L`effet produit par un champ magnétique sur les courants d

L’effet produit par un champ magn´etique sur les
courants d’ionisation
William Duane
To cite this version:
William Duane. L’effet produit par un champ magn´etique sur les courants d’ionisation. Radium
(Paris), 1912, 9 (10), pp.342-347. <10.1051/radium:01912009010034200>.<jpa-00242570>
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342
L’effet
produit
par
un
champ
magnétique
sur les
courants
d’ionisation
Par William
DUANE
[Faculté
des
Sciences
de
Paris.
-
Laboratoire de
Mme
CURIE.]
Les
effets
produits
par
un
champ magnétique
sur
le
passage
de l’électricité à
travers
les
gaz
dans
l’arc,
les
décharges
à
étincelle
et dans
les
tubes a
vide
ont
été
étudiés de
beaucoup
de manières
et
de nombreuses
conclusions
importantes
ont
été
tirées
de
ces
expé-
riences. En
particulier
on
a
trouvé
qu’il
était
possible
de
déterminer
les
rapports
de la
charge
e
à
la
masse
lit
des
particules
qui transportent
l’électricité
positive
et
négative
dans les tubes
à
vide. De
plus,
Marx1
a
observé
une force électromotrice transverse
(analogue
à
l’efl’et
Hall
dans les
métaux), quand
un
courant
électrique
circule
dans
une
flamme,
dans un
champ
magnétique.
Il
y
a environ
deux ans
l’auteur
entreprit
de
recher-
cher l’effet
(s’il
existe)
produit
par
un
champ
magné-
tique
sur les courants
d’ionisation,
dans
lesquels
l’io-
nisation
est due
aux
rayons X
et aux
rayons
du’
radium.
On
espérait
pouvoir
faire
des mesures
pré-
cises
permettant
de
calculer
les
rapports e m
pour
les
ions
positifs
et
négatifs,
et
trancher dans
un
sens
ou dans
l’autre
l’hypothèse
de l’existence
des
électrons
positifs,
qui
sont
communs
à tous les
gaz.
Quelques
résultats
des
expériences
préliminaires
ont été com-
muniqués
à l’Académie des
Sciences 2
en
juillet
1911,
et
l’objet
de
ce mémoire est de donner la
description
de ces
expériences.
Les
principes
généraux
sur
lesquels
repose
la
recherche
peuvent
être énoncés de
la
façon
suivante :
un
faisceau
étroit
et
intense
de
rayons
x
et (3 prove-
nant
de l’émanation
du
radium
passe parallèlement
et
au milieu de
deux
plateaux métalliques parallèles.
Une
batterie
électrique
maintient
l’un
des
plateaux
à
un
potentiel
constant
et
un
électroscope
sensible
relié
a
l’autre
plateau permet
de
mesurer le courant d’ioni-
sation entre ces
plateaux.
Une
hoite étanche aux
gaz
enveloppe
les
plateaux,
et en réduisant
la
pression
du
gaz
à
l’intérieur
on
peut
accroître la
longueur
du libre
parcours moyen
des ions.
La
boite
est
suspendue
entre
les
pôles
d’un
ëlectro-aimant
de telle
façon
que
les
lignes
de
forces
magnétiques
soient
parallèles
aux
plateaux métalliques
et
perpendiculaires
au
faisceau
de
rayons,
Dans
ces conditions un
ion,
dès
qu il
a
été
formé,
se
déplace
sous l’action des
forces
électrique
et
magnétique
qui
sont
normales l’une à
l’autre,
et
l.
Ann.
d.
Pltys.,
2
(lUOO,
798..
2.
C. JL.
152 (1911,
356-559.
au lieu
de
suivre
les
lignes
de force
électrique
il
est
dévié
sur
leur
cote
par
le
clamp magnétique.
