ii.V ■;i*''» 1 ■ Hf-j»^^^- m H Bc^^CafeMj 1 iB .#^ jr >^, M vsKBÉ^^SHHLiV^âiKÎL'^i^b^^^^^^^hB^^^I ^^jl ; EVPS^i^ljlSi^S? '^ f^§ iAi< ■,.. ^IM* J^*^, ér^^ f^"'-»^' k^ TRAITE nr. RADIOACTIVITÉ 1'Al\ Madame P. CURIE, PIlOKESSiaU A LA l'VCl 1-TK DKS SCIKNCES DK l'AUlS. TOME I. PAllIS, GAUTHIEU-VILLAIÎS, IMPRlVlEUR-LlimAlRK D« BUREAU DKS LONGITUDKS, DE l'kCOLE PO I. ï T E C H X I 0 t'K , Quai des Grands-Augustins, 55. 1910 Digitized by the Internet Archive in 2009 with funding from University of Ottawa http://www.archive.org/details/traitderadioac01curi TRAITÉ RADIOACTIVITÉ. ')i005 PAIUS. — IMPRIMERIE GAUTHIER-VILLARS. Oiiai des Grands-Auguslins, 55. ss^ ^s: %^ 1 leUog._ ."3«^w>u ■ ■ ~'-^'r-"^-'S's vj' :■« 1859 -/1906 Ch Willmann ,A^ TRAITÉ DE RADIOACTIVITÉ PAR Madame P. CURIE, PROFESSELll A LA FACLT.Tl-: DF.S SCIKXCES DE PARIS. TOME I. PARIS, GAUTHIEU-VILLARS, IMPRIMEUR-LIBRAIRE DU BtUEAV DES LONGITUDES, DE l'ÉCOLE PO L Y T E C H M Q f E Quai des Grancis-Augustins, 55. 1910 Tous droits cJc traduction cl de reproduction réservés. INTRODUCTION'. Cet Ouvrage représente l'ensemble des leçons qui ont constitué pendant ces dernières années le cours de Radioactivité professé à la Sorbonne. La rédaction de ces leçons a été complétée par quelques développements qui n'avaient pu trouver place dans l'enseignement. La découverte de la radioactivité est relativement très récente puisqu'elle remonte seulement à 1896, année dans laquelle les pro- priétés radiantes de l'uranium ont été mises en évidence par Henri Becquerel. Cependant le développement de cette science a été ex- trêmement rapide, et parmi les nombreux résultats obtenus il en est dont la portée générale est si grande que la Radioactivité cons- titue aujourd'hui une branche importante et indépendante des sciences physico-chimiques, avec un domaine qui lui appartient en propre et se trouve défini avec une netteté particulière. Les connaissances du chimiste et celles du physicien trouvent dans l'étude de la radioactivité des applications d'importance équivalente. Si les méthodes de la Chimie analytique sont con- stamment employées pour l'extraction des substances radioac- tives de leurs minerais, diverses méthodes de mesures physiques, et en particulier l'électrométrie. sont d'un usage courant pour l'étude de ces substances. Il est particulièrement intéressant de remarquer la liaison étroite qui existe entre le développement rapide de la radioacti- vité et l'ensemble des résultats obtenus dans une série de re- cherches théoriques et expérimentales sur la nature des phéno- mènes électromagnétiques, et sur le passage du courant électrique au travers des gaz. Ces recherches, qui ont établi avec une grande C. — I. «■ VI INTHODICTION. netteté la conception de la structure corpusculaire de l'électricité, comprennent l'étude des rayons cathodiques et des rayons po- sitifs, la découverte et l'étude des rayons R Jntgen et l'étude des ions gazeux; elles ont conduit à la notion de l'existence de parti- cules qui portent des charges positives ou négatives, et qui peuvent avoir des dimensions comparables aux dimensions atomiques ou bien des dimensions considérablement plus petites. La théorie d'ionisation cpii a été établie pour rendre compte des caractères de la conductibilité électrique dans les gaz a été re- connue apte à fournir une interprétation de la conductibilité acquise par un gaz soumis à l'action d'un corps radioactif; cette théorie a pu être appliquée à l'étude des radiations émises par les substances radioactives, et constitue à ce point de vue un ins- trument de recherches très précieux. De plus, les rayons des corps radioactifs présentent des analogies de nature avec les rayons catho- diques, les rayons positifs et les rayons Runtgen, et peuvent souvent être étudiés par des méthodes analogues. On peut dire que la découverte de la radioactivité s'est produite à une époque où le terrain était admirablement préparé pour tirer parti de cette découverte et pour en faire valoir la portée. Etroitement liée à la Physique et à la Chimie, empruntant les méthodes de travail de ces deux sciences, la Radioactivité leur apporte en échange des éléments de renouvellement. A la Chimie elle apporte une nouvelle méthode pour la découverte, la séparation et l'étude des éléments chimiques, la connaissance d'un certain nombre d'éléments nouveaux de propriétés très curieuses ( en premier lieu le radium); enfin, la notion capitale sur la possi- bilité de transformations atomiques dans des conditions acces- sibles au contrôle de l'expérience. A la Physique, et surtout aux théories corpusculaires modernes, elle apporte un monde de phé- nomènes nouveaux dont l'étude est une source de progrès pour ces théories; on peut citer, par exemple, l'émission de particules portant des charges électriques et douées d'une vitesse considé- rable, dont le mouvement n'obéit plus aux lois de la Mécanique ordinaire, et auxquelles on peut appHquer, dans le but de les I.NTllODLCTIOX. VU vérifier et de les développer, les théories récentes relatives à l'élec- tricité et à la matière. Bien que la Radioactivité soit surtout en relation avec la Phy- sique et la Chimie, elle ne reste cependant pas étrangère à d'autres domaines scientifiques, et y acquiert une importance croissante. Les phénomènes radioactifs sont si variés, leurs manifestations sont si diverses et si répandues dans l'univers, qu'on doit les prendre en considération dans les études de sciences naturelles, et particulièrement de Physiologie et de Thérapie, dans la Météo- rologie, dans la Géologie. Plusieurs laboratoires scientifiques se consacrent actuellement à l'étude de la Radioactivité ; des instituts sont en création pour la centralisation de quantités relativement importantes de radium, instrument principal de recherches dans le nouveau domaine^ et en raison de ces efforts l'importance du sujet doit encore s'accroître. J'ai publié en i()o3 un petit Ouvrage intitulé : Recherches sur les substances radioactives, dans lequel l'état de la question à cette époque se trouvait résumé. En 1900 parut l'excellent Traité du professeur Rutherford, qui a eu une édition plus récente et plus complète et qui a rendu de très grands services. Dans le présent Ouvrage j'ai essayé de donner un exposé aussi complet que pos- sible des phénomènes de radioactivité dans l'état actuel de nos connaissances. Le plan de mon premier Livre a en partie été con- servé, mais l'Ouvrage actuel comporte un développement beau- coup plus ample, conformément au développement subi par la radioactivité. * La radioactivité est une propriété nouvelle de la matière qui a été observée sur certaines substances. Rien ne permet d'affirmer actuellement que ce soit une propriété générale de la matière, bien que cette opinion n'ait a priori rien d'invraisemblable et doive même paraître naturelle. Les corps radioactifs sont des sources d'énergie dont le dégagement se manifeste par des effets variés: émission de radiations, de chaleur, de lumière, d'électricité. Ce dégagement d'énergie est essentiellement lié à l'atome de la Mil IXTRODUCTION. substance; il constitue un phénomène atomique; il est de plus spontané. Ces deux caractères sont tout à fait essentiels. Nous connaissons actuellement des corps faiblement radioactifs : l'uranium et le thorium, et plusieurs corps fortement radioactifs : le radium, le polonium, l'actinium, le radiothorium, l'ionium. Ces corps se trouvent dans la nature à l'état de dilution extrême, et ce n'est pas là l'effet du hasard. Parmi les corps fortement radio- actifs, le radium seul a été isolé à l'état de sel pur; dans les minerais les plus riches, ce corps se trouve en proportion de quelques décigrammes par tonne de minerai. Les substances radioactives émettent des rayons qui ont la faculté d'impressionner les plaqvies sensibles, d'exciter la phos- phorescence et de rendre les gaz conducteurs de l'électricité, mais qui n'éprouvent ni réflexion régulière, ni réfraction, ni polarisation. Ces rayons offrent donc des analogies avec les rayons cathodiques, les rayons positifs et les rayons Runtgen. Un examen attentif a prouvé que le rayonnement des corps radioactifs peut se diviser en trois groupes |^, a, y, respectivement analogues aux trois groupes de rayons qui viennent d'être nommés et cjui prennent naissance dans une ampoule de Crookes. Les rayons ^j sont constitués par une émission d'électrons négatifs, et les rayons a par une émission de particvdes chargées positivement, tandis que les rayons y ne sont pas chargés. L'émission de rayons a et de rayons [j correspond à un dégagement spontané d'électricité par les corps radioactifs. Les rayons de ces corps produisent de nombreux effets de diverse nature : effets chimiques, dont le plus important est la décom- position de l'eau; effets physiologiques tels que l'action sur l'épi- derme et sur d'autres tissus, action qui est couramment utilisée pour des applications médicales. Certaines substances radio- actives sont spontanément lumineuses. Les corps radioactifs sont des sources de chaleur. Le radium donne lieu à un dégagement de chaleur de i 1 8' ■'' par gramme et par heure, et cela sans que l'état de la substance se modifie d'une manière appréciable pendant plusieurs années. Ce fait extrêmement remarquable établit une distinction fondamentale INTRODUCTION. IX entre le radium et les éléments ordinaires, et se trouve en accord avec la conception actuelle qui attribue la radioactivité à une transformation de l'atome. Les substances radioactives peuvent posséder une activité constante, au moins en apparence, dans les limites de nos obser- vations : tels sont l'uranium, le thorium, le radium, l'actinium. Pour d'autres substances, par exemple pour le polonium, une diminution lente d'activité avec le temps a été observée. Enfin on observe des phénomènes radioactifs de durée beaucoup plus courte encore. Ainsi le radium, le thorium, l'actinium dégagent d'une manière continue des gaz radioactifs nommés émanations, dont l'activité disparaît avec le temps, assez lentement pour l'éma- nation du radium, très rapidement pour les émanations du tho- rium et de l'actinium. Ces émanations elles-mêmes produisent sur les parois qu'elles baignent des dépôts actifs qui disparaissent aussi en quelciues heures ou quekjues jours; c'est là le phénomène de radioactivité induite. Enfin on peut^ au moyen de réactions chimiques convenables, séparer de l'uranium ou du thorium des substances radioactives qui sont produites par ces corps d'une manière continue et dont l'activité disparaît progressivement en quelques mois. Tous ces phénomènes peuvent être expliqués d'une manière satisfaisante en admettant la production et la destruction de matières radioactives suivant des lois parfaitement déterminées. Les propriétés radioactives sont, en effet, très variées; les diverses formes de la radioactivité éphémère se distinguent entre elles par la nature des rayons émis et par la vitesse de la disparition. ' On peut admettre que la production ou la destruction d'une forme distincte de radioactivité correspond à la production ou à la des- truction d'une substance chimiquement distincte, et puisque la radioactivité est un phénomène atomique, il s'agit de production et de destruction d'atomes. Cette manière de voir constitue une extension des idées sur le caractère atomique de la radioactivité, idées qui ont conduit à la découverte du radium. La théorie des transformations des éléments radioactifs qui a été développée par X INTRODLCTION. MM. Rutlierforcl et Soddy est maintenant généralement adoptée. D'après cette théorie il n'existe pas de substances radioactives invariables, mais chacune d'entre elles subit au cours du temps une destruction progressive plus ou moins rapide. Une substance radioactive chimiquement simple se détrviit de telle manière que la vitesse de destruction est proportionnelle à la quantité présente ; par suite, cette quantité décroît suivant une loi exponentielle simple^ caractérisée pas un coefficient invariable c|ui dépend de la nature de la substance et peut servir à la définir. Ces coefficients^ ou constantes radioactives, semblent indépendants des conditions expérimentales et susceptibles de constitvier des étalons de temps. La destruction des atomes est assimilée à une explosion lors de laquelle des fragments d'atome peuvent être projetés avec ou sans charge électrique. Les produits résultants peuvent être soit inactifs, soit doués de radioactivité, et dans ce dernier cas l'atome nouvellement formé n'est pas lui-même stable, mais doit subir une nouvelle désintégration au bout d'un temps plus ou moins long. Quand la destruction d'une forme de radioactivité éphémère a lieu suivant une loi complexe , cette loi peut toujours être re- présentée par une somme algébrique de termes exponentiels, qui s'interprète comme une succession de transformations simples en nombre limité. L'expérience a montré qu'en ce cas les divers termes de la série peuvent être considérés comme représentant des substances radioactives simples dont certaines ont pu être séparées. En poursuivant l'analyse des phénomènes radioactifs, on arrive à établir, à partir d'une substance primaire, une suite de termes qui se succèdent l'un à l'autre dans la série des transformations radioactives. On obtient ainsi des familles d'éléments reliés entre eux par une parenté qui les rattache à une origine commune, mais parfaitement distincts; telles sont : la famille du radium qui com- prend aussi le polonium; la famille de l'uranium, celle du thorium, celle de l'actinium. Le radium lui-même n'est pas une substance primaire, mais dérive probablement de l'uranium. On est amené à envisager actuellement l'existence d'environ 3o éléments radio- actifs dont plusieurs, à la vérité, ne seront probablement jamais TNrnoDvrTiox. m caractérisés comme tels, parce qu'ils ont une durée de vie trop brève. Seuls peuvent en eiïet s'accumuler en quantité appréciable les éléments radioactifs, dont il y a production continue, et dont la vitesse de destruction à quantité donnée n'est pas trop grande. D'autre part, l'intensité des phénomènes radioactifs est propor- tionnelle à la vitesse de destruction, et si l'on compare des corps à rayonnement analogue, et en quantité semblable, les corps les plus fortement radioactifs sont ceux qui se détruisent le plus vite. Par conséquent, les substances les plus fortement radioactives sont celles qui doivent se rencontrer dans la nature en propor- tion particulièrement faible, et c'est bien cela qu'indique l'expé- rience. Parmi les produits de la destruction des corps radioactifs, il en est un particulièrement intéressant : c'est le gaz hélium cjui est produit constamment par le radium, l'actinium, le polonium. l'uranium, le thorium. L'expérience a prouvé que les atomes d'hélium émis doivent être considérés comme des particules a qui ont perdu leur charge électrique. D'autre part, les rayons a des divers corps radioactifs semblent constitués par les mêmes particules matérielles. Il en résulte que l'atome d'hélium forme, suivant toute proba- bilité, l'un des constituants de tous ou presque tous les atomes radioactifs, et peut être, en général, un constituant des édifices atomiques. La découverte de la production d'hélium par le ra- dium est due à >OL Ramsay et Soddy et constitue l'un des faits les plus importants dans l'histoire de la Radioactivité. Certaines transformations radioactives sont très lentes : telle est, par exemple, la destruction de l'uranium et du thorium. Les ef- fets de la transformation sont en ce cas insignifiants, même après plusieurs années. ^Mais dans les minéraux radioactifs ces mêmes transformations ont pu se produire pendant des temps de l'ordre des époques géologiques, et pour cette raison l'étude des minéraux permet de préciser les liaisons entre les corps radioactifs. Inver- sement, si une telle liaison est connue, on peut en déduire l'ordre de grandeur du temps pendant lequel la transformation a eu lieu XII INTRonUCTION. dans un minerai non altéré. Ainsi, par l'accumulation d'hélium occlus dans les minéraux, on peut essayer de se rendre compte de l'âo-e de ces derniers. S'il était prouvé que toute matière est plus ou moins radioactive, les proportions relatives des éléments dans les minéraux pourraient être étudiées en vue de mettre en évidence des relations de genèse entre ces éléments. Pour terminer ce bref aperçvi du domaine de la radioactivité, j'indiquerai combien grand est le dégagement d'énergie par les corps radioactifs. Ainsi, pour le radium dont la vitesse de destruction est connue avec une certaine approximation (cette vitesse est telle que la quantité de radium diminue de moitié en 2000 ans environ), la destruction d'un gramme de matière entraîne le dégagement d'une quantité de chaleur égale à celle qui résulte de la combustion de 000 kilogrammes de charbon ou de 70 kilogrammes d'hydro- gène. On doit en conclure que l'énergie interne d'un atome est très grande par rapport à celle qui est mise en jeu lors de la combi- naison des atomes en une molécule, et ce fait est probablement de nature à expliquer l'indépendance des phénomènes radioactifs des conditions expérimentales. Parmi les essais qui ont été faits en vue d'influencer ces phénomènes, aucun n'a encore donné un résultat positif. La radioactivité résulte de la destruction de certains atomes^ et cette destruction nous apparaît comme un phénomène spon- tané. L'expérience montre aussi que tout se passe comme si la probabilité de la destruction était^ au même instant, la même pour tous les atomes d'une même matière ; c'est ainsi cjue s'in- terprète la loi exponentielle de la destruction et les écarts à partir de cette loi. Néanmoins_, il paraît inévitable d'admettre que la destruction d'un atome individuel à un moment donné résulte de circonstances particulières qui peuvent faire intervenir l'état de cet atome et l'influence d'agents extérieurs. Ainsi la cause déterminante des phénomènes radioactifs reste encore inconnue. Dans ce Livre l'exposé des phénomènes de la radioactivité pro- prement dits a été précédé par un exposé de la théorie des ions INTRODICTIO.N. Mil gazeux, et par un résumé des connaissances les plus importantes sur les rayons cathodiques, les rayons positifs, les rayons Rrmtgen et les propriétés des particules électrisées en mouvement. Ces con- naissances sont indispensables pour l'étude du sujet qui nous occupe. Un Chapitre a ensuite été consacré à la description des méthodes de mesures. Après la description détaillée de la décou- verte et de la préparation des substances radioactives, vient l'étude des émanations radioactives et de la radioactivité induite et des radiations émises par les corps radioactifs. Les substances radioactives sont ensuite classées par familles, avec l'étude, pour chacune d'elles, de l'ensemble des propriétés et de la nature des transformations radioactives. TRAITE RADIOACTIVITÉ. CHAPITRE I. IONS ET ÉLECTRONS. 1. Conductibilité des gaz. Ions gazeux. Courant de saturation. — Les corps radioactifs émettent des rayons qui sont analogues à ceux produits dans un tube de Crookes. En traversant les gaz ces rayons leur communiquent une certaine conductibilité électrique, et c'est là une propriété fondamentale qui a rendu les plus grands services dans l'étude de la radioactivité. La conductibilité élec- trique obtenue dans les gaz par d'action des corps radioactifs est de même nature que celle provoquée par les rayons Rontgen Cette dernière avait déjà été étudiée avant la découverte des substances radioactives, et l'on a pu en établir une théorie qui a été directement appliquée à l'étude de la radioactivité. Cette théorie se rattache elle-même à celle de la conduction dans les électrolytes. On sait que, d'après les théories généralement admises d'Hittorf et d'Arrhénius, le courant électrique dans les électrolytes est un courant de convection, c'est-à-dire un courant dû au transport de charges électriques par des particules matérielles nommées ions. Les ions sont les fragments qui résultent de la dissociation d'une molécule de l'électrolyte; ils portent une charge électrique positive ou négative et se déplacent dans le liquide sous l'action d'un C- I ' 2 CIlAPnUK 1. chamj) électrique; ce déplacement ayant lieu dans un milieu qui oiïre une résistance proportionnelle à la vitesse, la vitesse du déplacement est proportionnelle à la force agissante et, par suite, au champ électrique. Les ions sont : d'une part, l'atome d'hydro- gène ou de métal, ou le radical métallique portant une charge positive; d'autre part, le radical acide portant une charge néga- tive. Ils se forment dans le liquide par l'effet de la dissociation électrolytique et sont susceptibles de se recombiner et de refor- mer une molécule neutre. La proportion des molécules dissociées dépend de l'équilibre entre la vitesse de formation et celle de recombinaison. Quand le champ est établi, les ions se déplacent vers les électrodes et s'y dégagent en déposant leur charge électrique. Un gaz soumis à l'action des rayons Rantgen possède une certaine conductibilité électriciue. Si un champ électrique est alors créé dans le gaz, un courant électrique s'établit, et ce cou- rant peut être mesuré au moyen d'un dispositif convenable. On rend très bien compte de la nature de la conductibilité due aux rayons, en admettant que le courant est aussi en ce cas un courant de convection, et l'on donne le nom d'ions aux véhicules cpii servent pour le transport de l'électricité. On admet que, par l'effet des rayons, certaines molécules du gaz sont décomposées de manière que chacune d'elles donne lieu à deux ions portant des charges égales et de signes contraires; dans cet état le gaz est ionisé. Deux ions de signes contraires sont susceptibles d'obéir à leur attraction mutuelle et de se rapprocher de manière à refor- mer une molécule neutre; ce phénomène porte le nom de recom- binaison. Les ions participent à l'agitation thermique du gaz qui les contient, et si dans un certain volume leur distribution n'est pas uniforme, il en résulte une diffusion des ions, c'est-à-dire un déplacement dans le sens de la chute de concentration. Les parois conductrices présentes dans le gaz sont en général une cause déterminante de la diffusion; ces parois ont en effet la propriété d'absorber les ions en vertu de l'attraction qui s'établit entre la paroi conductrice et une particule chargée. Quand un gaz ionisé traverse un tube métallique long et étroit, une forte proportion des ions contenus dans le gaz peut être ainsi abandonnée à la paroi. Si le gaz traverse un tampon de coton, les ions sont complè- tement absorbés par le tampon. Un gaz ionisé et abandonné à lui- IONS ET ÉLECTRONS. J même peut donc être privé de ses ions, soit par suite de la recom- binaison de ceux-ci, soit par suite de leur diffusion vers les parois. Si dans un gaz ionisé l'on établit un champ électrique, les ions se mettent en mouvement suivant les lignes de champ : les ions positifs se déplacent dans le sens du champ, les ions négatifs en sens inverse. On admet c[ue la vitesse du déplacement est, comme dans le cas des électrolytes, proportionnelle au champ, et l'on appelle mobilité d'un ion la vitesse qu'il prend dans un champ unité. Le champ est généralement établi entre deux électrodes qui plongent dans le gaz ionisé, et entre lesquelles on produit une différence de potentiel. En présence du champ les ions peuvent être soumis à deux causes de mouvement : la force électrique due au champ et la tendance à la diffusion résultant d'inégalités de concentration; ils sont aussi soumis à leur attraction mutuelle qui peut déterminer leur recombinaison. Quand le champ est suffisam- ment intense, il peut arriver cjuc son effet soit tout à fait prédomi- nant, et qu'on puisse admettre que tous les ions sont entraînés vers les électrodes sans qu'il y en ait de recombinés ou d'absorbés par diffusion. Chaque électrode recueillera alors pendant un cer- tain temps tous les ions de signe contraire au sien qui auront été produits dans le gaz pendant le même temps. Il est évident, d'après cela, que si dans un volume gazeux le nombre d'ions créés par unité de temps reste constant, on pourra assigner, au courant c[u'on peut faire passer au travers de ce volume gazeux, une valeur maximum qui ne pourra être dépassée quelle c{ue soit l'intensité du champ. Ce courant limite est nommé courant de satu- ration; il est atteint cjuand tous les ions créés dans le gaz sont pratiquement utilisés pour le transport du courant. L'expérience montre que le courant de saturation peut être atteint pour un gaz ionisé par les rayons Rontgen, ou par les rayons d'une sub- stance radioactive, mais qu'on ne peut pas s'en approcher dans le cas de la conduction électrolytique. Le nombre d'ions créés par la radiation dans chaque unité de volume du gaz dépend de la manière dont les rayons sont utilisés. Supposons, par exemple, qu'il s'agisse d'ioniser le gaz situé entre les deux plateaux parallèles d'un condensateur. On pourra envoyer dans le çraz un faisceau de rayons Runtgen parallèle aux pla- 4 ciiAiMmii 1. teaux et ne les louchant pas. Si l'étendue du condensateur n'est pas très grande, l'effet des rayons restera sensiblement constant le lon<^ de leur parcours entre les plateaux, et l'on aura alors dans le volume gazeux utilisé une ionisation uniforme, c'est-à-dire telle qu'à chaque instant le nombre d'ions produits par unité de volume soit constant dans tout le volume. Si, de plus, l'action des rayons se maintient constante pendant quelque temps, on aura pendant cet intervalle de temps une ionisation constante et uniforme dans le volume considéré. Quand les rayons proviennent d'une substance radioactive, l'ionisation n'est pas, en général, uniforme dans le gaz qui entoure cette substance; on constate qu'elle est plus énergique au voisi- nage immédiat de la substance et qu'elle va en diminuant à mesure qu'on s'en éloigne. C'est ainsi, qu'un plateau recouvert d'une couche d'oxyde d'urane produit une densité d'ionisation qui décroît rapidement quand on s'éloigne du plateau. On dit alors que les rayons émis par la substance sont peu pénétrants et peuvent être facilement absorbés par le gaz. Le môme résultat est obtenu quand les rayons R'intgen, au lieu de passer entre les plateaux métalliques d'un condensateur, agissent sur le gaz après avoir traversé les pla- teaux. Le métal joue alors le rôle d'un plateau radioactif; il donne lieu à une émission de rayons bien moins pénétrants que les rayons Runtgen et nommés rayons secondaires de ces derniers. Dans certains cas il est possible d'obtenir, par l'action d'une substance radioactive, une ionisation sensiblement uniforme dans un certain volume gazeux. Voici ce que nous apprend l'expérience sur la manière dont Fig. .. ^ Potentiel V X Potentiel O varie le courant dans un gaz ionisé par une radiation, quand on fait varier le champ électrique dans la région occupée par le gaz. IONS ET ELECTRONS. Nous pouvons, par exemple, considérer le gaz compris entre les deux plateaux A et B d'un condensateur (/ïg. i)^ entre lesquels on établit une difîérence de potentiel; le gaz est rendu conducteur soit par un faisceau de rayons Rontgen qui pénètre entre les plateaux, soit par les rayons émis par une substance radioactive étalée sur l'un des plateaux. On peut aussi imaginer que le gaz se trouve dans un récipient métallique dans lequel pénètre une élec- trode isolée (/ïg. 2), et qu'il est ionisé par les rayons provenant Potentiel V d'une substance radioactive placée dans le récipient ou sous le fond de celui-ci. Si l'ionisation ne varie pas avec le temps, et si elle n'est pas très éloignée d'être uniforme dans le volume gazeux, la relation entre le courant i et la différence de potentiel V qu'on maintient entre les électrodes est représentée par une courbe dont la forme générale est indiquée dans la figure 3. Le courant croît d'abord proportionnellement à la difîérence de potentiel, c'est-à-dire suivant la loi d'Ohm applicable aux électrolytes ; mais quand la difîérence de potentiel augmente, le courant augmente de moins en moins vite et tend vers une valeur constante I qui est celle du courant de saturation. Il existe donc deux constantes capables de caractériser la conductibilité du gaz : la conductance initiale pour les champs faibles et le courant de satu- ration obtenu dans les champs forts. Nous avons d'ailleurs supposé^ dans ce qui précède, qu'il s'agit d'un gaz sous la pression atmosphé- 0 CHAPITKE I. ii([ue, el tjue rinlensité de l'ionisation est de l'ordre de celles qu'on obtient couramment avec les rayons Runtgen; en ce cas le Fis. 3. Différence da pclentiel courant de saturation peut être obtenu pour des différences de potentiel inférieures à celle pour laquelle la décharge disruptive se produit entre les électrodes. On verra plus loin que dans les gaz sous pression réduite la conduction électrique peut affecter un caractère différent. 2. Équations fondamentales. Ionisation uniforme. Production et recombinaison. — Examinons maintenant comment on peut traiter par le calcul divers problèmes qui se j^résentent dans l'étude de la conductibilité des gaz. Désignons par n^ et n^ les concentrations respectives des ions po- sitifs et des ions négatifs, et par e la charge d'un ion, que nous sup- poserons la même pour les ions des deux espèces. Désignons par N le nombre d'ions positifs ou négatifs créés par unité de temps dans l'unité de volume du gaz. Les quantités N, n^ et n^, sont des fonc- tions du temps et peuvent varier d'un point à l'autre du volume gazeux. Le nombre total Q des ions de chaque espèce formés par unité de temps dans le volume p est Q = C ^ dv, l'intégrale étant étendue au volume v. Supposons que le volume gazeux V soit compris dans un récipient métallique dans lequel pénètre une électrode isolée, et qu'entre cette électrode et le réci- IONS KT ELECTKONS. 7 pient on établisse une différence de potentiel; il se produit un courant qui croît avec la différence de potentiel. Toutefois, si Q reste constant, il est évident que l'intensité du courant ne pourra dépasser celle qui sera atteinte lorsque tous les ions pro- duits seront recueillis par les électrodes. Le courant de saturation aura donc pour valeur 1 = Qe, et si la production est uniforme dans le volume i', on aura aussi I = Hve. Quand un gaz oh existe une certaine ionisation a été aban- donné à lui-même sans être soumis à un champ électric{ue, l'ioni- sation disparait spontanément par suite de la recombinaison des ions de signes contraires, cette recombinaison ayant lieu à la suite des rencontres amenées par l'attraction mutuelle. Le nombre des rencontres qui se produisent dans une unité de volume pendant l'unité de temps, est proportionnel au produit des concentrations des deux espèces d'ions. La variation de la concentration des ions en fonction du temps t par suite de la recombinaison est donc exprimée par les équations suivantes : ~dF ~ ~dr ~~ '^"'"■-' y. étant un coefficient positif, indépendant de n^ et n^. ainsi que du temps, et nommé coefficient de recomhinaison. On voit cjue si à l'origine la relation n, ^ n^ se trouvait vérifiée, elle le restera constamment, c'est-à-dire que les concentrations des ions des deux espèces resteront constamment égales si elles l'ont été à un moment donné. C'est précisément le cas d'une ionisation produite dans un gaz qui a été soumis à l'action des rayons Rrmtgen pendant un temps limité. Soit alors ^o la concentration initiale commune des deux ions, que nous supposerons uniforme dans un certain volume, et n la concentration au temps t. On aura dn -r- = — '-«'i"-, dt et en inlesranl CHAPITRE I. Il lU Un \ -t- n,i%f La concentration décroît en fonction du temps suivant une loi hyperbolique représentée par la figure 4- Si la cause de production d'ions agit d'une manière continue et Fis. si le nombre d'ions produit par unité de temps et unité de volume est constant et égal à N, la concentration des ions varie en fonc- tion du temps, à partir du moment où la cause de production d'ions a commencé à agir, d'après la loi suivante : cit = N- Là encore l'égalité de concentration des deux ions se main- tiendra si elle était réalisée à l'origine du temps, ce qui est le cas d'un gaz primitivement non ionisé et soumis à l'action d'une radiation telle que les rayons R '.ntgen ou les rayons d'une sub- stance radioactive. On pourra donc poser et l'on aura tlX = «2 n., dn N — a/z-. Cette relation montre c[ue n ira en augmentant jusqu'à ce que IONS ET ELECTRONS. 9 l'on ait fin . /N dt \ a Cette valeur de n est une valeur de régime, car la production des ions compense alors exactement la perte par recombinaison. La valeur de régime n'est atteinte théoriquement qu'au bout d'un temps infini. L'équation peut s'écrire (In -- , — ^ dt. d'où, en intégrant et en remarquant que pour l = o, n = u. '.\ e' , a.N / On a donc ■2 y a N l n =i/ - pour i = X. De plus on peut remarquer que la même fraction de la valeur limite sera atteinte quand ^\ aN aura la même valeur, c'est- à-dire pour un temps t qui varie en raison inverse de \/aN. Par suite, le régime demandera pour s'établir un temps d'autant plus long que la production d'ions est plus faible. Pour des ionisations très faibles, le temps nécessaire pour l'établissement du régime permanent peut être très appréciable, mais pour des ionisations fortes ce temps est très court. 3. Action du champ électrique. — Le problème plus complexe de l'action simultanée d'une cause de production d'ions, delà recom- binaison de ceux-ci et d'un champ électrique, prend sa forme la plus simple si l'on envisage le cas d'un gaz ionisé compris entre deux plateaux parallèles A et B, dans la région où le champ est normal aux plateaux {fig. 5). Nous supposerons de plus que l'ioni- lO CHAPITRK 1. sation conserve la même valeur à la même distance des plateaux, ainsi que cela a lieu pour la portion centrale du condensateur Fi g. 5. -«'4 quand l'un des plateaux B est recouvert d'une couche uniforme de substance radioactive. Considérons la direction Ox normale aux plateaux, et prenons comme sens positif le sens du champ électricjue supposé dirigé de B vers A. Les quantités N, n^ et n^ sont des fonctions de x et du temps. Pour une tranche comprise entre les distances x et x + dx du plateau B et ayant l'unité de surface comme base, on peut écrire que l'accroissement du nombre d'ions pendant le temps dt résulte de ce cju'un nombre d'ions N dx dt a été produit dans la tranche, de ce que le nombre a;i, n^dxdt d'ions s'y est recombiné, et de ce qu'un certain nombre d'ions est entré par l'une des faces normales au champ, tandis cju'un nombre d'ions différent est sorti par la face opposée. Soient m, et Wo les vitesses des ions dans le champ h qui joeut varier avec x. Si l'on désigne par k\ et k^ les mobi- lités, on a U\ = kl II, u-i = k-ih, et les nombres d'ions positifs qui traversent l'unité de surface normale au champ, aux distances x et x + dx du plateau B. sont par unité de temps /., A et «1 />-i II -^ kl — (riih ) dx. Les nombres d'ions négatifs qui traversent ces mêmes surfaces en sens inverse sont par unité de temps lit /i.> /( /j, ky h -+- k-, — ( «o h ) dx. ' Ox IONS ET ELECTRONS. L'excès du nombre des ions qui entrent dans la tranche sur le nombre de ceux qui en sortent est donc égal à pour les ions positifs et à Al — {nJi) dx Ox /.o -— (n^/i) dx ' dx pour les ions négatifs par unité de temps. On pourra donc écrire les équations suivantes : — ( /< I dx ) = N dx — a /î , /«o dx — k, — ( Hi/t) dx, ot ' Ox — ( /?» dx) = I\ dx — a /ï 1 /lo dx -t- /lo — ( rit h ) dx, Ot - ' ' - - Ox ' OU encore (') -— = A — y.n^iu_—k^ —i nih), Ot Ox On. .. , '^ , , dt - Ox^ - ' Dans ces équations n,, n^ et h sont des fonctions de a; et de t. Les équations, tovitefois, ne sont pas complètes. On les établit sans tenir compte du mouvement de diffusion des ions, cjui se produit par suite de l'effet absorbant des plateaux, et des inégalités de con- centration qui résultent de cet etïet ainsi que du passage du cou- rant. Le mouvement de diffusion étant peu important par rapport à celui dû à l'action des champs électriques couramment employés, cette approximation est permise avec les condensateurs à pla- teaux usuels. Aux écjuations précédentes on peut adjoindre celle qui relie la variation du champ électrique h à la présence de charges libres dans le milieu. Cette équation bien connue est la suivante : Oh,r d/iy dli- dx dy ' oz ' ' OÙ hr, hy et h- sont les composantes du champ électricjue suivant les axes des coordonnées et p la densité de charge au point considéré. Cette densité est donnée ici par l'excès de la charge positive n, e des 12 CHAPITRE I. ions positifs compris dans l'unité de volume,, sur la charge n.,e des ions négatifs. Le champ ne varie d'ailleurs en direction qu'avec x. On aura donc (■>.) — - = 4-e( «1 — «2 ), équation qui, jointe aux équations ( i ), permet en principe de déter- miner les fonctions n^, n^ et h. Si ces fonctions étaient connues, la densité i du courant qui traverse l'élément de surface considéré pourrait être calculée. Ce courant est en effet transporté en partie par les ions positifs, en partie par les ions négatifs, et l'on a (3) i = eh(/ V N étant la production par unité de volume et de temps, et a le (') Zeleny, Phil. Mag., 1898. — Cim.D, WiecI .inn., i8y8. IONS KT ÉLÈCTKONS. l5 coefficient de recombinaison. La densité du courant est alors donnée par la relation i = eh {/ — ( /"-'i — /«^ )•, tandis cjue la densité du courant de saturation a lavaleur I = N (fe, si cl est la distance des plateaux. On peut remarquer que pour les champs faibles le courant varie avec le champ suivant la loi d'Ohm, ainsi que cela a lieu dans les électrolytes. Si en première approximation on considère le champ comme uniforme, on aura, en désignant par V la différence de potentiel entre les plateaux et par d leur distance, ■A/ a (A-i ^A-2), I Nil (/m + A2J. Pour une valeur de V donnée, le rapport 7 est d'autant plus petit que la distance des plateaux est plus grande, c[ue la pro- duction d'ions est plus intense et que leur mobilité est plus faible. Toutes conditions égales d'ailleurs, il est d'autant plus difficile d'ob- tenir le courant de saturation que l'ionisation est plus intense. Ceci nous permet de considérer la conduction dans les électrolytes, à laquelle la loi d'Ohm reste toujours applicable, comme représentée par la portion initiale de la courbe [fig. 3) relative à la conduc- tion dans les gaz. Dans un électrolyte l'ionisation est bien plus intense que dans les gaz, et la mobilité des ions est bien plus faible. C'est pour cette raison que, même dans les champs forts, on n'y voit apparaître aucune indication d'un courant de satu- ration. 