Expériences sur l`engagement d`atomes dans un faisceau

Expériences sur l’engagement d’atomes dans un faisceau
magnéto-cathodique ou cathodique
E. Henriot, O. Goche, F. Dony-Hénault
To cite this version:
E. Henriot, O. Goche, F. Dony-Hénault. Expériences sur l’engagement d’atomes dans
un faisceau magnéto-cathodique ou cathodique. J. Phys. Radium, 1931, 2 (1), pp.1-11.
<10.1051/jphysrad:01931002010100>. <jpa-00233047>
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SÉRIE VII.
-
JANV[ER 1931.
TOMME II.
LE
N8 1.
JOURNAL DE PHYSIQUE
ET
LE
RADIUM
EXPÉRIENCES SUR L’ENGAGEMENT D’ATOMES
MAGNÉTO-CATHODIQUE OU CATHODIQUE
DANS UN FAISCEAU
par E.
HENRIOT, O. GOCHE et Mlle F. DONY-HÉNAULT.
(Université de Bruxelles).
Sommaire. 2014 Des atomes de substances diverses (W, C, Pt, Na, S) peuvent être
engagés dans
un faisceau magnéto-cathodique ou cathodique. Une fois engagés, ils
semblent solidaires du flux d’électrons dans ses déformations par des champs électriques
et magnétiques. Ils peuvent être dégagés du faisceau électronique aux points de forte
courbure de celui-ci.
Ces recherches viennent à la suite d’expériences faites, il y a quelques années, par l’un
de nous,, sur les rayons magnéto-cathodiques à faible vitesse (i ). Dans ces expériences antérieures, les électrons utilisés étaient émis dans le vide par un filament de tungstène et
étudiés dans un champ magnétique de quelques milliers de gauss. Ils étaient habituellement
accélérés par une tension comprise entre 15 et ~ 000 volts. Ils se comportent sous l’actÈom
d’un champ électrique transversal comme le prévoit la théorie de Fortin (2). En oubre,
lorsque l’on fait varier le champ magnétique depuis une valeur nulle jusqu’à sa valeur
maxima, le faisceau primitivement cathodique se transforme progressivement en faisceau
magnéto-cathodique sans qu’aucune discontinuité d’aspect se manifeste, comme c’est le cas
lorsque l’expérience est faite dans des tubes à gaz. Il y a donc continuité de propriétés
entre les rayons cathodiques et les rayons magnéto-cathodiques lorsqu’on élimine l’action
parasite d’une atmosphère gazeuse. Ces rayons magnéto-cathodiques produits par un filament forment une nappe cylindrique dont les génératrices sont parallèles au champ magnétique et dont la directrice est le filament. On peut en isoler un faisceau filiforme en le
faisant tomber sur une fente fine disposée à 90° du filament.
Ces faisceaux ont une extrême finesse : on peut observer leur marche par l’impact
lumineux qu’ils produisent sur un écran à sulfure de zinc. Dans le vide ordinaire d’une
pompe à diffusion leur trajectoire est rendue visible par une trace lumineuse bleue due à un
gaz résiduel. Si on refroidit dans l’air liquide ou dans un mélange d’anhydrique carbonique
et d’acétone une partie de la canalisation, on fait disparaître cette trace bleue : elle est
donc probablement produite par le choc du faisceau sur des éléments qui sont condensables
dans ces conditions. Les trajectoires se sont montrées indépendantes de la présence de ce
résidu gazeux ou de son absence.
Lorsqu’un tel faisceau magnéto-cathodique tombe sur une paroi de verre, par exemple,
il y produit une cathode secondaire et l’émission d’un faisceau cathodique de retour : les
apparences complexes qui en résultent sont complètement explicables par le passage de ce
faisceau de retour dans le champ électrique qui entoure le filament (3).
(1) E. HENRIOT et R. Moins. C. R.lAc. Sc., Belgique (1927),
(2) CH. FORTIN. C. R., t. i38 (1904), p. 1~94.
