Étude expérimentale d`un " canon à électrons " pour la

´
Etude exp´erimentale d’un ” canon `a ´electrons ” pour la
diffractographie des ´electrons
Paul Renaud
To cite this version:
Paul Renaud. ´ Etude exp´erimentale d’un ” canon `a ´electrons ” pour la diffractogra-
phie des ´electrons. J. Phys. Radium, 1950, 11 (11), pp.619-621. <10.1051/jphys-
rad:019500011011061900>.<jpa-00234320>
HAL Id: jpa-00234320
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00234320
Submitted on 1 Jan 1950
HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non,
´emanant des ´etablissements d’enseignement et de
recherche fran¸cais ou ´etrangers, des laboratoires
publics ou priv´es.

619
ÉTUDE
EXPERIMENTALE
D’UN
«
CANON
A
ÉLECTRONS
»
POUR
LA DIFFRACT0GRAPHIE
DES
ÉLECTRONS
Par PAUL
RENAUD.
Maître
de
Recherches.
Sommaire.
-
L’auteur
considère
un
schéma
théorique
simple
de
canon
à
électron
convergent.
Il
s’efforce
de
s’en
approcher,
en
essayant
plusieurs
systèmes
expérimentaux.
Il
obtient ainsi un
cas
particulièrement
intéressant
parce
qu’il
est
utilisable.
LE
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
ET LE
RADIUM. TOME
11,
NOVEMBRE
1950,
PAGE
619.
Dans
la
diffraction
des
électrons
la
longueur
d’onde à diffracter
est d’un
ordre de
grandeur
environ
dix
fois
plus petit
que
la distance
des
atomes
ou
centres
diffractants.
Pour
une variation
faible
de
la
longueur
d’onde de
l’ordre du
dixième,
on
retrouve
l’accord
de
phase
pour
deux centres voisins.
Au
contraire
si
les
deux
longueurs
étaient
du
même
ordre,
on ne la retrouverait
que pour
le
dixième
centre.
Il
s’ensuit
que pour
une variation relative de
longueur
d’onde
dix
fois
plus
faible
qu’avec
les
rayons
X,
les
rayons cathodiques
donnent des
taches
nouvelles.
Par
conséquent pour
travailler
en lumière
monochromatique
il
faudra
exiger
un
monochro-
matisme
qui
soit
dix
fois
plus
rigoureux
pour
les
électrons
que pour
les
rayons
X.
La
constance de
la
longueur
d’onde
exige
celle
de la
vitesse des
électrons
et
par conséquent
celle
du
potentiel
accélérateur.
La
stabilisation
de ce
potentiel
joue
donc un
rôle très
important
pour
l’interprétation
des clichés
d’électrons.
Elle
sera
considérablement
facilitée si
le
monochromatisme
est
meilleur.
Si
l’on
examine
certains
appareils
à
diffraction
d’électrons
on
constate un énorme
gaspillage
d’énergie
pour
réaliser un
faisceau
mince et
parallèle.
La
sta-
bilisation
de la
tension
exige par
suite
l’utilisation
de
grandes
capacités
à haute
tension.
En
général
un
filament
d’une
forme
plus
ou
moins
soignée
émet
des
quantités
d’électrons
qui
arrivent
sur une
anticathode
percée
d’un trou
très
fin,
d’où
une
première
diminution
du
rendement.
Grâce
à
un
deuxième
trou,
on réalise
un
faisceau fin
de
rayons
presque parallèles.
Les
tubes
à
cathode
froide
procurent
un
certain
avantage quand
ils
sont
bien
construits,
parce
que
l’impact
des
rayons positifs
d’où
partent
les
électrons
est
lui-même très fin
et
le
faisceau se trouve
passer
en entier
par
un
premier diaphragme
naturel.
Certains
chercheurs
obtiennent un bon
rendement
en
choisissant
comme
isolant
porte-cathode
les
bouteilles
d’un
crû
de Bordeaux
particulier,
méthode
empirique
qui
réussit
par
une
organisation
favorable
du
champ
accélérateur.
