Spectres d' étincelle du césium

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Submitted on 1 Jan 1927

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Spectres d’ étincelle du césium

G. Balasse

To cite this version:

G. Balasse. Spectres d’ étincelle du césium. J. Phys. Radium, 1927, 8 (7), pp.311-320. �10.1051/jphys-

rad:0192700807031100�. �jpa-00205301�

SPECTRES D’ ÉTINCELLE DU CÉSIUM

par M. G. BALASSE.

Université de Bruxelles.

Sommaire. 2014 J’ai étudié le spectre d’étincelle du césium produit par la décharge

électrodes. En faisant varier les conditions d’excitation, j’ai obtenu des spectrogrammes montrant :

1° L’existence d’un spectre continu du césium;

2° Une répartition des ^{raies du} spectre a’étincelle

deux groupes de raies selon l’excita- tion nécessaire à leur production, ^la discrimination ^étant [faite selon la méthode de E. et L. Bloch (1).

3° La possibilité de reconnaître toutes les raies du spectre ^d’arc

ambiguïté : a) par leur aspect général, b) par la manière dont elles

raccordent

spectre ^continu;

4° Des raies d’arc du césium appartenant ^à la série 1

md. Cette série, à

connais- sance, n’a pas

été signalée pour cet élément.

5° Des [multiplets, ^dans le domaine’ ultraviolet au delà de 3 200 Å, démontrant

analogie ^{entre le} spectre d’étincelle du césium et celui des gaz

néon, ^xénon,

1. Dispositif expérimental. - Un transformateur de 2 kw entretient les oscillaticns d’un circuit oscillant présentant ^les caractéristiques suivantes : une capacité ^de quelques

millièmes de microfarads, ^une self-induction d’une douzaine de spires de trois centimètres de diamètre. Un éclateur à pointes séparées par ^une distance ’réglable, permet ^de faire varier l’excitation. J’ai préparé le césium à partir ^du chlorure par la méthode de Hackspill;et ^l’ai

redistillé sous le vide d’une pompe à condensation dans le tube de quartz utilisé pour la

production de la luminescence.

Le tube de quartz ^{est à fond} plat, ^{a 3 cm de} diamètre, 10 ^{cm de} longueur. ^{Il est} chauffé,

à des températures mesurées par ^un couple fer-constantan, à l’aide d’un four électrique à

résistance. Le four électrique est bobiné normalement au plan’des spires ^de la self-inductance du circuit oscillant enroulée autour du tube de quartz. J’ai utilisé un spectrographe à prismes ^de Cornu, ^en quartz, jusqu’à ^{3 700 À et un} réseau entre 3 600 et 7 000 I. Des spectres

de la luminescence ont été photographiés pour des distances explosives ^de

54 mm 37 mm 20 mm

et, pour chacune des tensions correspondant ^{à ces} distances, ^aux températures ^de

190°C 9l10°C.

En outre, pour chacunefde ces] températures, j’ai pris ^un spectrogramme ^{de la} décharge

avec la distarce explosive ^rminimum permettant cependant ^{d’obtenir une} luminescence

jaune ^{donnant un} spectrogramme ^en quelques ^heures.

‘~, Aspect ^{de la} luminescence. - La luminescence change d’aspect ^{avec les condi-} tions d’excitation. Une diminution de la distance explosive paraît, ^en gros, avoir le même effet sur la décharge qu’une élévation de la température.

J’ai observé trois régimes ^de décharge :

i 0 Aux excitations faibles (petite ^distance explosive, température élevée) ^la décharge

lumineuse egt bleue et de très peu d’éclat; je ^n’en ai pas pris ^de spectrogramme..

2. Pour les excitations moyennes, j’ai ^{observé une} décharge jaune, riche en raies d’arc.

3* Pour les excitations intenses, j’ai ^{obtenu une} décharge ^{verte de} grand éclat, présen-

tant un maximum de luminosité pour ^une température ^{de i i 0° C environ.}

Le spectre ^{de cette} décharge, très riche en raies d’étincelle, ^ne comporte que très peu de raies d’arc présentant d’ailleurs une intensité faible.

(1) L. et E. BLOCH, spectres d’étincelle d’ordre supérieur ^du

[Journal ^de Physique, ^{t. 4} (octobre l923), p. 2331.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192700807031100

J’ai observé la décharge ^rose pourpre mentionnée par M. Dunoyer (1) ^mais uniquement

dans le cas de conditions expérimentales tout à fait différentes : le circuit oscillant était le

siège d’oscillations entretenues produites à l’aide de valves d’émission triodes ; ^le spectre ^ne comporte, ^{dans ce cas,} que des raies d’arc.

