Émission secondaire de métaux purs

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Émission secondaire de métaux purs

R. Warnecke

To cite this version:

ÉMISSION

SECONDAIRE DE

MÉTAUX

PURS Par R. WARNECKE.

Laboratoire de Recherches du

_Département

_Lampes

de la Société

_Française

_{Radioélectrique.}

Sommaire. 2014 L’auteur donne les courbes d’émission secondaire _{caractéristiques} de différents métaux entre 0 et 1 500 volts. Il déduit de leur rapprochement quelques considérations sur le mécanisme _qui semble gouverner principalement le _phénomène.

Introduction. - Le

_grand

intérêt

_porté

au cours

de ces dernières années à l’étude du

_phénomène

d’émission

_{secondaire (z â 2°)}

est dû

_{principalement}

au

rôle

_quantitatif

très

_important

que cette émission est

susceptible

de

_jouer

_quand

des électrons relativement t lents viennent heurter des surfaces solides dans le vide. Lors du choc des électrons

incidents,

des élec-trons dits « secondaires »

_émergent

de la surface

bom-~ bardée ;

accélérés par des

champs

extérieurs

conve-nables,

ils donnent lieu à des courants

électroniques

qui

se

_superposent

aux courants

_{primaires ;}

quand

aucune différence de

_potentiel

n’est

_susceptible

de les

déplacer

vers un

_collecteur,

ils contribuent à la forma-tion d’une

_{charge d’espace}

devant l’électrode bombar-dée

_{(2~), qui}

_peut

troubler les

_{phénomènes primaires}

prévus

seuls. L’émission secondaire de la cible est un

facteur

_important

de la

_plupart

des

_phénomènes

pro-vuqnés

par le bombardement d’une surface conduc-trice ou isolante et bien souvent les

_propriétés

fonda. mentales des

_systèmes

_{électroniques}

réalisés sont des fonctions de cette émission secondaire. Knoll

_(2’)

vient tout récemment de

_souligner,

d’une

façon

très _nette, le rôle

_joué

_par ce

_phénomène

lors du bombardement

électronique

d’une électrode

isolée,

mais de nombreux

exemples

montrant l’influence de cette action

_peuvent

être trouvés dans des

_appareils

de

_technique

_courante;

l’un des

_plus

connus à cause de son

_importance

pra-tique,

est celui des

_lampes

_employées

en

radioélectri-cité. Dans _{les triodes par}

_exemple,

la

_{configuration}

géométrique

et les

_champs

_électriques

se

_prêtent

habi-tuellement très bien à

_{l’apparition}

du

_phénomène

(~3

à

28).

Celui-ci

_peut

_{y être du même ordre de} gran-deur que les

phénomènes primaires

et la théorie de

ces tubes doit en tenir

_compte,

d’autant

_{plus qu’il}

est,

la

_plupart

du

_temps,

_jugé

nuisible et indési-rable

_o.

L’extraction d’électrons par bombardement et le (*) Il est vrai que l’on vient de réussir récemment à éliminer l’action _gênante de rémission secondaire dans les triodes : l’au-teur _{(29) y est parvenu} d’une _façon satisfaisante dans certains

tubes spécialement étudiés.

pouvoir

de

_{multiplication électronique}

_(*)

_{entraîné par} le fait

_qu’un

électron incident est

_susceptible

de

don-ner naissance à

_plus

d’un élactron secondaire sont des

problèmes dignes

d’intérêt à de nombreux

_points

de vue, dont certains ont été

exposés

dans l’introduction d’une étude

_précédente

_(32~.

But du

présent

travail. - Les

présentes

expé-riences ont été

_entreprises,

_{pour obtenir dans des} condi-tions

_{expérimentales comparables,}

l’émission

secon-daire à incidence

_normale,

d’un certain nombre de métaux purs entre 0 et 1 500 V. Le

premier objectif

était de trouver des valeurs

_numériques

_précises

carac-téristiques

de la

surface ;

le second

_d’essayer

de déduire du

_{rapprochement}

des résultats

_quelques

éclaircisse-m-ents sur le mécanisme du

_phénomène.

L’auteur a

employé

ici,

pour d’autres corps, une méthode de tra-vail

_{dejà indiquée}

_{pour l’étude du Tantale}

_(32).

Appareils

utilisés. - 10 Différents métaux furent

étudiés dans le même

_appareil,

_{pour diminuer la durée} de la

_préparation

des

_expériences

_{obligatoirement}

im-portante.

Au cours d’essais

_préalables,

il ne fut

trouvé,

même dans les cas les

_{plus défavorables,}

aucune contamina-tion

_{réciproque appréciable}

des

cibles,

celles-ci étant suffi·amment

_éloignées

les unes des autres et

proté-gées

par des écrans convenablement

disposés.

io Etant donné que dans la

plupart

des

essais,

on ne

cherchait que l’allure

_générale

des courbes et non

leur

détail,

Jes

courants

_primaires

et secondaires furent mesurés directement et non par une méthode différen-tielle - l’ensemble des

_points

d’une courbe

_put

ainsi être relevé très

_rapidement,

ce

_qui

est _{nécessité par le} mode

_opératoire

le

_plus

souvent utilisé.

On estimait l’erreur maxima relative sur le

_rapport

~*) L’utilisation directe de ce _pouvoir « _{multiplicateur}

d’élec-trons o, qu’ont certaines surfaces bombardées dans des

condi-tions convenables, vient d’être _{proposée derniérement (30) (’)1)} pour la création d’amplificateurs spéciaux susceptibles de

pré-senter _{quelques avanlages} sur les amplifica I,eurs.ordinaires.

N2

à environ

0,2

pour 100 de sa

_{valeur pour 100 V, 0,5}

7v-l

1

à500VetdeO,iài

500V.

_L’appareil

_(fig.l1)

ne diffère

Fig. i. 1 ~

de celui

_qui

a été décrit

_{précédemment,}

_{que par le}

dispositif

de

_déplacement

des cibles

_qui

utilisait l’ac-tion d’une bobine extérieure sur les noyaux de fer

P,

~t

_P2.