Si la
longueur
du libre
parcours
est suffisante et le
champ
magnétique
assez
intense,
l’ion
sera
dévié sur
le
côté
d’une
quantité
telle
qu’il
ne
pourra
atteindre
le
pla-
teau servant d’électrode.
Ainsi,
dans ces
conditions.
le
champ
magnétique
diminuera
le courant d’ionisation
mesuré
à
l’électroscope.
Le
champ magnétique,
de
plus,
dévie les
rayons B
et les
rayons
secondaires,
et
diminue
ainsi le
courant;
mais
l’ionisation
produite
par
ces
rayons
est
faible
en
comparaison
de
celle
due aux
rayons
ce
(qui
ne sont
pas supprimés par
le
champ
magnétique),
et
on verra
d’après
les
expériences
que
la
décroissance
du cou-
rant
due
à l’arrêt
des
rayons B
et
des
rayons
secon-
daires
est
faible
et
peut
aisément
être
distinguée
de
celle
due
à la
déviation des ions.
La
figure 1
montre la
disposition
de
l’appareil.
Une
petite
ampoule
de verre
A contenant
l’émanation
du
radium
(parfois
une
quantité
aussi
élevée
que
celle
en
équilibre
avec
0,2
gr
de
radium)
sert de source de
rayons
ionisants.
Cette
ampoule
de
verre est
sup-
portée
auprès
d’une
petite
fenètre de
mica de
1 mm
de
diamètre,
et l’ensemble
verre et
mica
présente
une
épaisseur
si faible
(leur
pouvoir
d’absorption
combiné
n’excédant
pas 5
cm
d’air
à la
pression atmosphérique)
que
les
rayons
de
l’émanation les
traversent
tous
deux.
Après
le
passage
de
la fenêtre les
rayons
péné-
trent dans
la
chambre
d’ionisation
à
travers
une fcnte
étroite dans le bloc
de
plomb
B. La
dimension
verti-
cale
de cette fente
est environ
1 mm et sa
dimension
horizontale
(c’est-à-dire
celle
qui
est
normale
au
plan
du
dessin)
croit
de 1
mm à 10
mm
depuis
la
surface
extérieure
à
la surface intérieure du
bloc.
Le
plomb
arrête
tous les
rayons,
mème les
rayons
y
peu
péné-
trants ;
et ainsi les
rayons
ionisants
sont
pratiquement
confinés à
un
étroit faisceau
passant
entre les
plateaux
C,
D
et E.
Une
batterie
de
petits
accumulateurs
main-
tient le
plateau
C
chargée
à
un
potentiel
quelconque
déterminé;
le
plateau
D sert
d’électrode
et le
plateau
E,
qui
est relié
au
sol,
agit
comme
une
espèce
de
pla-
teau de
garde
pour
l’électrode,
contre les
effets
des
rayons
secondaires
produits
par
les
rayons x
frappant
l’extrémité de
la
boîte. Les
rayons a
ne touchent
pas
les
plateaux
et
par
conséquent les
effets
possibles
des
rayons
secondaires
à
leur
surface
sont élimines.
1fln
de
protéger
les
fils
de
connexion
de
l’électrode
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01912009010034200

343
D et de
1 électroscope
Wilson
contre les courants d’io-
nisation
dus aux
rayons y pénétrants,
ces
fils
sont
complètement noyés
dans la
paraffine
pure,
sauf
sur
un
petit
espace
G,
ou
un contact
qu’on
peut
établir
ou
choisi
des
valeurs convenahles
pour
Ri
et
Rg,
on
peut
changer
rapidement
le
potentiel
de
la
feuille
d’or
d’une
valeur
quelconque positive
déterminée à
une
valeur
égale
négative
et
inversement.
simplement
cii
Fig. 1.
