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Production de spectres continus par excitation
électrique des gaz rares lumière blanche
Marcel Laporte
To cite this version:
PRODUCTION DE SPECTRES CONTINUS PAR EXCITATION
ÉLECTRIQUE
DESGAZ RARES
LUMIÈRE
BLANCHEPar M. MARCEL LAPORTE.
Professeur à la Faculté des
Sciences,
Institut dePhysique
deNancy.
Sommaire. 2014 Indication et étude d’un dispositif d’excitation électrique des gaz rares qui donne lieu à
l’émission de spectres continus.
Influence de la nature du gaz, du diamètre des tubes.
Répartition spectrale d’énergie.
Applications diverses.
On sait que
lorsqu’on
alimente un tube à gaz rare,chargé
sous unepression
dequelques
millimètres demercure, à l’aide d’une source de tension continue ou
alternative,
defaçon
à obtenir lerégime
luminescent(cathode
froide,
densité de courant de l’ordre du dixième ou dequelques
dixièmesd’ampère
pardéci-mètre
carré),
l’excitation du gaz conduit à l’émission de sonspectre
d’arc.Dans ces
conditions,
la brillance des tubes restefaible,
de l’ordre d’unebougie
par centimètre carré pour l’hélium et lenéon,
beaucoup plus
faible pourl’argon,
lekrypton
et le xénon.Les
spectres
de la lumière émise sont desspectres
de « raies », peu nombreuses ou mal distribuées dans le visible : les tubes à gaz, ainsiexcités,
constituent des sources de lumières fortement colorées.On
peut augmenter
le nombre des radiations émises par un gaz en modifiant les conditions d’alimentationélectrique,
defaçon
à provoquer l’émission simul-tanée duspectre
d’arc et desspectres
d’étincelle de différents ordres.Pour provoquer l’émission des
spectres d’étincelle,
qui
résultent,
comme l’onsait,
de l’excitation des atomesdéjà
une ouplusieurs
foisionisés,
il fautque les conditions
expérimentales
permettent
d’ob-tenir des électronsrapides (abaissement
depression,
augmentation
de la tension entreélectrodes)
etl’exci-tation,
par de nouveaux chocsélectroniques
des ionsprécédemment
formés(excitation par degrés);
laproba-bilité de réalisation de ces chocs cumulatifs
augmente
avec la densité de courant.
IL est connu d’utiliser une source haute tension
qui charge
un condensateur dont les armatures sontréunies,
à’travers un éclateur àétincelles,
aux élec-trodes du tube à gaz.La
présence
de l’éclateurpermet
d’empêcher
que ladécharge
ne s’amorce dans le tube dès que la différencede
potentiel
entre les armatures a atteint la tensiond’allumage
du tube.Par un écartement suffisant des lames de
l’éclateur,
on obtient des
décharges
dites « condensées » degrande
intensitéinstantanée,
car elles débutent sousune tension
élevée ;
cesdécharges
donnent naissanceà l’émission
snperposée
desspectres
d’arc et d’étin-celle.La
superposition
despectres
d’étincelle modifiel’aspect
de ladécharge,
cette modification estparticu-lièrement
frappante
dans le cas duxénon,
qui,
par cemode
d’excitation,
donne une lumièreintense,
d’aspect
blanc,
dont lespectre
est en effet très riche enradia-tions,
bienréparties
dans le domaine du visible. Si l’on se propose, comme c’était àl’origine
notrebut,
d’obtenir une source utilisable de lumièresensi-blement
blanche,
on est conduit à chercher à éviterl’emploi
d’un éclateurqui
présente
les graves inconvé-nients d êtrebruyant,
de s’altérer et de sedérégler
rapidement.
Dispositif
d’alimentation dedécharges «
con-densées ». - Nous avons
pensé
àremplacer
l’écla-teur à étincelles par unthyratron,
tube à gaz, à troisélectrodes,
dont la tensiond’allumage
peut
êtrecom-mandée par
l’application
d’une différence depotentiel
entre la cathode et la
grille.
En modifiant la tension de
grille,
on modifie laten-sion
d’amorçage
duthyratron qui
fonctionne comme un éclateurréglable,
fidèle et silencieux.La durée de la
décharge
d’uncondensateur,
à traversun tube à gaz et un
thyratron,
est très courte et ilim-portait
depouvoir répéter
les éclairs lumineux obtenus àchaque
décharge,
avec unefréquence
suffisante pourque l’on
puisse,
enprofitant
de lapersistance
desimpressions
lumineuses,
réaliser des éclairementsd’apparence
suffisamment continue.Pour le
montage
que nous nousproposions
deréaliser,
nous avons dû
utiliser,
enpartie,
desappareils
dontnous
disposions
déjà;
nousdonnerons,
sur les condi-tions de leuremploi,
lesrenseignements
nécessaires pour que l’onpuisse
facilement en déduire unappa-reillage
mieuxadapté.
