Sur la vitesse des rayons cathodiques secondaires qui prennent naissance dans les gaz

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Submitted on 1 Jan 1908

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Sur la vitesse des rayons cathodiques secondaires qui prennent naissance dans les gaz

M.J.J. Thomson

To cite this version:

M.J.J. Thomson. Sur la vitesse des rayons cathodiques secondaires qui prennent naissance dans les gaz. Radium (Paris), 1908, 5 (9), pp.276-278. �10.1051/radium:0190800509027601�. �jpa-00242307�

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l’un et l’autre, ^{mais en} quantités différentes, ^{Ra Th et}

ses produits ^de désagrégation ^en équilibre ^{avec lui, la} comparaison ^{nous fournira} simplement ^les quantités

relatives de la même substance radioactive contenue dans les deux échantillons; ^le rapport ^{des vitesses de} dégagement de chaleur dans les deux substances sera

donc égal ^au rapport ^{des actions} ionisantes. _{Ce que}

nous nous proposons actuellement, ^{c’est de} _comparer

l’ionisation due au thorium contenu dans notre sub- stance et à ses produits ^de décomposition ^en quantité égale ^{à la moitié de la} quantité correspondant ^à l’équilibre, ^avec l’ionisation due ^au thorium et à ses

produits ^de décomposition ^en quantité égale ^{à celle} qui correspond ^à l’équilibre. ^Mais puisque les rayons ^x du thorium ont une faible distance d’ionisation, ^et par conséquent ^ne fournissent, ^{dans l’un et l’autre} cas,

qu’une ^faible partie ^de l’ionisation ou du dégagement

de chaleur par rapport ^{à ce} que fournissent les cinq

séries de rayons x plus pénétrants ^{du Ra Th et de ses}

produits ^de désagrégation, ^{il est} évidcnt que les vi- tesses des dégagements ^{de chaleur doivent être très}

sensiblement dans le rapport ^{des effets} d’ionisation,

même si l’ionisation due aux particules ^{oc de ditlé-}

rentes distances d’ionisation n*est pas exactement pro-

portionnelle ^{à leur} énergie. [Une discussion plus pré-

cise pourra être faite sur ce point quand l’intervalle d’ionisation des _rayons oc du thorium ^sera déterminé].

Nous pouvons donc dire que la vitesse du développe-

ment d’énergie ^{au sein de la matière} employée par

nous est les 46 centièmes de celle avec laquelle l’oxyde

de thorium pur, ^en équilibre ^{avec tous ses} produits

de désintégration, dégage ^de l’énergie; ^{cette vitesse}

est ainsi, finalement, ^de 0,96.10 -5 : 0,46 ⁼⁼ 2,1.10-5

calories par heure ^et par gramme. Le bromure de

radium, ^{dans son état} d’équilibre (comprenant jus- qu’au ^radium C), libère de la chaleur 3,2 millions de fois plus ^vite.

(7 ^mars 1908.] [Traduit par L DUNOYER]

Sur la

des rayons cathodiques secondaires

qui prennent

dans les gaz

Par M. J. J. ^THOMSON

[Laboratoire ^de physique. ²⁰¹⁴ Université de Cambridge.]

Quand ^on provoque la décharge ^{dans un tube muni}

d’une cathode de VTehnelt ^sur laquelle ^{la chaux est}

concentrée en une petite ^{tache, le} faisceau bleu de rayons cathodiques, ^nettement défini, qui part ^{de la} chaux, semble entouré d’un brouillard bleuâtre qui peut, dans des conditions favorables remplir ^{le tube.}

Ce brouillard est dù aux rayons cathodiques ^secon-

daires qui ^{sont produits} par le choc des projectiles cathodiques primaires ^{sur les} molécules du _gaz con- tenu dans le tube à vide. On peut ^{le montrer en} plaçant ^{une électrode} supplémentaire ^{dans le tube;}

quand elle n’est pas chargée ^le brouillard la recouvre

purement ^et simplement, mais si elle esL chargée ^de

manière que la force électrique ^{dans son} voisinage

tende à éloigner ^{d’elle une} particule négative, ^on

constate que si la force électrique dépasse ^{une valeur}

très modérée, le brouillard est repoussé par l’élec-

trode ; ^{il se forme un} espace obscur très bien défini autour du métal, l’épaisseur ^{de cet} espace augmen- tant avec la charge de l’électrode. Si d’ailleurs l’élec- trode est chargée ^de manière que la force électrique

dans son voisinage ^{attire une} particule chargée néga- tivement, ^{il ne se} produit ^aucun espace obscur ^au-

tour du métal; ^le brouillard est en contact avec lui

et aucune diminution de luminosité n’est percep- tible.

