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Submitted on 1 Jan 1926
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Les rayons β de collision (Rayons δ)
Pierre Auger
To cite this version:
Pierre Auger. Les rayons β de collision (Rayons δ). J. Phys. Radium, 1926, 7 (3), pp.65-68.
�10.1051/jphysrad:019260070306500�. �jpa-00205240�
LE JOURNAL DE
PHYSIQUE
3 T
LE RADIUM
LES RAYONS 03B2 DE COLLISION (Rayons 03B4)
par M. PIERRE AUGER
Sommaire. 2014 Les particules 03B1 traversant un gaz créent des ions par arrachement d’électrons aux molécules qu’elles rencontrent. Ces électrons peuvent être projetés avec
une énergie suffisante pour ioniser à leur tour : la méthode de condensation permet alors
de déceler leur trajectoire dans le gaz.
La présente étude a porté sur les rayons 03B1 du polonium et du thorium C’, traversant
une atmosphère d’hydrogène. Elle amène à la conclusion que les chocs entre particules 03B1
et électrons se font, par l’intermédiaire des champs électriques, suivant les lois de la mécanique classique : les vérifications portent sur la vitesse, la direction, et le nombre des électrons projetés. Une évaluation de N, nombre d’Avogadro, peut être basée sur ces mesures. Cinq clichés agrandis sont reproduits, montrant les trajectoires des rayons 03B2 de
collision.
SÉRIE VI. - TOME ~II. MARS 1926 ~I° 3.
1. Introduction. - L’ionisation que déterminent les rayons a en traversant la matière est en partie indirecte : les ions ne sont pas tous produits sur le passage de la particule a elle-même, mais aussi par l’intermédiaire de rayons corpusculaires plus ou moins péné- trants, qui prennent naissance le long de sa trajectoire. On a souvent donné le nom de
« rayons 8 » à ces rayonnements électroniques, en général peu pénétrants ; cette dénomi- nation semblerait impliquer une nature profondément différente de celle des rayons x, ~, y, tandis qu’en réalité ce sont de véritables rayons ~, des électrons animés de vitesses plus ou
moins grandes, dont l’origine seule, d’ailleurs variable suivant les cas, les distingue des
rayons cathodiques, ou des rayons ~ des corps radioactifs.
Une première espèce de rayons 0 est produite lors de l’impact des particules ce sur les métaux ; on peut, d’après l’étude qu’en a fait Kapitza, les attribuer à une sorte d’effet ther-
mionique local.
Une seconde espèce, étudiée spécialement ici, prend naissance le long du parcours des
particules a dans les gaz; ces rayons ont été signalés par Bumstead (1), étudiant les trajec-
toires des rayons a du polonium dans l’hydrogène. C.-T.-R. Wilson (2) les a obtenus dans
l’air, et a donné l’ordre de grandeur de leur vitesse. Le présent travail permet de les attri-
buer aux effets mécaniques des particules a, chassant des électrons des molécules du gaz
qu’elles traversent, d’où le nom proposé de rayons ~ de choc ou de collision,(’).
2. Méthode et conditions expérimentales. - Les trajectoires a, ont été observées et photographiées à l’aide de la méthode de condensation. L’appareil employé est celui qui
a servi dans un travail récent sur les rayons ~ secondaires (1), légèrement modifié pour la circonstance. L’atmosphère remplissant la chambre de détente est, dans tous les cas, de
l’hydrogène saturé de vapeur d’eau.
(1) BUNSTEAD, Phys. Rev., t. 8 (1916), p. ït~.
(2) C.-T.-R. WILSON, Pr.oc. Camb. Phil. Soc , t. 21 (1922), p. 40.~.
(3) Depuis que ceci est écrit, il est paru un mémoire de Chad»~ick et Emeleus [Phtl. Mag., t. 4 (1925),
p. 1], conduisant à des résultats analogues à ceux exposés ci-dessous. (Note ajoutée à la corrections).
j’) Pierre AUGER, J. Phys., t. 6 (192,j), p. 205.
LE JOURNAL D13 PHYSIQUE ET LE RADIUM. - SÉRIE YI. - T. VII. - N° 3. - MARS i926. 5.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019260070306500
66
Dans la première série de clichés, la source est un fil d’argent portant à son extrémité
un dépôt très actif de polonium ; les petites dimensions et la puissance de cette source ont permis l’emploi de diaphragmes, limitant à une direction bien définie les rayons utiles. On
peut ainsi arriver à n’avoir sur chaque cliché qu’unc~ seule trajectoire, malheureusement très souvent croisée par des rayons aberrants, provenant d’atomes de polonium projetés par la
source sur diverses parties de l’appareil.
Pour effectuer la seconde série, j’ai extrait le thorium X d’un kilogramme de vieux thorium, et activé avec ce produit une électrode sphérique d’argent. La faiblesse du dépôt
ainsi réalisé interdit l’emploi de diaphragmes ; cependant, un certain nombre de rayons x
provenant du thorium C’ ont pu être obtenus avec la netteté nécessaire.