(3) Cf. E. HENRIOT et R. MOENS, loc. cit.
LE JOURNAL DE
PHYSIQUE I;T
LE RADIUM.
--- SBRiE
YII.
--
p. 328-333.
T. Il.
-
N* 1 .
-
JANVIER
i931.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01931002010100
i.
2
En outre, une ; telle paroi due verre est rapidement percée d’un trou très fin. Cette
action très corrosive des rayons magnéto-cathodiques pourrait peut-être être utilisée pour
percer les matières dures telles que le diamant et le rubis que l’on utilise parfois pour faire
des filières à tréfiler. Il est vraisemblable que le faisceau agit un peu à la manière d’un
chalumeau à découper par élévation de température et arrachement de matière entraînée
par le faisceau de retour. En insistant suffisamment avec un faisceau intense, nous avons
percé une paroi d’aluminium; mais alors l’effet parait purement thermique.
Il est certain que, dans un faisceau filiforme, la densité des électrons doit être extrêmement grande étant donné les faibles vitesses. Un tel faisceau filiforme peut transporter
plusieurs milliampères, la section du faisceau n’étant plus qu’une fraction de millimètre
1
carré
mm2 tout au
de mm’
carréLorsqu’un
-
lus .
plus
°
tel faisceau filiforme pénètre dans un champ électrique de même direction
le
accélérateur
mais de sens inverse, c’est-à-dire antagoniste pour les électrons,
que champ
il s’arrête en un point de son parcours, puis rétrograde suivant sa [propre direction. La
densité en électrons au point de rétrogradation doit être plus grande que partout ailleurs,
puisque la vitesseF y est nulle, et se prêter ainsi à des expériences sur les électrons
libres qui ne géraient réalisables par aucun [autre procédé. Des expériences sont en cours
pour l’utilisation de cette grande densité d’électrons au point de rétrogradation.
I.
-
RENGAGEMENT 1)’ATONES
DANS UN FAISCEAU
MAGNÉTO-CATHODIQUE.
La possibilité d’engager des atomes dans un faisceau magnéto-cathodique est apparue
fortuitement à l’un de nous au cours d’une expérience disposée comme l’indique le schéma
de la figure i. Un filament F de tungstène placé dans une anode cylindrique A p,roduit une
nappe mince dé rayons magnéto -cathodiques qui
vient tomber sur un écran E en traversant une
large fente pratiquée dans l’anode. Le champ électrique est nul entre A et E. Au cours d’une expérience où le filament avait été assez poussé pour
provoquer une vaporisation rapide de ce filament,
il s’est formé sur l’écran E une ligne brun foncé
fine, projection cylindrique du filament sur E
effectuée parallèlement au champ magnétique H,
La première idée qui nous vint à l’esprit était
métal de l’écran E avait été mécaniquement
le
Fig. L
que
corrodé par l’impact des électrons (dont le pouvoir
corrosif sur le verre avait été constaté) et que cette corrosion superficielle donnait au métal
l’aspect noir des métaux pulvérisés. Mais ayant fait le même dépôt sur différents écrans
métalliques et sur le verre (avant que la corrosion soit sensible), le fait que ce dépôt avait
dans chaque cas le même éclat (rappelant l’aspect du tungstène) nous a donné une première
indication qu’il s’agissait d’atomes (ou d’ions) de tungstène engagés dans le faisceau
magnéto-cathodique. Nous avons été confirmés dans cette manière de voir : le dépôt
(effectué avec d’autres substances) possède les propriétés caractéristiques essentielles,
chimiques notamment, de la substance que l’on a vaporisée pour l’engager dans le faisceau.
très
.
Au cours des expériences que nous avons faites pour trouver
Technique utilisée.
généraux de ce phénomène, nous avons utilisé deux techniques pour engager
des atomes dans un faisceau magnéto-cathodique (ou simplement cathodique comme naus
lé errons plus loin).
a) I1n filament F (voir figure 2) de tungstène ou de platine horizontal donne, dans un
champ magnétique H, une nappe magnéto-cathodique plane, cette dernière rencontre une
anode A dans laquelle on a pratiqué une fente verticale fine p. A droite de la fente/le faisceau magnéto-cathodique est filiforme et pénètre dans l’intervalle des deux plaques AE, où
-
les caractères
..