1-
Transformateur.
- Comme source de hauteten-sion,
nous avons utilisé un transformateurde 2kVA,
rapport
de transformation voisin de 59.Les
pertes
à vide de ce transformateur de construc-tiondéjà
ancienne,
sontexagérées :
-.75W;
latance du
primaire : 2/10 d’ohm ;
celle du secondaire : -.~30 ohms.
Pour
préciser,
le tableau suivantdonne,
pour deuxintensités
primaires,
lespertes approximatives
depuissance :
Pour un transformateur bien
construit,
cespertes
pourraient
être sensiblement diminuées.Dans nos
essais,
leprimaire
n’a pas été alimenté directement sur le secteur à110 V, mais,
à travers unebobine de self à noyau de
fer,
dontl’impédance
varie de0,5
à 7 ohmslorsqu’on
enfonce le noyau ; la tension d’alimentation duprimaire
n’a pasdépassé
90V ;
lecourant
primaire
i5 A.Fig. ’l.
Le secondaire du transformateur est formé de 8 bo-bines
identiques
ensérie ;
ilcomporte
9prises
sorties : 2 sortiesextrêmes, S et S’ et
7 sorties entre les bobinessuccessives ;
lemontage
n’utilise que les sorties extrêmes et lapremière
sortieintermédiaire S,
(voir
fi.
1).Deux
condensateurs,
chacun d’unecapacité
de unmicrofarad
(tension
d’essai 10 000 Vcontinus)
sontmontés en
série ;
les armatures extrêmes sont réuniesaux sorties
S,
et S’ du secondaire.En dérivation sur le
condensateur,
sontdisposés,
ensérie,
le tube àdécharge
et unthyratron.
20 Tubes. - Les tubes ont été de modèles
différents;
longueurs
utilisées :0,50
m ou 1 m ; diamètre : engénéral 10mm ;
chargés
en gaz rare sous unepression
de
quelques
mm de mercure.3°
Thyratron. -
Lethyratron
utilisé est un Th. 29de la Cie de
Radiologie ;
c’est un redresseur à vapeurde mercure muni d’une cathode à
chauffage
indirect(5 V,
17,5 A ;
8iW)
fourni par un transformateurali-menté sur le 110 V.
Il est livré comme
supportant
une tension maxima directe ou inverse de 3 ~00 Y et commesusceptible
de fournir un courant moyen de 10 A et un courant ins-tantané de ~0 A.Il est muni d’une
grille
decommande ;
courant degrille
moyen maximum : unampère ;
courant degrille
instantané maximum : 5 A.Si l’on
prend
comme zéro depotentiel
celui de la cathodequi,
dans notremontage,
est constammentréunie au
sol,
il existe pourchaque
tension,
VA,
entrel’anode et la
cathode,
une valeurnégative
dupotentiel
degrille
telle que, pour toute différence depotentiel
plus grande (en
valeurabsolue)
lethyratron
nepeut
s’allumer.
Cette tension
critique
degrille,
vc, est une fonctionde la tension
d’anode : v~
=f( VA).
Nous avons déter-miné parpoints
la courbereprésentant
cette fonction(courbe caractéristique) ;
c’est unedroite,
dontl’équa-tion est :
Pour des valeurs assez élevées du
potentiel
d’anode,
on a sensiblement :
~=-1/~3.~
le coefficient: p = - 123 est le «
rapport
de contrôle o.Supposons
que la tension d’anode varie suivant unefonction
périodique
dutemps :
VA = f(t),
depériode
T ;
construisons cette courbeet,
sur un mêmegraphique,
lacourbe v,
= - 1/1231
(t)
que l’onappelle
courbe decontrôle;
supposons enfin que la tension degrille :
V9
soit
également
une fonction dutemps,
de mêmepé-riode que la tension
d’anode,
soit l’g --- g(t) ;
pour tous lespoints
de cette courbe de tension degrille
qui
se trouvent en dessous de la courbe de
contrôle,
lethyratron
nepeut s’allumer ;
si les deux courbes secoupent,
l’allumage
seproduit
à l’instant ta,qui
estdonné par l’intersection a, de la courbe de tension de
grille
avec la courbe de contrôle.Sur la
figure
2,
on areprésenté
(courbe I),
les varia-tions de la tension d’anode dans l’alternance où l’anode est à unpotentiel supérieur
à celui de lacathode ;
lacourbe II est
(à
une échelledifférente),
la courbe decontrôle
correspondante ;
la courbe IIIreprésente
les variations de la tension degrille.
Dès que le
tryratron
estallumé,
la tension d’anode tombe àquelques
volts,
lethyratron
s’éteint vers la finde l’alternance et demeure éteint
jusqu’à
l’instant : T.4°
Dispositif
de cornmande degrtlie.
- La tensionpériodique
degrille
vg = g(t)
a été obtenue par le230
Les essais ont conduit à
adopter
les valeurssui-vantes :
condensateur
CI
~0,5
(tension
d’essai : 1000 V)
impédance :
6 00 ohms pour unefréquence
devolts
Fig.
