HAL Id: jpa-00242405
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Submitted on 1 Jan 1910
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entre l’ionisation et l’absorption
H. Geiger
To cite this version:
H. Geiger. Sur l’ionisation produite par une particuleα. Relations entre l’ionisation et l’absorption.
Radium (Paris), 1910, 7 (5), pp.136-141. �10.1051/radium:0191000705013601�. �jpa-00242405�
ter aux formules u et B du § 7. Pour la formule x
(émission normale), on trouve, en négligeant les
termes en RI vis-à-vis des termes en H-, et en dési-
gnant par v la vitesse d’émission des électrons.
La formule 8’ doit être remplacée par une formule
analogue, un peu plus compliquée. Cette correction, rapprochée de la variation expérimentale, permet évidemment de calculer la vitesse moyenne v d’émis- sion des corpuscule. On trouve ainsi un nombre
voisin de 0,4 X 108, dans l’une ou l’autre hypothèse
d’émission. Ce nombre est en accord satisfaisant avec ceux que Lenard a trouvés par des méthodes directes ; je compte revernir sur ce point quand j’aurai pu
compléter les expériences.
’l’1. Conclusions. - Les principales conclusions de ce travail sont les suivantes :
10 L’influence du mode de polissage et du temps
.sur l’effet Hertz paraissent rendre difficile une classi- fication rigoorense des métaux par ordre de pouvoir photoélectrique décroissant, et cela aussi bien dans le vide que dans un gaz ;
20 La variation de 1"effet avec le temps n’est pas
toujours une fatigue, mais souvent en accroissement
spontané. Ce dernier phénomène est surtout marqué
pour certains métaux (zinc, cuivre) polis assez gros-
sièrement ;
30 Si l’on compare les effets produits par diverses radiations de longueur d.ondes bien déterminées
sur un même métal, on trouve que leurs rapports
dépendent du degré de poli et du temps. En particu-
lier la fatigue est très inégale pour les diverses raies ; de sorte que, de toutes les raies du même groupe, la plus active n’est pas toujours la même;
4° Si l’on compare plusieurs métaux pour diverses raies, on trouve que l’ordre de ces l1tétaux dans la
classification fondée sur le pouvoir photoélectrique peut fort bien s’inverser’ quand on pa.cse d’une lon- gueur cl’oncle à une autre ;
5° On peut, pour chaque raie, construire la courbe de saturation qui donne les variations du courant en
fonction dn potentiel. La forme anormale de cette courbe peut s"explique)- complètement par la théo- We. De plus la même théorie permet de calculer le chemin moyen des électrons qui sortent de la lame éclairée, et le résultat obtenu est conforme aux don- née) de la théorie cinétique des gaz;
6° La forme des courbes de saturation est, dans
une certaine mesure, sous la dépendance d’influences extérieures telles que : le degré de poli de la surface
ou son degré de fatigue, la nature de la lon- gueur d’onde employée. Enfin l’intensité du cois-
rant photoélectrique diminue, même u la pression
ordinaire, dans un champ magnétique suffisamment intense.
Manuscrit reçu le 15 AvrH 19t0.
Sur l’ionisation produite par une particule 03B1.
Relations entre l’ionisation et l’absorption
Par H. GEIGER
[Université de Manchester. - Laboratoire de M. RUTHERFORD.]
Dans quelques expériences décrites dans une précé-
dente note 2, l’ionisation produite par une particule 7.
le long de son parcours dans l’air (courbe de Bragg)
était déterminée en utilisant le lladium C comme source de rayonnement et dans des conditions qui
étaient le plus favorable à la saturation. La forme gé-
nérale de cette courbe est bien connue ; l’ionisation due i un faisceau parallèle de particules x provenant
du Radium C (parcours dans l’air, 7,06 cm.) croit jusqu’à une valcur maxima atteinte à 6,5 cm. Pendant
les 5 derniers millimètres du parcoors du faisceau,
l’ionisation tombe rapidement à zéro.
1. Mémoire lu il la Société Royale de Londres. le 17 février 1910; Communique par M. E. Rutherford.
2. Le Radium. 6 (1 HOt)) HW-200.
Les expériences suivantes ont été entreprises dans
le but d’éclaircir la loi d’absorption de la particule or,
et d’établir, s’il y a lieu, une relation entre la vitesse
et le pouvoir ionisant de cette particule.