----
PLANCHE I.
1.
2.
Dépôts ponctuels.
Pt
S
3.
4.
1)épût de 1a entraîné
un
de ~a.
faisceau
de filaments.
1Vo
PtL
Projections
C
par
Dépôt ponctuel
C
’,,"0
cathodique.
Dépôt
non ponctuel d’atomes
de ,y 0 dégagés
d’un faisceau magnéto-c3thodique.
’i.
3
champ électrique est nul. Le filament F est chauifé insuffisamment pour produire un
dépôt de tungstène ou de platine (à l’inverse de ce qui se passait dans l’expérience précédente). Un petit four électrique B formé par un cylindre de cuivre et pouvant être chauffé
par quelques spires de nichrome contient un peu
de la substance à vaporiser : sodium, soufre, etc.
Lorsque le four B est froid, aucun dépôt ne marque
la trace du faisceau magnéto-cathodique.
Au contraire, dès que les spires chauffantes ont
amené le four à une température suffisante, on voit
instantanément un dépôt ponctuel de matière se
produire en a (quoique aucun atome ne puisse se
rendre directement du sodium chauffé au point a).
L’électroaimant qui produit le champ H peut
tourner autour d’un axe vertical, et on peut donner
à ce champ différentes orientations dans un plan
horizontal, on peut ainsi placer des points a, a’, z
le
de la même substance sur le même écran.
Si on a effectué un dépôt de sodium, une rentrée
d’air le transforme en un dépôt blanc de soude; un
dépôt de soufre reste inaltéré par une rentrée d’air.
Dans le cas du sodium, si l’évaporation est assez raFig. :.
pide et le courant électronique assez intense, on voit
le faisceau magnéto-cathodique se colorer en jaune.
b) S’il s’agit d’une substance peu volatile (tungstène, carbone, platine), on peut utiliser
un montage analogue à celui de la figures mais en supprimant le four B. Il faut alors
pousser le filament à une température telle que sa vaporisation devienne notable.
Les circonstances sont alors les mêmes que dans l’expérience de la figure 1 ; on obtient
un dépôt ponctuel de la substance si on utilise une fente verticale et fine; avec une fente
horizontale et assez large pour laisser passer toute la nappe magnéto-cathodique, on a un
dépôt de matière qui est la projection cylindrique du filament.
La planche 1, n°S i, 2 et 3, contient la reproduction photographique des dépôts
obtenus (projection complète du filament).
La figure 3 donne le schéma du montage. Les différentes parties (filament, anode, etc.) sont montées sur
une plaque d’ébonite qui porte d’autre part une rainure
circulaire permettant de la mastiquer à la picéine à
l’extrémité d’un tube de verre large. Il peut être utile,
pour éviter le ramollissement du masticage de la tige qui.
porte l’anticathode, d’injecter à l’intérieur de celle-ci un
courant d’eau.
Le dispositif décrit permet de multiplier les expériences ; il se prête, en effet, à des modifications et à des
remplacements rapides des différents éléments du montage. Il est prudent de placer en série avec la batterie de
tension une résistance suffisante pour éviter la formation
d’un régime d’arc pour les grandes intensités électro0
,
niques.
Fig.