Le

_système

_{de pompage} est

_analogue

à celui

déjà

décrit.

_{L’absorbant,}

contenu dans

_{l’appendice}

Z,

destiné à maintenir la

_pression

à une faible valeur

après

scellement,

est _{constitué par 6 gr de silice}

col

-loîdal»

_(*)

convenablement

_dégazée,

_{refroidie par l’air}

liquide.

La

_pression

obtenue,

en tin _{de pompage, le} 1ube étant à la

_température

ambiante et en l’absence

d’air

_liquide

autour de la

silice,

était environ

5 /

mm

_Hg.

Elle

_tombait,

en une heure

environ,

(*) La préparation dont nous nous sommes servis provenait

j 1Îu Laboratoire de la Compagnie Générale de Radiologie.

à 3 X mm

_Hg

_après

refroidissement de l’absorbant

et restait au

_voisinage

de cette valeur.

Un

_procédé

de mesure du vide très sensible est

indispensable

lors des traitements

_thermiques

des

cibles,

il était fourni par l’utilisation des électrodes

de l’appareil

de la

façon

suivante

_{(fig. 2) :}

le

iilamentf,

envoie un faisceau d’électrons sur la cible

S ;

le

collec-teur

C maintenu à un

_{potentiel négatif}

_par

_rapport

à S

recueille les ions

_positifs

formés sur le

_trajet

des élec-trons. Grâce à un

_étalonnage

_convenable,

le courant d’ionisation donne la

_pression

avec une sensibilité et

une

précision

_qui

ne sont _{pas atteintes} avec un

mano-mètre

_placé

à un autre endroit. On mesure la

pres-sion au cours des autres

_opérations

de

_dégazage

avec

une

_jauge

à ionisation ordinaire

_(triode

E. 4. S. F.

_R.)

étalonnée comme le

_dispositif

_précédent

au _{moyen d’un}

manomètre moléculaire

_{Leybolds-Gaëde.}

Préparation

des

_{expériences. -}

Avant

mon-tage,

les électrodes de

_molybdène

et de nickel sont

net-toyées

chimiquement

très

_{soigneusement}

pour enlever

toute

contamination

_{superficielle,}

elles subissent des traitements

_thermiques

_qui

_{éliminent les gaz} difficile-ment réabsorbables et réduisent les

_oxydes

superfi-ciels. Les cibles

_découpées

dans des feuilles minces

(épaisseur

entre 12 et

_{~0/ 100 mm)}

_{de métaux purs,} sont seulement lavées dans

_{un~ mélange}

éther-alcool pour les

dégraisser;

elles ne subissent avant

_montage

aucun traitement

_qui

_puisse

modifier leur structure ou

leur contamination intiales.

Méthode de

_{dégazage. -}

10 Ensemble de

_{l’ajJpareil}

et des électrodes. -

Chauffage

du tube entier

_(sauf

l’ap-pendice

contenant la

_silice,

celle-ci ne devant être

chauffée à

_plus

_{de 200® environ pour}

_garder

ses

prao-priétés absorbantes)

dans un four à

_500°C,

_puis

des

parties métalliques

par bombardement

électronique

à

partir

des cathodes ou _{par induction haute}

_fréquence

à

_température

_{aussi haute que}

_possible.

On a

_porté

une attention toute

_{particulière}

à la

_propreté

de toutes

les

_parties

solides de

_{l’appareil,}

leur

_dégazage

_poussé

étant nécessaire pour que les cibles

dégazées

ne se

recontaminent pas ensuite. Le pompage

complet

d’un

appareil

dure,

y

compris

le

chauffage

des

cibles,

plus

de 400 heures.

2° Ciblee. - Les cibles furent chauffées à aussi haute

température

et aussi

longtemps

que le

permettaient

leur

point

de fusion et leur vitesse

_{d’évaporation.}

On déter-mina le traitement nécessaire à

_chaque

_{cible par des}

mesures d’essai. On a admis comme suffisant un traite-ment dont

_{la prolongation}

ou

_{l’augmentation}

ne condui-sait

_plus

à des variations

_{appréciables}

de l’émission secondaire. La montée en

_température

était faite très

progressivement

en suivant d’une

_façon

continue la

pression

et en tenant

_compte

de la remarque suivante

qui

nous semble fondamentale :

_lorsque

l’on

_cbauffe,

notamment par bombardement

électronique,

un solide

dans le

vide,

les gaz occlus ou

_adsorbes,

ou bien

le

_système

de

_vidage,

_ou, au

contraire,

sont

_repris

par le corps et _{fixés par celui-ci d’une}

_{façon qui peut}

être

_beaucoup

_plus

_{solide que} ne l’était la liaison

initiale. Le

_pourcentage

de molécules définitivement éliminées est d’autant

_{plus grand}

_{que la}

_pression

exté-rieure à la surface de la cible

_{(c’est-à-dire}

maintenue dans

_{l’enceinte)}

est

_plus

faible et nous avons eu maintes fois l’occasion de vérifier

_{expérimentalement}

que la valeur de la

_pression

maintenue à

_température

donnée

règle

d’une

_façon

_primordiale

le

_degré

de

_dégazage

finalement obtenu

_{(*). Quelques}

_exemples

des valeurs obtenues pour les différents métaux sont _{donnés par} le tableau I.

TABLEAU 1.

1. La durée de montée était variable d’un échantillon à

l’autre mais souvent _longue devant celle du _palier lui-même. Les chiffres donnés ici ne constituent qu’un ordre de grandeur; J

au cours des essais ils furent parfois multipliés par un coeffi-cient compris entre 0,~ et 1,5.

2. Les _{températures} étaient déterminées, soit d’après les

températures de brillance mesurées au _pyromètre à disparition

de filament, soit indirectement au cours d’essais _préalables

avec des thermo-couples de précision.