Pour des valeurs déterminées de la tension et de la température, j’ai ^{observé, dans le} tube, la coexistence des luminescences jaune ^{au centre et verte,} annulaire, voisine de la

paroi ^{du tube.}

3. Aspect ^des spectrogrammes. - ^Les spectres pris ^à excitation décroissante (c’est-

à-dire en diminuant la distance explosive ^{et en} élevant la température) s’étendent de moins

- au moins loin dans l’ultraviolet. Pour obtenir simultanément sur un cliché deux sortes de raies différentes, ^{dans un} domaine donné de longueurs d’ondes, ^une excitation d’une intensité déterminée est nécessaire. En gros, j’ai observé que l’excitation nécessaire ^{va en}

croissant quand ^on s’éloigne ^dans l’ultraviolet, ainsi que l’on pouvait s’y ^attendre.

A mesure que décroît l’excitation, j’ai ^{observé une} évolution- des spectres : ^{des raies}

.

disparaissent ^{et sont} remplacées par d’autres; ^des raies, émises par la partie centrale du tube seulement, s’allongent puis ^se localisent uniquement ^{aux bords des} spectrogrammes,

et cela d’une façon conforme à celle décrite dans l’étude faite _{par E.} et L. Bloch sur le

mercure (~).

.J’ai, observé jusqu’ici, parmi ^les raies d’étincelle du césium, deux sortes de raies seule- ment que je classe, conformément aux vues de E. et L. Bloch, ^{en raies} d’excitation supé-

rieure et raies d’excitation inférieure. Les observations sont parfois difficiles et conduisent à des résultats douteux ; ceci, surtout, pour les raies du spectre visible de X > 4 ^{600 Â. Je} crois qu’étant ^{donné la} configuration que la théorie de Bohr assigne à l’atome de césium,

il est difficile d’admettre que ^ces deux spectres d’étincelle bien diftérenciés correspondent

à des atomes ionisés une ou deux fois.

4. Raies étrangères. - ^Mes spectrogrammes ^donnent quelques ^raies provenant d’impu-

retés. Ce sont les suivantes dont je ^{donne les} longueurs ^d’ondes observées, ^{afin d’en} pouvoir

,

déduire une valeur expérimentale ^{de la} précision ^de mes mesures :

En outre, ^{une raie de} longueur ^{d’onde Aair}

4201,7 peut ^être attribuable à Rb À =4201,98.

5. Spectre continue - J’ai observé, ^{sur certains} spectrogrammes pris ^{à des} tempéra

tures supérieures ^{à 200°} C, ^{outre un} spectre ^de raies,

un spectre ^continu parfois ^très intense. Il est émis par la vapeur de Cs proche ^{de l’axe} du tube. Il s’étend au delà de la limite de la série principale.

Il présente cependant ^un rapport ^{bien net avec les}

raies d’arc sériées (fig. i, ^{raies B} et D), ^{car il se rac-}

corde d’une façon ^très apparente ^avec chacune de

ces raies, alors que les raies d’étincelle (A, C) ^tra-

versent ce spectre ^{continu sans subir de} modification.

Ce spectre ^continu croît et décroît en intensité en

même temps que les raies d’arc. Le fait qu’il ^{ne se} produit que pour des températures supérieures ^{à une} température déterminée, ^me porte

(i) L. DUNOYER. Recherches

la. luminescence des gaz dans la décharge

électrodes. Spectres i’induction du césium et du rubidium [Journal ^de Physique, ^{t. 3 (août} 1922), p. 2611.

(2) ^{L. et E. BLOCH.} Spectres d’étincelle d’ordre supérieur ^du

LJournal ^de Physique, ^{t. 4}

ctobre 1923), p. 333J.

1 1

Fig. i.

313 à croire qu’il ^{naît au moment où la} pression de la vapeur de Cs ^est telle que le volume

atomique possible ^ne permet plus à l’électron optique, soumis à l’excitation relativement

plus ^{faible du centre du} tube, ^{de se mouvoir sur les} trajectoires à grand ^{nombre de} quanta.

Le calcul pourrait évidemment expliquer l’émission de ce spectre continu, ^{si on admettait}

l’existence possible ^de la chute d’un électron éloigné, possédant ^{une certaine} énergie ^ciné- tique ^de départ, ^{sur la} trajectoire normale de l’électron périphérique.

