Sur la distribution des rayons Röntgen émis par un tube focus

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Submitted on 1 Jan 1910

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focus

G.W.C. Kaye

To cite this version:

G.W.C. Kaye. Sur la distribution des rayons Röntgen émis par un tube focus. Radium (Paris), 1910,

7 (1), pp.14-17. �10.1051/radium:019100070101401�. �jpa-00242385�

Cette valeur est en bon accord avec celle qu ont

trompe Rutherford et Geiger, par énumération

électrique des particules x du radium Cet mesure

directe des charges qu’elles transportent ^{dans le vide.}

Les deux zéries de ^mesures de n utherford et Geiger

donnent pour e les ^{valeurs i.1; et 1,7. en} moyenne 4.65 La valeur que- j’ai ^{trouvée est} encore en bon accord avec celle que Planck ^a calculée a partir ^des

constantes du rayonnement : e = 4,69.10-10 ^{U.E. S.}

L’erreur possible ^{du nombre} donné ci-dessus est la

somme de celles des énumérations et des mesures du courant dans le vide. La mesure du courant doit être exacte à 1 pour ^{1 no} près environ. Pour les énuméra- tions s*iiitroduit 1 incertitude due aux variations

spontanées de la radioactivité. Comme la mesure du

courant a ,’té faite peu de temps ^{avant la série d’énu-}

inératioiis du 17 juin ^{1909. ce sont les erreurs de}

cette dernière qui ^{sont les} plus importantes. ^L’écart

moyeu ^sur 8000 particules ^{est de 1,1} pour 100. ^L’er-

renr réelle peut ^être naturellement plus grande: ^il

est donc difficile de fixer une limite d’erreur possible.

La-dessus viennent s’ajouter ^{les erreurs} subjectives pendant l’énumération. Celles-ci semiblent ètre infé- rieures il 1 pour 100. ^Un peut donc évaluer l’exacti- tude de la valeur de la charge élémentaire a 5 pour

100 environ. Le nombre N de molécules contenues dans 1 centimètre cube de _gaz sous les conditions normales est, d’après la valeur de la charge ^ato- mique1:

N=2,70.1019

[Traduit ^et (,,Ntrait Pal’ E. BAUER ^]2.

[Reçu le 23 décembre 1909].,

Sur la distribution des rayons Röntgen ^émis par ^un tube focus

Par G. W. C. KAYE [Trinity College, Cambridge.]3

Ce mémoire est l’exposé ^de quelques expériences préliminaires ^{sur la} distribution des rayons Röntgen, produits ^{dans les} conditions d’un tube focus moderne.

Ces expériences ^{ont été} entreprises ^au commencement de l’année 1909 ^{et sont} actflellemellt en cours d’exé-

cution, ^{mais il a} paru utile de présenter les résultats

déjà acquis pour les raisons qui ^{vont suivre.}

La distribution des rayons ^{X au moment oit} ils éma- nent de leur source, a attiré l’attention, ^{même dans les}

cas des formes les plus primitiBes des tubes de

Rontgen, ^dans lesquelles ^ces rayons étaient produits

par le choc des _rayons cathodiques ^{contre les} parois

de Bcrre du tube. J..1. Thomson1 a remarqué que, dans ^ce cas, il avait plus ^de ravonsX correspondant

a une émission normale qu’il ^une ëlllission oblique; ^il

a expliqué ^cc fait par l’absorption ^et ranaiblissement

plus grands des rayons obliques qui ^{ont un} plus long

parcours dans le ^verre.

J.J. Thomson a montré de plus, ^{en se servant d’une} pellicule photographique hémisphérique, que le choc des rayons cathodiques ^{contre un obstacle} plan ^faisant

43 ^avec le faisceau, s’accompagne d’une émission de

rayons a peu près uniforme dans toutes les directions

jusqu’à ^ce qu’on arrive au voisinage du plan ^du plateau.

S. P. Thompson ^{2 a observe aussi en 1897} que l’in-

naturalle , deux valeurs

un peu La valeur moyenne

e =4.69 ne du nomebre adopte

^dessus.

1. Conduction et Gases 2 Ld. p. 646.

2. THOMPSON. Phil. ^{1 .} 190 1907

leiisité reste à peu près ^uniforme jusqu’à ^{un certain} angle ^{rasant où} elle s’annule brusquement. Canipbell

Swinton ¹ a observé, ^{avec une} anticathode inclinée a 45° sur le faisceau cathodique, que les rayons incidents nornmtlx sont plus aptes ^a produire ^des

rayons Uôntgen que les rayons obliques.

