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Submitted on 1 Jan 1928
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La répartition dans l’espace des directions initiales des photoélectrons produits par un rayonnement X
monochromatique
Pierre Auger
To cite this version:
Pierre Auger. La répartition dans l’espace des directions initiales des photoélectrons produits par un rayonnement X monochromatique. J. Phys. Radium, 1928, 9 (7), pp.225-230. �10.1051/jphys- rad:0192800907022500�. �jpa-00205339�
LA RÉPARTITION DANS L’ESPACE DES DIRECTIONS INITIALES
DES PHOTOÉLECTRONS PRODUITS PAR UN RAYONNEMENT X MONOCHROMATIQUE
par M. PIERRE AUGER
Laboratoire de Chimie physique de la Faculté des Sciences de Paris.
Sommaire. 2014 Une série de mesures nouvelles permettant de préciser la forme de la répartition longitudinale des directions d’émission des photoélectrons provenant de l’exci- tation d’un gaz relativement léger (argon) par des rayons X pénétrants a été effectuée avec un appareillage semblable à celui décrit dans des articles antérieurs.
Les rayons X monochromatiques (W K03B1) sont sélectionnés par réflexion sur un cristal de sel gemme. Les mesures et les calculs permettant de trouver les angles vrais ont été améliorés par l’emploi d’appareils spéciaux; en particulier, il a été tenu compte de la non-orthogonalité des proj ections obtenues par photographie.
La statistique, qui a porté sur 1 000 rayons secondaires, a donné des valeurs de l’angle
de bipartition et du cosinus moyen assez différentes de celles obtenues dans un travail
précédent, ce qui s’interprète facilement par la non-homogénéité des rayonnements uti-
lisés alors. Ces valeurs sont en désaccord avec les prévisions des théories proposées jus- qu’ici, le déplacement vers l’avant étant d’environ 50 pour 100 trop grand La forme de la dispersion reste au contraire bien représentée par la formule en sin303C9.
1. Introduction. - J’ai indiqué dans un article précédent ainsi que dans diverses notes le principe des mesures qui permettent d’obtenir une connaissance précise de la répartition dans l’espace des directions initiales des photoélectrons excités par le passage d’un faisceau de rayons X à travers un gaz. J’ai entrepris depuis quelque temps par cette
méthode, qui utilise les belles découvertes de C.-T.-R. Wilson, l’étude de la répartition longitudinale, c’est-à-dire du nombre de rayons ~ secondaires émis, en fonction de l’angle
o) que fait leur direction initiale avec le faisceau de rayons excitateurs. Les résultats obtenus peuvent être représentés en fonction de w par des courbes de deux types, suivant
que l’on porte en ordonnées la densité de l’émission sous l’angle w (calculée par des moyennes sur 10° par exemple) ou le nombre total de trajectoires obtenues entre 0 et w : la seconde courbe est l’intégrale de la première. J’ai construit ces courbes dans un certain nombre de cas et, en utilisant également des résultats obtenus par d’autres auteurs, montré la concordance satisfaisante de cet ensemble de mesures avec la théorie simple proposée en
collaboration avec F. Perrin (1). On trouvera dans l’article théorique publié dans ce journal
une bibliographie de la question.
Au cours du présent travail, j’ai repris cette étude en me plaçant dans un cas particulier simple, et en augmentant d’une manière notable le nombre des mesures pour réduire
l’importance des fluctuations de statistique. Au point de vue expérimental, la principale
dilférence réside dans l’emploi de rayons X monochromatiques ; de plus, les mesures et les
calculs ont été simplifiés et précisés grâce à la construction d’appareils spéciaux.
2. Appareillage. - Le faisceau de rayons X, issu d’une ampoule Coolidge à anti-
cathode de tungstène, était très intense, le régime de cette ampoule atteignant, sous 150 kilo- volts, 9 milliampères. Un premier diaphragme canalise le rayonnement dès la sortie de la
cuve de plomb; puis, après réflexion sur un cristal de sel gemme convenablement orienté,
un second diaphragme, très étroit, limite le pinceau de rayons monochromatiques W ha. Ce
(1) Journal de physique, s. t. 8 (1927), p. 80-112.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192800907022500
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dernier canaliseur est formé d’une pièce de plomb percée d’un trou cylindrique d’environ,
1 mm de diamètre, mobile dans un plan vertical gràce à des vis! de rappel. On peut ainsi
amener le faisceau dans une situation bien déterminée par rapport aux appareils photographiques. Ces appareils, métalliques, sont eux-mêmes fixés sur des glissières per- mettant des réglages précis et supportés par un portique en fonte rendu solidaire de la
plate-forme du cristal et de la chambre de détentes. On réalise ainsi une bonne définition des conditions géométriques : parallélisme du faisceau et de l’arète du dièdre droit formé par les plaques sensibles, centrage du milieu du faisceau’dans la chambre de détentes sur les
axes principaux des deux objectifs photographiques. Les images étaient pri«e,s en vraie grandeur sur des plaques 45 mm X 107 mm.