rompre permet
de mettre
l’électrode à
terre ou de le
charger
au
potentiel qu’on
veut. Pour
protéger
l’élec-
troscopc
lui-même de l’action des
rayons y,
un bloc
de
plomb
II,
d’eiiiiron
4
cm
d’épaisseur
,
est
inter-
posé
entre cet
appareil
et
la
source
de
rayons,
et,
de
plus,
l’électroscope
n’est
pas placé
dans la
ligne
di-
recte du faisceau
de
rayons
traversant la
fente,
mais
lltl
peu
sur le
côté,
et dans une
position
telle
que,
pour
atteindre
l’électroscope,
les
rayons y
de la source
n’ont
pas
seulcmcnt
à franchir les deux écrans de
plomb
L et
11,
mais aussi
l’une des
pièces polaires
de
l’électro-aimant
utilisé
pour produire
le
champ
magné-
tique.
Ces
précautions prises,
l’influence directe
des
rayons
y
pénétrants
est u
peine perceptible
et tout
à
fait
négligeable.
Gomme
protection
contreles
influences
électrostatiques,
la
paraffine
recouvrant
les
fils
de
connexion
est
à l’intérieur
de
tubes
métalliques qui
sont
mis
ù
terre,
de
même
que
la boite
métallique
L
contenant les
plateaux,
et
celle
contenant
l’élec-
troscope.
La
chambre d’ionisation
entière,
avec
ses
plateaux
et fenêtre
de
mica,
etc..
est
placée
entre les
pôles
d’un
électro-aimant,
dans
une
position
tellc,
que
les
lignes
de force
magnétique
sont
normales au
plan
de la
figure.
Les
deux
plateaux
D et
E
ont chacun
5 cm de
long
et 3
cm de
large,
et la
distance
entre
eux
et le
plateau
C
est
de
2
cm .
J’ai
trouvé
la
méthode
suivante
d’emploi
d’un élec-
troscope
Wilson
précise
et
fidèle :
la
feuille
d’or
est
reliée
par
l’intermédiaire d’un contact
interrupteur
G,
non
pas
directement au
sol,
mais
a
une
clé d’inver-
sion
1
qui,
à tour de
rôle,
est
reliée,
comme
on
l’a
figuré,
au sol et
à
deux
points
d’un
circuit
électrique
K,
contenant
les résistances
n R1
et
R2.
Après
avoir
renversant la
clé 1.
Pour faire une
mesure,
un
note
les
positions
de
de
la feuille d’or sur l’échelle
du
microscope
d’observation,
correspondant
a
de
faibles
potentiels égau’(
positifs
et
négatifs; puis,
rom-
palt
le
contact eii
C,
on mesure
le
telnps
nécessite
par
l’image pour
passer
de
l’une de ces
positions
il
l’autre.
La
ariatioll totale
du
potentiel
de
la feuille
d’or divisée
par
le
temps
est,
d’ailleurs,
pratiquement
proportionnelle
au courant
est
peut
lui servir de
luc-
surc. En
l’urnlant la clé
G
et
véritiaut
les
positiulls
de
l’image
dans
l’échcllc,
on
peut
immédiatement
dé-
couvrir
et
corriger
une variation
quelconque
de la
position
du
zéro ou de
la
sensibilité
de
l’ilstrument.
Afin
d’être
sur
que
le courant observé
est dû à
l’ionisatiol du
gaz
en observation
et non a ducs
gaI.
étrangers
ou il des
rayuns
secondaires,
ou
à
d autres
causes
perturbatrices, j’ai adopté
la méthode de
rl’lll-
plissage
de
la
chalnbre
d’ionisation,
représentée
sur
la
figure.
En
premier
lieu,
les gaz
de
lachambre
d’ioni-
sation doivent être
pompés,
et
cela
aussi
longtemps
qu’il
est
nécessaire
pour
enlever la
plus grande
partie
des
gaz
occlus
dans
les
surfaces
métalliques.
Au début
d’une
expérience,
le
robinet a est
fermé,
et
le
sys-
tème
de tubes constituant la
pompe
â
mercure
est
rempli
par
l’intermédiaire
de
tubes
desséchants,
con-
tenant
H2SO4
et
P2O5
du
gaz
à
étudier. A l’aide du
robinet b
fermé,
ce
gaz
est
alors
expulsé,
et
cette
man0153uvre
est
répétée
plusieurs
fois.