3.
de ces phénomènes. - L’explid’abord paru évidente : prenons le cas
Explication
cation
nous
a
des atomes de sodium (technique a) :
L’évaporation.du sodium donne naissance à des atomes neutres qui, aux basses pressions utilisées, se rendent directement sur les parois sans choc moléculaire. Les atomes.
qui rencontrent le flux magnéto-cathodique d’électrons dont l’énergie de lancement est de
4
centaines de volts (200 à 500 V par exemple) et dont la densité est considérable,
sont ionisés et comme le champ électrique extérieur 1~ est nul, ils vont s’enrouler en hélice
sur un tube de force magnétique dont le rayon sera
plusieurs
n
étant le nombre de fois que l’atome est ionisé, ~ étant la masse de l’atome, VI
de vitesse. Le rayon de l’hélice parcourue par un électron sera
sa
composante transversale
m
et v, étant la
masse
d’un électron et
sa
composante transversale
de vitesse. Si la
vitesse de lancement des atomes de sodium au moment de l’évaporation était nulle, la
seule composante transversale acquise serait celle due au choc, mais la conservation
d’impulsion eaige que
et par suite
n
pouvant être supérieur
.
à 1.
PLANCHE II.
-
Montage
de l’ensemble de
l’expérience.
En réalité, la vitesse de lancement n’est pas nulle à l’évaporation, mais on peut évaluer
valeur moyenne comme inférieure à la valeur de la vitesse moyenne d’agitation thermique à la température d’évaporation, Le rayon maximum ue l’hélice que produirait cette
seule vitesse serait
sa
Pour le sodium, supposé évaporé à 200° et dans un champ due 2 000 gauss, le rayon
calculé n’excède pas 0,75 mm. Encore s’agit-il d’une limite supérieure. On aura donc un
faisceau magnéto-ionique filiforme et suivant exactement la ligne de force magnétique.
Nous verrons plus loin que cette explication qui parait suffire à expliquer les phénomènes
5
décrits jusqu’ici n’est cependant pas suffisante pour en expliquer d’autres. Une autre cause
doit intervenir pour entrainer les atomes dans la direction du flux d’électrons. Nous verrons
notamment que l’engagement des atomes peut se faire dans un faisceau simplement cathodique de la même manière que dans un faisceau magnéto-cathodique, et alors l’explication
précédente ne suffit plus.
Dans le cas de la technique b, les atomes sont émis par le filament dans une région
comprise entre F et A on le champ électrique n’est pas nul. Les atomes qui seront ionisés
dans cette région, étant accélérés par la différence de potentiel, pourront décrire des cercles
d’assez grand rayon et donner (ce qu’on observe) un dépôt assez confus sur la face gauche
de A, mais qui, dans l’ensemble, est dirigé dans la direction du champ magnétique. Un
petit nombre de ces atomes peut pénétrer dans la région de champ nul et donner une très
légère auréole ayant quelques millimètres de rayon. Un certain nombre d’atomes peuvent
pénétrer dans la région de champ nul avant d’être ionisés; mais puisqu’ils doivent rencontrer le faisceau magnéto-cathodique pour être ionisés, leur composante transversale de
vitesse doit être très petite et ils donnent l’enroulement filiforme qui produit une trace
ponctuelle. La quantité de matière déposée sur cette trace doit dépendre du nombre
d’atomes ionisés et ce nombre doit être lui-même proportionnel au nombre d’atomes et au
nombre d’électrons ionisants ou encore proportionnel au produit due la vitesse d’évaporation atomique par la vitesse d’évaporation électronique. Cette méthode ne peut donc réussir
que si le produit de ces deux vitesses est suffisant avant la destruction du filament. Elle
n’est pas applicable au fer qui, à sa température de fusion, possède une vitesse d’évaporation atomique notable, mais une faible vitesse d’évaporation électronique.
Déplacement du faisceau magnéto-ionique par un champ électrique transversal. - Fortin (’ ) a expliqué ce qui se passe quand un faisceau magnéto-cathodique se
propage dans un champ électrique transversal et son explication est valable pour un faisceau magnéto-ionique. Pour réaliser l’expérience, nous avons produit par une des méthodes
décrites ci-dessus un faisceau magnéto-ionique superposé au faisceau magnéto-cathodique
et nous les avons fait passer dans un champ électrique, transversal h (fig. 4). Deux plaques
verticales P et P’ produisent un champ électrique horizontal h à angle droit du faisceau.
