Données pratiques sur l ampoule Coolidge Marcel Boll, Lucien Mallet To cite this version: Marcel Boll, Lucien Mallet. Données pratiques sur l ampoule Coolidge. J. Phys. Theor. Appl., 1916, 6 (1), pp.169-175. <10.1051/jphystap:019160060016900>. <jpa-00241961> HAL Id: jpa-00241961 https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00241961 Submitted on 1 Jan 1916 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 169 DONNÉES PRATIQUES SUR L AMPOULE COOLIDGE Par MM. MARCEL BOLL et LUCIEN MALLET 1). - 1. Généralités. tube Coolidge est une nouvelle source de rayons X qui diffère essentiellement des ampoules habituelles par ce fait que les électrons n y sont pas mis en liberté jpar la décharge disruptive et que l ionisation par chocs n y joue plus un rôle important. Il s ensuit que le vide dans les tubes Cc,olidge est extrêmement poussé (de l ordre de quelques centièmes de micron de mercure) et que la cathode, comprend une spirale de tungstène (fig. i), qu on peut porter au rouge par un courant indépendant 1 et qui libère des électrons par effet Edison-Richardson. On sait qu à une température absolue T, un rnétal quelconque (qui contient n électrons par centimètre cube) émet par centimètre carré de surface et par seconde un nombre,j d électrons donné par la loi de Richardson :. où k est une constante ; là._-_ 8,32 X 1 Qï est la constante des gaz parfaits et est le travail pour vaporiser un électron-gramme, soit 7 X 1023 électrons dans l espace environnant l e n1éta1. r Le courant i qui traverse l ampoule Coolidge serait de la forme : où e est la charge électrique de l électron. - ---- - ------ (1) Communication faite par 1I. Marcel Boll à la Société française de Physique. séance du 1 er décembre 4916. Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019160060016900
Quand 170 Les électrons ainsi libérés seront Pntraînés par le champ électrique appliqué et ils produisent des rayons X en frappant l anticathode (massive en tungstène) avec une vitesse v dont on peut se faire une idée en appliquant la formule : où 1n est la masse d un électron et U la différence de potentiel aulx bornes du tube... On avait cru pouvoir déduire de ces deux dernières formules : 1 Que le courant i ne dépendait que de la température T du filament, c est-à-dire du courant 1 qui le traverse ; 2 Que la vitesse v des électrons étant bien déterminée, le faisceau de rayons X devait être homogène et que le degré de pénétration ne dépendait pas du courant 1. Nous verrons que ces affirmations, qui jusqu à présent ont été reproduites dans la littérature, sont grossièrement erronées. Le seul point qu il y ait à retenir, c est celui-ci : lorsqu on se donne à la fois la différence de potentiel appliquée U et l intensité 1 qui alimente le filament de tungstène ( ), le régime du tube Coolidge sera parfaitement défini à la fois comme puissance émise sous forme de il faut rayons X et comme composition spectrale du rayonnement ; faire remarquer qu une très faible variation de l intensité 1 changes énormément le régime du tube, ce qui exige à la fois que ce courant soit maintenu cons! ant et qu on puisse lui faire subir à volonté des variations très petites, grâce à un rhéostat convenable intercalé dans le circuit. Comme l ampoule Coolidge est déjà assez employée et qu elle nous parait appelée à an grand avenir tant auprès des physiciens qu auprès des praticiens, nous allons résumer les résultats que nous avons obtenus à l Hô P i1 81 du Val-de-Grâce, da-ns le service du D A. Béclère. - 2. Régime électrique. du tube. on s i1pose à est I, le courant i qui traverse l ampoule la fois U est déterminé : il est donné par une surface dans un espace à trois dimensions. On aura une idée (1) La pression à l intérieur du tube Coolidge restait constante, les régulateurs habitue.ts,osinorégulateur, rtyulatenr à air, régulateur chimique àétinceue, etc.) deviennent sans objet.