3. En fin de _palier la _pression était de l’ordre du vide limite sauf f

pour les métaux réfractaires, ce qui était attribué au fait que

l’énergie de rayonnement des cibles échauffait considérable-ment les autres _{parties métalliques} et le verre de _l’ampoule.

30 Absorbant. - La silice colloïdale fut

dégazée

par

un

_chauffage

d’environ 200 h à

200,C;

pendant

le reste _{du pompage de}

_{l’appareil,}

elle était maintenue chaude

₍₁₀₀

à 180°C suivant les

_appareils)

de

_façon

à

ce

_qu’elle

ne

_puisse

_{absorber inutilement les gaz}

déga-gés.

Programme

des mesures. -

_a)

Pour

_chaque

cible,

des courbes furent relevées avant tout traite-ment

_{supplémentaire depuis}

le pompage : elles

carac-térisent l’état de surface

_créé,

d’une

_part,

_{par les}

trai-tements de

_dégazage

sur _{pompe, d’autre}

_part

_{par la}

contanîiîïation lente due aux _{gaz résiduels}

_pendant

l’in-tervalle de

_{temps qui sépare}

le moment de

_dégazage

sur _{pompe de}

_l’époque

de la mesure, La

_possibilité

de

reproduction

des courbes de cette

_catégorie

montre la stabilité de ces états.

(*) Ceci peut. d’ailleurs, se déduire de l’étude de la diffusion des gaz ou de celle de leur solubilité dans lEs métaux _(Sieverts

b)

Des courbes furent relevées

_après

des

_chauffages

à des

_{températures}

de

_plus

en

_plus

élevées

_jusqu’au

maximum

_compatible

avec le

_degré

de

_dégazage

des cibles et avec leur vitesse

_{d’évaporation ;}

ces

_cliauflages

n’ont pour but que d’éliminer les gaz

fixés depuis

le

dégazaqe

poussé

sur ils semblent t suffisants

ponr éliminer la contamination très

_{superficielle}

due

aux _gaz

_{résiduels, produite}

sous la

_pression

très basse maintenue _par l’absorbant. On a dunné l’ensemble du

réseau des courbes ainsi tracées pour

chaque

cible pour montrer

_{qu’elles différent peu malgré}

_{que 1 on ait} effec-tué des

_chauffages

à des

_{températures}

_{suffisantes pour} provoquer des inodiftealioiis

importants

si le métal n’était pas convenablement

dégazé

et _pour

_permettre,

de suivre facilement la relation entre les modifications entraînées par les

chauffages

et les _{évolutions gazeuses,} décelés par ionisation.

La

_plupart

des mesures furent fuites à la

_température

ambiante immédiatement

_après

le

_{chauffage précisé}

plus

loin,

on s’est assuré variation de

l~ ~

avec le

temps,

à

_partir

de la valeur trouvée la cible étant

chaude)

dans

_chaque

cas, que les surfaces n’avaient pas le

temps

de se recontaminer d’une

_façon

_importantes,

pendant

le relevé d’une courbe et c’est cette condition

qui

a déterminé la

_rapidité

avec

laquelle

on devait

opérer.

La

_figure

3 montre un

_exemple

de

l’approxima-tion

_qui

résulte de cette manière de faire. Le cas consi-déré est celui d’une cible de

_Tungstène

bombardée par-des électrons de 4 00 eV.

Fig 3.

Sur

_chaque

_graphique,

un tableau

chiffre,

soit la stabilité de l’état de surface dans un domaine de

tem-pérature,

soit la _{modification par}

_rapport

à un état antérieur par l’intermédiaire de la différence relative des ordonnées des courbes

_(*).

Cette différence est

prise

par

rapport

à la

_première

en date

_(numéro

d’ordre le

_{plus petit)}

et est

_positive

si l’ordonnée de cette pre-mière courbe est la

_plus

_grande.

Pour un certain

nombre de

métaux,

des courbes obtenues avec une

autre cible dans un

_appareil

différent sont données dans la

_{partie supérieure}

des

_{figures ;}

les courbes

nous

_paraissent

relatives à un meilleur état de

pro-(*) Les différences des ordonnées des courbes sont mesurées

sur le _graphique, quand elles deviennent de l’ordre de grandeur

des erreurs de mesure _possibles mentionnées auparavant, elles

perdent évidemment toute signification physique mais elles sont données néanmoins comme indication _comparative.

273

preté

que les courbes A dont le mode d’obtention n’est pas

explicité

pour

alléger

le texte.

Résultats obtenus. - Aluminium

_{(fig. 4).}

- La

courbe n° 1 a été relevée 2i h

_après

la fin du _pompage et avant tout traitement

_{supplémentaire.}

La courbe n°

_prise

_après

1 h

_1/2

de

_chauffage

à 440°C et 240 h

_après

1,

montre une très

_légère

_augmentation

de

~2

_{qui n’est}

_guère

influencée

_(courbes

128 et

₁₃₀₎

par la prolongation

et

_{l’augmentation}

du trai-tement : 1 h à 4UO°C et 2 h

_1/2

à

_{470"C ;}

ni par

l’augmentation

de la

température

à 570°C

pendant

1 h

_{1/2. laquelle}

conduit au tracé de

la courbe 1£6.

_Après

les mesures on a constaté

que la cible était formée de cristaux très gros et peu nombreux. L’allure de la courbe F donnée par Farnsworth

(8)

correspond

à celle du début de

146,

la courbe C est due à

Cope-land. Les échantillons étudiés étaient

_découpés

dans des feuilles de métal

raffiné,

gracieuse-ment fourni par le Service

Technique

de la Société « L’aluminium

français

».

Nickel

_(fig.

_5).