Dans ces conditions, dès son entrée dans l’intervalle
compris entre P et P’ le faisceau magnéto-cathodique
doit se réfracter et faire avec la direction initiale un
angle 1> tel que
la composante longitudinale de vitesse. A
la sortie du champ, le faisceau doit reprendre sa
direction première parallèle à H. C’est eftectivement ce que montre l’expérience. Pour des rayons
magnéto-ioniques, on doit s’attendre à une déviation
où v, est
Comme il n’y a aucune raison de penser que la
vitesse longitudinale soit la même pour un ion et pour
que l’on doit avoir
nous nous
attendions à voir
(1) Ch. FOUTIN, loc. rit.
une
séparation
du faisceau
un
électron et
qu’il
est à
magnétc-cathodique
présumer
et du faisceau
6
magnéto-ionique, ce dernier devant être beaucoup moins réfracté. Il n’en a rien été; le
dépôt de matière a continué à se former au même point que celui où arrivent les rayons
cathodiques. Dans cette expérience,la valeur du champ électrique transversal était réglée
pour que le déplacement latéral du faisceau soit de l’ordre de 1 cm. - Ce résultat pouvait
s’interpréter de plusieurs manières :
i. La composante Vl serait effectivement égale à la composante v~ à la suite de chocs
répétés avec des électrons. Nous avons écarté cette hypothèse qui ne permet pas d’expliquer d’autres faits dont nous parlerons plus loin.
2. L’explication du dépôt ponctuel de matière par la formation de rayons magnétoioniques ne serait pas exacte. Il se pourrait qu’à aucun moment la vapeur n’ait accompagné
le faisceau d’électrons en prenant la forme magnéto-ionique et que cependant après avoir
été émise par le corps volatil dans toutes les directions et avoir effectué sur les parois des
chocs élastiques, elle se dépose de préférence au point d’impact’ des électrons en y effectuant un choc mou. La formation de rayons magnéto-ioniques serait donc une apparence.
Lorsqu’on condense lentement de la vapeur d’iode, par exemple, elle se condense de préférence en des points frappés par la lumière. Il se pourrait, quoique cela soit bien improbable, que l’impact des électrons eût une action analogue sur les vapeurs utilisées. Nous
avons dû également renoncer à cette hypothèse : nous avons pu en effet provoquer le dépôt
de matière en supprimant (par unerétrogadation du faisceau magnéto-cathodique que nous
décrirons plus loin) l’impact des rayons cathodiques à l’endroit où se forme le dépôt.
Passage progressif du faisceau d’électrons de l’état magnéto-cathodique à
Prenons le cas
l’état cathodique. Influence de ce passage sur le faisceau d’ions.
d’un filament F et d’une fente p croisés donnant un faisceau magnéto-cathodique filiforme
et une trace ponctuelle sur l’écran E lorsque le champ magnétique est supérieur à 1000
gauss.
Lorsqu’on fait diminuer le champ jusqu’à 0, la section du faisceau d’électrons par un
écran à sulfure de zinc prend les formes indiquées sur la figure 5. Les différentes formes
correspondent à des valeurs du champ qui sont fortes pour (1), moyennes pour (2), faibles
-
Fig.
5.
Fig.
6.
nulles pour (4). Si ce faisceau est chargé d’atomes, l’expérience montre que le
de
matière
se fait suivant une ligne qui correspond à l’impact des électrons.
dépôt
Le cas ( ~) réalise le phénomène de l’engagement d’atomes dans un faisceau cathodique
ordinaire (voir fig. 6).
