Expériences sur l'engagement d'atomes dans un faisceau magnéto-cathodique ou cathodique

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Expériences sur l’engagement d’atomes dans un faisceau magnéto-cathodique ou cathodique

E. Henriot, O. Goche, F. Dony-Hénault

To cite this version:

E. Henriot, O. Goche, F. Dony-Hénault. Expériences sur l’engagement d’atomes dans un fais-

ceau magnéto-cathodique ou cathodique. J. Phys. Radium, 1931, 2 (1), pp.1-11. �10.1051/jphys-

rad:01931002010100�. �jpa-00233047�

LE JOURNAL DE PHYSIQUE

ET

LE RADIUM

EXPÉRIENCES SUR L’ENGAGEMENT D’ATOMES

DANS UN FAISCEAU MAGNÉTO-CATHODIQUE ^OU CATHODIQUE

par E. HENRIOT, O. GOCHE et Mlle F. DONY-HÉNAULT.

(Université ^de Bruxelles).

Sommaire. 2014 Des atomes de substances diverses (W, C, Pt, Na, S) peuvent ^être engagés ^dans

^faisceau magnéto-cathodique

cathodique. ^{Une fois} engagés, ^ils

semblent solidaires du flux d’électrons dans

déformations par des champs électriques

et magnétiques. ^Ils peuvent ^être dégagés du faisceau électronique

points ^{de forte}

courbure de celui-ci.

SÉRIE VII.

TOMME II. JANV[ER 1931. N8 1.

Ces recherches viennent à la suite d’expériences ^faites, il y ^a quelques années, par ^l’un de nous,, ^sur les rayons magnéto-cathodiques à faible vitesse (i ). ^{Dans ces} expériences ^anté- rieures, les électrons utilisés étaient émis dans le vide par ^un filament de tungstène ^et

étudiés dans un champ magnétique ^de quelques milliers de gauss. Ils étaient habituellement accélérés par ^une tension comprise ^entre 15 et ~ 000 volts. Ils se comportent ^{sous l’actÈom}

d’un champ électrique transversal comme le prévoit la théorie de Fortin (2). ^En oubre, lorsque l’on fait varier le champ magnétique depuis ^une valeur nulle jusqu’à ^{sa valeur} maxima, ^{le faisceau} primitivement cathodique ^se transforme progressivement ^{en faisceau} magnéto-cathodique ^sans qu’aucune discontinuité d’aspect ^se manifeste, ^{comme c’est le cas} lorsque l’expérience est faite dans des tubes à gaz. Il y ^a donc continuité de propriétés

entre les rayons cathodiques ^et les rayons magnéto-cathodiques lorsqu’on élimine l’action

parasite ^d’une atmosphère gazeuse. Ces _rayons magnéto-cathodiques produits par ^un fila- ment forment une nappe cylindrique ^{dont les} génératrices ^sont parallèles ^au champ magné- tique et dont la directrice est le filament. On peut ^{en isoler un} faisceau filiforme en le faisant tomber sur une fente fine disposée ^{à 90° du filament.}

Ces faisceaux ont une extrême finesse : on peut observer leur marche par l’impact

lumineux qu’ils produisent ^{sur un} écran à sulfure de zinc. Dans le vide ordinaire d’une pompe à diffusion leur trajectoire ^est rendue visible par ^une trace lumineuse bleue due à un

gaz résiduel. Si ^on refroidit dans l’air liquide ^{ou dans un} mélange d’anhydrique carbonique

et d’acétone une partie ^{de la} canalisation, ^{on fait} disparaître ^{cette trace} bleue : elle est donc probablement produite par le choc du faisceau ^sur des éléments qui ^sont condensables dans ces conditions. Les trajectoires ^se sont montrées indépendantes ^{de la} présence ^{de ce}

résidu gazeux ^ou de son absence.

Lorsqu’un tel faisceau magnéto-cathodique ^{tombe sur une} paroi ^{de verre,} par exemple,

il y produit ^une cathode secondaire et l’émission d’un faisceau cathodique de retour : les apparences complexes qui ^{en résultent sont} complètement explicables par le passage de ^ce faisceau ^{de retour dans le} champ électrique qui entoure le filament (3).

(1) E. HENRIOT et R. Moins. C. R.lAc. Sc., Belgique (1927), p. 328-333.

(2) CH. FORTIN. C. R., ^{t. i38} (1904), p. 1~94.

