La structure des raies K des atomes très légers - (Deuxième article)

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La structure des raies K des atomes très légers

-(Deuxième article)

A. Hautot

To cite this version:

LA STRUCTURE DES

RAIES K DES ATOMES

TRÈS LÉGERS

(DEUXIÈME

ARTICLE)

Par A. HAUTOT. Assistant à l’Université de

_Liége.

Sommaire. - Dans un article publié ici même _(1), j’ai décrit la structure fine des raies K du carbone et du bore et j’ai donné _{quelques indications au sujet des appareils qui m’ont permis} de mettre cette structure

fine en évidence. Le _présent article _{apporte quelques précisions} nouvelles au sujet de ces _appareils ainsi que des résultats expérimentaux nouveaux relatifs aux raies K de _{l’oxygène,} de l’azote, du carbone, du bore et du _{glucinium ;} ainsi se _poursuit l’étude à _{grande dispersion} de la structure des raies K appartenant

à la première rangée horizontale du système périodique des éléments.

Ensuite, je rappelle la théorie de _{Langer qui} donne _{l’interprétation} correcte des satellites des spectres

de rayons X des atomes moyens et lourds et qui parait devoir _{s’appliquer} encore aux éléments de _{la première}

rangée horizontale _{du système périodique} à _partir du carbone. Le _{rayonnement K} anormal du bore etdu glu-cinium _ayant été attribué par certains chercheurs à l’existence, dans le cristal, d’électrons de valence à l’état libre ou _plus ou moins _{lié, j’apporte} des faits _{expérimentaux} en désaccord avec ce point de vue; il semble

plutôt qu’il faille attribuer ce _{rayonnement anormal à} l’existence, dans les atomes de bore et de

gluci-nium, de passages défendus non _quantifiés.

1.

Caractéristiques

générales

des

spectro-graphes employés. -

J’ai démontré la

_complexité

du

_rayonnement

carbone et du bore à l’aide de

spectrographes

dans le vide à réseau concave éclairé sous un

_angle

de

quelques degrés

(1).

La _{moyenne de} ces

_appareils

est d

0,71

par mm du

_premier

ordre,

ce

_qui

constitue l

plus

forte

_dispersion

utilisée

_{jusqu’à présent}

_pou l’étude de ce domaine

_spectral.

Le

est de l’ordre de

0,1 1 ;

ce

_pouvoir

_séparateur

élevé e

Cliché 1. - Vue

générale d’une installation.

obtenu par

l’emploi

de réseaux de

_grand

_{rayon de} courbure

₍₂

_{mètres et 5 î00 traits par}

_cm).

La honinosité du

_{spectrographe}

à réseau concave est

aussi un élément

_{important ;}

alors que les

expérimen-tateurs utilisant la méthode du réseau

_plan

_tangent

sont

_{généralement obligés}

de recourir à de

_longues

d rées

_{d’exposition,}

de l’ordre de

_plusieurs

_heures,

_{je pu}

photographier

les mêmes raies en

_quelques

minut

malgré

une

_dispersion

_beaucoup

plus

élevée.Cette

sup

riorité du réseau concave sur le réseau

_plan

au

_poi

21

de vue de la luminosité

_provient

de la différence

consi-dérable d’ouverture des deux

systèmes

optiques;

on ne

peut,

en

_effet,

utiliser pour la

_{spectrographie}

dans le vide que des réseaux

plans

d’un millimètre de

_largeur

environ à cause de

_{l’impossibilité}

d’utiliser une len-tille

_convergente;

par

contre,

on

_pEut

utiliser des réseaux concaves de

_grande

_largeur

_grâce

à la focalisa-tion du faisceau diffracté.

Sans

doute,

les réseaux concaves

_{présentent quelques}

inconvénients : à cause de leur

largeur considérable,

on les trace

_{beaucoup plus}

aisément sur _{métal que} sur verre et l’on _{sait que le métal}

_spéculum

a un

_pouvoir

réflecteur pour les

rayons X

beaucoup

plus

faible que le verre; d’autre

part,

le réseau concave est t af fecté

d’astigmatisme

et

_{l’importance}

de

_{l’astigmatisme}

croit à mesure _{que l’incidence devient}

_{plus oblique;}

ce son L

la deux

_{particularités qui}

nuisent à la luminosité du

spectrographe

dans le vide à réseau concave, mais la

différence d’ouverture

_optique

_par

_rapport

au résean

plan

compense

largement

ces inconvénients.

Un autre inconvénienl des réseaux concaves tracés sur métal a été

_signalé

_par

_{plusieurs expérimentateurs :}

la surface de ces réseaux se ternit

_{rapidement lorsqu’on}

les

_place

dans le vide et

_qu’on

fait éclater des étin-celles dans leur

_voisinage

ou

_{qu’on chauffe,}

_par

boln-bardement

_{électronique,}

des substances donnant lieu à une distillation

_importante.