1. Retard pris par les particules x par le pas- sage à travers la matière. - En 1906, Rui licr-
ford i, par une méthode photoïlralihi(lue, réussit i
mesurer la déviation magnétique des particules a,
et put déterminer la vitesse relative à différunts points
du parcours en interposant un nombre variable de fcnilles d’aluminium de pouvoir absorbant connu.
Les impressions extrêmement faibles que les parti-
cules a produisent sur une plaque photographique
’1. Phil. Mag., 12 (1906) 138.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191000705013601
vers la fin de leur parcours rendent très difficile la détermination de la vitesse à cet endroit du par-
cours. La vitesse que Rutherford obtint avec une
interposltion de i4 feuilles d’aluminium, de pouvoir
absorbant équivalent à environ 7 cm. d’air était encore
les 0,45 de la vitesse initiale. Ce résultat quelque
peu surprenant a fait naître des explications variées
en ce qui concerne la fin du parcours d’une parti-
cule a. On a supposé, ou que la particule perd sa charge à la fin du parcours, ou qu’elle est brusque-
ment arrêtée à cet endroit.
Les difficultés expérimentales concernant la dévia- tion magnétique des particules « sont sensiblement moindres aujourd’hui qu’autrefois. La quantité plus grande de radium disponible nous permet d’utiliser
une source intense de particules ci, et la méthode des scintillations pour l’observation des particules x dé- visées, récemment perfectionnée par de nombreux phy- siciens, est plus satisfaisante que la méthode photogra- phique. Ce sont ces considérations qui ont fait penser à Rutherford qu’il était désirable de faire une nouvelle détermination de la vitesse d’une particule oc le long
de son parcours.
Une détermination précise de la déviation magné- tique ne peut être possible que si le faisceau de par- ticules x, traversant le champ magnétique, est étroit
et bien défini. C’est pour cette raison que le dépôt ac-
tif provenant de l’émanation du radium était con-
centré sur un fil lin n’ayant cluc 0,i2 mm. de dia-
mètre. Le fil A (fig. 1) était tendu horizontalement
fjg. 1.
au moyen d’un dispositif a ressort, parallèlement au ligues de force du champ magnétique QIN et à une
fente fixe B de moins de 0,1 mm de large. Cette fente
et le ressort étaient fixés sur une glissière s’adaptant
dans la portion large de la boite en laiton KRSII’K’;
l’introduction et la man0153uvre de cette coulisse se
fa’saient par le bouchon de Nerre P. Le fil avait 1 cm
de long et était disposé ii 7,2 cm de la fente. Les
pièces polaires cylindriques avaient 7 cm de diamètre et étaient distantes de o,cJ en1. Avec un bon vide, les particules x, expulsées de la surface active du fil, traversaient le chanlp magnétique sous forme d’un faisceau bien délini et produisaient une ligne de scin-
tillation horizontale et très étroite sur l’écran au sul- fure de zinc S. Un microscope convenable pour observer les scintillations pouvait ètre déplacé verti-
calement. parallèlelnent à l’écran, au moyen d une vis;
on pouvait lire sa position sur l’échelle à
1 20
mm.près. L’oculaire du microscope possédait un fil lori-
zontal juste assez large pour ètre vu sur l’écran de sulfure faiblement éclairé. Il était facile de faire coïn- cider ce fil avec la ligne de scintillation à 1/10 nlm.
près, du moins lorsque la proportion de particules x
n’était pas par trop diminuée par l’interposition de
feuilles de mica.
Une expérience fut conduite de la façon suivante
le lil activé était exactement fixé parallèlement à la
fente et amené dans la boîte dans la position représen-
tée sur la figure 1. On faisait le vide dans l’appareil
maintenu constamnlent en relation avec un tube à charbon plongé dans l’air liquide. Ces préparatifs
demandaient environ 20 miuutes. Pendant ce temps
tout le RaA présent sur le fil était pratiquement dé-
truit et le rayonnement i était entièrement dû au RaC.
On amenait le microscope en coïncidence avec la
ligne de scintillations et on lisait sa position. Après
rétablissement du champ magnétique, on amenait de
nouveau la cuincidence du réticule avec la ligne de
scintillations déviée et on lisait encore sa position. On répétait ces mesures, et s’il y avait concordance avec
les observations précédentes, on changeait la valeur
du champ et on faisait de nouvelles déterminations.
