Josep Grau i Cases

Grau i Cases, Josep

Hemeroteca Cientifica Catalana

EL RECENT TUB COOLIDGE DE RAIGS CATODICS ELS SEUS ANTECEDENTS DESPRÉS de perfeccionar considerablement una bomba de mercuri per a la producció del buid i d'aconseguir remarcables resultáis en l'estu-di de les repulsions causades indirectament per les radiacions lluminoses, CROOKES emprengué, fa ja 52 anys, l'estudi de les descárregues eléctriques en el buid. Sense cap llei de dubte, aqüestes recerques, en les quals H I T T O R F , i V A R -IEY que descobrí els raigs catódics, l'havien precedit, assenyalen el comen-gament d'una era, que, per un felic, encadenament de descobertes i troballes, ha fet mes profundes les nostres coneixences físiques, i ens ha perinés d'ar-ribar a les interioritats de 1'átom, el qué era, fins a les primeries d'aquest se-glé, hipótesi solament per a molts físics i monjoia infranquejable per a tots. És ben sabut que en sentir de CROOKES, els raigs catódics eren una manifestado de l'estat radiant de la materia; les apassionades controvér-sies que aquesta hipótesi—en el fons pur verbalisme—suscita, teñen una gran part en la fecunditat de les recerques a qué donaren lloc. Avui, en qué M I L L I K A N , després d'establir en experiéncies de corprenedora belle-sa la valor de la cárrega d'un electrón, ha pogut d i r : "És completament legítim el considerar un corrent eléctric com el pas d'una substancia definida, material i granular, al llarg "d'un conductor. Altrament dit, aqüestes dues entitats: electricitat i materia, que el segle X I X considerava com a distintes, s'ens comencen a aparéixer com a dos aspectes diferents d'una sola i ma-ti'ixa cosa", ens sentim inclináis a Tadmiració envers CROOKES que intuí genialment la mes curta i precisa descripció de l'allavors boirós fenomen. La remarca de H E R T Z de qué dins del tub de CROOKES, els raigs ca-tódics travessaven una prima fulla d alumini absolutament opaca a la llum, interposada en llur trajectória, porta LENARD a imaginar la possibilitat de fer ús d'aquesta propietat per tractar de fer-los sortir del tub de buid; re-petint aquest experiment, del qual parlarem després, RÓNTGEN en 1895 tro-bá els raigs X. Totjust descoberts aquests, POINCARÉ es pregunta si tota vegada que 12 C I E N C I A la producció de raigs X s'acompanya de fluorescéncies del vidre de l am-polla o tub, la causa deis raigs X no fóra precisament aquesta fluorescen-cia. BECOUEREL, per tal de comprovar-ho„ sotmeté a la irradiado solar uns cristalls de sulfat d'urani posats damunt una placa fotográfica reco-berta de paper negre i, en trobar la imatge d'aquells un cop revelada la placa, pensá haver comprovat que la fluorescencia del sulfat d'urani, que semblava provocada per la insolació, produia radiacions similars a les de RÓNTGEN. Repetit, pero, l'experiment sense sotmetre a la llum solar els cristalls d'urani, la imatge d'aquests persistía en la placa; no era, dones, la fluo-rescencia la causa deis raigs X, ni deis raigs de BECOUEREL, que així foren anomenats, de bon antuvi, els emesos pels cossos radiactius, la descober-ta deis quals pels esposos C U R I E fou la conseqüéncia del punt de vista inicial—que es demostrá després ésser fals—, suggerit per la troballa deis raigs X. L'estudi de la radiactivitat conduí al descobriment del Poloni, l 'Ac-tini i el Radi, presents en els minerals d 'Urani i Thori. Aixó s'esdevenia en 1898. D'allavors engá, la radiactivitat ha estat un camí de meravelles físiques. En 1912, F R I E D R I C H S i K N I P P I N G , en comprovar la hipótesi de L A U E de qué els raigs X havien d'ésser difractáis per la finissima estructura re-ticular que la ja antiga suposició de BRAVAIS atorgava ais cossos cris-tal-litzats, obren el camí a les recerques de BRAGG i de D E BROGLIE, entre molts altres, i ens dona ven, no solament el mitjá de refer damunt noves i mes fermes bases to:a la cristal-lograrla, sino, demés, un métode d'análisi físic de la identitat