5. Ionisation superficielle. — La dissymétrie la plus importante, dans la distribution des ions dans le volume gazeux compris entre les plateaux, est obtenue quand on suppose que la production d'ions a lieu dans une tranche gazeuse très mince au contact de l'un des plateaux. La conduction a lieu en ce cas par les ions d'un seul signe ; les ions dont la charge est de signe contraire à |6 CHAPITRE I. celle du plateau au voisinage duquel se fait la })roduction^ sont en effet immédiatement absorbés par ce plateau et ne participent pas au transport du courant au travers du gaz. Cette forme d'ionisation pourrait être obtenue avec une nappe mince de rayons Runtgen passant contre l'un des plateaux. Le môme phéno- mène se produit si le plateau émet des ions n'ayant pas de vitesse initiale appréciable et portant une charge de même signe que celle du plateau, ainsi que cela a lieu pour une lame de zinc chargée négativement et éclairée par la lumière ultraviolette. Les équa- tions relatives à ce problème sont plus simples, puisqu'on n'a pas à tenir compte de la recombinaison des ions au sein du gaz. Supposons d'abord que la production d'ions ait lieu au contact du plateau positif B. La conduction se fera par les ions positifs seuls et les équations (2) et (3) (§ 3) deviennent i = 7i\ kl lie, -7— = Â- n^e. de Si la prodviction d'ions a lieu au contact du plateau négatif, on aura , . dli i =^ ti') kl eli , —r- = — i - /? 0 e . ' ■ ax Par suite, dans le premier cas, on aura 4 ~ f dli î - i T II- — Il l si /i,) est la valeur du champ pour x = o. On voit que h croît avec x, et si l'ionisation est très forte au voisinage du plateau B, il peut se faire que le champ s'annule pour a; = o ; on aura alors 8-i.r , /a-tx Désignons par V la différence de potentiel entre les plateaux dont la distance est d : û 1 a ' - lO.NS ET ELKCTKOXS. On obtient un résultat analogue en supposant que la produc- tion d'ions a lieu au contact du plateau négatif et que le champ s'annule à ce plateau, c'est-à-dire pour x = d. Dans ce calcul on n'a d'ailleurs point tenu compte de la diffusion des ions vers le pla- teau au voisinage duquel ils sont formés, et cette approximation n'est pas en général légitime dans le cas actuel, parce que le rôle de la diffusion est bien plus important ici que dans le cas de l'ioni- sation en volume. On peut cependant utiliser le calcul approché, quand le nombre des ions extraits par le champ est très peu important par rapport au nombre des ions produits. On voit que la loi cjui relie le courant à la différence de potentiel, quand celle-ci est faible, n'est pas la même ici que dans le cas de l'ionisation uniforme. Le courant augmente proportionnellement à V-, et de plus sa valeur dépend de la mobilité des ions utilisés, de telle sorte que l'intensité du courant dépend du sens du champ, ce qui évidemment ne pourrait avoir lieu pour une production d'ions uniforme dans le volume gazeux. La portion initiale de la courbe i==/(V) prend la forme indi- quée dans la figure -, La continuation de la courbe en traits ponc- Fig. 7. tués correspond aux différences de potentiel plus grandes pour lesquelles le champ ne s'annule plus au voisinage du plateau sur lequel se fait la production, et pour lesquelles on commence à approcher du courant de saturation. Ce courant est obtenu quand aucune perte d'ions ne se produit ni par recombinaison, C. — I. 2 CHAPITRE I. ni par diirusion ; il a nécessairement la même valeur quel que soit le sens du champ, sauf dans le cas où une seule espèce d'ions est produite, comme cela a lieu pour une lame de zinc éclairée, et où par conséquent la conduction ne peut avoir lieu cjue pour un seul sens du champ. La concentration des ions dans le cas de l'ionisation superficielle diminue constamment à partir de la région de production jusqu'au plateau opposé. Il en résulte que le champ va toujours en aug- mentant quand on se déplace ainsi. Les courbes qui donnent la valeur du potentiel V en fonction de la distance au plateau positif sont reproduites dans les figures 8. On suppose cjue le plateau négatif est au potentiel du sol. La courbe 8^ se rapporte au cas où Fii Fis. 8,, Dis ta ne. Dista la production a lieu sur le plateau positif, la courbe 8^ au cas où elle a lieu sur le plateau négatif. On a supposé que le champ s'annule au plateau sur lequel a lieu la production. Une courbe de la forme (/ig. -) peut être obtenue au moyen d'une substance radioactive telle cjue le polonium quand on isole une nappe de rayons cjui vient raser l'un des plateaux. Quand une substance radioactive telle que l'uranium, qui émet des rayons très absor- bables, est placée sur l'un des plateaux d'un condensateur dont les plateaux sont très écartés, les courbes obtenues ont une forme intermédiaire entre celle de la figure 3 et celle de la figure r. Mesure du coefficient de recombinaison. — La théorie précé- IONS ET ÉLECTROXS. I9 dente suppose qu'il est possible de définir des coefficients tels que A|, A'o et a, qui jouent respectivement le rôle de mobilités et de coefficient de recombinaison et qui sont indépendants de l'intensité de l'ionisation et du champ électrique qui existe dans le gaz, ainsi c[ue du dispositif expérimental employé pour les mesurer. Ils peuvent toutefois dépendre de la pression et de la température du gaz; on conçoit en effet que ces conditions puissent modifier la facilité avec laquelle les ions se meuvent au sein du gaz. Des me- sures des constantes A' I , /lo et a, effectuées par des méthodes très différentes, fournissent une vérification de la théorie que l'on peut, d'une inanière générale, considérer comme satisfaisante. Voici comment on peut mesurer le coefficient de recombinaison des ions gazeux créés par les rayons Runtgen ou par les rayons d'une substance radioactive. Un tube métallique T [fig. 9) est traversé par un courant de gaz rapide; le gaz c|ui pénètre dans le tube est sec et privé de Fi g. <). poussières, ayant traversé des matières desséchantes et des filtres de coton. Dans la région 0 du tube, le gaz est soumis à l'action d'une cause ionisante ; on peut pour cela faire traverser le tube par un faisceau de rayons Runtgen parallèle à la section ; en ce cas, il faut que dans cette région la paroi du tube soit en aluminium c[ui est le métal le plus transparent pour les rayons. On peut aussi placer dans la région 0 une matière radioactive telle que la poudre d'oxyde d'urane, maintenue entre deux sections du tube par deux toiles métalliques garnies de tampons de coton de verre, destinés à empêcher l'entraînement de la matière. Au delà de la région 0 se trouvent placées plusieurs électrodes cylindriqvies semblables, isolées du tube, et placées suivant son axe à distance égale l'une de l'autre. L'expérience consiste à établir entre l'une des électrodes et le tube un champ électrique suffisamment intense, pour que tous les ions contenus dans le gaz qui passe dans la région occupée par ce champ soient entraînés vers les électrodes, c'est-à-dire que le courant de saturation soit obtenu entre le tube et l'électrode con- 20 CIIAPITUE l. sidérée; les autres électrodes sont ziiaintenues au potentiel du tube. On mesure le courant cjui j^asse entre le tube et l'électrode isolée. Au delà de celle-ci le gaz doit être dépourvu d'ions, ce que l'on peut vérifier en constatant que si l'on établit aussi un champ électrique entre le tube et l'une des électrodes suivantes, aucun courant ne passe entre le tube et cette électrode, tous les ions ayant été utilisés dans le champ électrique de l'électrode précédente. On obtiendra avec chacune des électrodes un courant de saturation d'autant plus faible que l'électrode est plus éloignée de la région O où se forment les ions ; en effet, pendant le temps nécessaire pour que le gaz arrive au voisinage de l'électrode isolée, les ions se re- combinent en partie, et la proportion de ceux qui ont éprouvé la recombinaison est d'autant plus grande que le trajet est plus long. Si le tube n'est pas très étroit, la perte d'ions par difïusion vers les parois peut être négligée. Les concentrations en ions positifs et négatifs sont alors égales en tout point du tube, et le courant de saturation mesuré sur chaque électrode est indépendant du sens du champ. Pour mesurer ce courant on peut, par exemple, réunir l'électrode à un électromètre, et porter le tube à un potentiel élevé en le réunissant à l'un des pôles d'vme batterie d'un grand nombre d'éléments dont l'autre pôle est relié au sol; l'électrode doit en ce cas être préservée par un anneau de garde. On trouvera dans le Chapitre suivant des renseignements sur les méthodes électro- métriques de mesure des courants faibles dont il est question ici. Désignons par zi^ la concentration des ions dans la section du tube où se trouve l'électrode A et par n^^ la concentration dans la région occupée par l'électrode B. On aura, en vertu de la loi de recombinaison, (I) ~ -=^-xf, a étant le coefficient de recombinaison et t le temps nécessaire pour le passage du gaz d'une électrode à la suivante. Si nous désignons par A le débit du gaz en vokime, c'est-à-dire le volume gazeux qui traverse chacjue section du tube par unité de temps, le courant de saturation I^ recueilli au moyen de l'élec- trode A est donné par I ^ = n y^e \, e étant la charoe d'un ion. IONS ET ELliCTUOXS. il On a donc I I 'j. t sd y. où d est la distance de deux électrodes successives et s la section du tube. Si donc on a mesuré le débit A et l'intensité des courants I^ et lu en valeur absolue, on pourra en déduire la valeur du rapport • On peut aussi, sans faire de mesures absolues, vérifier la loi de recombinaison en constatant que les courants de satura- tion, qui sont obtenus au moyen des électrodes et qui sont propor- tionnels aux valeurs de n au voisinage de ces mêmes électrodes, se montrent conformes à la relation ('), La valeur du rapport - a été mesurée par la méthode indiquée, et aussi par une méthode abso- lument différente ( ' ). D'après ces déterminations concordantes, les valeurs du rapport - pour l'air et pour le gaz carbonique sont sensiblement égales entre elles et égales en unités électrosta- tiques à 3400. D'après les déterminations récentes, la valeur de e est environ 'j-io"'" unité E.S., d'où l'on déduit pour a une valeur voisine de lo"" unité E.S. Quand le gaz ionisé n'est pas exempt de poussières, la recom- binaison se trouve accélérée. Cet effet résulte de la diffusion des ions vers les particules de poussière en suspension dans le gaz. La dif- férence de potentiel nécessaire pour obtenir le courant de satura- tion se trouve alors augmentée. Le temps nécessaire pour que la moitié des ions présents dans le gaz subisse la recombinaison est t=^- — ; ce temps varie en raison inverse de la concentration des ions. Il en est de même du temps nécessaire pour que, par suite de la recombinaison, l'ionisation se trouve réduite à une fraction donnée de sa valeur primitive. La recombinaison est donc relativement très rapide pour les ionisations intenses, et c'est pour cela que le courant de saturation est alors difficile à obtenir. (') RuTHERFORD, Phil. Mag., 1S97 et 1899. — Tow.NSEXn, Phil. Trans., 1S99. — Langevin, Thèse de doctorat, Paris, 1902. ^.2 ClIAlMTRr: I. 7. Mesure des mobilités. — La mesure des mobilités des ions peut être effectuée par différentes méthodes. L'une de ces métfiodes consiste, en principe, à comparer la vitesse acquise par les ions d'un signe dans un champ électrique à la vitesse connue d'un courant gazeux. Voici la description de l'un des dispositifs utilisés ( ' ). Un tube cylindrique T [fig. i o)est traversé par un courant gazeux. Dans la région O du tube, on ionise le gaz dans une tranche com- V\z. 10. ^^ ^-^ii B (^^^^^ lio A K.l "^^^ --.r prise entre deux sections droites. Dans l'axe du tube se trouve placée une électrode cylindrique divisée en deux parties A et B isolées l'une de l'autre. Un champ électricjue peut être établi entre le tube et l'électrode centrale, et l'on mesure pour différentes valeurs de ce champ le courant qui passe entre le tube et l'électrode B. Les ions formés dans la région 0 sont entraînés par le courant gazeux et prennent de plus un mouvement suivant les lignes de champ, dont la direction est radiale. Parmi les ions qui se dirigent vers l'électrode centrale, ceux qui sont formés au voisinage im- médiat de la paroi du tube subissent le plus grand déplacement axial. Soit Oa; la direction de ce déplacement. Si le champ est dirigé du tube vers l'électrode, celle-ci recueille les ions positifs. Soit alors V l'excès du potentiel du tube sur celui de l'électrode. Le champ h à la distance r de l'axe a pour valeur T ^' r Los:-. - b et a étant respectivement les rayons du tube et de l'électrode. Soit u la vitesse du gaz à une distance ?• de l'axe; c'est aussi (') Zi:li;ny, P/iil. Trans., u^n. IONS ET ÉLIXTROXS. ^3 la vitesse axiale de l'ion entraîné. On aura donc pour l'ion positif (/.r dr , , /, , \' = 11, -— = A 1 /i dt dt , b a Par suite ur Loe;,, — dr " a dr A-, V et le déplacement axial sur le trajet total entre le tube et l'électrode est donné par , b ^^'i "' dj D'autre part, le débit de gaz A est donné par la relation 1 •i~ur dr ^ a Par suite, b A Loff,: - 2-X:, V Si la différence de potentiel V a été choisie de telle manière que le déplacement x soit précisément égal à la longueur / de l'élec- trode A, aucun ion ne peut atteindre l'électrode B, et aucun courant ne passe entre cette électrode et le tube ; mais si l'on di- minue un peu la valeur V, on commencera à observer un tel courant. La valeur limite V, de V pour laquelle le courant est encore nul est donc telle que b et si V| a été déterminé par l'expérience, on en tire b A Loir,.- i-l\. Si le champ est dirigé de l'électrode vers le tube, Félectrode recueille des ions négatifs; la mobilité de ces derniers est don- 24 née par la formule CHAPITRE I. - a ■i-ZV, V^ étant la différence de potentiel limite entre l'électrode cen- trale et le tube, pour laquelle l'électrode B ne recueille plus d'ions négatifs. On peut donc ainsi déterminer les valeurs de A'i et A^.. Dans le calcul la déformation du champ par suite de la présence des ions a été négligée. On suppose aussi que le bord antérieur de la tranche O de gaz ionisé se trouve très bien déterminé en position au voisinage de la paroi du tube. Cette condition est réalisée approximativement avec un faisceau de rayons Runtgen, traver- sant le tube normalement à la longueur au travers d'une paroi d'aluminium qui ne donne pas sensiblement lieu à une émission diffuse de rayons secondaires. Il est encore plus facile de réaliser l'expérience en employant les rayons du polonium. Une lame annulaire recouverte de polonium en couche très mince envoie dans le tube une nappe de rayons très étroite limitée par des écrans Fie;. II. convenables {fig. i i), et les rayons du polonium ne donnen.t lieu à aucune émission de rayons secondaires capables d'ioniser le gaz. ainsi qu'on le verra plus loin. ^ oici, pour les ions produits dans différents gaz. les valeurs des mobilités en cm : sec, quand la valeur du champ est exprimée en volts : cm. : Air sec i,36 1,87 Air liumide . . 1,07 i,5i Gaz carbonir|ije sec 0,76 0,81 » humide 0,81 0,75 Hydrogène sec 6,70 7,95 » humide 5.3o 5, 60 IONS ET ELECTRONS. 2J Il résulte de ces mesures que dans l'air sec la mobilité de l'ion négatif est notablement supérieure à celle de l'ion positif. Dans l'air humide les mobilités des deux ions sont plus faibles et plus voisines entre elles que dans l'air sec. Les valeurs ci-dessus sont relatives à des gaz sous pression atmosphérique et à la température ambiante. La méthode des courants gazeux est d'une application facile, mais elle nécessite un certain débit de gaz et rend difficile son dessè- chement parfait. On peut utiliser avec avantage diverses méthodes de mesures qui consistent à déterminer directement le temps né- cessaire pour qu'un ion, contenu dans un gaz au repos et soumis à l'action d'un champ électrique^ puisse franchir un chemin dé- terminé ('). Voici la description de l'une des méthodes utilisées (-) : Un plateau A entouré d'un anneau de garde est relié à l'électro- mètre; en face de ce plateau se trouve une toile métallique B, pa- rallèle au plateau A et placée à la distance d de ce dernier ; derrière la tjoile B se trouve un plateau C placé parallèlement à la toile B et à la distance d de celle-ci. On établit entre la toile B et le plateau C une différence de potentiel constante, produisant un champ de C vers B, si l'on veut mesurer la mobilité des ions positifs. Entre la toile B et le plateau A on crée un champ alterné de période T ; pendant une demi-période, une différence de potentiel V produit entre A et B un champ de même sens que celui qui existe con- stamment entre B et C ; pendant la demi-période suivante, une différence de potentiel V. égale ou supérieure à V. produit un champ dirigé en sens inverse du précédent. On produit des ions dans le gaz entre B et C à l'aide d'un faisceau étroit de rayons Runtgen parallèle aux plateaux; les ions positifs se dirigent vers la toile et la traversent si le champ est dirigé de B vers A, mais sont arrêtés par la toile quand le champ est dirigé en sens contraire. Les ions qui peuvent traverser la toile se meuvent entre B et A avec la vitesse u, = A', -; c[uelques-uns d'entre eux (') RuTHERFORD, Pioc. Camb. Phil. Soc, iSg'6.— LxyG^yi^. Comptes rendus, igoj. — J.-J. Thomson, Conduction of electricity tlirough gases. (-) Blanc, Soc. de Phys., igoS. Cette mélliode est analogue à celle dont le principe a été établi par M. Rutherford pour la mesure de la mobilité des ions créés par l'action de la lumière ultraviolette sur le zinc. (Rutherford, loc.cit.). 26 CHAPITRE I. pourront atteindre le plateau A si le temps nécessaire pour franchir T la distance cl est inférieur à -; si donc on fait croître V progres- sivement, l'électromètre commence à dévier pour une valeur V^ qui est telle que l'on ait — = — ou ■ici'-— T/'iiVo- Ui ■> Quand V croît au delà de la valeur V„, le nombre d'ions recueillis par l'électromètre augmente; la loi de l'augmentation donnée par l'expérience est telle que si l'on porte en abscisses V et en ordonnées l'intensité / du courant, mesurée à l'électromètre, on obtient une ligne droite; l'intersection de cette droite avec l'axe des abscisses fournit avec précision la valeur de V^, et l'on peut en déduire la mobilité A", par la relation indiquée plus haut. Pour mesurer la mobilité des ions négatif?, on procède d'une manière analogue. Les nombres obtenus par cette méthode sont peu différents de ceux que l'on obtient en utilisant la méthode de courant gazeux. Les expériences faites avec des ions qui étaient produits dans le gaz carbonique entre C et B, mais c|ui ensuite pénétraient dans l'espace d'air entre la toile B et le plateau A, ont montré que la mobilité de ces ions est exactement la même que s'ils avaient été créés directeriient dans l'air. Ce résultat s'explique aisément si l'on admet, ainsi qu'on le verra dans la suite, que les ions sont formés par un groupement de molécules du gaz autour d'un centre chargé ; ce groupement échange constamment des molécules avec le gaz ambiant et se détruit en passant du premier gaz dans le second pour se reformer avec les molécules de celui-ci. La variation des coefficients /c,, k-, et a avec la pression et la température du gaz a été examinée. On peut prévoir, d'après la théorie cinétique des gaz, c{ue si les ions restent semblables à eux- mêmes, leur mobilité doit varier en raison inverse de la pression du gaz. C'est effectivement cette loi de variation que l'on observe aussi bien pour les ions négatifs produits par l'action de la lumière ultraviolette sur une lame de zinc que pour ceux produits par les rayons Riintgen, Toutefois cette loi ne se maintient plus aux basses pressions, et quand la pression descend au-dessous de lo""'" IONS ET KLECTRONS. de mercure, la mobilité de l'ion négatif est plus grande que ne le veut cette loi, comme si l'ion négatif éprouvait à ces faibles pressions une diminution de volume ( ' ). La loi de variation du coefficient a avec la pression est plus com- pliquée. Au voisinage de la pression atmosphériciue, ce coefficient pour l'air varie peu avec la pression, mais cette valeur est une sorte de maximum, et le coefficient a décroît quand la pression aug- mente ou diminue à partir de la pression atmosphérique ('- ). L'action de l'humidité sur la mobilité des ions, et plus parti- culièrement sur celle de l'ion négatif, peut s'interpréter par une augmentation de volume des ions par suite d'une attraction de molécules d'eau par ces particules chargées. On peut constater que la mobilité des ions gazeux est très su- périeure à celle des ions dans les électrolytes. Cette dernière est seulement de l'ordre de i*^^"' par heure cjuand le champ est d'un volt : cm. 8. Condensation de la vapeur d'eau sur les ions. — On a pu mesurer approximativement la charge d'un ion isolé au moyen d'expériences très ingénieuses sur la condensation de la vapeur d'eau en présence de ces particules chargées. Dans un récipient qui contient de l'eau et de l'air à température constante, la vapeur d'eau est saturante. Si le volume du gaz vient à augmenter brusquement par suite d'une détente réalisée au moyen d'un dispositif convenable, il en résulte un refroidisse- ment temporaire du gaz: la vapeur d'eau qui y est contenue se trouve alors sursaturée et doit éprouver une condensation par- tielle. La facilité de cette condensation dépend essentiellement de la présence dans le gaz de centres de condensation, c'est-à-dire de particules pouvant servir de noyaux pour la formation des gouttes. C'est ainsi que dans l'air contenant des poussières la condensation se produit facilement, lors d'une détente très faible, et se mani- feste par l'apparition d'un brouillard. Si. au contraire, l'air est exempt de poussières, la condensation au sein du volume gazeux ne se produit pas pour une détente faible, et l'on ne voit appa- (') RuTiiEUFORD, P/-OC. Ccimb. Phil. Soc. 1S98. — Langevix. rht'se de doctoral. (-) Langevin, lac. cit. 28 CHAPITRE I. raître aucun brouillard. Les poussières présentes dans l'air peuvent évidemment faciliter la condensation de la vapeur d'eau en attirant les molécules d'eau par affinité chimique comme des substances hygroscopiques. Mais même indépendamment de toute action chimique, ces poussières agissent comme centres de conden- sation en rendant possible la formation d'une surface liquide de courbure relativement faible, tandis qu'une goutte de trop petites dimensions formée dans le gaz doit, ainsi que l'a montré Lord Kel- vin, s'évaporer en vertu des actions capillaires. La condensation de la vapeur d'eau sursaturée peut aussi être facilitée par la présence dans le gaz de charges électriques. Toute particule chargée agit comme centre de condensation, parce cju'elle exerce sur les molécules d'eau une attraction électrostatique. L'étude des conditions de condensation de la vapeur d'eau dans l'air privé de poussières à l'état neutre ou à l'état ionisé a été faite par M. C.-T.-R. ^\ilson ( ' ). qui utilisait un appareil permettant de réaliser une détente très brusque et correspondant à une augmen- tation de volume dans un rapport A connu et variable à volonté. Voici quels sont les résultats de ces expériences : 1 o Dans l'air non ionisé, privé de poussières, aucune condensation ne se produit pour des valeurs de A inférieures à t,25. Pour des valeurs de A comprises entre i,i5 et i,38, la détente donne lieu à la formation de quelques gouttes; enfin, si A ^ 'jJ^? la détente donne lieu à la formation d'un brouillard opaque. ^^ Dans l'air contenant des ions produits par les rayons RiJnt- gen ou par une substance radioactive, aucune condensation ne se produit si A <^ 1,2 5; mais pour A ^ 1, 20 la détente donne lieu à la formation d'un brouillard d'autant plus opaque que l'ionisation est plus forte. Les centres de condensation sont alors les ions con- tenus dans le gaz; on peut, en effet, empêcher la condensation en établissant dans le gaz un champ électrique intense qui a pour effet d'entraîner les ions vers les électrodes à mesure qu'ils se forment. En l'absence du champ la condensation peut d'ailleurs être provoquée par la détente, un instant après la suppression de la cause ionisante. Les ions négatifs condensent la vapeur d'eau plus facilement (') Phil. Trans., 1897, 1S99, 1900. IONS ET ELECTRONS. 29 que les ions positifs. C'est ainsi que la détente nécessaire pour obtenir la condensation sur les ions négatifs correspond à A = 1 , 20, tandis cjue les ions positifs ne commencent à provoquer la con- densation qu'à partir de la détente qui correspond à A ^= i , 3 r . La formation de gouttes peu nombreuses dans l'air privé de poussières et soumis, en l'absence de toute cause ionisante^ à une détente pour lacpielle le rapport A est compris entre 1,2.5 et i,38, est attribuable à une faible ionisation spontanée de l'air atmo- sphérique, ionisation dont la réalité a été mise hors de doute par de nombreuses recherches relatives à ce sujet et dont il sera question plus loin. L'expérience suivante, due à M. ^^ilson, montre la diffé- rence c{ui existe entre l'effet des ions positifs et celui des ions négatifs,. Le vase dans lecpiel on observe la condensation a la forme représentée dans la figure 12. Ce vase est divisé en deux parties Fis. t2. symétricpaes par une cloison centrale servant d'électrode. Une nappe étroite de rayons Rontgen ionise le gaz dans la région comprise entre deux plans parallèles à l'électrode centrale et situés de part et d'autre de celle-ci à des distances égales. Deux électrodes semblables et parallèles à l'électrode centrale sont placées symétricjuement de part et d'autre de celle-ci; elles sont portées respectivement à des potentiels +V et — Y, tandis que l'électrode centrale est reliée au sol. Par suite de cette disposition, le gaz situé à droite de l'électrode centrale ne contient que des ions positifs, sauf au voisinage immédiat de cette électrode; de même le gaz situé à sa gauche ne contient que des ions négatifs. 3o CHAPITRE 1. On peut d'ailleurs réglei' l'appareil de telle manière que l'ionisation soit également intense des deux côtés, ce qui est réalisé quand les courants de saturation que l'on peut obtenir dans les deux conden- sateurs sont les'mcmes. On constate alors que la valeur minimum de A nécessaire pour que la détente soit accompagnée de formation de brouillard^ est égale à i,:i5 pour le volume gazeux qui contient des ions négatifs et à i , 3 1 pour le volume gazeux contenant les ions positifs. D'ailleurs, quand la condensation est obtenue de part et d'autre, les brouillards ont un aspect semblable. Si l'on détermine leur production aussitôt après l'arrêt des rayons, on les voit tomber, et l'on constate qu'ils tombent avec la même vitesse, ce qui prouve qu'ils sont formés de gouttes qui ont sensiblement même volume. Si l'on admet que la quantité d'eau condensée des deux côtés n'est pas très différente, il en résulte que les ions des deux signes sont bien présents dans le gaz en nombres comparables, et comme ils sont formés à partir d'un gaz primiti- vement non chargé, les charges des ions de signes contraires doivent avoir des valeurs du même ordre. La vitesse de régime ç que prend une petite sphère dont la densité est cl et le rayon ?•, en tombant en chute libre au sein d'un gaz dont le coefficient de viscosité est y., a été calculée par Stokes. On a _ 1 dga"- ' ~ 9 1-^ ' Cette formule peut être appliquée à la chute de gouttelettes qui composent le brouillard, et pour lesquelles f ? = i . Elle permet de calculer le rayon a d'une goutte, si toutes les gouttes sont sup- posées égales, et si la vitesse de chute v de leur ensemble a été observée; le coefficient 'x est connu pour différents gaz. 9. Charge des ions. — Pour mesurer la charge d'un ion, M. J.-J. Thomson a admis que quand l'ionisation n'est pas trop forte et que la détente a une valeur convenable, tous les ions servent comme centres de condensation; le nombre des gouttes formées est alors égal au nombre d'ions présents. Le gaz était ionisé soit par les rayons R">ntgen, soit par une substance radioactive; il était contenu dans un récipient qui renfermait deux plateaux parallèles et horizontaux formant condensateur. Après l'arrêt des rayons, on IONS ET ÊLECÏllONS. 3l produit la détente, on observe la chute du brouillard et l'on en déduit le rayon d'une goutte. En faisant certaines hypothèses sur les conditions de détente et de condensation, on peut cal- culer quelle est la quantité d'eau qui doit se condenser lors de la détente; on peut, par conséquent, connaître le nombre des gouttes formées. D'autre part, il est possible de mesurer la charge totale portée par les ions. Pour cela, faisant agir les rayons, on établit un champ faible entre les plateaux du condensateur, et l'on mesure le courant obtenu. La densité i de ce courant est donnée par la formule /ie\ , , , 1 = -y-(/i-T-A-2), OÙ n est la concentration en ions d'une espèce, e la charge d'un ion, V la différence de potentiel entre les plateaux, / la distance des plateaux, A-, + k-^ la somme des mobilités des ions. Si la différence de potentiel V est faible, on peut admettre que la concentration n des ions positifs ou négatifs n'a pas été sensi- blement modifiée par le passage du courant. La formule précé- dente permet alors de calculer le produit ne, tandis que l'on connaît d'autre part le nombre 2 n des gouttes formées. On pourra par suite calculer la valeur de e. La dernière et la meilleure valeur obtenue dans ces expériences difficiles est e = 3 , î . 10-"' u n i l é E . S . D'après les expériences de M. J.-J. Thomson ( ' ), la charge d'un ion serait la même quand il est produit par les rayons Rœntgen, soit dans l'air, soit dans l'hydrogène. La connaissance de la charge e peut aussi être déduite de l'ob- servation de la chute du brouillard, formé sur les ions négatifs seuls-, entre les deux plateaux parallèles et horizontaux d'un con- densateur, soit en l'absence d'un champ électrique, soit en présence d'un champ électrique ('-). Le rapport des vitesses de chute i'i et i^-2 dans les deux cas est donné par la relation (') J.-J. Tno.MSOX, Conduction of electricily throiigh gases. (-) n.-A. \\iLSON, Phil. Mag., igoS. :>■> ciiAiMTur-: I. où m est la masse d'une goutte et h la valeui^ du champ dont l'action s'ajoute à celle de la pesanteur. Cette relation, jointe aux deux relations 4 , ^ ,•^«- m = - ~a^, 4'i = - ' J 9 !-'■ permet de calculer la valeur de e, sans faire intervenir la masse d'eau condensée. La moyenne des nombres obtenus dans l'air a été e = 3,1 . lo"'" unité E. S. Dans ces expériences les écarts entre les nombres obtenus et la valeur moyenne sont toujours relativement grands. Cependant la méthode a pu être perfectionnée par M. Millikan ( ' ) qui a rem- placé l'observation du brouillard par celle des gouttes isolées; le nombre obtenu est e = 4 , 65 . i o~ ' " E. S. , et la précision des me- sures est évaluée à 2 pour 1 00. Les expériences de condensation de la vapeur d'eau sur les ions gazeux ont présenté un très grand intérêt. Elles ont permis, pour la première fois, de mettre en évidence très clairement la struc- ture discontinue de l'électricité, et d'observer individuellement les effets produits par des charges électriques isolées d'une peti- tesse extrême. La valeur de la charge d'un ion négatif est une constante très importante; nous verrons, en effet, que cette charge représente, dans l'état actuel de nos connaissances, la plus petite quantité d'électricité qui jouisse être isolée, ou atome d' électricité négative. Cette charge a reçu le nom de charge élémentaire. Une' méthode très précieuse pour la comparaison des charges des ions dans les électrolytes et dans les gaz résulte de l'étude de la mobilité et de la diffusion des ions gazeux. 10. Diffusion des ions. — Quand la concentration en ions n'est pas uniforme dans un certain volume, les ions sont soumis à une force qui donne lieu à un mouvement de diffusion tendant à réta- blir l'uniformité de concentration. Ce mouvement de diffusion peut, par exemple, être déterminé par l'attraction exercée sur les ions à très petite distance par une paroi conductrice; une telle paroi se comporte à l'égard des ions comme une paroi absorbante. (') .Millikan, Amer. P/iys. Soc, 190g. IONS ET ELECTnONS. 33 Les ions peuvent être assimilés aux particules d'un gaz qui se trouverait mélangé en proportion très faible au gaz non ionisé. La concentration des ions est en effet toujours très faible par rapport à celle des molécules du gaz non ionisées. L'expérience montre qu'avec nos moyens d'action actuels une concentration en ions de I o'' ions de chaque signe par centimètre cube de gaz doit être considérée comme exceptionnellement grande. Or, d'après les données de la théorie cinétique, le nombre des molécules dans un centimètre cube d'un gaz, dans les condi- tions normales de température et de pression^ est environ 3x lo"" ; le nombre des molécules ionisées n'est donc pratiquement qu'une petite fraction du nombre des molécules présentes. Le coefficient de diffusion des ions dans le gaz cjui les contient a été mesuré par M, Townsend pour différents gaz et avec diverses causes ionisantes, entre autres pour les gaz ionisés par les rayons R intgen et par les substances radioactives ('). L'expérience consistait à faire passer le gaz ionisé dans une série de tubes étroits dont la paroi absorbe les ions par diffusion. Ces tubes sont montés à l'intérieur d'un tube métallique plus large parallèlement à l'axe de ce dernier et dans la même portion de sa longueur. A la sortie des tubes étroits, on mesure le courant de saturation que l'on peut obtenir entre le tube large et une élec- trode centrale placée dans son axe. Cette mesure peut être faite en observant la charge que prend progressivement l'électrode cjuand, après avoir été réunie au sol, elle se trouve isolée et que le tube est porté à un potentiel élevé positif ou négatif ; on peut ainsi mesurer séparément le nombre d'ions positifs et négatifs qui restent dans le gaz après son passage dans la série des tubes étroits. La perte d'ions lors de ce passage est due presque entièrement à la diffusion vers les parois ; toutefois on peut aussi tenir compte de la petite proportion d'ions c[ui se sont recombinés pendant le trajet. Pour établir la théorie mathématique du problème, on considère les ions de chaque espèce comme un gaz contenu en très faible proportion dans le gaz non ionisé, et entraîné avec celui-ci dans son mouvement axial le long du tube étroit. Les ions possèdent de plus, en vertu de l'action absorbante de la paroi, un mouvement (') Townsend, jP/nï. T/ans., i^()<^. C. — I. 3 34 CHAPITRE I. radial vers celle-ci; ce mouvement se fait suivant les lois de la diffusion, c'est-à-dire de telle manière que le nombre q d'ions qui traversent par unité de temps l'unité de surface normale au rayon du tube, soit proportionnel au gradient de la concentration en ions en ce point du tube et dans la direction du rayon. Si donc on désigne par n la concentration en ions, et par r la distance comptée suivant le rayon à partir de l'axe du tube, on aura on où D est un coefficient, indépendant de n et des coordonnées, nommé coefficient de diffusion. Si alors on considère dans le tube un volume infiniment petit, limité par deux sections droites et par deux surfaces cylindriques ayant comme axe celui du tube, on peut écrire qu'à l'état de régime permanent le nombre d'ions qui entrent dans ce volume est égal à celui des ions qui en sortent pendant le même temps. Soient r et ?