Fig.2.2.Si l’on
néglige
le courantqui
passe entre la cathode et lagrille
duthyratron,
il est facile de construire legraphique
dedéphasage
de la tension degrille
sur la tension d’anode.y
-Fig. 3. ’
On trouve
30’ ;
retardindépendant
de la tension d’alimentation du transformateur.La tension de
grille
estproportionnelle
à la tensionprimaire;
pour
17 p =
70 Vefficaces,
untrouve : v.
= 55 V. Le
graphique
permet
aussi de déterminer le courantdébité ;
on trouve 40milliampères;
un milliampèremètre
disposé
en A donne 44 : cette vérification estexcellente si l’on tient
compte
del’imprécision
sur Jes mesures des résistances et sur celle de lacapacité
et des
approximations
faites ensupposant,
pour la construction dugraphique,
que les tensions sont sinu-soïdales et que le courant degrille
dans lethyratron
est nul.
L’angle
dedéphasage
de ce courant sur la tensionVs - Vs,
est 0 =22°30’,
on en déduit que lapuis-sance
dépensée
pour la commande degrille,
pourVp
=
70,
V est de 20 onpourrait
certainement laréduire en
augmentant
d’unepart
lesrésistances ri
et d’autrepart
l’impédance
du condensateur etla résistance de r~, tout en maintenant leur
rapport
sensiblement constant :
6400/9 ~QO.
Si au lieu des résistances fixes r et ri, on
emploie
des
rhéostats,
comme nous l’avons fait dans les essaispréliminaires,
on constateexpérimentalement
l’in Rfluence de
l’amplitude
de la tension degrille ;
si onremplace r2
par unrhéostat,
on constate l’influence dudéphasage.
Si les variables sont malchoisies,
il y a des ratés dansl’allumage
que traduisentl’aspect
du tube et desà-coups
sur lesappareils
de mesures,volt-mètres et
ampèremètres
branchés sur l’alimentation.Les valeurs
optima
des constantes dudéphasage
s’obtiennent enquelques
instants,
si l’on fait simulta-nément la mesure de l’intensité lumineuse d’unseg-ment de tube à l’aide du
photomètre physique
quenous avons décrit
(1);
les conditions les meilleures de lacommande de
grille
sont cellesqui
donnent l’intensitélumineuse
maxima.Amélioration du
montage. -
On amélioresensi-blement
lemontage
précédent,
tant aupoint
de vue du rendement que de la facilité duréglage
de lacom-mande de
grille
eninterposant
un redresseur sur lecircuit de
charge
du condensateur(entre
lespoints
S’et A du
schéma) (fig.1).
Comme
redresseur,
nous avons utilisé unediode
àgaz, Phanatron "28 A de la Cie’ de
Radiologie,
lechauf-fage
du filamentqui
exige 5
A sous2,5
V est obtenu à l’aide d’unpetit
transformateur alimenté sous110,
à enroulements isolés(10 000
V).
Ce
phanotron
débite une intensité moyenne de0,~~0 A ;
ilpeut
fournir une intensité instantanée de1,4 A ;
la tension maxima inverse est de 10L’emploi
d’un redresseur sur le circuit decharge
ducondensateur
estavantageux
àplusieurs
titres : 1(, Il évite le débit du transformateurpendant
l’al-ternance
inutilisée ;
Z° Il évite de faire
supporter
authyratron
uneten-sion inverse
élevée ;
3° Il facilite considérablement le
réglage
de lacom-mande de
grille.
Ce dernier
point
demandequelques
explications :
(1) LA PORTE M. et GAxs F.. Photométrie
physique
»étérochrome,
lorsqu’il
y a un redresseur sur le circuit decharge
ducondensateur,
la tension entre sesarmaturcs,
au lieu de suivre la courbe 1(fig. 2)
présente
une montéequi
tend vers un
palier
(tension
decrête) ;
il en est de même de la tension entre la cathode et l’anode duthyratron
et,
parsuite,
la courbe de contrôleprend
une allure
analogue.
L’intersection,
a, de la coarbe decontrôle,
ainsimodifiée,
avec la courbe III de tension degrille, peut
alors sedéplacer
dans d’assezlarges
limites,
sans quela tension
d’allumage
duthyratron
et,
parsuite,
sansque la tension
de charge
ducondensateur,
au moment de ladécharge,
soient sensiblement modifiées.Avec ce
montage,
on conserve donc un fonctionne-mentnormal,
tout en variant ledéphasage,
c’est-à-direle
rapport
de larésistance 1’2
àl’impédance
du conden-sateurCi.