Je

_signale

_{que les} rué seaux _que

_j’utilise

sont en service continuel

_depuis

trois ans dans des circonstances assez

_{défavorables ;}

_-, la surface en est visiblement

ternie,

cependant

ces réseaux

_paraissent

conserver un

_pouvoir

réflecteur à peu

près

constant pour les

rayons X

mous;

j’en

ne[-toie souvent la

surface,

il est

_vrai,

à

l’éther,

à

l’alcool,

au collodion.

2 Le tube à rayons X mous. -- Etant donnée

la

_dispersion

considérable des

_{appareils employés,}

il était nécessaire de réaliser un tube

_{électronique}

per-mettant une excitation intense des

_spectres

_{de rayons X} mous.

J’avais effectué les

_premiers

essais relatifs au car-bone et au bore à l’aide d’uu tube à rayons X du même

type

que celui

de Thibaud ;

entièrement

démontable,

il était caractérisé par une distance filament anode de

l’ordre d’un

millimètre,

condition nécessaire pour obtenir un rendement suffisant sous de faibles

ten-sions ;

l’anode recevait d’une

_dynamo

une tension variant entre 500 et 3 000 volts et le débit

_pouvait

atteindre 500 millis.

Pour l’excitation de la raie l~ du

carbone,

un tel tube est d’un

_emploi

très

commode ;

mais ce tube ne

permet

pas de déceler aisément des raies faibles et

larges,

surtout avec les

_{spectrographes}

très

_dispersif

employés,

à cause des inconvénients suivants :

1° Aucun

_dispositif

de _{focalisation des rayons}

catho-diques

n’étant

_prévu,

le faisceau

_{électronique}

est un

faisceau

divergent

l

et,

par

suite,

le rendement du tube est faible.

2° La

_température

élevée à

_laquelle

le filament de

tungstène

est

_porté

₍₂

au moins si l’on veut un débit

_important)

_produit

une distillation intense du

tungstène

qui

recouvre Fanodo d’une

_pellicule

nuisible à deux

_points

de viie : elle

_arrête,

au moins en

_partie,

les électrons

_{lents ;}

elle absorbe les rayons X mous issus du métal

_anodique.

3° Aucun écran ne _{masque la lumière émise}

_{par le}

filament

_qui,

réflécllie _{par l’anode d’ailleurs très}

rap-prochée,

finit par voilcr la

piaque photographique

si l’on tente de faire des poses

prolongées.

4" Des ions

_prenant

naissance dans le tube entrent dans le

_{spcch’ographe}

par la fente et voileot

rapide-ment la

_ptaqnc

Schumann,

très sensible à l’action des

particules

électrisées ;

ce dernier

_phénomène

m’a

parti-culièrement

_gèné.

J’ai pu éviter les inconvénients mentionnés au 2" et au 11’° en substituant au filament de

_tungstène

une cathode de _{constituée par} un ruban de

_platine

iridié recouvert

_d’oxydes

alcalino-terrenx et

_porté

au _rouge

Cliché 2. - Tube à

rayons X.

mais

_l’emploi

de ces cathodes ne

_permet

_pas d’obtenir une émission intense à cause de

l’évapora-tion

_rapide

de

_l’oxyde

aloalino-terreux et aussi à cause de l’iustabilité du débit sous des tensions

_dépassant

1 00~) volts.

Ces difficultés ont _{pu être écartées par la}

construc-tion d’un nouveau _{tube à rayons X} mous

_possédant

le

dispositif

f de focalisation du faisceau

_cathodique

repré-senté sur

_{la figure}

_{1 ;}

un

_disposifif

du même genre avait

déjà

été réalisé par Süderman

(2).

Les électrons émis

par le filament de

tungstène

sont accélérés dans un

champ

créé par une

_{pièce cylindrique}

entourant le

filament,

percée

d’un

_petit

trou et

_portée

à un

poten-tiel de 501) volts environ ; les électrons ainsi accé-lérés vienent ensuite

_frapper

l’anode

_portée

à-3 000 volts.

22

50

millis ;

le courant

_qui

s’écoule dans la

_pièce

cylin-drique

est d’une centaine de millis. Ce

_procédé

_permet

d’obtenir un

_foyer

très

fin,

de l’ordre d’une fraction de millimètre

_carré,

ce

_{qui augmente}

considérablement le

_rendement;

la

_puissance

totale

_dépensée

dans le tube

_{atteignant plusieurs}

centaines de watts, un refroidissement par eau du tube tout entier est

néces-saire ;

l’anode subit d’ailleurs à l’endroit du

_foyer

une volatilisation

_importante.

Fig. i.

Outre

_{l’augmentation}

considérable du

_rendement,

ce

_{procédé présente}

encore d’autres

_{avantages :}

il per-met de réduire dans de fortes

_{proportions l’épaisseur}

du

_dépôt

de

_tungstène

distillé sur l’anode et le voile

optique

dû à la diffusion de la _{lumière par}

_l’anode;

enfin,

il _{évite que des ions} ou

_{électrons, pénétrant}

dans _{le corps du}

_{spectrographe,}

_{y voilent la}

_plaque

Schumann. Ce tube

_permet

ainsi de _{faire des poses}

prolongées

dans de bonnes conditions de rendement

mais,

en

_général,

les durées

_{d’exposition}

sont très

courtes.

