Etude sur le passage de la décharge électrique à travers les gaz raréfiés et sur la répartition du champ dans l'espace sombre

Résumé
I. J'ai essayé de montrer pourquoi la région comprise entre la lueur négative et la cathode est une région de faible luminosité, ce qui lui a valu son nom d'espace sombre. L'absence presque complète de lumière est due au champ électrique qui empêche la recombinaison des ions. L'analyse détaillée des autres causes de luminosité rend compte de la faible lumière observée et des anomalies rencontrées dans le cas des gaz rares. II. Selon les idées développées autrefois par Townsend et par plusieurs autres auteurs, la décharge n'apparaît dans le tube que quand une ionisation générale (principalement due aux ions positifs) est possible. Dès que la décharge est commencée, il se forme un espace sombre, dû à la charge spatiale de l'afflux positif qui se dirige vers la cathode. L'émission cathodique provenant du bombardement de la cathode par cet afflux permet de comprendre la continuation de la décharge et la formation de la chute cathodique. Deux phénomènes contribuent donc simultanément à la persistance de la décharge : l'ionisation par les rayons positifs et l'émission cathodique. III. Ces deux phénomènes permettent d'imaginer deux potentiels minima nécessaires, l'un pour l'amorçage de la décharge, au moment de l'apparition de l'ionisation par les rayons positifs, l'autre pour son entretien; ce dernier correspond à l'émission cathodique minimum nécessaire à l'entretien de la décharge quand l'ionisation par les rayons positifs diminue. IV. Dans la plupart des cas, l'existence même de l'émission cathodique entraîne pour la décharge une forme instable. Le courant traversant le tube ne peut ètre constant que si une condition relative au nombre d'ions formés dans l'espace sombre par les rayons cathodiques est remplie. Quand cette condition est réalisée, l'ionisation par rayons positifs doit nécessairement exister. V. Une méthode de calcul simple et tout à fait générale m'a permis de montrer que les lois expérimentales découvertes pour la répartition du champ dans l'espace sombre ne sont explicables qu'en faisant intervenir l'ionisation par les rayons positifs. Ce résultat est absolument conforme à celui auquel Townsend était arrivé par d'autres considérations. De plus, si l'on désigne par λ le libre parcours moyen donné par la théorie cinétique pour une molécule ordinaire, la comparaison des courbes expérimentales avec les résultats théoriques a montré que : 1° Pour les rayons positifs, dont le libre parcours moyeu est, à cause de leur vitesse, égal à λ √2, le pouvoir ionisant calculé est voisin de celui déterminé par Townsend; 2° Les rayons cathodiques, dont le libre parcours moyen est 4 λ √2, produisent en moyenne deux ions pour 3 on 4 chocs; 3° Le courant d'ions positifs issus de la lueur négative n'est, en général, qu'une faible fraction du courant total traversant le tube; 4° L'émission cathodique représente une fraction non négligeable du courant total (ce qui entraîne la nécessité de la condition de stabilité indiquée plus haut, et, quand elle est réalisée, la nécessité de l'ionisation par les rayons positifs).