(3) Cf. E. HENRIOT et R. MOENS, ^{loc. cit.}

LE JOURNAL DE

PHYSIQUE

RADIUM. --- SBRiE YII.

Il.

N* 1 .

JANVIER i931. i.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01931002010100

2

En outre, une ; telle paroi ^{due verre est} rapidement percée ^{d’un trou très} fin. Cette action très corrosive des rayons magnéto-cathodiques pourrait peut-être être utilisée pour percer les matières dures telles que ^le diamant et le rubis que l’on utilise parfois pour faire des filières à tréfiler. Il est vraisemblable que le faisceau agit ^un peu à la manière d’un chalumeau à découper par élévation de température et arrachement de matière entraînée par le faisceau de retour. En insistant suffisamment ^{avec un} faisceau intense, ^{nous avons} percé ^une paroi d’aluminium; mais alors l’effet parait purement thermique.

Il est certain que, ^{dans un faisceau} filiforme, ^la densité des électrons doit être extrê- mement grande étant donné les faibles vitesses. Un tel faisceau filiforme peut transporter plusieurs milliampères, ^la section du faisceau n’étant plus qu’une ^fraction de millimètre carré 1

de mm2 tout au lus .

carré - ^{de mm’ tout au} plus

Lorsqu’un ^{tel faisceau filiforme} pénètre ^{dans un} champ électrique de même direction que le champ accélérateur mais de sens inverse, c’est-à-dire antagoniste pour les électrons,

il s’arrête en un point ^{de son} parcours, puis rétrograde ^{suivant sa} [propre direction. La densité en électrons au point ^de rétrogradation doit être plus grande que partout ailleurs, puisque la vitesseF y est nulle, ^{et se} prêter ainsi à des expériences ^sur les électrons libres qui ^{ne géraient} réalisables par ^aucun [autre procédé. ^Des expériences ^{sont en cours}

pour l’utilisation de cette grande densité d’électrons au point ^de rétrogradation.

I.

RENGAGEMENT 1)’ATONES DANS UN FAISCEAU MAGNÉTO-CATHODIQUE.

La possibilité d’engager des atomes dans un faisceau magnéto-cathodique est apparue fortuitement à l’un de nous au cours d’une expérience disposée ^comme l’indique ^{le schéma}

de la figure i. Un filament F de tungstène placé ^{dans une anode} cylindrique ^A p,roduit ^une

nappe mince dé _rayons magnéto -cathodiques qui

vient tomber sur un écran E ^en traversant une

large ^fente pratiquée ^{dans l’anode. Le} champ ^élec- trique est nul entre A et E. Au cours d’une expé-

rience où le filament avait été assez poussé pour provoquer ^une vaporisation rapide ^{de ce} filament,

il s’est formé sur l’écran E une ligne ^{brun foncé}

très fine, projection cylindrique du filament sur E effectuée parallèlement ^au champ magnétique ^H,

La première ^idée qui ^{nous vint à} l’esprit ^était Fig. ^L que le métal de l’écran E avait été mécaniquement

.

corrodé par l’impact ^{des électrons} (dont ^le pouvoir

corrosif sur le verre avait été constaté) ^{et que cette corrosion} superficielle ^{donnait au métal} l’aspect noir des métaux pulvérisés. ^Mais ayant ^{fait le même} dépôt ^sur différents écrans

métalliques ^{et sur le verre} (avant que ^la corrosion soit sensible), ^{le fait} que ^ce dépôt ^avait

dans chaque ^cas le même éclat (rappelant l’aspect ^du tungstène) ^{nous a donné une} première

indication qu’il s’agissait ^d’atomes (ou d’ions) ^de tungstène engagés ^{dans le faisceau} magnéto-cathodique. ^{Nous avons été} confirmés dans cette manière de voir : le dépôt (effectué ^{avec d’autres} substances) possède ^les propriétés caractéristiques essentielles, chimiques notamment, de la substance que l’on ^a vaporisée pour l’engager dans le faisceau.

Technique ^utilisée.

^{Au cours des} expériences que ^{nous avons} faites pour trouver les caractères généraux ^{de ce} phénomène, ^{nous avons} utilisé deux techniques pour engager des atomes dans un faisceau magnéto-cathodique (ou simplement cathodique ^{comme naus}

lé errons

^{plus loin).}

a) I1n filament F (voir figure 2) ^de tungstène ^{ou de} platine horizontal donne, ^{dans un} champ magnétique H, ^une nappe magnéto-cathodique plane, cette dernière rencontre une

anode A dans laquelle ^{on a} pratiqué ^une fente verticale fine _p. A droite de la fente/le ^fais-

ceau magnéto-cathodique ^{est filiforme et} pénètre ^dans l’intervalle des deux plaques AE, ^où

PLANCHE I.

