HAL Id: jpa-00233203
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Mesure absolue d’énergie dans le spectre β du dépot
actif de thorium
R. Arnoult
To cite this version:
MESURE ABSOLUE
D’ÉNERGIE
DANS LESPECTRE 03B2
DUDÉPOT
ACTIF DE THORIUM Par R. ARNOULT.Sommaire. 2014 Nous avons, par la méthode de focalisation, effectué une détermination en valeur abso-lue de l’énergie de la raie la plus intense du speetre 03B2 du dépôt actif de Thorium.
L’article ci-dessous contient l’exposé des méthodes de mesure employées et les résultats de ces mesures.
1..- Nous nous sommes
proposé
dereprendre,
par la méthode defocalisation,
la détermination del’énergie
de la raie laplus
intense duspectre 5
dudépôt
actif deThorium. D’une mesure absolue faite par Ellis et
Skin-ner
(1),
en1924,
sur le RaB(précision : 2
pour1000),
Black
(2)
avaitdéduit,
en1925,
pour cette raieintense,
émise par le
ThB,
la valeur HR == 1 398 gauss. cm(H : champ magnétique ;
R : rayon de courbure de latrajectoire).
Meitner(3) avait,
quelques
annéesavant,
indiqué
la valeur BR = 1 385 gauss. cm. Plusrécem-ment,
Ellis(~),
faisant une mesure absolue directementsur le
spectre
deThorium,
donnait la valeur UR =~38~,8
(précision:
1pour 1000).
Entretemps,
Thibaud
(g)
avait trouvé 1380(précision
2 pour
1000).
Nous allons étudier successivement la mesure du
champ
et celle du rayon de courbure.- 2. Conditions
expérimentales. -
Onemployait
pour créer le
champ magnétique,
les cadres deHel-mholtz,
décrits pard’Espine
(6)
dans sa thèse. Leursdimensions ne
permettent
pasl’emploi
d’une balancede Cotton pour des mesures de
précision,
nous avonsutilisé la méthode
d’induction,
suivant les deuxtech-niques
déjà
étudiées parplusieurs
auteurs. Unebobine,
de surface connue, est mise en série avec le secondaire d’une inductance mutuelle étalon et un fluxmètre
(ou
un
galvanomètre).
On faitrapidement
tourner la bobine de180°,
en mêmetemps
que l’on inverse le courantdans le
primaire
de l’inductance mutuelle. - Onrègle
ce courant defaçon
à réaliser lacompensation
exactedes flux à travers le circuit. On
peut
aussi inverser le courantaprès
la rotation de la bobine et lerégler
pour obtenirl’égalité
des fluxproduits
dans les deuxopérations
successives. ..Un
premier
montage
potentiométrique
sert à mesu-(1) ELLIS et SONNER, Proc. roy. Soc., 1.92i, 105 A, p, 50. (2) BLACK, Proc. roy. Soc., Sept. ~925, vol. 109 A, p. 166.(3) MEiTNER, Z. Phys, 1922, 9, 3.’
(4) ELLIs, Proc. ro,y. Soc., 1932, vol. 138 A, p. 3~ 8.
(5) THIBAUD, Thèse. Annales de physique, ,Tanvier-Fév rier 9 926, Tome 5.
(6) Thèse. Annales de physique, Juillet-Août 1931, Tome 6.
rer avec
précision
le courant Jenvoyé
dans les cadres d’Helmohltz. Ilpermet
dereproduire
le mêmechamp
pour différents clichés et d’assurer sa constancepen-dant la durée des poses.
On mesure, en
réalité,
la différence depotentiel
r, J
aux bornes d’une résistanceet,
si l’on est certainque cette résistance est
invariable, il
est inutile decon-naître la valeur absolue de J. Pour éviter son
échauffe-ment,
la résistance ri estplongée
dans dupétrole,
etsa constance est vérifiée par le fait que les rayons de
courbure d’une même
raie,
mesurés sur des clichéspris
àplusieurs
moisd’intervalle,
avec unchamp
quel’on s’est efforcé de
reproduire
avec laplus
grande
précision possible,
ne diffèrent pas entre eux de~/10 000.