química deis átoms, per mitjá de llurs radiacions R Ó N T -GEN carcterístiques. Aquest métode, MOSELEY demostrá que és el mes precís de qué disposem per tal com justifica de manera objectiva, d a -record amb la seva llei de les freqüéncies característiques aritméticament creixents, les alteracions exigides per la classificació de M E N D E L E J E F en la serie de pesos atómics. La conductibilitat deis gasos que s'entreveia assimilable, per la seva naturalesa, a la deis electrolits, no pogué ésser explicada fins a la descoberta deis raigs X i l'estudi deis fenómens d'ionització provocáis per aquests raigs. La possibilitat dé mesurar la cárrega de l'electron és un deis seus fruits mes importants, el qual, junt amb l'espectrometria d'alta freqüéncia iniciada en la descoberta de L A U E , ha conduit l'atomística al punt de com-provar en tots els átoms, com a fonamentada en la seva part mes impor-tant, la teoria atómica de B O H R , basada en les teories de PLANCK deis quanta d'energía. Aquesta teoria de B O H R , ha permés a SOMMERFELD, en preveure els fets d'estructura fina de les ratlles espectrals i comprovar-C I E N C I A 13 los principalment en el domini deis raigs de RONTGEN, establir la certesa deis nivells d'energia i órbites quántiques deis electrons corticals de l'á-tom i demostrar, a l'ensems, que les variacions de massa, que son conse-qüéncia de les de velocitat, obeeixen a les liéis de relativitat establertes per EINSTEIN. Veiem, dones, que els raigs X es troben en la base de totes les des-cobertes i adquisicions que son fites importants de la Física moderna. La producció de raigs X en un tub o ampolla de RONTGEN té lloc quan les condicions d'enrariment del gas son tais que la descárrega s'inicia, adés perqué, sota la influencia del camp eléctric aplicat entre els eléctrodes, el cátode emet un cert nombre d'electrons que donen lloc a la ionització i consegüent conductibilitat del gas, adés per ésser aquesta conductibilitat produida com a conseqüéncia de radiacions ultrapenetrants provinents de lespai. Els ions positius son atrets peí cátode i preñen el nom de raigs positius o raigs cañáis. Aquest nom és degut a GOLDSTEIN, per tal com els con-duí a través d'una canal practicada en el cátode, a un clos de l'ampolla existent darrera d'aquest dar re r ; V I L L A R D els designa també sota el nom d'aflux catódic. Com a conseqüéncia, probablement, de l'efecte térmic pro-du'it sobre el cátode per l'aflux catódic o bombardeigs d'átoms materials de massa relativament elevada que es mouen amb velocitats de l 'ordre de 10.000 km per segon, el cátode emet electrons, o cárregues elementáis d'e-lectricitat negativa, els quals son accelerats per la diferencia de potencial aplicada. La topada d algún d'aquests electrons amb els átoms del gas en-rarit, manté la ionització d'aquest i la descárrega continua amb el mateix mecanisme. Els restants electrons son projectats sobre l'anticátode amb velocitats enormes, corresponents ais voltatges que s'apliquen, i constitueixen el feix de raigs catodics, els quals, en arribar a l'esmentat anticátode son aturats sobtadament, amb el qué una petita part de llur energía cinética, de l'ordre del mil-lésim, es converteix en raigs X. Tenim, per tant, en 1'ampolla de Rontgen, tres menes de radiacions: els raigs X, de natura oscil-latória; els raigs positius o raigs cañáis, de na-tura material, i els raigs catodics, constitu'its per electrons en rapidíssim moviment. Els fenómens de radiactivitat s'acompanyen aiximateix de tres radia-cions similars: els raigs gamma, de natura oscil-latória, que son, possible-ment, els raigs X caracteristics del Radi, o millor, del seu nucli ; els raigs alfa, o nuclis d'Heli expulsáis peí Radi en la seva transmutació, com-parables ais raigs cañáis; els raigs beta, constitu'its per electrons exacta-14 C I E N C I A ment idéntics ais que formen els raigs catódics, ene que animats de veloci-tats molt superiors a les d'aquests. Si els