Il
m’a
semblé
rationnel avant de construire
un
tube
à
électrons d’étudier
sommairement,
pour
débrouiller
la
question,
un
canon
à
électrons
qui
soit calculé
au
mieux,
c’est-à-dire
qui
utilise la
plus
grande
partie
des
électrons
mis
en jeu.
Le
coefficient
que
l’on
peut
ainsi obtenir est
supérieur
à Iooc.
Pour
ma
part
j’ai
pu
réaliser des
impacts
fins,
éblouissants,
même en
pleine
lumière,
avec
un
courant
total
inférieur à
,uA,
illisible
sur un
microampèremètre.
Dans
la
technique
habituelle,
les courants
employés
sont
de
l’ordre de
o,5
mA,
et la
tache obtenue n’est éblouissante
que
dans
l’obscurité.
Pour
obtenir
ce résultat
j’ai
cherché à
m’approcher
du schéma
théorique
suivant :
Considérons
un
champ
de
potentiel
dont
les
sur-
faces
de
niveau
soient des
sphères
concentriques.
Ce
champ
a été étudié
par
Poincaré
dans son cours
sur les
potentiels.
C’est
celui
créé
par
un
point
électrisé. Le
potentiel
est
naturellement
de
révolution,
avec
symétrie
sphérique, par
conséquent
c’est
une
fonction
du
rayon
V
= f (r),
la fonction
f(r)
étant §
à
une
constante
près.
Pour
deux
sphères
infiniment
voisines la
répartition
du
potentiel
est
une
fonction
linéaire
de la
distance
au second ordre
près.
Si
l’on
place
dans ce
champ
de
potentiel sphérique
un
électron
sans vitesse initiale
appréciahle,
il
s’animera et son vecteur
vitesse sera
porté
par
une
droite
passant par
le
centre
géométrique
du
système.
Ce
système,
qui
serait
rigoureusement
stigmatique,
s’il était
rigoureusement
réalisé serait
convergent
ou
divergent,
suivant
que
le centre
attire ou
repousse
les électrons. Bien entendu
il
est
impossible
de réa-
liser
exactement
un
pareil
système,
mais on
peut
chercher
à s’en
rapprocher.
On
disposera
en
regard,
deux
portions
de
surfaces
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019500011011061900

620
sphériques,
percées
au
centre
par
un
orifice,
pour
le
passage
des
électrons
et
portées
à des
potentiels
différents.
D’abord
il
faudra
que
la
charge
des élec-
trons
en mouvement
qui
perturbent
le
champ
soit
faible
par
rapport
à
la
charge
des
parois sphériques,
qui
forment condensateur.
Ceci
amène à
rapprocher
les
deux
portions
de
surfaces
sphériques
concen-
triques
utilisées
et à
diminuer
l’intensité du courant
électronique,
ce
que
nous
cherchons.
L’augmentation
du
potentiel
accélérateur
rap-
proche
le
système
de
l’image
théorique,
en diminuant
la
quantité
d’électrons
présents, pour
un
même
courant
total,
par
accroissement de leur
vitesse
et
par
l’accroissement des
charges
présentes
sur
les
calottes.
De même
si
l’on diminue
la
distance
des
deux
surfaces
sphériques
en
regard
sans
changer
le
potentiel
on
augmente
la
charge
des
surfaces
et
l’on
diminue la
quantité
d’électrons
situés
entre
elles
pour
un même courant. On diminue
également
l’influence
des
bords
des
calottes,
mais
on
augmente
l’influence des
perturbations
créées
par
les
trous
centraux.
’
Ce
principe
revient
à
essayer
d’imposer
une
cour-
bure
au
champ
des lentilles
sphériques électroniques
en utilisant
des
surfaces
à courbures
déterminées
pour
courber
les
champs.
En
Optique
lumineuse
on utilise des surfaces
sphériques pour
réaliser
des
lentilles. Elles
imposent
aux surfaces d’onde
des
courbures.
Dans
nos
réalisations
les deux
surfaces
métal-
liques
Sl, S2
étaient
maintenues
en
place
l’une
par
rapport
à
l’autre,
soit
au
moyen
d’un
cylindre
de
verre soit
au
moyen
d’un
support
d’ébonite
pour
les lentilles demi-boules.