Afin depouvoir, cependant,
donner uneexpression
duchamp
en fonction ducourant,
nousavons fait étalonner cette résistance au Laboratoire Central d’Electricité. Sa
valeur,
à 22°(température
d’emploi),
est0,,~,10755
--0,00005.
Les boîtes de résis-tances utilisées sont des boîtes àfiches,
de Il 110ohms,
dont la vérification a été faite à l’aide d’unpont
Leeds etNorthrup
étalonné au Laboratoire Central. Les valeursréelles ne différent pas des valeurs
indiquées
deplus
de
6/10
000 et elles sont connues, en valeurabsolue,
à2/100
000.On
emploie
des accus auplomb,
utilisés dans le pa-lier de leur courbe dedécharge
et dont la valeur estmesurée,
au début et à la fin dechaque expérience,
àl’aide d’un élément Weston étalonné au Laboratoire
Central. On a utilisé
plusieurs
élémentsWeston,
afin de vérifier la concordance des résultats. Même avec des poses deplusieurs
heures on n’ajamais
constaté deva-riation
appréciable
de la f. e. m. des accus. L’élémentWeston,
les boîtes de résistances et les accumulateurssont, chacun,
doublement isolés par de laporcelaine
et de l’ébonite.Le
galvanomètre employé
est un Chauvin-Arnoux(type
mural)
donnant 6 mm(à
1mètre)
pour ~10-’am-père.
Il sertd’appareil
de zéro pour mesurer lesaccu-mulateurs et vérifier la
constance
du courant Jpendant
la durée des poses. A une variations relative de1/1000
d’uu courant J de l’ordre de 16ampères correspond
undéplacement
duspot
de 17 mm. Onpeut
(surtout
pour les poses courtesemployées
quand
on désire avoir68
seulement la raie
intense)
garder
J constant à3/10 000.
Un second
montage
potentiométrique
(utilisant
le mêmegalvanomètre)
sert à mesurer le courantrenvoyé
dans leprimaire
de l’inductance mutuelle. Les boîtes de résistancesemployées
sont des boîtes àfiches,
de 41 110ohms,
dont les valeurs ont été mesurées commeprécédemment.
3. Inductance mutuelle étalon. - L’inductance
mutuelle étalon que nous avons
employée
(1)
estcons-tituée par deux bobines coaxiales enroulées sur un
cylindre
de marbre blanc. Sa valeur calculée a été vérifiée parcomparaison
avec les étalons du NationalPhysical Laboratory,
àLondres,
et,
de l’avis de M.Jouaust,
cette valeur :8,602
millihenrys
interna-tionaux
(8,605
millihenrys
absolus) peut
être considéréecomme exacte au dix-millième.
Avec les bobines
exploratrices employées,
le courant ipassant
dans leprimaire
de cette inductance est de l’ordre dequelques
milliampères.
On le mesurepotentiomé-triquement
en le faisant passer dans une résistancefixe P2, étalonnée au Laboratoire Central. Sa valeur est de
1000,
20 ohms internationaux(1000,64
ohmsabsolus)
aprés
passage d’un courant de 10milliampères,
l’erreur commise étant inférieure à~/100 000.
Laprécision
de la ,mesure aupotentiomètre
étant d’autrepart,
de3/10 000,
le courant i est connu avec une erreurrela-tive certainement inférieure à
~/10 000.
On mesure cecourant avant et
après
l’inversion. A cetteprécision
des mesures, les deux valeurs onttoujours
été trouvéeségales.
4. Bobines
exploratrices. -
Nous avons construitdeux bobines
exploratrices.