Le n° 5 de la planche 1 représente un dépôt de sodium engagé dans un faisceau
cathodique (H =- 0). Dans cette expérience, la fente était horizontale et le filament vertical
(voir fig. 6). Cette expérience manifeste la possibilité d’engager des atomes de vapeur dans
un faisceau cathodique aussi bien que dans un faisceau magnéto-cathodique. Ici, les explipour
(3),
7
cations, données précédemment,
de l’engagement d’ions dans le faisceau magnéto-cathoIl
faut
réellement
admettre que lorsqu’un ion sodium est formé par le
dique disp~raissent,
chocs avec un électron, quelque chose (qui ne peut plus ~tre le champ magnétique) le ma- in,
tient dans la direction du faisceau cathodique. Peut-être est,.ce une action électrostatique
exercée par le faisceau cathodique sur les ions. Notons qu’en effectuant cette’expérience de
passage de l’état (1) à l’état (4), nous espérions séparer les ions et les électrons, mais que
nous n’avons pu obtenir cette séparation.
électrostatique d’un faisceau cathodique chargé d’atomes. devant plus comporter d’électroaimant, nous avons pu effectuer cette déviation dans un tube plus long (10 cm). Une nappe cathodique horizontale passe entre deux
plateaux P et P’ (fig. 7) entre lesquels on peut établir un champ h. Elle rencontre un écran
E dont une moitié a été recouverte de sulfure de zinc.
En l’absence de champ, le faisceau d’électrons donne
une trace rectiligne a phosphorescente sur une moitié
de l’écran E. Si on charge le faisceau d’atomes, le
dépôt se fait suivant a et a’, prolongement de a. Si on
dévie le faisceau cathodique de façon à l’amener en b
.et si, ensuite, on le charge d’atomes, le dépôt matériel
se fait suivant b et b’, prolongement de 6. On s’attendrait évidemment dans ce cas à voir les ions se séparer
des électrons puisque les déviations pour les ions et
pour les électrons doivent être dans le même rapport
Déviation
L’appareil
1
,que les
ne
....
quantité
ne
e
zÀl, et
mv
1
Il faut donc qu’il y ait entre le faisceau d’atomes
.et le faisceau d’électrons une solidarité (peut-être de
nature électrostatique) suffisamment puissante pour
du champ électrostas’opposer à l’action
séparatrice
Fin.
Une expérience de déviation, produite par un
conduit aussi à une non-séparation des faisceaux.
champ magnétique faible transversal,
1.
tique.
II.
-
DÉGAGEMENT
DES
ATOMES
ENGAGÉ8
DANS
UN
FAISCEAU
~iAG~~’f0°CA~’HA~~Qt~~
OU CATHODIQUE.
Les expériences précédentes semblaient indiquer chez les atomes engagés dans un flux
d électrons une solidarité étroite avec celui-ci et telle qu’elle leur permet de résister aux
essais de séparation par des champs électromagnétiques extérieurs. Nous avons pu cepe~a* ,
dant effectuer cette séparation, c’est-à-dire le dégagement d’atomes primitivement engagés
dans le flux d’électrons, en réalisant des courbures très accentuées du faisceau autour
d’axes de courbure transversaux à sa direction.
i. Rétrogradation dus faisceau magvéio-cathodiqae chargé d’atomes. Supposons qu’ayant réalisé un faisceau d’électrons magnéto-cathodiqnes filiforme, nous le
fassions pénétrer dans un espace où le champ électrique est non pas nul comme dans les
.expériences décrites plus haut mais antagoniste pour les électrons. Prenons par exemple
le cas d’électrons lancés préalablement par 500 volts et introduisons entre P et P’ (fig. 8)
un champ antagoniste de 700 volts. La vitesse des électrons diminue (ainsi que le rayon de
leurs hélices) jusqu’au moment où cette vitesse est nulle. A partir de ce moment, ils rétrogradent en revenant sur leurs pas. Ils ne dépassent pas un certain point M où la densité
électronique doit être très grande. En ce point M, la courbure du faisceau est, si l’on peut
dire, infinie. Cette rétrogradation peut être rendue visible si l’on a laissé dans l’appareil
un résidu gazeux suffisant pour que la trace bleue soit perceptible, on voit cette trace
’
8
plateaux. La cessation de la lumière doit se produire à gauche du
M de rétrogradation véritable car les électrons cessent d’illuminer le gaz dès que leur
vitesse devient trop petite. Si l’on a chargé le faisceau d’atomes, ceux-ci se dégagent et
viennent donner un dépôt sur le plateau P’. Dans cette expérience, le jet d’atomes échappé
s’arrêter entre les deux
point
Fig.[8.
du faisceau
magnéto-cathodique
donne le plusl souvent un dépôt ponctuel (Wo, Na). Les
de la valeur du potentiel accélérateur et du ’potentiel
phénomènes dépendent cependant
antagoniste.