raigs X i els seus análegs els raigs gamma del Radi, derivats tots ells de les recerques de CROOKES, ens han donat tan meravellosos fruits, les altres radiacions que els acompanyen han estat, aiximateix, ben fecundes. Els raigs cañáis de GOLDSTEIN, primer en mans de J. J. THOMSON, des-prés en les d'AsroN, han permés la mesura precisa de les masses atómi-ques, i aquest darrer, amb el seu espectrómetre de masses, ha pogut de-mostrar que un gran nombre d'elements, el pés atómic deis quals no és exactament múltiple de la unitat, son simples méseles d'elements isotópics de pesos atomics distints, múltiples exactes de la unitat, que difícilment per cap altre mitjá fisic o químic haurien pogut amb certesa ésser des-triats. La noció d'isotopia introduida per SODDY vers el 1914, per designar els elements que amb tot i teñir pesos atomics distints, ocupen el mateix lloc en la classificació periódica, fou establerta per seqüencia de la cons-tatado de qué en els cossos radiactius a cada emissió de raigs beta o elec-trons, les propietats químiques d'aquells cossos varien, per tal com aqües-tes propietats depenen del nombre de cárregues positives lliures del nucli atómic. Aquesta noció d'isotopia com a conseqüéncia deis treballs d'AsTON, s'estén a tots els elements, amb la qual cosa ens acostem a la hipótesi de PROUT, segons la qual tots ells son compostos d'hidrogen, ene que no atribu'im a aquest un pes atómic igual a la unitat, sino superior a ella en 0,008. El nucli de 1'átom d'hidrogen, la cárrega eléctrica del qual és, pero amb signe positiu, igual a la del electrón, ens sembla, junt amb aquest, ésser un constituent universal de la materia. Reforja aquesta suposició, fonamen-tada en innombrables concordáncies experimentáis, si bé indirectes, el fet que RUTHERFORD, al qual devem les hipótesis iniciáis sobre els nuclis ato-mics, formulades a la llum de les seves recerques sobre la radiactivitat, provoca la primera transmutado artificial constatada, mitjanqant el bom-bardeig amb raigs alfa de nuclis atomics de diferents cossos, especialment del Nitrogen, deis quals alliberá átoms d'Hidrogen. Una transmutado de sentit invers, que vindria també a confirmar aque-lla créenla, sembla haver estat recentment provocada per PANETH i P E -TERS, els quals creuen obtenir Heli a partir de l'Hidrogen, fent que aquest, rigorosament purificat, sigui absorbit, a la temperatura ordinaria, per Palla-di finament pulveritzat. Els raigs catódics, després d'haver donat ocasió per a la descoberta de RÓNTGEN, havien romas molt temps sense extendre llur domini; pero el 20 C I E N C I A 15 d'octubre darrer, el Dr. W. D. COOLIDGE, llegí una comunicació sobre nous i interessants fenómens provocáis péls mateixos, amb ocasió d'ésser-li ator-gada la medalla d'or del premi HOWARD N. POTTS peí Frankiin Instituto de Filadélfia. La personalitat del Dr. COOLIDGE adquirí un gran relleu fa deu o dotze anys amb la creació del seu tub de raigs X 'de filament incandescent, en el c[iial la descárrega es purament electrónica sense producció de raigs posi-tius, car no hi ha ionització del gas residual, ádhuc ni a tensions superiors a 200 Kv., per tal com ha estat exhaurit ñns al punt on permeten les mo-t r i l e s técniques del buid. Els electrons que intervenen en la descárrega i que formen el feix catódic s'obtenen per efecte E D I S O N , portant a la incan-descencia, mitjanqant un corrent auxiliar, el filament contingut en el cátode de lampolla. Els avantatges que presenta aquest sistema son tan nombrosos, que Tus de les ampolles o tubs COOLIDGE en els seus diversos models s'ha ex-tés universalment, permetent invlestigacions notabilíssímes i fcoritrSbuiht poderosíssimament al perfeccionament de l'aparellatge i aplicacions deis raigs X. Per aquests motius rebé el Dr. COOLIDGE el premi abatís esmen-tat, el qué li dona ocasió a presentar el seu nou tub de raigs catódics. Hem dit ja que LENARD, coneixent lobservació de H E R T Z relativa a la