Chacune d’elles est contituéepar un
petit cylindre
creux de duralumin de 8 mmdedia-mètre,
etd’épaisseur
égale
à 3 mmpour la première,
et0,5
mm pour la deuxième. Lasusceptibilité
de cedura-lumin,
mesurée à la balance de CurieChéneveau,
estde
+
28.10-6 c. g. s. Lesjoues,
taillées dans le même bloc deduralumin,
ont 1 cm de diamètre.Dans la gorge ainsi
obtenue,
on a enroulé 6 couches de de cuivre émaillé de0,1
mm. dediamètre, noyé
dans de la gommelaque. Après séchage,
on a sertichaque
bobine dans un manche de prespan
(susceptibilité :
5,10-6
c. g.s.)
- enayant
soin de torsader les filsquittant
labobine,
defaçon
à éviter toute surfacepara-site. Ils
sont,
à leurextrémité,
fixés à deux bornes-qui
(étant
donnée lalongueur
du filtorsadé)
peuvent
rester fixespendant
la rotation de la bobine. On vérifie avant lebobinage,
que le filPmployé
n’est pasferro-magnétique
en étudiant ses oscilla lions dans l’entreferd’un électroaimant. Les
précautions prises
dans la construction de ces bobines n’étantcependant
pas suffi-santes pour calculergéométriquement
leur surface avecprécision,
elles furentcomparées
à une bobine très(1) Cette inductance nous a été prêtée, très obligeamment, par :B1. Jouaust, sous-directeur du Laboratoire Central d’Electricité,
que nous remercions vivement pour les conseils qu’il nous a
donnés en
plusieurs
occasions.soigneusement
construite par M.Dupouy
(1),
et dont il estime la surface(128,36 cm~)
connue avec unepréci-sion du dix-millième.
Cette
comparaison donne,
pour les deux bobinesem-ployées,
des surfacesde : s,
=25,63
cm2et 82
=63,89 cmq,
avec uneprécison
de1/1000.
Lapremière
aservi pour la mesure des
champs compris
entre 100 et 200 gauss; la seconde pour leschamps
inférieurs à 100 gauss. Auvoisinage
d’une centaine de gauss, des mesures faites avec les deux bobines nous ontper-mis de vérifier l’exactitude du
rapport
des surfacesdonnées.
La bobine
exploratrice
est fixée à l’extrémité d’unaxe en bois
qu’un sytème
réglable
de ressort et depoids
permet
de faire tournerplus
ou moinsrapidement.
Pour vérifier que la rotation estrigoureusement
de180°,
on fixe à l’extrémité del’axe,
et suivant undia-mètre,
un fil de soie très fin. On amène le réticule d’une lunette en coïncidence avecl’image
dufil,
on faittour-ner
l’axe,
et l’onrègle
la butée defaçon
qu’après
rota-tion,
l’image
du fil coïncide de nouveau avec leréti-cule de la lunette. On
peut
ainsi obtenir uneprécision
de
quelques
minutesd’angle
sur la rotation de ~.80°.Pour mettre les
spires
de la bobineexploratrice
dansun
plan
perpendiculaire
auxlignes
de force duchamp
magnétique,
deuxprocédés
sontemployés.
Pour lesmesures faites au centre
géométrique
descadres,
onintroduit dans la bobine
exploratrice,
perpendiculaire-ment aux
spires,
unpetit cylindre
depapier -
et onexamine un rayon lumineux
dirigé
suivant l’axegéo-métrique
des cadres et traversant cecylindre.
Ce rayonest arrêté
quand
l’angle
de la normale à la bobine et de l’axe des cadres estégal
à 40’. L’erreur commise est donc certainement inférieure à7y10©.000.
Quand
la bobineexploratrice
ne se trouve pas aucentre des
cadres,
on sesert,
pourrégler
sonorienta-tion,
d’unsystème
de fils àplomb
fixés auxmontants,
distants de 30 cm, et
disposés
dans unplan parallèle
aux
spires.
Une lunettepermet
deviser,
dans ceplan
vertical,
lesystème
de fils et l’axe de rotation de lapetite
bobineexploratrice.
L’erreur finale sur la mesure est du même ordre que laprécédente
(on
levérifie en
employant
les deuxprocédés d’orientation,
la bobine étant au centre
géométrique
descadres).
