Spectrographie des rayons de Röntgen par la méthode des rayons secondaires

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Submitted on 1 Jan 1916

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Spectrographie des rayons de Röntgen par la méthode des rayons secondaires

M. de Broglie

To cite this version:

M. de Broglie. Spectrographie des rayons de Röntgen par la méthode des rayons secondaires. J. Phys.

Theor. Appl., 1916, 6 (1), pp.227-236. �10.1051/jphystap:019160060022701�. �jpa-00241969�

227 dire la ligne ^{de contact de la. surface} équipotentielle électrique ^et

d’un tube de force magnétique. ^Même quand ^le zigzag ^n’est plus visible, ^{il est} probable qu’il ^{existe encore à l’état} incoordonné, ^en

sorte que la ^{couronne dessine une telle} ligne.

Cet énoncé rend assez bien compte ^en général de la forme de la

couronne. Celle-ci est dans un plan ^{normal au} champ magnétique,

dans le cas seulement où ce plan ^{est un} plan ^de symétrie pour ^la surface équipotentielle électrique. ^{Il n’en est} plus ainsi s’il _y a une

cathode voisine (répulsion apparente ^{de la} couronne), ^{ou si l’anode}

ne satisfait pas ^à la condition de symétrie.

Beaucoup ^d’autres points resteraient à élucider pour rendre compte ^des phénomènes qui ^sont l’objet ^{de ce travail, fait surtout au} point ^{de vue} descriptif.

SPECTROGRAPHIE DES RAYONS DE RONTGEN PAR LA MÉTHODE

DES RAYONS SECONDAIRES Par M. DE BROGLIE.

Les travaux de Sagnac, ^{de Barkla, de Sadler, de} Whiddington,

de Kaye ^{et d’autres} physiciens ^ont depuis longtemps ^{fait connaître} qu’un faisceau de rayons X, ^{tombant sur un} corps, y excite des rayons secondaires.

Ces rayons secondaires ^se composent ^{de deux} parties très diffé- rentes; 10 ^Des rayons primaires simplement diffusés, qui gardent

par conséquent (au point ^{de vue} longueur ^{d’onde, nous ne} parlons

pas ici de polarisation) ^les caractères du faisceau incident, ^études

rayons de fluorescence, caractéristiques du corps illuminé.

A mesure que le poids atomique ^du radiateur secondaire augmen!e,

cette deuxième partie ^{tend à} prédominer ^{et se} compose de rayons dont la longueur ^{d’onde décroît} régulièrement. Les rayons ^caracté-

ristiques, ainsi émis par ^un corps, sont, ^du reste, les mêmes que

ceux que présente ^{un tube à} rayons X ^dont l’anticathode serait com-

posée ^{du même} élément ; ^on comprend facilement _que le métal de l’anücathode ^se comporte ^{comme un} radiateur secondaire placé ^dans

des conditions d’excitation particulièrement favorables; ^du reste,

l’analogie des deux modes d’excitation est peut-être plus ^étroite

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019160060022701

228

encore, ^car c’est probablement par l’intermédiaire de rayons catho-

diques secondaires, que les rayons X primaires provoquent ^{la fluo-}

rescence des corps qu’ils rencontrent.

Spectre des rayons secondaires.

Dans les premiers ^mois

de 1914 (’ ~, j’ai ^{cherché à} appliquer ^aux rayons secondaires émis par des substances placées ^au dehors d’une ampoule, ^et simpleme.nt

éclairés par elle, la méthode d’analyse spectrale par cristal ^tournant

qui ^{a été} décrite dans ce journal ^{et sur le} principe ^de laquelle je ^ne

reviendrai pas (~).

L’avantage d’employer les rayons secondaires ^est évident ; ^{on n’a} plus ^{besoin de} prendre ^{la matière à} analyser pour ^en faire l’antica- thode d’une ampoule ^à rayons X, ^{de la} placer dans le vide et de la

porter ^{à la} température ^élevée qu’occasionne le bombardement

cathodique ; ^{de très} petites quantités (quelques décigrammes) ^de

substance suffisent et n’ont à subir aucune manipulation susceptible

de les altérer, sauf, ^bien entendu, les effets chimiques des rayons X dont l’ac;tion photographique ^{elle-même est un} exemple.