Résultats

_{expérimentaux.}

3. Raies K de

_l’oxygène

et de l’azote. - Ces

deux raies

_apparaissent

sur la

_plupart

de mes clichés avec une intensité assez

_{considérable;}

elles sont émises

probablement par

les gaz résiduels du tube à

rayons X.

Ces raies ont été

_{photographiées}

_{maintes fois par la} méthode du réseau

_plan

tangent;

la raie K de

l’oxy-gène

a été décrite comme

_ayant

une

_largeur

de

quel-ques dixièmes

d’angstrôln ;

or, les

spectrographes

à réseau concave

_tangent

_que

_j’ai

réalisés fonrnissentune raie dont la

_largeur

au

_premier

ordre est de

0, 15

mm,

soit

_0,1

_À,

et _{ceci prouve de manière incontestable la}

supériorité

du réseau concave

_tangent

sur le réseau

plan

tangent

au

_point

de vue de la définition des raies.

La raie K de l’azote

_apparaît

_également

sur mes clichés comme une raie assez

_fine,

de

_largeur

_{0,2 À}

environ. Le

_pouvoir

de résolution de mes

spectro-graphes

étant de

_{0,1 À}

environ et la

_largeur

des raies K

de 0 et N étant du même ordre de

_grandeur,

il ne m’est

pas

possible,

actuellement,

de mettre en évidence une’

éventuelle structure fine de ces ra,ies.

La

_longueur

d’onde de la raie K de

_l’oxygène

a été mesurée

_{soigneusement}

à l’aide du réseau

_plan

_par Soderman

_{(3) [23,56}

_~~,

_{par Prins}

_1’)

_[23,58

_~~.

La méthode du réseau concave

_tangent

ne

_permettant

_pas de faire des mesures absolues de

_longueurs

d’onde

très

_précises

_{(1) j’ai}

effectué des mesures relatives à

partir

de la

_longueur

d’onde

_{23,58 Á}

de la raie l~ de 0

indiquée

ci-dessus. La

_longueur

d’onde de la raie K de N obtenue de cette manière est

31,8

±

0,1

~1. Les raies 7~ de 0 et N

apparaissant

sur certains clichés

jusqu’au quatrième

ordre de

diffraction,

je dispose

ainsi entre 20 et 130 Á de 8

_{repères qui}

me

_permettent

d’obtenir de bonnes mesures _pour les

_longueurs

d’onde des autres

_{raies ;}

la

_précision

des mesures de

longueurs

d’onde est ainsi de

_0,1

_À;

ces mesures sont

plus

précises

que celles que

j’ai indiquées

dans mes

précédentes

publications.

La raie K de

_l’oxygène

est

_{accompagnée,}

du côté des

grandes longueurs

d’onde,

par un satellite de faible intensité disant de

0,15 Â

de la raie.

,

4. Raie K du carbone. - Les résultats de l’étude de cette raie ont été

_indiqués,

dans le

_premier

article

_(’);

ces résultats ont été confirmés

_depuis

_{par Prins}

_(°)

et

Siegbahn (’).

Les mesures

_{plus précises}

des

_longueurs

d’onde m’ont conduit à modifier

_légèrement

les nombres caractérisant les intervalles entre les trois

raies;

la raie de

_plus

_{grande longueur}

d’onde est dis-tante des deux autres

_{respectivement}

de

_{0,34 Â}

_{etO, 74 À;}

il y a lieu de

_signaler

d’ailleurs _que ces raies sont d’un

type

assez diffus et ont une

_largeur

d’environ

0,2 À

de telle sorte que les nombres ci-dessus ne

_{représentent}

que des valeurs moyennes.

Les

_longueurs

d’onde des trois

_composantes

sont

44,79Â, 44,45 À

et

_44,05

À.

5. Raie K du bore. - J’ai

signalé

dans le

_premier

article que cette raie est constituée _{par deux}

compo-santes : la

_composante

de

_plus

courte

_longueur

d’onde

est fine et assez faible

_(largeur

0,3

A) ;

la

_composante

de

plus grande longueur

d’onde est intense et

_large.

Il y a lieu de donner

_{quelques précisions}

nouvelles à ce

_sujet.

Cette

_composante

de

_{grande longueur}

d’onde a un bord très net du côté des courtes

_longueurs

d’onde;

l’inten-sité est

_uniforme,

à

_partir

de ce

bord,

sur une

_largeur

de 1 Â

environ,

puis

l’intensité décroît

_rapidement

jus-qu’à

zéro;

cette raie

_large

s’étend a’nsi sur

_{2,5 l}

envi-ron. La

_{figure 2}

donne un

_{enregistrement}

microphoto-métrique

de cette

raie;

on _{remarquera le bord net a,} le

maximum

b b’,

puis

la décroissance

_rapide

d’intensité. Afin de mettre en évidence une variation éventuelle de la structure de la raie avec la nature du réseau

cris-tallin,

j’ai

produit

l’émission de la raie en recouvrant

l’anode successivement avec du

_bore,

de l’acide

_borique

PLANCHE.