- + dr les rayons des deux cylindres; désignons par Ox la direction axiale et par dx la distance des deux sections droites; soit enfin u la vitesse du gaz à la dis- tance r de l'axe, vitesse supposée constante dans la direction Ox. Les nombres des ions d'une espèce qui par unité de temps tra- versent dans le sens Ox les deux sections sont respectivement égaux à et à •i-rit ni- [ n h a.r \ Ox Les nombres des ions d'une espèce qui, par unité de temps, traversent dans le sens du rayon les deux éléments de surface cylindrique sont respectivement égaux à ! - /■ dx D — dr et à — y. TT D dx On a donc la relation 2 - /•// u dr r dn On 2-/0 — dx i)r = 2 - ru n \ n -T- -T- dx] dr — >. -kD dr\ r 1- r- f /' — ) dr , \ dx J L '"' '^'' \ '^'" / J IONS ET ÉLECTRONS. 35 d'où l'équation différentielle suivante : dn ^ () dn\ ru ■ U — /• — = o. Ox ()r \ Or j On sait d'ailleurs que. quand un gaz s'écoule par un tube étroit, sa vitesse de régime u à une distance r de l'axe est telle que u — - — r ( a- — /■-), si A est le débit de gaz en volume et a le rayon du tube. Par suite, l'équation prend la forme (.)■- n an 2 A/- dn r — - j- — («7-— /■-)-— = o. or- or - L) a* ox Cette équation définit ?i en fonction de r et de .r, si on lui adjoint les conditions aux limites qui sont telles que îi doit s'annuler pour r ^^ a quel que soit x, et prendre à l'origine du tube pour x = o une valeur déterminée 7io indépendante de ?•. La solution de l'équation est obtenue sous forme d'une série convergente; on peut donc connaître la valeur de n en chaque point de la section terminale du tube pour laquelle x = l, si l est la longueur du tube. Le nombre d'ions Q qui traverse la section terminale se calcule ensuite par la relation Q = ; iTznur dr; le rapport R de ce nombre à celui des ions qui traversent la sec- tion à l'origine du tube est donné par la formule suivante appro- chée : T/I) TT/D \ / — S,G5 — 22,2S • \ R = 4\o,i95e -^ — o,o?.4é" -^ -^...1. Cette formule permet de calculer D quand on a mesuré R, puisque Z et A sont connus. Voici les valeurs des coefficients de diffusion obtenues pour les ions produits dans différents gaz par les rayons Runtgen et par les rayons des substances radioactives : Ions (-f-). Ions (— ). Air sec 0,028 o,o43 )) humide o,o32 o,o35 Oxygène sec o,o-25 0,0396 Gaz carbonique sec o,o23 0,026 Hvdro2;ène sec o,i23 0,190 36 CHAPITRE I. La vitesse de difîusion de l'ion négatif est dans tous les cas plus grande que celle de l'ion positif, et ce résultat est conforme à celui d'après lequel la mobilité de l'ion négatif dépasse aussi celle de l'ion positif. Cette différence dans la vitesse de difîusion a pour conséquence ce fait, que le gaz, primitivement non chargé, possède à la sortie du tube étroit une faible charge positive; les ions néga- tifs ont en effet été abandonnés à la paroi en proportion plus forte que les ions positifs. Quand le gaz ionisé diffuse au travers d'un tampon de coton, les ions sont absorbés par le tampon, et le gaz qui s'échappe en est complètement privé. Un gaz ionisé qui barbote dans de l'eau abandonne aussi au liquide tous les ions qu'il contient. Les coefficients de diffusion des ions sont notablement plus petits que les coefficients de diffusion mutuelle des gaz; c'est ainsi que le coefficient de diffusion du gaz carbonique dans l'air est égal à o,i4. On sait que le coefficient de diffusion d'un gaz dans un autre varie approximativement en raison inverse de la racine carrée du poids moléculaire; si cette loi était applicable aux ions, leur masse moléculaire correspondrait à celle de 20 à 3o mo- lécules de gaz carbonique. Ce résultat inclique que non seulement les ions formés dans les gaz par les rayons Rrmtgen ne peuvent être des fractions de molécule, mais que ce sont bien plutôt des agglomérations moléculaires. On peut cependant remarcjuer que les ions étant chargés, levir mouvement se trouve entravé par l'attraction qu'ils exercent sur les molécules du gaz, et qu'il en résulte une diminution de leur coefficient de diffusion. Le coefficient de diffusion des ions dans un gaz varie en raison inverse de la pression, ainsi que le prévoit la théorie de la diffusion. 11. Charge élémentaire. — Les mesures des coefficients de diffu- sion jointes à celles des mobilités ont permis de déduire un résultat important relatif à la charge des ions. Considérons un élément de surface s placé dans une région où la concentration des ions est n, normalement à la direction Ox de la chute de concentration maximum en ce point. Le nombre d'ions cjui traversent cet élé- ment par unité de temps est IONS ET ÉLECTRONS. 87 par suite leur vitesse est égale à D dn n Ox Or la force qui donne lieu à la diffusion est la variation de la pression partielle des ions quand on se déplace dans la direc- tion Ox. Si l'on désigne par p cette pression partielle, la différence des pressions qui s'exercent sur les deux faces de l'élément de volume ayant l'élément de surface s comme base et la hauteur dx est égale à ax et, sur chaque ion contenu dans l'élément de volume, la force qui s'exerce est égale à I dp n Ox D'autre part, une force électrique eh due à l'action d'un champ h sur l'ion dont la charge est e, lui communique la vitesse de ré- gime kh. Si l'on admet que les forces sont proportionnelles aux vitesses de régime, on trouve dx kh dp eh dx Si les ions sont assimilables à des molécules d'un gaz, leur pres- sion est la même que celle d'un gaz à concentration égale ; on doit donc avoir « _ N p- P en désignant par N le nombre des molécules d'un gaz contenues à la pression atmosphérique P et à la température ordinaire dans On trouve par suite dn _'N dp et Ne = P^ dx ~ P dx D Si l'on forme les quotients -j^ pour les ions négatifs produits 38 CIIAPITIŒ I. dans différents gaz, on trouve que ces quotients ne sont pas très différents, étant donné surtout ce fait que les mesures ne se rap- portent pas généralement à des gaz à pression et température égale, et que le dessèchement des gaz peut ne pas être parfait. Si l'on admet que pour les ions gazeux, comme pour ceux produits dans les électrolytes, la charge est toujours un multiple d'une certaine charge élémentaire, nous devons en conclure que les ions gazeux négatifs étudiés ont tous la même charge et qu'il n'y en a pas de valence différente comme dans les électrolytes. Si l'on fait P = io«, on trouve pour la valeur du produit Ne : Ion négatif dans l'air sec. ... i ,0 1 . io'<' unités E. S. » dans l'oxygène. . i,36 » » dans l'hydrogène. i,25 » Désignons, d'autre part, par e' la charge d'un atome d'hydro- gène dans l'électrolyse; la charge transportée par i'"'' d'hydrogène à la pression atmosphérique et à o" est représentée, comme on sait, par 2Ne' = 96500 xSxio^xOjOoiSx 0,069, soit 2,6. 10'^ unités E.S. Pour 1""' d'hydrogène sous pression atmosphérique normale et à la température de ij" cette charge serait un peu plus faible, et l'on aurait Ne' = 1,220. 10'" E.S. On voit donc que la charge d'un ion négatif est très voisine de celle que transporte un atome d'hydrogène dans l'électrolyse. Pour les ions positifs, les quotients yr obtenus indiquent, en général, une charge plus forte, mais n'atteignant pas une valeur double. Ainsi les valeurs trouvées pour les produits Ne dans l'air et dans l'hydrogène sont respectivement i,4(>-h»'" et 1,63. 10"* unités E.S. En vue d'éliminer les incertitudes relatives à la détermination séparée des coefficients de mobilité et de diffusion, j\I. Town- send ( ' ) a utilisé un dispositif expérimental, dont le principe est (') TowNSEND, Proc. Roy. Soc, 1908. IONS ET ÉLECTRONS. 3g le suivant : deux plaques horizontales A et B {fîg. i3) sont placées parallèlement à une distance convenable; des ouvertures circu- l'ic. i3. laires de même rayon sont découpées dans les plaques, les centres des cercles étant sur une même verticale. Une toile métallique fine ferme l'ouverture supérieure, et un disque D remplit presque entièrement l'ouverture inférieure, tout en restant isolé de la plaque A par un étroit espace d'air. Au-dessus de la plaque B se trouve une plaque C parallèle aux plaques A et B. Un champ électrique est établi entre C et B et un champ de même sens est établi entre B et A. Les ions sont produits dans le volume d'air compris entre C et B ; des ions d'un signe seulement traversent la toile métallique et pénètrent dans le champ uniforme au-dessous de celle-ci. En se déplaçant sous l'action de ce champ h, ils dif- fusent en même temps dans une direction latérale, de sorte que certains d'entre eux sont recueillis par le plateau D et les autres par la plaque annulaire A. La proportion des ions recueillis par le disque D augmente avec l'intensité du champ h et peut être dé- terminée avec précision. Le calcul montre d'ailleurs que cette proportion ne dépend que du produit Xe/i et qu'on peut en dé- duire la valeur de ce produit. On trouve par ce procédé, pour l'ion négatif dans l'air, "Se = I . '23 . lo"* unités E. S. Par conséquent il est légitime d'admettre que la charge de Vion négatif est égale à celle cVun atome monovalent dans Vélectrolyse. Cette charge, étant la plus petite de celles qui aient été mesurées, porte le nom de charge élémentaire. Pour les ions positifs, les résultats obtenus dépendent du dispo- sitif expérimental. Les ions positifs peuvent être tous bivalents, 40 CHAPITRE I. OU bien tous monovalents, ou encore ils sont en partie monovalents, en partie bivalents. Le fait que les charges de l'ion positif et de l'ion négatif ne sont pas nécessairement égales, peut amener une modification dans les équations qui interviennent dans la théorie de la conduc- tibilité électrique des gaz. Ces modifications peuvent se faire sans difficulté quand tous les ions ont même charge, mais s'il n'en est pas ainsi, les résultats deviennent plus compliqués. On peut penser que la charge élémentaire déterminée par les méthodes de condensation est, en général, trop faible, parce cjue les gouttelettes s'évaporent en tombant et que, pour cette raison, la vitesse de chute moyenne est inférieure à celle qui correspond à leur grosseur primitive. M. Rutherford a déduit de ses expé- riences sur les rayons a que la valeur de la charge élémentaire est égale à i,6b .\o~^'^ unité E.S. {i>oir § 1153). Ce nombre est en très bon accord avec le nombre ^,6[).\o '" déduit par M. Planck de la théorie du rayonnement ( ' ). Enfin les expériences de M. Perrin ( - ) sur les émulsions colloï- dales permettent aussi la détermination de la charge élémentaire par voie indirecte, dans de bonnes conditions de précision. Le nombre trouvé est e = 4, I . lo-'O unité E.S. Il est probable que la valeur de e est supérieure à 4.10""' unité E.S. Dans cet Ouvrage j'adopterai la valeur 4,7.10 '" qui résulte des expériences sur les rayons a (§ 133) 12. Causes de production d'ions et nature des ions formés. — Au cours de cet exposé j'ai en général admis que l'on obtient des ions de même nature en employant pour ioniser le gaz soit les rayons Rrjntgen, soit les rayons d'une substance radioactive. L'identité des ions obtenus dans ces deux cas a été démontrée par la mesure de leurs mobilités et de leurs coefficients de diffusion (Rutherford, Zeleny et Townsend). Ces ions, que nous aurons surtout à considérer, ont été nommés petits ions par opposition (•) Planck. Ann. der Phys.. 1901. (-) Perrin, Comptes rendus de l'Académie des Sciences, 1908. IONS ET Él.Er.ïRONS. /{l avec des ions de dimensions bien plus grandes, qui peuvent aussi être formés dans le gaz à la température ordinaire. Ainsi qu'il résulte de diverses recherches, la formation de petits ions dans les gaz peut avoir lieu dans d'autres cas encore. Si. par exemple, on fait passer la décharge disruptive sous forme d'une aigrette entre une pointe et un plan, la conduction de l'électricité au travers du gaz se fait par le moyen d'ions formés au voisinage de la pointe, et ces ions sont de même nature que les petits ions définis précé- demment ( ' ). De même, quand une placjue de zinc chargée négati- vement est éclairée par la lumière ultra- violette, on sait que cette plaque se décharge progressivement en vertu de V écoulement de son électricité négatii'e qui a lieu dans le champ électrique de la plaque, comme si le gaz qui baigne celle-ci était faiblement con- ducteur. La conductibilité du gaz est en ce cas unilatérale ; elle a lieu seulement en présence d'une charge négative sur le corps éclairé, tandis qu'en présence d'une charge positive le gaz conserve sa propriété isolante. L'étude de ce phénomène a prouvé que, sous l'action de la lumière ultra-violette, une formation d'ions négatifs seulement a lieu au contact de la surface éclairée; après avoir été émis par la plaque, les ions sont repoussés par celle-ci, et c'est en cela que consiste le mécanisme de la décharge. La mesure de la mobilité de ces ions négatifs et de leur coefficient de diffusion a prouvé que les ions dont il s'agit ici sont les mêmes que les petits ions créés dans l'air par les rayons Rjntgen. On connaît, au contraire, un certain nombre de cas de conduc- tion à travers les gaz à la température ordinaire, où la conductibilité est également de nature ionique, mais où les ions sont différents de ceux dont nous venons de parler. C'est ainsi qu'en présence du phosphore blanc humide, l'air devient conducteur; un électroscope chargé se décharge quand on approche de son bouton un fragment de ce corps. La conductibilité du gaz en ce cas est due à la présence de particules chargées dont la mobilité est environ i ooo fois plus petite que celle des petits ions (-). En vertu de leur faible mobi- lité, ces particules ne diffusent que très lentement dans les gaz et ne sont pas complètement absorbées quand on fait passer le (') Ions, électrons, corpuscules, p. 97, gSi. (-) Ions, électrons, corpuscules, p. 82. 42 CHAPITRE I. gaz au travers d'un tampon de coton ou quand on le fait bar- boter dans l'eau. Des ions analogues sont produits dans les gaz qui se dégagent dans diverses réactions chimiques ou dans l'électrolyse. Ces gros ions possèdent la propriété de condenser la vapeur d'eau saturante. A cause de leur faible mobilité, il est difficile d'obtenir avec eux le courant de saturation, bien que leur coefficient de recombinaison soit beaucoup plus petit que celui des petits ions. Il convient aussi de signaler le cas des gaz chauds ou des gaz des flammes. Ces gaz sont conducteurs, et leur conductibilité est due à un état d'ionisation. La nature des ions dépend essentielle- ment de la température du gaz. Si celle-ci est très élevée, les ions ont une très grande mobilité, surtout l'ion négatif dont la mobilité atteint i ooo cm : sec, le champ étant mesuré en volts : cm. Au contraire, si l'on étudie le gaz refroidi, on trouve des mobilités plus faibles, lesquelles peuvent même descendre au-dessous de celles des petits ions ordinaires ( ' ). Les corps incandescents émettent dans le vide des ions négatifs très mobiles. Dans les gaz sous pression normale, ils émettent des ions positifs et négatifs; ces derniers prédominent à mesure que la température augmente. Les mesures du rapport de la charge à la masse effectuées sur ces ions rendent probable que la masse de l'ion négatif est de l'ordre de 7-^ de celle d'un atome d'hy- drogène, tandis que celle de l'ion positif est du même ordre que celle d'un atome (-). On peut enfin constater que, si dans un gaz sous pressionatmo - sphérique une plaque de zinc éclairée par la lumière ultra-violette et chargée négativement émet des petits ions ordinaires, cette même plaque dans un bon vide émet des ions négatifs beaucoup plus petits et beaucoup plus mobiles, dont la masse est de l'ordre de -i-~ ^^ celle d'un atome d'hydrogène ( '). Les conclusions générales que l'on peut dégager des résultats expérimentaux précédents sont les suivantes : bien que dans les différents cas de convection électrique les ions puissent être de (') Joiis, électrons, corpuscules, p. 5i3. (') J.-J. Thomson, Conduction 0/ Electricily through gases. (^) Lf.naud, Ions, électrons, p. 862. IONS ET ELECTRONS. dimensions et de mobilité différentes, il semble toutefois que l'ion négatif soit susceptible de prendre des dimensions très inférieures à celles d'un atome, avec une masse qui ne dépasse pas j-^ de celle d'un atome d'hydrogène. Cette réduction de dimensions se produit pour l'ion négatif quand il est obtenu par un procédé quelconque dans un bon vide ou à une température très élevée; elle est aussi favorisée par l'existence d'un champ électrique intense dans la région où se produit l'ionisation {i'oir § 13). On facilite donc la production de ces corpuscules négatifs de petitesse extrême en réalisant les conditions qui tendent à les mettre en un état de mouvement violent ou à empêcher leur rencontre avec les molécules gazeuses. Quand ces conditions ne sont pas remplies, il y a production d'ions négatifs plus gros; on admet alors que chacun de ces ions contient comme noyau le corpuscule extrêmement petit ou électron qui aurait été formé dans le vide, et que l'ion tel qu'il est observé résulte d'une agglo- mération matérielle formée autour de ce noyau. L'expérience montre que l'ion positif n'éprouve pas de réduction de dimensions aussi importante que celle qui peut avoir lieu pour un ion négatif. Sa masse, probablement supérieure à celle d'une molécule dans les gaz froids sous pression atmosphérique, devient comparable à celle d'un atome dans les conditions qui favorisent la dislocation des agglomérations. On peut donc admettre que le noyau lui-même de l'agglomération est de dimensions atomiques. Nous arrivons ainsi à la conception suivante de la production d'ions à partir d'une molécule : Sous l'action d'une radiation ou de certaines autres causes, une molécule est scindée en deux parties inégales : un corpuscule chargé négativement ou électron et la partie restante de la molécule chargée positivement. Ces deux noyaux peuvent soit subsister à cet état, si les conditions le permettent : soit s'entourer d'agglomé- rations matérielles plus ou moins importantes dont la formation est due à l'attraction électrostatique exercée par les noyaux. Dans le cas des petits ions ordinaires, ces agglomérations sont vraisemblablement composées d'un petit nombre de molécules non ionisées du gaz où les noyaux ont pris naissance. Dans le cas de gros ions, la nature des agglomérations peut être plus complexe et n'est pas très bien connue. 44 CIIU'ITRE I. L'expérience indique que, sous une pression de lo""' de mer- cure, l'agglomération formée autour de l'ion négatif commence à éprouver la dislocation. L'électron ou corpuscule, dont la masse est inférieure à j^ de celle d'un atome d'hydrogène, joue un rôle très important dans les théories actuelles relatives à l'électricité et à la matière. Il représente l'atome d'électricité, c'est-à-dire la plus petite quantité qui puisse être isolée, et aussi le plus petit élément matériel que nous connaissions, faisant partie de la structure d'un atome. Sa charge est égale à environ 4- lo"^'" unité E.S., et le rapport de la charge à la masse est égal à environ 1,70.10' unités électroma- gnétiques, ainsi qu'on le verra plus loin. La charge d'un ion né- gatif ou positif peut rester égale en valeur absolue à celle d'un électron, quelle que soit la grosseur de l'agglomération, mais il existe aussi des ions dont la charge est plus élevée.] 13. Théorie de l'ionisation par choc des ions et de la décharge disruptive. — Nous avons vu ejue dans un gaz sous pression atmo- sphérique, ionisé par les rayons Runtgen ou par une substance radioactive dans l'espace compris entre deux électrodes, la courbe qui représente la relation entre le courant i qui passe entre les élec- trodes et la différence de potentiel V établie entre elles, affecte une allure caractérisée principalement par la possibilité d'obtenir un courant de saturation, c'est-à-dire un courant limite qui ne peut plus être dépassé pour des valeurs croissantes de V jusqu'à production de la décharge disruptive. Toutefois, quand on opère sous pression réduite, la courbe i=/(V) peut offrir un aspect différent, ainsi qu'il résulte des expériences de M. Townsend à ce sujet. On constate en ce cas que pour des champs faibles le courant croît de moins en moins vite avec la différence de potentiel, indi- quant ainsi une tendance vers la saturation; toutefois, après qu'une valeur sensiblement constante de i a été atteinte, ou même avant que cela ait eu lieu, la courbe se relève à nouveau, indiquant que le courant commence à augmenter rapidement avec la diffé- rence de potentiel {fig. \/\). > > ' • - "• '"**8-^;! L'explication qui a été proposée par M. Townsend est la suivante : (') Ions, électrons, corpuscules, p. 881 et ioo5. IONS ET ELECTRONS. 43 Les ions mis en mouvement par l'action du champ électrique éprouvent des chocs contre les molécules. La vitesse, et par suite l'énergie cinétique d'un ion au moment du choc, est d'autant plus grande que le travail effectué par le champ électrique lors du Fis. I- déplacement d'un ion sur son libre parcours entre deux chocs successifs est plus grand. Ce travail est d'ailleurs en moyenne égal à eV, si e est la charge d'un ion et V la chute de potentiel le long d'un libre parcours moyen d'un ion. Quand la valeur de V est suffisamment grande, l'énergie cinétique de l'ion au moment du choc peut devenir telle que l'ion se comporte comme un véri- table projectile qui, en rencontrant une molécule, peut déterminer la formation de deux ions nouveaux. On dira alors qu'il y a ioni- sation peu- choc des ions. On conçoit que si un ion donne ainsi lieu à la production d'ions nouveaux, et cela en quantité d'autant plus grande que le champ est plus intense, le courant puisse augmen- ter rapidement avec la différence de potentiel. Le phénomène d'ionisation par choc est favorisé sous pression réduite, par suite de l'allongement du libre parcours; il est alors plus facile d'atteindre sur la longueur de celui-ci la chute de potentiel suffi- sante pour la production du phénomène. L'équation qui relie l'énergie cinétique d'un ion au travail électrique équivalent est niv- 2 = e\ on doit toutefois remarquer que cette équation n'est applicable qu'au cas où la vitesse ç^ n'est pas très grande. On verra, en effet, 46 CllAlMTnE 1. que, pour une particule électrisée en mouvement très rapide, la masse est une fonction de la vitesse de la particule, et les équa- tions ordinaires de la Mécanique ne sont pas applicables. La théorie montre que la relation précédente est sensiblement exacte pour les vitesses qui ne dépassent pas ^ de la vitesse de la lumière. Une différence de potentiel minimum V sur la longueur du libre parcours d'un ion est nécessaire pour la production du phénomène. Cette différence de potentiel est moindre pour l'ion négatif que pour l'ion positif; l'ion négatif est donc plus efficace pour pro- duire l'ionisation par choc. La valeur minimum de V pour l'ion négatif est d'environ -^o volts. De la relation ■2 il résulte que . = i/ïiv. y m On peut d'ailleurs se rendre compte que l'ion négatif en mouve- ment très rapide a des dimensions très petites et se trouve proba- blement réduit à un électron. En effet, pour une valeur suffisante . du champ, tous les chocs d'un ion contre les inolécules rencon- trées semblent efTicaces; le nombre d'ions d'une espèce formés sur la longueur d'un centimètre est, en ce cas, égal au nombre des chocs, c'est-à-dire à l'inverse du libre parcours moyen de l'ion. On trouve que dans l'air sous pression de i""" de mercure l'ion négatif peut, pour des champs forts, produire au maximum i5 ions nouveaux par centimètre; on en déduit pour le libre parcours d'un ion négatif à cette pression et dans un champ élec- trique intense la valeur de j^ de centimètre. Cette valeur est environ dix fois plus grande que celle du libre parcours moyen d'une molécule dans les mêmes conditions, et l'on peut en conclure que les dimensions de l'ion négatif, dans les conditions indiquées, sont très petites par rapport à celles d'une molécule. Si l'ion négatif est alors assimilable à un électron, le rapport de la charge à la masse est égal pour lui à i,~.k)' unités E.M. {çoir § iG); il en résulte que la vitesse minimum suffisante pour lui donner le IONS I.T KLtCTRONS. 4? pouvoir ionisant est égale à v/2 X 1, 7 X lo" X 25 X lo^, soit environ 3 . i o** cm : sec. Cette vitesse est précisément du même ordre que celle des rayons cathodiques très lents et capables de produire l'ionisation du gaz; les rayons cathodiques sont d'ailleurs eux-mêmes des électrons en mouvement. Pour des champs au-dessous d'une certaine limite, les ions néga- tifs fonctionnent seuls comme projectiles ou rayons ionisants; pour des champs encore plus intenses, les ions positifs commencent à jouer le même rôle. Enfin, quand le champ prend une valeur suffi- sante, la production d'ions nouveaux par choc de ceux déjà exis- tants augmente très rapidement, et il arrive un moment où le courant peut être entretenu par cette seule cause sans le secours d'un rayonnement étranger. On a alors obtenu la décharge disrup- tive. D'après cette théorie, la décharge disruptive doit toujours être amorcée par la présence initiale de quelques ions; on sait, d'ailleurs, que diverses causes peuvent donner lieu à la production de ces ions nécessaires au début. 14. Rayons cathodiques. — Un moyen très précieux pour obtenir des renseignements sur les dimensions d'une particule chargée consiste à déterminer pour cette particule le rapport de la charge à la masse. Pour cela on étudie le mouvement de la particule dans un champ électrique et dans un champ magnétique. Dans les deux cas, la particule chargée est déviée de son trajet primitif, et la grandeur de la déviation dépend du rapport — de la charge à la masse et de la vitesse c de la particule. Les premières expériences de ce genre sont relatives aux rayons cathodiques. Quand on fait passer la décharge électrique dans un gaz sous pression très faible, par exemple j-^ de millimètre de mercure, contenu dans un tube de verre muni de deux électrodes, l'électrode négative ou cathode donne lieu à une émission de rayons dits rayons cathodiques. Ces rayons partent normalement de la sur- face de la cathode et poursuivent dans le gaz un trajet rectiligne indiqué quelquefois par la flviorescence du gaz sur leur passage. 48 CHAPITRE I. L'arrivée des rayons sur la paroi de verre opposée à la cathode est marquée par la production d'une vive fluorescence, et si un obstacle opaque aux rayons est interposé sur le trajet du faisceau, cet obstacle donne lieu à une ombre nette, dont la production prouve la propagation rectiligne des rayons. Les rayons catho- diques ont une énergie très appréciable ; en frappant un obstacle ils peuvent en élever la température au point de produire l'incan- descence et, dans le cas du verre, la fusion. Ils sont déviés de leur trajet rectiligne par l'action d'un champ électrique ou d'un champ magnétique; cette déviation se fait de la même manière que celle que l'on peut prévoir en assimilant un rayon cathodique à une particule matérielle chargée négativement et lancée par la cathode avec une très grande vitesse. Le fait que les rayons cathodiques transportent avec eux de l'électricité négative a d'ailleurs été di- rectement démontré par les expériences de M. Perrin (' ). La théo- rie précédente sur la nature des rayons cathodiques, primitivement énoncée par M. Crookes, est actuellement généralement adoptée. M. Lenard a réussi à observer les rayons cathodiques en dehors du tube à décharge dans lequel ils se produisent, en les dirigeant sur une fenêtre en aluminium très mince, faisant partie de la paroi du tube. Si l'épaisseur de l'aluminium n'est que de quelques millièmes de millimètre, les rayons peuvent traverser la fenêtre et se propagent au delà de cette dernière en conservant leur charge. Ils ne peuvent toutefois se propager à une distance notable que s'ils pénètrent à la sortie de la fenêtre dans une chambre vide d'air ; dans l'air à la pression atmosphérique ils sont aussitôt absorbés et ne peuvent franchir qu'une distance de i """ à 2""". En recevant les rayons cathodiques dans un gaz, on peut constater qu'ils produisent dans celui-ci une ionisation intense. 15. Action d'un champ magnétique et d'un champ électrique sur les rayons cathodiques. — La force qui s'exerce dans un champ magnétique uniforme d'intensité H sur une particule cathodique lancée dans une direction normale au champ avec une vitesse ^, est égale à He^, si e est la charge de la particule. Cette force est normr.le au plan qui contient la direction de la vitesse et celle du (') /ons, éleclron'i, corpuscules, p. 5)8. IONS ET ÉLECTRONS. 49 champ ; son sens est donné par la règle d'Ampère relative à l'action d'un champ magnétique sur un courant électrique. Par le moyen de diaphragmes convenablement disposés dans le tube producteur de rayons cathodiques, il est possible de limiter un faisceau étroit et sensiblement cylindrique de ces rayons. Soit OA la direction de propagation d'un tel faisceau, et supposons qu'un champ magnétique uniforme d'intensité H normal au plan de la figure et dirigé vers l'arrière de ce plan [fig. i5) vienne à être établi dans la région comprise entre 0 et 0' du trajet primitif du faisceau. La force Hec, due à ce champ, est comprise dans le plan du tableau, et la trajectoire du faisceau reste dans ce plan. La force étant normale à la trajectoire, la vitesse d'une des parti- cules chargées qui composent le faisceau reste constante en gran- deur; si cette vitesse n'est pas trop voisine de la vitesse de la lumière, on peut appliquer au mouvement de la particule les équations de la Mécanique, et si le vide est assez bon pour que la présence du gaz ne puisse influencer le mouvement du pro- jectile, on obtient la relation — - = H ev. où m est la masse de la particule et R le rayon de courbure de la trajectoire. Puisque v est constant, R l'est également ; la particule décrit donc une trajectoire circulaire, tangente en O à la direction OA, et dont le rayon R est fourni par la relation qui précède. On peut calculer la valeur du déplacement latéral de la parti- C. — I. 4 30 CIIAIMTIŒ I. cule. qui correspond à une longueur 00 = / du champ. Ce dépla- cement 0 M = o est la déviation magnétique; elle est reliée au rayon de courbure R de la trajectoire par la relation o(siR — 0) = IK Quand la déviation est faible, on peut utiliser la relation appro- chée '2R0 = /2, d'où 0 = II. niv 2 Si la particule continue son chemin en dehors du champ magnétique, elle suivra à partir du point M la tangente en M à l'arc de cercle OM. Soit A le point où la direction primitive de la particule rencontre un plan normal à cette direction; après dévia- tion magnétique la particule rencontre ce même plan en B, et en ce cas AB = z est la valeur de la déviation finale. Quand la déviation est petite, la tangente MB rencontre la direction OA en un point N qui est sensiblement le milieu de 00'. On a alors, en désignant par D la distance OA, iKO'M = r\ On peut recevoir le faisceau sur un écran qui devient fluores- cent par Faction des rayons et observer sur cet écran le déplace- ment de la tache lumineuse qui marque le point d'arrivée du faisceau. On peut aussi remplacer l'écran par une plaque photo- graphique sur laquelle les rayons produisent une impression; on obtiendra alors une impression correspondant à la direction pri- mitive du faisceau^ et une autre impression correspondant à la direction du faisceau dévié. Dans les deux cas on pourra mesurer la déviation et en déduire la valeur du produit — j si H est connu. Dans la pratique, la méthode de mesures cjui précède peut être modifiée et perfectionnée, toutefois le principe reste le même. Quand une particule électrisée se déplace avec la vitesse v IONS ET ELECTRONS. 5l dans un champ magnétique uniforme d'intensité H, dont la direc- tion fait un angle a avec la direction de la vitesse initiale de la particule, il est facile de montrer que la trajectoire devient une hélice, tangente à l'origine à la direction de la vitesse initiale, et enroulée sur un cylindre circulaire droit de génératrices parallèles au champ et de rayon égal à R sina, où R est le rayon de la circonférence décrite par la particule quand elle est lancée avec la même vitesse normalement au champ. La force qui s'exerce sur la particule est en effet alors égale à Het'sin'j, où 9 est l'angle que fait la tangente à la trajectoire avec la direction du champ; cette force est d'ailleurs normale au plan qui contient les directions de la vitesse et du champ. Par suite, la vitesse {> reste constante en grandeur, ainsi c[ue sa composante v cos 9 suivant la direction du champ. Il en résulte que l'angle 8 est constant et égal à a, c'est- à-dire que la trajectoire fait un angle constant avec la direction du champ, et constitue par suite une hélice enroulée sur un cylindre de génératrices parallèles à cette direction. Sur un plan normal au champ, la force He^^sina se projette en vraie grandeur^ dans une direction perpendiculaire à celle de la projection de la vitesse, et, si l'on écrit pour le mouvement en projection sur ce plan les équations du mouvement, on trouve inv'^ sin-a ^, ? où p est le rayon de courbure de la projection de la trajectoire. Ce rayon est d'après cela constant et égal à mv . H e Quand le champ magnétique n'est pas uniforme, la forme des trajectoires des rayons est plus compliquée, mais on peut toujours la prévoir en assimilant le rayon à une particule chargée négati- vement en mouvement rapide. La particule est alors considérée comme équivalente en chaque point de sa trajectoire à un élément de courant de longueur l placé en ce point suivant la tangente; l'intensité du courant i est telle que l'on ait il = ec, et son sens est opposé à celui du mouvement de la particule, celle-ci étant CHVI'ITRE I. chargée négativement, tandis qu'il aurait été le môme que le sens du mouvement dans le cas d'une charge positive. Quand une particule chargée se trouve dans un champ élec- trique d'intensité h, elle est soumise à une force de grandeur eh dirigée suivant le champ si la charge e est positive, et en sens inverse du champ si cette charge est négative. Si le champ est uniforme, la force est constante, et si la vitesse de la particule ne se rapproche pas trop de celle de la lumière, on pourra appliquer au mouvement les équations de la Mécanique. Quand le vide est hon, on n'a pas à tenir compte de la présence du gaz. Soient alors OA la direction primitive du faisceau ( fi g. i G ), 00' la région dans laquelle se trouve établi un champ électric[ue de direction opposée à 0 Y ; la déviation aura lieu suivant cette direc- tion. Si la déviation reste faible, on peut admettre cjue la force reste normale à la trajectoire, et que la particule décrit avec une vitesse constante <^ l'arc OM d'une parabole dont le sommet est en 0; le déplacement O'M = o' est égal à ' - > où ■' est l'accélé- ration due à la force eh et t le temps pendant lequel l'arc OM a été parcouru. On a donc c/i t = eh II 2 ni v- Après avoir quitté la région de champ électrique, la particule poursuit son trajet suivant la tangente en M à la parabole; cette IONS ET ÉLECTRONS. J3 tangente rencontre la ligne 00' en son milieu N. Si le faisceau non dévié rencontrait en A un plan normal à sa direction, le faisceau dévié rencontrera ce même plan en B et AB = y sera la déviation électrique. On a par suite où D est la distance OD et l la longueur du champ. Si î/ a été mesuré, on peut en déduire la valeur du rapport — - si h est connu. Voici un dispositif qui permet de faire une mesure approchée de la déviation magnétique et de la déviation électrique. La figure i - représente le tube producteur des rayons. C est Fie. I-. _ _ /jC |P \±_ la cathode; P et Q sont deux diaphragmes, dont le premier sert d'anode; M et N sont les deux plateaux d'un condensateur entre lesquels on peut établir une différence de potentiel élevée pour créer le champ électrique. Un champ magnétique normal au plan du tableau peut être créé dans la région 00' par deux bobines pareilles en tout point, placées symétriquement de part et d'autre du tube, avec leurs axes dirigés suivant une même ligne normale à l'axe du tube. Les déviations z et y sont mesurées sur une échelle divisée placée dans le tube, et la trace lumineuse du faisceau sert d'indicateur. On peut obtenir le renversement de la déviation en renversant le sens du champ. Une relation simple existe entre les déviations électrique et magnétique (-0 y \ Il h La connaissance du rapport — fournit la valeur de — ^ * )• ni 5\ CHAPITRE I. Quand les deux champs agissent simultanément, on peut régler leur intensité et leur sens de telle manière que les deux dévia- tions se compensent et que le faisceau conserve sa direction pri- mitive. Quand cette condition est réalisée, on a 0 = 0', d'où (^= — - On peut encore établir une troisième relation entre le rapport — et la vitesse r. On admet pour cela que l'énergie cinétique d'une particule constituant un rayon cathodique a été communiquée à cette particule par l'action du champ électrique qui existe dans le tube producteur. Ce champ est particulièrement intense au voisinage immédiat de la cathode. Dans des dispositifs comme celui de la figure 17,1e champ électrique qui met en mouvement la particule est limité à une région restreinte CP comprise entre les électrodes et n'existe plus au delà du diaphragme P; par suite la vitesse des rayons peut être considérée comme constante dans la région dans laquelle ils sont soumis à l'action du champ magnétique ou électrique destiné à produire la déviation du faisceau. Si l'on suppose que chaque particule part de la surface même de la cathode avec une vitesse nulle, et si la vitesse u finalement atteinte n'est pas trop grande, (moins de ^ de celle de la lumière), on peut écrire la relation — =eV, V étant la différence de potentiel entre les électrodes; tous les rayons cathodiques ont donc alors la même vitesse finale. 