Une série de mesures a pu être faite dans un temps de
moins de 20 minutes. L’activité après ce temps était
encore suffisante pour permettre de faire une autre
série de lectiires. On intro-1uisait de l’air et on enle- vait la glissière. Une feuille de mica de pouvoir ab-
sorbant connu, était placée immédiatement devant le fil. Après avoir replacé la glissière et fait de nou-
veau le vide dans l’appareil, on pouvait faire de nou-
icl1es mesures analogues aux précédentes.
Les déviations magnétiques actuelles étaient de- iB’rdre de 1 cm, l’intensité du champ produit par un
courant de 20 ampères était d’environ 10000 gauss.
Le tableau 1 suivant indique la marche générale sui-
v’c dans une expérience :
Tableau 1.
Les résultats obtenus pour dilléreiites épaisseurs de
mica soiit groupes dons le tableau suivant :
Tableau II.
La première colonne donne le pouvoir absorbant
des feuilles de mica, exprimé en centimètres d’air dans les conditions définies plus haut, cette détermination étant faite par la méthode des scintillations. Les deux derniers écrans absorbants, équivalents à 6,57
et 6,90 cm d’air étaient obtenus en ajoutant à une
feuille de mica, équivalente à 6,08 cm, respective-
ment 15 et 21 feuilles d’or. Chacune de ces feuilles
correspondait à 0, 054 cm d’air.
Il n’était pas possible de mesurer la déviation
magnétique des particules qui avaient traversé une
. épaisseur équivalente à 6,8 cm d’air pour un champ supérieur à celui qui correspondait à un courant de 0,5 ampère (c’est-à-dire ayant pour valeur 950 gauss).
Les scintillations produites par les particules c/, après
passage au travers de cet écran, étaient extrêmement faibles et à la limite de visibilité. De plus, leur nombre était beaucoup diiiiinué, et ces particules étaient dis- tribuées sur une surface beaucoup plus grande que d’habitude, ce qui était probablement dû à des varia-
tions de la vitesse produite par la dispersion.
La déviation moyenne actuelle obtenue dans ce cas pour un courant d’excitation de 0,5 ampère était de 5,1 mm, ce qui correspondait à une vitesse de 0,27
de la vitesse d’expulsion. La concordance de diflé- rentes lectures faites par deux observateurs était telle que l’erreur sur ce nombre ne dépasse pas 10 pour 100.
Dans toutes les autres expériences où la vitesse des particules u était grande, on observait aisément les
scintillations, et l’erreur probable, dans ces cas, n’ex-
cédait pas 1 pour 100. L’erreur dans la détermination de l’épaisseur des feuilles de mica s’élevait à environ
2 pour 100. Les valeurs moyennes obtenues pour les vitesses ont été portées en ordonnée de fonction des distances dans la figure 2. On voit que les vitesses v déterminées à différentes distances de la source satisfont bien il l’équation :
On a obtenu le meilleur résultat en faisant la constante R égale à 7, qui est très voisine du parcours
Fig. 2.
maximum des particules ce du RaC dans l’air. Puisque
pour x = 0, on suppose la vitesse de la particule 1) == 1 ,
le facteur a devient OJ45.
On peut donc conclure que la vitesse d’une parti-
cule a en un point quelconque de son parcours, est .
proportionnelle à la racine cubique de la distance
qu’elle a encore à parcourir. On voit aussi qu’au voisinage de la fin du parcours, la vitesse des parti-
cules a décroit rapidement et devient probablement
si faible qu’elle est comparable à celle des molécules gazeuses. La particule x se comporte alors comme
un ion gazeux ordinaire.
La courbe des vitesses obtenue par Rutherford est, pour les 6 premiers centimètres du parcours, en bon accord avec la courbe ci-dessus. Le tableau suivant
représente cette comparaison.
Il semble probable que la différence à la fin du parcours soit due à l’emploi de feuilles d’aluminium dans les expériences de ftutherford. Ces feuilles d’alu- minium n’ont jamais une épaisseur uniforme, et une
certaine fraction des particules 2, après passage au
Tableau III.
travers de ces feuilles, ont encore une vitesse un peu
plus élevée que la moyenne. Mais ces particules plus rapides ont un effet plus marqué sur la plaque pho- tographique et par conséquent la déviation parait trop faible.