Les résultats de Swinton avec les rayons X ^{et les}

rayons cathodiques ^réfléchis peuvent ^{se résumer ainsi :} lorsque l’angle d’incidence des _rayons cathodiques diminue, ^la production ^de rayons X s’accroît, ^le nombre des rayons cathodiques réfléchis diminue et la

charge (négative) ^reçue par l’anticathode s’accroît5.

Il reste à noter au sujet de ^la distribution des rayons

X les deux résultats suivants : Ham6 et Bordier ⁷

ont montre indépendamment l’un de l’autre qu’il y ^a

une absence complète d’uniformité dans la distribution des rayons ^émis par ^{un tube} focus du type ^ordinaire.

Dans un plan ^déterminé par le faisceau cathodique ^et

la normale à l’anticathode, l’illtensité est maximum dans ^une direction faisant ^un angle ^{de 60° avec la}

1 En admettant pour ^la charge ^d’un ion-gramme ^monula

tcnt : 96580 coulombs.

2. Mémoire presente ^{a la} Koniglich Preussichen ^Akademie

cleu le ^’22 juillet ^1904.

3. Travail présenté ^{à la} noyai Society of London le 9 Dé- cembre 1009: communique par )1. J. J. Thomson.

4. SWINTON. Roy. ^Soc. Proc., 63 1898 432.

5. Pour des angles d’incidence supérieure ^il 50° l’anticathode charge positive.

7. HAM. Amer. Assoc. Adv. Science, Janvier 1908.

7. BORDIER. Archives Electr. Medicale. 16 1908 ^299.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019100070101401

norlnale et diminue brusquement ^{suivant une loi cosi-}

nnsoïdale a partir ^{de cette direction 1.}

Le tube Il(-’)ntgeii. ^dans lequel les ravins cathodiques

,ont dirigés ^{sur une} anticathode inclinée à 43°

sur le faisceau, ^a été introduit par Jackson ^{et est} devenu le modèle universel. Il ^a réalise un tel progrès

sur ses prédécesseurs ^(dans lesquels ^les parois agis-

saient comme anticathode) _que beaucoup ^{de ses incon-}

vénients n’ont pas été examinés suffisamment.

1° L’obliquité ^de l’anticathode sur le faisceau catlio-

dique ^{tend à accroître} la surface d’émission des

ravons X. L’étude photographique ^a montré que plus

celle surface est petite, ^{mieux défini est} le faisceau de rayons X;

20 Dans la plupart ^{des cas} il n’est pas possible ^de supprimer entièrement avec un tube fonctionnant

sur bobine, ^{les courants inverses} nuisibles. En tenant

compte ^{de la} disposition ^de l’anticathode, ^on _{voit que} le faisceau des rayons cathodiques, qui pendant ^la phase ^inverse part ^de l’anticathode, ^{rencontre le}

verre et augmente considérablement le danger ^d’une

étincelle perçant ^{le tube.}

On peut ^{remédier à ces} deux inconvénients en

faisant tourner l’allticathode de 45°, jusqu’à ^la

rendre parallèle à la cathode. De plus, ^{on se trouve}

dans le cas de l’incidence normale pour les rayons

cathodiques. ^{Il reste il} vérifier le fait expérimentale-

mellt et à voir si par suite de cette modificatioii ils a

perte ^on gain ^au point ^{de vue} de l’efficacité du rayon- nement.

Appareil.

La figure ¹ représente ^{un tube de} Röntgen ^con-

struit dans ce but. L’anticathode (en platine) ^est

montée sur un pivot

et peut tourner autour d’un axe yertical, grâce ^{à un} dispositif magnétique que l’on

comprend facilement par l’examen de la l’il petit ^trou, ménagé ^{dans LIll écran}

de plomb, ^{ii la hau-}

leur du plan ^horizon-

tal passant par le., centres de l’antica- thodc et de la cathode

concave, permet ^lac-

cès d’un faisceau de rayons X d’environ

3 degres dans ^une chambre d’ionisation. Le tube pouvant tourner autour du joint ^{J. une} utile chambre d’ionisation suffit _pour la mesure de l’intensité des rayons X dans mi azimut

1. RAYE. Rayons de Science Progrès, Octobre 1890.

quelconque. ^{Ces mesures ont} été faites ^{avec nn} t’lec-

troscope Wilson étalonné. eti tenant compte ^{des con-} ditions habituelles d’isolement et de protection. ^Un

tube ii charbon entouré d’air liquide pouvait ^{être relié}

ti l’ampoule par ^un tube capillaire. ^{Grâce a cefite} disposition, ^{il était} possible de maintenir Il pression

très constante pendant ^un temps considérable.