transparencia per ais raigs catódics d una minea fulla d'alumini, es pro-posa aprontar aquesta propietat per fer que els raigs catódics deixessin el clos de lampolla i penetressin en l'atmosfera. Per aconseguir-ho, dispo-sá enfront del cátode (els raigs catódics es propaguen perpendicularment a la superficie d'aquest) una prima lámina lalumini de 2,5 mil-lésimes de mil-límetre d espessor, la qual recobria un petit forat practicat en una peca metál-lica subjecta a la paret del tub. Els raigs catódics produíts per ionització del gas restant en el tub, sor-tien a l'exterior a través d'aquesta mena de finestrella, que resistia, no obstant, la pressió atmosférica, i formaven a la sortida un tenue pinzell de raigs electrónics rápidament absorbits per Taire ambient. El voltatge aplicat ais termináis del tub era de 1 ordre de 30 kilovolts i el buid relati-vament débil. És de notar que LENARD, cosa comprensible, no veia els fenómens que provocava, com els veiem nosaltres i fou no sense resistencia notable que admeté, d acord amb el calculat per SCHUSTER, que els raigs catódics eren radiacions corpusculars, sense, pero, profunditzar en llur natura totalment incerta en aquella época. El Dr. COOLIDGE ha représ i modernitzat l'experiment de LENARD i ha obtingut efectes verament sorprenents amb el potent feix de raigs cató-dics emesos peí seu nou tub. En aquest, els raigs catódics es produeixen 16 C I E N C I A per l'acceleració comunicada ais electrons emesos per un filament incan-descent, com el del seu tub de raigs X , sota l'acció d'una tensió continua que assoleix els 350.000 volts, aplicada entre el cátode i l'ánode de qué després parlarem. La finestrella a través de la qual emergeixen els raigs catódics és de níquel, de gruix semblant al de la del tub de LENARD , pero amb un diá-metre de 75 mm. El buid practicat en el tub és quasi perfecte i, per tant, la pressió exterior que ha de resistir la finestrella de níquel és, almenys, de TOO lliures (unes 7 atmosferes); esforc, enorme que no podría sostenir sen-se estar reforjada a bastament per una estructura alveolar, en forma de bresca, construida en molibdén. El cátode, que conté el filament incandescent, está situat en el centre de l'esfera de vidre i separat uns 25 millímetres de l'extrem del tub de cou-re que constitueix l'ánode, per l'interior del qual passa el flux d'electrons, sense que aquests puguin atényer el vidre i ocasionar-ne la perforació, ádhuc ais voltatges mes alts. El tub o ánode d a r a m es perllonga a l'interior d'una tubulura de vidre i fineix en un disc de metall invar soldat directament al vidre d'aquesta tu-bulura, amb el qué s'obté un junt absolutament hermétic, el qué fa que el tub pot ésser separat de la bomba o instal-lació d'evacuació i manipulat amb idéntica facilitat que els tubs de raigs X. Demés, per teñir l'invar el ma-teix coeficient de dilatació que el vidre, ádhuc en el cas d'augmentar l'ex-trem del tub de temperatura, la resistencia de la juntura no sal tera. Da-munt del disc d'invar, és soldada la finestrella de níquel amb el reforc, de molibdén abans descrit. La regulació es fa modificant la incandescencia del filament, igual que en els tubs COOLIDGE de raigs X, i actuant sobre del voltatge continu apli-cat al tub. Sota la influencia de la tensió aplicada, els electrons emesos peí filament a una velocitat de uns 3 km per segon, s'acceleren fins assolir una velocitat de 245.000 km per segon, i per dintre del tub d'aram anódic ar-riben a la finestra de níquel, que travessen, i surten a l'atmosfera amb sois una lleugera disminució de velocitat. Amb tot i que els electrons emesos peí tub no assoleixen la velocitat deis que formen els raigs beta del Radi, llur nombre, en sentir de COOLID-GE, és igual al deis que serien emesos per una tona de Radi. E n posar en funcionament el tub es forma davant la finestrella una boira purpúrea del tamany d'una esfera de 60 cm de diámetre, produida per la íonització de Taire pels