Étude expérimentale d`un " canon à électrons " pour la
publicité
Étude expérimentale d’un ” canon à électrons ” pour la diffractographie des électrons Paul Renaud To cite this version: Paul Renaud. Étude expérimentale d’un ” canon à électrons ” pour la diffractographie des électrons. J. Phys. Radium, 1950, 11 (11), pp.619-621. <10.1051/jphysrad: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 scientific research documents, whether they are published 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 destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME 11, ÉTUDE EXPERIMENTALE D’UN NOVEMBRE « CANON A ÉLECTRONS POUR LA DIFFRACT0GRAPHIE DES ÉLECTRONS 1950, PAGE 619 619. » Par PAUL RENAUD. Maître de Recherches. L’auteur considère un schéma théorique simple de canon à électron convergent. Il Sommaire. s’efforce de s’en approcher, en essayant plusieurs systèmes expérimentaux. Il obtient ainsi un cas particulièrement intéressant parce qu’il est utilisable. - 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 monochromatisme 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 stabilisation 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 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 courant l’obscurité. Pour obtenir ce résultat j’ai cherché à m’approcher du schéma théorique suivant : Considérons un champ de potentiel dont les surfaces 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 réaliser 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 au centre par un orifice, pour le passage des électrons et portées à des potentiels sphériques, percées différents. D’abord il faudra que la charge des élecmouvement 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 concentriques utilisées et à diminuer l’intensité du courant électronique, ce que nous cherchons. L’augmentation du potentiel accélérateur rapproche 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 trons en étudiant le rapport des nombres d’électrons situés 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 saupoudrée 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. sur 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 bure principe revient à essayer d’imposer une courchamp des lentilles sphériques électroniques au 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 métalliques 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 : en 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 examinerons ultérieurement l’ordre de grandeur en 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 potentiomètre. 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 potentiels 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 paramètre principal définissant la forme du faisceau est la position relative du filament et de la surface 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 dejoint 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 changement important de l’aspect du faisceau. Cet appareil 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 diffraction 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, supérieur à 12 . Par conséquent on peut considérer que la plus grande partie du courant se trouve portée par le est 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. Il est possible de réaliser pour la des électrons un « canon à électrons » diffractographie à haut rendement. JI est capable de réaliser un faisceau 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 conditions 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- Conclusion. - ressante. Manuscrit reçu le15 mars I950.