Ce résultat est très intéressantlorsque
l’onse propose d’alimenter le transformateur avec un
alternateur de
fréquence
variable,
comme onpeut
être conduit à le faire dans différentesapplications :
stro-boscopie
en lumièreblanche,
cinéma au ralenti...En
effet,
lorsque
l’on fait varier lafréquence
N del’alimentation,
l’impédance
du condensateur dedépha-sage varie en raison inverse de cette
fréquence;
si lerapport
del’impédance
du condensateur à larésis-tance ~2 était strictement
déterminé,
on seraitobligé,
pour maintenir un
déphasage
correct,
de faire variercontinûment ce
rapport
en mêmetemps
que lafré-quence de l’alimentation.
L’emploi
d’un redresseur évite cettedifficulté;
ilsuffit de
prévoir quelques
condensateurs que l’on metsuccessivement en série : la
capacité
varie parsauts,
Ci,
1C,,
C1
...,l’impédance reprend
la même valeur3
lorsque
lafréquence prend
les valseurs,1°, 2,
3-N’...
la commande de
grille
reste encore correcte pour lesvaleurs intermédiaires de la
fréquence
d’alimentation. Nous avons effectivement réalisé cet essai entre lesfréquences
50 et 125p/s
avec seulement deuxconden-sateurs de
déphasage.
Mesures de la tension du condensateur au moment de la
décharge. -
Il est intéressant de serendre
compte si, lorsque
ladécharge
s’amorce àtravers le
thyratron
et letube,
le condensateur C estbien
chargé
auvoisinage
de sa tensionmaxima,
ou s’ilse
produit
unedécharge
prématurée.
Pour mesurer la tension de
charge,
encrête,
ducondensateur,
nous avons, suivant undispositif
clas-sique,
mis en dérivation sur le condensateur une dioderedresseur,
dont le filament était réuni à l’armature a2,c’est-à-dire au
sol,
et un voltmètreélectrostatique.
Les indications du voltmètre sont correctes si l’on a
soin de
disposer
enparallèle
avec lacapacité
du volt-mètrequi
esttrop faible,
un condensateur dequelques
centièmes de micro-farads.Le tableau suivant
précise
les résultats obtenus : ils sontrelatifs
à un tubeXénon,
longueur :
50 cm;diamètre : 10 mm;
pression : 6
mm ; électrodes àoxydes.
TABLEAU I.
Remarque :
les tensions decharge,
encrête,
ducon-densateur
sont
supérieures
aux tensions calculées en232
7
-maxima serait :
72,5.-.9.
V,
tandis0 que la mesure donne 5 00V.
Cet écart est
dû,
comme nous l’avons vérifié àl’oscil-lographe,
à ce que dans les conditionsd’utilisation,
les tensions ne sont pas exactement
sinusoïdales;
lerapport
de la tension maxima à la tension efficace déduit des courbesoscillographiques
est1,48
au lieu dePuissance
dépensée
dans le circuit dedécharge
du condensateur. - On
peut
déduire de ces mesures une évaluation de lapuissance dépensée
dans le circuit dedécharge
du condensateur.Pour un
régime
defonctionnement,
caractérisé,
parexemple,
par lapuissance
dépensée
auprimaire,
lecondensateur se
charge à
la tension de crêtemesurée,
Vc;
ladécharge
à travers lethyratron
et le tube laisse subsister une tension résiduelleVo,
que nous avonsmesurée et
qui
est voisine de 50’V,
indépendante
de la tension decharge.
"
Ce résultat
provient
de ce que le tube s’éteint avantque la
décharge
du condensateur ne soitcomplète
L’énergie dépensée
danschaque décharge
duconden-sateur est :
comme il y a 50
décharges
parseconde,
lapuissance
dépensée
dans le circuit dedécharge
du condensateur est :en tenant
compte
de ce que lacapacité
ducondensa-teur est de
1/2 {J.
F.Les valeurs
Wd
correspondant
aux différentespuis-sances
WP
dépensées
dans l’alimentation dutransfor-mateur ont été
portées
dans le tableau ci-dessus. Lespuissances
consommées par effet Joule dans leprimaire
et dans lessept
bobines du secondaire sedéduisent
approximativement
de la mesure descou-rants
primaire
et secondairelorsque
l’on connaît les résistances des deuxenroulements ;
cespuissances
sont
portées
dans le tableau dans les colonnesWJP
etLa
puissance
consommée dans la commande degrille
se déduit, comme nous l’avons vu, defaçon
ap-proximative
de la construction dugraphique
dedé-phasage
de la tensiongrille ;
on aporté
cespuissances
dépensées
pour la commande degrille
dans la colonnef1/Do
Si l’on
ajoute
laperte
à videWv
= 75W,
(perte
depuissance
parhystérésis
et par courants deFoucault)
qui
estindépendante
de lacharge,
on doit retrouverla
puissance
fournie auprimaire.
