apprécier des variations du courant de 0,1 ampère, ce qui correspond à des varia- tions de champ de 1/30 000. Le courant peut être inaintenu à cette précision près pendant
la. durée - d’ailleure courte - des poses faites pour les clichés qui ont servi pour les mesures
absolues. Un bon critérium de la constance du champ dans le temps pst fourni pour la finesse d(,-s raies sur les clichés.
Reproductibilité du champ magnétique. - Nou, avons également fait des mesures
tlÜ vue d’étudier la reproductibilUé du champ chaque fois que le courant ayant été coupé on
le tançait de nouveau dans l’électro-aimant, A condition que le courant soit inversé avant
chaque opération, ce qui a pour effet de désaimanter le circuit magnétique, nous avons pu constater que les écarts maxima entre les différentes mesures faites ell un même point du champ sont de l’ordre de 0,5 pour mille. En moyenne on obtient une reproductibilité du champ définie à deux ou trois dix millièmes, ce qui t’institue un excellent résultat.
Topographie du champ magnétique. - Nous avons mesuré en valeur absolue le
champ magnétique en tous les points où s’effectue la focalisation des faisceaux des rayons a
étudiés, ces points sont situés dans le plan équatorlal de l’entrefer et suivant t le diamètre horizontal. Les résultats se trouvent reproduits dans le tableau ci-après où e; désigne la distance comptée suivant un rayon à partir du centre de l’entrefer pris comme origine.
Fig. 3.
°
La courbe de la figure 11 traduit, à une échelle très amplifiée pour les ordonnées, la topo- graphie du champ magnétique Inesuré - -cnmrne :ious 1 avons dit
-à l’intérieur de la ühalnbre à vide.
/1) G. Dupory, C. R., 192 p. ~4.
268
Résultats. - Nous avons obtenu les résultats suivants :
Nous estimons l’erreur maxima commise dans l’évaluation de Il à 3/10 000, celle sur
la valeur du champ à 5/10 0()0, l’erreur provenant d’une légère excentricité des trajectoires
à i l10 000, il en résulte que nous pensons avoir atteint une précision supérieure à celle du millième sur la détermination de HR.
’Après avoir fini la rédaction de cet article nous avons eu connaissance de deux travaux récents qui ont pour objet la détermination du rapport des vitesses de plusieurs groupes de rayons a. La comparison de nos mPsures absolues aux mesures nelatites des auteurs
anglais nous permet de conclure à un très bon accord (’).
Ce travail a été effectué à Bellevue au moyen du grand électro aimant de l’Académie des Sciences.
Nous sommes très heureux d’exprimer ici notre respectueuse reconnaissance à Mme P. Curie et à M. A. Cotton qui ont bien voulu s’intéresser à ce travail et qui ont mis- à
notre disposition les ressources de leurs laboratoires.
Nous remercions M Perey et 1B1. A. lakimach qui nous ont préparé quelques sources
radioactive. Nous exprimons égaleinent notre reconnaissance à MM. Valadares et G. Mano
qui nous ont aidé au cours de ce travail .
(1). Lord RUTHERFORD, e[ Froc. Roy. ~S’oc., vol. 139, p. 617. G. H.
Proc. Soc, vol. 139 (19:i3), p. 638.
’