- La stabilité de l’état de

surface est _{caractérisée par} une variation

rela-tivement faible de n au cours du

_{temps :}

Les

courbes n()8 16 et 25 relevées à 20 h d’inter-valle diffèrent peu. Le

chauffage

à 1000°K

pendant

1 h

_1/2

n’est

_accompagné

d’aucun

signe

d’évolution gazeuse

importante

et la courbe 107 relevée immédiatement ne traduit

_{également qu’une}

faible variation de l’émission

secondaire,

il en est de

même

_{pour 2}

h de bombardement à 1 100°K

_(différence

107-111)

et 1 h de bombardement à 1 3000K. Les

Fig. 5.

ordonnées de la courbe n° 145 sont

_{superposables}

à moins de 1 pour 100

(entre

200 et 1 00

_V)

à celles de la courbe A 20 _{trouvée pour} une autre cible dans un

autre

_appareil,

_après

un traitement

_équivalent

au

_point

de vue

_dégazage.

L’examen

_{cristallographique}

(*)

révèle

pour les deux cibles une cristallisation normale

fine,

plus

fine pour B

(spectre

109,

p.

279,

pris

par

réflexion)

que pour A. La courbe P, due à

_Pétry

_(t)

est tout à fait voisine des courbes limites trouvées

ici,

le maximum très voisin est à la même

_place,

500 V environ. La courbe

₍₆₎

de R.RaO

₍₁₃₎

_pour le nickel

_{polycristallin}

est

_{différente, quoique}

le maximum

indiqué

soit.

~

Fig. 4.

presque le même et situé à la même

_place.

Celle

_(a),

relevée par ce même

_{expérimentateur}

à

_partir

d’un cristal

_unique

diffère

_{beaucoup plus,}

le maximum de l’ordre de

_0,75

seulement se trouvant vers 400 V.

Cuivre

_{(fig. 6).}

- Les relevés des courbes R et 9 sont distants de 40

_min,

9 et 14 de 22

_h,

néanmoins ces dernières diffèrent de moins. de 1 pour 100. Un

chauffage progressif

à

650°C,

maintenu

_pendant

_{1 h n’entraîne pas} une varia-tion de

_pression

visible,

il amène

_cependant

une

_augmentation

de l’émission secondaire de,

4,5

pour 100

(1

4DO

V).

Le

chauffage

à 7~O~C.

pendant

une

_demi-heure,

_puis

à 8~0°C

_pendant

15 min ne _{provoque pas} non

_plus

une libéra--tion de gaz mesurable et

_pourtant

détermine

une

_{petite augmentation}

de n : courbe n° 116. En

_résumé,

les

_chauffages

successifs

produi-sent une

_augmentation

de l’émission

secon-daire

_atteignant

_{7 pour 100 bien que,}

_pendant

leur

exécution,

la

_pression

_{n’ait pas varié dans} l’enceinte.

La courbe F est celle donnée par Farns-worth

_{(8) jusqu’à}

250

_V,

la courbe P celle do

Pétry (7).

(*) L’auteur tient à remercier la Direction de la Société Philips.

àletalix de Paris _qui a fait exécuter _{gracieusement} les spectres d’analyse structurale dont quelques exemples ont été _reproduits

274

.

Niobium

_(fig.’1).

-- Les courbes nOS 35 et 36 relevées

à t

h

_{d’intervalle,}

avant traitement

_{supplémentaire,}

caractérisent un état de surface

_{remarquablement}

stable. Le

_chauffage

à 1 200°Ii

_déplace

une

_quantité

de gaz

appréciable,

entraînant une

_augmentation

de

pression jusqu’à 4,8

X 10-7 mm

_Hg

et déterlnine une

Fig. 6.

augmentation

de l’émission secondaire

_atteignant

à

3ÙU V,

près

de _{9 pour 100 : courbe} n° 98. - Le nouvel

état de surface ainsi créé est relativement stable dans cette gamme de

température,

comme le montre le peu

de variation

_provoqué

_par un nouveau

_chauffage

à 1 320°K

_{pendant 1}

h

_{1 2}

_(courbe

_101).

Un traitement à 1 400’K effectué avant le relevé de 137 ne

pro-voque ni

augmentation

de

_pression

appré-ciable,

ni modification

_importante

d’ordon-nées. La différence entre les états de surface au moment du relevé de la

première

courbe et de la dernière

_(37-141)

semble avoir été entraînée

_uniquement

_{par lepremier chauffage,}

qui

par suite est t

supposé

avoir éliminé un

grand

nombre d’atomes de gaz fixés peu soli-dement. Les courbes A

_12,

A

_13,

A 23 caracté-risentuneautre cible de même _{provenance dont} l’état de contamination

final,

bien que déter-miné par des traitements différents était

sen-siblement

_équivalent.

Les ordonnées des courbes limites obtenues A 23 et B 1~7 diffè-rent au maximum de 6 pour

_100,

ce

_{qui montre}

la

_possibilité

de

_reproduction

_pour ce métal. Les faces étudiées des cibles ont des structures

analogues (spectres

1U4 et

_11s,

_p.

_279).

Le métal

_provenait

de la « Fansteel

Metal-lurgical

Corporation

» de

_Chicago.

Molybdène

(fig.

8).

- Les courbes nOS 37 et 3~

prises

avant traitement. 72 h

_après

le

_scellement,

diffèrent peu :

1,2

pour 100 au maximum.

_Après

un

chauffage

d’une heure à 1300°K et d’une demi-heure à 1 650"K == 4 X 10-’ mm

_Hg),

_la

courbe n° 91 est relevée :

ses ordonnées diffèrent en certains

_points

de

_{10 pour}

100 de celles de 38. Dans ce domaine de

_température

l’état

créé est relativement stable : la

_prolongation

du

chauf-fage

à 1 6300 K

_{pendant 1/2}

h n’introduit

_qu’une

aug-mentation de 2 pour 100 et la différence

(37-95)

entre l’état initial et l’état créé

_{par la prolongation}

de ce

trai-tement

_{pendant i}

h

_1/2

_(courbe

n°

₉₅₎

est du même ordre que celle entraînée par le

premier

chauffage.