1. Dépôts ponctuels.

Pt C

S ’,,"0

2. Dépôt ponctuel ^{de ~a.}

3. Projections de filaments.

1Vo C Pt L

4. 1)épût de 1a entraîné par

faisceau cathodique.

’i. Dépôt

ponctuel ^d’atomes de ,y 0 dégagés

d’un faisceau magnéto-c3thodique.

3 le champ électrique ^est nul. Le filament F est chauifé insuffisamment _pour produire ^un dépôt ^de tungstène ^{ou de} platine (à l’inverse de ce qui ^se passait ^dans l’expérience précé- dente). ^Un petit ^four électrique B formé par ^un cylindre ^{de cuivre et} pouvant ^{être chauffé}

par quelques spires de nichrome contient un peu de la substance à vaporiser : ^{sodium, soufre, etc.}

Lorsque ^{le four B est} froid, ^aucun dépôt ^ne marque la trace du faisceau magnéto-cathodique.

Au contraire, dès que les spires chauffantes ont amené le four à une température suffisante, ^{on voit}

instantanément un dépôt ponctuel de matière se

produire ^{en a} (quoique ^{aucun atome ne} puisse ^se

rendre directement du sodium chauffé au point a).

L’électroaimant qui produit ^le champ ^H peut

tourner autour d’un axe vertical, ^{et on} peut ^donner

à ce champ différentes orientations dans un plan horizontal, ^on peut ^ainsi placer ^des points ^a, a’, z

de la même substance sur le même écran.

Si on a effectué un dépôt ^de sodium, ^{une rentrée}

d’air le transforme en un dépôt ^{blanc de} soude; ^un dépôt de soufre reste inaltéré par ^une rentrée d’air.

0

Dans le cas du sodium, ^si l’évaporation ^{est assez ra-}

pide ^et le courant électronique ^assez intense, ^{on voit Fig. :.}

le faisceau magnéto-cathodique ^{se colorer en} jaune.

b) ^S’il s’agit d’une substance peu volatile (tungstène, carbone, platine), ^on peut ^utiliser

un montage analogue ^{à celui de la} figures ^{mais en} supprimant ^le four B. Il faut alors pousser le filament à une température telle que ^sa vaporisation devienne notable.

Les circonstances sont alors les mêmes que dans l’expérience ^{de la} figure 1 ; ^{on obtient}

un dépôt ponctuel de la substance si on utilise ^une fente verticale et fine; ^{avec une fente}

horizontale et assez large pour laisser passer toute la nappe magnéto-cathodique, ^{on a un} dépôt de matière qui ^{est la} projection cylindrique ^{du filament.}

La planche ^{1, n°S i, 2 et 3,} contient la reproduction photographique ^des dépôts

,

obtenus (projection complète ^du filament).

La figure 3 donne le schéma du montage. ^{Les diffé-}

rentes parties (filament, ^anode, etc.) sont montées sur une plaque ^d’ébonite qui porte ^d’autre part ^{une rainure}

circulaire permettant ^{de la} mastiquer ^{à la} picéine ^à

l’extrémité d’un tube de verre large. ^Il peut ^{être utile,}

pour éviter le ramollissement du masticage ^{de la} tige qui.

porte l’anticathode, d’injecter à l’intérieur de celle-ci un

courant d’eau.

Le dispositif ^décrit permet ^de multiplier ^les expé- riences ; ^{il se} prête, ^{en effet,} à des modifications et à des

remplacements rapides ^des différents éléments du mon-

tage. ^{Il est} prudent ^de placer ^{en série avec} la batterie de tension une résistance suffisante pour éviter la formation d’un régime d’arc pour les grandes intensités électro-

niques.