Nous
avons réalisé et
étudié !J
systèmes
dont les
caractéristiques
sont
exprimées
en millimètres dans
les schémas
et
le
tableau suivant :
Dans
les
systèmes
représentés
par
la
figure
i,
la
meilleure
solution serait obtenue en
remplaçant
le verre
par
un semi-conducteur
tel
que du
bois
dur
longuement
desséché
(à
cause
du
vide),
ou
un
verre
légèrement
conducteur.
Il
convient en effet,
que
le
champ
soit
une
fonction linéaire de
la
distance,
même aux
bords
du
champ.
Ainsi le
champ
central
déterminé
par
l’équation
de
Laplace
et
par
les
conditions
aux
limites
est
celui
qui
doit exister
entre deux
sphères
concentriques
non
bornées.
Par suite
la
courbure
des
lignes
de
niveau
autour
de
l’axe,
qui
seule nous
intéresse,
reste
la
courhure
théorique.
La
perturbation
locale la
plus
sérieuse
est due
à la
présence
des
électrons
dont
nous
exa-
minerons
ultérieurement
l’ordre de
grandeur
en
étudiant
le
rapport
des
nombres
d’électrons
situés
sur
le
courant
central
et
sur la
calotte
négative.
Un
filament
F
en forme
de
V
fournissait des
électrons
lents.
Cette
forme
est
particulièrement
favorable
car la
pointe
est
visiblement
plus
chaude
que
les
branches,
le
refroidissement
ne se fait
que
d’un
côté.
Une
sonde mobile nous
permettait
de
suivre
le
pinceau
d’électrons
depuis
le trou
T2
jusqu’au
foyer
théorique
de
l’appareil.
Elle était
constituée
d’une
plaque légère
d’aluminium
sau-
poudrée
de sulfure de zinc
actif
(phosphorescent
vert)
portée
par
un
fil
de
fer.
Ce
fil
passait
à travers
un
trou
fermé
au
vacoplast.
En
mastiquant pendant
le
déplacement
on
parvenait
à
promener
la sonde
sans
provoquer
de rentrée d’air.
Un
premier
résultat constant
a été obtenu
avec
les
quatre systèmes
étudiés.
Les
figures
obtenues
pour’un
même
cas,
lorsque
l’on
déplace
la
sonde,
sont
semblables
et
semblent
homothétiques
par
rapport
à la
pointe
du
filament. Il
se
comporte
comme si
la
pointe
seule
émettait.
Un
deuxième résultat
fut
obtenu
avec
les
quatre
systèmes.
C’est
que
la
différence de
potentiel
établie
entre le filament et
la surface
S2
change peu
la
forme des
focales
obtenues avec la
sonde.
Nous
avons
travaillé
le
plus
souvent en
maintenant les
deux
au
même
potentiel,
tout
en
vérifiant
de
temps
en
temps qu’une
variation de
potentiel
changeait
peu
le
phénomène.
Les
potentiels
étaient
fournis
par
un
système
transformateur-kenotrons
débitant
dans un
poten-
tiomètre.
Celui-ci
était
formé
d’un
madrier
bardé
de clous
laissant
passer
o,5
mA
sous
5o kV.
Les
clous
reliés
entre
eux
par
des
fils
permettaient
de
prélever
des
courants
de
l’ordre
de
quelques
dixièmes
de
milliampère
sans
inconvénients.
Au
delà,
le bois
se
carhonisait
et
pouvait
prendre
feu. Trois
poten-
tiels
différents étaient
envisagés :
ceux
de
Sl,
S2
et
F
et deux
courants
étaient
déterminés,
celui
par
la
sonde
et
celui
qui
traverse
l’appareil.

621
Un troisième résultat
constant
est
que
le
para-
mètre
principal
définissant
la
forme du
faisceau
est
la
position
relative
du
filament
et
de
la sur-
face
S,.
Il
suffit
d’un
déplacement
relatif de
l’ordre
de
Il Ioe
de
millimètre
pour
obtenir un
changement
complet
de
l’aspect
du
faisceau.
Ce
déplacement
était
primitivement
réalisé
par
un
système
de joint
thermostatique (ou
tomback) étayé
par
des vis
calantes. Leur
déplacement
exigeait
la
suppression
de la tension
et
ne laissait
pas
le
filament
centré.