16. Mesure du rapport — et de la vitesse pour un électron en mouvement. — La mesure de la déviation magnétique et de la déviation électrostatique d'un faisceau cathodique, ainsi que celle de la différence de potentiel entre les électrodes, nous fournissent donc trois relations entre le rapport — et la vitesse i> pour une par- ticule cathodique. En associant ensemble deux de ces relations, nous pouvons déterminer séparément les valeurs de — et de (^. Cette détermination a été l'objet de nombreux travaux qui ont conduit à des résultats importants. IONS ET ÉLECTRONS. 55 Les premières déterminations sont dues à M. J.-J. Thomson qui utilisait la déviation magnétique et la déviation électrostatique des ravons. La valeur trouvée pour — était 0,8. lo" unités E.M • '■m ' elle était sensiblement la même dans l'air, dans l'hydrogène et dans le gaz carbonique et s'est montrée indépendante de la nature des électrodes et du degré de vide. La vitesse correspondante était de l'ordre de 10'' cm : sec. On sait, d'autre part, que dans les phénomènes d'électrolyse une charge déterminée accompagne une masse de matière connue ; le rapport de la charge à la masse pour un élément dépend de la nature de l'élément ; le maximum de ce rapport est atteint pour l'hydrogène et se trouve égal à Qfijo, soit environ 10' unités E.M. On voit donc immédiatement que les particules chargées qui constituent les rayons cathodiques sont très diiïérentes des ions électrolyticjues ; elles sont caractérisées par un rapport — beaucoup plus grand que pour ces derniers et indépendant de la nature du gaz dans lequel se produit la décharge. Une valeur analogue de — a été observée par AL Lenard pour les rayons cathodiques qui ont traversé une fenêtre d'aluminium. Des mesures plus précises du rapport — pour les rayons catho- diques ont été faites par MM. Kaufmann et Simon qui mesuraient la déviation magnétique et la différence de potentiel entre les élec- trodes. La méthode tient compte de ce que le champ magnétique ne peut pas être uniforme tout le long du trajet du faisceau. Le nombre trouvé pour — est i , 865 . 1 o" unités E . M. Ce nombre, plus ^ m élevé que celui de MM. J.-J. Thomson et Lenard, a été confirmé par M. Classen ( ' ) qui opérait dans des conditions très simples au point de vue théorique. Les rayons cathodiques étaient produits dans une région de champ magnétique uniforme obtenu au moyen de deux solénoïdes. On employait une cathode dont la sur- face portait en son milieu une très petite tache circulaire d'oxyde de chaux; quand une telle cathode est rendue incandescente, elle (') Classen, Phys. Zeit., 190S. 56 CHAPITRE I. donne lieu à une émission abondante d'électrons négatifs. En face de la cathode se trouvait une plaque de platine percée d'un petit trou placé en face de la tache d'oxyde, et servant d'anode. Une différence de potentiel de i ooo volts était établie entre la cathode et l'anode, qui étaient distantes de i'"'" seulement. Un faisceau étroit de rayons cathodiques normal à la surface de l'anode passait alors par le trou de celle-ci. Dans un champ magnétique uniforme normal à la direction primitive du faisceau, ce dernier décrivait une trajectoire circulaire et venait impressionner une plaque photogra- phique annulaire posée sur l'anode. La distance des deux impres- sions obtenues par renversement du champ mesure le double de diamètre de la circonférence décrite. La valeur du rapport — est déduite de la mesure de ce diamètre et de la connaissance de la différence de potentiel V qui a servi à communiquer aux électrons leur vitesse, les formules employées étant e •! Avec un champ H = 56 gauss, on obtient un diamètre 2 R égal à 3~'^'" environ. Les résultats concordants de plusieurs expériences conduisent à la valeur moyenne g — = i , 773 . 10" unités E.M., l'erreur possible étant évaluée à quelques unités du dernier chiffre. Un essai de mesure directe de la vitesse des rayons cathodiques par comparaison avec celle des ondes électromagnétiques a été fait par M. \\ iechert ( ' ) et a conduit à un nombre du même ordre que celui qui résulte des méthodes précédentes. 17. Électrons. — En résumé, le rapport — , pour les rayons cathodiques que l'on peut obtenir en faisant passer la décharge disruptive au travers d'un gaz raréfié, est environ i 800 fois plus grand que le même rapport relatif à l'hydrogène dégagé par élec- (') ^^'IE(:III•:^T, /ons, électrons, corpuscules, p. 1029. IONS KT KLECTRO.NS. Sy trolyse. Il semble d'ailleurs très probable que la charge d'une particule formant un rayon cathodique est égale à la charge d'un atome monovalent dans la conduction électrolytique. Nous avons vu, en effet, que cette dernière charge est la même que celle d'un ion gazeux. Or, d'après l'étude comparée des ions obtenus dans divers cas, il semble probable que l'ion négatif a toujours pour noyau un électron ou corpuscule auquel appartient la totalité de la charge, et dont les dimensions sont négligeables par rapport à celles d'un atome, mais qui est susceptible de s'entourer de molé- cules de gaz pour former une agglomération assez importante. Cette agglomération ne semble plus se produire quand le gaz raréfié est soumis à un champ assez intense pour que l'ionisation par choc des ions puisse avoir lieu; il est donc bien probable que l'agglo- mération n'a pas lieu quand la décharge disruptive traverse le gaz. Il est alors naturel de considérer les particules formant les rayons cathodiques comme ces mêmes électrons qui sont les noyaux des ions négatifs dans tous les cas, et qui sont produits à la sur- face de la cathode par le choc des ions positifs contre les molé- cules du gaz. Cette supposition peut être considérée comme prouvée par les expériences de M. Lenard, d'après lesquelles on peut obtenir des rayons absolument identiques aux rayons catho- diques, en employant un tube de verre muni de deux électrodes dont l'une en zinc, en faisant un bon vide dans ce tube, et en éclairant ensuite avec de la lumière ultra-violette l'électrode en zinc portée à un potentiel négatif pendant que l'autre électrode est rehée au sol. La cathode en zinc est alors une source d'émission de rayons cathodiques, et la vitesse de ceux-ci est d'autant plus grande que la différence de potentiel entre les électrodes est plus élevée. Dans un gaz sous pression atmosphérique, une cathode en zinc fournit au contraire des ions négatifs de masse relativement grande dont le noyau est précisément l'électron négatif, ouïe plus petit élément matériel connu Hé à la plus petite quantité d'électricité négative qui puisse être isolée. On déduit de ces considérations que l'électron se comporte comme ayant une masse environ 1800 fois plus petite que celle d'un atome d'hydrogène. On conçoit qu'une particule de si petites dimensions puisse être dans certains cas détachée d'un atome sans que la destruction de celui-ci en résulte. ")8 CllAPITRli: I. La vitesse des rayons cathodiques croît avec la différence de potentiel qui a été utilisée pour mettre les électrons en mouvement. Pratiquement cette vitesse est comprise entre lo* cm : sec cor- respondant aux rayons les plus lents que l'on puisse obtenir par l'action de la lumière ultra-violette sur le zinc dans le vide, et lo'" cm : sec correspondant aux rayons cathodiques les plus ra- pides que l'on puisse obtenir sous des potentiels de décharge d'en- viron 4oooo volts. Il s'agit donc ici de vitesses très grandes par rapport à celles des projectiles ordinaires, mais en moyenne très inférieures à celle de la lumière. Un électron doué d'une de ces grandes vitesses peut, grâce à la petitesse de ses dimensions, traverser un écran solide très mince. D'après les théories modernes de l'électricité, la relation -^- = e V n'est applicable qu'aux particules dont la vitesse n'est pas trop grande et n'atteint pas^ par exemple^ y,^ de la vitesse de la lumière. La relation ne s'applique plus exactement aux rayons catho- diques les plus rapides. Ainsi qu'on le verra plus loin, le rapport — doit rester indépendant de la vitesse pour les vitesses relativement faibles, mais doit diminuer ensuite de plus en plus rapidement quand la vitesse augmente. L'expérience a montré que le rap- port — reste sensiblement constant pour des rayons dont la vitesse est inférieure à 4-i la charge et la vitesse de la particule, par / et i la longueur de l'élément de courant correspondant et l'intensité de ce courant, ces quantités se trouvent reliées par la formule er = li, à condi- tion que la vitesse du mouvement ne soit pas trop grande. Par suite la particule produit autour d'elle un champ magnétique, dont les lignes sont des circonférences avant comme axe la tra- IONS ET ELECTRONS. 63 jectoire de la particule, et dont l'intensité H en un point placé à une distance r du centre de la particule, dans une direction formant l'angle 0 avec la direction de la vitesse, est donnée par la formule e r sinO La production de ce champ magnétique peut aussi être envisagée d'une autre manière. D'après les théories admises actuellement, tout déplacement des lignes d'un champ électrique entraîne la création d'un champ magnétique. Si en un point de l'espace un champ électrique d'intensité h se déplace avec la vitesse p, il existe en ce point un champ magnétique dont la direction est normale au plan qui passe par la direction du champ électrique et par celle de la vitesse, et dont l'intensité H est donnée par la formule H = K/^f sine, où 6 est l'angle formé par la direction du champ électrique et par celle de sa vitesse et K le pouvoir inducteur du vide. Si le champ électrique est créé par la sphère chargée en mouvement que nous considérons, les deux formules qui donnent la valevir de H sont identiques parce que /^ = — — ^ et c[ue H est le même angle dans les deux cas. On peut dire en utilisant une notation usuelle, que le champ magnétique H est le produit vectoriel du champ électrique par la vitesse de déplacement de ce même champ. De même que le champ électrique, le champ magnétique est entraîné avec la particule. Celle-ci est donc accompagnée dans son mouvement par un champ électromagnétique que l'on nomme ' aussi le sillage de la particule. Quand la vitesse de la particule est grande, le sillage qui accom- pagne la particule prend une configuration plus compliquée. On doit alors tenir compte de la modification du champ électrique et du champ magnétique par suite du mouvement du sillage. De même qu'un déplacement des lignes de champ électrique entraîne la production d'un champ magnétique, le déplacement des lignes d'un champ magnétique entraîne la production d'un champ électrique. Ce dernier phénomène, si on l'envisage dans les con- 64 CHAPITRE I. ducteurs, constitue le phénomène d'induction bien connu ; on admet actuellement avec Maxwell que dans le vide le champ électrique d'induction se produit suivant les mêmes lois que dans la matière conductrice, c'est-à-dire que la force électromotrice totale le long d'un contour fermé est égale à la dérivée par rap- port au temps du flux d'induction magnétique au travers de ce contour. On démontre de plus que, pour toute vitesse, le champ magnétique reste égal au produit vectoriel de la vitesse et du champ électriqvie. Ces deux théorèmes déterminent la distribution des deux champs électrique et magnétique. On trouve que le champ électricjue conserve une distribution radiale aux distances grandes par rapport aux dimensions de la particule, mais son intensité qui dans une direction donnée varie toujours en raison inverse du carré de la distance, n'est pas la même dans toutes les directions; elle est maximum dans les directions perpendicu- laires à la vitesse contenues dans le plan équatorial, et diminue quand on s'écarte de ce plan. Le champ électrique se déforme donc de telle manière que les lignes de champ, tout en restant recti- lignes, se concentrent au voisinage du plan équatorial d'autant plus que la vitesse est plus grande. L'intensité du champ élec- trique h, à la distance r de la particule et dans une direction qui fait l'angle 0 avec la vitesse i^, est donnée par la formule ''- k7^ Â' (I- 32sin2e)-^ où 3 = 77' V étant la vitesse de la lumière. ' \ Le champ magnétique reste distribué en lignes circulaires ayant comme axe la trajectoire, et sa valeur est donnée par la formule II = K h V sin 0 = ; ^ -■ (i — 3^ sin-0)- Le facteur correctif j diffère de l'unité d'une quan- (I — p^sin^oy^ tité inférieure à i pour i oo quand le rapport ,3 est inférieur à o, i . Par conséquent, pour toute vitesse inférieure à ~ de la vitesse de la lumière, on pourra admettre à i pour loo près que le champ électrique est le même que si la particule était au repos, et que le IONS ET KLECTROXS. 65 champ magnétique peut être calculé comme plus haut par l'appli- cation de la formule de Laplace. Si le mouvement n'est pas uniforme et rectiligne, c'est-à-dire s'il y a accélération, les formules plus complètes ne sont pas elles-mêmes rigoureusement exactes; on doit tenir compte en ce cas de la pro- duction d'un rayonnement lié à l'accélération de la particule. Toutefois on peut montrer que, pour les accélérations que l'on peut avoir à envisager, la distribution du champ au voisinage de la par- ticule dépend, à un grand degré d'approximation, seulement de la vitesse actuelle; les mouvements qui satisfont à cette condition se nomment quasi- stationnair es. 21. Inertie et masse électromagnétique. — Le sillage électro- magnétique qui accompagne la particule chargée en mouvement représente une certaine quantité d'énergie électromagnétique, l'énergie dans l'élément de volume du étant égale à la somme de l'énergie de champ électrique — ^3— et de l'énergie de champ magnétique ' — (|j. étant la perméabilité du milieu). On a d'ailleurs vu que pour les vitesses faibles le champ électrique est le même qu'à l'état de repos, de sorte que la mise en mouvement de la particule exige une dépense d'énergie égale à l'énergie ma- gnétique seule; celle-ci est d'ailleurs proportionnelle au carré de la vitesse, puisque H est proportionnel à p", et il est facile de mon- trer que, pour une particule sphérique de rayon a portant une charge superficielle e distribuée uniformément, l'énergie magné- tique a pour valeur a H- da 'xe- f bi - 3 a Ç-. Cette énergie est de même forme qu'une énergie cinétique - nii^-. Tout se passe donc comme si, en vertu de sa charge, la particule possédait une inertie supplémentaire, autrement dit une masse supplémentaire, auxquelles on donne le nom d'inertie ou de masse électromagnétique. Dans le cas que nous venons de considé- rer, la masse électromagnétique nio est égale a - - — • Un voit ainsi que l'inertie d'une particule électrisée est au moins en partie d'origine électromagnétique, et la question se pose si l'inertie^ en C — I. 5 (jC) CIÎAPITUK I. général, peut recevoir une interprétation analogue. Cette concep- tion semble justifiée, au moins en ce qui concerne les électrons, ainsi qu'il résulte des recherches théoriques et expérimentales sur l'inertie des électrons ayant des vitesses comparables à celle de la lumière. Nous avons vu^ en efîet^ que pour de telles vitesses le champ électrique n'est plus le même qu'au repos; il en résulte dans le sillage une énergie électrique supplémentaire qui est une fonction assez complexe de la vitesse de la particule; en même temps le champ magnétique cesse d'être proportionnel à la vitesse. Pour ces deux raisons, l'énergie qui doit être fournie au sillage lors de la mise en mouvement de la particule, ou énergie cinétique électro- magnétique, n'est plus proportionnelle au carré de la vitesse. La masse électromagnétique ne peut plus alors être définie d'une manière aussi simple que dans le cas des vitesses faibles, et l'on se trouve obligé, en particulier, d'envisager une masse longitudinale m^ qui correspond à un changement de la grandeur de la vitesse, c'est- à-dire à une accélération tangentielle, et une masse transversale m-i qui correspond à un changement de la vitesse en direction seule- ment, c'est-à-dire à une accélération normale. Ces masses sont définies par les équations intrinsèques du mouvement de la par- ticule c?r -, moi'- „ dt p Dans ces équations F^ et V „ sont les composantes tangentielle et normale de la force qui agit sur la particule, et p est le rayon de courbure de la trajectoire. On peut calculer ?n, et m^ dans l'hypothèse que l'inertie est entièrement d'origine électromagnétique. Pour faire le calcul on est obligé de préciser la forme de la particule et la distribution de sa charge électrique. L'une des hypothèses consiste à admettre que la particule possède une forme sphérique invariable et une charge superficielle de distribution uniforme. On trouve en ce cas Loi Dans ces formules, Log. désigne le logarithme naturel. IONS ET ÉLECTRONS. 67 Une deuxième hypothèse consiste à supposer que la particule qui possède une charge superficielle uniforme n'est pas rigide, mais qu'elle est susceptible de se déformer. M. Lorentz a admis qu'une translation uniforme de vitesse i^ entraîne effectivement une défor- mation de la particule et que cette déformation consiste en une contraction dans le sens du mouvement. La particule sphérique de rayon a devient un ellipsoïde de révolution aplati dont le petit axe coïncide avec la trajectoire, dont le rayon équatorial est égal à a et le rayon polaire à a\/i — [j-, et dont la charge reste la même qu'à l'état de repos. Les considérations qui ont amené M. Lorentz à l'hypothèse de la contraction avaient pour but de concilier la théorie électromagnétique avec les résultats expéri- mentaux qui tendent à prouver qu'il n'est pas possible de mettre en évidence l'effet de la translation de la terre sur les phénomènes optiques et électromagnétiques produits avec des sources ter- restres. L'hypothèse de la contraction est de nature à expliquer l'insuccès des tentatives qui ont été faites à ce sujet et qui con- duisent à la conclusion, d'après laquelle il serait, d'une manière générale, impossible de mettre en évidence la translation absolue. La théorie dite de relativité, appliquée récemment aux phéno- mènes électromagnétiques, adopte cette conclusion comme un principe; cette théorie conduit à des résultats théoriques et expéri- mentaux qui se trouvent en accord avec ceux déduits de la théorie de M. Lorentz. On obtient en ce cas, pour la masse électromagnétique, les formules suivantes : i.u.e'- . ._ - ^- 'iixe- , ^ -' o« ' ia Ces formules ne sont pas les mêmes que celles qui conviennent à la particule rigide. Toutefois, dans les deux cas, on constate que pour les vitesses faibles { 3 négligeable devant l'unité), la masse longitudinale et la masse transversale tendent vers une valeur commune qui est la même dans les deux théories et qui est égale à mo- On constate aussi que dans les deux cas la masse électroma- gnétique est une fonction de la vitesse qui augmente d'abord lentement, ensuite très rapidement à mesure que le rapport j augmente, et qui devient infinie quand ce rapport prend la valeur i , c'est-à-dire quand la vitesse de la particule devient égale à celle 68 CHAPITRE I. de la lumière. Il résulte de là qu'une énergie infinie serait néces- saire pour communiquer à la particule la vitesse de la lumière, et que cette vitesse ne peut pas, pour cette raison, être réalisée. Toutefois des vitesses extrêmement voisines de celle de la lumière peuvent être obtenues, ainsi qu'on le verra dans l'étude des rayons ,3 du radium. Voici un Tableau qui indique, d'après la formule de M. Loi-entz, comment varie la masse transversale avec la vitesse de la parti- cule : |j... o o,oi o.i 0,2") 0,5 0,75 0,9 0,99 0,999 1 I,00005 I,003 I,o32 1,130 1,5X0 2,0 7,00 22,4 On voit que pour ^3 = o, 1 la masse ni-, ne diffère encore que de 0,5 pour 100 de la masse ?7Zo qui correspond au repos et que pour jj = o. 99 Je rapport — ^ est encore inierieur a 10. L accroisse- ment de la masse ne devient très rapide que pour les valeurs de |i> très voisines de l'unité. Connaissant la relation entre la masse de la particule et sa vitesse, on peut connaître le mouvement de la particule sous l'action des forces extérieures. On peut, en particulier, étudier le mouvement d'une particule chargée dans un champ électrique ou magnétique, et chercher si ce mouvement peut s'interpréter par l'hypothèse que la particule possède une niasse variable avec la vitesse suivant l'une des formules indiquées plus haut, avec ou sans addition d'une masse constante d'origine non électromagnétique. Des particules chargées extrêmement petites et portant des charges négatives égales probablement à la charge élémentaire, sont fournies par les rayons ,3 du radium, et la vitesse de ces particules est suffisante pour qu'une vérification de la théorie puisse être tentée. Cette véri- fication a conduit à la conclusion que la masse d'une telle particule ou électron négatif est entièrement d'origine électromagnétique, la valeur limite 77?,, qui correspond aux vitesses faibles pouvant être considérée comme la masse dans le sens que l'on donne à ce mot en Mécanique. On prévoit d'autre part la possibilité d'attribuer une origine électromagnétique à toute masse matérielle, en consi- dérant la matière comme constituée par un assemblage de parti- lOXS ET KLliCTRONS. 69 cules chargées, ayant chacune une niasse électromagnétique propre. Dans cette manière de voir, la Mécanique actuelle ne constituerait qu'une première approximation d'une Mécanique plus générale, dans laquelle la masse, considérée comme coefficient d'inertie, serait une fonction de la vitesse et de l'accélération. Une théorie de ce genre est loin d'être étahlie. Toutefois on voit que la conception d'une masse invariable resterait correcte à moins de i pour i oo près pour des vitesses inférieures à un dixième de la vitesse de la lumière, et que les formules ordinaires de la Mécanique sont applicables dans ces limites même aux électrons en mouvement. 22. Rayonnement d'énergie d'un électron soumis à une accélé- ration. — • Quand une particule chargée est animée d'un mouve- ment de translation uniforme, l'énergie électromagnétique de son sillage est répartie dans l'espace environnant et se trouve localisée presque entièrement au voisinage immédiat de la particule; ce fait résulte de la loi rapide de décroissance en raison inverse du carré de la distance des deux champs électrique et magnétique. L'énergie du sillage accompagne la particule dans son mouvement, et comme la configuration du système reste invariable, il n'y a pas d'énergie rayonnée à distance. Ce même résultat peut être prévu d'une manière différente, en se plaçant au point de vue adopté par M. Lorentz. On sait qu'une perturbation d'un champ électromagnétique ne peut se faire sentir à distance instantanément, mais se propage de proche en proche dans l'espace avec la vitesse r de la lumière. Conformément à cette conception, M. Lorentz considère le champ électromagnétique produit par une particule chargée comme déterminé non pas par l'état actuel de la particule, mais par l'ensemble des états antérieurs. L'état de mouvement de la particule située en 0 à l'instant t détermine à l'instant t + t l'état du milieu en tous les points d'une sphère de rayon Vt ayant son centre en 0. De même l'état de la particule entre les instants t et t -\- dt détermine à l'instant t + ^ l'état du milieu dans la couche ou pellicule comprise entre deux sphères dont les rayons sont Vt et V (t — dt) et dont les centres sont les positions de la particule aux instants t et t -{- dt. Le champ électromagnétique à l'intérieur de cette pellicule peut être consj- CHAPITRE I. déré comme ayant été émis par la particule entre les temps t et t -\-dt et comme s'étant propagé sous forme d'onde sphérique jusqu'à l'instant actuel « + t. En tout point de l'espace, le champ à l'instant actuel peut être considéré comme dû au passage d'une pellicule émise antérieurement. Si la vitesse <.> de la particule est négligeable par rapport à la vitesse de la lumière, la distance ^>dt des centres de deux sphères limitant une pellicule est négligeable par rapport à la différence N dt de leurs rayons, de sorte que l'épaisseur de la pellicule est alors sensiblement constante en chaque point et égale à N dt; cette épaisseur reste d'ailleurs cons- tante pendant la durée de propagation d'une pellicule. Quand la particule est en translation uniforme, le champ élec- trique et le champ magnétique varient en raison inverse du carré de la distance, et l'énergie répandue dans le volume d'une pellicule de rayon r = Vt et d'épaisseur N dt est en raison inverse de /•-; cette énergie tend donc vers zéro à mesure que la pellicule s'éloigne du centre d'émission; autrement dit, l'énergie rayonnée vers l'infini est nulle. Il n'en est plus de même quand le mouvement comporte une accélération. Considérons le cas où le changement de vitesse ne dure que pendant un temps très court dt. La pellicule émise pen- dant le temps dt sépare deux régions de l'espace : la région exté- rieure à la pellicule est occupée par les ondes émises antérieurement au changement de vitesse, et le champ électromagnétique y corres- pond à la vitesse primitive; dans la région intérieure, l'état corres- pond à la nouvelle vitesse. D'une face à l'autre de la pellicule, le champ magnétique présente une variation due au changement de vitesse, ce qui implique dans la pellicule l'existence d'une nappe de courant de déplacement, c'est-à-dire d'un champ électrique tangentiel qui est dû à l'accélération et lui est proportionnel. Le calcul montre que l'intensité de ce champ varie en raison inverse du rayon de la pellicule. En même temps la pellicule est le siège d'un champ magnétique également tangentiel, perpendicu- laire au champ électrique dont il vient d'être question et variant comme lui proportionnellement à l'accélération et en raison inverse de la distance au centre. A grande distance du centre d'émission, le nouveau champ électromagnétique dû à l'accélé- ration devient considérable par rapport au champ dû à la vitesse, IONS ET ELECTRONS. lequel décroît beaucoup plus rapidement en fonction de la distance. L'énergie contenue dans la pellicule est alors due uniquement à l'onde d'accélération, et l'on peut d'ailleurs montrer que, par unité de temps, la valeur de cette énergie W est finie et propor- tionnelle au carré de l'accélération y. C'est cette énergie W qui représente V énergie rayonnée; elle est donnée par la formule W = .\xe- 3V On peut montrer de plus qu'en un point M de l'onde, le champ électrique et le champ magnétique qui correspondent à ce rayon- nement sont chacun proportionnels à la composante de l'accéléra- tion perpendiculaire au rayon OM, de sorte que ces champs s'an- nulent dans la direction de l'accélération et prennent leur valeur maximum dans les directions perpendiculaires. Une perturbation de courte durée qui se propage ainsi sous la forme d'une pellicule a reçu le nom d'une pulsation. Si l'accélération dure un temps fini, il y a émission contiriue d'un rayonnement représenté par la juxtaposition des pellicules émiises aux instants successifs. Quand une particule électrisée animée d'un mouvement rapide subit un arrêt brusque, il en résulte une pulsation dont l'énergie représente une partie de l'énergie primitive de la particule. De même la projection ou mise en mouvement brusque d'une particule chargée, produit une pulsation dont l'énergie est empruntée aux forces extérieures qui déterminent la projection. On prévoit ainsi que l'arrêt brusque des rayons cathodiques sur un obstacle doit être une cause de pulsations se propageant dans tous les sens, et il paraît très probable que ces pulsations constituent les rayons Riintgen. Nous avons vu que ces rayons n'éprouvent ni réflexion, ni réfraction, ni diffraction; ces propriétés peuvent s'expliquer, d'après Stokes, pour des pulsations dont l'épaisseur est petite par rapport à la longueur d'onde de la lumière, et il suffît pour cela que l'arrêt d'une particule cathodique ait lieu en un temps court par rapport aux périodes lumineuses. Quand une pulsation qui se propage vient rencontrer vm obstacle matériel, la matière se trouve soumise au champ électromagné- tique de la pulsation. Si la matière contient des électrons, ceux-ci CIIAPITIŒ 1. I subissent l'action du champ électrique, et la vitesse qui leur est communiquée peut devenir suffisante pour que quelques-uns d'entre eux soient expulsés dans l'espace environnant. Ainsi peut s'expliquer la production de rayons cathodiques sur un obstacle rencontré par les rayons Rdntgen. La variation du pouvoir pénétrant des rayons Rr)ntgen avec la vitesse des rayons cathodiques, dans l'ampoule productrice, peut égalen\ent être prévue par la théorie qui assimile les rayons Runtgen à des pulsations électromagnétiques provenant de l'arrêt des rayons cathodiques. On peut admettre que la variation de vitesse de la particule cathodique primaire se produit au moment du passage de celle-ci dans le voisinage immédiat d'un électron contenu dans la matière; ce passage, dont la durée déter- mine l'épaisseur de la pulsation rayonnée, est d'autant plus rapide que la vitesse de la particule cathodique est plus grande; aux rayons cathodiques les plus rapides correspondent donc les pulsa- tions les plus minces. D'autre part, il est facile de voir que le passage d'une pulsation au travers de la matière entraîne pour la pulsation une perte relative d'énergie, qui est d'autant plus grande que la pulsation est plus épaisse. Soit, en effet, h la valeur moyenne du champ électrique dans une pulsation dont l'épaisseur V-: cor- respond à la durée d'émission t ; l'énergie de la pulsation par unité de surface est proportionnelle à h-'z. Un électron sur lequel passe la pulsation subit une force proportionnelle à h et prend une vitesse proportionnelle à h-; il emprunte donc à la pulsation une énergie cinétique proportionnelle à lï---. Le rapport de l'énergie perdue par la pulsation à l'énergie primitive est donc proportionnel à T, c'est-à-dire à l'épaisseur de la pulsation. Quand l'accélération persiste, la perte d'énergie de la particule chargée est continue. Un électron en mouvement périodique sur une orbite fermée rayonne ainsi de l'énergie d'une façon perma- nente; ce rayonnement est de la lumière dont la période est égale à la période de révolution. Si l'électron fait partie d'un atome, l'énergie ainsi rayonnée doit être empruntée à l'énergie interne de l'atome. L'existence de mouvements périodiques des électrons dans les atomes est rendue très probable par les caractères de l'émission lumineuse. Bien que l'énergie d'un atome soit probablement très IONS ET KI.ECTRON; grande, on peut cependant concevoir que la perte d'énergie, par suite des mouvements des électrons constitutifs de l'atome, puisse devenir une cause d'instabilité pour l'édifice atomique. Nous ver- rons que cette conception peut intervenir dans la théorie des transformations radioactives. La théorie du rayonnement électromagnétique, déterminé par les accélérations des électrons et ayant dans l'espace une distri- bution continue^ se présente sous une forme très parfaite. Néan- moins, cette théorie se heurte à de graves difficultés quand il s'agit d'expliquer la grandeur de l'énergie d'émission des rayons cathodiques secondaires ou des rayons 3 secondaires des rayons -' [l'oir § 139). Des difficultés analogues se rencontrent dans l'in- terprétation du phénomène photo-électrique (production de rayons cathodiques par des métaux recevant la lumière ultraviolette), ainsi que dans la théorie du rayonnement thermique. Pour lever ces difficultés certains physiciens ont eu recours à l'hypothèse d'une structure discontinue du rayonnement ('), celui-ci se composant d'éléments d'énergie dont la grandeur pour un rayon- nement périodique est, d'après M. Planck, proportionnelle à la fréquence. Dans cette manière de voir l'énergie rayonnée n'est pas indéfiniment divisible, et l'émission d'une particule catho- dique secondaire correspond à l'utilisation d'un ou plusieurs éléments d'énergie rayonnes. Cette théorie a reçu une forme assez précise en ce qui concerne les rayonnements périodiques. Cependant elle n'a pas encore été adaptée à l'explication de tous les phénomènes lumineux (interférences, diffraction, etc.). (') Planck, An?i. cl. Phys., 1901. — Einstein, Ann. d. Phys., igoj. — J.-J. Thomson, Proc. Camb. Phil. Soc, 1907. CHAPITRE IL PROCÉDÉS DÉTUDE ET DE MESUKE EN RADIOACTIVITÉ. 23. Méthodes d'observation. — Les rayons émis par les subs- tances radioactives ont la faculté d'impressionner les plaques photo- graphiques, de produire la fluorescence de divers corps et de rendre les gaz conducteurs de l'électricité. Toutes ces propriétés des rayons ont été utilisées pour l'étude de la radioactivité, et les méthodes de recherches qui en dérivent peuvent être nommées pour abréger : méthode radiographique, méthode fluoroscopique et méthode électrique. La méthode radiographique est celle dont s'est servi H. Bec- querel dans ses recherches sur les composés d'urane qui l'ont con- duit à la découverte du phénomène de radioactivité ; cette méthode offre donc un grand intérêt au point de vue historique. Elle consiste à exposer une plaque photographique à l'action des rayons émis par un corps radioactif, tout en la protégeant contre l'action de la lumière. On peut ainsi constater les propriétés radioactives de diverses substances ; le temps de pose nécessaire pour obtenir une impression varie dans des limites étendues : quelques secondes peuvent suffire quand on emploie du radium, tandis que plusieurs jours peuvent être nécessaires quand il s'agit d'un minerai faible- ment actif. Certaines causes d'erreur sont à éviter, surtout quand on opère avec des substances qui exigent des temps de pose considé- rables. On sait en effet qu'une plaque photographique peut être impressionnée par diverses matières qui ne sont cependant pas radioactives d'une manière appréciable. Telles sont, par exemple, la cire et diverses essences; certains métaux tels que le zinc pro- duisent aussi à la longue des impressions. Dans ces expériences, l'impression résulte d'une action chimique qui s'exerce sur la PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN UADIOACTl VITE. 73 plaque par suite d'un dégagement de vapeurs ou de gaz ayant des propriétés réductrices ( ' ). Les corps organiques peuvent émettre directement de telles vapeurs, et leur action est quelquefois très énergique; les métaux, en s'oxydant aux dépens de la vapeur d'eau, peuvent donner lieu à un dégagement d'hydrogène : leur action est très lente. Quand on a soin de se mettre à l'abri de ces causes d'erreur, ainsi que d'exclure la lumière ordinaire, la méthode radiogra- phique peut rendre des services en permettant de réaliser l'accu- mulation d'effets faibles avec un temps de pose suffisant. Cette méthode convient très bien pour l'essai de la radioactivité des minéraux. On peut, par exemple, poser un fragment de la matière à examiner sur une plaque photographique enveloppée de papier noir, la couche sensible n'étant séparée de la matière que par une épaisseur simple de ce papier. Après un temps de pose qui est, en général, d'un ou plusieurs jours, on procède au déve- loppement de la plaque par les moyens ordinaires. On obtient ainsi, si la matière est active, une tache noire située à l'endroit qui s-e trouvait pendant l'exposition en face de la matière active, et dont le contour rappelle la forme de celle-ci. Un minerai non homogène donne lieu à la production d'une image dont les par- ties noires correspondent aux portions actives du minerai. La planche I représente une image obtenue avec un fragment de pechblende de Cornouailles ; le minerai actif forme des veines au sein d'une matière inactive, composée de sulfures métalliques. La méthode radiographique est aussi très utile pour obtenir avec des dispositifs convenables l'image du trajet de faisceaux de rayons dans diverses conditions. Elle a été utilisée pour l'étude de la réflexion, de la réfraction et de la polarisation des rayons, pour l'étude de leur propagation dans un champ magnétique ou dans un champ électrique, pour la mesure du rapport — et de la vitesse des rayons a et 3, qui sont de nature corpusculaire. Toutefois cette méthode a le grand inconvénient de ne pouvoir fournir aucune indication numérique suffisamment exacte, relati- vement à l'intensité des phénomènes radioactifs, et c'est pourquoi (') RussELL, Proc. Roy. Soc, 1896. 