L’extrémité de l’axe
opposée
à la bobineporte
unsys-tème de
balais, permettant d’inverser,
à un instantréglable
de larotation,
le courant dans leprimaire
de l’inductance.5. Mesures de
champ. -
Voulant faire desmesures de
champ
en despoints
bien déterminés del’espace,
on nepouvait
songer àemployer
des bobinesde très
grandes
surfaces. D’autrepart,
leschamps
fournis par les cadres nedépassant
pas 200 gauss, il(1) S. RoSEXBLUM et G. Dupouy, J. Phys., 1933, 5, p 262. - La
comparaison a été faite dans un champ connu, à l’aide du
mon-tage potentiométrique décrit par ces auteurs. Nous adressons ici
tous nos remerciements à il. Dupouy qui a bien voulu se
charger
en résulte que les fluxmètres Grassot
usuels,
généra-lement
employés
dans les mesures de ce genre, nepos-sèdent pas une sensibilité suffisante.
Nous avons fait deux séries de mesures, en
em-ployant
successivement dans le circuit du secondairede l’inductance
mutuelle,
ungalvanomètre
Thomsonet un
galvanomètre
Zernike. Nous avons constitué lesystème
mobile dugalvanomètre
Thomson dequatre
petits
aimants,
aussi semblables quepossible,
fixéssur une lamelle de mica en des
positions
déterminées,
partâtonnements,
defaçon
à obtenir la meilleure asta-tisation. Les dimensions dusupport
de mica sontréglées
par les conditions d’amortissement.Après
de nombreuxessais,
nous sommes parvenus à réaliser unsystème astatique permettant
d’obtenir une déviation de 1 mm(à
1mètre)
par 10-1’ampère,
enemployant
les bobines de
plus
faible résistance(30
ohms)
dugalvanomètre. L’emploi
del’appareil
étant alors trèsdélicat,
et une telle sensibilité étant inutile pour lesmesures à
effectuer,
nous avonsréglé
l’aimant direc-teur defaçon
à avoir une déviation de 3 mm pour10- 9
ampère.
Lapériode complète
des oscillations est alors de 30 secondes. Enemployant
la bobineexplo-ratrice de 23 cm2 pour mesurer des
champs
voisinsde 20 gauss, on a, sans
compensation,
une déviationdu
spot
allant de 1 000 à 1 500 mm.Le
galvanomètre
estdisposé
leplus
loinpossible
des cadres etsoigneusement protégé
contre lesvibra-tions
mécaniques.
On observe lespot
avec une lunette. La rotation de la bobineexploratrice
s’effectuant enun
temps
voisinde 1/20
deseconde,
on neparvient
pasà obtenir l’immobilité
complète
duspot
pendant
toute la rotation.Néanmoins,
l’aspect
de son mouvementvarie
beaucoup
avec le courantenvoyé
dansl’induc-tance,
et l’onpeut
mesurer avecprécision
un courant tel que sonélongation
nedépasse pas 1
mm, depart
et d’autre de laposition
d’équilibre.
Une étude del’er-reur
pouvant
résulter du fait que la self induction du circuit dugalvanomètre
n’est pas absolumentnulle,
nous a montré
qu’elle
estnégligeable
parrapport
à laprécision
des mesures.Après
avoirfait,
par ceprocédé,
ungrand
nombrede mesures dans l’air et à l’intérieur de la chambre en
laiton servant pour la
focalisation,
nous les avonsreprises
avec ungalvanomètre
à cadre degrande
sen-sibilité
(i
mm à 1 mètre pour 6.10-10ampères;
résis-tance intérieure : 25
ohms;
période :
8secondes).
