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Submitted on 1 Jan 1934
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Réalisation d’un appareil Wilson pour pressions
variables (1 cm Hg à plusieurs atmosphères)
F. Joliot
To cite this version:
RÉALISATION
D’UNAPPAREIL
WILSON POURPRESSIONS
VARIABLES
(1
cmHg
àplusieurs atmosphères).
Par F. JOLIOT.
Institut du Radium.
Sommaire. - Description d’un appareil à détente pour pressions variables. Réalisation des joints entre les diverses parties de l’appareil à l’aide des tuyaux métalliques élastiques. Etude du temps d’efficacité en fonction de la pression.
Les
trajectoires
de brouillardproduites
par les rayons ionisantssont,
engénéral,
observées dans desappareils
contenant un gaz saturé de vapeurd’eau,
lapression
étant voisine de lapression atmosphérique.
La sursaturation de la vapeur d’eau estproduite
par lachute
brusque
d’unpiston
dont l’une des faces est mise en communication avec unrécipient
vidé d’air.Lorsque
les rayons étudiés ont un trèspetit
parcoursà la
pression
normale dans le gaz de lachambre,
ilsproduisent
despetites
taches de brouillard et leurobservation devient défectueuse. On obtiendra des
trajectoires plus longues
en diminuant lapression
ini-tiale du gaz.L’expérience
montrequ’on
nepeut,
avecles
appareils
courammentemployés,
dutype imaginé
par C.T.R.
Wilson,
diminuerbeaucoup
lapression,
car la forcepressante qui
provoque la chute dupiston
deviendrait insuffisante pour vaincre les frottements
de celui-ci contre le
cylindre.
On a cherché dessolu-tions
permettant
d’effectuer des détentesdepuis
lapression
atmosphérique
jusqu’à
despressions
dequelques
centimètres de mercure.L’entraînement du
piston
par unsystème
bielle et manivelle ou par ressortprésente
de grosinconvé-nients
lorsque
la surface dupiston
estgrande
en raisonde la force
pressante
élevéequi agit
sur lepiston.
La meilleure solution consiste à relier lepislon
qui
ferme la chambre d’observation à un autrepiston
moteur,
surlequel
onpeut
faireagir
lapression
atmos-phérique.
La
figure 1
représente
le schéma d’unappareil
reposant
sur ceprincipe.
Par les tubuluresT~i
etT2’
on établit la même
pression
dans les volumesl’i
etVu
et par les tubuluresT3
etT4,
on vide les volumeFin
etViv.
Pour effectuer ladétente,
on met en com-municationViii
avec l’air extérieur et lepiston
moteurP2
descendbrusquement
entraînant lepiston
P1.
On remonte lespistons
en vidantFin
et en faisantpénétrer
l’air à lapression atmosphérique
dansViv.
Le volumeVII
est encommunication,
par latige
creuse des
pistons,
avec un réversoir pour éviter lasurpression
clansVii
au moment de la chute dupiston.
Unepremière
réalisation d’unappareil
de ce genre aété faite au laboratoire du Professeur L.
Meitnerpar
Petrova.
J’ai fait construire un
appareil
dont leplan général
est du même
type,
mais danslequel
j’ai
introduit desmodifications
qui
ont eu pourobjet
d’obtenir lefonc-tionnement de
l’appareil,
mêmelorsque
la chambre ne contientplus
d’autre gaz que la vapeur d’eausaturée.
’
Il robinet à pointeau.
g,q graisseur sous pression.
B collier à butées de réglage, piston haut.
Jl Jÿ joints élastiques métalliques. o perloration de la tige des pistons.
1tuyau métallique souple « Résisto ».
Avec cet
appareil,
lapression
du gaz àlaquelle
sont observées lestrajectoires
de brouillardpeut
être abaissée à 1 cm deHg.
Dans cesconditions,
latrajec-toire d’un atome de
recul,
parexemple, qui
a unelongueur
de0,1
mm à lapression atmosphérique
estenviron 76 fois
plus longue
soit7,6
mm, etpeut
êtrefacilement étudiée.
217
¡"ig. 2.
T tuyau ttiermostatique compressible. h barrettes de fixation du collier C. B base du cylindre.
K tige des pistons.
Fig.3.
F b°’ fenêtres rectangulaires ménagées dans le corps du robinet ( du boisseau.
t tige pour l’équilibrage.
b b billes d’acier.
V vis de réglage de la poussée. L levier de commande. E tige de fer.
li B solénoides.
La
principale
difficulté dans la construction de cetappareil
réside dans la réalisation desjoints
JL
etJ2,
les espaces
If, IIf,
IV et V devant êtreparfaitement
distincts. J’avais tout d’abord choisi desjoints
formés par descylindres
de caoutchoucgraissés.
Cedispositif
a l’inconvénient d’offrir au bout de peu detemps
unegrande
résistance de frottement au passagede la
tige
despistons.
On nepouvait
pas obtenir debonnes détentes pour des
pressions
inférieures à2,5
cm deHg
dans lachambre,
car à cespressions
réduites,
une chute trèsrapide
dupiston
est nécessaireet
l’usage
des caoutchoucss’y
oppose. J’airemplacé
ceux-ci par desjoints métalliques élastiques (tuyaux
thermostatiques)
(~).