Nous avons fait réaliser un
système
permettant
le
déplacement
du filament
sous tension
et sur son
axe.
C’est avec
lui
que
nous avons
pu
mesurer le
déplacement
du filament
correspondant
à
un
chan-
gement
important
de
l’aspect
du faisceau.
Cet
appa-
reil
nous a
permis
de
trouver
qu’il
existait
pour
chacun
des
quatre
systèmes
étudiés une
position
du
filament
pour laquelle
on obtenait
un
pinceau
relativement fin
et
qui
aurait
pu
être
utilisé
presque
sans
diaphragme
pour
faire des clichés
de diffrac-
tion
d’électrons.
Un
seul
inconvénient,
le
faisceau
n’était
pas
très fixe.
Depuis
ces
expériences,
nous
avons
pensé que
le
vide
entre les
deux
surfaces
Si
et
S2,
assuré
par
les
trous
Tl
et
T2
seulement,
avait
besoin
d’être
perfectionné
en situant
d’autres
orifices de
sortie
en des lieux convenables.
Ainsi
aucun
dégagement
fortuit ne viendrait
perturber
le
champ
électrique
accélérateur.
C’est
seulement
avec les
deux
systèmes
de
lentilles demi-boules
que
nous avons obtenu des
impacts
extrêmement
fins
et très lumineux
qui,
s’ils étaient rendus
fixes
seraient
excellents
pour
la
diffractographie.
En
général,
le
rendement,
qui
est le
rapport
de
l’intensité de
courant,
porté
par
le
faisceau,
qui
passe
par
la
sonde,
à
l’intensité
passant par l’appareil,
est
supérieur
à 1 .
2
Par
conséquent
on
peut
considérer
que
la
plus
grande
partie
du
courant se
trouve
portée
par
le
faisceau
utile.
On
pourrait
utiliser
l’image
électrique
précédente
pour
réaliser
un
canon
à
électrons à
haut
rendement,
pour
la
diffractographie,
en
établissant
seulement
une
répartition
de
potentiel
sur différents
orifices,
de telle
sorte
que
cette
répartition
soit celle d’un
champ
convergent.
Il
semble
que
certains
canons à
électrons,
trouvés
empiriquement
correspondent
à
cette
conception.
Des
essais
ont
été
faits avec des
cônes
males
ou
femelles
égaux
au
lieu
de
sphères.
Les
résultats
n’ont
pas
été absolument
mauvais et
une
fraction
appréciable
des électrons
donne
une
tache
centrale,
accompagnée
d’une
importante
auréole.
Ce
système
pourrait
être
utilisé s’il
n’en existait
pas
de
meilleur.
Conclusion.
-
Il est
possible
de
réaliser
pour
la
diffractographie
des électrons
un
«
canon
à électrons »
à haut
rendement.
JI
est
capable
de réaliser
un fais-
ceau
mince,
qui peut-être
utilisé sans
diaphragme.
Une
légère
mise au
point
doit être
effectuée
pour
que
l’impact
ainsi obtenu soit
parfaitement
stable
(vide
entre
les
deux
demi-boules).
Dans
les
condi-
tions
optima
il
peut
fournir le faisceau
nécessaire
avec un courant dont l’ordre
de
grandeur
est
bien
inférieur
à
i
pA.
Depuis
ces
travaux
nous
avons
construit
un
diffractographe par
réflexion
où
nous avons
utilisé
les
propriétés
des canons
à électrons
à
cathode
froide,
que
nous avions été amenés
à
considérer
pour
les
constructions des
tubes
à
rayons
X
et
dans
lesquels
la stabilité est
parfaite.
Nous
en
parlerons
dans une
prochaine
Note
car
leur étude
théorique
n’est
pas
encore achevée.
Les
canons à filament et à
demi-boules
solidaires
sont fournis
par
une
image
théorique
à
laquelle
ils
ne
répondent
pas parfaitement
puisqu’il
n’existe
qu’une
seule
position
favorable
du
filament.
Il
y
aura
lieu
de
reprendre
cette
question
qui
pourrait
correspondre
à une
propriété
élémentaire
inté-
ressante.
Manuscrit
reçu
le
15 mars
I950.