Il est évident _{que si} nous mesurons le champ électrique ^{dans le} voisinage de l’électrode auxiliaire

quand ^{elle est entourée} par l’espace ^{obscur, nous}

pourrons calculer la différence de potentiel ^nécessaire

pour arrêter les particules négatives qui produisent

le brouillard et par suite déterminer la vitesse ^avec

laquelle ^{elles sont} projetées ^{au moment où} les rayons

cathodiques primaires démolissent les molécules du gaz. La figure 1 ^fait comprendre ^le dispositif employé

dans ce but. Un faisceau de rayons cathodiques par- tant de la catllode A recouverte de chaux, passait ^à

travers une ouverture puis ^tout près du couvercle de la boite C. Dans ce couvercle était pratiquée ^une fenêtre, fermée par de la toile métallique, ^{et au mi-}

lieu de la boîte étaient disposés ^{deux morceaux de}

toile métallique, ^{D et E, dans le même} plan, ^isolés

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190800509027601

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l’un de l’autre et isolés de la boite. Des électrodes, soudées à la boîte et aux deux morceaux de toile mé-

tallique, aboutissaient ^à l’extérieur du tube. Une

Fig. 1,

fenêtre, ^{entourée d’un morceau de} tube, ^{dans le côté} de la boite, permettait d’observer de l’extérieur la luminosité. La distance enlre le couvercle et le fond de la boite était de 7 mm. Quand ^les _rayons ^catho- diques passaient ^{sur la toile} métallique ^{du couvercle,}

le brouillard bleuàtre se répandait ^{dans la boite, la} remplissant d’une luminosité uniforme. Lorsque ^les parois ^de la boîte étaient reliées au pôle positif ^d’une

batterie et la toile métallique intérieure au pôle ^né- gatif, ^les particules négatives qui ^avaient passé ^{à tra-}

vers la toile métallique ^du couvercle étaient soumises à une force qui ^tendait à les arrêter et lorsque ^{la dit-}

férence de potentiel ^{entre la toile} métallique ^{et le}

couvercle était suffisante, ^la luminosité, ^{au lieu de}

remplir ^{toute la boîte,} s’arrêtait brusquement ^sans

atteindre la toile métallique ^{et était} limitée à une

couche sous le couvercle de la boîte, l’épaisseur ^de

cette couche diminuant quand la différence de poten- tiel entre la toile métallique ^{et la boîte} augmentait.

Si les particules perdent ^leur pouvoir ^de produire ^la

luminosité longtemps ^{avant d’être arrêtées, de sorte}

que certaines d’entre elles traversent l’espace ^obscur

de la partie supérieure ^{de la boîte, le} champ électrique

de la région située au-dessous de la toile métatlique

doit augmenter ^leur énergie, ^{leur rendant celle} qu’elles

ont perdue ^{dans la} partie supérieure, ^{et la lumino-}

sité doit apparaître ^{de nouveau sur} la surface infé- rieure de la boîte.

Une différence de potentiel relativement faible,

c’est-à-dire de 4 à 5 volts, suffisait pour produire ^sur

la luminosité une diminution d’éclat marquée, juste

au-dessus de la toile métallique, ^sans toutefois la dé- truire complètement; l’aspect ^du phénomène ^montrait

que les particules ^{émises sous} l’action des rayons

primaires ^ne devaient pas ^{traverser toutes} le couvercle

de la boîte avec la même vitesse : les mesures faites avaient alors pour objet ^de déterminer la vitesse ma-

xiina avec laquelle les rayons cathodiques secondaires sont émis, ^ou plutôt la vitesse maxima possédée par