Cedispositif, complètement
étanche,
supprime
les frottements et legraissage,
etpermet
d’effectuer ledéplacement
trèsrapide
despis-tons pour des courses
pouvant
atteindre3,5
cm, cequi
est
parfois nécessaire,
comme on le verra dans cequi
suit. Le schéma de la
figure 2
représente
lanou-velle réalisation des
joints. L’appareil
construit il y atrois ans a effectué des milliers de détentes sans
dété-rioration des
joints
(2).
Pour obtenir une
grande
vitesse de chute dupis-ton,
ilfaut,
enoutre,
faire entrerbrusquement
l’airextérieur dans
Viii.
J’emploie
un robinet à trèsgrande
ouvertureéquilibré
pour lapression
atmos-phérique
(fig. 3)
manoeuvré par unsystème
d’électro-aimant.
L’étanchéité entre les espaces 1 et 11 est nécessaire d’une
part
pour éviter les remous de gaz, et d’autrepart,
pour conserver lapureté
d’un gaz introduit dansla chambre. Cette condition est réalisée par un
grais-sage sous
pression
de deux rainureménagées
dans lecylindre
etcommuniquant
avec ungraisseur
àpres-sion,
àvis,
d’untype employé
pour les automobiles. Lesjoints
cntre lecylindre
de lachambre,
laglace
etl’appareil
sont réalisés à l’aided’apiezone
«Q
»(Leybolds).
Fonctionnement
del’appareil
à diverses
pressions.
Degré
de détente. - Comme il adéjà
étéindiqué
par
Petrova,
on observe que ledegré
de détenteaug-mente
lorsque
lapression
du gaz dans la chambre diminue. Il passe dans notreappareil
de lavaleur 1 ,al;5
(rayons a
ouprotons)
pour lapression
atmosphérique
d’air,
à la valeur‘~,
lorsqu’il n’y
aplus
que de lavapeur d’eau saturée à 17° dans
l’appareil.
Temps
d’efficacité. -On
appelle temps
d’effica-cité de ladétente,
l’intervalle detemps pendant
lequel
la condensation de la vapeur d’eaupeut
s’effectuer surles
trajectoires
des rayons ionisants traversantconti-(1) Tuyaux Lhermostatiques « Résiste )1, 2;3, rue de Bonnel à
Lyon, France.
218
nuellement le gaz de la chambre d’ionisation. J’ai
déterminé directement cet intervalle de
temps
encomptant
lestrajectoires
de brouillard formées àchaque
détente par des rayons a en nombre connu.Fig. !~.
Les résultats sont
représentés
par la courbe de lafigure
4.Le
temps
d’efficacité pour les rayons oc,lorsque
lachambre
ne contientplus
sensiblement que de la vapeurd’eau,
est2/1000
de sec., soit 8 foisplus petit
que dans l’air à lapression
atmosphérique.
J’ai vérifié indirectement l’ordre de
grandeur
dutemps
d’efficacité dans ces conditions depression
parla méthode suivante :
On introduit une
petite quantité
d’actinon dans la chambre et oncompte,
pourchaque
détente,
le nombre total des rayons de recul de An ou de et le nombre des rayons de recul de Anqui portent
à leur extrémité la trace du rayon de recul de On connaitainsi, pendant
la durée d’efficacité, le nombre total N desdésintégrations
et le nombre n desdésin-tégrations
de Ansuivi,
pendant
cettedurée,
de ladésintégration
dequi
vient
d’êtrepruduit.
Enposant Ai
et/B’2
les constantes dedésintégration
de An deAcA,
on trouve la relation(on
anégligé
dans le calcul).1
devant)’-2).
Les
expériences
ont donnéT étant la
période
deAcA,
soit environ0,0015
se-condes.
L’examen de la courbe
(fig. 4)
montrequ’on
peut
espérer augmenter
letemps d’efficacité,
cequi
serait un sérieuxavantage
dans certaines recherches eneffec-tuant des détentes à des
pressions
notablementsupé-rieures à la
pression atmosphérique.
L appareil
décrit dans ce mémoire estparfaitement adapté
pourtra-vailler à des
pressions
deplusieurs atmosphères.
Remarques. -
a)
Lapersistance
destrajectoires
de brouillard est trèsgrande
àpression réduite,
pro-bablement en raison des faibles remous du gaz. J’aicinématographié
ladisparition
progressive
destrajec-toires
produites
par desprotons rapides
dans l’air(1’
= 10 cm deHg)
et examiné la déformation lenteau
voisinage
desparois.
Auxplus
bassespressions
auxquelles
j’ai
puopérer,
lestrajectoires
conservent leur formependant 5
secondes au moins.b)
Apartir
de lapression
de ’i0 cm deHg
vers lespressions plus
basses on nepeut
plus
observer que lestrajectoires
d’électrons de faibleénergie
(inférieure
à40 000
eV)
tandis que celles des rayons trèsionisants,
comme les rayons a,
protons
ou atomes derecul,
sontencore très visibles. Cette
propriété
a été souventuti-lisée
lorsqu’on
désire observer des effets secondairesdonnant
lieu à l’émission de rayons très ionisants enprésence
de sources des rayons y intenses(effet
desneutrons
produits
par l’action des rayons x desdépôts
actifs sur les élémentslégers).
Les