D une La 171 de cette surface en la coupant par des plans parallèles soit au plan des i, I, soit au plan des i, U ; on obtiendra ainsi des réseaux de courbes à voltages U constants ou à intensités I constantes (à températures T constantes). a) Courbes à rouages constants. - [, âllttre de la loi de Richardson fait prévoir que i doit croître très rapidement avec 1, ce que l on vérifie tant que 1 n est pas trop grand. Sinon, les ac tion s électrique et magnétique exercées par l ensemble des électron s sur chacun d entre eux ne sont plus négligeables et le courant i reste sensiblement constant pour des valeurs croissantes de 1.. b) Courbes à temljératures constantes. - manière générale, le courant i aug mente en fonction de U. Il faut remarquer qu à faibles voltages (U 2 000 champ électrique appliqué à l ampoule n est pas suffisant pour ent~r~aîner tous les électrons émis et l intensité i reste très petite. - 3. Puissance globale émise sons forme ~ae rayoens X. seule méthode tout à fait générale, qui permette de mesurer la puissance totale d, un rayonnement (simple ou complexe), consiste à placer sur son trajet un corps qui l absorbe complètement (sous forme d énergie calorifique) et de mesurer l énergie que ce corps absorbe par seconde. Malheureusement, cette mesure thermique n est pas encore au point dans le c-as des rayons ~. ; et nous avons ùû,pressés par le temps, nous contenter de mesures d ionisation, extrêmement sensibles, mais qui ne permetient pas une interpr-étation irréprochable, car on ignore encore si, à absorption égale, dés rayons X de longueurs d ondes différentes produisent des courants d ionisation très différents. Nous avons reçu le faisceau complexe de rayons X à travers un électroscope à feuilles d or en papier plombaginé et par convention nous avons pris comme mesure de la puissance rayonnée l inverse du temps mis par la feuille d or pour tomber d un certain angle à partir d une position bien détern1inée; cette puissance (létait ensuite convertie en unitàs V par minu te utilisées par les médecins (1). (1) Rappelons qu une ampoule a émis 1 V, torsqubme pastille de platinocyanure de baryum1, placée à Î,:5 centimètres de l anticatliode, a viré de sa teinte prinüliv-e à une nouvelle teinte type (effet les mesures d ionisation comportent d ailleurs une précision bien supérieure à celle de l appréciation d un changement de teinte.
172 Comme précédemment, la puissance est représentée par une surface dans un espace à trois dimensions (U,, 0153) ; ce sont les courbes à voltages constants, qui sont les plus intéressantes, c est-à-dire les courbes obtenues en coupant la surface par des plans parallèles au plan des i, Le. Le réseau de courbes est reproduit par la figure 2; les tubes liabituels (à anticathode de platine, Chabaud, ou à anticathode de tungstène, Pilon), peuvent émettre de 0,2 à 0,5 V par minute, ce qui montre que la puissance émise par le tube Coolidge sous forme de rayons X peut être plus de vingt fois supérieure à celle des a mpoules usuelles. FIG. 2. L aspect de ces courbes montre qu on a eu tort de prétendre a_priori que la puissance Çt) devait croître avec l intensité i qui traverse l ampoule ( ), puisque # commence par croître, passe par un maximum et décroît jusqu à devenir très pet i te. Il faut attribuer cet effet l ensemble des électrons sur chacun d eux ; à l action exercée par (1) De même, il est faux de soutenir qu à température constante T du filament, ~ est indépendant de U.
On, 173 lorsque, pour un cerlain voltage, l intensité i devient trop grande, la vitesse des électrons diminue et le tube se trouve en quelque sorte mis en court-circuit ( 1 ). On peut aussi calculer le rende1nent pratique du tube qui est P proportionnel à 0i et qu on peut exprimer en unités V par hectowattheure dépensé dans l ampoule ; on constate alors que ce rendement est très supérieur à celui des tubes ordinaires pour les volages moyens à faible intensité et pour les voltages élevés quelle que soit l intensité i., -- 4. Composition du rayonnement X. ne peut se rendre compte d une manière satisfaisante de la composition d un faisceau de rayons X qu en l étalant en spectre et de Broglie a montré que le tube Coolidge émet, outre mn spectre continu s étendant sur plusieurs octaves, une douzaine de raies peu pénétrantes, dites raies I, et deux raies très pénétrantes ou raies K; nous ne pouvons que renvoyer à son intéressant article (2) pour Je détail des résultats qu il a obtenus. Les spectrographies de de Broglie ne nous donnent qu une idée imparfaite de la composition quantitative d un rayonnement X com-, plexe ; mais, dans l état actuel de la science, on ne peut guère aller plus loin. Nous indiquerons néanmoins quelques-unes de nos expériences qui peuvent avoir des applications pratiques, car d une part, elles montrent que le rayonnement du tube Coolidge est aussi hétérogène que celui des autres ampoules et, d autre part, elles indiquent le degré radiochromométrique du faisceau dans les différents cas. a) L étude de l absorption d un faisceau de rayons X par des épaisseurs croissantes de métal donne une idée de son hétérogénéité. Si, en effet, le rayonnement était monochromatique, la courbe d absorption serait une exponentielle de la forme : çp == 1"0 exp ( - -r.z),. où est la puissance rayonnante incidente et la puissance après (1) Si les courbes correspondant à des voltages élevés (L > 50.000YolLs) ne présentent pas de maximum, que le maximum n a pu être atteint dans les conditions de l expérience (puissance limitée du contact tournant, échauffement exagéré de l anticathode). 7e Physique, même fascicule.