La décharge ^était produite par ^une bobine d’induc- tion, et le potentiel iiiesiiré par la longueur ^(entre

deux sphères polies) de l’étincelle alternatif. L’anti- cathode, ^{a terre,} était reliée métalliquement ^{à l’anode.}

L’exan1en ultérieur de la paroi ^{du tube a montre} (lu"elle ^{était d’une} upaisscur ^uniforme (d’environ

(t,0o cm.), ^cc qui ^{a facilite} la réduction des obser- vations.

Résultats.

Un accident arrivé au tube a arrête momentané- ment les opérations, ^mais quelques-uns des résultats obtenus sont intéressants à noter.

J’ai d’abord examiné le cas de l’incidence normale des _rayons cathodiques ^{avec une} anticathode épaisse.

FIG. 2-Anticathode épaisse de Pt; long d’étincelle 8 mms, sans ^écran Fig. 2.

La figure 2 ^{montre aisément} la distribution des rayons X, la longueur du rayon ^Becteur dans une

direction quelconque ^étant proportionnelle ^{à 1 inten-}

sité dans cette direction. Une région ^{de ’20} degrés ^de chaque côté de la normale n’a pu ^être explorée par suite delà présence delà cathode. On voit que, pour recueilhr les plus fortes intensités du rayonnement

dans un tube dispose ^{comme celui-ci, il ne} faut pas

dépasser ^{un angle de 30} degrés ^de part ^et d’a u trp de la normale à l’anticathode: _{il y} ^{a une} chute impor-

tante de l’intensité quand on s’approche de l’angle

rayant. Lorsque le tube ^{est durci et} que des rayons

cathodiques plus rapides bombardent l’anticathode,

la chute dt. l’intensité e....t moins prononcée, ^ce qui s’explique d’ailleurs ^par l’absorption moindre des

rayons obliques.

J’ai l’intention d’obtenir des couleurs analoques pour

des antiathodes très minces dans lesquelles la dis-

persion des rayons cathodiques peut ne pas être com-

plète. La distribution des rayons X émis dans ^ces

conditions donnera des résultats très intéressants1.

J’ai obtenu les courbes de distribution correspon- dantt· pour des positions obliques ^de l’anticathode.

La figure 3 représente ^les résultats obtenus dans l’un de ces cas. La distribution des rayons mous n’est pas

Fig. 3.

tout à fait sBmétrique ^autour de l’anticathodes, ce qui

est probablement ^{du a} un manque d’uniformité ^dans l’épaisse jr ^de l’ampoule. ^{On obtient une} distribution

plus uniforme quand ^{on arrête} les rayons ^mous par

un écran et ne considère _{que les} rayons durs. ^{(tn a} donné la valeur 100 à l’intensité maxima pour les rayons ^{mous et} durs. Comme précédemment, plus ^le

tube est dur. plus ^{la chute} de l’intensité est brusque quand ^on approche ^du plan ^de 1 anticathode, quoique

cettechute lie soit pas aussi brusque que l’ont dit certains expérimentateurs d’après ^les expériences ^de

fluorescence.

On pourrait peut-être dire que, dans les ^cas d’inci- dence oblique, ^{il existe} évidemment ^une région ^d’in-

tensité maximum, ^située généralement ^{aux environs}

de l’angle de réflexion spéculaire ^des rayons ^catho-

diques. ^Pourtant je n’insisterai pas ^{sur ce} point ^avant

d’avoir obtenu tin plus grand ^{nombre de courbes:}

dans la figure 3, par exemple, le ^maximum qui ^sem-

blerait devoir ètre rencontré, pour les rayons durs, ^à

environ 1;, degrés ^{de la normale,} n’est pas ^mar-

qué.

On peut remarquer, avec la même réserve, que dans le cas de l’incidence normale, ^une intensité maxima semble exister à un angle d’environ 33 degrés ^de chaque côté de ^la normale. Sans doute. une telle

réflexion spéculaires quelconque serait plus prononcée

avec une anticathode d’aluminium. Je rappelle ^cc- point: Campbell Swinton2 ^{a montré} que les rayons

cathodiques peuvent en partie subir une réflexion régulière, ^et puique le choc des rayons ^refléchis

centre les parois ^de Verre engendre les rayons X.

l’excès de rayons dans ^une telle direction aurait dans tous les une exptication partielle.