On

en _{conclut que les traitements effectués} à i

_650,K,

prié-cédant la courbe n°

_95,

ont

_déplacé

une

_{grande partie}

des atomes

_étrangers

condensés à la surface de la cible. Un

_chauffage

_{supplémentaire,}

avant 139,

d’une heure à 1

_accompagné

d’une

_augmentation

de

_pression

dans le tube

jusqu’à

î,4

X 10-7 mm

_Hg

n’entraîne

_plus

de

changement :

différence 95-139. Les résultats obtenus avec une autre _{cible de même}

prove-nance sont _{illustrés par les courbes A}

_17,

A

18,

A

_19,

A

_~5,

_qui

caractérisent des états de surface peu différents. Entre 100 et 1500

V,

les ordonnées de A ~~ diffèrent de moins de

3,5

pour 100 de celles de

139,

bien que le

dégazage

ait été

_plus

_poussé

_{pour la 1~}

_cible,

cela montre

_{qu’à partir}

d’un

_degré

de

déga-zage

suffisant,

la modification _{entraînée par}

un traitement

_plus

sévère a une action

_faible,

que les courbes tendent vers une _{limite peu}

différente de

la courbe trouvée

_qui,

_par suite, caracté-rise le métal. Par

_ailleurs,

la courbe A 25 a été

_prise

dans un tube où seuls étaient étudiés les métaux les

plus réfractaires ;

étant donné

qu’il

n’existe pas de différence

_appréciable

avec 139

_(pour

_laquelle

ce n’était

pas le

cas),

cet

exemple

est l’un de ceux

_qui

_prouvent

Fig. 7.

que la contamination

réciproque

des cibles est

négli-geable.

L’état cristallin de A est

_beaucoup

_plus

irrégu-lier que pour B : toutes choses semblant

_égales

par

ailleurs,

les courbes d’émission secondaire sont

_malgré

cela presque

superposables (A

35 et B

_139).

Les courbes

P, C, H,

sont dues

_{respectivement}

à

Pétry (6), Copeland

(6),

Hyatt

et Smith

_(I,),

les deux

premières

s’accordent bien avec nos

_résultats,

la troi-sième s’en écarte nettement : il faut

attribuer,

en

la méthode de mesure _{utilisée par les}

_auteurs,

notam-ment au fait

_{qu’ils opéraient}

avec un faisceau

_primaire

dont les électrons n’avaient pas un

_angle

d’incidence

constant ;

les mesures de

_Lange

_(3J)

ont démontré

_qu’il

est

_impossible

d’obtenir dans des triodes des

courbes

_{caractéristiques}

d’émission secondaire. Les échantillons étudiés

_provenaient

de la Société Osram de Berlin.

Argent

(fig. 9).

- Le

chauffage

à 500°C

pendant

1 h 1/~

après

lequel

la courbe n° 119 est relevée, entraîne une

_augmentation

de n

atteignant 2

pour 100 à 1 400 V par

rapport

aux valeurs trouvées

_{auparavant :}

courbes n° 47 et 48. Le renouvellement de ce

_chauffage

puis

son

_augmentation

_pendant

1 h à 580,C entraîne une

_plus

faible variation en sens

inverse

_{(différence 19-122)}

encore accentuée par une

_augmentation

de la

_température

à 630° C

_pendant

t

_1/2

h de telle

façon

que la courbe relevée ensuite

_{(n° 133)}

ne _{diffère que}

très peu de la courbe n° 47

_prise

avant les

chauffages

successifs. La courbe F de

Farns-worth (8)

s’écarte d’une

_façon

très

_importante

de celle trouvée ici. La cible étudiée dont l’état cristallin est montré par le

spectre

de réflexion ii3

_(p.

_280),

a été

découpée

dans une feuille

_{d’argent chimiquement}

_pur. Tantale

_(fig.

_10).

- Les courbes n° 49 et 50 ont été

prises

96 h

_après

la fin du _{pompage. On}

_peut

_supposer que la contamination résultant des

échanges

gazeux

qui

ont eu lieu

_pendant

ce

_temps

a

_{disparu après}

le

Fig. 9.

chauffage

de

_i/2

h à 1 450° K

_précédant

le relevé de la courbe n° 8 ~ et que celle-ci caractérise la cible

nettoyée

de la

_plupart

_{des gaz}

condensés ;

la variation de n entraînée est faible. La courbe n°

_84,

relevée 3 h

_après

la courbe n° 82 et

après

1 h

_1/2

environ de

_chauffage

à 1 470" K diffère peu de

celle-ci,

il en est de même pour 85 et pour 86

(bien

que cette dernière soit trouvée

12 h

_{après 85). L’augmentation}

de

_pression

accompa-gnant

le dernier

_chauffage

à 14700K la

_précédante

était peu

importante : 0,7

X 10-7 mm

_Hg.

Les traitements

supplémentaires

effectués avant le relevé de 141

₍₁₂₀

h

Fig. 8. s

après

86):

1 h à 1

600,K, lh à l 98OoK,

étaient accompagnés

d’une variation de

_{pression plus}

élevée

₍₆

X 10-1 mm

_Hg

au

_{début) ;}

ils n’ont _{néanmoins pas} eu d’action

impor-tante :

_augmentation

_{d’environ 1 pour 1UO à 300} V. Une autre cible

_désignée

par

A,

de même _provenance,

ayant

subi le même

_traitement,

a

_fourni,

dans un

autre tube les courbes A

7,

A

_8,

A 8 bis et A 21

_(cette

dernière relative au meilleur état de

_propreté

pro-bable).

La courbe 21 est

_superposable

à moins de .4 _{pour 100}

_près

à 141. Les états cristallins des cibles sont

_analogues

_{bien que la}

critalli-sation de A soit

_beaucoup

moins fine et moins

régulière

que celle de B montrée par le

spectre

deréflexionlt4(p. 280). La courbe C donnée par

Copeland (17)

se _{superpose à}

_partir

de 800 V à la courbe 141 mais en diffère un _peu avant.

Copeland

trouve un maximum

_égal

à environ

1,27

au

_voisinage

_{de ti00 V alors que} nous avons trouvé ici

_1,29

vers 700 V et dans une

étude antérieure

_1,3

environ vers

_{600 V,}

_pour un _{métal de provenance différente}

_(Siemens

et

Halske) (courbe E).