II. Distribution de la vitesse dans un faisceau
parallèle de rayons x. - L’ionisation produite par
un faisceau parallèle de rayons x de vitesse initiale
identique est représentée par la figure 5 de ma pre- mière no,e (loc. cil.). Il n’est pas nécessaire que cette courbe représente aussi l’ionisation due a l’ab-
sorption d’une seule particule x. En effet, si même
toutes les particules x du RaC sont expulsées avec
la même vitesse llors des atomes qui les engendrent,
ils pourront acquérir, pendant leur passage à travers
l’air, une petite différence dans leur vitesse. Cette différence sera due en partie à une varialion dans le nombre des collisions avec lcs molécules du gaz, en partie à la dispersion des particules oc dans leur pas- sage à travers le gaz. Je montrerai dans une autre note que la grandeur de la dispersion, quoique faible
pour des particules « de grandes vitesses, s’accroît rapidement vers la fin du parcours1. On doit donc
s’attendre à ce que les particules x présentent une petite variation de vitesse à la fin de leur parcours et que les vitesses soient distribuées autour d’une valeur moyenne. C’est pourquoi la courbe d’ionisation, obte-
nue pour un faisceau de rayons x, doit être différente de celle obtenue pour une seule particule x.
On sait, par les expériences de Bragg et d’autres physiciens 2, que le nombre des particules x reste cons-
tant quand ces particules traversent la matière; c’est
ce qui a été montré récemment d’une façon directe par
Régénère en faisant remarquer que le nombre des scintillations produites par les particules x émises par
un disque de polonium, ne changeait pratiquement
pas quand le disque était recouvert de feuilles d’alu-
minium. Mais ce nombre diminuait rapidement quand
1. lotes préliminaires, Roy. Soc. Pl’oc., A-82 (1908) 174.
2. H. W. BRBGG, Phil. Mag., 10 (1905) 518; E. MEYER, Phys.
Zeitschr., 7 (1906) 917).
5. RECELER. Le Radium, 5 (1908) 180.
l’épaisseur d’aluminium était presque équivalente au
parcours des particules du polonium.
Dans l’expérience suivante, la décroissance du nombre de scintillations au voisinage de la fin du parcours, est étudiée d’une façon plus détaillée. Les
particules 2 provenant d’une source étroite de Ra C
pouvaient tomber sur un écran au sulfure de zinc,
fixé à un microscope approprié à la numération des scintillations. On pouvait faire v arier la distance entre la source de rayons x et l’écran. On comptait
le nombre des scintillations, pour le dernier centi- mètre du parcours, de millimètres en millimètres. 1près
correction relative à la décroissance et au change-
ment de distance, on traçait une courbe donnant le nombre de scintillations observées par minute aux différents points du parcours.
La figure 5 montre cette courbe. On voit que le nombre des scintillations commence à décroître nota- blement à environ 6,4 cm de la source. Pour un point dépassant légèrement 7 cm, on ne pouvait plus pratiquement observer de scintillations. On peut donc conclure qu’aux environs de la fin du parcours
1;iç. 5.
la vitesse n’est pas la même pour toutes lcs particules a’
certaines particules pouvant parcourir plusieurs mil-
limètres de plus que d’autres.
On a obtenu un résultat analogue en utilisant le polonium comme source de rayons. Dans ce cas les observations pouvaient être plus précise, étant donné
la constance de la source.
Ces mêmes conclusions peuvent s’appliquer aux expériences de E. Aschkinass1, qui mesurait la charge portée par les particules « du polonium à différents points de leur parcours.
On pouvait supposer que la diffërence de Nitesse à la fin du parcours provint d’une petite variation de la vitesse avec laquelle les particules i sont expulsées
initialement. Toutefois, la netteté de l’imabe photo- graphique d’un faisceau dévié de rayons x, a conduit Rutherford à conclure que les particules x du RaC sont
toutes émises avec la même vitesse.
La variation de v itesse, cependant, qui expliquerait
1. Aiiii. d. Phys.. 17 (1908) 3-1 î.
la façon dont se comportent les partïcules x à la fin
de leur parcours, serait de l’ordre de 5 pour 100 seulement, et pouvait échapper à l’observation, à
moins d’avoir un faisceau de rayons x largement
dérié.