La colonne W
porte
ces sommes ; on voit que lesnombres
portés
dans cette colonne coïncident presqueexactement avec ceux
portés
dans la colonne lebilan
énergétique
est donc très exactement vérifié.La
figure 4
met en évidence ces résultats : on aporté
en abscisses lespuissances, J3"p dépensées
dans l’alimentationprimaire;
la courbe 1représente
les variations de lapuissance
dépensée
dans le circuit dedécharge
du condensateur,puissance qui
estrépartie
entre letube,
lethyralron
et les conducteursde
jonction.
Fig. 4.
Aux ordonnées de la courbe
J,
on aajouté
75 Wqui
représentent
lespertes
àvide,
on obtient ainsi lacourbe
II;
aux ordonnées de la courbe II onajoute
lespertes
correspondantes
par effet Joule dans leprimaire et
lesecondaire,
on obtient la courbeIII;
enfin,
aux ordonnées de la courbeIII,
onajoute
lespuissances
dépensées
pour la commande degrille,
onobtient la courbe
IV;
on voit que cette courbe est unedroite
qui
est confondue avec labissectrice,
cequi
meten évidence la correction du bilan
énergétique.
Puissance
dépensée
dans la colonnepositive
du tube à
décharge. -
Il estparticulièrement
intéressant de déterminer la
puissance dépensée
dans la colonnepositive
du tube à gaz, afin depouvoir,
par lasuite,
déterminer le rendement lumineux propre à l’excitation du gaz.Cette
puissance,
a été déterminée par unemé-thode
calorimétrique.
011 a utilisé un tube àdécharge
en forme
d’U,
que l’on apartiellement
immergé
dansun calorimètre.
La masse en eau du calorimètre et des accessoires a
été déterminée en faisant passer un courant
électrique
dans une résistance
immergée
dans le calorimètre et enmesurant la
puissance
fournie à l’aide d’un wattmètre étalon.Avec 450 g d’eau dans le
calorimètre,
la masse en eau était de 480 g;(comme calorimètre,
nous avons utilisé un vaseDp,yar).
obtenus pour différentes
puissances dépensées
aupri-maire ;
ces résultats ont étéreportés
sur la courbe V dugraphique.
De ces différents résultats on
peut
déduire uncer-tain nombre de rendements : on
peut
voir parexemple
que le
rapport
del’énergie
dépensée
dans la colonnepositive
àl’énergie dépensée
dans le circuit dedécharge
diminuelégèrement
de0,75
à0,63
quand
lapuissance dépensée
auprimaire
passe de 500 à900
~4’;
demême,
lerapport
W +/ J’fI p
passe de0,56
à0,52.
A la consommation au
primaire,
il conviendraitd’ajouter
lespuissances
dépensées
pour lechauffage
duthyratron
et duphanotron,
soit 100 W. Sur legra-phique
onajoute
100 aux ordonnées de la courbeIV;
on en déduit que lapuissance
dépensée
dans la colonnepositive
est environ la moitié de lapuissance
totaledépensée
dans l’installation(courbe VI).
Durée des éclairs lumineux. - Le
dispositif
décrit ci-dessuspermet
donc d’obtenir des éclairslumi-neux très
intenses,
synchronisés
sur lafréquence
del’alimentation,
qui,
dans laplupart
de nosessais,
a été de 50 par sec.Des
expériences qualitatives
trèssimples
montrent immédiatement que les éclairs obtenus sont extrême-ment courts.Le cliché
(1)
est unephotographie
instantanée(2/10
s)
d’unetringle
à rideauxrapidement déplacée;
on remarque la finesse et la netteté des différentes
images.
Des essais de
stroboscopie
confirment ces indications : parexemple,
deux traitsblancs,
distants de uncenti-mètre,
tracés radialement sur lapériphérie
d’undisque
Cliché 1. - Effet
stroboscopique en lumière blanche. Instantané au 2/10 s.
de 20 cm de rayon, tournant à 3000
t/m
paraissent
immobilisés;
dans ces conditions la vitesse radiale est de 6 000cm/s, cependant
les deux traits restent par-faitementdistincts,
c’est donc que la durée des éclairs estbeaucoup plus
faible que1/6
000 s.Cliché 2. -
Enregistrement des éclairs par la méthode du miroir tournant. Un millimètre d’étalement de l’image d’une fente fine
correspond à 1,6 microseconde. La durée de la partie intense de l’éclair est de 10-5 s.
Nous avons déterminé avec
précision
la durée deséclairs
par la
méthode du miroir tournant que nousavions utilisée pour l’étude de la structure fine
(1).
Le cliché(2)
représente
l’enregistrement
de trois deces éclairs. On voit que, si l’on
néglige
la traînée peulumineuse,
l’éclair est étalé sur environ 6 mm ; dans (1) Marcel LAPOI.TE ost Pierre CORDA. J. dePhysique,
1937, S. yil, t. 8, p. 233.’
les conditions réalisées pour la vitesse de rotation du miroir et de distance de la
plaque photographique
aumiroir,
un millimètre d’étalement del’image
de la fente fine éclairée par ladécharge
correspond
à
~,6.10-~
s.La durée de l’éclair est donc sensiblement de un
234
de
temps 2 000
foisplus longs
que la durée des éclairs : -.la
puissance
moyennerapportée
à la durée d’un éclairest donc 2000 fois
plus grande
que lapuissance
moyen-ne
qui
a été déterminéeprécédemment.