, valeurs Lorsque 174 une épaisseur ; dans ce cas, le coefficient d absorption x resterait constant. iiu contraire, lorsque le rayonnement est complexe, on peut voir comment x varie avec et comparer ces variations dans des conditions analogues. C est ainsi que, pour des épaisseurs d aluminium croissant de 0,1 à2 millimètres, x varie : Ce qui montre à nouveau que le rayonnement du tube Coolidge n est pas sensiblement plus lioniogène que celui des autres ampoules. b) Dans une autre série d expériences, nous avons mesuré, dans chaque cas, le degré de pénétration du faisceau de rayon X au radiochromomètre de Benoist; cet appareil, qui au point de vue théor que n offre plùs qu un intérêt historique, conserve une certaine importance pratique, pour la radiograpliie et la radiothérapie. D une manière générale, le degré Benoist D décroît sensiblement lorsque, maintenant U constant, on fait croître i ; on a les approximatives suivantes : Nous avons constaté avec un certain étonnement que même pour des voltages de l ordre de 123.000 volts, c est-à-dire pour des distances explosives de plus de 25 centimètres, D ne dépasse guère i B même po ur des courants très petits : le tube Coolidge n arrive pas à émettre des rayons très durs. Naturellement, on peut filtrer le rayonnement par des épaisseurs d aluminium variant entre 0,5 et 1 centimètre ; D peut alors atteindre 10, B, en même temps peut être deux ou trois fois plus grand qu avec les tubes ordinaires pour la même dureté des rayons. 5. Conclusions. 2013 En résumé, ce qui caractérise au point de vue pratique le tube Coolidge, ce sont : --- 1 La stabilité. la différence de potentiel appliquée et le courant qui le traverse sont maintenus constants, le rayonne-
On ment X conserve très longtemps la même puissance totale érnise et le même degré de pénétration., - 2~ La souplesse. peut aussi facilement passer da régime «mou» au régime «dur» qu effectuer le passage inverse ; 3 Sa grande puissance, qui atteint vingt fqis celle des tubes ordinaires ; 4 Son rencleinent n est nettement supérieur 175 à celui des autres ampoules que pour des rayons pas trop mous ; 5 La dureté du rayonnement n est jamais très considérable, puisque même pour des différences de potentiel considérables (125.000 volts), elle ne dépassepas 7 B j mais la puissance émise est telle qu après filtration à travers un centimètre d aluminium, on obtient des rayons aussi pénétrants et bien plus intenses que ceux qu on produit difficilement avec les tubes habituels. INFLUENCE DE LA RÉSISTANCE DE L AIR SUR LA TRAJECTOIRE DE PROJECTILES LÉGERS EN ROTATION; Par M. Z. CARRIÈRE. J ai étudié les trajectoires aériennes de balles sphériques en moelle de topinambour mises en rotation et lancées au moyen de l appareil suivant (lig. 1). Quatre tambours 0~, 0 H 0,, 0 2 parallèles entre eux sont montés sur un bâti rigide de façon que les bandes sans fin B, et I32 qui les enveloppent deux à deux soient dans leurs portions NN et MM horizontales et parallèles. O 2 peul recevoir une translation verticale de façon à régler l écartement N M des deux bandes. Le ten- deur 0. assure le parallélisme pour l écartement, imposé. Soit une balle sphérique C de rayon R placée entre les deux bandes dont l écartement est égal Soit 1"q et V 2 les vitesses des bandes entrainées par les tambours 0~ et O~. La balle roule sans glisser entre les deux bandes. Son centre se déplace avec une vitesse U parallèle à V, et à V 2 pendant que chacun de ses points tourne avec une vitesse w autour du diamètre horizontal normal à U. Je considère comme positives les rotations du sens de la flèche les vitesses U ou V dirigées vers la droite. On doit toujours avoir U > o. Cela veut dire que le lancement se fait toujours