Fig. ^3. Explication ^{de ces} phénomènes. - L’expli-

cation nous a d’abord paru évidente : prenons le ^cas des atomes de sodium (technique a) :

L’évaporation.du sodium donne naissance à des atomes neutres qui, ^{aux basses} pres- sions utilisées, ^se rendent directement sur les parois ^sans choc moléculaire. Les atomes.

qui rencontrent le flux magnéto-cathodique d’électrons dont l’énergie de lancement est de

4

plusieurs centaines de volts (200 ^à 500 V par exemple) et dont la densité est considérable,

sont ionisés ^{et comme} le champ électrique extérieur 1~ est nul, ils vont s’enrouler en hélice

sur un tube de force magnétique ^dont le rayon ^sera

n étant le nombre de fois que l’atome est ionisé, ^{~ étant la masse de} l’atome, VI ^sa composante transversale de vitesse. Le rayon de l’hélice parcourue par ^un électron sera

m et v, étant la ^masse d’un électron et sa composante transversale de vitesse. Si la vitesse de lancement des atomes de sodium au moment de l’évaporation ^était nulle, ^la seule composante transversale acquise serait celle due au choc, mais la conservation

d’impulsion eaige que et par suite

n pouvant ^être supérieur ^{à 1.}

.

PLANCHE II.

Montage de l’ensemble de l’expérience.

En réalité, ^{la vitesse} de lancement n’est pas nulle à l’évaporation, ^{mais on} peut ^évaluer

sa valeur moyenne ^comme inférieure à la valeur de la vitesse moyenne d’agitation ^ther- mique ^{à la} température d’évaporation, Le rayon maximum ue l’hélice _que produirait ^cette

seule vitesse serait

Pour le sodium, supposé évaporé ^{à 200° et dans un} champ due 2 000 gauss, le rayon calculé n’excède pas 0,75 ^{mm. Encore} s’agit-il d’une limite supérieure. ^{On aura donc un}

faisceau magnéto-ionique ^{filiforme et} suivant exactement la ligne ^{de force} magnétique.

Nous verrons plus loin que cette explication qui parait ^{suffire à} expliquer les phénomènes

5 décrits jusqu’ici ^n’est cependant pas suffisante pour ^en expliquer ^{d’autres. Une autre cause}

doit intervenir pour entrainer les ^atomes dans la direction du flux d’électrons. Nous verrons

notamment que l’engagement des atomes peut ^se faire dans un faisceau simplement ^catho- dique ^{de la} même manière que dans ^un faisceau magnéto-cathodique, ^{et alors} l’explication précédente ^{ne suffit} plus.

Dans le cas de la technique b, les atomes sont émis par le filament dans ^une région comprise ^{entre F et A on le} champ électrique n’est pas nul. Les ^atomes qui ^{seront ionisés}

dans cette région, ^étant accélérés par la différence de potentiel, pourront décrire des cercles d’assez grand rayon ^et donner (ce qu’on observe) ^un dépôt ^{assez confus sur la face} gauche

de A, ^mais qui, ^dans l’ensemble, ^est dirigé dans la direction du champ magnétique. ^Un petit ^{nombre de ces atomes} peut pénétrer ^{dans la} région ^de champ ^{nul et donner une très} légère ^auréole ayant quelques millimètres de rayon. Un certain nombre d’atomes peuvent pénétrer ^{dans la} région ^de champ ^{nul avant d’être} ionisés; ^mais puisqu’ils ^{doivent rencon-}

trer le faisceau magnéto-cathodique pour être ionisés, ^leur composante transversale de vitesse doit être très petite et ils donnent l’enroulement filiforme qui produit ^{une trace} ponctuelle. ^La quantité ^{de matière} déposée ^{sur cette} trace doit dépendre ^{du nombre}

d’atomes ionisés et ce nombre doit être lui-même proportionnel ^{au nombre} d’atomes et au

nombre d’électrons ionisants ou encore proportionnel ^au produit ^{due la vitesse} d’évapora-

tion atomique par la vitesse d’évaporation électronique. ^{Cette méthode ne} peut donc réussir que si le produit ^{de ces} deux vitesses est suffisant avant la destruction du filament. Elle n’est _pas applicable ^{au fer} qui, ^{à sa} température ^de fusion, possède ^{une vitesse} d’évapo-

ration atomique notable, ^{mais une} faible vitesse d’évaporation électronique.

Déplacement du faisceau magnéto-ionique par ^un champ électrique ^trans-

versal. - Fortin (’ ) ^a expliqué ^ce qui ^se passe quand ^{un faisceau} magnéto-cathodique ^se

propage dans ^un champ électrique transversal et son explication ^est valable pour ^un fais-

ceau magnéto-ionique. Pour réaliser l’expérience, nous avons produit par ^une des méthodes décrites ci-dessus un faisceau magnéto-ionique superposé ^{au faisceau} magnéto-cathodique

et nous les avons fait passer dans ^un champ électrique, transversal h (fig. 4). ^Deux plaques

verticales P et P’ produisent ^un champ électrique horizontal h à angle droit du faisceau.