1. Cliché

pris

avec une fente fine: raie K de 0.

2. Cliché montrant les raies K de

0, N,

C et Gi. 3. Raie K de Gl.

23

dépasse

pas la

précision

donnée par ines

_appareils,

soit

0,1

~;

si un tel

effet existe,

il ost donc très

faible;

je

reviendrai

_plus

loin sur ce fait

_impoi-lant.

~

Fig. 2.

La

_planche

donne une

_reproduction

de la raie I( du bore. La

_longueur

d’onde de la

_composante

fine est

64,63 À ;

l’écart entre cette raie et le bord net a de

l’autre

_composante

est de

2,25

À.

6. Raie K du

_{glucinium. -}

Cette raie a été

photo-graphiée

en recouvrant l’anode d’une

_pastille

de

gluci-nium

_métallique.

Comme la

_composante

de

_grande

Fig. 3.

longueur

d’onde du

bore,

cette raie se

_présente

sous

l’aspect

d’une raie très

_large

s’étendant sur 9 À environ.

Le

bord

situé du côté des courtes

_longueurs

d’onde

est,

comme dans le cas du bore très

_net,

l’intensité est

uniforme,

à

_partir

de ce

_bord,

sur

_{4,5 À}

environ

_puis

l’intensité

croît fortement, atteint un maximum et tombe ensuite

_{graduellement}

_jusqu’à

zéro

_{(voir planche),}

le bord situé du côté des

_{grandes longueurs}

d’onde n’est donc pas bien

défini,

de telle sorte

_qu’on

_peut

dire seulement _que la

_largeur

est de l’ordre de 9 Á. Il

s’agit

là d’une

_largeur

considérable

_puisque

la

diffé-rence

d’énergie

entre les bords extrêmes de la raie est de 9 volts environ.

Il y a certaines

_analogies

entre la raie du

_glucinium

et la

_composante

de

_grande

_longueur

d’oncle du bore ;

dans les deux cas, on a une raie très

_large

_ayant

un bord

net,

du côté des courtes

_longueurs

d’onde et dont l’intensité décroit

_{graduellement jusqu’à}

zéro du côté des

_{grandes longueurs}

d’onde,

mais la

_répartition

de l’intensité au centre de la raie e--t différente pour les deux atomes. La

_figure

3 donne un

_{enregistrement}

de la raie du

_glucinium.

La

_partie

mn de la raie

_{n’apparaît}

avec une certaine

intensité _que

_{lorsqu’on dépense}

une

_énergie

très notable

dans le tube à _{rayons X. Au}

contraire,

dans le cas du

bore,

il semble que l’intensité de la raie fine diminue par

rapport

à l’intensité de l’autre

_composante

_quand

l’excitation devient

_plus

intense.

Essai

_{d’interprétation}

des résultats.

7.

_{L’interprétation}

des satellites des

_spectres

de rayons X : théorie de

_Langer.

Les

_spectres

_{de rayons X dénommés}

_{spectres K,L,j1f,}

dont les raies ont des

_fréquences

satfsfaisant à la loi de

_Moseley

ont recu une

_{interprétation}

due à

_Kossel,

qui

est devenue

_classique.

lVIais à côté de ces raies

normales

_qui

se

_présentent

sous

_l’aspect

de

doublets,

se trouvent un nombre considérable d’autres raies dont

les

_fréquences

ne

_peuvent

se

_placer

sur le

diagramme

de

_Moseley

et

_qui

ont été

_appelées,

_pour cette

_raison,

raies satellites.

Prenons le cas du

_spectre

K x

_qui

nous intéresse

spécialement

dans cette

étude;

il _y a

_cinq

satellites

appelés

et

a’,

0..3’ a4, a5 ab, cités dans l’ordre des

longueurs

d’ondedécroisssantes. Ces satellites

_ayant

une

_fréquence

supérieure

et une intensité inférieure à celle de la raie

Ka

normale,

apparaissent

naturellement comme des

raies d’étincelle dues à une double ionisation de l’atome. Un

_grand

nombre

_{d’hypothèses particulières}

peuvent

être faites : on

_{peut admettre,}

dans le cas du

spectre

qu’il

y a un état

_initial,

caractérisé par une double ionisation de la couche K

_(ce

_qui

se

repré-sente par

K2),

ou _par une ionisation

simple

de la couche Ket par une ionisation

_simple

de la couché

Li

(ce

qui

se

_représente

_par

_KL,),

etc.

J’ai

_discuté,

ailleurs

_(g~

les différents essais

d’inter-prétation qui

ont été

_{proposés :}

théories de

Wentzel,

Druyvesteyn, Richtmyer,

Ray,

Langer;

la conclusion

à

_laquelle

cette discussion a _{conduit est que la théorie} de

_Langer

seule rend

_compte

des satellites de manière

complête

tout en se conformant aux

_règles

bien connues de la

_{s pectroscopie.Voici}

un bref

_rappel

de cette théorie.