6. Spectre ^d’arc.

^Les spectrogrammes ^{tirés aux} températures supérieures ^{à 2000 C}

renferment des raies d’arc. On les reconnaît aisément, parmi toutes les raies d’étincelle, ^à leur aspect ^{commun :} intensité, renflement au centre, raccordement au spectre continu,

,

évolution similaire sur les divers spectrogrammes.

J’ai observé les raies d’arc suivantes :

Série principale.

Les raies 1

5 Pt, ¹

5 pz, f

6 Pt, ^{1 s}

7p,, ¹

8 Ph ¹

- 9 pi , ^{1 s}

10p, ^sont pré-

sentes sur mes spectrogrammes, ^{mais ne se} prêtent pas à des ^mesures précises.

’

1. Série secoiidaire.

Il. Série secondaire.

- 2 pi apparaît ^{bien comme constant, aux} approximations ^{des mesures} près, à l’intérieur d’une même série; ^{il n’en est} plus ^de même si l’on compare les valeurs de cette même différence pour les 2 séries secondaires.

J’ai en outre observé des raies de la série 1 s

qui, jusqu’. présent, ^{du moins à ma} connaissance, n’avait pas ^encore été observée en ce qui ^{concerne le césium.}

Le caractère particulièrement diffus des raies de cette série limite la précision ^{dans la}

détermination de leur longueur d’onde. Voici les résultats de mes observations :

Série 1 s

md.

Malgré le peu de précision ^{de mes mesures,} pour cette série, l’identification de ces raies

aux termes de la série i s

md ne fait aucun doute, ^eu égard ^à l’aspect ^{de ces raies sur}

mes spectrogrammes. ^{Cette série est} incompatible ^{avec le} principe ^de sélection, ^{mais sa} pré-

sence se justifie par la violence do l’excitation à laquelle est soumis l’atome dans cette sorte de décharge.

7. Spectre d’étincelle.

Les raies du spectre d’étincelle sont mentionnées dans les tableaux qui suivent. Le tableau 1 est celui des raies d’excitation supérieure ; le tableau II,

celui des raies d’excitation inférieure. Le tableau III est celui des raies qui n’ont pas ^ou qui

n’ont pu être réparties dans l’un des deux tableaux 1 ou II. A côté des longueurs ^d’onde observées, j’ai indiqué ^les intensités. Ces intensités varient très fortement avec les conditions

d’excitation; ^{elles se} rapportent ^{à des} spectrogrammes tirés à excitation maximum, lesquels présentent ^les spectres ^les plus complets. Les raies marquées ^d’un astérisque sont celles pour lesquelles ^la répartition dans l’une des deux catégories d’excitation supérieure ^{ou infé-}

rieure reste douteuse.

’

8. Précision des mesures. - Les raies de l’arc au fer ont servi de repère. ^{La détermi-}

nation des raies les plus ^{intenses s’est faite sur des} plaques peu posées.

Les longueurs d’ondes des raies que je ^{donne avec} le chiffre des centièmes d’angstrom

ont été déterminées directement, ^à partir ^des longueurs ^{d’ondes des} raies du fer. J’estime à 0,07 À ^la précision obtenue pour ces mesures.

,

Elles ont servi de base, ^{à leur} tour, pour la détermination des longueurs d’ondes des autres raies du césium pour lesquelles je ^ne donne que le chiffre du dixième d’angstrom.

Pour ces dernières raies, j’estime que la précision ^{des mesures est} de 0,1 ^{Ã. Les facteurs} les plus importants qui ^viennent limiter cette précision ^{sont : -.}

.

f 0 Pour certaines raies d’intensité !., leur manque d’intensité sur nos spectres.

2° Pour les raies de forte intensité, ^leur dissymétrie d’aspect ^{et leur} largeur.

Une détermination du spectre d’étincelle du césium a été faite par L. Dunoyer. ^{Les lon-}

gueurs d’ondes y sont toutefois données avec moins de précision.

Une étude du spectre d’étincelle du césium a été faite par L.-A. Sommer (1) qui ^{a utilisé}

une décharge ^{dans une} atmosphère d’hélium ; ^son spectre d’étincelle du césium concorde bien,

en général, ^{avec le} mien, ^{mais il ne’} s’étend que dans la région visible et jusqu’à ^{3 200} À; ^la précision obtenue par L.-A. Sommer semble ^un peu meilleure que la mienne.