76 CHAPITRE II. elle a été remplacée dans la plupart des cas par la méthode électrique. La méthode fluoroscopique est basée sur la propriété que possèdent les corps radioactifs d'exciter par leurs rayons la fluo- rescence de diverses substances, telles que le sulfure de zinc ou le platinocyanure de baryum. Le phénomène n'est facile à voir qu'avec les substances fortement radioactives; il est vrai qu'en se plaçant dans de bonnes conditions on peut le constater avec une substance telle que l'uranium; cependant la sensibilité de la méthode est, en général, très limitée. Comme d'ailleurs il est difficile d'obtenir par ce moyen des résultats numériques, les applications de la méthode restent limitées principalement à des expériences qualitatives dont l'aspect est souvent très bril- lant, et dont l'utilisation est très commode dans les cours et dans les conférences. On doit cependant signaler une application importante des écrans phosphorescents. L'expérience montre qu'une seule par- ticule a peut produire sur l'écran un effet lumineux. Cette pro- priété a été utilisée pour la numération des particules a émises par les corps radioactifs. , La méthode électrique est la plus fréquemment employée dans les recherches de radioactivité et y a rendu des services inappré- ciables. Elle fournit des résultats numériques que l'on peut comparer entre eux. Cette méthode est basée sur la mesure de la conductibilité qui est produite dans les gaz, principalement dans l'air, par l'action des substances radioactives, ainsi que l'a montré H. Becquerel. Dès le début de nos recherches sur la radioactivité, nous avons employé, P. Curie et moi, une méthode de mesures élec- trométriques précise pour l'étude de la propriété nouvelle. Nous avons pu ainsi déterminer avec exactitude la radioactivité com- parée des éléments chimiques, de leurs combinaisons et des minéraux naturels; ces travaux ont abouti à la découverte des substances radioactives nouvelles, en particulier du radium. La séparation de sels de radium purs n'a été possible que grâce à la même méthode qui a servi constamment pour constater les pro- grès de la concentration, à partir de l'état de dilution extrême dans les minéraux, où le radium échappe entièrement au contrôle de l'analyse chimique et même de l'analyse spectrale. pnocKDES I)KTii>h: et ue meslkk cn hadioactimtk. La méthode éhîctrique consiste généralement à mesurer un courant de faible intensité, traversant un gaz qui est rendu conduc- teur par les rayons. Supposons par exemple qu'une substance radioactive soit étalée sur l'un des plateaux d'un condensateur {fig. iH),Ce plateau Best porté à un potentiel élevé; pour cela on le réunit à l'un des pôles d'une pile d'un grand nombre d'éléments, dont l'autre pôle est relié au sol. Le plateau opposé A est maintenu au potentiel du sol. Dans ces conditions, un courant électrique traverse le circuit formé par le condensateur, la batterie et le sol, et ce courant peut Fig. i8. So/ I I I -So/ être mesuré. Si le courant est constant, on dira que la substance possède une radioactivité constante. Si la différence de potentiel entre les plateaux est suffisante, le courant atteint une valeur maximum, celle du courant de saturation. On peut admettre que l'ordre de grandeur de l'intensité des courants que l'on peut avoir à mesurer en radioactivité est compris entre lo '"- et lo""' ampère. Pour certaines recherches très déli- cates, il peut être nécessaire de mesurer des courants de l'ordre de io~'5 ampère. Au moyen de i? de radium on peut réaliser à travers l'air un courartt d'environ i o~^ ampère. On voit par là que les courants à mesurer sont toujours faibles, mais que leur intensité peut varier dans des limites étendues. Il est facile de mesurer au galvanomètre les courants d'intensité supérieure à lo *^ ampère; toutefois le plus souvent on mesure des courants beaucoup plus faibles, et l'on a avantage à employer des méthodes de mesures électro métriques. CFIAPITRE II La valeur du courant de saturation obtenu dans des conditions déterminées fournit la mesure la plus convenable et la mieux définie de la radioactivité d'une substance. On peut employer un dispositif analogue à celui de la figure 18. Plus les plateaux sont écartés et plus la substance est active, plus il est difficile d'obtenir le courant de saturation. Quand le condensateur est rempli de gaz sous la pression atmosphérique et que l'ionisation n'est pas trop forte, la saturation peut être approximativement obtenue avec des dis- tances de plateaux de quelques centimètres, sans que la décharge disruptive ou l'ionisation par choc des ions se produisent. L'appareil électrométrique destiné à mesurer l'intensité du courant peut être du type électroscope ou du type électromètre à quadrants. Dans le premier cas on évite généralement l'emploi d'une batterie de charge, tandis que dans le second cas celle-ci est indispensable. 2i. Électroscopes. — Les électroscopes à feuille d'or ou d'alumi- nium employés pour les recherches de radioactivité sont adaptés à cet usage de manières différentes. Le plus souvent l'appareil se compose de deux compartiments : la cage proprement dite et la chambre d'ionisation. Les figures qui suivent représentent divers dispositifs employés. On voit dans la figure 1 9 un modèle d'électroscope établi par M — -! A/— 1 <^&= • /l i -> II ^— ' A II _ii B 1 P. Curie pour des mesures de radioactivité. L'électroscope est con- stitué oar une lame métallique fixe et verticale à laquelle est fixée la ffeuille légère mobile. La lame est soutenue par une tige qui traverse un bouchon isolant fixé dans la paroi supérieure de la M. Curie. Traité de radioactn'ilé PL ]■ Épreuve obtenue avec une plaque de minerai (pechblende de Cornouailles). l'UOCliDÉS D KTLDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITÉ. 79 cage métallique S reliée au sol. La tige est terminée en dehors de la cage par un bouton qui sert à charger l'électroscope et qui est protégé par un couvercle métallique. Une autre tige, fixée à angle droit sur la tige de l'électroscope, passe au travers d'une ouver- ture dans la paroi latérale de la cage et pénètre dans la chambre d'ionisation. Celle-ci est formée par un cylindre métallique qui vient s'adapter sur un rebord porté par la cage. La chambre d'ionisation contient deux plateaux A et B. Le plateau A est relié à la tige de l'électroscope; le plateau B, relié à la cage, sert pour supporter la substance radioactive. Quand l'électroscope est chargé, un champ est établi entre les plateaux A et B; si l'air entre les plateaux est rendu conducteur par la présence d'une substance radioactive, l'électroscope se décharge progressiveinent, . et la feuille mobile se rapproche de la lame fixe. Le mouvement de la feuille est observé au moyen d'un macroscope à faible grossis- sement, muni d'un microinètre oculaire, et la vitesse du mouve- ment permet de mesurer l'intensité du courant de décharge en valeur relative. Un électroscope de sensibilité courante est habi- tuellement chargé à un potentiel de quelques centaines de volts, et une différence de potentiel de cette grandeur est en général suffi- sante pour obtenir le courant de saturation. Toutefois l'intensité du courant n'est pas proportionnelle à la vitesse du mouvement de la feuille, même c|uand le potentiel reste suffisant pour assurer la saturation, et cela parce que la capacité et la sensibilité de l'élec- troscope dépendent de la position de la feuille. Soient q la charge de l'électroscope et Y son potentiel; sa charge sera q^ CY, si C est la capacité relative à la position actuelle de la feuille. Si l'on mesure le temps t nécessaire pour que la feuille passe d'une division donnée à une autre division donnée, la perte de charge de l'électroscope pendant le temps t est la même dans chaque expérience; la valeur moyenne du courant de décharge est donc dans chaque cas inversement proportionnelle à t, de sorte que les expériences sont comparables. Dans le modèle de la figure 20 la chambre d'ionisation surmonte directement la cage de l'électroscope et ne contient qu'un plateau qui est relié à l'électroscope et qui reçoit la substance active ; la décharge a lieu entre ce plateau et la paroi de la chambre. Dans le modèle de la figure 21 la cage de l'électroscope surmonte une 8o CHAPITRE II. chambre d'ionisation qui contient comme électrode isolée une tige reliée à la lame fixe de l'électroscope. Ce modèle peut être employé Fig. 20. / / / pour mesurer la radioactivité d'un gaz que l'on introduit dans la chambre d'ionisation. Un électroscope est d'autant plus sensible à la perte de charge que sa capacité est plus faible. On peut réduire la capacité d'un Fig. 21. / / i i H électroscope en supprimant la chambre d'ionisation et l'électrode extérieure à la cage. Un dispositif de ce genre est indiqué dans la Hgure '2'2. Une lame A qui porte la feuille d'or est soutenue par une pièce isolante fixée à une tige B qui pénètre dans la cage au tra- vers d'un bouchon isolant. On charge l'électroscope au moyen d'une autre tige isolée qui pénètre aussi dans la cage, et peut effec- tuer une rotation qui l'amène en contact avec la lame fixe de l'élec- troscope. La cage sert en même temps de chambre d'ionisation. PROCÉDÉS d'Étude et de mesure en radioactivité. 8i La substance radioactive est généralement à l'extérieur de la cage et agit sur l'air contenu dans celle-ci au moyen de rayons qui traversent le métal. La paroi de la cage qui reçoit les rayons est en ce cas souvent formée par une feuille mince d'aluminium qui est le métal le plus transparent pour les rayons. Cette forme d'élec- troscope a été employée par M. C.-T.-R. Wilson dans ses recherches sur l'ionisation spontanée de l'air. On peut diminuer l'effet du défaut d'isolement en maintenant la tige B au potentiel de la feuille d'or. Voici un exemple qui donne une idée du fonctionnement d'un appareil de ce genre ( ' ). La capacité de l'électroscope était d'une unité E.S. environ, la longueur de la tige et de la feuille étant de 4'"' environ; le volume de la cage était égal à i'. La perte de charge due à l'ionisation spontanée de l'air correspondait à une chute de potentiel de 6 volts par heure. La valeur moyenne du courant était donc GV I X 6 36oo X 3oo unités E.S. = 1,9.10-1^ amp. Le courant est d'ailleurs égal à Npe, en désignant par N le nombre d'ions de chaque espèce produits par centimètre cube du gaz, par ^' le volume de la cage et par e la charge d'un ion. Si l'on admet que la valeur de e est environ 4.10"'" unité E.S., on trouve que dans l'exemple cité N avait une valeur voisine de i5, c'est- ( ' ) HuTHERFORD, Badioactivity . C. — I. 82 CHAPITRE II. à-dire que i 5 ions par seconde étaient produits dans chaque cen- timètre cube du volume considéré. Avec des appareils très délicats il est possible de déceler la production de quelques ions seulement par centimètre cube et par seconde. Un électroscope basé sur un principe un peu différent a été contruit par M. C.-T.-R. Wilson ( ' ). Il est représenté dans la figure 2 3. Cet électroscope se compose d'une cage qui contient une plaque métallique P très voisine de l'une des parois, mais isolée de la cage. Cette plaque peut être chargée à un potentiel élevé au moyen d'une batterie d'un grand nombre d'éléments. Dans la paroi opposée est fixé un bouchon isolant que traverse une Fig. 23. Condenii/eur tige recourbée qui porte la feuille mobile. La cage est placée dans une position inclinée, ainsi que l'indique la figure. Sous l'action de la pesanteur et de l'attraction exercée par la plaque, la feuille prend une position écartée de la verticale. Si alors on vient à charger la feuille, elle dévie de sa position d'équilibre, et l'appareil peut être réglé de telle manière que la feuille soit sensible à une charge très faible. On utilise cet électroscope pour mesurer un courant •élec- trique très faible qui vient charger la feuille très lentement. Un tel courant se produira par exemple si la feuille est reliée à une électrode isolée plongeant dans un gaz contenu dans une enceinte métallique portée à un potentiel élevé, ce gaz étant soumis à l'action d'une cause ionisante faible. La sensibilité de l'appareil (') G.-T.-R. Wilson, Proc. Camb. Phil. Soc, 190.3. PROCÉDÉS d'Étude et de mesure en radioactivité. 83 dépend du potentiel de charge de la plaque P et de l'inclinaison de la cage. Les courbes de la figure 24 représentent le déplacement de la Fig. 34. 130 D _e_ 1 "" ^n"^ 1 1 •. 100 ,£ï;jaJ- \ K-^ TjB.oiis \ 70 ^X^eo -5* (0 JO 20 10 ^ --^ ^ /. /^ r^r*"* // r^ \ // y ^v»- \b / ^ ^ // -^ . 2==^^^ /^ ^ 1 2 0 1 E 3 0 E 0 \ § 1 1 BE 7E 8 10 10 1C feuille en fonction de son potentiel <', pour différents potentiels V du plateau P; on prenait pour chaque valeur de V une incli- Fit naison telle que la sensibilité de l'appareil soit maximum pour v voisin de zéro ( ' ) ; le potentiel v, de même signe que V, est mesuré (') Bruhat, Le Radium. 1909. CIlAI'lTRi: II. en fraction de la force électromotrice E d'un élément de pile. On voit cjue pour une certaine valeur de V('202 volts), la courbe pré- sente un point d'inflexion à tangente verticale; en ce point la sensibilité devient infinie. Pour les valeurs de ç inférieures à cette valeur critique, la feuille peut avoir deux positions d'équilibre stable. Pour mesurer des courants très faibles, il faut se placer aussi près c|ue possible de la position d'équilibre instable. Les figures 2 5 et 26 représentent un électroscope du type de la figure 2 1 , disposé pour la mesure de l'activité de matières solides ou de gaz, la chambre d'ionisation adaptée en dessous étant de forme Fiç;. 26. différente dans les deux cas. La pièce isolante est en ambre, et la lecture se fait à l'aide d'un microscope muni d'un oculaire micro- métrique ( ' ). (•) CiiKXEVEAU et Labohde, Journal de P/nsiqite, 1909. PROCEDES D KTUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. 85 25. Électromètres. Méthode de vitesse de déviation. — L' élec- tromètre à quadrants constitue, dans un grand nombre de cas, l'appareil le plus approprié aux mesures de radioactivité dans un laboratoire. Il est plus sensible au potentiel qu'un électroscope, mais en revanche, ayant une capacité plus élevée, il est en géné- ral moins sensible à la charge qu'un électroscope délicat. Le prin- cipe de cet appareil est dû à Lord Kelvin ; l'instrument primitif a subi de nombreux perfectionnements qui ont rendu son usage très pratique ( ' ). Voici comment on peut se servir d'un électromètre à quadrants pour la mesure d'un courant de faible intensité, tel que celui qui peut être obtenu par l'action d'une substance radioactive. Soient A et B les deux plateaux d'un condensateur utilisé pour la mesure(^g. 2-). Le plateau B porte la substance radioactive et Fis. 27. h|i|i| ^| — Sol 6 j^_ Sol T T Sot se trouve porté à un potentiel élevé. Le plateau A est relié à la (') P. Curie, (3E'w^'7-es, Paris, 190S. — Do'lv.za.i.^k, Instrumentenkunde, 1901. Les modèles actuellement employés sont l'électromètre Curie et l'électromètre Di.lezalek. La construction des électromètres Curie est déjà assez ancienne. Un modèle d'électromètre Curie, construit par Bourbouze, a été exposé à Paris à l'Exposition d'électricité en i885, et la description de l'appareil a été faite par M. Ledeboer dans la Lumière électrique, 1886. 86 OHAPITRI': 11. paire de quadrants i qui peut aussi être reliée au sol ou isolée à volonté. La paire de quadrants 2 est reliée au sol en permanence. L'aiguille, suspendue à un fil qui possède un certain couple de torsion, est portée à un potentiel élevé; nous supposerons que ce potentiel reste constant et égal à V. Les deux quadrants étant reliés au sol, l'aiguille chargée est en équilibre dans une position symé- trique par rapport aux secteurs. Quand on isole le secteur i , celui-ci commence à se charger en vertu du courant qui traverse le condensateur AB, et l'aiguille commence à dévier de sa position d'équilibre. Nous désignerons par v le potentiel que prend à un moment donné le quadrant isolé. Si pour fixer les idées nous sup- posons V^o et v'^o, l'aiguille dévie dans le sens des aiguilles d'une montre. D'après la théorie élémentaire de l'électromètre à quadrants, le couple électrique moteur est égal à AVc, où A est une constante de l'instrument; cette constante représente la variation de capacité de l'aiguille par rapport à l'un des secteurs, par imité d'qngle de déviation. Si l'on arrête l'arrivée de l'élec- tricité au quadrant isolé, l'aiguille prend une position d'équilibre telle que le couple résultant de la torsion du fil, et proportionnel à l'angle d'écart a, compense le couple électrique. On a alors, B étant le couple de torsion par unité d'angle écart, AVc = Ba. La sensibilité de l'électromètre au potentiel est mesurée par le rapport - que nous désignerons jaar K. On a donc ,. a AV r La sensibilité augmente avec la longueur de l'aiguille, mais ne dépend pas de sa largeur; elle est d'autant plus grande que la distance entre l'aiguille et les secteurs est plus petite, et d'après la formule précédente elle est proportionnelle au potentiel de l'aiguille. Toutefois cette formule n'est pas absolument correcte; elle est obtenue par un calcul élémentaire dans lequel on tient compte de la capacité de l'aiguille par rapport aux quadrants, mais on néglige la variation de capacité réciproque de ces derniers lors du déplacement de l'aiguille. La théorie de l'électromètre à qua- PROCÉDÉS d"ÉïUDE et DE .MESURE EN RADIOACTIVITÉ. 87 drants a été complétée par M. Hopkinson et M. Gouy ( ' ). Confor- mément aux prévisions du calcul, la sensibilité au potentiel peut passer par un maximum pour une certaine valeur de V, générale- ment assez élevée (-). Je me bornerai ici à l'application de la théorie élémentaire, la forme des résultats n'étant pas affectée par cette simplification. Diverses méthodes peuvent être employées pour mesurer le courant de charge qui arrive au quadrant isolé. La plus simple consiste à observer la vitesse du inouvement de l'aiguille au moyen du dispositif optique ordinaire, qui consiste à fixer sur la tige qui porte l'aiguille un miroir concave, destiné à donner sur une échelle divisée horizontale^ placée à une certaine distance de l'élec- tromètre, l'image d'une source lumineuse convenable. Quand l'aiguille dévie, on observe sur l'échelle le déplacement de l'image. Ce déplacement est d'autant plus rapide que le courant est plus intense. La méthode d'observation est dite méthode de vitesse de déviation. Le potentiel du quadrant isolé reste toujours très faible dans les limites de l'observation; si donc, avec un dispositif tel que celui de la figure 2-, le potentiel du plateau B est assez élevé pour que le courant de saturation soit atteint, on pourra admettre que ce courant i n'est pas inodifié qviand le potentiel du plateau A et du quadrant isolé passe de la valeur primitive zéro à la valeur <^. Nous pourrons donc considérer i comme constant, si la substance active est elle-même une source radiante constante, ce que nous supposerons dans le calcul. Soit ^„ la charge du système constitué par le quadrant 1 et le plateau A quand ce système est relié au sol, et soit q la charge du même système quand, après avoir été isolé, il a pris le potentiel V. On a q — qo^ it. t étant le temps pendant lequel le courant de charge a été reçu. D'autre part, la charge Ço se compose de celle qui correspond à la (1) HopKixsoN, Phil. Mag., i8S5. — Govy, Journal de Phys., 18S8. (-) Une étude très complète, théorique et pratique, du fonctionnement des électromèlres à quadrants a été publiée par .M. .Moulin { Le Radium, 1907). 88 CHAPITRE II. capacité du quadrant par rapport à raiguille, et de celle qui corres- pond à la capacité du plateau A par rapport au plateau B qui est porté au potentiel V que nous avons supposé positif. On aura donc en désignant par c, la capacité du quadrant par rapport à l'aiguille quand celle-ci est dans sa position d'équilibre, et par Co la capa- cité du plateau A par rapport au plateau B. Soit de même C;i la capacité du quadrant et du fil qui le relie au plateau A par rapport aux conducteurs reliés au sol et formant enveloppe protec- trice, et c\, la capacité du quadrant par rapport à l'aiguille quand celle-ci est déviée de l'angle y. de sa position d'équilibre. Le potentiel du système isolé étant alors i^, on aura g =— c\ (V — V) — CiiV'—v) -+- C3V, et par suite q — qo — — (c'i — Ci)\ ^ c\i' -^ (c^-h C3)(': nous avons d'ailleurs désigné par A une constante telle que c\ — c, = — Aa ; donc g — 5^0 = A a f ^' — V) — ( c.2-^ c-i-^ c[)i\ En négligeant le terme A.y.ç par rapport aux autres, et en posant c,— Cj-r- C3 = C, cv = if : on obtient d'où q~ -^0 = A xV^ct \> = it c AV a c et, puisque 7. = K, on a aussi il c^-KAV a Tt ~ K c ~K\\ Le rapport — mesure la sensibilité de l'électromètre à la charge. On voit qu'à la capacité c du système isolé vient s'ajouter une capacité supplémentaire, qui croît avec le potentiel de l'aiguille; PROCÉDKS d'ÉTI'DE ET DE MESURE EX RADIOACTIVITÉ. 89 cette capacité correspond à la variation que subit le potentiel du quadrant isolé, lors d'un déplacement de l'aiguille qui porte une charge électrique. Il est facile de voir que la sensibilité à la charge passe par un maximum quand le potentiel de l'aiguille est tel qu'il y a égalité entre la capacité fixe c et la capacité addition- nelle. Supposons que le mouvement de l'aiguille soit uniforme, c'est- à-dire que la déviation augmente proportionnellement au temps ; on pourra écrire que le couple moteur est égal au couple résistant. Soit oj = -j- la vitesse angulaire de déviation. En dehors du couple moteur AV^ et du couple de torsion Ba qui lui est opposé, nous avons encore un couple résistant d'amortissement dû aux frottements et égal à îco, où z est le coefficient d'amojtisse- ment. On aura donc, si w est constant, d'où A V -r- = B (O = dt ce et AVî Bc-hAn^ Donc si la vitesse de déviation est constante, elle est propor- tionnelle à l'intensité du courant et peut servir à la mesurer. Nous avons vu d'ailleurs que la sensibilité K de l' électromètre au potentiel est égale à -r^ • On a donc, en éliminant B de la rela- tion entre o) et i, ,-=(£.^Av)„. Si de la vitesse de déviation observée on veut déduire l'inten- sité du courant en valeur absolue, il faut éliminer aussi la quan- tité A qui n'est pas susceptible d'être connue avec précision. Pour cela on peut adjoindre au système isolé une capacité additionnelle connue C. Si lejcourant de charge reste le même, la vitesse de déviation se trouvera réduite et deviendra w', et l'on aura A^ ')- 90 d'où CIlVPITRi; II. -' - - ) tO (ij / C ~ K La détermination absolue de la valeur de i exigera donc la mesure de to et de w', ainsi que celle d'une capacité et de la sensi- bilité de l'électromètre au potentiel. Si une telle détermination a été effectuée une fois, l'appareil se trouve étalonné. Toutefois l'éta- lonnage ne peut servir que pour le même appareil producteur de courant, et de plus il est nécessaire que la sensibilité de l'électro- mètre reste constante. Si w est mesuré en divisions par seconde, K en divisions par volt et C en farads, i sera donné en ampères. Pour régler la sensibilité de l'appareil, on peut faire varier la capacité; on diminue la sensibilité par l'emploi de capacités addi- tionnelles. Voyons maintenant si la vitesse de déviation constante, qui doit être réalisée pour la mesure du courant, peut effectivement être obtenue, et dans quelles conditions. Pour s'en rendre compte il est utile d'examiner la loi du mouvement de l'électromètre. Ecri- vons l'équation du mouvement de l'aiguille, en désignant par "> le moment d'inertie autour de l'axe de rotation, et en adoptant le même sens positif pour l'angle de déviation, pour la vitesse angulaire et pour l'accélération angulaire. L'équation est la sui- vante : >> — — = — l>a — £— !- Ave. dV^ lit et en remplaçant ^> par sa valeur en fonction de i, Cette équation montre qu'au couple de torsion vient s'ajouter un couple directeur électrique proportionnel à l'angle d'écart; ce couple résulte de la variation du potentiel du quadrant isolé, par suite d'un déplacement de l'aiguille, et tend à ramener celle-ci à sa position d'équilibre. Quand le potentiel de l'aiguille est celui pour lequel la sensibilité à la charge est maximum, le couple directeur électrique est égal au couple de torsion. En posant A2V 5 ' 5) 1=.«, i(B-H^j=6^ PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. Ç) 1 il vient d- OL d-x , AV i -T—r -^- ia—r -i-6-a= — — t, dt^ dt ^c et l'équation se trouve ramenée à la forme classique. L'équation sans second membre est une équation différentielle à coefficients constants très connue qui caractérise un mouvement amorti, avec couple proportionnel à l'angle d'écart et tendant à ramener le système à sa position d'équilibre. Tel est, par exemple, le mouvement de rotation d'un corps suspendu à un fil qui possède un certain couple de torsion, et éprouvant de la part du milieu ambiant une résistance proportionnelle à la vitesse. La forme de la solution dépend essentiellement de la valeur des constantes a et h. Désignons par a, cette solution. Si a- ^ b-, a, = e -«< {Me v'«'-*' ' + N e-»'""-'!'' ' ) ; Si d- ro(;i:dks d ktide et m: mesire ex radioactivité. 9) lique. Le choix de la substance radioactive utilisée n'est pas indif- férent. On doit éviter tout dégagement d'émanation radioactive dans le condensateur. De plus il est utile d'avoir une substance assez fortement active, émettant le moins possible de rayons péné- trants, lesquels peuvent agir en dehors du condensateur et com- promettre l'isolement de l'appareil électrométrique. La substance qui remplit le mieux ces conditions est le polonium qui peut d'ailleurs être déposé sur une lame métallique en couche d'épaisseur extrêmement faible. Toutefois le polonium diminue d'activité avec le temps; il est vrai que cette perte est lente, et qu'elle a lieu suivant une loi connue : l'activité diminue de moitié en 140 jours environ. Il y a cependant un inconvénient sérieux à se servir pour des séries de mesures d'une résistance qui n'est pas constante. Le radium a une activité constante, et quand il est scellé dans un tube de verre, l'émanation ne se dégage pas au dehors; mais le rayon- nement utilisé est alors très pénétrant, et il est difficile de limiter sa sphère d'action. L'emploi de l'ionium pourrait être avantageux, car cette substance a une activité constante, ne dégage pas d'éma- nation et donne lieu à une émission de rayons pevi pénétrants. La méthode de déviation constante peut facilement être rendue très sensible; il suffit pour cela d'employer une résistance de grandeur suffisante et un électromètre dont la sensibilité au po- tentiel est très élevée. En augmentant la résistance, on augmente le potentiel qui correspond à un courant donné; toutefois la déviation s'établit alors plus lentement, et un très bon isolement devient indispensable. Au lieu de contrôler la sensibilité de l'électromètre et la cons- tance de la résistance, on peut de temps en temps observer la déviation obtenue par l'emploi d'une substance radioactive étalon, telle que l'oxyde d'urane, dont l'activité est constante. On peut préparer spécialement à cet effet un disque recouvert d'une couche mince et uniforme d'oxyde d'urane, et conserver soigneu- sement ce disque à l'abri de tout accident. 27. Méthodes de compensation. Quartz piézoélectrique. — Les méthodes de mesure qui viennent d'être décrites utilisent toutes les deux la déviation de l'électromètre. Il est cependant manifes- tement très avantageux de disposer d'une méthode de zéro ou gC) CHAPITRE II. méthode de compensation, permettant de s'affranchir du contrôle de la sensibilité de l'électromètre. Une telle méthode de mesures de courants de faible intensité a été établie par P. et J. Curie à la suite de leurs recherches sur la piézoélectricité du quartz en 1881. La description complète de la méthode a été donnée par M. J. Curie dans sa Thèse de docto- rat (i88()). Dès le début de nos recherches sur la radioactivité, nous avons, P. Curie et moi, utilisé cette même méthode qui est restée constamment d'usage courant dans notre laboratoire et y rend de grands services. Elle consiste, à associer à l'électro- mètre un appareil nommé quartz piézoélectrique, qui sert de com- pensateur de courant. La pièce essentielle de cet appareil est une lame de quartz sous forme d'un parallélépipède droit ayant environ 1 0''"' de longueur, i"",5 de largeur et o""",5 d'épaisseur [fig. 3o). Cette lame est taillée dans un beau cristal de quartz suivant une orientation déterminée. Le plan de la lame est normal à l'un des trois axes binaires du cristal; l'axe ternaire ou axe optique est contenu dans le plan de la lame et dirigé parallèlement à sa largeur. Sur la figure l'axe ternaire est dirigé suivant Ox, et la direction Oy est celle de l'un des axes binaires. Les deux extrémités de la lame sont fixées dans des montures métalliques munies de crochets, qui permettent de suspendre la lame de telle manière que la direction Oz se trouve être verticale. PROCÉDÉS D ÉTUDE ET DE MICSURE EN RADIOACTIVITÉ. 97 Quand on exerce sur une telle lame de quartz un effort de traction dans la direction 0:;, normale à la fois à l'axe ternaire et à l'un des axes binaires, les propriétés piézoélectriques de cette substance se manifestent par une polarisation de la lame : des quantités d'électricité égales et de signes contraires, proportion- nelles à l'effort de traction, apparaissent sur les deux faces nor- males à l'axe binaire, le signe de la charge de l'une des faces étant lié au sens de l'axe binaire dont les extrémités ne sont pas équi- valentes au point de vue cristallographique. Les faces de la lame portent des armatures métalliques qui peuvent être constituées soit par de l'argenture, soit par des feuilles d'étain minces collées. Pour obtenir l'isolement électrique des armatures, on pratique au voisinage des extrémités de la lame, et sur chaque face de celle-ci, deux rainures parallèles à la largeur de la lame, sur lesquelles l'ar- gent ou l'étain sont enlevés. Ces rainures sont exactement en face de part et d'autre de la lame; elles limitent un condensateur dont les armatures P et Q sont constituées par l'argenture ou par la feuille d'étain; le diélectrique entre les armatures est formé parla lame de quartz, dont les propriétés isolantes dans la direction normale à l'axe optique sont très bonnes. Quand la lame se pola- rise sous l'effort de traction, une certaine quantité d'électricité est mise en liberté sur chaque armature ; cette quantité d'électri- cité est égale en grandeur et en signe à la charge de polarisation qui se trouve" en regard. Pour exercer un effort dans la direction 0- delà longueur de la lame, on suspend celle-ci par l'une des montures et l'on place des poids dans un plateau porté par la monture inférieure. Si alors l'une des armatures, par exemple Q, est reliée au sol, on recueillera sur l'armature isolée P une quantité d'électricité q parfaitement dé- terminée. Quand on enlève les poids, une quantité d'électricité égale et de signe contraire, soit — q, est mise en liberté sur l'armature P. Désignons par F le poids tenseur en kilogrammes, par l la longueur de la lame, par e son épaisseur. On sait, d'après les travaux de P. et J. Curie, que la quantité d'électricité q est donnée en unités E. S. par la formule suivante : f/ = K-F. e Dans cette formule, K représente le plus important des deux C.-I. 7 go cHVprniK ii. paramètres ou modulivs principaux qui caractérisent les propriétés Fis. 3i. piézoélectriques du quartz. La valeur de ce module, d'après les déterminations les plus récentes de M. J. Curie, est : K = 0,0677 unité E. S., quand F est exprimé en kilogrammes, K = 6,90. io~8 unité E. S., si F est exprimé en dynes. PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. 99 La quantité q est rigoureusement proportionnelle au poids ten- seur; elle varie en raison directe de la longueur de la lame et en raison inverse de son épaisseur, mais ne dépend pas de sa largeur. La quantité q est indépendante de la température dans les limites de l'expérience. Le quartz en beaux cristaux est d'ailleurs une matière bien définie et inaltérable avec le temps. Une lame constituée suivant la manière indiquée, ou quartz piézoélectrique, constitue donc un étalon de quantités cV électricités faibles, abso- lument invariable, et par cela même extrêmement précieux. Le quartz est légèrement hygroscopique à sa surface, et, pour que les armatures de la lame soient bien isolées, il est nécessaire de dessécher convenablement l'enceinte métallique protectrice dans laquelle se trouve placée la lame. Un modèle récent d'un quartz piézoélectrique est représenté dans la figure 3 i . Voici maintenant comment on peut se servir d'un quartz Fi g. 32. piézoélectrique pour mesurer un courant de faible intensité, tel que celui qui est produit par l'action d'une substance radioactive. Le dispositif [fig. 32) se compose d'un électromètre à quadrants, d'un quartz piézoélectrique et de l'appareil dans lequel on veut mesurer l'ionisation, par exemple, d'un condensateur AB con- tenant une substance radioactive. L'aiguille de l' électromètre est portée à un potentiel élevé; l'un des quadrants est relié cons- tamment au sol, l'autre communique avec le plateau A et avec l'armature P du quartz dont l'autre armature Q est reliée au sol. CHAPITRE n. Le plateau B qui porte la substance radioactive est porté à un potentiel élevé pour assurer la saturation. Quand on interrompt en D la communication avec le sol, le système isolé tend à se charger et l'aiguille de l'électromètre commence à dévier; on empêche la déviation de se produire en compensant à chaque instant la quantité d'électricité fournie par le courant qu'on veut mesurer, par une quantité égale et de signe contraire fournie par le quartz. Pour cela il faut produire cette dernière d'une manière progressive et continue. On peut réaliser cette condition en plaçant sur le plateau un godet, et en organisant un écoule- ment de mercure cjui vient remplir le godet avec un débit constant ; l'armature P est alors la source d'un courant constant, dont l'in- tensité est réglée par le débit de mercure et qui est susceptible de compenser exactement le courant à mesurer, de manière que l'image de l'électromètre reste au zéro. Ce mode opératoire n'est pas celui employé couramment, car on peut obtenir une compensation parfaite d'une manière encore plus simple. Il suffit pour cela de soutenir le poids à la main et de ne le laisser peser que progressivement sur le plateau, de manière à main- tenir constamment l'image de l'électromètre au zéro. Avec un peu d'habitude on arrive à effectuer cette opération d'une manière très aisée et très parfaite. Il est d'ailleurs préférable d'opérer par enlèvement du poids, surtout quand celui-ci est fort. On mesure au moyen d'un chronomètre le temps nécessaire pour enlever le poids F en maintenant la compensation. L'intensité du F courant i est alors mesurée en valeur relative par le rapport — . et en valeur absolue par le rapport —, si q est la cjuantité d'électricité qui correspond au poids F suivant la formule indiquée plus haut. On a par conséquent e t La valeur de i est obtenue en unités E. S. absolues, si les dimen- sions de la lame sont mesurées en centimètres, le temps en secondes, le poids tenseur en kilogrammes, et si l'on donne au coefficient K la valeur qui convient à ce choix d'unités, soit K ^ 0,0677. Pour obtenir i en ampères, il faut diviser par 3 . 