Langer

admet la

_possibilité

d’une ionisation initiale de _{la couche K ainsi que de l’une} ou l’autre, des deux sous-couches

L,

et

L2

(/.2

est mis ici au lieu de

_LI,

et

24

a)

L’état initial est

KL,

(1s ~?s)

et l’état final est

L,

l,>

(~s

~p).

b)

L’état initial est

_f(L2

_{(ls 2p)}

et l’état final est

L22

(2p

2~).

Il

_n’y

a _pas d’autre

_possibilité

car un électron de la

couche

Li

1

(2s)

ne

peut

passer sur la couche

_{K (1 s)}

à

cause de la

_{première régie}

de sélection.

dès

lors,

le schéma des

_{transitions possibles,}

d’après

La-nger :

et

Depuis

la

_publication

de

_Langer,

deux confirmations

remarquables

en ont été données.

10 La

_première,

d’ordre

_théorique,

a _{été donnée par}

Hugh

C. Wolfe

_(9),

_qui

a _{pu calculer les}

_fréquences

des

cinq

raies satellites dans le cas du

_potassium.

Wolfe a retrouvé par le

calcul,

avec une excellente

approxima-tion,

les

_{fréquences expérimentales;}

mais il a été conduit à modifier

_quelque

_{peu la} distribution des raies dans le schéma

_indiqué

ci-dessus;

cette distribution

ayant

d’ailleurs été faite de manière

_arbitraire,

le schéma de

_Langer

_{n’est pas} mis en échec mais seule-ment rectifié. Voici la distribution correcte résultant

du calcul de Wolfe.

et

La distribution de Wolfe est d’ailleurs

_logiquement

préférable

à la

_{précédente ;}

elle

_fait,

en

_effet,

résulter les deux raies a.4. d’un même processus

(KLI -

L1

_{L2) ;}

il en est de même pour les deux raies a5, a6

_L22);

or c’est un fait

_{expérimental}

bien connu _{que les raies} 1X3, a*

apparaissent généralement ensemble;

et,

de

même,

les deux raies a5, ~6

apparaissent

simultanément :

on les observe pour les éléments 1~1 à 16. La coïnci-dence excellente

_{qui existe,}

selon

_Wolfe,

entre les

fréquences

théoriques

résultant du schéma ci-dessus et les

_{fréquences expérimentales,}

constitue une bonne

confirmation du schéma de

_{Langer-Wolfe.}

2° Une deuxième

confirmation,

d’ordre

_{expérimental,}

en a _{été donnée par} Coster et

_Thyssen

_(1°)

_qui

ont

vérifié que le doublet

1(11.34.

du cuivre

_correspond

bien à un

_potentiel

d’excitation

A"+ L ;

ainsi

l’hypothèse

_qui

est à la base de la théorie de

_Langer

est

expérimenta-lement confirmée.

3°

_Enfin,

le schéma de

_{Langer paraît}

se

_justifier

encore dans les

_{conséquences}

_{qu’elle implique;}

en

_effet,

si le schéma de

_Langer-Wolfe

est

_correct,

les raies a3

et a~ sont en réalité des

_triplets.

_{Effectivement,}

la raie a3

possède

une structure

_fine;

celle-ci a été mise en _{évidence par}

_Richtmyer

et

_{Taylor (1’)}

_{pour les}

élé-ments Cu et

_Ni,

_{par Deodhar}

₍₁₂₎

_{pour Si} et _{par Ford}

pour tous les éléments

depuis

Al

jusque

Cl

(*).

(*) Il faut remarquer qu’on observe encore _quelques satellites

très faibles qui ne trouvent pas de place dans le schéma de

Langer, à moins _qu’ils ne _{correspondent à} des passages entre

termes de simplets et termes de _triplets.

8. Extension de la théorie de

_Langer

au cas des atomes très

_légers.

- Le schéma de

Langer,

rectifié par

Wolfe,

parait

donc

_{s’appliquer}

d’une

manière excellente aux satellites du

_spectre

Il« des atomes moyens et lourds. On doit dès lors s’attendre à retrouver ces mêmes satellites dans le

_spectre

K des éléments de la

_{première rangée}

horizontale du

_système

périodique

des

éléments,

à

_partir

de

_Cf,’

Prenons,

par

exemple,

le cas de

_Cs;

cet atome

com-prend 2

électrons

1s,

2 électrons 2s et 2 électrons 2 _p.

Les 4 états

_KLI,

1,1

L2,

L~2

sont donc

_possibles

et l’on doit s’attendre à

observer,

à côté de la raie ICa.

ordinaire,

les 5 satellites ci-dessus. Il en est de même pour

N7,

O8,

F 9.

Les choses sont toutes différentes _pour

_{B5 ;}

en

_effet,

pour cet

_atome,

l’état n’est

_{plus possible}

car il

_n’y

a

_qu’un

seul électron 2s et

_partant

le schéma de

_Langer

ne

_peut

_{plus s’appliquer.}

Pour cet

_atome,

la raie ai est

encore

_possible.