Quand
au
cours
du
pompage
final,
la
pression
est
descendue
à
quelques
millimètres de
mercure.,
le robinet
e
est
fermé.
laissant ainsi
une
petite
quantité
de
gaz
dans
le réservoir
bc,
puis après
on
produit
le meilleur
vide
possible
avec la
pompe
à
mercure;
dans
le
reste

344
de
l’appareil
comprenant
la chambre d’ionisation et
le réservoir
d.
qui
contient du
charbon,
les
gaz
occlus
dans
le charbon
avant
été
préalablement
enlevés
par
une chauffe
prolongée
à
haute
température
dans le
vide. Finaleinent.
la
pompe
à
mercure
ayant
été
isolée
par
le
robinet
e.
la
pression
est
encore réduite
par
refroidissement du
réserivii d
dans l’air
liquide.
Si
on
mesure
le
courant d’ionisation
pendant
que
le
charbon
absorbe le
gaz
résiduel,
on trouve
que
ce
courant décroit
graduellement,
parfois
en
changeant
de
signe,
et
après
environ
unc
heure,
atteint une
valeur
qui
peut
être
déterminée,
mais
qui
est
négli-
geable
devant les courants
à
mesurer.
Lorsque
ces
conditions
ont
été
atteintes,
le
réservoir
cl
est
isolé en
fermant son
robinet,
et les
robinets,
en
premier
lieu
e,
puis
f
sont ouverts
et
fermés
plusieurs
fois,
admet-
tant
chaque
fois
dans la
chambre
d’ionisation
la
petite
quantité
de
gaz
comprisc
entre
eux.
Ce
pro-
cessus
est
répété
jusqu’à
ce
que
les courants d’ioni-
sation
deviennent suffisamment
grands
pour
être
mesurés,
et
qu’on
ait obtenu
la
pression
nécessaire.
Par cette
méthode,
on
peut
être sûr
que
les courants
sont réellement
dus à l’ionisation des
petites
quan-
tités de
gaz
introduites dans
la
eliambre
d’ionisation.
La
pression
obtenue
après
un
nombre donné de
manipulations
des robinets
e et
f
est
déterminée
par
des séries
spéciales d’cxpériénccs
dans
lesquelles
la
pression
a été mesurée
par
une
jauge
de Me Leod
jointe
à
la
pompe
à
mercure.
Le
procédé
de
soufflage
des
petites
boules
de
verre
contenant l’émanation a
été
perfectionné
en
collabo-
ration avec M.
S.-C.
Lind’. Il
doit être
plus
ou
moins
semblable
à
la méthode antéricurement utilisée
par
Rutherford
et
Royds’
pour
faire les tubes à
parois
minces
employés
dans leurs
expériences
sur les
rayons
:.1..
Nous
n’avons
pas
troué,
cependant,
de
description
de
leur
méthode. Un tube de verre est
étiré dans ou
près
d’une
flamme j usqu’à
ce
qu’il
ait
un
diamètre
de
0,2
à 1 mm. et une
épaisseur
de
paroi
de
0,02
à
0,1
mm. La
grandeur
et
l’épaisseur
de
paroi
de
ce tube
déterminent
la
grandeur
de
la
sphère qui
peut
èlre
soufflée.
L’extrémité
du
tube
étant
fermée à
la
flamme,
il
est
placé
à
l’intérieur
d’un tube de
verre
d’Iéna
plus
large
(1
à
2 cm. de
diamètre)
qui
est fixé
en
position
horizontale et
chauffé
à
l’extérieur
par
la
flamme
chaude d’un
grand
bec Bunsen..1u
moyen
d’une soufflerie
,au pied,
on
maintient
une
pression
considérable à
l’intérieur du
tube
capillaire
et
quand
la
pointe
de ce tube
arrive
a
la
partie
du
tube d’léna
chauffé dans la
flamme,
une
petite
boule commence
à
se
former
lentement.