Sacourte
période
nepermettait
pas de l’utiliser commeappareil
dezéro,
mais la fixité de saposition
d’équi-libre est suffisante pourqu’on puisse l’employer
à desmesures suivant une
technique déjà
décrite pardiffé-rents auteurs : on
règle
la sensibilité dugalvanomètre,
de
façon
que chacune des deuxquantités
d’électricitéproduise
uneélongation
de 500 à 800 mm(les
deuxdéviations
ayant
lieu du mêmecôté);
une lunetteper-met d’examiner la
position
d’équilibre
et une autre l’extrémité del’élongation;
on fait deux lecturessuccessives : l’une relative à la rotation de la bobine
-l’autre à l’inversion du courant dans la mutuelle
(cette
inversion étant
toujours
effectuée par la rotation del’axe
portant
labobine);
en vérifiant que laposition
d’équilibre
n’a pasvarié,
onrègle
le courant dans la mutuelle pour que les deuxélongations
soientégales ;
ce
réglage
obtenu,
on vérifie queplusieurs
séries demesures restent bien concordantes.
La
production
du courant induit par rotation de la bobine et celle par inversion du courant dansl’induc-tance ne suivant pas les mêmes
lois,
- etces deux
phénomènes
n’ayant
pas une duréenégligeable
devant lapériode
dugalvanomètre,
nous avons cherchéquelle
erreur
pouvait
en résulter. Onpeut
démontrer que si t est letemps
de la rotation(ou
del’inversion)
et T lapériode
dugalvanomètre,
l’erreur relative est det 2 2 / 1 2
l’ordre
de T
-- soit, ici,
de( @ )2.
"(1)
160
Les écarts entre les résultats obtenus par les deux méthodes sont de l’ordre des erreurs
expérimentales,
bien que les nombres trouvés par
l’emploi
dugalvano-mètre Thomson
paraissent
systématiquement
un peuplus
faibles.Enfin,
ensupposant
connue, en fonction ducou-rant
J,
la valeur absolue duchamp
ou centregéomé-trique
descadres,
nous avonscomplété
l’étude de latopographie
dans leplan
médian par des mesuresdifférentielles effectuées d’une
part
à l’aide d’unebobine de 150 000 cm2 et d’un fluxmètre
Grassot,
d’autre.part
à l’aide de la bobine de 63 cm2 et dugal-vanométre Zernike.
L’ensemble des résultats obtenus
permet
d’abord deconstater que les valeurs mesurées dans la chambre
sont,
en moyenne, de1/1000 plus grandes
que cellesmesurées dans l’air. En tenant
compte
desdimen-sions de
l’appareil employé,
la théorie des cadresd’Helmholtz
(’)
donne pour lechamp
en unpoint
duplan
médian à la distance r ducentre,
la valeur(en
gauss) :
(i :
courant dans lescadres).
On en déduit que le
champ
estsymétrique
parrap-port
à l’axe descadres,
passe par un maximum pourr =
10,6
cm, etreprend
la même valeurqu’au
centrepour = 15 cm.
Le résultat
auquel
nous parvenons est tout à faitdifférent. Le
champ
est bien de révolution autour de l’axe descadres,
mais il décroît constamment enpar-tant du centre. On a encore
proportionnalité
aucou-rant
i,
mais avec un coefficientplus
élevé que celui dela formule
(1).
Latopographie,
dans leplan
médian,
reste sensiblement la même pour des valeurs diffé-rentes du
courant,
et lechamp
esthomogène,
à1/1000
près
dans un rayon de 6 cm.Si l’on veut
représenter
l’ensemble des mesures parune formule
analogue
à(1),
on a, avec une bonnepré-(’) :MAXWELL, Traité d’électricité et de magnétisme, tome II.
70
cision
jusqu’à
une distance du centresupérieure
à30 cm :
Le
long
de l’axe des cadres, lechamp
va aussi endiminuant,
enpartant
du centre. Sa décroissance estinférieure à
1/1000
jusqu’à
une distance de 5 cm.tl, Correction de Hartree. - On
peut
tenircompte
duléger
défautd’homogénéité
duchamp
lelong
destrajectoires
à l’aide de la formule établie parHartree
(1) :
--Us
est lechamp
mesuré àl’emplacement
exact de lasource
et 9
estl’angle
que forme la direction dumou-vement le
long
de latrajectoire
avec la directionpri-mitive en S. On
peut
faire cette correction soitgraphi-quement,
soitanalytiquement,
en utilisant la formule(2)
de distribution duchamp
(compte
tenu de lapré-sence de la chambre en
laiton).