un nombre de particules suffisamment grand pour

produire ^{un effet} appréciable ^{sur la} luminosité. La méthode employée était la suivante : entre la moitié de la toile métallique ^{et les} parois ^{de la boite, on éta-}

blissait une grande différence de potentiel, ^assez grande pour arrêter ^toutes les particules cathodiques

secondaires avant qu’elles atteignissent ^la toile métal-

lique ; pour fixer ^cette différence de potentiel, ^{on fai-}

sait croître le potentiel ^{de la toile} métallique jusqu’à

ce qu’une ^nouvelle augmentation ^{ne fît} plus ^diminuer

la luminosité au-dessous de la toile métallique; ^il

subsistait d’ailleurs toujours ^{dans cette} région ^une

luminosité juste perceptible, ^{venant de ce} qu’un peu de lumière accompagnant ^la décharge ^{dans le tube}

à vide pénétrait ^dans la boîte par l’ouverture du ^cou- vercle. La toile métallique ^{E était d’abord} portée

au même potentiel que D, ^{on diminuait} ensuite la différence de potentiel ^{entre E et la boite} jusqu’à ^ce

que la luminosité, au-dessous de E, ^fùt plus ^forte,

d’une manière appréciable, que la luminosité ^au- dessous de D; ^cela indiquait que quelques particules

étaient lancées avec une énergie suffisante pour ^re-

monter la différence de potentiel ^{entre la boite et E.}

Pour faciliter la détermination du moment où la lu- minosité commençait ^à augmenter, ^un commutateur

interchangeait rapidement ^les potentiels ^{de D et de E;}

l’expérience prouve, ^en effet, que l’on apprécie ^la

différence de luminosité plus ^sûrement quand les par- ties lumineuses et obscures sont rapidement ^inter- changées que lorsqu’elles ^restent toujours ^chacune

d’un même côté. La méthode présente ^aussi l’avantage

d’éliminer l’effet de toute irrégularité ^{dans la distri-}

bution de la lumière au-dessus de la fenêtre pratiquée

dans le couvercle de la boîte.

Les résultats des expériences effectuées avec une

cathode recouverte de chaux sont donnés dans la table suivante; ^la première colonne contient la différence de potentiel ^{en volts entre la cathode} recouverte de chaux et l’anode du tube à décharge, la seconde la différence de potentiel ^{maxima entre la toile métal-} lique ^{et les} parois de la boite pour laquelle ^{une cer-}

taine luminosité peut pénétrer en-dessous de la toile

métallique. ^Le produit ^{de cette} différence de potentiel

par la charge ^d’un corpuscule ^donne l’énergie ^ciné- tique ^maxima possédée par les corpuscules qui ^con-

stituent les rayons cathodiques secondaires au moment oû ils sont projetés ^hors des molécules du gaz par le choc des rayons primaires émis par la cathode recou- verte de chaux, ^{- ou} plus exactement l’énergie ^ciné- tique ^maxima des rayons secondaires qui ^{sont émis}

en nombre suffisant _pour produire, ^en traversant le gaz, ^une luminosité appréciable.

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Ce tableau nous montre que l’énergie cinétique ^des

rayons secondaires est indépendante ^{de celle des}

rayons primaires. ^{Pour nous assurer} plus complète-

ment encore de ce point, nous avons remplacé ^{la ca-}

thode recouverte de chaux par ^{une cathode en} alumi- nium ; ^la décharge était alors produite par ^une bobine d’induction. La différence de potentiel ^{étant dans ce}

cas de plusieurs ^{milliers de volts, les} expériences ^ont

été tentées sous difiérentes pressions. ^{Quand la} pres- sion était assez basse pour que les parois ^{du tube}

fussent recouvertes de la phosphorescence ^{verte, le} voltage nécessaire pour ^arrêter les rayons secondaires était de 41 volts; quand ^{elle était assez forte} pour que

l’espace ^{obscur entourant} la cathode eût environ 1 cm, le voltage correspondant ^{était de 45 volts, et} quand ^la pression ^était plus ^{forte encore,} l’espace

obscur n’ayant qu’une épaisseur ^{de 4 mm, le} voltage correspondant ^était de 42 volts. Ainsi l’énergie ^ciné- tique des rayons secondaires produits par la décharge