9. Analogies ^{entre le} spectre d’étincelle d’excitation inférieure du césium et celui des gaz ^rares néon, xénon. - L.-A. Sommer ^a trouvé, parmi ^le spectre d’étincelle du césium, 5i raies formant’ des multiplets qui présentent ^{une structure} analogue ^{à des} multiplets du néon et du xénon [voir, ^{à ce} sujet, le travail de L.-A. Sommer déjà relaté, tableaux 6 a et 6 b, p. t 76 J.

J’ai retrouvé ces raies sur mes spectres; 33 d’entre elles participent ^au classement que

j’ai pu faire entre les raies d-étincelle : elles font partie ^du spectre d’étincelle d’excitation

inférieure.

( 1) ^{L -A.} SOMMER. Uber das Funkenspektrum des Càsiums [Annalen ^der Physik, ^{t. 75} (i92), p. i63].

315

TABLEAU 1.

Raies d’excitation

317

Ce résultat montre bien qu’en ^ce qui ^{concerne le césium, la} répartition des raies d’un

spectre d’étincelle en spectres de différentes excitations, ^{à l’aide du} phénomène ^{de la} décharge

sans électrodes, ^doit permettre de donner de précieuses indications pour la connaissance éventuelle des séries.

Une seule raie semblait faire exception, c’est la raie Aah ^{_ ~} 506,83, que je ^mentionne

d’intensité supérieure. Cette anomale s’explique par le fait que L.-A. Sommer ^a observé, ^au ilieu d’une raie, les 2 raies très voisines

j’air

h506,83W, d’intensité 2, ,==4506,735,

3,

que ^mon réseau ne pouvait séparer.

J’ai tenté de trouver dans la région ultraviolette, parmi ^{les raies du} spectre d’excitation

inférieure, ^des multiplets tels que ^ceux existant dans les spectres ^{du xénon et} du néon. J’ai

TABLEAU II.

Ilaies d’excitalion inférieure.

319

TABLEAU 111.

Raies _pour lesquelles ^la répartition ^{dans l’un des deux tableaux} précédents n’a pu ^se faire.

obtenu les résultats relatés dans les tableaux IV et V ci-dessoiis . Les raies y sont mentionnées par leur nombre d’ondes; les intensités sont mises entre crochets, ^les différences verticales et horizontales entre parenthèses.

TABLEAU IV.

TABLEAU V.

Les différences entre les nombres d’ondes sembleraient médiocrement constantes si je

ne faisais observer ce qui ^{suit :}

i 0 Au fur et à mesure que le nombre d’ondes croît, à ^une précision donnée, constante,

dans la détermination des longueurs ^d’ondes, correspond ^{une erreur absolue} possible ^{sur le}

nombre d’ondes qui ^{va en croissant.}

2° Aux précisions près ^{de mes} mesures, les différences ^w sont égales ^aux valeurs moyennes trouvées par L. A. Sommer pour les différences ^w correspondantes. Une seule différence à

ce sujetfait’exception : c’est la différence 189?5, i ^dans la dernière colonne du tableau V. Pour

ce motif, je ^ne mentionne le nombre d’ondes 36 ?OU,B qu’à titre d’indication seulement.

Les deux premières colonnes des tableaux IV et V présentent des raies communes; il

en est de même pour les secondes colonnes de nombres d’ondes de ^ces mêmes tableaux. La

signification ^{de ce fait me} reste inconnue.

Je compte reprendre ^{la même recherche avec les autres métaux alcalins.}

Ce travail a été effectué au laboratoire de M. le professeur Henriot, à la Faculté des Sciences de l’Université libre de Bruxelles.

Manuscrit reçu le 27 janvier ^192~.

Note ajoutée ^{à la} correction.

Peu après l’introduction de cette note, j’ai ^eu

connaissance des recherches de G.-M. Shrum, ^{N.-M. Carter et H.-W. Fowler} (1) signalant

la série 1 s

md du césium produite ^à partir ^{d’un arc au} charbon dont les électrodes sont revêtues de carbonate de césium.

Aux approximations ^{des mesures} près, il y ^a accord entre les nombres trouvés par ^ces auteurs et les miens.

(1) ^G.-M. SHRUM, ^N.-M. CARTER, H.-W. FOWLER. - On the ls

md Series of Cæsium and the other Alkali

Metals [The Philoaophical Magazine, ^{t. 3, n° 13} (janvier 1927), p. 27].