Tout commence en 1895 lorsque Wilhelm Roentgen (1845-1923) mit en évidence l’existence des “rayons X”. Ce professeur prussien, directeur de l’Institut de physique de Würzburg, se consacrait à l’étude des décharges électriques à travers des gaz au moyen d’un appareillage des plus rudimentaires, à savoir : une bobine de Ruhmkorff, pour produire de l’électricité à haut voltage, un tube cathodique dans lequel se produisait la décharge (tube de Crookes). C’est tout ! Le tube, sous vide, était simplement une ampoule de verre en forme de globe, de saucisse ou de poire, pourvue d’une paire d’électrodes métalliques (cathode et anode). La décharge électrique s’effectuait entre celles-ci. C’est à la cathode (électrode négative) qu’apparaissaient, perpendiculairement à celle-ci, les rayons cathodiques, flux d’électrons, qui allaient frapper la paroi du tube dont le verre s’illuminait d’une lueur fluorescente.
Fig. 1– Tube simple à rayons cathodiques
Le 8 novembre 1895, peut-être par accident, Roentgen observa qu’un écran fluorescent placé à proximité de son équipement s’illuminait, bien que le tube soit recouvert d’un carton noir. Il venait de découvrir un nouveau type de rayonnement auquel il donna le nom de “rayons X”, n’en connaissant pas la nature. Il constata également que ces rayons avaient l’étrange pouvoir de projeter une image des os de sa main sur un écran. Intrigué, il répétera ses expériences durant le mois de décembre et ne publiera qu’un court article à la fin de l’année qui eut un retentissement énorme dans le monde scientifique. Quand le prix Nobel fut fondé en 1901, le prix de physique alla tout naturellement à notre savant.
Un certain nombre de propriétés intéressantes présentées par ces rayons furent bientôt mises en évidence : notamment, ils impressionnaient la plaque photographique, ils ionisaient les gaz, les rendant conducteurs de l’électricité, de plus, fait essentiel, ils avaient un grand pouvoir pénétrant, propriété à la base de la radiographie. Ce ne sera qu’en 1912, à la suite des expériences de W. Friedrich et P. Knipping que leur nature de rayonnement à très grande fréquence sera établie. Ils entrent dans la catégorie des rayonnements électromagnétiques au même titre que la lumière, c’est-à-dire une émission de photons à très haute énergie, au delà de l’ultra-violet.
Les expériences de Friedrich et Knipping, sous la direction de Max von Laue (1879-1960) consistaient en ceci : ils dirigèrent un faisceau de rayons X sur un cristal de sulfure de zinc (ZnS) et constatèrent la présence de taches de diffraction sur une plaque photographique placée derrière le cristal. La nature ondulatoire des rayons X était ainsi démontrée et, la nature réticulaire des cristaux confirmée, c’est-à-dire le fait que l’on puisse décrire les structures comme un ensemble de familles de plans (un empilement de couches d’atomes), chaque plan d’une même famille étant séparé d’une distance constante, il devenait possible d’évaluer les distances atomiques en fonction des valeurs des longueurs d’onde des rayonnements diffractés. Cette expérience valut à M. von Laue le prix Nobel de physique en 1914. Elle eut une importance déterminante pour l’étude des propriétés des matériaux.
robertsix 