Dans ces conditions, ^{dès son} entrée dans l’intervalle

compris ^{entre P et} P’ le faisceau magnéto-cathodique

doit se réfracter et faire avec la direction initiale un

angle 1> tel que

où v, ^{est la} composante longitudinale de vitesse. A la sortie du champ, ^le faisceau doit reprendre ^sa

direction première parallèle ^{à H. C’est eftective-}

ment ce que montre l’expérience. Pour des rayons

magnéto-ioniques, ^on doit s’attendre à une dévia- tion

Comme il n’y ^{a aucune} raison de penser que la

vitesse longitudinale ^{soit la} même pour ^un ion et pour ^un électron et qu’il ^{est à} présumer

que l’on doit avoir

nous nous attendions à voir une séparation du faisceau magnétc-cathodique et du faisceau

(1) ^Ch. FOUTIN, loc. rit.

6

magnéto-ionique, ^ce dernier devant être beaucoup moins réfracté. Il n’en a rien été; ^le dépôt de matière a continué à se former au même point que celui où arrivent les rayons

cathodiques. Dans cette expérience, la ^{valeur du} champ électrique transversal était réglée pour que le déplacement ^latéral du faisceau soit de l’ordre de 1 cm. - Ce résultat pouvait s’interpréter ^de plusieurs ^{manières :}

i. La composante Vl serait effectivement égale ^{à la} composante v~ à la suite de chocs

répétés ^avec des électrons. Nous avons écarté cette hypothèse qui ^ne permet pas d’expli-

quer ^d’autres faits dont nous parlerons plus ^loin.

2. L’explication ^du dépôt ponctuel ^de matière par la formation de rayons magnéto- ioniques ^{ne serait} pas exacte. Il se pourrait qu’à ^{aucun moment} la vapeur n’ait accompagné

le faisceau d’électrons en prenant ^{la forme} magnéto-ionique ^{et que} cependant après ^avoir

été émise par le corps volatil dans toutes les directions ^et avoir effectué sur les parois ^des

chocs élastiques, ^{elle se} dépose ^de préférence ^au point d’impact’ des électrons en y effec- tuant un choc mou. La formation _{de rayons} magnéto-ioniques serait donc une apparence.

Lorsqu’on ^{condense lentement de} la vapeur d’iode, par exemple, ^{elle se} condense de pré-

férence en des points frappés par la lumière. Il ^se pourrait, quoique cela soit bien impro- bable, que l’impact ^{des électrons eût une action} analogue ^{sur les} vapeurs utilisées. Nous

avons dû également ^{renoncer à cette} hypothèse : ^{nous avons} pu ^en effet provoquer le dépôt

de matière en supprimant (par unerétrogadation ^{du faisceau} magnéto-cathodique que ^nous décrirons plus loin) l’impact ^des rayons cathodiques ^à l’endroit où se forme le dépôt.

Passage progressif du faisceau d’électrons de l’état magnéto-cathodique à

l’état cathodique. Influence de ce passage ^sur le faisceau d’ions.

Prenons le cas

d’un filament F et d’une fente p ^{croisés donnant un faisceau} magnéto-cathodique ^filiforme

et une trace ponctuelle ^{sur l’écran E} lorsque ^le champ magnétique ^est supérieur ^{à 1000}

gauss.

Lorsqu’on fait diminuer le champ jusqu’à 0, la section du faisceau d’électrons _par un

écran à sulfure de zinc prend les formes indiquées ^{sur la} figure ^5. Les différentes formes

correspondent à des valeurs du champ qui ^sont fortes pour (1), moyennes pour (2), ^faibles

Fig. ^5. Fig. ^6.

pour (3), nulles pour (4). ^{Si ce} faisceau est chargé ^d’atomes, l’expérience montre que le

dépôt ^{de matière se} fait suivant une ligne qui correspond ^à l’impact ^{des électrons.}

Le cas ( ~) réalise le phénomène ^de l’engagement ^{d’atomes dans un faisceau} cathodique

ordinaire (voir fig. 6).