Par ailleurs, l’énergie ^étant naturellement moindre que dans le

cas de la radiation directe des anticathodes, ^{il faut des} temps ^de

pose plus longs; ^mais cependant ^moins longs qu’on ^{ne le croirait, la}

radiation secondaire étant souvent encore très intense ; pour ^en donner une idée, ^on peut indiquer qu’avec des tubes ordinaires on

obtient des spectres bien visibles avec des poses variant de 13 minutes à 1 heure. L’emploi de tubes tels que les Coolidge per- rnettra de plus ^en plus de soutenir sans difficulté pendant longtemps

des régimes ^{très intenses.}

L’émission secondaire présente ^{le caractère d’une} fluorescence,

c’est-à-dire qu’il y ^{a en} même temps absorption d’une certaine partie

du spectre ^{incident et cette} absorption ^se fait d’une façon ^très

sélective. On pourrait ^{donc se} demander si le rayonnement ^d’un

°

tube donné est bien propre ^à exciter indifféremment la radiation secondaire de différents éléments.

Au point ^{de vue} du rendement quantitatif (3) il y ^a certainement un

domaine de recherches où les mesures manquent ^encore et qui appor- terait des renseignements précieux ; ^mais pratiquement le rayonne-

(i) ^C. R., ^{25 mai} 1914, p. 1493.

(~) J. ^cle Ph?l., février 1914.

(3) Malgré ^les renseignements ^des expériences anciennes de Whiddington.

229 ment d’un tube ordinaire, ^de préférence muni d’une fenêtre transparente, ^{se montre} capable d’exciter suffisamment les radiations secondaires de corps tels que le lanthane, ^le baryum ^{dont les}

rayons K ainsi obtenus ^ont déjà ^{une très courte} longueur ^d’onde, jusqu’aux ^{rayons L du} platine ^{ou aux} rayons ^K du chrome dont la

longueur ^{d’onde est si} grande que leur absorption par l’air ^n’est

plus négligeable.

On aura donc certainement avantage ^avec les tubes à régime réglable ^{comme le} tube Coolidge à employer ^un régime ^où les rayons les plus fortement excitateurs domineront dans le spectre incident ;

mais en fait l’obtention des rayons secondaires ^et de leur spectre ^est parfaitement réalisable, ^{dans la} plupart ^{des cas, avec une} ampoule

fonctionnant dans les conditions ordinaires de régime ^dur.

Dispositif expérimental.

^Le dispositif expérimental employé comporte ^une caisse doublée de plomb (j’ai employé 2 centimètres de feuilles de plomb), ^de façon ^{à ne} présenter que les ouvertures stric- tement indispensable. ^{On doit en} effet considérer que ^cette boîte

joue ^le rôle de la lanterne dans un appareil ^de projection ^et que pour ^{éviter tout} danger pour ^les opérateurs ^{et pour les} plaques ^il

faut être aussi strict au point ^{de vue} des fuites de lumière que si l’on voulait employer ^une lanterne renfermant ^une lampe ^{à arc dans}

une pièce ^{où l’on} désirerait garder ^une obscurité absolue. Il est même probable qu’il ^{y a} des rayons qui traversent encore deux cen-

timètres de plomb.

La boîte renferme une ouverture oblique (/~. "!) ^dans laquelle

vient s’engager la queue du spectrographe qui porte ^{le radiateur} secondaire R, ^une plaque ^de plomb ^{P fixée au} spectrographe ^vient

obturer l’ouverture et ne laisse passer les rayons qu’à ^{travers la}

fente F. L’ampoule ^est placée ^{en A.}

On peut ^{se demander} quelle ^est la meilleure position ^{à donner au}

radiateur secondaire R au point ^{de vue de} l’incidence des rayons

primaires ^{et de} l’émission des rayons secondaires ^{vers la} fente. La loi de Lambert ne s’appliquant probablement ^{pas à} l’émission secon-

daire, le mieux serait d’avoir un angle d’incidence presque normal et d’utiliser vers la fente des _rayons tout à fait rasants.

En pratique ^les difficultés de réglage, ^de planéité ^{du radiateur}

secondaire quand ^il s’agit ^{de sels} chimiques ^en poudre ^{ou en} petits

cristaux conduisent à adopter ^pour l’angle ^{entre le} plan du radiateur

230

secondaire et la direction de la fente une valeur d’une dizaine de

degrés.

FIG. 1. FIO. 2.