J’ai montré dans une note présentée ^it la Société 1. The emission of Rays from thin Metallic

Octobre 1909.

64 1898. 317.

Royale ¹ que les rayons Rôntgen d’une anticathode

quelconque peuvent ^{se diviser en deux} groupes, ^l’un

qui ^est homogène, ^{et l’autre} qui ^{ne l’est pas.} La por- tion homogène (rayonnement mou), ^est caractéristique

du radiateur. la dureté du rayonnement dépendant ^du poids atomique ^de rnnticathode, ^{c’t un} peu seulement (te la dureté du tube : le coefficient d’absorption ^est

en accord avec celui de la radiation Rôntgen ^secon-

daire lioiiiogène ^{du métal. La} qualité ^{de la} portion hétérogène ^{et dure ne} dépend pas du radiateur ^mais seulement du tube : l’intensité est proportionnelle ^au poids atomique. ^{Si le tube est} suffisamment I110U,

presque ^toiite la radiation est homogène. ^{Il serait}

intéressant de rechercher l’effet sur la distribution

lorsque ^{le tube est durci et} (pic le faisceau de rayons

a due ^nature.

Obliquité ^de l’anticathode.

La dureté et l’intensité des rayoiis X (pour ^{la direc-}

tion lu plus ^{favorable dans} chaque ^{cas) ont été}

trouvés, pour ^{une très} longue ^{série de mesures,} indépendantes ^de l’obliquité ^de l’anticathode de pla-

tine. Dans quelques ^{cas, la} condition d incidence nor-

male a donné les résultats les plus avantageux, ^mais

la supériorité n’était pas grande. La fluorescence de

l’ampoule, qui ^{est due aux} rayons cathodiques ^secon-

daires de l’anticathode croissait d’une façon ^{très mar-} quée ^{et très} frappante, ^{à mesure} que l’écart par rap- port ^al 1 incidence normale devenait plus grand, ^mais

les rayons X n’ont pas manifesté ^une variation cor-

respondante.

La position ^{à lt5(’,} universellement employée ^dans

les tubes focus modernes, ^ne présente ^donc aucun avan-

tage ^de plus que ^{toute autre} position. ^{En effet, l’inci-}

dence normale des rayons cathodiques ^est préférable puisqu’elle répond ^aux objections ^dont j’ai précédem-

ment parlé. ^Bien plus, ^{les effets} désastreux des ^cou-

rants inverse peuvent, ^{avec une incidence} normale,

ètre complètement supprimés, ^par l’emploi ^{d’ unc}

anticathode très concave. Le faisceau inverse des rayons cathodiques ^venant de l’anticathode seritit alors reçu entièrement par la cathode ^et le faisceau de rayons X pourrait être limité à la zone d’intensité maximum.

Je viens d’apprendre que MM. Müller de Hambourg,

viennent de taire un nouveau tube

le tube focus central

dans lequel la condition d’incidence ^nor- lllale est satisfaite. Il n’v ^a pas de doute qu’un ^tel

tube sera reconnu meilleur que le modèle ordinaire et aura une importance commerciale considérable.

Je ^ne vois pas d’autres bonnes raisons ^{à cette} pra-

tique invariable de mettre une anode en aluminium dans un tube ^de Röntgen que de réduire l’émission de l’anticatbode qui ^{a lieu avec les courants inverses.}

1. K. Phil Trans. A. 209 tu08) 123.

Il est tout a fait probable, pourtant, qu’avec ^{une in-}

cidence normale et une anticathode en forme de

sphère, ^la présence d*une anode deviendrait tout à f’ait inutile, ^car presque ^tout le niétal émis se dépo-

serait sur la cathode, ^{uil il ne} présenterait ^{aucun in-}

convénient. L’absence d anode aurait l’avantage ^de simplifier la construction du tube.

Le tube â rayons X modèle devrait avoir une ca-

thode concave en aluminium, ^{ou mieux en tantale}

(cathode refroidie d’une façon quelconque) faisant face

parallèlement ^{a une} sphère de métal dense ou à une

anticathode de tantale. Le refroidissement de la cathode diminue la tendance au durcissement dn tube par l’usage. ^De plus, ^{le tantale a un} point de fusion très élevé et n’a pratiquement pas d’émission. Je remercie MM. J. J. Thomson et W.I1. Bragg pour l’in-

térêt qu’ils ^ont porté ^{a ce travail.}

[Reçu le 20 décembre 1 ÛO!J J.