1 o" le nombre obtenu en unités E. S. absolues. PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. lol La mesure ainsi effectuée est indépendante de la sensibilité de l'électromètre, qui n'est utilisé que comme indicateur de potentiel; elle est également indépendante de la capacité des appareils qui composent le dispositif expérimental; on évite donc la détermi- nation de capacités, ce qui constitue un grand avantage; toutes les mesures effectuées avec un même quartz sont directement com- parables. Une augmentation de la capacité du système isolé se traduit seulement par une diminution de sensibilité de l'électro- mètre, et il faut conserver à celle-ci une valeur suffisante. La constante d'un quartz, c'est-à-dire la quantité d'électricité dégagée par unité de poids, peut être calculée d'après la formule théorique, quand on a mesuré les dimensions de la lame. Ce calcul repose sur la supposition que la taille de la lame est absolument correcte, que le cristal est irréprochable, et que le coefficient K qui intervient dans la formule est exactement connu. Les lames sont taillées dans de beaux cristaux de quartz exempts de défauts ('). Un cristal se présente sous la forme d'un prisme hexagonal droit (notation minéralogique e'-), surmonté sur ses bases de deux pyramides. Les arêtes du prisme sont de deux espèces et peuvent être distinguées entre elles par la présence de facettes hémièdres à leurs extrémités; sur six arêtes, trois seulement portent cette modification. En pratiquant dans le prisme deux sections droites dont la distance est de l'ordre de la largeur des lames, on en sépare une tranche hexagonale dont les bases sont normales à l'axe ter- naire. La figure 33 représente le cristal et la tranche qui en est Fiir. 3'i. détachée. Les trois axes binaires se trouvent dans le plan des bases de la tranche; on a désigné par h les arêtes modifiées par les fa- (') La taille des lames esl faile à Paris par M. Weilein, conslriicleur. CHAI'ITRE II. cettes hémièdres et par g celles qui ne le sont pas. Pour obtenir des lames on pratique dans la tranche des sections normales à ses faces et à l'un des axes binaires, et très rapprochées entre elles. Il est relativement facile d'obtenir l'orientation exacte des sec- tions droites qui est indiquée par des procédés d'optique; l'orien- tation normale à l'un des axes binaires est plus délicate à réaliser, elle est indiquée par rapport aux côtés de l'hexagone. La polarité d'une lame est telle que, quand on exerce une traction, celle des extrémités de l'axe binaire qui est tournée vers l'arête non mo- difiée se charge positivement. Quand un cristal est maclé et pré- sente un mélange de quartz droit et de quartz gauche, les effets des deux portions se contrarient, et la lame ne donne pas alors la quantité d'électricité calculée théoriquement. Un certain nombre de lames de quartz ayant été en service, un travail d'étalonnage de ces lames a été récemment entrepris pour comparer les valeurs expérimentales de leurs constantes aux valeurs théoriques. Ce travail a été effectué par M. J. Curie, suivant une méthode qui consiste à comparer la quantité d'élec- tricité fournie par une lame pour un poids connu, à celle qui charge un condensateur absolu à un potentiel connu réalisé au moyen de piles étalons. La figure 34 représente schémati- quement le dispositif expérimental. On utilise un électromètre à quadrants dont l'un des quadrants est relié au sol en per- manence, tandis que l'autre est relié à l'une des armatures P du quartz que l'on veut étalonner et à la portion centrale A du plateau à anneau de garde d'un condensateur absolu; cet anneau de garde est relié au sol, ainsi que l'autre armature Q du quartz. Le plateau B du condensateur peut être relié soit au sol, soit à l'un des pôles d'une batterie formée par quelques éléments étalons ; l'autre pôle de cette batterie est relié au sol. Un dispositif mécanique permet d'établir ou de supprimer brusquement l'effet de traction exercé sur le cjuartz par les poids placés dans le plateau T. L'expé- rience consiste en ceci : le plateau B étant relié à la pile en G, et le quartz étant soumis à une traction F, on isole l'électromètre du sol en D ; un instant après on supprime la traction F et l'on réalise simultanément la mise au sol du plateau B en M, cette double manœuvre étant effectuée au moyen d'un commutateur convenable. La première de ces opérations a pour effet de mettre PUOCÉDKS u'ÉriDE ET DE .MESIIIK EN RADIOACTIVITÉ. lO'^ en liberté une certaine quantité d'électricité q sur l'armature P; la deuxième opération met en liberté sur le plateau A une charge électrique q' dont le signe dépend du choix du pôle isolé de la So/ So/ batterie; ce signe devra être tel que les charges mises en liberté sur l'armature P et sur le plateau A soient de signes contraires. On pourra alors régler la traction F de telle manière que les charges se compensent complètement, et que, lors du dégagement simul- tané des deux charges, l'électromètre reste au zéro. Les deux charges sont alors égales en valeur absolue et l'on a q = y'. La charge q' est d'ailleurs facile à calculer. Si l'on désigne par s la surface du plateau A en centimètres carrés, par e la distance des plateaux en centimètres, par V la force électromotrice de la batterie de charge en volts, on sait que l'on a SV *? = 7^ unités E. S. 4 ~É? X joo Au lieu d'employer le dispositif expérimental de la figure 34, on I04 CIIAI'ITRE II. peut aussi modifier les connexions ainsi qu'il suit : le plateau A est relié soit au sol, soit à la pile, le plateau B à l'éleetromètre et l'anneau de garde au sol. Bien que dans ces conditions le champ ne soit plus uniforme entre les plateaux et que la forme des lignes de champ soit compliquée, on peut cependant démontrer que la charge que prend le plateau B quand il est relié au sol, tandis cjue le plateau A est au potentiel V, est la même que celle que prenait le plateau A dans l'expérience précédente quand il était relié au sol, le plateau B étant au potentiel V ( ' ). La quantité d'électricité mise en liberté sur le plateau B lors de la mise au sol du pla- teau A peut donc se calculer par la même formule que précé- demment. La modification du dispositif a pour effet d'utiliser l'isolement du plateau B qui est, en général, meilleur que celui du plateau A. Les mesures ont été effectuées avec un condensateur à plateaux ayant 20"" de diamètre utile (soit 314'"™' de surface utile). Les plateaux étaient constitués par des plans de verre soigneusement dressés et argentés ; ils étaient séparés par des cales de quartz dont l'épaisseur était mesurée avec précision. La batterie était composée de dix éléments Weston dont la valeur, indiquée par le constructeur, a été contrôlée à l'Ecole d'Electricité de Paris. Ces mesures ont servi à étalonner plusieurs lames de quartz en valeur absolue et indépendamment de toute hypothèse. Elles ont montré de plus que la taille des lames est très satisfaisante, et elles ont permis de contrôler la valeur du module piézoélectrique. Pour ccIêi les longueurs l et les épaisseurs e des lames ont été soigneusement mesurées. On avait, d'après les anciennes mesures de J. et P. Curie, K = 0,00), F étant mesuré en kilogrammes et q en unités E. S. Des mesures faites par M. Yoigt ont donné un résultat très analogue. Les mesures récentes de M. J. Curie, eft'ectuées^sur douze lames de quartz, donnent le nombre plus élevé K = 0,06"". (') F. CuKiK, Œuvres, p. iï'^. PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. lOJ Ce nombre, qui est probablement le plus exact, correspond à K = 6,90. io~^ unité absolue. Une lame de quartz de forme courante peut sans inconvénient supporter un poids de 5''^. Quand elle est associée à un électro- mètre de sensibilité ordinaire (o' "', 5o de déviation pour i volt à la distance de 1"'), le poids de i" donne une déviation d'envi- ron 5""". La quantité d'électricité dégagée par kilogramme pour une lame de 10''"' de longueur et de o""", 5 d'épaisseur est égale à 1 2 unités E. S. environ. Les courants que l'on peut mesurer avec une telle lame sont compris entre io~^ et 10"'^ ampère. Ces limites pourraient encore être étendues; en particulier la mesure de courants très faibles est limitée surtout par l'isolement des appareils; si la capacité de l'appareil producteur de courant est petite, on peut accroître notablement la sensibilité du dispositif de mesures, en employant un électroscope sensible et un quartz court et épais. L'emploi de la méthode de zéro qui vient d'être décrite est particulièrement précieux dans les laboratoires de radioactivité, où l'on a coutume de se servir de substances fortement actives. La grande difficulté que l'on rencontre à maintenir dans ces labo- ratoires l'isolement des appareils a été signalée déjà ancienne- ment ( ' ). Cette difficulté provient de la dissémination de poussières actives, du dégagement d'émanations radioactives et de la forma- tion en présence de celles-ci de radioactivités induites, dont certaines formes très actives disparaissent rapidement, tandis que d'autres formes beaucoup moins actives ont en revanche l'inconvénient de persister pendant des années. Tous les objets contenus dans un laboratoire de radioactivité ont une activité anormale. Il est utile de ménager dans un tel laboratoire deux parties, ou mieux deux bâtiments séparés, dont l'un est destiné exclusivement aux opérations sur les substances fortement radioactives non scellées en tube de verre, et l'autre aux mesures électrométriques et aux opérations sur les corps très faiblement actifs et ne dégageant pas d'émanations. Dans ce bâtiment peu actif, on ne doit jamais introduire ni une substance très active, ni des habits ou des objets qui ont servi dans le bâtiment actif. Il est bon aussi d'aérer éner- (' ) P. et M. Clrie, Rapports au Congrès de Physique. Paris, 1900. io6 <:HAPiriu<: ii. giquement les salles de travail quand on soupçonne qu'il s'y est dégagé un peu d'émanation. Toutefois toutes ces précautions n'ont qu'un effet limité, et la contamination progressive du labo- ratoire par la radioactivité ne peut être complètement évitée ( ' ). Dans ces conditions le choix d'une méthode de zéro pour les mesures s'impose tout particulièrement. Avec la méthode que nous employons, il n'est pas indispensable d'avoir un isolement très parfait, parce que, même avec un isolement médiocre, le défaut d'isolement devient, en général, très faible quand l'électromètre est maintenu au voisinage du potentiel zéro. Des mesures d'électrométrie très délicates ne peuvent être effectuées que dans des bâtiments neufs, n'ayant jamais eu contact avec les substances radioactives et les personnes qui les étudient, et éloignés autant que possible d'un laboratoire de radioactivité. 28. Compensation par le courant de charge d'un condensateur. — On peut compenser un courant faible par le courant de charge ou de décharge d'un condensateur de capacité connue, entre les armatures duquel on établit ou l'on supprime progressivement une différence de potentiel connue (-). Le montage de l'expérience est représenté dans la figure 35. Dans cette figure, C est le conden- sateur étalon dont l'armature A est reliée à l'électromètre, tandis que l'armature B peut être portée à un potentiel variable à l'aide de la pile P dont un pôle est relié au sol et l'autre à l'une des extrémités d'un rhéostat R {fig. 3(3), dont l'autre extrémité est reliée au sol; un contact mobile le long du rhéostat permet de faire varier le potentiel de l'armature B d'une manière continue; ce potentiel est mesuré par le voltmètre W. La chambre d'ionisation (') En voici un exemple. Dan* l'École de Physique et de Chimie de la Ville de Paris, où notre travail de découverte des substances radioactives nouvelles a été effectué, et où j'ai fait un travail de concentration de radium jusqu'à l'état de sel pur, il existe une salle qui servait de réfectoire pour les élèves, qui ne com- munique en aucune façon avec les pièces où nous travaillions et en est même éloi- gnée. Nous n'allions jamais dans cette pièce, et aucun des objets dont nous nous servions n'y a été introduit. Cependant, quand une installation électrométricjue a été faite dans cette salle plusieurs années après que nous avions quitté l'École de Physique, on a trouvé que la conductibilité de l'air y avait une valeur vingt fois plus élevée que la valeur normale. {"-) Cette méthode de mesures a été décrite par M. Lattes {Le Badiuni, lyoy). PROCÉDÉS d'Étude kt de meslrk en radioactivité. 107 dans laquelle on mesure le courant est représentée dans la figure par le condensateur C, entre les plateaux duquel une différence de potentiel élevée est établie au moyen de la pile P'. Quand on Fis. 35. Ji mmm w w isole le système relié à l'armature A, l'électromètre commence à dévier en vertu du courant d'ionisation; on peut le maintenir au Fig. 36. zéro en agissant sur la manette du rhéostat. Soient C la capacité du condensateur étalon, V la différence de potentiel utilisée et t la durée de la compensation; l'intensité du courant i est donnée par la formule i= ^- Si l'on connaît la capacité du con- densateur étalon et la valeur de V, l'intensité i est connue en Io8 CHAPITRE 11. valeur absolue. Pour étendre la sensibilité de la méthode, on fait varier la capacité du condensateur étalon ou la différence de potentiel V. Une autre méthode de zéro a été employée dans certains tra- vaux ( ' ). Elle consiste à compenser le courant à mesurer par un courant de sens inverse, produit par une substance radioactive constante telle que l'uranium, dans un condensateur de forme appropriée, entre les armatures duquel on établit une différence de potentiel suffisante pour obtenir la saturation. On peut faire varier ce courant compensateur en faisant varier la surface de matière active utilisée; à cet effet on fait glisser sur le plateau actif un couvercle dont le déplacement est repéré. Un étalonnage préa- lable est nécessaire j)our déterminer l'intensité du courant com- pensateur en fonction de la position du couvercle. Un tel dispositif peut rendre des services; toutefois il se prête moins aux mesures précises et aux mesures absolues que les méthodes précédentes. 29. Corrections aux mesures. — Quelle que soit la méthode de mesures électriques employée, il est généralement nécessaire d'apporter aux mesures une correction qui provient de l'activité des appareils. Ainsi que je l'ai indiqué plus haut, tous les objets contenus dans un laboratoire de radioactivité sont plus ou moins actifs, et l'air d'un tel laboratoire a toujours une conductibilité plus élevée que celle de l'air à l'état normal. Un faible effet de ce genre peut souvent être observé sur l'électromètre seul. Si, l'aiguille étant chargée, on isole l'un des quadrants, pendant que l'autre reste réuni au sol, on constate cjuelquefois que l'électromètre dévie lentement, indiquant qu'il y a passage d'électricité de l'aiguille au cjuadrant isolé; ce mouvement est très lent quand l'électromètre est en bon état, et qu'aucune substance radioac- tive n'est placée au voisinage de la cage de manière à y envoyer des rayons pénétrants. On atténue cet effet par l'usage d'élec- tromètres dans lesquels l'espace libre occupé par l'air est très restreint, et l'on peut même utiliser un procédé encore plus efficace, qui consiste à placer l'électromètre dans le vide. Les condensateurs utilisés pour les mesures sont les appareils (■) Amj:n, Phil. Mag., uy:>-;. PROCEDES D ET IDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. 1 09 qui deviennent le plus rapidement actifs, puisqu'ils contiennent souvent des substances radioactives. Un condensateur actif donne lieu à la production d'un courant dans l'appareil de mesures, même quand on n'y a introduit aucune substance radioactive. Le mouvement de l'électromètre cfui en résulte est, en général, plus important que celui qui peut prendre naissance dans l'électromètre lui-même. Quand on trouve que le condensateur est trop actif, il faut procéder à son nettoyage complet; l'activité des parois étant superficielle peut être enlevée par le frottement au papier émeri et par un lavage aux acides étendus. i On constate aussi quelquefois des causes de mouvement de l'électromètre qui sont dues à des forces électromotrices locales. Chaque fois qu'une pièce métallique qui fait partie du système isolé est séparée par un isolant solide d'une pièce métallique reliée au sol, la force électromotrice de contact qui existe entre ces pièces peut devenir une cause de courant, si la surface de l'isolant n'est pas absolument sèche et propre; le système fonctionne alors comme une pile qui utilise la conductibilité de la surface de l'iso- lant. Pour supprimer ce genre d'effet, on doit nettoyer et dessécher cette surface. L'ensemble des effets mentionnés constitue ce que l'on appelle le mouvement spontané de l'appareil. Ce mouvement doit être mesuré avant l'introduction de la substance radioactive. Le courant qui mesure l'activité de celle-ci est égal à la différence des courants obtenus en sa présence et en son absence. 30, Dispositifs expérimentaux. — Nous avons vu combien est important l'usage de l'électromètre dans les mesures de radioac- tivité. Voici quelcjues observations relatives à l'usage de cet instru- ment. Bien que les conditions du mouvement de l'aiguille interviennent moins dans les méthodes de déviation constante et du quartz piézoélectrique, que dans la méthode de vitesse de déviation, il est néanmoins toujours nécessaire que la période d'oscillation de l'équi- page mobile ne soit pas trop longue, et que le mouvement soit con- venablement amorti. Pour réaliser ces conditions, tout en conservant une sensibilité suffisante, il est indispensable d'utiliser une suspen- sion très légère. Quand on n'opère pas par vitesse de déviation^ niAl'ITlŒ II. l'amortissement le plus favorable est celui qui est voisin de l'amor- tissement critique, en laissant subsister une ou deux oscillations. L'amortissement est d'autant plus facile à obtenir que le moment d'inertie de l'équipage mobile est moindre, et que le couple directeur est plus faible. Dans les électromètres Curie, on emploie le plus souvent un fd de suspension de platine de o"',.')() de longueur et de o""",02 de diamètre ou un ruban de bronze très mince. L'aiguille en aluminium est très légère; elle est généralement faite avec de la feuille laminée qui n'a pas plus de ()""",oi d'épaisseur; si la feuille est encore plus mince, elle est soutenue dans sa partie cen- trale par un support de feuille un peu plus épaisse. Les quadrants étant assez rapprochés, le mouvement de l'aiguille se trouve suffi- samment amorti par la résistance de l'air. Dans certains modèles Curie, on employait l'amortissement par les courants de Foucault; pour cela les quadrants étaient construits en acier et aimantés, ou bien des aimants étaient convenablement disposés au voisinage des c[uadrants. On peut, par ce procédé, réaliser très exactement l'amortissement cherché; toutefois, l'aluminium utilisé pour la fa- brication des aiguilles doit alors être absolument exempt de traces de fer, dont la présence est, au contraire, assez fréquente. Au lieu d'employer un fd de suspension en métal, on peut aussi se servir de fils de quartz, et il est possible, en ce cas^ d'avoir un fil de suspension très court et extrêmement fin, ce qui permet d'éviter l'emploi d'une longue colonne métallique surmontant la cage. Toutefois on rencontre alors d'autres difficultés; le fil de quartz n'étant pas conducteur, on ne peut pas s'en servir comme d'un fil métallique, pour maintenir par son intermédiaire l'aiguille à un potentiel constant. Il faut donc opérer à charge constante de l'aiguille, et même si celle-ci est très parfaitement isolée, on ne peut guère compter sur une sensibilité très constante. Les pro- cédés indiqués pour rendre les fils de quartz conducteurs à la sur- face ne se montrent d'ailleurs pas assez réguliers dans leur fonc- tionnement, de sorte que l'emploi de fils métalliques est préférable. On peut se servir de fils métallique^ extrêmement fins, de o""",oi de diamètre, et de longueur très modérée, La sensibilité qui correspond à une déviation de (»'",-;") par volt sur une échelle placée à i'" de l'élcctromètre est, en général, très suffisante, et l'on ne l'augmente qu'en cas de besoin; elle est couramment obtenue l'UOCiïDÉs d'ktldk i-;r de mksluk i;n iiadioactivité. iii avec le modèle ordinaire de l'électromètre Curie, en utilisant un fd de suspension de o""",f)>. de diamètre et de o"','|0 à o"',.'<> de longueur. L'isolement par les supports doit être aussi parfait que possible pour les quadrants; il est moins important pour l'aiguille, si celle-ci est maintenue à potentiel constant et chargée au moyen d'une batterie pouvant débiter un faible courant. Les meilleurs iso- lants solides sont le soufre, l'ambre et l'ébonite, à l'état de grande propreté. Les deux premières substances ne sont' pas hygrosco- piques et isolent même dans l'air humide ; l'ébonite n'isole bien c{ue dans l'air sec et nécessite l'emploi de desséchants, tels que l'acide sulfurique concentré, à l'intérieur de la cage de l'appareil. L'emploi d'une cage métallique reliée au sol est d'ailleurs nécessaire pour assurer la protection électrostatique de l'appareil; en même temps la cage protège l'équipage mobile contre l'action des cou- rants d'air. Pour maintenir l'aiguille à un potentiel constant, on la relie par l'intermédiaire du fd de suspension à l'un des pôles d'une pile d'un grand nombre d'éléments dont l'autre pôle est relié au sol; un potentiel de 5o à i oo volts est, en général, employé. Les batteries de petits éléments de pile que l'on construisait à cet effet sont maintenant avantageusement remplacées par des batteries de petits accumulateurs, qui servent aussi à produire dans les con- densateurs de mesures la différence de potentiel nécessaire pour obtenir le courant de saturation ( ' ). Les condensateurs employés dans les mesures de radioactivité peuvent avoir des formes différentes suivant l'usage aucjuel ils (') Ces petits acciimulateurs occupent peu de place. Une batterie composée de 20 boites de 44 éléments chacune donne, quand tous les éléments sont en tension, une difTérence de potentiel d'environ 1800 volts, et occupe une armoire de i^jSo de hauteur, go'"" de largeur et 60"" de profondeur. Notre laboratoire pi.ssède plusieurs de ces batteries dont trois, associées en tension, peuvent fournir une tension de 54oo volts; elles ont été construites par iM. Bulaud et fonction- nent d'une manière très satisfaisante. Elles peuvent fournir un courant de 0,01 ampère et ont une capacité de i,5 ampère-heure par élément. Les condi- tions d'isolement doivent être très parfaites. Pour éviter les accidents qui peuvent se produire avec ces batteries à haute tension, il est utile d'interposer entre le pôle isolé et les appareils une grande lésislance telle qu'une colonne d'eau dis- tillée contenue dans un tube en U. CHAPITRE II. sont destinés. Voici les formes les plus usuelles de ces appareils. Le condensateur représenté dans la figure 07 est destiné à la mesure de la radioactivité de substances solides. La substance est portée par le plateau B qui est relié à la batterie de charge, tandis (jue le plateau A est relié à l'électromètre. La pièce isolante qui soutient la tige à laquelle est fixé le plateau A est protégée par une Electrométre chambre indépendante de la cage qui protège l'ensemble des plateaux. Cette précaution a pour but de conserver l'isolement à l'abri de l'action de poussières radioactives. Le condensateur représenté dans la figure 38 sert pour la mesure de courants dus à des émanations ou gaz radioactifs. Il se compose d'une boîte métallique B qui est reliée à la batterie de charge et à l'intérieur de laquelle plonge une électrode isolée A reliée à l'élec- tromètre. Cette électrode traverse un bouchon isolant en ambre qui est tenu dans un tube métallique T relié au sol ; le tube T est lui- même fixé dans une pièce isolante annulaire qui pénètre exactement dans une ouverture circulaire pratiquée dans la paroi supérieure de la boîte B et munie d'un rebord. Le rôle du tube T est d'empêcher qu'en vertu de la différence de potentiel qui existe entre la boîte B et l'électrode A, un courant de charge puisse s'établir entre ces deux électrodes, utilisant la conductibilité superficielle le long de la pièce isolante; ce tube fonctionne donc comme anneau de garde. L'emploi d'une telle pièce protectrice est indispensable dans tous les appareils dans lesquels l'électrode reliée à l'électromètre est séparée par des PROCÉDÉS d'Étude et de mesure en radioactivité. xi 3 isolants solides d'une pièce métallique reliée au pôle isolé de la batterie de charge. La boîte B est munie d'un ou deux robinets de__verre qui per- Piik mettent d'y faire le vide et d'y introduire des gaz. Les robinets et les pièces isolantes sont d'ailleurs fixés de telle manière que la Sol Fig. 39. Clectroin e trt Pile fermeture est absolument étanche. La boîte B est entièrement con- tenue dans une boîte métallique extérieure D dont elle est isolée et qui est reliée au sol. Le condensateur représenté dans la figure Sp est employé pour les mesures dans lesquelles on ne tient pas à utiliser le rayonnement total de la substance, mais seulement les rayons de pouvoir péné- trant plus grand (rayons [^ et y). Ce condensateur se compose d'une électrode A reliée à l'électromètre et ayant la forme d'un plateau, C— I. 8 I I/i rHAPITUE II. et d'une électrode B ayant la forme d'un cylindre, placé ainsi que l'indique la figure et relié à la batterie. Le fond de ce cylindre est constitué par une lame d'aluminium mince L que traversent les rayons de la substance active placée en dessous à une distance variable de l'appareil. La boîte D reliée au sol assure la protection électrostatique. L'électrode A est portée par une tige qui traverse une pièce isolante fixée dans l'enveloppe D; l'emploi d'un anneau de garde n'est donc pas nécessaire. La lame d'aluminium L peut être remplacée par une toile métallique. Pour établir les communications entre les diverses parties du système isolé, il est nécessaire d'employer des fils métalliques protégés au point de vue électrique par des enveloppes reliées au sol. Pour obtenir ce résultat, on dispose le fil suivant l'axe d'un tube métallique. Toutefois il est nécessaire de remplir l'espace entre le fil et le tube par un isolant solide tel que la paraffine ou l'ébonite. Il existe en effet entre le fil et l'enveloppe une force électromotrice de contact; si l'espace intermédiaire est rempli d'air, cet air possède toujours une certaine conductibilité très faible dans les conditions normales, mais plus importante dans les laboratoires de radioactivité, surtout au voisinage d'une substance radioactive pouvant émettre des rayons pénétrants. Il se produit alors entre le fil et l'enveloppe un courant électrique plus ou moins notable; ce courant est supprimé presque totalement quand on remplace l'air par un isolant solide. On peut se servir de tiges d'ébonite; le fil métallique qui doit servir pour établir une com- munication passe dans l'axe d'une telle tige, et celle-ci est exacte- ment contenue dans un tube métallique qui doit être relié au sol. On peut aussi couler de la paraffine dans l'espace annulaire entre le tube et le fil central ; toutefois aux extrémités il est préférable d'employer l'ébonite ou l'ambre, car la surface de ces isolants se conserve plus facilement en bon état que celle de la paraffine. Il est utile de disposer de clefs permettant de rompre le contact fie l'électromètre avec le sol sans donner lieu à une perturbation électrostatique. De telles clefs peuvent être adjointes à l'électro- mètre ou au quartz piézoélectrique. La meilleure forme du contact semble être réalisée par une pointe de platine qui vient toucher un petit plan également en platine. La clef peut être manœuvrée PUOCEDES D ETUDE ET DE JlESUftE EX RADIOACTIVITÉ. Il5 soit à la main, soit au moyen d'un dispositif électromagné- tique. 31. Plateaux étalons. — Dans les mesures de radioactivité on a coutume de se servir de plateaux radioactifs étalons. Ces plateaux sont destinés d'une part à contrôler par un moyen simple la sensi- bilité de l'appareil de mesures, d'autre part à servir comme terme de comparaison pour les mesures relatives. Ils peuvent aussi être employés pour réaliser la compensation du courant dans la méthode de zéro qui a été décrite plus haut. Ces plateaux étalons sont géné- ralement établis avec de l'oxyde d'uranium, substance d'acti- vité invariable qui a de plus l'avantage de ne pas donner lieu à une émission trop appréciable de rayons pénétrants. On peut employer l'oxyde d'uranium vert U'O* ou l'oxyde noir U-0^; il est bon de les pulvériser très finement. On a avan- tage à munir d'un rebord très bas (o'""',5) le plateau métallique destiné à recevoir la substance. On réussit à obtenir celle-ci en couche homogène et adhérente, en délayant la poudre avec du chloroforme ou autre liquide organique volatil, en décantant la bouillie fine ne contenant pas de grains un peu gros, et en la versant sur le plateau; le liquide s'évapore et laisse la matière active à l'état de pellicule adhérente ( ' ). Il faut conserver avec soin dans une boîte fermée les disques étalons ainsi préparés. Supposons que l'on mesure par la méthode du quartz piézo- électrique le courant obtenu avec un disque étalon à oxyde d'urane dans un condensateur déterminé, et que l'on emploie successive- ment pour cette mesure différentes lames de quartz étalonnées en valeur absolue. Soit q la quantité d'électricité dégagée par kilogramme en unités électrostatiques absolues, et p le nombre qui mesure en grammes par seconde la variation de traction à laquelle on doit soumettre la lame par unité de temps, pour que le courant qui en résulte compense exactement celui obtenu avec le disque étalon. En désignant ce dernier par i, on peut écrire lOOO (') Mac Coy, Phil. Mag., 1906. Il6 CHAPITRE II. Le courant i étant le même dans tous les cas, le produit pq doit avoir la même valeur pour toutes les lames; ce produit est indiqué dans la dernière colonne du Tableau suivant : Numéros de la lame. rj. p. pq. 1 '^ — e-'^''^ ) = -^ ( e-^'v'ir — e-X'/.r/, ) . PROCÉOKS d'ÉTLDK KT DE MKSLKI-: EX UAUIOACTIVI lÉ. II9 On voit qu'en ce cas Q est susceptible de passer par un maximum pour une certaine valeur de p fournie par la relation -— = n'^idz e-À'/j'/. — cil e->''/"^. ) — o ou di L'ionisation due aux substances radioactives n'est en général pas uniforme dans l'espace voisin de la substance, mais elle n'est pas non plus confinée à une couche très mince au contact de celle-ci. Si l'on utilise dans un condensateur à plateaux l'ionisation produite sur quelques centimètres de longueur au voisinage immédiat ou non immédiat de la substance, cette ionisation n'est ni tout à fait uniforme ni franchement superficielle; toutefois elle peut se rapprocher plus ou moins de l'un de ces deux types, et la courbe qui représente la relation entre l'intensité du courant i et la diffé- rence de potentiel V entre les plateaux prend des formes voisines de celles qui caractérisent les deux types. C'est ainsi que l'on obtient une courbe comme celle de la figure 3 en employant un condensateur pour lequel la distance des plateaux est de .) "", et dans lequel l'ionisation est obtenue au moyen d'une couche uniforme et mince d'oxyde d'uranium étalée sur le plateau inférieur. Si au contraire la distance des plateaux est de lo"", la courbe i =./ (V) prend une forme intermédiaire entre celles repré- sentées dans la figure 3 et dans la figure 7. On peut obtenir une courbe rappelant assez exactement celle de la figure 7, en employant un condensateur dont les plateaux sont distants de 10"'" et en ionisant énergiquement l'air au voisinage de l'un des plateaux par une nappe de rayons du polonium sensiblement parallèles au plateau et limitée à une faible épaisseur au contact de celui-ci. Un résultat analogue sera obtenu, si le plateau inférieur est une toile métallique et si le polonium est placé au-dessous de cette toile à une distance de .V'"; les rayons du polonium ne pénètrent en ce cas dans le condensateur que sur ime longueur inférieure à un centimètre. CHAPITRE III. RADIOACTIVITÉ DE L'URANIUM ET DU THORIUM. MINÉRAUX RADIOACTIFS. 3)i Découverte de la radioactivité. — La radioactivité est une nouvelle propriété de la matière dont la découverte a été faite en 1896 par Henri Becquerel. Voici l'historique de cette découverte dont l'importance pour le développement de la Physique moderne a été considérable. L'origine des travaux de Becquerel se rattache aux recherches poursuivies depuis la découverte des rayons Rôntgen sur les effets photographiques des substances phosphorescentes et fluorescentes. Les premiers tubes producteurs de rayons Runtgen étaient des tubes sans anticathode métallique. La source de rayons Riintgen se trouvait sur la paroi de verre frappée par les rayons cathodiques ; en même temps cette paroi était vivement fluorescente. On pou- vait alors se demander si l'émission de rayons Riintgen n'accompa- gnait pas nécessairement la production de la fluorescence, quelle que fût la cause de cette dernière. Cette idée a été énoncée tout d'abord par M. Henri Poincaré ( ' ). Peu de temps après, divers expérimentateurs signalèrent la possibilité d'obtenir des impressions photographiques au travers du papier noir à l'aide du sulfure de zinc phosphorescent, du sulfure de calcium exposé à la lumière et de la blende hexagonale artificielle phosphorescente ('-). Les expériences qui viennent d'être citées n'ont pu être reproduites malgré les nombreux essais faits dans ce but. On ne peut donc nullement considérer comme (') Revue générale des Sciences, 3o janvier li^y'i. (-) Henry, Comptes rendus, t. CWII. — Niewenulowski, Comptes rendus, t. CWII. — Troost, Comptes rendus, t. CXXII. RADIOACTIVITE DE L LRAXIUM ET DU THORIUM. MINERAUX RADIOACTIFS. 121 prouvé que le sulfure de zinc et le sulfure de calcium soient ca- pables d'émettre, sous l'action de la lumière, des radiations invisibles qui traversent le papier noir et agissent sur les plaques photographiques. H, Becquerel a fait des expériences analogues sur les sels d'ura- nium dont quelques-uns sont fluorescents (' ). Il obtint des impres- sions photographiques au travers du papier noir avec le sulfate double d'uranyle et de potassium. Becquerel crut d'abord que ce sel, qui est fluorescent, se comportait comme le sulfure de zinc et le sulfure de calcium dans les expériences qui venaient d'être décrites à ce sujet. Mais la suite des expériences montra que le phénomène observé n'était nullement relié à la fluorescence. Il n'est pas nécessaire que le sel soit éclairé; de plus, l'uranium et tous ses composés, fluorescents ou non, agissent de même, et l'uranium métallique est le plus actif. Becquerel trouva ensuite que les composés d'urane, placés dans l'obscurité complète, con- tinuent à impressionner les plaques photographiques au travers du papier noir pendant des années. Becquerel admit que l'uranium et ses composés émettent des rayons particuliers : rayons uraniques. Il prouva que ces rayons peuvent traverser des écrans métalliques minces et qu'ils déchargent les corps électrisés. Il fit aussi des expériences d'après lesquelles il conclut que les rayons uraniques éprouvent la réflexion, la réfraction et la polarisation. Les travaux d'autres physiciens, (Elster et Geitel, Lord Kelvin, Schmidt, Rutherford, Beattie et Smoluchowski), sont venus con- firmer et étendre les résultats des recherches de H. Becquerel, sauf en ce qui concerne la réflexion, la réfraction et la polarisation des rayons uraniques, lesquels, à ce point de vue, ne se comportent pas comme la lumière, ainsi que cela a été reconnu par M. Ruther- ford d'abord, et ensuite par Becquerel lui-même. 3 ï. Rayons uraniques. — Les rayons uraniques possèdent donc les propriétés fondamentales suivantes : ils impressionnent les plaques photographiques à l'abri de la lumière; ils peuvent traverser toutes les substances solides, liquides et gazeuses, à con- (') Becquerel, Comptes rendus, 1896 (plusieurs iNotes). cuAPiTRn: m. dition que l'épaisseur en soit suffisamment faible; en traversant les gaz, ils les rendent faiblement conducteurs de l'électricité. Ces propriétés des composés d'urane ne sont dues à aucune cause excitatrice connue. Le rayonnement semble spontané; il ne diminue point d'intensité quand on conserve les composés d'urane dans l'obscurité complète pendant des années; il ne s'agit donc pas là d'une phosphorescence particulière produite par la lumière. La spontanéité et la constance du rayonnement uranique se présentaient comme un phénomène physique tout à fait extraor- dinaire. Becquerel a conservé un morceau d'uranium pendant plusieurs années dans l'obscurité, et il a constaté qu'au bout de ce temps l'action sur la plaque photographique n'avait pas varié sensiblement. MM. Elster et Geitel ont fait une expérience ana- logue et ont trouvé également que l'action était constante ( ' ). J'ai mesuré l'intensité du rayonnement de l'uranium en utili- sant l'action de ce rayonnement sur la conductibilité de l'air. Le dispositif de mesures était celui représenté dans la figure '.')>. Un plateau métallique recouvert d'une couche d'uranium en poudre était posé sur le plateau B du condensateur de mesures, et l'on mesurait au moyen d'un électromètre associé à un quartz piézoélec- trique le courant de saturation qui pouvait être obtenu entre les plateaux. Le disque qui portait l'uranium n'était pas conservé dans l'obscurité, cette condition s'étant montrée sans importance d'après les expériences citées précédemment. J'ai obtenu des nombres qui prouvent la constance du rayonnement dans les limites de préci- sion de l'expérience, et pendant un intervalle de quelques années. Des mesures analogues d'une précision plus grande sont pour- suivies depuis plus de deux ans sur un disque étalon à oxyde d'urane conservé avec un soin particulier; l'activité de ce disque est restée constante à moins de i pour mo près depuis août 1907. On utilise pour ces mesures le rayonnement total de la substance active. La distance des plateaux du condensateur employé est de 3"'". La distance à laquelle se propage dans l'air le groupe le plus important des rayons de l'uranium, (groupe a), est comprise entre 3"" et 4""; il serait donc préférable d'employer un conden- (') Becqukrel, Comptes rendus, l. CXXVIII, p. 771. — Elsteh et Geitel, BeiùL, t. XXI, p. l\bb. RAniOACriVITK DE l'uRVNIUM et du THORIIAJ. MINÉRAUX RADIOACTIFS. 