3. Observations et mesures. - Les clichés reproduits sur la planche 1 permettent d’apercevoir nettement les rayons corpusculaires en question : ils se manifestent par de courtes trajectoires adjacentes à celle du rayon a, dirigées vers l’avant, c’est-à-dire faisant
avec la direction de propagation de ce rayon des angles inférieurs à 90°. Leur longueur
maximum atteint 1 mm dans le cas du polonium, et 2,9 mm pour le thorium C’. (Les
mesures peuvent être faites avec une certaine précision grâce à l’emploi simultané de deux
appareils photographiques, braqués dans deux directions rectangulaires). L’observation
qualitative des trajectoires permet d’énoncer les règles suivantes :
i° La longueur des trajectoires électroniques varie avec l’angle H qu’elles font avec
le rayon x ; les rayons ~ les plus pénétrants sont émis dans les directions les plus voisines
de celle du rayon producteur.
2° Le parcours maximum des électrons dépend de la vitesse de la particule qui leur
donne naissance : il diminue à mesure que le rayon a se ralentit. (Les clichés 9 , 2, 3,
Pl. I, reproduits à la même échelle, permettent la comparaison des effets des rayons ac
rapides et lents.)
3° On compte, par unité de longueur de trajectoire a, un plus grand nombre de rayons ~ courts, émis sous de grands angles, que de rayons longs, émis sous de petits
angles. ,
4. Interprétation théorique. - Ces règles qualitatives s’accordent bien avec l’hy - pothèse de l’origine mécanique djes rayons observés, on peut préciser ceci de la manière
suivante.
Nous admettrons que les particules a, passant au voisinage des électrons contenus
r
Fig& 1.
dans les molécules du gaz, leur communiquent
des mouvements hyperboliques, qui ont pour effet de les projeter de côté et en avant (voir figure 1). Le calcul des vitesses que prennent
ces électrons et des angles sous lesquels ils sont
chassés est immédiat, si l’on tient compte de la grande masse relative des particules a.
Soient et »i, la charge et la masse de l’élec- tron ; p, la distance de sa position initiale à la
trajectoire de la particule a, de vitesse v, de charge 2e. On obtient, pour l’angle de projection:
et pour la vitesse it, :
(Nous ne tenons pas compte ici de l’énergie de liaison des électrons, ni des vitesses
qu’ils possèdent sur leurs orbites. Il est évident que ces liaisons, sains importance pour les électrons situés à de petites distances p de la trajectoire u, interviennent de plus en plus
pour les électrons éloignés. z. partir d’une certaine valeur de p, l’énergie de liaison est, en
JOURNAL DE PHYSIQUE
RAYO1VS oc DANS L’HYDROGENE SOUS 2/3 D’ATMOSPHÈRE.
(Le mouvement des particules a est dirigé de gauche à droite.)
Cliché 1 - Rayon a lent (fin de parcours). Grossi 3,5 fois.
Pas de rayons ~ visibles.
Cliché 2. - Rayon x du polonium. (Vitesse : 1,5.109 cm : s). Grossi 3,5 fois.
Rayons p atteignant 1 mm.
Cliché 3. - Rayon a du thorium C’. (Vitesse : 2.109 cm: s). Grossi 3 5 fois.
Rayons ~ atteignant 2,9 mm.
Cliché 4.
Hayon a du polonium.
Grossi r fois.
LEs RA yo~S ~ DE COLLISION (rayons o).
Cliché 5.
Rayon oc du thorium C’.
Gi-ossi 4 fois.
’
Pierre ALGER.
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gros, suffisante pour empêcher le départ, et l’influence du passage c1u rayon a ne produit plus l’ionisation. De même, nous ne faisons pas la correction de relativité,* négligeable pour de petites vitesses).
L’application quantitative de ces formules aux mesures effectuées sur les clichés a pu être faite, en ce qui concerne la longueur maximum et le nombre des trajectoires (~).
5. Parcours maximum. - La vitesse w de l’électron projeté varie suivant l’angle 6
de projection ; mais les mesures d’angles, très incertaines pour des trajectoires aussi courtes, ne permettent que la vérification qualitative énoncée dans la première règle. Il est
même à remarquer qu’un certain nombre de rayons fi longs partent sous de grands angles (cliché 3, Pl. I, au milieu), contrairement à la relation (1). Peut-être les déviations que
peuvent subir les électrons dès leur départ suffisent-elles à expliquer cette anomalie.