,

REMARQUES. 2013 Le radiateur secondaire émet par ^{toute sa} surface illuminée et se trouve rapproché ^{de la} fente, ^{il en} résulte que sauf pour des fentes extrêmement fines et épaisses le faisceau a une cer-

taine large»r ; il faut considérer de plus près ^ce qui ^se passe dans la formation des images ^{par le} procédé du cristal tournant (~).

Soit un objet ^{A émettant une} lumière X de longueur ^{d’onde telle}

que ^oc soit son angle de réflexion sélective sur le cristal employé (angle ^{avec le} plan de la face refléchissante), l’angle d’incidence est 90°

ce (flg. 2).

Soit 0 l’axe de rotation du cristal, situé par hypothèse ^{dans la}

face réfléchissante.

On sait que pendant la rotation du cristal il se forme une image ^A’

du point A, les rayons constituant ^cette image ^{venant se} couper successivemeîzt au pointA’ après avoir touché le cristal sous l’angle a.

A’ ^est obtenu en joignant ^{AOB, en prenant BOA’ = 2« et}

OA’ = OA; ^{de même} A’1 ^est l’image ^de A~ .

L’image ^de AA, ^{est en vraie} grandeur quelle que soit la gran- deur de OA; A’A’~ ==AAI8

Mais ce que nous venons de dire se rapporte ^{à une} image telle que

l’image d’une fente dans une lentille cylindrique dont l’axe lui est

parallèle ; la construction n’est rigoureuse que dans le plan perpen- diculaire à l’axe de rotation du cristal et l’image ^d’un point ^{est un}

(1) En raisonnant sur les spectres ^du premier ordre seulement.

231 élément de droite parallèle ^{à l’axe du cristal dans le} voisinage ^{de ce} plan.

’

Le pouvoir séparateur ^de l’instrument ne dépend donc que de ^la

longueur OA ; ^{si e est la} largeur d’une fente AA,, ^les images monochromatiques ^{de cette fente seront} séparées pourvu que les

longueurs ^d’ondes correspondantes admettent des angles ^{de ré-}

flexion sélective 2 et ce + o«, tels que :

ou si 1_’on se sert de la relation

reliant la longueur ^{d’onde A à la} constante d du réseau cristallin

SI

’

cela donne

en prenant ^{cos 0: = 1.}

Temps ^de pose des diverses parties ^du spectre.

^{Nous avons dit} que l’image était formée de rayons ^venant successivement se couper

en un point, ^{au cours de la} rotation, après avoir touché le cristal sous

l’angle ^{x. Il est facile de se rendre} compte de la variation d’ouver- ture du faisceau convergent ^ainsi réalisé, ^avec l’ouverture du faisceau

incident, la valeur de ce et les dimensions de l’appareil.

Soit ^{une source} de _rayons llR’ (fig. 3), ^EOE’ le cristal de lar- geur ^et DAD’ _ le faisceau limité par la fente ; ^il

,

/ù

s’agitde voir de combien l’angle ^EOA du cristal ^avec le rayon central -.

peut s’écarter de x, ^en permettant ^{à un} rayon MA de donner ^un

232

rayon réfléchi, c’est-à-dire de rencontrer le cristal et de le ^rencon- trer sous l’angle ^x.

FIG.

la

Supposons l’angle ^EOA partant ^{de zéro et} croissant. A ^un certain moment le rayon ^extrême AD fera l’angle ex ^{avec le} plan ^{du cristal}

et, ^{dans la suite de la} rotation, ^le point ^{1~1 relatif à} la réflexion sous

l’angle ^{ce se} déplacera ^{de D vers} D’ ; ^{la condition sera} donc réalisée pourvu que

Le temps de pose ^est alors le temps employé par le cristal ^à tourner de ~c~ ; ^{il est} indépendant ^{de « et} les intensités sont enre-

g istrées ^dans leur véritable rapport.

Il n’en serait plus ^{de même} cependant ^{si, au} moment où le rayon AD fait l’angle x ^{avec le} plan ^du cristal, ^{il ne} rencontrait que le prolongement ^{de la surface} réfléchissante, la pose ne commence-

rait réellement que quand l’angle ^~UA différerait de « de la quan-

233

tité Ax telle que

et le temps de pose serait celui que ^le cristal met à tourner de 2 x

d ^{2l. a ..}

ou de

DA ^{si a. est} petit.

La pose dépendra ^{alors de} x, c’est-à-dire de la longueur d’onde ;

pour de ^très petits angles ^les grandes longueurs ^d’onde posent plus

que ^les petites. Prenons par exemple :

l « 3 centimètres ; ^{OA ~ 12} centimètres; ^(ù - 1

on sera dans le dernier cas envisagé pour les valeurs de « infé- rieures à 4"30’.