La correction deHartree a
toujours
été trouvée inférieure à2/10l
0. 7. Mesure du rayon de courbure R. - La sourcerayonnante
S est constituée par une feuille d’or(épaisseur :
5/100 mm)
que l’on active seulement surFig. L
la tranche en la maintenant serrée entre deux
parallé-lépipèdes
de verre. Elle est ensuite fixée dans unsup-port
d’aluminiumajusté
au-dessous du milieu de la fente F F’(la
vérificationétait
faite aumicroscope).
.. On a
L’extrémité de la
plaque photographique
estappli-quée
contre une butée B - dont adéterminé,
à l’aide d’une machine àdiviser,
la distance b au centre de la fente. - Les bords de cette fente sont enor, et
suffi-(1) HARTREE. Proc. Canibr. Phil. Soc., 1923, 24, p. 7-~6.
samment bien définis pour que la moyenne cl’un assez
grand
nombre de mesures donne la distance b avec uneprécision
de1/~000.
La mesure de la distance dest
également
faite à la machine à diviser.Etant,
d’ail-leurspetite (3,4 cm)
parrapport
à A(de
l’ordre de 10 cm) elle n’a pas besoin d’être connue avec une aussigrande
précision.
L’erreur commise sur H est
pratiquement égale
à celle commise sur A. Nous 1’8estimons inférieure à4/10
000.Résultats. - Nous avons, pour la mesure de
H R,
utilisé 13 clichés - dont 9 obtenus avec
une même
valeur du
champ
(H=
204,2
gauss).
On obtient la valeur moyenne :
ce
qui correspond
à une vitesse relativeet à une
énergie
F=
146,88
électron-kilovoltsen
adoptant
pour valeurs des constantes fondamentalescelles
publiées,
en 1930 par la Commission internatio-nale de l’étalon de radium(1).
D’après
cequi précède,
nous estimons l’erreurcom-mise sur la mesure du
champ
inférieure à15/10
000;
celle commise sur la mesure de
f~,
inférieure à3/10 000.
Il en résulte que nous pensons avoir atteint uneprécision
certainementsupérieure
à deuxmil-lièmes sur la détermination du
produit
HR.Il
semble, d’ailleurs,
actuellementimpossible
d’obte-nir,
dans les mesures absolues dechamp,
une certitudeplus grande.
Les travaux deplusieurs
auteurs(2)
ont,
en
effet,
montréqu’il
existe une différencesystéma-tique
entre les résultats des mesures effectuées par la méthode de la balance et celles effectuées par la mé-thoded’induction,
lespremières
étantplus
faibles que les secondes d’environ18/10
OOU. Aucuneexplication
satisfaisante n’a pu,jusqu’à présent,
être donnée pourexpliquer
cet écartsystématique,
qui
fixe la limite de laprécision
àespérer.
Nous sommes très heureux
d’exprimer
toute notrerespectueuse
gratitude
à MI’ P. Curiequi
a bien voulus’intéresser à ce travail et mettre à notre
disposition
les ressources de son laboratoire.Qu’il
nous soitper-mis
également d’apporter
ici unhommage
ému à la mémoire de notre cher collaborateur et ami AndréRégnier,
avecqui
nous avions commencé ce travailqu’une
mortprématurée
ne lui a paspermis
d’achever.(1) J. Phys., Sept. 1931, Série vii, tome 2, nu 9, p. 273-289.
(2) SÈVE, Thèse. Annales phys. et chinz., 1912, t. 27, p. 1X9;
PICCARD et DEVAUD, Arch. sc. phys. et ...Vat 1920, Série v, t. 2, p. 484;
Ann. phys., 1921, Série ix, t. 16, p. 190.