Le n° 5 de la planche ¹ représente ^un dépôt ^{de sodium} engagé ^{dans un faisceau} cathodique (H =- 0). Dans cette expérience, la fente était horizontale ^{et le} filament vertical

(voir fig. 6). ^Cette expérience ^{manifeste la} possibilité d’engager ^{des atomes} de vapeur dans

un faisceau cathodique aussi bien que dans ^un faisceau magnéto-cathodique. Ici, ^les expli-

7

cations, données précédemment, ^de l’engagement d’ions dans le faisceau magnéto-catho- dique disp~raissent, Il faut réellement admettre que lorsqu’un ^{ion sodium} est formé par le chocs avec un électron, quelque ^chose (qui ^ne peut plus ^{~tre le} champ magnétique) ^{le ma- in,}

tient dans la direction du faisceau cathodique. ^{Peut-être est,.ce une action} électrostatique

exercée par le faisceau cathodique ^sur les ions. Notons qu’en effectuant cette’expérience ^de

passage de l’état (1) ^{à l’état} (4), ^nous espérions séparer ^{les ions et les} électrons, mais que

nous n’avons pu obtenir cette séparation.

Déviation électrostatique ^{d’un faisceau} cathodique chargé d’atomes. -

L’appareil ^{ne devant} plus comporter d’électroaimant, ^{nous avons} pu effectuer cette dévia- tion dans un tube plus long (10 cm). Une nappe cathodique horizontale passe entre deux

plateaux ^{P et P’} (fig. 7) ^entre lesquels ^on peut ^{établir un} champ ^{h. Elle rencontre un écran}

E dont une moitié a été recouverte de sulfure de zinc.

En l’absence de champ, ^{le faisceau} d’électrons donne

une trace rectiligne a phosphorescente ^{sur une moitié}

de l’écran E. Si on charge ^{le faisceau} d’atomes, ^le dépôt ^se fait suivant a et a’, prolongement ^{de a. Si on}

dévie le faisceau cathodique ^de façon ^à l’amener en b .et si, ensuite, ^{on le} charge ^{d’atomes, le} dépôt ^matériel

se fait suivant b et b’, prolongement ^{de 6. On s’atten-}

drait évidemment dans ce cas à voir les ions se séparer

des électrons puisque ^les déviations pour les ions ^et pour les électrons doivent être dans le même rapport

1

^{ne e} ,que les quantité zÀl, ^et mv 1

Il faut donc qu’il y ait entre le faisceau d’atomes .et le faisceau d’électrons une solidarité (peut-être ^de

nature électrostatique) suffisamment puissante pour

s’opposer à l’action séparatrice ^du champ électrosta- Fin. ^1.

tique.

Une expérience ^de déviation, produite par ^un champ magnétique ^faible transversal, conduit aussi à une non-séparation ^des faisceaux.

II.

DÉGAGEMENT ^{DES ATOMES} ENGAGÉ8 DANS UN FAISCEAU ~iAG~~’f0°CA~’HA~~Qt~~ OU CATHODIQUE.

Les expériences précédentes semblaient indiquer ^{chez les atomes} engagés ^{dans un flux}

d électrons une solidarité étroite avec celui-ci et telle qu’elle ^leur permet ^{de résister aux} essais de séparation par des champs électromagnétiques extérieurs. Nous ^avons _pu cepe~a* , dant effectuer cette séparation, c’est-à-dire le dégagement ^d’atomes primitivement engagés

dans le ^flux d’électrons, ^en réalisant des courbures très accentuées du faisceau autour d’axes de courbure transversaux à sa direction.

i. Rétrogradation dus faisceau magvéio-cathodiqae chargé d’atomes. -

Supposons qu’ayant ^{réalisé un faisceau} d’électrons magnéto-cathodiqnes filiforme, ^nous le fassions pénétrer dans un espace où le champ électrique ^{est non} pas nul ^comme dans les

.expériences ^{décrites plus haut mais} antagoniste pour les électrons. Prenons par exemple

le cas d’électrons lancés préalablement par 500 volts et introduisons ^entre P et P’ (fig. 8)

un champ antagoniste de 700 volts. La vitesse des électrons diminue (ainsi que le rayon ^de

leurs hélices) jusqu’au moment où cette vitesse est nulle. A partir ^{de ce moment,} ils rétro-

gradent ^{en revenant sur} leurs pas. Ils ^ne dépassent pas ^un certain point M où la densité

électronique doit être très grande. ^{En ce} point M, la courbure du faisceau est, ^{si l’on} peut dire, infinie. Cette rétrogradation peut être rendue visible si l’on ^a laissé dans l’appareil

un résidu gazeux suffisant pour que la trace bleue soit perceptible, ^on voit cette trace