Etude de la lumière émise. - Dès les
premiers
essais,
l’examenspectroscopique
dun tubexénon,
excité suivant ce mode de
décharge,
nous a montré que l’onobtient,
au lieu duspectre
de raies trèsnom-breuses que nous
attendions,
unspectre présentant
un fond continu intense surlequel
ne se détachent quefaiblement des raies peu nombreuses.
Sur le cliché
(3)
(Planche),
ont étépris,
à titre decom-paraison,
lespectre
d’un arc au mercure enquartz,
4
spectres,
avec différentstemps
de pose, d’un arc aucharbon,
puis,
intercalés encore avec desspectres
de l’arc au mercure,quatre spectres
relatifs à un tube enquartz,d’unmètre
de long,de 14
mmde diamètre,
chargé
en xénon sous une
pression
de 5 mm de mercure; lespuissances dépensées
auprimaire
pour l’alimentationsont
respectivement :
600, 90C1,~.100
et 1400 W.On constate que la lumière du tube donne un fond -continu que l’on observe
jusque
vers la limite de trans-parence duquartz
1 800 Â.Sur ce fond continu ne se
détachent,
tout au moins dans levisible,
quequelques
raies relativement peu intenses.Plusieurs des raies
qui
subsistent dans l’ultraviolet sont des raies du mercure,(purification incomplète
duxénon)
parexemple :
3126et 2 536 ; également
quelques
raies duspectre
d’arc du xénon.Ces
premiers
résultats nous ont conduit à rechercher les conditions lesplus
favorables à l’émission d’unspectre
continu intense en vue d’obtenir des sources delumière blanche.
L’on
dispose
pourcela,
d’un certain nombre de variablesexpérimentales :
la nature du gaz,la pression,
les dimensionsgéométriques
du tube àdécharge,
lacapacité
ducondensateur,
la tension decharge...;
malheureusement,
ces variablesexpérimentales
nesont pas les
paramètres indépendants qui
définissent ladécharge
et par suite larépartition spectrale
de la lumière émise.Si,
parexemple
l’on fait passer ladécharge
dans untube
présentant
dessegments
de différentsdiamètres,
en même
temps
que la densité de courant varie d’unsegment
àl’autre,
l’importance
dudéveloppement
desparois
et par suitel’importance
desphénomènes
de recombinaisonioniques qui
se font surtout sur lesparois
se trouvent *modifiées;
de mêmelorsque
l’onchange
le gaz deremplissage
d’untube,
les conditionsde la
décharge
sont modifiées : la loi de variation de l’intensité du courant en fonction dutemps,
/ =f
(t),
n’estplus
la même et il est illusoire des’imposer
par ailleurs des conditionsexpérimentales (pression
oudiamètre du
tube) identiques.
Il n’e~t pas interdit
d’espérer
que desexpériences
systématiques
trèsnombreuses
ne viennent à bout deces difficultés.
Dans cette
première
étude,
nous nous sommescontentés de commencer à débrouiller l’influence des différentes variables
expérimentales
sur lacomposition
spectrale
durayonnement.
Influence du diamètre du tube à
décharge.
- Sur le cliché
(4),
lesspectres 5,
6 et 7correspondent
à la lumière émise par des
segments de S, 11
et 2~ mmde diamètre d’un même tube de pyrex,
chargé
enxénon sous une
pression
de2,5
mm; ils sont relatifs â un mêmetemps
de pose : 40 sec.Fig. 5. -
Enregistrement au microphotomètre
du spectre 5, cliché 4.
(Tube
xénon : diamètre. 5 mm ; pression, 2,5 mm.)Fig. 6. --
Enregistrement au microphotomètre
du spectre 6, cliché 4.
(Tube
xénon : diamètre, 1.1 mm; pression, 2,5 mm.)Fig. 7. - Enregistrement au microphotomètre
du spectre 1, cliché 4.
(Tube xénon : diamètre, 29 mm; pression, 2,5 mm.)
On constate que l’intensité relative du fond continu est maxima pour le diamètre intermédiaire de 11 mm.
mercure en
quartz
et à unelampe
à incandescence(krypton,
40W),
ces derniers mettent en évidence lemanque de sensibilité des
plaques
photographiques
vers 5 000 ÀLes
enregistrements
aumicrophotomètre
mettent en évidencel’optimum
de diamètre pour J’obtention d’unspectre
continu(fig.
5,
6 et7).