Les cibles caractérisées par les courbes A 2i et B 141 ont été

décou-pées

dans une _{feuille de métal pur à}

cristalli-sation fine

_provenant

de la « Fansteel

Metal-lurgical Corporation »

de

_Chicago.

Tungstène (fig. 1 i).

- Les courbes n° 61

et 62 relevées sans traitement

_{supplémentaire depuis}

le

pompage diffèrent peu. Le

chauffage

à 1 350, K

pendant

1/2

h

_accompagné

d’une

_augmentation

de

_pression

atteignant

3 X 10-7 mm

_Hg

entraîne une

augmenta-tion des ordonnées

_{appréciable (7,~}

_{pour 100 à 300}

_V,

i h à 1 500’1 K

_{(avant 69),}

30 min à 1 A20, K

_(avant

70),

30 min à 1 490° K

_{(avant 1}

1),

30 min à 1 560o K

(avant 7~) qu’accompagnent

de faibles

_dégagements

de gaz, néanmoins la différence totale entre 6t et 72 atteint 8 pour 1t~0 à 300 V et _{5 pour 100 à 1 500 V.} Un

_{chauffage plus}

sévère à 1 C801 K

_pendant

1 h à

Fig. 10.

1 910° K

_pendant

1 h n’entraine

_plus

de modifications

appréciables

et la courbe n° 113 semble être la courbe limite

_{caractéristique}

de l’émission secondaire

_du

Tungs-tène entre 0 et La cible étudiée avait une

cris-tallisation fine et

_homogène

comme

_l’indique

le

_spectre

de réflexion 116

_{(p. 280).}

La

_figure

12 montre

com-ment se

_place

la courbe n° _{143 par}

_rapport

aux données

assez nombreuses _{trouvées pour le}

Tungstène.

Nos résultats sont en bon accord avec ceux de Krefft

_(~2).

_(Courbes

Kt

et

_K,),

de Ahearn

_(1’)

(courbe A);

une différence relative assez

appré-ciable,

tout au moins au

_début,

existe avec les

courbes P de

_Petry

_(1),

mais elle est surtout

importante

avec les données de Farnsworth

(courbe F).

La courbe 143 est relative à une cible

décou-pée

dans une feuille de

_Tungstène

_{pur fournie} par la

Molybdenum

C° d’Amsterdam.

Or

(fig. ~3).

- Les courbes n° 59 et

60,

rele-vées à

_{9 ~~}

h

d’intervalle,

diffèrent peu. La courbe n° Í6 a été trouvée 28 h

_après

la courbe

n° 60 et

_{après chauffage}

à 600° C sans évolu-tion de gaz visible.

Quatre

chauffages

succes-sifs

_analogues

conduisent à la courbe n°

_{8 1,}

ils amènent une diminution de l’émission

secon-daire et non une

_augmentation

comme _pour

les autres métaux. Le renouvellement du

trai-tement à i00°C

_précédant

le tracé de la courbe n° 135

ne

_change

_{approximativement}

rien à l’état de surface

créé,

la différence entre 81 i et 135 est

_{négligeable :}

1 _{pour 100 à 1000 V. La courbe F}

_publiée

_{par Fa} rns-worth

₍₈₎

s’écarte

_beaucoup

de nos résultats. Les

courbes P et C sont dues

_{respectivement}

à

_{Petry C)}

et

Copeland

(’g)

(*).

L’examen structural de notre échan-tillon de métal pur a montré l’existence de gros cristaux

liés par .un

agrégat

de cristaux excessivement

_petits.

Critiques

des conditions de travail et de leurs

conséquences. -

Les courbes admises comme étant les

_{plus caractéristiques}

des métaux étudiés sont

_groupées

_figure

14. L’auteur

considère-qu’elles

sont relatives à des états de contami-nation très faible. L’obtention de courbes d’émission secondaire pour des états de

pro-preté

plus complets

est très

_délicate,

elle né-cessite des mesures à des

_{températures}

très élevées

_qui

entraînent

_{l’apparition}

de

phéno-mènes auxiliaires

_{(émission primaire}

de la cible par

exemple) gênants.

Les traitements de

_dégazage

sur _pompe

mentionnés au tableau I

_peuvent

être trouvées peu sévères par

comparaison

avec ceux néces-saires pour l’étude d’autres

phénomènes

super-ficiels : stabilisation du

_{seuil photoélectrique (36),}

par

exemple;

d’une

_part,

_{l’appareillage}

em-ployé

ne

_permettait

_{pas d’obtenir des}

condi-tions

_{expérimentales qui}

soient

_prouvées

bien meilleures

_{(voir plus}

haut);

d’autre

_part,

comme nous le verrons

_plus

_loin,

le mécanisme

princi-pal qui

gouverne l’émission secondaire ne semble pas

in-fluencé d’une manière aussi

_importante

_{par la} contami-nation

_quand

celle-ci est très faible. L’action sur l’effet

photoélectrique

est dûe à une modification de la fonc-tion de travail de

Richardson,

et celle-ci a

_beaucoup,

moins d’effet

₍₃₇₎

sur l’intensité de l’émission secondaire.

Fig. 11.