Fig. i .
Au point de vue de l’appareil à détentes, ’quelques]modifications de détail ont été ap-
portées à celui décrit à propos de l’effet photoélectrique composé. Je signale seulement la
suppression du ressort dans l’obturateur à rayons X,~-l’inertie de la masselotte de plomb
étant suffisante pour la ramener en haut de course au début de la chute du piston, et le
faisceau restant ainsi découvert pendant toute la durée utile après la détente, ce qui est
nécessaire ici, à cause de la faible intensité des rayons X réfléchis par le cristal. La com- mande des différentes opérations était effectuée par un levier en chute libre, permettant de bons réglages dans le temps; la commande pneumatique qui le déclenchai t découvrait en
même temps les objectifs photographiques pendant le temps strictement nécessaire, rendant possible l’éclairage suffisant de la salle de travail. A la fin de sa course, après la détente,
ce levier fermait un éclateur, et l’étincelle d’éclairage résultant de la décharge d’un conden- sateur de 0,03 P.F, chargé à 20 kilovolts, jaillissait dans des lampes du type décr it précédem-
ment.
Enfin, en ce qui concerne l’atmosphère de la chambre des détentes, les opérations ont toujours été effectuées dans de l’hydrogène contenant 10 pour 100 d’argon, à la pression atmosphérique. Des précautions de propreté assez minutieuses sont nécessaires pour éviter
l’apparition du brouillard général, qui semble provenir souvent de réactions chimiques ou photochimiques dans l’atmosphère gazeuse de l’appareil. Le nombre des plaques obtenues
a permis la mesure de 1 000 rayons secondaires.
a3, Mesures et calculs. - Les plaques représentent deux projections à angle droit des trajectoires des électrons. Il faut mesurer les angles oc et § que font ces projections avec la
direction de propagation du faisceau de rayons X, représentée sur la plaque par la droite
qui joint les origines des différents rayons secondaires, ainsi que la distance x qui sépare
ces origines du centre de la plaque, trace de l’axe principal de l’objectif correspondant.
Pour effectuer ces mesures dans de bonnes conditions, il est commode d’opérer avec une
sorte de banc de machine à diviser, sur lequel se déplace un chariot à vis rnicrométrique M portant deux rapporteurs à réticule tournant RR’ (fig. i).
Fig2.
Les plaques doivent être convenablement orientées, les origines des trajectoires amenées
sur deux lignes parallèles au banc et passant par le centre des rapporteurs (lignes tracées
sur des glaces GG’ solidaires du banc, vues par transparence à travers les plaques) et cen-
trées par rapport à la graduation de la règle X. Il est facile alors de lire a, ~, x successivement pour les différents rayons avec une précision suffisante.
Une discrimination est nécessaire entre les diverses trajectoires présentes, qui sont de
deux espèces bien distinctes : il les trajectoires de recul (effet Compton), assez courtes pour
qu’on en voie les deux extrémités, et denses; 2° les rayons secondaires rapides (effet photo- électrique) sortant presque en ligne droite du champ des appareils et caractérisés par la
présence presque constante du rayon tertiaire qui garantit leur origine profonde.
Il avait été admis, au cours des travaux précédents, que les deux clichés représentaient
à peu près des projections orthogonales du phénomène étudié, les trajectoires mesurées ne
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s’éloignant pas beaucoup des axes principaux des objectifs. En réalité, il s’agit de projections côniques, ayant pour foyers les centres optiques des objectifs, ce qui peut fausser d’un.
manière assez notable les valeurs calculées pour w à partir de la formule tg2 (è = tg2 a +
Il faut tenir compte de la distance x qui sépare l’origine des trajectoires du centre de la plaque, et appliquer une formule trigonométrique assez complexe, ce qui, pour 1000 rayons,
représente un temps très long. J’ai préféré adopter une méthode optique consistant simple-
ment en un retour inverse des valeurs mesurées aux valeurs vraies par reconstitution, à l’échelle, des conditions géométriques de la photographie. La figure 2, très schématique, permettra de comprendre le fonctionnement de l’appareil: L’aiguille A, mobile dans tous les sens, représente la trajectoire; l’axe X, le faisceau de rayonnement. Deux lampes ponc-
’
Fig, 3.
tuelles LL’, situées à distance convenable, donnent de l’aiguille deux ombres représentant les
traces photographiques, que l’on amène à faire les angles a et fi sur les rapporteurs à angle droit 00’. Le glissement du dièdre qui porte les cercles divisés le long de son arête permet de tenir compte de x. Ceci fait, il suffit de tourner l’aiguille autour de l’axe X jusqu’à
la rendre parallèle à l’un des plans du dièdre, sur le cercle divisé duquel on lira l’angle M.