Influence de la nature du gaz. - Les
spectres
8, 9, 10
et 11 du même cliché(4)
sontrelatifs,
respecti-vement,
à un tubekrypton,
diamètre 10 mm ;pression :
2mm);
à un tube argon(diamètre
10 mm,pression :
4
mm)
à un tube néon(diamètre
10 mm,pression :
6
mm)
et enfin à un tube argon-vapeur de mercure,tous ces tubes étant excités avec le
dispositif
lumièreblanche.
On constate sur ces
cliclés, et,
mieux encore sur lesenregistrements
aumicrophotomètre (8
et9)
quel’in-tensité relative du fond continu aux raies s’améliore
lorsque
l’on passe du néon àl’argon
et aukrypton.
Répartition
del’énergie
spectrale
d’un tubexénon excité en lumière blanche. - Sur le
cliché
5,
lesspectres
1, 2,
3 et 4 sont relatifs à un tubeen pyrex de 50 cm de
longueur,
de 10 mm dediamètre,
chargé
en xénon sous unepression
de 6 mm letemps
de pose a été de 75 sec lespuissances
dépensées
auprimaire
dutransformateur,
respectivement,
de :750,
850,
950 et 1100 W.Le
spectrogramme porte
enoutre,
desspectres
de l’arc à mercure etquatre spectres (5,
6,
7,
8)
d’un arc au charbon.Sur
l’enregistrement (10)
aumicrophotomètre
duspectre
duxénon,
on remarque l’absence presquecomplète
de raies et unfond continuqui
s’étendjusqu’à
la limite detransparence
du pyrex, vers 3000 À.L’enregistrement
aumicrophotomètre
(11)
duspectre
de l’arc au charbon met en évidence le manque de
sensibilité des
plaques
vers 5000A,
(bleu-vert,
onremarque les bandes d’émission du
cyanogène
(4816,
3884,
3 591-1).
Si l’on
reporte
sur uncalque
l’enregistrement
relatif auspectre
du tube xénononconstate:que"la-’courbe
denoircissement’ coïncide presque exactement avec celle
de"l’are""au"charbon,’(avec
suppression des bandes
ducyanogène).
On
peut
en concaure que la lumière du tube xénonprésente
sensiblement la mêmerépartition d’énergie
spectrale
que celle de l’arc aucharbon,
c’est-à-dire quele corps noir vers 3 7000K.
Cette indication a été vérifiée avec
plus
deprécision
par M.
François
Gansqui
a montré que, entre t) 700 et4000
Â,
larépartition
del’énergie spectrale
du fond continu des tubes xénon est à peuprès
la même que celle du corps noir à 38000K.Quelques
essais nous ontindiqué
que larépartition
d’énergie dépend
de lapuissance dépensée,
du diamètre des tubes etqu’il
estpossible
d’obtenir des sourcesplus
riches dans
le bleu et leviolet,
c’est-à-direde
sPFig. 8. - Enregistrement au
microphotomètre
du spectre 10, cliché 4.
(Tube néon : diamètre, 10 mm;
pression,
5 mm; pose, 45 s.)1
Fig. 9. - Enregistrement au
microphotomètre
du spectre 8, cliché 4.
(Tube krypton : diamètre, 10 mm;
pression, 2
mm.)Pig.
10. -~- Enregistrement au microphotomètredu spectre 2, cliché 5.
(Tube xénon : diamètre, 10 mm ; pression, 6 mm.)
Fig. - Enregistrement au microphotomètre du
spectre
de l’arc au charbon du cliché 5.
236
rapprocher
durayonnement
du corps noir vers 5 000° Kqui
donne la lumière blanche solaire.Le
dispositif
d’excitationqui
a été décritpermet
dèsmaintenant d’obtenir une source
plus
blanche que l’arc au charbon.Flux lumineux,
rendement des sources lumière blanche. - La mesure de l’intensité lumineuse d’unsegment
de tube delongueur
connue s’obtient enquel-ques secondes à l’aide du
photomètre physique qui
aété décrit antérieurement
(1).
Pour la construction de cet
appareil
presque tous les éléments(pile
thermoélectrique, prismes,
lentilles,
galvanomètre)
nous avaient étéprêtés,
la nécessité de restituer unepartie
de ces éléments ainterrompu
nosmesures.
Les résultats ci-dessous sont relatifs au début de nos
expériences;
nous pensons que les diversesaméliora-tions
apportées
dans ledispositif
d’alimentation ontaugmenté
considérablement les rendements lumineux.J’indiquerai
donc seulementqu’il
a été obtenu audébut des essais un tube d’un mètre fournissant 1000
bougies
avec unedépense,
auprimaire,
de 1,8 kW.
Nous avons
montré,
par ailleurs(2),
que l’intensitélumineuse est sensiblement
indépendante
de la direc-tion d’émission parrapport
au tube : ils’agit
donc debougies sphériques.
Le flux lumineux d’un tel tube est donc d’environ : 12 000 lumens.