Observations. - 1° Corrélation des variations d’émission secondaire et des différences de

_propreté

des cibles. - On _a constaté que certains traitements

(*) Copeland a _{indiqué que} cette courbe était relative à un

thermiques

produisaient

des élévations de

_pression

momentanées

_(*)

dans

_{l’appareil;}

en

_général

à une

évolution gazeuse

importante

correspondait

une varia-tion d’émission

_secondaire

_appréciable

mais alors que les traitements

_thermiques

n’amenaient

_plus

de variation du

vide,

ils conduisaient encore à des modifications

_{appréciables}

des courbes : dans

un certain

domaine,

la

_{caractéristique}

d’émis-sion secondaire d’une surface

_peut

ètre

envisa-gée

comme un _{moyen d’études de la}

contami-nation

_{superficielle.}

21 Influence de la structure cristalline.

-Les cibles étudiées

_quoique

toutes microcris-tallines

_possédaient

des structures variables pour un même métal selon les échantillons. Ces

structures _{furent étudiées par} différentes

mé-thodes ;

quelques exemples

en ont été donnés par l’intermédiaire de

spectres

de rayons X. Aucune influence de la structure sur l’intensité

de l’émission _{secondaire n’a pu être}

caracté-risée,

l’allure du

_système

cristallin ne semble

susceptible

d’influencer d’une manière

tante l’émission

_secondaire,

_que

_lorsque

le

fais-ceau

_primaire

a un diamètre suffisamment

_petit,

à l’endroit de

_l’impact,

devant les dimensions des cristaux.Dans le cas de microcristaux

_plus

ou

moins gros, comme dans nos

_{expériences,}

l’allure de l’édifice cristallin

_superficiel

intervient _{seulement par} la différence d’incidence

_qu’il

_{provoque pour les}

élec-Fig. 13.

trons

_primaires.

Les mesures de Farnsworth

₍₁₀₎

laissent supposer une action de la structure cristalline

_qui

n’a pas été trouvée

ici,

sans doute parce que les écarts à

ce

_point

de vue étaient

_trop

faibles d’une cible à l’autre.

Néanmoins,

une différence nette d’émission

secon-daire pour des cibles d’état cristallin différent fut

’%,trouvée

dans le cas du

_Tungstène.

Les courbes A 10 et (*) Au bout de _{quelques minutes,} à cause de l’action de

l’ab-sorbant,

la _pression revenait à une valeur voisine de la valeur

initiale.

B 143 dont les ordonnées diffèrent d’une

façon

impor-tante,

sont toutes deux relatives à des échantillons de

_Tunsgtène

dont le

_degré

de

_dégazage

est

équiva-lent. Alors que la cible caractérisée par B 143 est

cris-Fig. 12.

tallisée finement et

_{régulièrement (spectre}

de réflexion

1 ~6),

celle à

_laquelle

A 10 est

_relative,

est constituée par des cristaux très gros

irrégulièrement disposés

(spectre

de Laue

_125,

_p.

_280).

,

Allure

_générale

des courbes obtenues entre 0 et 1 500 V. - Tl est visible sur la

figure

14 que l’allure de la variation de l’émis-sion secondaire totale avec

_{l’énergie primaire}

est _{la même pour les différents métaux} étu-diés :

_après

une croissance en

_{général rapide,}

N2

.

1 passe par un maximum pour

_quelques

centaines

de

volts,

puis

décroît lentement. Pour les

_énergies

les

_plus

élevées du domaine

exploré,

l’émission secondaire semble même

devenir,

en

_{première approximation,}

indé-pendante

de la nature du métal. Cette allure de variation

_correspond

à ce

_qui

est

_prévu

théoriquement

par Froelich

1’°)

sur les bases des

_statistiques

_nouvelles,

à

_partir

d’un

mo-dèle

_simplifié

de L’édifice

_métallique,

en consi-dérant _pour le calcul les électrons du métal comme libres. En ne _{tenant pas}

_compte

des chocs

_{inélastiques}

dans le

réseau,

cet auteur a

_trouvé,

_{pour le groupe d’électrons}

secondaires

_vrais,

une croissance

_{avec Ep1/2,}

_séparée

,

, , .

o _g

Wa

par un maximum d’une décroissance avec aux P

primaire, lf7a

- travail de sortie extérieur =

poten-tiel moyen du

réseau).

Copeland

a trouvé, entre la diminution de l’émission secondaire aux

_énergies

élevées et le nombre

_atomique,

une relation sensiblement linéaire. La

_figure

15 montre

Fig. ~.

comment cette relation se vérifie

_d’après

les courbes de

lafigurel4:siune dépendance

semble être

_{indiscutable,}

elle est

_{vraisemblablement plus complexe.}

_{Ilest vrai que} les mesures del’auteur faites relativement

_près

du

maxi-inum

_peuvent

ètre entachées d’une erreur

_qui

n’existe

Fig. 15.

pas

cjuand

la variation de n est

_pratiquement

linéaire

avec VI (VI

»

_{1 000 V).}

Quoi qu’il

en soit, la diminution de- n aux vitesses élevées semble de voir être attribuée à la

pénétra-tion

_plus

_profonde

des électrons dans le métal L’au-teur admet

qu’un

certain nombre d’électrons

secon-daires sont excités eux-mêmes par des électrons

secon-daires

_déjà

émis et

_qu’il

se

_{produit un partage}

successif de

_{l’énergie primaire}

vers une limite inférieure

_qui

fait que les électrons

secondaires,

dans le

_{¡nétal, augmentent}

en nombre et diminuent en

_énergie

d’autant

_plus

_{que la}

profondeur

à

_laquelle

s’effectue l’excitation est

importante.

Les secondaires émis au delà d’une certaine distance de la surface n’ont

_plus

suffi-samment

_d’énergie

_{pour sortir du métal} et le nombre d’électrons

_émergeant

de la ciblées L dimi-nué. Les résultats des recherches

_{expérimentales}

de Becker

₍₃₉₎

sur la

_{perméabilité}

des métaux aux

électrons animés de vitesses variables semblent

en accord avec ce

_qui

_précède.

Le fait _que l’action du travail de

_Richardson

soit trouvée faible

_(3’~,

sur l’émission secondaire

_s’explique

aisément

suivant cette

_façon

de

_voir,

_puisqu’il

n’intéresse que le saut

métal-vide,

à la limite du domaine où se

_produisent

les émissions successives

con-sécutives à la

_perte

de

_l’énergie

du

_primaire.

La variation de la fonction de travail des

émet-teurs,

correspondant

à des modifications de la

« barrière de

_potentiel

» est

_{trop faible,}

dans la gamme des

exemples

étudiés

ici,

pour

qu’il

soit

possible

de relier les différences d’émission

se-condaire aux différences des travaux de sortie.