Il semblait donc intéressant de recherclier si, par
une méthode plus délicate, on pouvait découvrir une
variation dans la vitesse d’expulsion. Le dispositif employé était le même que celui représenté par la
figure 1, si ce n’est que la boîte métallique était pro-
longée de 10 centimètres environ en arrière du champ magnétique, de façon que la distance du fil 1 activé à l’écran de sulfure de zinc fût portée à 24 centimètres.
Gràce à cette grande distance l’irnage de la fente sur
l’écran avait une largeur mesurable. Cette largeur
était soigneusement mesurée à l’aide du microscope,
comme il a été décrit plus haut. Après établissement du champ, l’image était déviée de plusieurs centi-
mètres. On mesurait la largeur de la bande de scin- tillations dans la position déviée. Le tableau suivant donne les résultats obtenus :
Tableau 1V.
Les nombres de la dernière colonne sont les valeurs moyennes de plusieurs observations. Ces valeurs sont constantes dans les limites d’erreur expérimentale.
Un changement de 50 pour 100 (=0,15 mm.) dans
la largeur de l’image aurait été trouvé avec certitude.
Puisque la déviation actuelle était de l’ordre de 50 mm., nous pouvons conclure que s’il existe une variation dans la vitesse initiale cl’émission des particules a du
Ila C, cette variation est certainement inférieure à
0,5 pour 100.
Ainsi, d’aprés ces expériences, les particules 7. du
RaC sont toutes expulsées hors des atomes qui leur
donneut naissance, avec la même vitesse, mais acquièrent en passant à travers la matière une légère
différence de parcours de l’ordre de 5 mm. On peut
prendre pour le parcours d’une particule « du RaC
la valeur 7,06 cm. d’air. Cette valeur cuïncide
avec l’extrémité de la courbe d’ionisation et de la courbe de scintillation. Puisqu’il n’y a clu’une faible partie de particules a. qui parcourent actuellement 7 cm., le parcours moyen d’une particule « émise
par le Iia C sera sensiblement moindre, c’est-à-dire environs 6,7 cm.
111. - Relation entre l’ionisation produite par les particules « et leur ralentissement par la matière. -- On a montré précédemment qu’a une
âistance x de la source, la vitesse v d’une parti-
cule « traversant l’air peut être représentée très appro-
ximativement par l’équation
dans laquelle et R sont des constantes, R désignan
le parcours maximum de la particule d. En compa- rant cette équation aux résultats expérimentaux, on a pris R=7, ce qui exprime que la vitesse devient nulle quand la particule a parcouru 7 cm. d’air.
On a montré, dans la deuxième partie de ce travail, qu’il n’y a qu’une petite partie des particules rx qui parcourent 7 cm., la moitié envirou étant déjà
absorbée après 6,7 cm. de parcours. Il est clair que;, de la façon dont les mesures de la vitesse ont été faites, la courbe de la figure 2 ne s’applique pas à
une particule x moyenne, mais exprime plutôt le changement de vitesse d’une particule u qui a pu effectuer tout le parcours. 11 est légitime de supposer que la courbe de vitesse d’une particule oc de parcours moyen (6,7 cm . ) est donnée par la même équation,
dans laquelle li reçoit la valeur 6,7.
L’hypothèse la plus probable et naturelle est que
l’ionisation produite par une particule ce dans une épaisseur donnée de matière est proportionnelle à l’énergie absorbée. Dans cette hypothèse, l’ionisation
produite à un point quelconque du parcours peut être calculée à partir de l’équation précédente. On a :
La courbe tl iéorique d’ionisation est tracée en trait
plein sur la figure 4, R étant, pris égal à 7. La courbe
représente donc l’ionisation produite par une seule
particule u de parcours moyen. L’examen de cette courbe montre que l’ionisation produite par une seule
particule, croit rapidement vers la fin du parcours,
puis tombe subitement à zéro. Ceci paraît très pos-
sible puisqu’on sait que les particules positives dans
les tub.s à décharge (rayons-canaux) ont un grand pouvoir ionisant, quoique relativement elles possè-
dent de lrès faibles vitesses.
La courbe relative à un faisceau de rayons a sera dil1’érl’nte de celle relative à une seule particule; on peut la construire en groupant un grand nombre de
courbes analogucs autour de la courbe de parcours moyen. 11 est clair que la courbe résultan’e aura
une allure semblable, mais tandis que l’ionisation d’une seule paiticule présentera un accroissements