à haut voltage d’une bobine d’induction est la même que celle des rayons secondaires produits par la dé-

charge ^{à faible} voltage d’une cathode de chaux irican- descente. Si nous adoptons ^{40 volts} pour la valeur du

voltage nécessaire à l’arrêt des rayons secondaires, ^la

vitesse avec laquelle ^{ils sont lancés est de 3,7.108 cms.}

par ^sec. Füchtbauer (Phys. ^{Zeits., VII,} 748, 1906) indique ^{3,3.108 cms .} par ^sec. pour la vitesse initiale des rayons secondaires qui prennent ^naissance quand

des _rayons canaux ou des rayons eathodiques rapides

tombent sur une plaque métallique. ^{L’examen des}

résultats donnés plus ^{haut montre} que, dans ccrtains

cas, la vitesse des rayons secondaires est plus grande

que celle des rayons primaires qui ^{leur ont donné}

naissance. Ainsi, quand la différence de potentiel ^cor- respondant ^aux rayons primaires n’était que de 27 volts, il fallait une différence de potentiel ^de

40 volts pour arrêter les rayons secondaires.

Ce résultat paraît étayer ^fortement l’hypothèse d’après laquelle l’énergie ^dont les rayons secondaires

sont lc support ^est conditionnée _par les atomes qui

les émettent et non par l’énergie ^des rayons primaires.

C’est de plus ^{un fait très} remarquable ^{que la vitesse,}

avec laquelle ^ces rayons secondaires ^sont émis, ^ne semble pas varier beaucoup suivant la nature des

atomes qui ^{les émettent; ainsi} Cüchtbauer (loc. cit.)

a trouvé que la vitesse des rayons secondaires émis par les ^{métaux est} de 3,3.108 ^cms. par ^{sec., tandis} que nous avons trouvé que la vitesse de ^ceux qu’émet-

tent les _gaz (l’air, l’hydrogène, ^{et l’acide} carbonique

ont été essayés ^{et aucune} différence appréciable

trouvée entre eux) ^{est 3,7.108 cms.} par ^{sec. :} la diffé-

rence entre ces deux nombres ne peut guère ^être plus grande que les erreurs expérimentales.

On pourrait expliquer ^{la constance de} la vitesse des

corpuscules secondaires, ^en supposant que les rayons

primaires, ^{dans leur} premier ^{choc avec les molécules}

du _gaz, en détachent, ^{non un} corpuscule, ^{mais un} système plus complexe, tel par exemple qu’un ^dou-

blet formé d’un corpuscule ^{et d’ufie} particule positi-

vement chargée, ^{les deux} constituants du doublet

tournant rapidement ^{l’un autour de l’autre. Si, dans}

la suite, ^le doublet vient à se briser, ^le corpuscule s’échappera ^avec la vitesse qui correspond ^{au mouve-}

ment de rotation à l’intérieur du doublet, et ^{si les}

molécules de différents gaz engendrent ^{des doublets} semb!ables, la vitesse des rayons secondaires pourra être indépendante ^{de la nature du} gaz aussi bien que de la vitesse des rayons primaires.

J’adresse ^tous mes remerciements à 8/1. G. W. C.

Kaye, ^de Trinity College, pour l’assistancc qu’il m’a

donnée dans le cours de ce travail.

[Reçu ^{le 10 Aoùt} i908]. [Traduit par L. DUNOYER],

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REPRODUCTIONS - EXTRAITS - ANALYSES - INDEX BIBLIOGRAPHIQUE

Radioactivité

Influence de la température ^{sur les transfor-} mations radioactives. - W. Engler (Ann. ^der. Phys., 26-483-1908).2013 ^L’étude des cenrhes de décroissement

de l’activité des substances radioactives (émanation, ^radio-

activité induite), qui ^{ont été} portées pendant ^un temps plus ^{ou moins} long ^{à une} température ^{élevée, a} fait l’objet

des recherches de Curie et Danne 1, Rutherford2, ^Bron-

1. P. CURIE et J. DANNE, C. R.; 138-748-1904.

2. L. RuTHERFORD, Radioactivity.