123 sateur dont les plateaux ont une distance de 4*^"', afin d'utiliser l'effet total des rayons a. Toutefois déjà dans les conditions de l'expérience les rayons absorbables de l'uranium sont assez com- plètement utilisés, pour que l'on ne constate aucune influence appréciable de la pression et de la température de l'air contenu dans le condensateur sur la valeur du courant. L'expérience montre que l'action des composés d'uranium peut se produire au travers d'écrans de diverse nature, à condition que ceux-ci soient suffisamment minces; en effet, le passage au travers de toute matière entraîne une réduction de l'intensité du rayon- nement. Cette réduction ou absorption ne dépend en première approximation que de la densité de la matière traversée et croît avec celle-ci. C'est ainsi que le rayonnement uranique est en majeure partie absorbé en traversant une épaisseur d'air de ô' '" à î*"" ou une épaisseur d'aluminium d'environ o'""',oa; une lame d'aluminium dont l'épaisseur est égale à o'"'",oi laisse passer une fraction de l'intensité du rayonnement, qui est égale à 9.0 pour 1 00 environ du rayonnement total, la mesure étant faite par la mé- thode électrique. On voit d'après cela que si, par leurs effets photographiques et leur pouvoir ionisant, les rayons uraniques se rapprochent des rayons Riintgen, leur pouvoir de pénétration au travers de la matière est cependant très différent et très inférieur à celui des rayons R^lntgen; ces derniers peuvent, par exemple, se pro- pager dans l'air à des distances de l'ordre de i'" et traverser un écran d'aluminium de plus de i""" d'épaisseur. L'action exercée par les composés d'urane se présente au moins en première approximation comme un rayonnement, c'est-à-dire que cette action est arrêtée par les écrans opaques, sans les con- tourner; c'est ainsi qu'un écran interposé entre la source radiante et une plaque photographique porte ombre, même quand il n'est pas au contact immédiat de la plaque. Toutefois il est difficile de mettre en évidence la propagation rectiligne du rayonnement uranique, parce que ce rayonnement est trop faible pour que l'on puisse se servir d'une source de petites dimensions placée à une distance suffisante de la plaque. Les expériences faites avec les substances fortement radioactives [çoiv § 102) apportent la 124 CHAPITRE m. preuve que les rayons émis par ces substances jouissent de la propagation rectiligne. Les expériences suivantes dues à M. Rutherford ( ' ) prouvent que, contrairement aux résultats primitivement annoncés par H. Becquerel, les rayons uraniques n'éprouvent ni la réflexion régulière, ni la polarisation. La substance active, oxyde d'urane, est recouverte d'un écran de plomb épais, percé d'une fente assez étroite. Une nappe de rayons s'échappe de la fente et se trouve limitée par les bords de celle-ci. En face de la fente est placé un prisme dont l'arête est parallèle a la fente. Au delà du prisme et à une distance de 5""" de la fente se trouve une plaque photographique dont la couche sensible est tournée vers le bas. La durée de l'exposition est de 8 jours. L'impression visible après le développement de la plaque a la forme d'une bande noire placée exactement en face de la fente sans aucun indice de déviation. Dans une autre expérience, l'oxyde d'urane est placé au fond d'une cavité creusée dans une plaque de plomb A. Une lame de tourmaline très mince, ayant ses faces parallèles à l'axe optique, est posée sur la plaque A; elle est recouverte de deux autres lames de tourmaline minces, ayant aussi leurs faces parallèles à l'axe, et placées l'une au contact de l'autre de telle manière, que pour l'une d'elles l'axe a la même direction que celui de la tourmaline infé- rieure, tandis que pour l'autre il se trouve à angle droit de cette direction. La moitié du rayonnement traverse donc deux tourma- lines dont les axes coïncident en direction, tandis que l'autre moitié traverse deux tourmalines dont les axes sont croisés. Une plaque photographique P est placée sur les lames de tourmaline avec la couche sensible en dessous. Sur l'impression obtenue au bout de quelques jours, on ne constate aucune différence entre les parties qui correspondent aux portions du rayonnement ayant traversé respectivement les deux tourmalines juxtaposées. Des expériences analogues effectuées par H. Becquerel avec l'uranium, et plus tard avec le radium, ont donné des résultats en accord avec les précédents. Des expériences faites avec des miroirs concaves n'ont donné aucun indice de réflexion régulière. Dans (') KuTiiiniFonD, l'Inl. Mag.y 1899. RADIOACriVlTK DK LLRXNllM ET DU THORIUM. MINÉRAUX RADIOACTIFS. I'l5 toutes les expériences de ce genre, il est nécessaire d'exclure avec soin l'effet des rayons lumineux qui sont émis par certaines sub- stances radioactives. 35. Ionisation produite par les rayons uraniques. — Dans un travail étendu, M. Rutherford a montré que la conductibilité élec- trique de l'air exposé aux rayons de l'uranium est de même nature que celle qui est provoquée dans l'air par l'action des rayons Riint- gen, et que l'on peut, par suite, admettre que les rayons uraniques ont pour effet d'ioniser l'air qu'ils traversent ('). M. Rutherford a montré de plus que les mobilités des ions produits dans l'air par les rayons uraniques sont sensiblement les mêmes que celles des ions créés par les rayons Riintgen. La méthode de mesures em- ployée était une méthode de courant gazeux, analogue en principe à celle dont M. Zeleny s'est servi plus tard, et qui a été décrite dans ce livre (§ 7). Des mesures de mobilité faites depuis cette époque sur des ions produits par les rayons du polonium ou du radium, ont établi que ces rayons ionisent l'air de la même manière que les rayons Rdntgen; on en trouve une preuve de plus dans ce fait que, d'après les travaux de M. Townsend, le coefficient de diffusion des ions dans le gaz qui les contient est le même dans les deux cas {i^oir § 10). Les ions dont il s'agit ici sont ceux que l'on nomme les petits ions gazeux ordinaires. Considérons le dispositif expérimental qui a été représenté dans la figure 32, la substance productrice de courant étant un composé d'uranium en poudre, étalé en couche uniforme sur un plateau métallique, qui a le même diamètre que le plateau B et vient se poser sur celui-ci. Le plateau A peut être composé d'une partie principale centrale qui seule est utilisée, et d'une portion annulaire reliée au sol et formant anneau de garde. Ce dispositif assure l'uniformité du champ dans la région utilisée, ainsi que l'utilisation uniforme du rayonnement dans cette même région, tant que la distance des plateaux reste suffisamment petite par rapport à leur diamètre. L'intensité du courant sur la portion cen- (') HCTHERFOIID, PhH. Mug., 1899. I i(i nnAPiTHE III. traie du plateau A est mesurée au moyen d'un électromètre associé à un quartz piézoélectrique pour différentes valeurs de la différence de potentiel entre les plateaux. En effectuant un certain nombre de mesures de ce genre, on s'assure que la radioactivité est un phénomène susceptible d'être mesuré avec une grande précision. Elle n'est pas influencée par les oscillations de la température ambiante ou par l'éclairement de la substance active. L'intensité du courant qui traverse le con- densateur augmente avec la surface des plateaux et reste propor- tionnelle à celle-ci, tant cjue l'écartement des plateaux est suffi- samment petit. Elle augmente aussi avec la distance des plateaux, mais seulement jusqu'à une certaine limite; à partir d'une distance comprise entre 3"" et i"",le courant ne varie plus d'une manière appréciable quand on continue à augmenter l'écartement des plateaux. Voici, à titre d'exemple, des courbes qui représentent l'intensité du courant en fonction du champ moyen établi entre les plateaux pour deux distances des plateaux différentes. La figure io montre Fig. 4o. „ ^ Champs foT'tS o Chxi/np 5o que l'intensité du courant devient constante pour des valeurs élevées du champ, La figure \ i représente les mêmes courbes à une autre échelle et comprend seulement les résultats relatifs aux faibles différences de potentiel. Au début, la courbe est rectiligne ; le quotient de l'intensité dul courant par la différence de potentiel IlADIOVCTIVITli DE l'uRAMUM ET DU TIIOIUUM. MlXKRAl'X RADIOACTIFS. \>- est constant pour les tensions faibles et représente la conductance initiale entre les plateaux. On peut donc distinguer deux con- stantes caractéristiques du phénomène observé : i " la conductance initiale pour différences de potentiel faibles; a" le courant limite pour différences de potentiel fortes. C'est le courant limite ou Champs fhibles o Chcunp courant de saturation qui a été adopté comme mesure de la radio- activité, d'abord dans mes recherches, et ensuite dans la plupart des travaux ultérieurs dans le même domaine. Ce courant pouvait être obtenu pour une tension de 4oo à 5oo volts, la distance des plateaux étant de 3 "", et la substance active étant un composé d'uranium ou une matière d'activité analogue. En plus de la différence de potentiel que l'on établit entre les plateaux, il existe entre ces derniers une force électromotrice de contact, et ces deux causes de courant ajoutent leurs effets; c'est pourquoi la valeur absolue de l'intensité du courant change avec le signe de la différence de potentiel extérieure. Quand cette dernière est nulle, il ne s'en produit pas moins un courant, et si l'électromètre n'est pas maintenu au zéro, il tend à prendre une déviation fixe pour laquelle le courant s'annule et qui permet de mesurer la force électromotrice de contact entre les deux plateaux. On peut admettre que pour les champs faibles le courant qui aurait été obtenu par le seul effet de la différence de potentiel extérieure est la moyenne des courants obtenus pour les deux sens de celle-ci. 128 CHAPITRE III. C'est le courant ainsi calculé qui a été utilisé pour la construction des courbes. Quand la différence de potentiel extérieure devient assez grande, l'effet de la force électromotrice de contact, qui ne dépasse pas i volt, devient négligeable, et l'intensité du courant est alors la même quel que soit le sens du champ entre les plateaux. On voit que la courbe i = /(V) affecte, dans les conditions de l'expérience, une forme qui correspond à une production d'ions en volume, ne s'écartant pas trop d'une distribution uniforme. Toutefois il est certain que l'ionisation est dans ces conditions particulièrement intense au voisinage du plateau actif. Avec des distances de plateaux plus grandes, il est possible d'obtenir des courbes qui mettent ce fait nettement en évidence ; pour les champs faibles le courant croît alors plus rapidement que la différence de potentiel entre les plateaux, et l'intensité du courant dépend du sens du champ de telle manière, qu'elle est plus grande quand le plateau actif est chargé négativement que dans le cas opposé, tant que la saturation est éloignée; cette dissymétrie résulte de la différence des mobilités entre les ions positifs et les ions négatifs. Ainsi que je l'ai déjà indiqué, le rayonnement uranique est con- stant dans les limites du temps sur lequel s'étendent les observa- tions, et dans les limites de précision des expériences. Cette pré- cision ne peut en réalité être évaluée à plus de 2 ou 3 pour 100 pour les expériences faites au début et qui portaient sur plusieurs années; elle est de i pour 1 00 pour les expériences plus récentes qui ne portent encore que sur deux ans et demi. La constance du rayonnement uranique a été une cause d'étonnement profond pour les physiciens qui les premiers se sont intéressés à la découverte de H. Becquerel. Cette constance paraît en effet surprenante; le rayonnement ne semble pas varier spontanément avec le temps, et n'est pas influencé par la variation de conditions extérieures telles que l'éclai- rement ou la température. H. Becquerel a constaté qu'une sphère d'uranium, reliée à un électroscope et suspendue au milieu d'une enceinte reliée au sol et entourée d'eau à température variable, se décharge aussi rapidement, quand elle est à r^ que quand elle est à 83". Dans cette expérience les rayons de l'uranium étaient presque totalement absorbés par l'air. Des expériences faites à la tempéra- ture de l'air liquide, et dont l'interprétation est moins directe, seront RADIOACTIVITÉ DE 1,'CRANIUM ET DU THORIUM. MINÉRAUX RADIOACTIFS. I29 décrites plus loin (§ 117). Elles ont conduit à admettre l'indépen- dance du rayonnement de la température dans des limites très étendues. Divers auteurs ont constaté qu'on ne modifiait pas l'intensité du rayonnement en sovimettant le composé d'urane à un éclairage intense au moyen de lumière ordinaire ou de lumière ultraviolette. On pouvait donc se demander quelle était la cause qui entretenait le rayonnement. Par leurs propriétés les rayons uraniques semblaient analogues à certains autres rayonnements connvis. On pouvait les rapprocher des rayons cathodiques, des rayons positifs, des rayons Riintgen ou des rayons secondaires émis par les métaux quand ils sont frappés par les rayons Rr)ntgen. Pour distinguer entre ces diverses hypothèses, une étude plus approfondie était nécessaire, et cette étude était rendue difficile, sinon impossible, par la faiblesse du rayonnement. On sait aujourd'hui que toutes les analogies indi- quées s'appliquent au rayonnement des corps radioactifs. Si en particulier les rayons uraniques étaient des rayons secondaires dus à un rayonnement très pénétrant traversant l'espace et pouvant être absorbé et transformé par l'uranium, on pouvait, par exemple, chercher dans le Soleil l'origine de ce rayonnement excitateur, et penser cjue si pénétrant cju'il soit, il pourrait être absorbé totale- ment ou partiellement en traversant la terre entière. Partant de cette idée, P. Curie a mesuré l'intensité du rayonnement de l'ura- nium à midi et à minuit, mais n'a trouvé aucune différence. MM. Elster et Geitel, en suivant la même idée, ont mesuré l'inten- sité du rayonnement de l'uranium à la surface du sol et au fond d'une mine de 85()"' de profondeur; dans les deux cas ils ont obtenu le même résultat. 36. Étude des composés d'uranium. — J'ai entrepris en 1897 un travail qui avait pour but de rechercher si les propriétés curieuses de l'uranium se retrouvaient dans d'autres corps. Le dispositif expérimental employé était celui de la figure .Sa. Diverses matières étaient pulvérisées et étalées en couche uniforme sur des plateaux semblables, ayant le même diamètre que le plateau B et destinés à être posés sur celui-ci avec la matière qu'ils portaient. On mesurait, par la méthode du quartz piézoélectrique, le courant C. — I. 9 i3o CHAPITRE m. de saturation produit dans le condensateur AB. La distance des plateaux était de 3'"' et leur diamètre de (S"". J'ai d'abord examiné successivement divers composés d'ura- nium. H. Becquerel avait déjà constaté que les composés d'ura- nium sont tous actifs et avait conclu que leur activité était due à la présence de l'élément uranium; il a montré également que l'uranium est plus actif que ses composés; ses expériences étaient faites par la méthode radiographique et ne comportaient pas de mesures. J'ai repris ces expériences par la méthode électrique indiquée, et voici les nombres que j'ai obtenus avec divers com- posés d'uranium; je désigne par i l'intensité du courant en ampères : i X >o". Uranium métallique (contenant du carbone) i^i Oxyde d'urane noir U^O'^ i,{) Oxyde d'urane vert U^O^ i ,8 Acide uranique hydraté o,() Uranate de sodium 1,9, Uranate de potassium i , ,> Uranate d'ammonium i , 3 Sulfate uraneux 0,7 Sulfate d'uranyle et de potassium 0,7 Azotate d'uranyle 0,7 Phosphate de cuivre et d'uranyle 0,9 Oxysulfure d'urane 1,2 L'épaisseur de la couche du composé d'urane employé a peu d'influence, pourvu que la couche soit continue. Voici quelques expériences à ce sujet : Épaisseur de la couche. i x 10". mm Oxyde d'urane o,.5 2,7 » 3,0 3,0 Uranate d'amiiioniuni o,5 i,3 » 3,0 1,4 On peut conclure de là que l'absorption des rayons uraniques par la matière qui les émet est très forte, puisque les rayons venant des couches profondes ne peuvent pas produire d'effet notable. On voit aussi que pour comparer approximativement l'activité de RADIOACTIVITK DE l'l'RANIUM ET DU TIIORILAI. MINÉllAL'X H AOIO ACTIFS. I îl divers composés, il suffit d'employer des couches de matière dont l'épaisseur est de l'ordre de o""",5. Le courant de saturation que l'on peut obtenir avec l'oxyde d'urane noir U-0^ dans un con- densateur ayant les dimensions indiquées ci-dessus, est d'après cela de l'ordre de lo"'' ampère. En examinant les nombres relatifs aux divers composés d'ura- nium, on constate que, en général, l'activité augmente avec la teneur en uranium. De plus, divers échantillons d'un certain com- posé ont une activité très analogue. 37. Radioactivité du thorium. — Il était intéressant de recher- cher si, en dehors des composés d'uranium, il existe d'autres sub- stances pouvant émettre des rayons analogues aux rayons ura- niques. Cette recherche a été faite d'une part par M. Schmidt, d'autre part par moi-même. On constate que les divers produits purs, métaux, sels et oxydes se montrent en général inactifs. Il existe toutefois une classe de corps dont l'activité est comparable à celle des composés d'uranium; ce sont les composés de thorium. Ce résultat a été d'abord annoncé par M. Schmidt ( ' ). J'ai fait de mon côté une étude très complète de ce sujet, et je suis arrivée au môme résultat que M. Schmidt dont le travail m'était encore inconnu (-). Il résultait de ces travaux que les composés du thorium émettent des rayons capables d'ioniser les gaz, d'impressionner les plaques photographiques et de traverser des écrans très minces de matière solide. L'émission offrait de grandes analogies avec l'émission uranique; de même que celle-ci elle semblait spontanée, perma- nente et liée à la présence d'un certain corps simple, le thorium. C'est à cette époque qu'il a paru nécessaire de trouver un nom destiné à désigner la nouvelle propriété de la matière qui avait été découverte par H. Becquerel sur les composés d'urane, mais qui ne semblait pas appartenir exclusivement à ces composés. On peut dire que les composés d'uranium et de thorium émettent des rayons de Becquerel. J'ai nommé radioactives les substances qui donnent lieu à une émission de ce genre, et j'ai donné le nom (') Schmidt, Annalen d. Physil;, lî^o^^. (-) M"' Curie, Comptes vendus, avril i8y8. i32 CHAPITRE III. de radioactivité à la nouvelle propriété de la matière, manifestée par ces substances. Ce nom, qui a été utilisé pour la première fois dans la publication relative à la découverte du polonium ('), a été depuis généralement adopté. L'ordre de grandeur des courants obtenus avec les composés de thorium est le même que celui des courants obtenus avec les composés d'uranium. Toutefois le phénomène n'affecte pas un caractère aussi simple qu'avec ces derniers. Les nombres que j'ai obtenus avec les composés de thorium m'ont permis de constater : i" Que l'épaisseur de la couche employée a une action considé- rable, surtout avec l'oxyde; 2° Que le phénomène n'est régulier que si l'on emploie une couche active mince (o""",2.") par exemple). Au contraire, quand on emploie une couche de matière épaisse (6"""), on obtient des nombres oscillant entre des limites étendues, surtout dans le cas de l'oxyde : Oxyde de thorium Sulfate de thorium Le phénomène comporte une cause d'irrégularités qui n'existe pas dans le cas des composés d'urane. Les nombres obtenus pour une couche d'oxyde de 6""" d'épaisseur variaient entre 3,- et 7,3. Les rayons thoriques considérés dans leur ensemble sont plus pénétrants que les rayons uraniques, et les rayons émis par l'oxyde de thorium en couche épaisse sont plus pénétrants que ceux qu'il émet en couche mince. Voici, par exemple, les nombres qui indiquent la fraction du rayonnement que transmet une lame d'aluminium dont l'épaisseur est o""",() i : n paisseur e la couche. mm o,9.j o,5 2,5 i X lo' 2,2 2,5 4,7 3,o 5,5 en moyenne 6,o 5,5 » 0,23 o,8 ( ' ) Comptes rendus, juillcl l'SyS. RADIOACTIVITÉ DE LUUAMLM ET DU THORIUM. MINÉRAUX R VDIOACTIFS. l33 Fraction du rayonnement transmise Substance rayonnante. par la lame. U ra n i u m o , i S Oxyde d'urane U-0'' o,'io Uranate d'ammonium 0,20 Pliosphate d'urane et de cuivre 0,21 mm Oxyde de thorium sous épaisseur.. o.i5 o,38 » » . . o , j 0,47 » » ..3,0 0,70 » » ..6,0 o î 70 Sulfate de thorium o,-2j (>,38 Avec les composés d'urane, l'absorption est la même quel que soit le composé employé, ce qui indique que les rayons émis par les divers composés sont de même nature. Les particularités de la radiation thorique ont été l'objet de publications très complètes. M. Owens ( ' ) a montré que la cons- tance du courant n'est obtenue qu'au bout d'un temps assez long en appareil clos, et que l'intensité du courant est fortement réduite par l'action d'un courant d'air (ce qui n'a pas lieu pour les composés d'uranium). M. Rutherford a fait des expériences ana- logues et les a interprétées en admettant que le thorium et ses composés émettent non seulement des rayons, mais encore une émanation, constituée par des particules extrêmement ténues, qui restent radioactives pendant quelque temps après leur émission et peuvent être entraînées par un courant d'air (-). L'émanation se comporte donc comme un gaz radioactif qui serait constamment émis par les composés du thorium. Cette hypothèse explique les irrégularités que l'on observe quand on travaille avec un appareil qui n'est pas com- plètement clos; les mouvements d'air inévitables suffisent pour entraîner l'émanation accumulée entre les plateaux, ce qui amène un changement de l'intensité du rayonnement utilisé dans l'ap- pareil. Quand la couche de matière radioactive (oxyde de thorium), (') Owens, P/iil. Mag., octobre 1899. (-) Rutherford, Phil. Mag., janvier 1900. 134 CIIVPITHE III. est mince, les irrégularités sont peu importantes; nous sommes donc conduits à admettre que l'émanation se dégage de toute la masse active, tandis que le rayonnement provient principalement des couches superficielles; on augmente donc l'importance du rayonnement dû à la présence de l'émanation, par rapport à celle du rayonnement émis par la matière solide, quand on fait augmenter l'épaisseur de la couche active. L'émanation émise par les composés du thorium ne persiste pas indéfiniment; elle disparaît spontanément en fonction du temps, de telle façon que l'intensité du rayonnement qu'elle émet baisse de moitié en une minute. L'émanation peut se diffuser dans les gaz ; elle peut aussi traverser les substances poreuses telles que le papier, mais elle ne traverse pas le verre ou le mica même sous très faible épaisseur. Les composés d'uranium ne semblent pas émettre une émana- tion analogue à celle émise par les composés de thorivim; l'inten- sité du rayonnement entre les plateaux n'est point influencée par les courants d'air. Il est vrai que quand on fait passer un courant gazeux sur un composé d'urane, la conductibilité du gaz entraîné ne disparaît pas instantanément, mais la vitesse de disparition de cette conductibilité est la même que celle qui aurait lieu pour un gaz ionisé par les rayons Riintgen; c'est la vitesse de recom- binaison des ions contenus dans le gaz. Au contraire, les gaz qui ont passé au contact de composés de thorium possèdent une conductibilité qui persiste beaucoup plus longtemps (pendant 10 minutes environ), et il faut admettre qu'en plus des ions entraînés, d'autres ions continvient à se former, la source de cette production se trouvant dans le gaz lui-même, et la vitesse de pro- duction diminuant en fonction du temps suivant une loi expo- nentielle, de manière à tendre vers zéro. La production de l'émanation par les composés de thorium est un phénomène qui se trouve lié d'une manière étroite au phéno- mène de la radioactivité induite. Il a été établi, en effet, que toute substance qui est mise au contact de l'émanation acquiert une radioactivité temporaire, dite induite, indépendante de la nature de la substance. Cette radioactivité induite disparaît avec le temps suivant une loi déterminée ([uand la substance activée est sous- traite à l'action de l'émanation. L'étude détaillée de l'émanation RADIOVCrn lïK DE I."IjRAML.\1 et du TUORIL.M. MIXKHMX U.VDIOACTII'.S. 135 du thorium et de la radioactivité induite, qui lui est due, trouvera sa place aux Chapitres VI et VII. La radioactivité des composés de thorium est permanente. On veo-ra toutefois (§ 199) que l'activité des sels de thorium subit des variations très lentes aux cours des années. 38. La radioactivité est une propriété atomique. Est-elle un phé- nomène général? — La radioactivité des composés d'uranium et du thorium se présente comme une propriété atomique de ces éléments. J'ai fait un grand nombre de mesures de l'activité de ces composés dans différentes conditions. L'activité est toujours liée à la présence des éléments uranium et thorium, et n'est dé- truite ni par les changements d'état physique ni par les transfor- mations chimiques. Les combinaisons chimiques et les mélanges contenant de l'uranium et du thorium sont d'autant plus actifs cju'ils contiennent une plus forte proportion de ces métaux^ toute matière inactive agissant à la fois comme matière inerte et comme matière absorbant le rayonnement. On verra plus loin que l'on peut effectuer des opérations chimiques qui entraînent une modification temporaire de la radioactivité d'un composé d'uranium ou de thorium; mais ces modifications ne persistent pas, et la substance reprend progressivement ses propriétés pri- mitives. On verra en même temps quelle est l'interprétation la plus vraisemblable de ces variations d'activité. J'ai cherché s'il existe des substances radioactives autres que les composés d'uranium et de thorium. J'ai entrepris cette re- cherche dans l'idée qu'il était fort peu probable que la radio- activité, considérée comme une propriété atomique, appartînt à une certaine espèce de matière, à l'exclusion de toute autre. Les mesures que j'ai faites m'ont permis de dire que pour les élé- ments chimiques actuellement considérés comme tels, y compris les plus rares et les plus hypothétiques, les composés étudiés par moi ont été toujours au moins loo fois moins actifs dans mon appareil qvie l'uranium métallique. Dans le cas des élé- ments répandus, j'ai étudié plusieurs composés; dans le cas des corps rares, j'ai étudié les composés que j'ai pu me procurer. l36 ClIAl'ITRU 111. Voici la liste des substances qui ont fait partie de mon étude sous forme d'élément ou de combinaison : i" Tous les métaux ou métalloïdes que l'on trouve facilement et quelques-uns, plus rares, produits purs, provenant de la col- lection de l'Ecole de Physique et de Chimie industrielles de la Ville de Paris. 2" Les corps rares suivants : gallivim, germanium, néodyme, praséodyme, niobium, scandium, gadolinium, erbium, samarium et rubidium (échantillons prêtés par Demarçay) ; yttrium, ytter- bium avec nouvel erbium (échantillons prêtés par M. Urbain). 3" Un grand nombre de roches et de minéraux. Le dispositif expérimental employé était le même que celui qui avait servi pour les études précédentes. Comme on pouvait avoir à mesurer des courants plus faibles que ceux que l'on obtient avec les composés d'uranium et de thorium, on examinait soigneu- sement l'effet obtenu en absence de toute substance active. Cet effet était sensiblement nul, parce qu'à cette époque les appareils et l'air du laboratoire n'étaient pas actifs, et que d'ailleurs l'appa- reil de mesures n'était pas assez sensible pour déceler l'ionisation spontanée de l'air à l'état normal. Dans les limites de sensibilité de mon appareil je n'ai pas trouvé de substance simple autre que l'uranium et le thorium, qui soit douée de radioactivité atomique. On peut remarquer à ce sujet qu'une confusion regrettable s'est introduite dans diverses publications, relativement à l'emploi du mot radioactivité, auquel on pouvait cependant, dès sa création, assigner une signification très nette, en mettant franchement à part divers phénomènes c[ui n'ont pas de parenté réelle avec ceux observés sur les composés d'uranium et de thorium ( ' ). Nous allons examiner successivement quelques phénomènes que l'on ne doit pas confondre avec la radioactivité. Considérons d'abord certaines expériences que l'on réalise couramment avec le phosphore. Le phosphore blanc humide ou ( ') M'"" Curie, Bévue générale des Sciences, 1899. RADIOACTIVITÉ DE I. URAMIM KT DU THORIUM. MINERAUX RADIOACTIFS. iSj sec, placé entre les plateaux du condensateur de mesures, rend conducteur l'air entre ces plateaux ('). Cependant on ne doit pas considérer ce corps comme radioactif à la façon de l'uranium et du thorium. Le phosphore, en effet, dans ces conditions, s'oxyde et émet des rayons lumineux, tandis que les composés d'uranium et de thorium sont radioactifs sans éprouver aucune modification chimique appréciable par les moyens connus. De plus le phosphore n'est actif ni à l'état de phosphore rouge ni à l'état de combinaison; la conductibilité qu'il communique à l'air ne possède donc pas le caractère fondamental de constituer une propriété atomique de l'élément phosphore. L'action du phosphore a été étudiée par de nombreux physi- ciens; un travail très complet sur cette question a été publié par M. Bloch (-). Il résulte de ces travaux que le phosphore, en s'oxydant en présence de l'air, donne naissance à la production d'ions très peu mobiles qui rendent l'air conducteur et provoquent faci- lement la condensation de la vapeur d'eau simplement saturante. Ces ions possèdent une masse bien plus considérable que celle des petits ions formés dans les gaz par les rayons Riintgen ou Bec- querel; bien qu'invisibles à la lumière ordinaire quand l'air est sec, ils sont cependant visibles à la forte lumière d'un arc élec- trique. Leur mobilité est environ looo fois plus petite que celle des petits ions, et leur coefïïcient de recombinaison est également environ looo fois plus petit que celui de ces derniers. Quand l'air est humide, ces ions forment des agglomérations encore plus grosses, et l'air contient alors une fumée visible. La production d'ions est liée au phénomène d'oxydation; elle accompagne donc ici une réaction chimique bien connue. L'oxydation du phosphore n'est pas la seule réaction chimique qui donne lieu à une production d'ions. D'autres faits du même genre sont actuellement connus. Ainsi le sulfate de quinine qui a été chauffé produit, pendant son refroidissement, la décharge de corps électrisés placés dans son voisinage ('). En même temps la substance subit l'hydratation et émet des rayons lumineux. (') Elster et Geitel, ]Vied. Ann., 1890. (-) Bloch, Thèse présentée à la Faculté des Sciences de Paris. (3) Le Boîi, Comptes rendus, 1900; Miss Fanny Cook Gates, Phys. Bev., 1904. l38 CHAPITRK m. Quand la substance subit une élévation de température, elle produit aussi la conductibilité de l'air dans son voisinage. La production d'ions qui a lieu dans ces expériences est liée aux réactions chimiques d'hydratation et de déshydration du sulfate de quinine, et n'appartient comme propriété atomique à aucun des corps simples qui entrent dans la constitution de ce sel. On trouve un autre exemple de production d'ions dans les phénomènes d'électrolyse. Les gaz qui se dégagent pendant l'élec- trolyse sont légèrement conducteurs; ils contiennent des ions de faible mobilité, ou gros ions, qui sont analogues à ceux produits en présence du phosphore par la grandeur de leur mobilité et de leur coefficient de recombinaison et par leur faculté de déterminer la condensation de la vapeur d'eau saturante ( ' ). Dans aucun des cas qui viennent d'être examinés, et où il s'agit d'une production d'ions accompagnant une réaction chimique, on n'a pu constater une émission de rayons doués d'un pouvoir péné- trant comparable à celui des rayons Becquerel. L'action ioni- sante du phosphore ou du sulfate de quinine ne peut se pro- duire au travers d'un écran solide, si mince qu'on puisse le prendre; elle est arrêtée par une épaisseur d'aluminium égale à o""",oo3 seulement; ces corps ne peuvent pas non plus donner lieu à des impressions sur des plaques photographiques protégées par du papier noir contre la lumière qu'ils émettent. Pour conclure qu'une substance est radioactive, il ne suffit donc pas de constater que l'ionisation de l'air est augmentée dans son voi- sinage, et cela est encore vrai quand on ne constate pas que l'ioni- sation soit liée à une réaction chimique. C'est ainsi que certaines substances, le zinc, la fluorine, émettent des ions négatifs quand on les éclaire par de la lumière ultraviolette. On sait aussi que les corps chauds donnent lieu à une émission d'ions positifs et négatifs. Enfin les corps incandescents peuvent en plus émettre des rayons ultraviolets de très courte période qui sont très fortement absorbés par l'air et lui communiquent une certaine ionisation. Dans tous ces cas, la production d'ions au voisinage du corps considéré n'est pas spontanée, mais se trouve provoquée par une cause excitatrice TowNSEXD, Ions, électrons, corpuscules. nAOIOACTIVITK DE l'iUANIU.M ET DU THOKIUM. MI.\i':RAUX RADIOACTIFS. I Sg telle que l'action de la lumière ou d'une élévation de température. De plus, l'action de la substance est intimement liée à un certain état moléculaire; un métal qui émet des ions négatifs sous l'action de rayons ultraviolets pei^d cette propriété quand il se trouve à l'état de combinaison, et le phénomène est si sensible que l'émis- sion dépend essentiellement de l'état de la surface et se trouve influencée par une oxydation imperceptible de celle-ci. Les phénomènes de production d'ions qui dépendent de l'état moléculaire sont, en général, influencés par la température. La faculté de produire une impression sur une plaque photo- graphique ne peut pas non plus à elle seule servir de criterivim pour établir qu'une substance est radioactive. On connaît aujour- d'hui un grand nombre de substances, susceptibles de produire de telles impressions à l'abri de la lumière au bout d'un temps plus ou moins long; tels sont, par exemple, certains métaux : zinc, aluminium, et plusieurs corps organiques : résines et essences ( ' ). Il est difficile de reconnaître la véritable nature de ces phéno- mènes, souvent extrêmement faibles. On a cherché à les expliquer par la formation de gaz ou vapeurs possédant des propriétés réduc- trices. Quoi qu'il en soit, il est certain que là encore on a affaire à des phénomènes qui dépendent de l'état moléculaire des sub- stances et de la température, et ne possèdent nullement le carac- tère atomique. Les substances qui ont été nommées radioactwes sont celles qui émettent spontanément des rayons Becquerel, Vémission étant liée à une espèce d'atomes déterminée. La spontanéité de l'émission et son caractère atomique sont donc les caractères essentiels de la radioactivité. La radioactivité des composés d'uranium et de thorium semble permanente. On connaît toutefois des substances qui, tout en ren- trant dans la catégorie des corps radioactifs d'après la définition ci-dessus, ne semblent pas avoir une radioactivité permanente. Tel est le polonium cjui n'a pas encore été isolé, mais que l'on a obtenu mélangé à des substances inactives ; la radioactivité de ces (') RussELi,, Proc. Boy. Soc, 1S97. l4o CUAI'ITUE III. mélanges disparaît lentement en fonction du temps. Nous ne devons donc pas considérer la permanence du rayonnement comme un caractère indispensable pour reconnaître la présence d'une substance radioactive. D'après les théories modernes de la radioactivité, on doit cependant penser que la radioactivité est en effet une propriété inséparable de la matière qui en est douée, et que, si la radioactivité disparaît, c'est que la matière dis- paraît elle-même. Dans cette théorie les éléments radioactifs sont composés d'atomes instables qui se détruisent en émettant des rayons Becquerel et en donnant lieu à la formation d'autres atomes de poids atomique inférieur; la radioactivité paraît d'au- tant plus permanente que la vitesse de destruction est moins grande. Nous avons désigné par rayons Becquerel l'ensemble des rayons qui peuvent être émis spontanément par certains atomes, en par- ticulier par ceux de l'uranium et du thorium. On sait aujourd'hui que ces rayons ne sont pas tous de la même espèce, mais peuvent appartenir à trois types différents, dont chacun est analogue à l'un des trois types de rayons antérieurement connus : rayons cathodiques, rayons positifs, rayons Riintgen. Les rayons des deux premiers types sont de nature corpusculaire, étant constitués respectivement par des électrons négatifs en mouvement rapide (rayons cathodiques), et par des particules chargées positivement animées d'un mouvement rapide (rayons positifs). L'uranium et le thorium émettent, ainsi qu'on le verra plus loin, les trois espèces de rayons; il semble cependant que ce n'est pas là un carac- tère fondamental de l'émission, et que l'émission de rayons né- gatifs peut dans certains cas exister seule. Il faut aussi remarquer que l'émission de rayons positifs est la seule que l'on constate avec le polonium quand on ne considère que les rayons doués de pouvoir ionisant; mais qu'une recherche plus approfondie a prouvé que le polonium émet aussi des électrons négatifs dont la vitesse est insuffisante pour qu'ils puissent se comporter comme rayons ionisants. Si les corps radioactifs sont en voie de transformation, cette transformation ne peut être une transformation chimique ordi- RADIOACTIVITÉ DE l/lKA.Ml.M ET 1)1 THOIUIM. MINÉRAUX RADIOACTIFS. l4l naire ; elle doit avoir lieu dans l'atome même, puiscjuc la radioac- tivité est un phénomène atomique. Ce serait le premier exemple de la modification devant nos yeux de la structure interne de cet édifice matériel cju'est l'atome, édifice incomparablement plus stable que la molécule, à tel point qu'on pouvait le considérer comme invariable dans l'état actuel de l'univers. Dans cette manière de voir, la base pour la définition du corps radioactif se trouve tout indic[uée; il y a radioactivité quand il y a émission de rayons Becquerel liée à une transformation atomique spontanée. On peut d'ailleurs concevoir l'existence d'éléments qui éprouve- raient une transformation atomique sans émettre de rayons Becquerel, c'est-à-dire sans être radioactifs. Certains travaux récents conduisaient à admettre que la radioac- tivité appartient à un degré très faible à toutes les substances. Cette supposition n'a par elle-même rien d'invraisemblable, si l'on con- sidère que nous connaissons actuellement des corps comme le radium dont l'activité est, à poids égal, plus d'un million de fois plus grande que celle de l'uranium. On sait aussi combien sont grandes les difïérences qui se manifestent entre les propriétés magnétiques des corps tels que le fer, d'une part, et des métaux faiblement magnétiques comme le cuivre, d'autre part. Toutefois l'identité des phénomènes observés sur diverses matières avec le phénomène de radioactivité atomique ne peut encore être considérée comme établie [woir § '231). La démonstration est d'ailleurs rendue très difficile par ce fait que, d'après nos con- naissances actuelles, certaines matières radioactives, et en parti- culier le thorium et le radium, sont très répandues dans le sol; les émanations radioactives de ces corps sont aussi toujours contenues dans l'air atmosphérique. Les résultats de recherches récentes conduisent cependant à attri- buer au potassium une radioactivité atomique environ looo fois plus faible que celle de l'uranium; le même fait a été constaté pour le rubidium. L'uranium et le thorium sont les deux éléments qui étaient seuls reconnus radioactifs avant la découverte des substances radioactives nouvelles par P. et M. Curie. Ces éléments sont l42 CHAPITRE III. ceux qui possèdent les plus forts poids atomiques (240 et 23a). Ils se rencontrent fréquemment dans les mêmes minéraux. 