Si
les
parois
du tube
capillaire
ne sont
pas
suffisamment
minces
pour
comniencer,
elles
peuvent
être étirées
à
1. Sitzungsherichte
der
haiserl
der
Wissen-
schafter in Wieu 120 Abt. II a. décembre 1911
.
2.
Phil.
Mag.. 17
1909, 282.
l’intérieur
du
four en verre
d’Iéna,
la
soufflerie
étant
utilisée
pour
maintenir une
faible
pression
dans
le
tube
capillaire,
Grâce
à cette méthode
des
tubes
peuvent
être
étirés
d’une
épaisseur
telle
qu’ils présentent
des couleurs
brillantes d’interférence
et
supportent cependant
la
pression
atmosphérique
avec
un
vide à l’intérieur.
Les
ballons
peuvent
aussi être
faits
aussi
minces,
mais
ils
ne
supportent
pas
la
pression
atmosphérique
aussi
bien
que
les tubes.
Le
verre
à
l’extrémité
du
tube
capillaire
à
la
place
où
il a
été
soudé,
laisse un
endroit
épais
sur la sur-
face
de la
boule,
et
pour
cette
raison
il
est
préférable
d’utiliser
les
rayons
x
qui
traversent le côté comme
cela
est
représenté
en
A sur la
figure 1.
Pour courber
le
tube
capillaire
à un
angle
convenable,
on se
sert
d’unc
petite
flamme de
gaz
d’environ
1 mm. de lon-
gueur
à
l’extrémité
d’un
tube
de verre
tin.
La
condensation de
l’émanation
à l’intérieur de la
petite
boule de verre
présente
quelque
difficulté,
car
il est
désirable,
à
cause
de la décroissance
de l’éma-
nation
avec
le
temps,
d"enlever
les
gaz, oxygène,
hydrogène,
acide
carbonique,
etc.,
dégagés
par
la
solution de
sel de radium
et le
récipient qui
le
con-
tient,
aussi
rapidement
que possible.
J’ai
essayé plu-
sieurs
méthodes de
purification
de l’émanation et
finalemcnt
j’ai
adopté
une
légère
simplification
de la
méthode
cmployée
par
M. Debierne.
31.
Dcbierne’
a
perfectionné
les méthodes suivies
par
R amsay
et
Soddy
dans
leurs
premières expériences
sur l’hélium
et
la
purification
de l’émanation dans
lesquelles
l’oxy-
gène
et
l’hydrogène
étaient absorbés
par
le cuivre et
l’oxyde
de cuivre chauffés
au
rouge,
le
gaz
carbo-
nique par
la
soude
caustique
et
la
vapeur
d’eau
par
l’anhydride
phosphorique;
les
traces
de
gaz
restants
étaient enlevés
par
une
pompe
à vide
après
conden-
sation
de
l’émanation dans
l’air
liquide.
Quand
on
emploie
cette méthode il n’est
pas
difficile de con-
denser
la
quantité
d’émanation
en
équilibre
avec
0,2
gramme
de
radium
dans
un
volume de
0,2
à
0,5
mmJ,
dans le
courant de 2
heures. Un
temps beaucoup plus
long
cependant
et
quelclues
tours de distillation
frac-
tionnée comme
ceux
employés
par
Rutherford
2
et
Debierne
j,
sont
nécessaires
pour
une
purification
plus
complète
de
l’émanation.
Les effets
produits
par
le
champ
magnétique
snr
le
courant
d’ionisation
peuvent
être
résunés
briève-
ment de la
façon
suivante : en
premier
lieu,
il y
a
une différences
énorme
entre
les courants
Fositifs et
négatifs.