Au contraire, la variation de w avec v est susceptible d’une étude quantitative, en
déduisant les vitesses de projection des électrons de leurs parcours, évalués avec la préci-
sion de 10 pour 100 environ. Nous nous baserons, par exemple, sur le parcours, mesuré dans les mêmes conditions (composition du gaz, pression, température), des rayons ~ ter-
tiaires de l’argon, soit environ 1,3 mm, et qui correspond-par conséquent à une énergie
voisine de ~.10--9 erg. appliquant la loi de V’hiddington, suivant laquelle les trajets des
électrons sont proportionnels au carré de leur énergie (2), on pourra calculer l’énergie et la
vitesse des divers ra-vons 8 mesurés.
En particulier, si nous envisageons le cas simple des rayons de collision émis sous de
petits angles, c’est-à-dire dont la longueur est maximum et dont la vitesse est, d’après la
relation (2), double de celle de la particule productrice, nous pouvons établir le tableau suivant :
’
Les vitesses w déduites des mesures (31 colonne) sont en bon accord avec le double des vitesses initiales des rayons a, connues par ailleurs (21 colonne).
Une remarque de Gurney, dans un travail récent (1) sur les spectres de rayons ~ des
Ra (B + C), peut donner lieu à une nouvelle confirmation. Cet auteur, utilisant des prépa-
rations de dépôt actif du radium, a trouvé une émission importante d’électrons, pour des valeurs de Il allant de 0 à 200, nettement séparée du reste du spectre. Il attribue ces
rayons électroniques mous aux « rayons 1 » déterminés par l’activité a de la source radio-
°
active. Si l’on calcule la vitesse des particules a qui donneraient naissance, d’après la
théorie précédente, à des rayons de collision de HP = 200, on trouve 1,75. 109 cm: s. Cette
valeur est sensiblement égale à la vitesse des rayons a du dépôt actif du radium, (i,69. i09 pour Ra A: 1,B2. 109 pour Ra C’), ce qui confirme l’attribution de la bande trouvée par Gurney aux rayons ~ de choc.
6. Nombre de rayons de collision. -- La formule (1) nous donne le moyen d’évaluer la probabilité ([’émission de chaque espèce de rayons de collision : en effet, 0 et w ~ ne dépendent, pour une certaine v i 1 esse v de la particule productrice, que de la distance }).
CI) Des calculs de ce gonr3 ont t~tl~ fa il:-- par divers auteurs, à propos du pouvoir d’arrêt de la matière pour les rayons a.
(1) Cette loi perd de sa valeur pour la· très petits parcours; el le suffit cependant ici,vu le peu de pré- ni·ion des mesures.
(3) GURl’0152Y (R.-ii°.), Proc. Roy. Soc., t. ’109 ( 19~~1, p. 540.
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Le nombre d’électrons situés à cette distance du rayon a, sur 1 cm de son parcours, donne donc le nombre de rayons possédant les caractéristiques 0 et w, émis sur ce trajet.
Il sera commode, en vue d’une vérification expérimentale, de calculer combien de
rayons 5 sont émis, par centimètre de rayons x, sous des angles inférieurs à une certaine valeur ~30 ; ce sera le nombre d’électrons approchés à moins de jJo’ ces grandeurs étant reliées par l’équation : @
Soit Q ce nombre, on a
si n désigne la concentration des électrons dans le milieu; puis, remplaçant ly par sa valeur en fonction de 60, il vient .
Appliquons cette formule aux cas étudiés ci-dessus (3}.11 sera plus commode, vu l’incer-
titude des mesures d’angle, de dénombrer les trajectoires supérieures à la longueur 10 qui correspond à la vitesse tl’o == 2 v cos 00. Nous choisirons, par exemple, pour valeurs de ho, les angles 45, et ~~° ; les parcours sont alors respectivement : pour le polonium, 0, 25mm ef 0,67 mm ; pour le thorium C’, 0,7 mm et 1,9 mm. Les mesures ont pu être faites (saut
dans le dernier cas, représentant trop peu de rayons), sur 60 cm et 24 cm de trajectoire x.
Le tableau suivant donne, pour chaque cas, le nombre total de rayons a observés, leur
nombre par centimètre de rayon x et la valeur calculée par la formule (~3).
La concordance est meilleure pour les rayons longs, certaines trajectoires courtes, déjà
assez indistinctes, pouvant échapper à la numération. On pourrait peut-être, en admettant
les hypothèses qui servent de base à ces calculs, se servir de mesures de ce genre pour
, obtenir une évaluation de AT, nombre d’Avogadro. En effet, dans le coefficient
de la formule (3), on peut considérer ce nombre N comme la seule inconnue, contenue explicitement dans n, implicitement dans e et m, et écrire cette formule :
Les numérations de rayons a de collison permettraient, par conséquent, d’atteindre cette constante par une voie nouvelle : les mesures faites ici même, quoique très grossières,
en donneraient déjà une valeur raisonnable.
(Travail fait au laboratoire de)1..Jean Perrin, avec l’aide d’une subvention de la fondation Edmond
. de Rothschild.)
-Manuscrit reçu le î janvier 1926.