Dans
une expérience faite avec du tungstène avec 500 et 700 volts respectivement, pour
deux’potentiels, leidépôt de matière s’est fait sous forme d’un cercle bien délimité dont
le diamètre est à peu près 2 mm; c’est-à-dire que la trace n’était plus ponctuelle. (V, n° 2,
de la planche 1.) Ceci peut (s’expliquer (par le fait que, l’expérience étant réalisée dans’un
champ accélérateur pour les ions positifs, ceux-ci ont pu prendre une vitesse notable sous
l’action de ce champ. Cette vitesse a pu prendre une composante transversale notable à la
sortie du faisceau magnéto-cathodique, dans le choc contre le point de rétrogradation, et le
ces
.
rayon de l’hélice décrite par ces ions peutêtre notable. La valeur du rayon décrit par un ion
de tungstène lancé par une différence de potentiel de 100 volts est en effet de 3 cm au plus
dans un champ magnétique de ~. 000 gauss. Il ne s’agit que d’une valeur maxima réalisée
si toute la vitesse de l’ion était transversale, or elle est presque totalement longitudinale.
Un galvanomètre intercalé entre le filament et P’ manifeste l’existence d’un courant
correspondant au passage de charges positives circulant dans le sens du champ
(i = 6.f0-6 A.) Les atomes dégagés du faisceau sont donc bien à l’état d’ions positifs.
Rétrogradation d’un faisceau cathodique chargé d’atomes. - Si l’on fait la
expérience avec un faisceau cathodique, il n’y a plus de chances qu’on obtienne une
rétrogradation du faisceau sur lui-même ; celui-ci n’étant plus astreint à suivre la ligne de
force magnétique qu’il occupe. On réalise, en général, une trajectoire parabolique dont la
courbure est grande au sommet. L’expérience (Wo) montre que les atomes sont alors
dégagés et donnent leur trace en a (fig. 9), les électrons aboutissent en b où leur arrivée
peut être rendue sensible par phosphorescence. Dans ces expériences, le dégagement est-il
dû au fait que la courbure du faisceau est grande ou au fait que la vitesse des électrons est
nulle au point de forte courbure? Nous n’avons pu décider de ce point. Des expériences en
cours semblent montrer que le dégagement~peut s’effectuer encore dans d’autres conditions,
2.
même
mais elles nécessitent
encore
Solidarité entre
expériences
semblent
un
quelques;contrôles.
faisceau d’électrons et les ions qui y sont engagés. - Cers
solidarité inattendue entre le faisceau d’élec-
indiquer qu’il existe une
9
trons et les atomes plus ou moins ionisés qui y sont engagés. De quelle nature est-elle?
Avec des courants électroniques qui sont de l’ordre de un milliampère par mm" et une
vitesse v, produite par quelques centaines de volts, on peut se proposer, connaissant leur
vitesse, de calculer la densité d’électrons par unité de longueur, et de voir si l’attraction.
,
Fig. 9.
exercée sur un ion placé dans le faisceau ou à son voisinage immédiat est.
suffisante pour le rappeler constamment au voisinage du faisceau en surmontant l’action
d’un champ extérieur.
En fait une telle action électrostatique hi paraît suffisante, comme le montre un calcul
simple (t), pour contrebalancer l’action exercée sur l’électron par le champ extérieur h.
électrostatique
Mais
h1j ~
même que
h, ,c’est-à-dire que l’arrachement soit impossible, il faut
la grandeur de la masse des atomes qui sont 40 à ~~0 000 fois plus
lourds que les électrons et qui vont exercer sur le faisceau commun des effets d’inertie.