Chaleur développée pendant l’absorption

de l’électricíté par les métaux ¹

Par O. W. RICHARDSON et H. L. COOKE [Laboratoire ^de Physique, ^Princeton University.]

En 19012, ^{l’un de nous a montré} que les phéno-

mènes accompagnant l’émission d’électricité negative

par les corps chauds pouvaient s’expliquer par l’hypo-

thèse que les électrons clui, ^dans la théorie électro-

nique de la conductibilité métallique, ^{se meuvent}

librement à 1’íntérieur du métal, atteignent ^{aux tem-} pératures ^{élerécs une} énergie cinétique ^suffisante

pour leur permeltre de vaincre les forces qui ^{les main-}

tiennent á l’intérieur du métal ^et peuvent ^ainsi s’échapper. ^{En étudian t la} façon ^{dont varie 1e cou-}

rant thermionique ^{avec la} température ^du métal,

on a pu calculer la différence des énergies potentielles

relatives d’un électron à l’extérieur et à l’intérieur du métal. Quelque temps après, ^{on a} pu ^montrer3 que l’existence de cette dífférence ^entre les énergies potcn- tielles implique ^une perte d’énergie thermique pour 1a . substance, quand ^{les électrons s’en} échappent, ^et

établir _que cet effet doit Croître très rapidement ^avec

la température, ^{à tel} point qu’à ^des températures

suffisamment élcvées, ^la perte d’énergie relative à ce

phénomène ^serait plus grande que ccllc qui provient

de la radiation thermique. ^{Un effet de cette nature a}

récemment été découvert _par Wehnelt et Jentzsch ^k.

Une autre conséquence ^de l’existence de ccttc diffé-

rence d’énergic potentielle ^{consiste en ce que le pas-}

sage d’électrons, ayant ^une énergie cinétique négli- geable, ^à l’intérieur d’un Illettll, doit s’accompagner

d’une quantité de chaleur égale à la différence d’énergie potentielle ^{relative à} chaque électron, multipliée par le nombre d’électrons pénétrant dans le métal. Les

expéríences que ^{nous avons} faites montrent que ^cet effet existe et c!u’í1 ^est de 1’ordre de grandeur prevu.

La méthode consiste à forcer le· électrons, émis par

1. RICHARDSON. O. W., Camb. Phil. Proc. f . , if (1901) ^286.

2. RICHARDSON ,ci. tc.. Plut. Trans., A. 201. 497.

3. WEHNEET et Ann. des Phys., ^{IV-28. 337}

deux filaments d’osmium portés ^{à haute} température,

á s’écouler sur un grillage ^{E’.n fil tin de} l)latlIlc, ^ser-

vant de bolomètre et placé ^{dans un} bras d’uu pont double de Wheatstone. La disposition ^{de ce} pont double permcttait ^d’obtenir l’équilibre ^du galvano-

mètre dans chaclue expérience lorsqu’un ^{courant ther-} mionique parcourait ^le bolomètre. La variation de la résistance du Ilolomètre _par unité de courant ther-

mionique ^était mésurée pour dítférents voltages ^main-

tenus entre celui-ci ^et les extrémités négatives ^des

filaments.

Pour étalonner lc 11o1ométrc on y produisait ^une

variation comme de courant, ^{et on} mcsuraít la varia- tion correspondante ^de résistance due à l’échauffe- ment. On pouvait ^alors exprimer l’énergie ^reçue par le bolomètre pour l’unité de Coll1’aI)t thermionique,

en fonction de la chute de potentiel ^à laquelle ^les

électrons sont soumis pour produire l’effet observé.

La valeur obtcnue était désingnée par ^{« effet en volt »}

Si 1’on porte ^en ordonnées l’effet en volt E. et en

abscisses 1e potentíel négatif ^a l’extrémité négative du

filament, ^{la courbe} représentative de la relation entre

ccs deux grandeurs ^est sensiblement une droite. Cette courbe, cependant, ^ne coupe pas l’axe des ordonnées

aill point E=0, ^{mais au voisinage de L}

qui ^monte que quand les électrons ne sont soumis à

aucune différence dc potentiel ^{dans un} champ, ^ils peuvent ^encore produire ^{un effet} calorifique équiva-

lent à celui qui existerait s’ils énergie correspondent à une différent

d’environ 3 volts. Comme Richardson

montré que l’énergie cinétique ^{naturelle avec} laquelle

les thermions sont émis ne correspond ^environ qu’à

1 30 de volt, u faut conclure qu’il y ^{a, au moment}

1. Note publique ^{dans 82 1910 278}

2. RICHARDSON et B 16