8

s’arrêter entre les deux plateaux. La cessation de la lumière doit se produire ^à gauche ^du point ^{M de} rétrogradation ^{véritable car} les électrons cessent d’illuminer le gaz dès que leur vitesse devient trop petite. ^{Si l’on a} chargé le faisceau d’atomes, ^{ceux-ci se} dégagent ^et

viennent donner un dépôt ^{sur le} plateau P’. Dans cette expérience, ^le jet ^d’atomes échappé

Fig.[8.

du faisceau magnéto-cathodique ^{donne le} plusl ^{souvent un} dépôt ponctuel (Wo, Na). ^Les phénomènes dépendent cependant de la valeur du potentiel accélérateur et du ’potentiel

antagoniste.

Dans une expérience ^{faite avec du} tungstène ^{avec 500 et 700 volts} respectivement, pour

ces deux’potentiels, leidépôt ^{de matière} s’est fait sous forme d’un cercle bien délimité dont

le diamètre ^est à peu près 2 mm; c’est-à-dire que la trace n’était plus ponctuelle. (V, ^{n° 2,}

de la planche 1.) ^Ceci peut (s’expliquer (par ^{le fait} que, l’expérience étant réalisée dans’un champ accélérateur pour les ions positifs, ceux-ci ont pu prendre ^une vitesse notable sous

l’action de ce champ. Cette vitesse a pu prendre ^une composante transversale notable à la sortie du faisceau magnéto-cathodique, ^{dans le} choc contre le point ^de rétrogradation, ^{et le}

rayon de l’hélice décrite par ^{ces ions} peut ^être notable. La valeur du rayon décrit par ^un ion de tungstène lancé par ^une différence de potentiel ^de 100 volts est en effet de 3 cm au plus

dans un champ magnétique ^{de ~. 000} gauss. Il ^ne s’agit que d’une valeur maxima réalisée

.

si toute la vitesse de l’ion était transversale, ^or elle est presque totalement longitudinale.

Un galvanomètre ^{intercalé entre le filament et P’} manifeste l’existence d’un courant

correspondant ^au passage de charges positives ^{circulant dans le sens du} champ (i

^6.f0-6 A.) Les atomes dégagés ^du faisceau sont donc bien à l’état d’ions positifs.

2. Rétrogradation d’un faisceau cathodique chargé d’atomes. - Si l’on fait la même expérience ^{avec un faisceau} cathodique, ^il n’y ^a plus de chances qu’on ^{obtienne une} rétrogradation ^{du faisceau sur} lui-même ; celui-ci n’étant plus astreint à suivre la ligne ^de

force magnétique qu’il occupe. On réalise, ^en général, ^une trajectoire parabolique ^{dont la}

courbure est grande ^{au sommet.} L’expérience (Wo) montre que les atomes sont alors

dégagés et donnent leur trace ^{en a} (fig. 9), les électrons aboutissent en b où leur arrivée

peut être rendue sensible par phosphorescence. ^{Dans ces} expériences, ^le dégagement ^est-il

dû au fait que la courbure du faisceau ^est grande ^{ou au} fait que la vitesse des électrons est nulle au point ^{de forte courbure? Nous} n’avons pu décider de ^ce point. ^Des expériences ^en

cours semblent montrer que le dégagement~peut s’effectuer encore dans d’autres conditions,

mais elles nécessitent encore quelques;contrôles.

Solidarité entre un faisceau d’électrons et les ions qui y ^sont engagés. - ^Cers

expériences ^semblent indiquer qu’il ^{existe une} solidarité inattendue entre le faisceau d’élec-

9 trons et les atomes plus ^ou moins ionisés qui y sont engagés. ^De quelle ^{nature est-elle?}

Avec des courants électroniques qui ^sont de l’ordre de un milliampère par mm" et ^une

vitesse v, produite par quelques centaines de volts, ^on peut ^se proposer, connaissant leur

vitesse, ^de calculer la densité d’électrons par unité de longueur, ^et de voir si l’attraction.

,

Fig. 9.

électrostatique ^{exercée sur un ion} placé dans le faisceau ou à son voisinage ^{immédiat est.}

suffisante _{pour le} rappeler constamment au voisinage ^{du faisceau en} surmontant l’action d’un champ ^extérieur.

En fait une telle action électrostatique hi paraît suffisante, ^comme le montre un calcul

simple (t), pour contrebalancer l’action exercée ^sur l’électron par le champ extérieur h.