D’autre

_part,

l’état

_{KL, pouvant}

se

produire

et ne

_pouvant

subsister

indéfiniment,

l’état non

possible

L22

sera forcément

_remplacé

_par un autre état sur la nature

_duquel

on ne

_peut

faire a

_priori

_que des

_hypothèses,

on doit donc s’attendre à

observer,

pour

B5,

à côté de la raie un satellite

_d’aspect

tout différent des satellites ordinaires.

Pour l’atome

Gl,

comme _pour la théorie de

_Langer

ne

_{peut plus}

intervenir;

la

raie a,

même ne

_peut

_plus

exister

_qu’à

la faveur d’un passage

défendu ;

le

_spectre

li

de

Gl,

doit donc avoir un

_aspect

anormal

_qui

le diffé-rencie

_{complètement}

du

_spectre

ordinaire.

25

C6, Nz, 0,, F,

doivent donner lieu au

_rayonnement

Ki. ordinaire affecté des différents satellites cités

l’alome

85,

pour

lequel

cette théorie n’est

plus

valable,

doit donner lieu à la raie Ka ordinaire et à un rayonne-ment li

anormal; l’atoum Gl+ doit présenter

un rayon-nement K entièrement anormal.

9.

_Comparaison

des

_prévisions

_théoriques

pré-cédentes aux résultats

_{expérimentaux. -}

Il est très intéressant de remarquer que ces considérations

théoriques paraissent

correspondre

très bien aux

résultats

_{expérimentaux}

que

j’ai

décrits.

En

_effet,

_{pour le}

carbone,

le schéma de

_Langer

pré-voit

_{l’existence,}

à côté de la raie a,, de la raie a’

(celle-ci

est

_{généralement}

d’intensité très

_faible),

du doublet a34 et du doublet _a56; or

_j’ai

observé

effective-ment 3 raies

_{qui paraissent}

bien être la raie ah le

doublet a3~ non résolu et le doublet ai,; non résolu. Il y a

_concordance,

en

_effet,

au

_point

de vue des intensités

relatives;

d’autre

_part,

il _y a concordance au

_point

de vue des

_longueurs

_d’onde,

car si l’on

_{prolonge, par la}

loi de

_Moseley,

les écarts 3h entre la~ raie normale a et ses

_satellites,

à

_partir

de Na

_(élément

_pour

_lequel

ces satellites ont été mesurés avec

_précision),

on

retrouve,

avec une concordance

_remarquable,

_{les écarts A;, que}

j’ai

observés dans le cas du carbone.

Il semble donc bien que la théorie de

_Langer

per-mette

_{d’interpréter}

la structure de la raie K du carbone. Mais on ne _pourra se _prononcer définitive-ment sur la validité de la théorie de

_Langer

_{pour les} atomes très

_{légers qu’au}

moment où la structure fine des raies K de

_l’oxygène

et de l’azote sera connue.

Pour ce

_qui

concerne les éléments Gl et

B,

il est

remarquable

de constater

_qu’en

concordance avec les

prévisions

du

_paragraphe

_précédent,

la structure de ces raies ne

_{correspond plus}

du tout avec

_l’aspect

clas-sique.

La raie ai

qui

est

théoriquement

encore

_possible

pour

B,

se retrouve sous

_l’aspect

d’une raie assez fine à

61,63

Â;

tandis que pour Gl la raie a,

n’apparaît pins,

ce

_qui

reste conforme aux

_prévisions

_ci-dessus;

la

composante

large

de B et la raie

_large

de Gl traduisent

bien,

d’autre

_part,

l’existence du

_rayonnement

anormal annoncé.

10. Essai

_{d’interprétation}

du

_rayonnement

anormal de B et (31.-A

_quel

processus

spécial

d’émis-Fion faut-il attribuer

_{l’apparition}

de la

_composante

large

de B et de la raie

_large

de Gl ? L’existence d’une bande continue d’émission traduit l’existence d’états

énergétiques

non

_{quantifiés ;}

de

_plus,

comme le niveau

initial est ici un niveau K bien

défini,

il est nécessaire

d’admettre _{que les électrons de la couche L}

_peuvent

occuper une infinité d’états

_{énergétiques}

voisins. Deux modes

_{d’explication}

de ce fait

_peuvent

être

_{proposés :}

l’un a

_déjà

_{été énoncé à propos ilu}

problème qui

nous occupe, l’autre est

proposé

pour la

première

fois dans cet article.

Le

_premier

mode

_{d’explication}

se rattache au fait que les atomes situés au sein d’un cristal ne

_peuvent

_pas être considérés isolément comme on

_pourrait

le faire dans le cas d’atomes faisant

_partie

_{d’un gaz} ou d’une

vapeur ; le deuxième mode

d’explication

se

_rapporte

à l’existence

_probable,

_{à propos du}

_spectre

K du bore et du

_glucinium,

de _passages

_défendus

non

_{qicarctifiés.}

.~. Essai

_{d’application}

de la théorie de la conduc-tibil.ité

_électrique

des métaux. - La théorie de la conductibilité

_électrique

des métaux de Sommerfeld= Pauli _pose en

_principe

_{que les électrons de valence de} ces métaux sont à même de se mouvoir librement ou

plus

ou moins librement travers le cristal

_qui

les

contient.