Résultats expérimentaux.

^Les premières ^{mesures, faites sur les} spectres de rayons secondaires ^{ne se} prêtaient pas ^{à une} grande exactitude, les fentes employées étant très larges (1 ^{à Elles}

fournirent cependant ^des renseignements importants ^{sur des élé-}

lllents que Nloseley ^n’avait pu étudier, précisément parce qu’il ^était

très difficile de les employer ^comme anticathodes.

En juin ¹⁹¹⁴ (’), la méthode des rayons secondaires me permit ^de

dresser le tableau ci-dessous, donnant pour la première ^{fois les} photographies ^des spectres des éléments suivants :

(1) ^C. R., ¹⁵ juin ^1914.

234

Sur la plaque ^{relative à} l’iodure de zinc on pouvait ^{voir à la fois}

les raies de l’iode et du zinc, ^{et la} comparaison soigneusement ^faite

des spectres ^{de l’iode et du tellure} permettait d’affirmer que l’ordre de ces éléments n’était pas celui de leur poids atomique, ^{mais bien}

l’ordre inverse, ^{comme le veut} la table de Mendeleeff qui ^a précisé-

ment donné un coup de pouce ^à l’ordre naturel des poids atomiques

pour ranger l’iode ^et le tellure dansles familles naturelles auxquelles

leurs propriétés chimiques les rattachent sans hésitation.

Depuis ^{lors ce fait a} été contesté par 11Z. Malmer (1), ^{mais reconnu}

ensuite exact à la suite de nouvelles mesures de M. Siegbahn.

En juillet 1914, ^{à la liste} précédente ^vinrent s’ajouter ^{les données}

suivantes :

Ces deux dernières substances, dont 1B1. Urbain avait bien voulu

me prêter ^des échantillons, fournirent des raies bien visibles en

employant ^seulement quatre ^ou cinq centigrammes de matière tassée dans ^une fente pratiquée ^{dans une} plaquette ^{d’ébonite.}

De nouvelles ^mesures (2), plus précises ^{étaient en train à ce}

moment, ^{et ne} purent ^être publiées, ^{à cause} de la guerre.

Elles sont résumées dans le tableau suivant:

(1) Diss. Lund 1915.

(2) Toujours ^en rayons secondaires.

235

Ces dernières _mesures, effectuées avec des fentes de com-

portent ^une exactitude comparable ^à celles des spectres de rayons directs: avec cette largeur ^{de fente on} peut dédoubler la raie de

l’argent (5041’) ^{dont les} composantes ^sont écartées de moins de :-3’.

On peut comparer ^ces chiffres avec ceux qui ^ont été récemment obtenus par MM. Malmer ^et Siegbahn par ^la méthode du cristal tournant.

Le tableau suivant met en regard ^ces valeurs, ^les angles ^des physiciens ^suédois correspondent ^à l’angle moyen de réflexion ^sur le sel gemme de chaque ^{doublet calculé} d’après ^{les lon-}

gueurs ^d’ondes publiées.

236

La comparaison ^{des mesures} du tableau précédent ^montre qu’en général il y ^{a assez} bon accord entre les résultats des rayons ^secon- daires et ceux des rayons directs, ^surtout pour les résultats de M. Siegbahn; les raies émises par rayonnement secondaire sont bien les mêmes que celles émises par les anticathodes, ^de plus ^{la méthode}

des rayons secondaires peut ^se prêter, ^au moins pour les raies ^assez

fortes, ^{à une} précision ^{du même} ordre que celle des spectres ^directs.

J’ai obtenu des raies’%econdaires n’ayant pas plus ^{de de lar-}

geur ^sur la plaque photographique.

Avec les tubes puissants ^et réguliers ^{dont on} dispose aujourd’hui,

la spectrographie par rayons secondaires ^a certainement un grand

avenir devant elle ; ^on peut ^observer également que si l’on veut étudier des rayons secondaires très absorbables, ^on pourra ^{se con-} tenter de placer ^le radiateur secondaire et le spectrographe ^{dans le}

vide ou dans l’hydrogène ; ^{le tube restant en dellors, les rayons exci-}

tateurs qui peuvent ^être beaucoup plus ^durs pénétrant jusqu’au

radiateur secondaire à travers une fenêtre en aluminium ou en verre

Lindemann.