Pour préciser par un ~exemple, supposons un électron dévié par un champ électrique
transversal et décrivant une trajectoire parabolique de faible courbure p.
En chaque point
supposant
compter
encore
avec
iJ=1 En intégrant sur la longueur l des deux plateaux produisant
qu’à la sortieidesfdeux plateaux /le faisceau sera dévié de
le
champ Il,
on
trouve
Supposons maintenant le faisceau’chargé ~d’atomes dans la proportion de i atome
pour p électrons, par unité de volume, La réaction transversale d’inertie de l’atome est
MV2,
échangée avec p électrons, elle communiquera à chacun d’eux
p1 ,
P’.étant la?courbure
du
une
force transversale.
faisceau:commun.
à la suite de la communication de nos résultats, a bien voulu faire un calcul détaillé de
il est d’accord avec nous sur la possibilité de réaliser an moyen du faisceau d’électrons une
action électrostatique suffisante.
111’ (1) M. Bauer,
cette action,
’
10
du mouvement
L’équation
sera
alors, pour
électron.
un
où
est
En
intégrant,
Le
rapport expérimental
on a
pratiquement égal
puisse être
à l’unité. Ce serait
une errenr
de croire que le
rapport
considéré égal à l’unité, c’est-à-dire que l’on ait
en vertu de la conservation de 1 énergies, (celle-ci s’exprime d’une autre manière, elle fait
intervenir non pas le nombrez d’électrons par unité de volume, mais le nombre d’électrons
qui passent par seconde dans le faisceau).
z
plus probable
pratiquement
L’interprétation
on
doit avoir
D’autre
la
part,
on
quand
p
sera
i
rapporty égale l’unité consiste en ceci:
doit avoir
Comme V est certainement
faite
du fait que le
au
plus égal à v,
grand vis-à-vis du
sûr que cette condition
on sera
m
rapports.
171
Mais,
’
sera
satis-
général, cette restriction sera
appris sa vitesse à la suite d’un
en
inutile. Regardons, par exemple, ce qui se passe si l’atome
choc mou avec un électron, c’est-à-dire si
J1V == mv;
il suffira alors
que p>Il
)Î;
or, celte condition
sera
satisfaite si
p &#x3E’/;>
1.
expériences montrent la’possibilité d’engager dans un faisceau
cathodique des atomes de nature diverse. Ces atomes manifestent
magnéto-cathodique
alors une solidarité étroite arec le faisceau d’électrons où ils sont engagés, ce qui leur
permet d’accompagner ce faisceau dans la plupart de ses déformations. Il nous a paru utile
de signaler l’existence de ces phénomènes sans toutefois en avoir une explication définitive.
Conclusion. - Ces
ou
11
Ces expériences
semblent
effet
suggérer de nouvelles. Il serait intéressant
engagés dans un flux d’électrons lorsqu’on fait réfléchir ce dernier sur une surface cristalline comme lorsqu’on étudié la réflexion
des ondes de de Broglie. Dans nos expériences, nous avons utilisé des vapeurs de corps
solides susceptibles de laisser une trace matérielle persistante sur un écran : il faudrait
probablement, dans une expérience de réflexion cristalline, utiliser des atomes d’une substance gazeuse difficilement condensable et l’observation serait peut-être beaucoup plus
nous
en
notamment, de voir le comportement de
ces
en
atomes
difficile.
Notons
également que la très grande densité d’électrons libres réalisée au point de
rétrogradation d’un faisceau magnéto-cathodique nous paraît autoriser l’espoir que l’on
puisse étudier l’action de ces électrons, sur la lumière notamment. Nous avons entrepris
quelques essais dans ce sens.
Ce travail a été effectué au Laboratoire de Physique de la Faculté des Sciences de
l’Université de Bruxelles. Le Fonds National belge de la recherche scientifique a bien voulu
en subsidier la réalisation, Nous lui en exprimons notre reconnaissance.
Manuscrit reçu le 17 Novembre 1930.