Le
champ
magnétique
diminue la valeur du
courant
électrique
d’une
faron
très
appréciable,
même
à des
pressions
de
plusieurs
centimètres
de
mercure.
9.
RAMSAY
et
SODDY. Nature,
16 juillet
1903.
246;
Proc.
Roy.
Soc.,
72
(1903)
204;
73
(1904)
546.
-
DEBIERNE,
C.
R.,
14 août
1903.
2. Phil.
Mag..
1908.
3.
Mine CURIE,
Traité de
Radioactivité
tome I
,
p.
312-321.

345
et
a
de basses
pressions
(inférieures
à
0,06
mm) ;
un
champ
de
quelques
centaines de
gauss
réduit ce
courant
li
une
faible fraclion de
1
pour
100
de
sa
valeur.
8
Cela
est
vrai
pour
l’hydrogène
comme
pour
l’air.
D’un
autre
côté,
je
n«ai
pas
observé d’efl’et
du
champ magnétique
sur le courant
positif
dans
l’air
avec
des
pressions supérieures
à
0,05
mm,
sauf
le
fait
qu’il y
a
toujours
une
chute d’environ 5
pour
100
pour
les
faibles
champs magnétiques,
due
sans
doute
à
la
suppression
des
rayons 03B2
et
peut
être des
rayons
secondaires.
Si la
pression
est
de
l’ordre de
plusieurs
millièmes
de
millimètre,
et
le
champ
électrique
non
supérieur
à
10 volts
par
centimètre,
les
champs
magnétiques
de
plus
de 1000
gauss
diminuent
les
courants
positifs
dans l’air
d’une
facon
très
percep-
tible.
Avec
un
champ électrique
de
25 volts
par
centimètre,
ce-
pendant,
il
n’y
a
pas
d’effet
pro-
duit
par
le
champ magnétique
jusqu’à
2600
gauss., excepté
la
chute
initiale.
Dans
l’hydrogène,
l’effet est
beaucoup plus
marqué que
dans
l’air et
a lieu aussi avec des
Champs
électriques
plus
intenses.
Le
fait
que
dans l’air
aucun
effet,
en
dehors
de la
chute
ini-
tiale,
n’est
produit
par
le
champ
magnétique,
si
le
champ
électri-
que
est
supérieur
a 2:5
volts ou
la
pression supérieure
à
0,05 mm,
montre
que
la diminution
du
cou-
rant observée
à
basses
pressions,
et
pour
des
champs électriques
plus
faibles
et
des
champs
ma-
gnétiques plus
forts,
ne
peut
être
duc
à la
suppression
des
rayons
p
ou des
rayons
secondaires,
et
doit
étrj
imputée
à
la
déviation
des
ions. Le
ta’eau
suivant
contient les
courants mesurés
dans
une
série
d’expériences.
La
première
colonne donne
le
champ
magnétique
exprimé
en
gauss,
et les autres colonnes la
variation
du
potentiel
de
lélcetrode
exprimée
en volts
par
Fig. 2.
seconde,
celle
quantité
étant
proportionnelle
au
courant
d’ionisation. En
tète
de
chaque
colonne.
on
a
indiqué
la
pression correspondante
du
gaz
dans
la
chambre
d’ionisation,
et
(pour
les
cou.
rants
positifs)
le
champ
électrique
en ’nIts
par
centi-
mètre.
Les
colonnes ne
sont
pas
comparables
1 une
a
l’autre
car
des
quantités
d émanation
très
différentes
ont
(.té
employées
dans les différentes
expériences.
Afin
du
représenter
plus
clairement
la
façon
dont
les courants
décroissent
quand
le
champ
magnétique
croît,
oit
a
tracé sur
la
figure 2
les courbes
donnant
dan;
cha-
(PIC
cas le courant
pour
uii
champ
varient
de 0
li
1 00.
On
peut
faire
de
la
façon
suivante une
estimation
de
l’ordre
de
grandeur
de la masse des
ions J.J.
Thom-