Les lectures, se faisant à un demi-degré près, ne diminuent pas sensiblement la précision
totale des opérations, l’erreur principale étant faite à la lecture des plaques. Il ne semble
pas qu’en moyenne, sauf dans certains cas défavorables peu fréquents, l’erreur totale dépasse
2° et les effets de ces déviations au hasard ne peuvent qu’étaler légèrement la répartition sans
la déformer notablement.
4. Résultats. - Il est commode de représenter la statistique par les courbes en densité
d’émission et en nombres de rayons. La figure 3, dans laquelle les moyennes ont été prises
sur t0°, donne pour une abscisse ù) le nombre de rayons émis entre w - 5° et w + 5° : on y voit les irrégularités signalées déjà à plusieurs reprises, qui semblent pouvoir être attri- buées à des fluctuations de la statistique. Ce point ne pourra être définitivement élucidé que
grâce à une forte augmentation du nombre de rayons mesurés. Sur la figure 4, qui donne la
courbe intégrale, où l’ordonnée de w représente le nombre total de rayons observés entre 0 et w, on peut constater la bonne concordance des points expérimentaux avec la répartition
en sin3 w : la courbe en trait plein représente la distribution intégrale déduite de cette for-
mule, mais a été décalée d’une quantité convenable vers les petits angles ; la comparaison, .qui ne porte ici que sur la forme de la dispersion autour de l’angle moyen, justifie pleine-
nement la théorie simple proposée précédemment.
Fig.4.
D’autre part, au point de vue de la valeur;du décalage vers l’avant, les résultats fournis par cette étude sont les suivants (2) :
On voit de suite, en comparant ces nombres à ceux du précédent travail, que la valeur de Wb est beaucoup plus petite dans cette nouvelle statistique. Pour interpréter cette diffé- rence, il faut admettre que l’emploi !de rayons X simplement filtrés a conduit à une sures-
timation considérable de la fréquence effective, accrue encore par le fait de la plus forte
absorbabilité des rayonnements de grande longueur d’onde présents et, par conséquent, de
leur plus grande activité photoélectrique. Il est à remarquer que les mesures anciennes de l’auteur et celles de Bothe, faites par des méthodes très différentes mais sur des rayons X de fond continu filtrés, sont en excellent accord, et tout à fait en opposition avec les résultats de différents chercheurs opérant sur des rayons X de raies d’émisions monochromatiques,
comme Loughridge, Nuttall, Williams et Barlow, et moi-même (3).
(?) Définitions : c~b est un angle tel qu’autant de rayons sont émis entre 0 et wb et entre c~~ et 7T. p est
le rapport du nombre de rayons possédant une composante vers l’avant au nombre de rayons qui sont
émis vers l’arrière.
(1) C. ~.,t.l86, p. 158.
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5. Conclusion. - La théorie proposée par F. Perrin et P. Auger rend exactement
compte de la dispersion dans la répartition longitudinale. Au point de vue de la projection
en avant des photoélectrons, elle mène à des valeurs notablement plus petites que celles
qu’indiquent les expériences avec des rayons monochromatiques.
Si, indépendamment de toute théorie, on calcule la projection moyenne de la quantité
de mouvement des électrons suivant la trajectoire des rayons X telle qu’on la déduit des expériences ci-dessus décrites, on trouve 1,3 où hv/c représente le moment cinétique
des quanta absorbés. (Cette valeur est comparable à celle indiquée par Williams dans une note préliminaire à
Si l’on cherche quel vecteur moment, parallèle à l’axe du faisceau de rayons X, il faudrait composer avec des vitesses réparties suivants la loi en sin 3W pour obtenir la distribution expé- rimentale, on trouve 1,6 (~). Ceci est mis particulièrement en évidence dans le cas du rayon secondaire moyen, qui serait émis à 90° si le rayonnement ne lui donnait pas de
quantité de mouvement suivant sa direction de propagation, et qui est émis en réalité sous l’angle de bipartition w b. Toutes les théories proposés jusqu’ici lui supposaient communiqué
le moment cinétique h v/c du~ quantum qui lui a donné naissance, menant ainsi, pour le
cas envisagé ici, à la valeur = 76(). L’expérience présente donne Wb - 69° dont le cosinus est égal à 1,6 X cos76°; le moment cinétique qui lui a été communiqué est donc de plus
de 50 pour 100 supérieur à hv/c. On voit que les échanges de quantité de mouvement entre
quanta et photoélectrons ne sont pas aussi simples que des échanges d’énergie.
L’interprétation de ces faits sera sans doute plus aisée lorsqu’on possédera un plus grand
nombre de données expérimentales réparties sur une échelle assez étendue de longueurs
d’onde.
(-1) Rgmarquons que si l’on composait de la façon indiquée un vecteur moment égal à hv/c, la projec
tion moyenne de la quantité de mouvement, dans la distribution obtenue, serait égale à 0,8 hv,lc seulement.
~
Manuscrit reçu le 4 août 19~8, ’