Or,

dans le cas de Gl et de

_B,

les électrons de valence sont

_{précisément}

les électrons de la, couche L donnant naissance à la raie

_{li ;}

si ces électrons sont libres dans le

_cristal,

on

_comprend

aisément que le

niveau L ne soit _pas

_quantifié

et

_qu’il

y ait émission d’une infinité de raies voisines formant une bande continue.

Sôderman

_ayant

donné un

_{enregistrement}

micropho-tométrique

de la raie li de

Gl,

photographiée

par la

méthode du réseau

_plan

_tangent,

Houston

₍₁₁₎

a

_calculé,

à

_partir

des

_hypothèses

de la conductibilité

électrique,

la

_{répartition théorique}

de l’intensité dans la raie Ii

de Gl. Le calcul a été fait à

_partir

de deux

_{hypothèses ;}

-.

1°)

les électrons de valence sont

_libres;

_2°)

les électrons de valence sont attachés à un atome mais ont la

possi-bilité de sauter sur un atome voisin sous l’influence d’un

_champ

_extérienr,

la

_dispersion

des niveaux

éner-gétiques

étant due à la

_perturbation

exercée sur l’électron _par les atomes voisins. Les deux courbes

théoriques

ont été

_comparées

à la courbe de Sôderman sans accord

_{satisfaisant;}

_{il y} a lieu de remarquer d’ail-leurs que la raie

_indiquée

_par Sôderman a été obtenue

par la méthode du réseau

plan

tangent,

c’est-à-dire par une méthode donnant une définition des raies

_trop

mauvaise pour

permettre

une

_opinion

définitive.

L’enregistrement

de la raie h’ de Gl donné ci-dessus ne

_correspond

à aucune des deux

_hypothèses

de

Hous-ton ;

si donc il faut faire intervenir le

_champ

des atomes extérieurs sur l’électron

_émetteur,

il faut admettre _que

la nature de ce

_{champ correspond}

à des

_hypothèses

moins

_simples

que celles

qui

ont été faites.

Mais si ce mode

_{d’explication}

est correct, la structure des raies Ii de Gl et B doit

_{changer quand}

l’atome émetteur

_appartient

à des cristaux différents. Or

_j’ai

excité la raie li du bore à l’aide de

_bore,

de borax et

d’acide

_borique:

la structure de la raie et les

_{loîiflueii?-g}

d’onde sor2t restées

_identiques

dans les trois cas.

D’autre

_{part, l’existence,}

dans le cas du

_bore,

d’une 1Ylie fine est en désaccord

formel

avec le 1110de

d’explication

ci-dessus.

Enfin,

il y a _{lieu de remarquer que, dans le} cas du

26

quantifiés

et prouve que l’influence du réseau cristallin ne _{suffit pas pour}

_expliquer

des raies très

_{larges (de}

plusieurs

Angstrôms).

Il semble

donc,

qu’à

la suite de mes

_{expériences,}

il

faille

renoncer à

_expliquer

le

_rayonnement

anormal de

Gl et B _{par le}

_champ

de

_potentiel

_{créé par les} atoiiies

voisinant,

dans le

cristal,

l’atome

Sans

doute,

ce

_champ

doit avoir une certaine influence

_puisque,

même _{pour des atomes}

_lourds,

on constate une

_légère

_variation,

en fonction de la nature

chimique

du

_composé

de la

_largeur

et de la

_longueur

d’onde des raies de

_spectres

_{de rayons X.}

_{Précisément,}

les 3 raies du carbone et la raie a, du bore ont une

lar.qeur

de l’ordre de

0,2

À

_{qui pourrait}

_par

les considé)-ations ci-dessus.

Mais il _{semble bien que le}

_rayonnement

normal K de

Gl et B ait une

_origine

toute différente. Je fais actuelle-ment des essais sur C et Gl semblables à ceux _que

_j’ai

faits sur

_B;

si la nature

_chimique

du

composé

ne modi-fie pas l’allure de la

raie,

il y aura lieu de

_rejeter

défi

-nitivement le mode

_{d’explication}

ci-dessus

_(*).