Mais supposant même que h1j ~ ^h, ,c’est-à-dire que l’arrachement soit impossible, ^{il faut}

encore compter ^{avec la} grandeur ^{de la masse} des atomes qui ^sont 40 à ~~0 000 fois plus

lourds que les électrons et qui ^vont exercer sur le faisceau commun des effets d’inertie.

Pour préciser par ^un ~exemple, supposons ^un électron dévié par ^un champ électrique

transversal et décrivant une trajectoire parabolique ^{de faible} courbure p.

En chaque point

iJ=1 ^En intégrant ^{sur la} longueur l des deux plateaux produisant ^le champ Il, ^{on trouve} qu’à ^la sortieidesfdeux plateaux /le ^{faisceau sera dévié de}

Supposons maintenant le faisceau’chargé ~d’atomes ^{dans la} proportion ^{de i atome}

pour p électrons, par unité de volume, La réaction transversale d’inertie de l’atome est

MV2, échangée avec p électrons, ^elle communiquera à chacun d’eux une force transversale.

p1 ,

P’.étant la?courbure ^du faisceau:commun.

111’ (1) M. Bauer, à la suite de la communication de

résultats,

bien voulu faire

calcul détaillé de

cette action, il est d’accord

la possibilité ^de réaliser

^{moyen du} faisceau d’électrons

action électrostatique suffisante.

’

10

L’équation du mouvement sera alors, pour ^un électron.

où

En intégrant, ^{on a}

Le rapport expérimental

est pratiquement égal ^{à l’unité. Ce serait} une errenr de croire que le rapport

puisse être considéré égal ^à l’unité, c’est-à-dire que l’on ait

en vertu de la conservation de 1 énergies, (celle-ci s’exprime d’une autre manière, ^{elle fait} intervenir non pas ^le nombrez d’électrons par unité de volume, mais le nombre d’électrons

qui passent par seconde ^dans le faisceau).

z

L’interprétation ^la plus probable ^{du fait} que le rapport ^égale l’unité consiste en ceci:

i y

on doit avoir pratiquement

D’autre part, ^{on doit avoir}

Comme V est certainement au plus égal à v, ^{on sera sûr} que cette condition sera satis- faite quand p ^sera grand vis-à-vis du rapports. m ^{Mais, en général, cette} restriction sera

171

’

inutile. Regardons, par exemple, ^ce qui ^se passe si l’atome appris ^sa vitesse à la suite d’un choc mou avec un électron, c’est-à-dire si

J1V == mv;

il suffira alors que p ) >Il ^{Î ; or, celte condition sera} satisfaite si p >> ’/ ^1.

Conclusion. - Ces expériences ^montrent la’possibilité d’engager ^{dans un faisceau}

magnéto-cathodique ^ou cathodique des atomes de nature diverse. Ces atomes manifestent

alors une solidarité étroite arec le faisceau d’électrons où ils sont engagés, ^ce qui ^leur

permet d’accompagner ^ce faisceau dans la plupart ^{de ses} déformations. Il nous a paru utile

de signaler l’existence de ces phénomènes ^{sans toutefois en avoir une} explication définitive.

11

Ces expériences ^{nous semblent en effet en} suggérer de nouvelles. Il serait intéressant

notamment, de voir le comportement ^{de ces atomes} engagés ^{dans un} flux d’électrons lors-

qu’on fait réfléchir ce dernier sur une surface cristalline comme lorsqu’on ^{étudié la réflexion}

des ondes de de Broglie. ^{Dans nos} expériences, nous avons utilisé des vapeurs de corps solides susceptibles de laisser une trace matérielle persistante ^{sur un} écran : il faudrait

probablement, ^{dans une} expérience de réflexion cristalline, utiliser des atomes d’une subs- tance gazeuse difficilement condensable ^et l’observation serait peut-être beaucoup plus

difficile.

Notons également que la très grande densité d’électrons libres réalisée au point ^de rétrogradation ^{d’un faisceau} magnéto-cathodique ^nous paraît ^autoriser l’espoir que l’on

puisse étudier l’action de ces électrons, ^{sur la} lumière notamment. Nous avons entrepris quelques essais dans ce sens.

Ce travail a été effectué au Laboratoire de Physique ^{de la} Faculté des Sciences de l’Université de Bruxelles. Le Fonds National belge de la recherche scientifique ^{a bien voulu}

en subsidier la réalisation, ^{Nous lui en} exprimons ^notre reconnaissance.

Manuscrit reçu le 17 Novembre 1930.