electrons rápids que surten del tub. Llur po-der penetrant depén del voltatge de funcionament: és lleuger en les subs-tancies solides i quasi inapreciable en els metalls densos. I rradiant per un instant cristalls de calcita, aquests preñen l'aspecte de C I E N C I A 17 brases de foc, amb tot i brillar amb llum absolutament freda ; llur esclat comenta en Tarea mes próxima a la superficie per on penetren els raigs. Aquesta luminiscencia ataronjada pot mantenir-se durant varíes hores si la irradiado es prolongada. Cuan fineix, s observen en l'interior del cris-tall nombroses espumes o destells blau-blancs, veritables explosions eléc-triques, resultants del bombardeig deis átoms del cristall pels electrons d'alta velocitat. La sal ordinaria pren una color bruna i mis molt temps després no re-cupera son color i aspecte usuals. El granet, mésela de varis minerals, emet diverses colors, algunes rápidament fugisseres, mentre que altres roma-nen bastant de temps. El vidre corrent es torna negre; l'aigua esdevé ro-genca; la llet queda pasteuritzada a l'acte, pero pren una sentor desagra-dable. El mes sorprenent deis experiments portats a terme ha estat la trans-formació del gas acetilén, ordináriament incolor, en una pols groga, sem-FÍQ-. I Tub COÜLIDGE de raigs X model Standard - -*>- -**• <&> 1MR. 2 El nou tub de raigs cató-dics del Dr. COOLIDGE blant a l'obtinguda en petitíssimes quantitats tractant l'acetilén amb el Ra-di. Aquesta substancia groguenca pot produir-se en quantitats relativament | r a n s , adés en forma de polsina lleugera, adés com un venus fortament adherent en peces col-locades dintre del gas. Sotmesa a l'acció de molts dissolvents ha resultat del tot insoluble, d on sembla entreveure's la pos-^Sibihtat práctica d'emprar-la com a vernis o capa protectora per a metalls. L'oh de ricí es solidifica també en ésser bombardejat pels electrons rá-p i d s del nou tub. 18 C I E N C I A Les bactéries i petits insectes moren instantániament sota la irradia-d o i es provoquen amb ella al tres modificacions biológiques, com la se-güent : L'exposició durant una décima de segon d'una perita superficie deli-mitada damunt 1 orella d'un conill gris, produí la pérdua temporal del peí. Augmentant l'exposició fins a un segon damunt un altra área circular, es forma sobre d'aquesta una escata o crosta. En desprendre's s'emportá el pél subjacent i al cap d'algunes setmanes aparegué damunt Tarea tractada una profusa vegetado de pél molt mes llarg i de color blanc com la neu. Prolongant les exposicions fins a un minut, es produeix la crosta en ambdós costats de l'orella i en el forat que deixen en desprendre's, es forma una franja de pél blanc. Aqüestes son les mes interessants de les primeres experiéncies fetes amb el nou tub. No hem volgut relatar-Íes sense donar abans una idea de com s'enllac,a l 'instrument que les produeix a les investigacions que l'han precedit, enumerades tan sois per tal de presentar una visió de conjunt de les t rascendenta l coneixences derivades de l'estudi de la descárrega eléc-trica en els gasos. El tub COOLIDGE de raigs catódics no és, fins ara, mes que un aparell de laboratori. Independentment de les aplicacions practiques a qué podrá ésser dedicat, ens sembla fora de dubte la seva valúa en el terreny de la investigado, puix si s'ha dit que les radiacions ultia-violetes, els raigs X i els raigs del Radi ens permeten veure Tinterior deis átoms, és segur que els raigs catódics d'alta velocitat, o raigs LENARD-COOLJDGE, ens ajudaran també a aclarir el rmsteri de la materia, de laprofitament de Tenergia in-terna de la qual está cobejosa la Fisica moderna. JOSEP G R A U C A S A S Director d'Ildea 

El recent tub de Coolidge de raig catòdics: Els seus antecedents

http://revistes.iec.cat/index.php/ciencia/article/download/78740/78489

El recent tub de Coolidge de raig catòdics: Els seus antecedents

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hemeroteca Cientifica Catalana