D’ailleurs la

_{grande importance}

de la

pénétra-tion vis-à-vis de celle de la foncpénétra-tion de travail a

été montrée directement par

Copeland

(1~) qui

a

observé que l’émission secondaire d’une cible

complexe

constituée par un

_support

recouvert d’un élément étran-ger

d’épaisseur

variable varie encore avec cette

épais-seur

_{après qu’une}

couche de

_plusieurs

_épaisseurs

atomi-ques

eut,

semble-t-il,

déterminé une fonction de travail

constante,

caractéristique

de l’élément

_superficiel.

De

ces

_{considérations,}

on

_peut

_déduire,

ce

_qui

d’ailleurs est

en accord avec les

_prévisions

de

_{Froëlich, qu’un}

bon émetteur secondaire est celui

_qui,

à la fois

_possède

une

fonction de travail

_petite

et une

_large

maille cristalline. Courbes de distribution

_{d’énergie.}

- Pour une vitesse

_primaire

donnée,

en rendant le collecteur de

plus

en

_plus

_négatif

vis à-vis de la

_cible,

on a tracé des courbes

_qui

traduisent la

_répartition

de

_l’énergie

des électrons secondaires, si

_{l’on admet,}

comme cela existe en

première

approximation,

que le

champ

radial retarda-teur créé est

_symétrique

et uniforme.

_Seules,

quelques-unes de ces courbes ont été

représentées :

elles

con-firment en les

_{généralisant}

les

_{renseignements}

déduits d’études antérieures. La courbe de la

_figure

16, relevée

après

chauffage

à

_530°C,

donne la

_répartition

de

l’éner-gie

des électrons secondaires

_émergeant

d’une cible d’aluminium bombardée par des électrons

primaires.

d’énergie

100

eV,

on voit

_qu’un

_potentiel

retardateur

faible 10

_{iT , pa r exemple,}

élimine un très

_grand

nombre d’électrons secondaires. n tombe

del,73

à

_{0,55 environ.}

La

_figure

17

_représente

les courbes obtenues

_après

pri-maires 10 eV

_(a),

100 eV

_(b),

300 eV

_(c),

600 eV

_(d).

La forme des courbes et leur évolution montrent

l’existence,

comme cela a

_déjà

été trouvée :

_{(3) (4) (8) (32) (41)}

~

Fig. 16.

’

a)

D’un groupe, relativement d’autant

plus petit

que la vitesse est

élevée,

d’électrons aussi

_rapides

_que les

primaires

que l’on suppose être des

primaires

réfléchis

élastiquement.

b)

D’un groupe, relativement

d’autantplus important

que la vitesse est

_grande,

d’électrons _{lents éliminés par}

un

_potentiel

retardateur de

_quelques

volts.

c)

d’un groupe d’électrons

_{d’énergies}

variables allant de celle des électrons les

plus rapides

à celle des

_plus

lents.

On

_peut

_{supposer les}

_groupes

et c _{constitués par des}

électrons

_primaires

réfléchis avec

_perte

de vitesse et _par les véritables électrons secondaires c’est-à-dire par

ceux

_qui

sont

_empruntés

au métal. La décroissance de

la courbe de vitesse tout de suite

_après

0

_{(correspondant}

au 2"

_groupe)

_peut

_{s’expliquer}

_{par la}

_{pénétration}

pri-maire dont nous avons

_déjà

_parlé,

mais

_peut

être

égale-ment

_{interprétée}

comme résultant de l’existence d’un

grand

coefficient de réflexion pour les électrons lents à l’intérieur du métal

_analogue

à _{celui que}

_prévoient

des

théories modernes de l’émission

_{thermoélectronique}

suivant les idées de Nordheim

₍₄₂₎

et autres.

Fig. fl.

Discontinuités dans les courbes de rendement.

- En éludant le détail des courbes n =

f (v,),

pour

quelques-uns

des métaux

examinés,

on a trouvé un

certain nombre de concordances

_qui

_{font penser que} les cassures des courbes d’émission secondaires

corres-pondent

directement aux niveaux

_d’énergie

des orbites

externes,

ces résultats seront

_publiés

_{prochainement.}

Conclusions. - 10 Les courbes d’émission

secon-daire tolale

_(électrons

réfléchis

+

électrons secondaires,

vrais)

obtenues à incidence normale sont données entre _{0 et 1 500 V pour}

_{l’aluminium,}

le

nickel,

le

L’auteur ne

_prétend

_pas

_qu’elles

caractérisent un

parfait

état de

_propreté,

mais seulement un état de contamination faible.

Les données sont relatives à des cibles à cristalli-sation fine

_découpées

dans des _{feuilles de métaux purs} laminées. Elles ont été trouvées

_après

_dégazage

pro-longé

sous une très basse

_pression.

Dans

_{l’ignorance}

des facteurs

déterminants,

les états créés sont

_désignés

par leurs modes d’obtention

précisés

autant _que pos-sible.

2° Le

_{rapprochement}

des courbes de rendement entre 0 et 1 500 V

_indique

_{que le facteur}

_principal

gou-vernant l’émission secondaire d’un milieu est la

profon-deur à

_laquelle

elle

_s’y

_produit.

On en conclut que ce

facteur doit être recherché utilement à

_partir

de ceux

qui

déterminent la

_{perméabilité}

des couches traversées et de ceux

_qui

_gouvernent

_{l’absorption}

de celles-ci

vis-à-vis des électrons

_primaires

et secondaires.

La fonction de travail n’a pas d’influence directe dans le cas des métaux étudiés.

_L’image

d’une cible

complexe

formée artificiellement d’une surface émis-sive et d’un

_support

diffuseur doit

_représenter

le

mo-dèle à

_{partir duquel}

il est

_possible

d’obtenir une émis-sion secondaire d’intensité variable avec des

éléments

d’émission secondaire donnée.

3o Un

_exemple

de l’évolution des courbes de distribu-tion

_d’énergie

des électrons

_primaires

_(tungstène)

étant

donné,

les conclusions

_qui

en résultent sont

_rappelées.

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