Origine
desspectres
continus. -L’origine
despectres
continus émis par des gazmonoatomiques,
sous basse
pression,
à l’exclusion presquecomplète
de radiations
monochromatiques,
avec une loi derépar-tition
d’énergie spectrale
voisine de celle du corpsnoir,
nous
paraît
poser unproblème théorique
intéressant.Avant de hasarder une
explication,
il nous semble utile demultiplier
lesrenseignements expérimentaux.
Le fait que la lumière émise par unsegment
de tubeest
indépendante
de la directiond’émission,
c’est-à-dire que la brillance estproportionnelle à l’épaisseur
de gaz,indique
que, tout au moins dans levisible,
le gaz n’ab-sorbe pas sensiblement ses propres radiations.Ce
point
demande à être vérifié dans tout le domainespectral,
car on ne doit pas manquer d’en tenircompte
dans
l’explication
de l’émission.Applications. -
Lapossibilité
d’utiliser de tellessources à
l’éclairage
peut
déjà
êtreenvisagée,
mais nécessite encore différentes améliorations.Les effets
stroboscopiques
sont trèsdésagréables
lorsqu’il
y a seulement 50 éclairs parseconde,
cequi
(1) Marcel IMPORTE et François GANS. Photométrie physique hété rochrome. Rev. d’Optique, 1936, t. 15, p. 326.(2) Marcel IMPORTE. Sur une loi d’émission des tubes xénoi
excités en lumière blanche. C. R., 193 i, t. 204, p. 1559.
n’a pas lieu d’étonner si l’on remarque que ces effets
sont
déjà
désagréables, malgré
l’inertiethermique
desfilaments,
dans l’alimentation deslampes
àincandes-cence avec du courant alternatif à 25
p/s.
Le
montage
décrit a étéessayé
enutilisant,
pourl’alimentation du
transformateur,
un alternateur àvitesse variable : avec 100 éclairs
p/s,
les effetsstro-boscopiques
sontdéjà
suffisamment atténués.Un
dispositif
utilisant les deux alternances d’une distribution à 50pls
est en essais.Pour une utilisation à
l’éclairage,
il faudrait encores’assurer que
l’appareillage,
enparticulier
le tube à gaz et lethyratron,
peuvent supporter
une duréesuffi-sante de fonctionnement.
En ce
qui
concerne le tube ilparaît
certain que les durées serontsuffisantes,
surtout si l’onemploie
depetites
électrodes àoxydes
que ladécharge porte
à l’incandescence etqui
neprésentent
qu’une faible chute
cathodique.
Par
contre,
il estprobable
que l’on sera conduit à utiliser desthyratrons
decaractéristiques
mieuxadap-tées au service demandé.
Si des durées industrielles
peuvent
êtreobtenues,
on
peut envisager
l’utilisation des sources « lumièreblanche », non seulement pour
l’éclairage,
mais aussipour le cinéma et
plus particulièrement
pour le cinémaen couleur.
Comme
applications scientifiques qui
meparaissent
dès maintenant
réalisables,
signalons
lastroboscopie
en lumière
blanche,
l’éclairage
desappareils
Wilson etpeut-être
des études decinétique
chimique.
Pour
l’éclairage
d’unappareil
Wilson,
l’emploi
d’un tube àdécharge
circulaire,
entourant lachambre,
etfournissant un éclair extrêmement intense et très
court,
sembleparticulièrement
avantageux.
La
possibilitç
d’utiliser ledispositif
décrit pour des études decinétique chimique
résulte du faitqu’un
seul éclair suffit pour obtenir unspectre
d’absorption.
Or les éclairs
peuvent
se succéder à raison de50,
100ou
d’avantage
parseconde;
chacun d’eux ne durequ’un
cent millième de
seconde;
sidonc,
laplaque
photogra-phique
sedéplace
assezrapidement,
l’onpourra’prendre
desspectres
d’absorption
successifs d’un milieu réactif et déduire de l’examen des modifications desspectres,
pris
à des intervalles detemps
connu, des indicationssur la
cinétique
de la réaction.Pour
terminer,
je
tiens à adresser mes très vifs’
remerciements à M. Pierre Donzelot
qui
a bien voulu’
mettre à notre
disposition
unspectrographe
Hilger
àoptique
dequartz,
nous donner sesprécieux
conseils~
et
nous aider dans laprise
despremiers
clichés. lJe remercie
également
les travailleurs de monlabo-ratoire,
MNI.Roger Legros
etFrançois
Ganspour l’aide
-
très efficace
qu’ils
m’ontapportée
dans la réalisation1 des
montages
et dans les nombreuses mesures de cetravail.
Manuscrit reçu le 23 mars i938.
-.-Clicné 3. - Tube
quartz : diamètre, 1 mm ; xénon. pressiol, ,; mm de mercure,.
Cliché 4. - Influence du diamètre et de la naLure du
gaz, sur l’émission du fond continu.
Cliché 5. -
Spectres d’un tube xénon, diamètre 10 mm, pression 6 mm pour différentes consommations.