B. Essai

d’explication

du

_rayonnement

anormal

K de GI et _{B par des}

considérations relatives

aux

pas-sages défendus. - Le mode

d’explication précédent

paraissant

en désaccord avec les faits

_{expérimentaux,}

il semble

_logique

de chercher le mode

_{d’explication}

correct dans le fait que, pour les atomes B et

Gl,

les

électrons

_{qui produisent}

l’émission de la raie anormale sont des électrons 2 s

_et,

d’autre

_part,

_{dans le fait que}

les

_{passages 2}

s-~ 1 s sont des _{passages défendus. Or} on

_sait,

_{par l’étude des}

_spectres

_{moléculaires,}

_que les passages défendus

entraînent,

dans certaines

circons-tances,

l’émission d’un

_spectre

continu. _{Il y} a lieu de se demander si un

_phénomène

de ce _{genre n’a pas lieu ici.}

On

_peut

admettre,

par

exemple,

que l’électron 2 s

passe dans un état excité d’où il

_peut

retomber dans l’état 1 s sans enfreindre les

_règles

de sélection : la raie K anormale serait donc due au fait _que l’atome serait

_porté

dans un _{état métastable et que cet état} mé-tastable serait mal défini.

Cette manière de voir

_paraît

_{confirmée par les}

parti-cularités suivantes :

(*)

Voir, à ce _sujet, un article récent de A. Hautot dans le

Bul-letin de la Société

Royale

des Seiences de

_Liéqe,

janvier 1934.

10 Dans le cas du

bore, la

raie anormale a une lon-gueur d’onde inférieure à la raie

Kx,

normale. L’élec-tron

_qui

_produit

cette raie anormale est donc à uo niveau

_d’énergie

inférieur à celui de _{l’électron 2 p}

_qui

donne lieu à la raie Il semble donc bien

_qu’il

s’agisse

d’un électron dans l’état 1 s ou dans un état

compris

entre 1 s et 2 p.

21 L’intensité de la raie a, du bore par

_rapport

à la raie anormale

_paraît

décroître

_quand

la tension

appli-quée

au tube

_augmente;

_{il est naturel d’admettre que} l’électron

_~~

est

_fréquemment

arraché de l’atome

_quand

la tension devient

élevée;

dès

lors,

l’électron

_~p

étant

absent,

la

_probabilité

du passage 28 -+- 1 s

_augmente.

De

même,

il semble que le

rayonnement

continu du

glucinium qui précède

le maximum

_{n’apparaisse}

_que

lorsqu’on dépense

une

_puissance

notable dans le tube.

Ce

_spectre

continu

_qui

_{n’apparaît}

_qu’aux

tensions éle-vées _{n’est-il pas} un

_spectre

continu

_{d’étincelle,}

c’est-à-dire émis par l’atome Gl

_{ayant perdu}

un électron Il n’est pas

question

actuellement,

les résultats

expé-rimentaux n’étant pas assez

_nombreux,

de chercher à décrire dans le détail ce _processus

_spécial

d’émission

comportant

des _{passages défendus} non

_quantifiés.

Tout ce

_{qu’on peut}

en dire actuellement est

_qu’il

_y a un

niveau

_d’énergie

_{que les électrons 2 s} ne

_peuvent

dépas-ser _pour

_pouvoir

retomber dans l’état 1 s : l’existence de ce niveau

_{supérieur d’énergie}

se traduit par l’exis-tence d’un bord net de la raie du côté des courtes

lon-gueurs d’onde.

Si ce mode

_{d’explication}

est

correct,

la raie L du sodium, du

_magnésium

et de l’aluminium

_(homologues

de

Li, Gl,

B)

correspondra

aussi à un

_{rayonnement L}

de nature anormale

_(passages

3 s

_{-+- 2s) (*).}

Conclusions. - Le

_{rayonnement K}

des atomes très

_légers

_pose, comme on le

voit,

des

_problèmes

théoriques

d’un intérêt considérable. Il _y a lieu de

poursuivre

l’étude

expérimentale

à

_{grande dispersion}

de ce

_rayonnement

afin de définir

_quels

sont _les pro-cessus

_spéciaux

d’émission

_qui

lui donnent naissance. Je tiens à remericer très vivement M. Max Morand

qui

s’est

_occupé

de la mise au

_point

_{du tube à ra.yons X}

décrit dans cet article.

(*) Ces _{prévisions correspondent} effectivement à la réalité (Cf. Siegbahn et _{Magnusson :} Z. _{Phyaik, janv. t 934).}

Manuscrit reçu le 29 novembre 1933.

BIBLIOGRAPHIE _

(t) A. HAUTOT, Journal de

Physique

et le Radium (mai 1933), t. 4,

p. 236.

(2) SODERMAN, Z.

_Physik

_(1930),

_65,

656.

(3) SODERMAN, id.

(4) PRINS, Z. _{Physik (mars} 1933). (6) PRINS, id.

(7) SIEGBAHN, Proc. _of the _{Phys. Society, (sept. 1933).} Vol. 45,

n° 250.

(8) A. _HAUTOT, Mém. de la Soc. Royale des Sciences de

_Liége,

3e série, t. 18.

(9) WOLFE, Phys. Rev. (15 févr. 1933). (10) COSTE et THIJSSRN, Z.

_Physik

_(1933).

(11) RICHTMYER et TAYLOR,

Phys.

Rev. _(1930),

_36,

1044.

(12) DEODHAR, Proc. _Roy. Soc. London

_{(1931), 131,}

476.

(13) FORD, Phys. Rev. (1932), 41, 577.