39. Minéraux radioactifs. — J'ai examiné dans mon appareil plusieurs minéraux; certains d'entre eux se sont montrés actifs, entre autres la pechblende, la chalcolite, l'autunite, la monazite, la thorite, l'orangite, la fergusonite, la clévéite, etc. Voici un Tableau qui donne en ampères l'intensité i du courant obtenu avec l'uranium métallique et avec divers minéraux : Uranium Pechblende de Johanngeorgenstadt » de Joachimslal » de Pzibran » de Gornwallis Clévéite Glialcolile Aiitiinilo Thori tes diverses / 0,7 \ 1,4 O rang! te 2,0 Monazite o,5 Xénotime o,o3 .^schynile 0,7 Fergusonite, 2 échantillons | ' i 0,1 SainarsUile 1,1 Niobite, 2 échantillons ) ' , Tantalite 0,02 Garnotite 6,2 Thorianite :>^o Le courant obtenu avec l'orangite (minerai d'oxyde de tho- rium) variait beaucoup avec l'épaisseur de la couche employée. En augmentant cette épaisseur depuis o""",?,,") à 6""", on faisait croître le courant de 1,8 à a, 3. RADIOACTIVITÉ DE l'i RANIUM ET DU TIIORU M. MINÉRAUX RADIOACTIFS. l43 Tous les minéraux qui se sont montrés radioactifs contiennent de l'uranium ou du thorium; leur activité n'avait donc rien d'éton- nant, mais l'intensité du phénomène pour certains minéraux était inattendue. Ainsi, on trouve des pechblendes (minerais d'oxyde d'urane) qui sont /j fois plus actives que l'uranium métallique. La chalcolite (phosphate de cuivre et d'urane cristallisé) est 2 fois plus active que l'uranium. L'autunite (phosphate d'urane et de chaux) est aussi active que l'uranium. Ces faits étaient en désaccord avec les résultats relatifs aux corps simples et leurs composés, résul- tats d'après lesquels aucun minéral n'aurait dû se montrer plus actif que l'uranium ou le thorium. Pour éclaircir ce point, j'ai préparé de la chalcolite artificielle par le procédé de Debray, en partant de produits purs. Ce procédé consiste à mélanger une dissolution d'azotate d'uranyle avec une dissolution de phosphate de cuivre dans l'acide phosphorique, et à chauffer vers 5o'' ou 60". Au bout de quelque temps, des cristaux de chalcolite se forment dans la liqueur ( ' ). La chalcolite ainsi obtenue possède une activité tout à fait normale, étant donnée sa composition; elle est deux fois et demie moins active que l'uranium. Il devenait dès lors très probable c[ue si la pechblende, la chal- colite, l'autunite, ont une activité si forte, c'est que ces substances renferment en petite quantité une matière fortement radioactive, différente de l'uranium, du thorium et des corps simples actuelle- ment connus. J'ai pensé que, s'il en était effectivement ainsi, je pouvais espérer extraire cette substance du minerai par les pro- cédés ordinaires de l'analyse chimique. L'analyse des minéraux ayant d'ailleurs, en général, été faite à I ou 2 pour 1 00 près, on ne pouvait espérer de trouver dans un de ces minéraux un élément nouveau en proportion plus forte que celle-là. En revanche on pouvait penser c[ue la substance nouvelle serait particulièrement intéressante à cause de sa radioac- tivité qui devait être suffisante pour produire, malgré la faible proportion de matière présente, un effet beaucoup plus important que celui de l'oxyde d'urane contenu dans la pechblende. L'expé- rience a montré que les prévisions étaient bien au-dessous de la réalité; au début des recherches qui suivirent nous ne pouvions (') Dkdkay, An;i. de Chini. et de Phys., 3' sihie, t. LXI, p. 445- l^ CHAPITRE III. prévoir, P. Curie et moi, qu'il s'agissait à la fois d'une telle dilution de l'élément hypothétique et d'une radioactivité aussi prodigieu- sement grande. Plusieurs années ont été nécessaires pour atteindre complètement le but poursuivi et pour démontrer d'une façon indiscutable que les minerais d'urane contiennent au moins un corps fortement radioactif qui est un élément nouveau au sens que la Chimie attache à cette expression. CHAPITRE IV. LES NOUVELLES SUBSTANCES HADIOACTIV LS. iO. Méthode nouvelle de recherche d'éléments chimiques basée sur la radioactivité. — - Les résultats de l'étude des minéraux radioactifs, énoncés dans le Chapitre précédent, nous ont engagés, P. Curie et moi, à chercher à extraire de la pechblende une nouvelle substance radioactive. Notre méthode de recherches ne pouvait être basée que sur la radioactivité, puisc|ue nous ne connaissions aucun autre caractère de la substance hypothétique. L'expé- rience nous a d'ailleurs appris depuis cjue la nouvelle méthode de recherches ainsi créée était aussi la seule qui pût donner un résultat dans le cas actuel; les inéthodes antérieurement connues se seraient montrées inefficaces pour rechercher une matière aussi diluée que celle dont nous avons pu déceler l'exis- tence. Voici comment on peut se servir de la radioactivité pour une recherche de ce genre : on mesure l'activité d'un produit, on effectue sur ce produit une séparation chimique, on mesure la radioactivité de tous les produits obtenus, et l'on se rend compte si la substance radioactive est restée intégralement avec l'un d'eux, ou bien si elle s'est partagée entre eux et dans quelle pro- portion. Les premières opérations chimiques effectuées nous ont immédiatement montré qu'un enrichissement en matière active était réalisable, ainsi cjue nous l'avions espéré. L'activité des substances était mesurée sur des produits solides et bien desséchés, étalés à l'état de poudre sur des disques métal- liques, ainsi que dans les recherches précédentes. L'épaisseur de la couche active doit être suffisante pour que le courant ne varie plus beaucoup avec cette épaisseur. Cette condition est, en général, réalisée pour des épaisseurs au-dessous de i""". C. — I. IO l46 ClIAPITItE IV. Pour nous rendre compte de la proportion de matière active contenue dans les diverses substances résultant d'une opération, nous avions coutume de considérer un nombre nommé produit de radioactwité ; ce nombre est le produit du poids d'une matière par son activité mesurée en unités arbitraires. Quand l'opération a été achevée, et que l'activité de toutes les substances obtenues a été mesurée, le produit de radioactivité primitif doit se retrouver dans la somme des produits de radioactivité relatifs aux substances résultantes. Nous avons constamment employé ce mode de calcul dans les premiers traitements qui ont servi pour orienter les recherches, et cela nous a été extrêmement utile; nous retrouvions, en général, très exactement le produit de radioactivité, et nous pouvions nous assurer ainsi que nous n'avions pas perdu de ma- tière active, ou bien contrôler les raisons d'une perte quand celle-ci se produisait. Nous avions aussi par là une indication précieuse sur l'importance relative des diverses portions obtenues après chaque traitement. On sait aujourd'hui que de tels calculs peuvent être sujets à des erreurs, et que. parmi les matières radioactives, celle que l'on désirerait conserver n'est pas toujours celle qui est la plus active à l'époque où l'on fait la mesure. Certains traite- ments séparent, en effet, des substances très actives dont l'activité disparaît peu à peu, tandis que la substance restante, peu active après le traitement, acquiert ensuite progressivement une activité durable. Nous rencontrerons dans la suite des exemples de cas pareils. Malgré cela, la méthode indiquée rend de grands services pour le traitement général de minerais et pour divers traitements particuliers relatifs à une seule substance, par exemple au radium. Il suffit de prendre dans divers cas des précautions qui résultent de la nature des substances présentes. Si de plus on considère comme possible la présence d'une substance radioactive inconnue, il est nécessaire de conserver toutes les portions du traitement, quelle que soit leur activité initiale, et de suivre la valeur de cette activité pendant un temps suffisant, pour s'assurer si elle subit une évolution intéressante. La méthode de recherches indiquée donne des indications com- parables, en une certaine mesure, à celles que pourrait fournir l'analyse spectrale. Toutefois il semble, a priori, que, si l'on peut découvrir ainsi un corps radioactif, on ne peut pas distinguer LES XOIVELLKS SUBSTANCES RAhlOACTIVKS. t^J entre plusieurs corps radioactifs. L'évolution de l'étude de la radioactivité a prouvé qu'une distinction est, au contraire, parfai- tement possible, et cela parce que diverses substances radioactives se distinguent par la nature de leur activité et peuvent être carac- térisées, sans ambiguïté, par un ensemble de mesures convenable- ment organisées. C'est ainsi que le radium se trouve caractérisé par l'émanation radioactive qu'il émet et par la loi de sa dispa- rition en fonction de temps, ainsi que par la radioactivité induite produite dans son voisinage et par la loi d'évolution de celle-ci; il peut aussi être caractérisé par la nature des rayons qu'il émet. Nos recherches ont abouti à la préparation de substances con- sidérablement plus actives que celles qui ont servi de point de départ. Pour ces substances très actives, le dispositif de mesures pri- mitif ne se trouve plus adapté, et il faut employer divers procédés pour réduire sa sensibilité. On commence par réduire la surface de la matière active; pour tenir compte de cette réduction, on mul- tiplie l'activité ainsi mesurée par un coefficient déterminé expéri- mentalement sur une substance d'activité convenable. Quand ce moyen est insuffisant, on peut procéder autrement. La substance étant étalée sur un plateau, on la recouvre d'un écran assez épais percé d'un canal, qui suivant son diamètre, peut ne laisser passer qu'une fraction très petite du rayonnement. On arrive ainsi à mesurer l'activité de substances telles que les sels de radium purs. Les coefficients qui servent pour ramener les mesures faites avec ces écrans à celles que l'on aurait obtenues sans écran avec une surface active donnée, sont déterminés par l'expérience. Les diverses parties d'un appareil de mesures qui a été quelque temps en service possèdent toujours une certaine activité. En particulier, le condensateur à plateaux qui reçoit la matière active {fig. 02) est toujours plus ou moins actif. Les parois de sa cage et les plateaux doivent être souvent nettoyés. Avant une mesure il est nécessaire de déterminer l'activité du condensateur. Le courant qui mesure l'activité d'une substance est la différence des courants obtenus en présence de la substance et sans celle-ci. Toutes les précautions possibles doivent être prises pour réduire la correction au minimum. ijS ciiAi'iTui': IV. il. Étude de la pechblende. Découverte du polonium et du radium. Actinium. Plomb radioactif. Thorianite et radiothorium. lonium. — Le minerai que nous avons choisi en premier pour nos recherches, P. Curie et moi, se nomme pechblende (pechurane ou uraninite). C'est un minerai d'oxyde d'uranium que l'on peut se procurer en c[uantité assez importante; notre choix a été déter- miné par cette considération, ainsi que par la valeur élevée de l'activité de certaines pechblendes; elles sont 3 à .") fois plus actives que l'oxyde d'uranium. Toutefois le traitement de ce minerai a présenté de grandes difficultés, parce que sa composition est très compliquée. Voici la composition approximative d'une pechblende telle que la donne l'analyse chimique : UM)'< 75 PbS 5 SiO- 3 CaO ') FeO 3 MgO j/ Total t)) Le reste du minerai est constitué par des corps très variés : terres rares, bismuth, antimoine, arsenic, cuivre, zinc, aluminium, nickel, cobalt, vanadium, argent, niobium, tantale, thallium, baryum. La pechblende contient aussi toujours des gaz, et l'on y constate la présence des gaz rares : argon et hélium. L'analyse de la pechblende ayant été faite avec le contrôle de la méthode décrite ci-dessus, nous avons reconnu que le traitement avait pour effet de concentrer l'activité de deux côtés différents. D'une part, le bismuth extrait de la pechblende montrait une activité élevée, tandis que le bismuth du commerce provenant de minéraux inactifs est lui-même inactif; d'autre part, il y a une accumulation d'activité dans le sulfate de baryum obtenu, tandis que les sels de baryum du commerce ne manifestent aucune activité. Nous avons considéré cette concentration d'activité, qui se faisait invariablement de la même manière, comme une preuve que l'hypothèse qui nous avait servi comme point de départ était exacte, et que nous étions en présence de deux éléments radio- I,KS NOUVKLLKS SUBSTANCKS RADIOACTIVES. l49 actifs nouveaux. Nous avons donné le nom de polonium au corps actif accompagnant le bismuth, le nom de radium au corps actif accompagnant le baryum, et nous avons pensé que par leurs pro- priétés chimiques ces deux éléments devaient être respectivement analogues aux deux éléments connus qu'ils suivaient au cours du traitement. Nos publications relatives à la découverte du polo- nium et du radium ont été faites en i 898 ; la première partie du travail concernait le polonium; la deuxième partie, faite en collaboration avec M. Bémont, concernait le radium ( ' ). Des arguments très sérieux venaient appuyer l'hypothèse de l'existence des éléments radioactifs nouveaux. Nous avons prouvé, en effet, c[ue non seulement au courant de l'analyse du minerai l'activité se concentre d'une part avec le bismuth, d'autre part avec le baryum, éléments non actifs par eux-mêmes, mais que de plus on peut, par un traitement convenable, effectuer une nouvelle concentration d'activité sur le bismuth actif et le baryum actif de la pechblende, de manière à retirer d'une part du bismuth et du baryum sensiblement inactifs, d'autre part des produits beaucoup plus actifs que la matière soumise au traitement. Les traitements employés à cet effet n'étaient pas des séparations chimiques com- plètes, et l'on verra plus loin que ces traitements n'auraient pu être tels, étant donnée la dilution extrême de la matière active; mais nous avons montré que diverses méthodes de fractionnement sont efficaces pour le but proposé. C'est ainsi cjue l'on obtient du bismuth de plus en plus riche en polonium par l'un des pro- cédés de fractionnement suivants : i" Sublimation des sulfures dans le vide; le sulfure actif est beaucoup plus volatil que le sulfure de bismuth. 2" Précipitation des solutions azotiques par l'eau; le sous- nitrate précipité est beaucoup plus actif que le sel qui reste dissous. 3° Précipitation par l'hydrogène sulfuré d'une solution chlor- hydrique extrêmement acide; les sulfures précipités sont consi- dérablement plus actifs que le sel qui reste dissous. {') P. CupaE et M'^" Curik, Comptes rendus, juillet 1S98; P. Curie, M">« Curie et G. BÉMONT, Comptes rendus, décembi-e 1898. l5o niAI'ITRK IV. Il est de même possible d'obtenir du baryum de plus en plus riche en radium, en soumettant le mélange des chlorures à une cristallisation fractionnée dans l'eau ou dans un mélange d'eau et d'acide chlorhydrique, ou encore en opérant des précipitations fractionnés par l'alcool sur la solution des chlorures. Dans les deux cas, le chlorure de radium se montre moins soluble que celui de baryum. Enfin un argument très important en faveur de l'existence d'éléments radioactifs nouveaux a été apporté par l'analyse spec- trale. L'examen spectroscopique des produits obtenus par nous a été entrepris par Demarçay, qui se servait de la méthode très précise des spectres d'étincelle photographiés. L'un des premiers échantillons de chlorure de baryum radifère, d'activité environ 60 fois plus grande que celle de l'oxyde d'urane, a été soumis à l'analyse spectrale. Le spectre était celui du baryum ; toutefois Demarçay y découvrit en plus une raie nou- velle d'intensité notable et de longueur d'ondeX= SSiS^H-,/!- dans le spectre ultraviolet. Avec des produits plus actifs préparés ensuite, et dont l'activité atteignit une valeur ()oo fois plus grande que celle qui correspond à l'oxyde d'urane, on vit la raie 3(Si 1^4^,47 se renforcer, en même temps que deux autres raies nouvelles devenaient visibles ( ' ). Nous avions ainsi la confirmation de l'hypothèse que le radium est un élément nouveau. Mais l'examen des échantillons de bismuth actif n'a fait connaître aucune raie autre que celles qui caractérisent le bismuth. Les échantillons de sel de bismuth à polonium et de sel de baryum radifère obtenus dans ce travail préliminaire, avaient respectivement une activité 4 00 et 900 fois plus grande que celle de l'oxyde d'urane. Avec ces substances nous avons découvert que les rayons Becquerel produisent la fluorescence du platino- cyanure de baryum. Il apparaissait toutefois comme évident que les produits obtenus étaient constitués presque totalement par de la matière inactive tandis que le polonium et le radium n'y étaient présents qu'en proportion très faible. Nous nous sommes donc trouvés en (') DicMARgAY, Comptes rendus^ iléccmlire iSy.S. LES NOUVELLES SUBSTANCES nADlOACTIVES. l5l face de la certitude, que pour isoler ces substances il était indispen- sable d'entreprendre un traitement sur des centaines ou des mil- liers de kilogrammes de minerai. En même temps il semblait de plus en plus intéressant d'aboutir à l'isolement de matières, dont la radioactivité devait être considérablement plus grande que celle des échantillons obtenus en premier lieu. Le polonium émet seulement des rayons Becquerel. Le radium émet des rayons Becquerel et une émanation radioactive différente de celle du thorium. Une troisième substance fortement radioactive a été découverte dans la pechblende par M. Debierne, qui lui a donné le nom d'ac- tinium ( ' ). L'actinium accompagne certains corps du groupe du fer contenus dans la pechblende; il semble accompagner soit le thorium, soit le cérium ou le lanthane. L'extraction de l'acti- nium est une opération difficile, les séparations étant, en général, incomplètes. Divers procédés de fractionnement utilisés pour la préparation de cette substance seront décrits plus loin. L'actinium émet des rayons Becquerel et une émanation radioactive caracté- ristique différente de celles du thorium et du radium. Toutes ces trois substances radioactives nouvelles se trouvent dans la pechblende en quantité absolument infinitésimale. Pour les obtenir à l'état concentré, nous avons été obligés de traiter plusieurs tonnes de résidus de minerai d'urane. Le gros trai- tement se fait dans une usine; il est suivi de tout un travail de purification et de concentration. On arrive ainsi à extraire de ces milliers de kilogrammes de matière première quelques décigrammes de produits qui sont prodigieusement actifs par rapport au minerai dont ils proviennent. Il est bien évident que l'ensemble de ce travail est long, pénible et coûteux. Je me suis spécialement occupée du travail ayant pour but l'isolement du radium et du polonium. Après un long travail j'ai réussi à obtenir le radium à l'état de sel pur, en quantité suffisante pour pouvoir déterminer son poids atomique et lui assigner ainsi une place définitive dans la série des corps simples. Ce travail a apporté la preuve complète de l'exactitude de la (') Debierne, Comptes rendus, octobre iSgy et avril 1900. CIIA1MTI1I-; IV. théorie adoptée dès le début de nos re/^herches par P. Curie et moi, théorie d'après laquelle la radioactivité est une propriété atomique et peut par conséquent servir comme base à une mé- thode d'analyse chimique. La théorie de désintégration des éléments radioactifs, sous la forme que lui ont donnée MM. Rutherford et Soddy, peut être considérée comme une extension de la théorie primitive qui a conduit à la découverte des substances radioac- tives nouvelles. La théorie de désintégration admet en effet que, la radioactivité étant attachée à l'atome, les phénomènes qui mettent en évidence une apparition ou une disparition de radioac- tivité correspondent à une formation ou une destruction des atomes auxquels appartient cette radioactivité. De nombreux exemples de tels phénomènes seront cités dans la suite de ce Livre. La théorie admet d'ailleurs qu'il n'existe pas de radioactivité permanente, et que la radioactivité de matières telles que l'uranium ou le radium, finira par disparaître, en même temps que ces éléments, après un temps extrêmement long. La pechblende étant un minerai coûteux, nous avons renoncé à en traiter de grandes quantités. En Europe, l'extraction de ce minerai se fait dans la mine de St. Joachimsthal, en Bohême. Le minerai broyé est grillé avec du carbonate de soude, et la matière résultant de ce traitement est lessivée, d'abord à l'eau chaude, puis à l'acide sulfurique étendu. La solution contient l'uranium qui donnait à la pechblende sa valeur. Le résidu insoluble était rejeté. Ce résidu qui contient des substances radioactives et dont l'activité est de 3 à 5 fois plus grande que celle de l'oxyde d'urane, nous a servi de matière première; il a actuellement une très grande valeur. En même temps que nous commencions à organiser le traitement de grandes quantités de matière, divers autres savants ont entre- pris des recherches sur les substances radioactives nouvelles. En Allemagne M. Giesel s'occupa de la préparation industrielle du radium. Au cours du traitement effectué sur le minerai, il a été amené à en extraire une substance radioactive qu'il nomma émanium; ce corps s'est montré dans la suite identique à l'acti- nium. M. Marckwald, en traitant des produits qui provenaient LKS NOIVKLLES SLBSTANCliS RADIOACTIVES. 1 53 du traitement d'une grande quantité de pechblende, en retira une substance extrêmement active qu'il nomma radiotellure, mais qui s'est montrée identique au polonium. Le plomb extrait de la pechblende est radioactif. Sa radioac- tivité a fait l'objet des recherches de MM. Hofmann et Strauss qui ont supposé l'existence d'une matière radioactive nouvelle. Toutefois cette matière n'a pu être caractérisée suffisamment à cette époque. La véritable nature du plomb radioactif a été éclaircie par un beau travail de M. Rutherford, confirmé et étendu par les travaux de MM. Meyer et v. Schweidler. La découverte d'un nouveau minerai, la thorianite, a été le point de départ d'un travail important, effectué par ]\L Hahn au laboratoire de M. Ramsay. Ce travail conduisit à la découverte d'une substance radioactive nouvelle : le radiothorium. Les travaux de MM. Rutherford et Boltwood ont conduit à admettre, dans le groupe des terres rares, l'existence d'une sub- stance radioactive que M. Boltwood a nommé ionium. Cette sub- stance se trouve avec l'actinium dans les terres rares extraites des minerais d'urane; elle est encore peu connue, mais elle présente un grand intérêt, ayant avec le radium une relation étroite dont il sera question plus loin. Au point de vue des théories de la radioactivité, on envisage actuellement l'existence d'un grand nombre de substances radio- actives distinctes. Toutefois celles qui ont une existence indivi- duelle au point de vue du chimiste, et dont l'isolement paraît un problème abordable, sont toujours en nombre très restreint. Aucune substance radioactive nouvelle autre que le radium, n'a d'ailleurs été obtenue à l'état de sel pur et caractérisée comme élément par son spectre et son poids atomique.^ 42. Extraction des substances radioactives nouvelles. Traitement du minerai. — La première partie de l'opération consiste à extraire des minerais d'urane le baryum radifère, le bismuth à polonium et les terres rares contenant l'actinium. Ces trois premiers produits ayant été obtenus, on cherche, pour chacun d'eux, à séparer la substance radioactive nouvelle. Cette deuxième partie du traitement se fait par une méthode de 1^4 OHAPITUE IV. fractionnement. On sait qu'il est difficile de trouver un moyen de séparation très parfait entre les éléments très voisins; les méthodes de fractionnement sont donc tout indiquées. D'ailleurs, quand un élément se trouve mélangé à un autre à l'état de trace, on ne peut appliquer au mélange une méthode de séparation parfaite, même en admettant que l'on en connaisse une; on ris- querait, en effet, de perdre la trace de matière qui aurait pu être séparée dans l'opération. Le minerai traité était le résidu du traitement de la pech- blende de St. Joachimsthal, après extraction d'urane. Le traite- ment de ce minerai à l'usine a été organisé par M. Debierne, après étude préliminaire de la question. Le point le plus important de la méthode utilisée consiste à obtenir la transformation des sulfates en carbonates par l'ébullition de la matière avec une dissolution concentrée de carbonate de soude. Ce procédé permet d'éviter la fusion avec le carbonate de soude. Le résidu contient principalement des sulfates de plomb et de chaux, de la silice, de l'alumine et de l'oxyde de fer. On y trouve, en outre, en quantité plus ou moins grande, presque tous les mé- taux (cuivre, bismuth, zinc, cobalt, manganèse, nickel, vanadium, antimoine, thalium, terres rares, niobium, tantale, arsenic, baryum, etc.). Le radium se trouve, dans ce mélange, à l'état de sulfate et en constitue le sulfate le moins soluble. Pour le mettre en dissolution, il faut éliminer autant que possible l'acide sulfu- rique. Pour cela, on commence par traiter le résidu par une solution concentrée et bouillante de soude ordinaire. L'acide sulfurique combiné au plomb, à l'alumine, à la chaux, passe, en grande partie, en dissolution à l'état de sulfate de soude que l'on enlève par des lavages à l'eau. La dissolution alcaline enlève en même temps du plomb, de la siHce, de l'alumine. Le plomb qui y est contenu peut en être reprécipité à l'état de sulfure; c'est le plomb radioactif. La portion insoluble lavée à l'eau est attaquée par l'acide chlorhydrique ordinaire. Cette opération désagrège com- plètement la matière et en dissout une grande partie. De cette dis- solution on peut retirer le polonium et l'actinium : le premier est précipité par l'hydrogène sulfuré, le second se trouve dans les LES NOLVKLLHS SfBSTANCKS liAUlOACTlN ES. I )0 hydrates précipités par rammoniaque dans la dissolution, séparée des sulfures et peroxydée. Quant au radium, il reste dans la por- tion insoluble. Cette portion est lavée à l'eau, puis traitée par une dissolution concentrée et bouillante de carbonate de soude. S'il ne restait plus que peu de sulfates non attaqués, cette opération a pour effet de transformer les sulfates de baryum et de radium en carbonates ; toutefois l'attaque est, en général, incomplète. On lave la matière très complètement à l'eau, puis on l'attaque par l'acide chlorhy- drique étendu exempt d'acide sulfurique. La dissolution contient le radium, ainsi que du polonium et de l'actinium. On la filtre et on la précipite par l'acide sulfurique. On obtient ainsi des sulfates bruts de baryum radifère contenant aussi de la chaux, du plomb, du fer et ayant entraîné un peu d'actinium. La dissolution contient encore un peu d'actinium et de polonium qui peuvent en être retirés comme de la première dissolution chlorhydrique. On retire d'une tonne de résidu de lo'^» à 20*"? de sulfates bruts, dont l'activité est de 3o à Go fois plus grande que celle de l'uranium métallique. On procède à leur purification. Pour cela, on les fait bouillir avec du carbonate de soude et on les transforme en chlo- rures. La dissolution est traitée par l'hydrogène sulfuré, ce qui donne une petite quantité de sulfures actifs contenant du polo- nium. On filtre la dissolution, on la peroxyde par l'action du chlore et on la précipite par de l'ammoniaque pure. Les oxydes et hydrates précipités sont très actifs, et l'activité est due à l'acti- nium. La dissolution filtrée est précipitée par le carbonate de soude. Les carbonates alcalino-terreux précipités sont lavés et transformés en chlorures. Ces chlorures sont évaporés à sec et lavés avec de l'acide chlorhydrique concentré pur. Le chlorure de calcium se dissout presque entièrement, alors que le chlorure de baryum radifère reste insoluble. On obtient ainsi, par tonne de matière première, S^^ environ de chlorure de baryum radifère, dont l'activité est environ Go fois plus grande que celle de l'uranium métallique. Ce chlorure est prêt pour le fractionnement. Il existe des minerais de radium dont le traitement est beaucoup plus facile que celui qui vient d'être décrit. Telle est la carnotite, l56 CHAPITRE IV. minerai d'urane soluble dans l'acide azotique étendu; cette disso- lution contient le radium. La pyromorphite radifère est un minerai découvert à Issy-l'Evêque par M. Danne. C'est un chlorophosphate de plomb ne contenant pas d'uranium ; le minerai est soluble dans l'acide chlorhydrique, et cette dissolution contient le radium. Il en est de même pour Vautunite. 43. Préparation de sels de radium purs. — Le procédé que j'ai adopté pour extraire le chlorure de radium pur du chlorure de baryum radifère consiste à soumettre le mélange des chlorures à une cristallisation fractionnée, dans l'eau pure d'abord, dans l'eau additionnée d'acide chlorhydrique pur ensuite. On utilise ainsi la différence des solubilités des deux chlorures, celui de radium étant moins soluble que celui de baryum. Au début du fractionnement on emploie l'eau pure distillée. On dissout le chlorure et l'on amène la dissolution à être saturée à la température de l'ébullition; puis on laisse cristalliser par refroi- dissement dans une capsule couverte. Il se forme alors au fond de beaux cristaux adhérents, et la dissolution saturée surnageante peut être facilement décantée. Si l'on évapore à sec un échantillon de cette dissolution, on trouve que le chlorure obtenu est environ cinq fois moins actif que celui qui a cristallisé. On a ainsi partagé le chlorure en deux portions : A et B, la portion A étant beaucoup plus active que la portion B. On recommence sur chacun des chlo- rures A et B la même opération, et l'on obtient, avec chacun d'eux, deux portions nouvelles. Quand la cristallisation est ter- minée, on réunit ensemble la fraction la moins active du chlorure A et la fraction la plus active du chlorure B, ces deux matières ayant sensiblement la même activité. On obtient ainsi trois por- tions que l'on soumet à nouveau au même traitement. On ne laisse pas augmenter constamment le nombre des por- tions. A mesure que ce nombre augmente, l'activité de la portion la plus soluble va en diminuant. Quand cette portion n'a plus qu'une activité insignifiante, on l'élimine du fractionnement. Quand on a obtenu un nombre de portions convenable, on cesse aussi de fractionner la portion la moins soluble (la plus riche en radium), et on l'élimine du fractionnement. '"" On opère avec un nombre constant de portions. Après chaque LES NOUVELLES SCBSTAXCES RADIOACTIVES. :-)7 série d'opérations, la solution saturée provenant d'une portion est versée sur les cristaux provenant de la portion suivante ; mais si, après l'une des séries, on a éliminé la fraction la plus soluble, après la série suivante on fera, au contraire, une nouvelle portion avec la fraction la plus soluble, et l'on éliminera les cristaux qui constituent la portion la plus active. Par la succession alternative de ces deux modes opératoires, on obtient un mécanisme de frac- tionnement très régulier, dans lequel le nombre des portions et l'activité de chacune d'elles restent constants, chaque portion étant environ cinq fois plus active que la suivante; on élimine, d'un côté (à la queue), un produit à peu près inactif, tandis que l'on recueille, de l'autre côté (à la tête), un chlorure enrichi en radium. La quantité de matière contenue dans les portions va, d'ailleurs, nécessairement en diminuant_, et les portions diverses contiennent d'autant moins de matière qu'elles sont plus actives. On opérait au début avec six portions, et l'activité du chlorure éliminé à la queue n'était que o, i de celle de l'uranium. Le schéma d'un tel fractionnement est représenté graphique- Fig. /,2. ment par la figure ii. Chaque point représente une cristallisation effectuée sur la portion dont le numéro se trouve à côté. Les l58 CHAPITRE IV. deux flèches qui partent d'un point représentent les deux pro- duits, cristaux et dissolution, résultant d'une cristallisation, par exemple cristaux à gauche, dissolution à droite. La réunion de deux flèches en un point représente la réunion des cristaux for- més dans une portion avec la dissolution provenant de la portion précédente. Les flèches dirigées vers le dehors représentent l'éli- mination des produits extrêmes. Quand on a ainsi éliminé en grande partie la matière inactive et que les portions sont devenues petites, on n'a plus intérêt à éli- miner à une activité aussi faible; on supprime alors une portion à la queue du fractionnement, et l'on ajoute à la tête une portion formée avec le chlorure actif précédemment recueilli; on recueil- lera donc maintenant un chlorure plus riche en radium que précé- demment. On continue à appliquer ce système jusqu'à ce que les cristaux de tête représentent du chlorure de radium pur. Si le frac- tionnement a été fait d'une façon très complète, il reste à peine de très petites quantités de tous les produits intermédiaires. Quand le fractionnement est avancé et que la quantité de matière est devenue faible dans chaque portion, la séparation par cristal- lisation est moins efficace, le refroidissement étant trop rapide et le volume de solution à décanter trop petit. On a alors intérêt à additionner l'eau d'une proportion déterminée d'acide chlorhy- drique; cette proportion devra aller en croissant à mesure que le fractionnement avance. L'avantage de cette addition consiste à augmenter la quantité de la dissolution, la solubilité des chlorures étant moindre dans l'eau additionnée d'acide chlorhydrique que dans l'eau pure. De plus, le fractionnement est alors très efficace; la différence entre les deux fractions provenant d'un même produit est considérable; en employant de l'eau avec beaucoup d'acide, on a d'excellentes séparations, et l'on peut opérer avec trois ou quatre portions seulement. On a tout avantage à employer ce procédé aussitôt que la quantité de matière est devenue assez faible pour que l'on puisse opérer ainsi sans inconvénients. Les cristaux, qui se déposent en solution très acide, ont la forme d'aiguilles très allongées, qui ont absolument le même aspect pour le chlorure de baryum et pour le chlorure de radium. Les uns et les autres sont biréfringents. Les cristaux de chlorure de baryum radifère se déposent incolores, mais, quand la propor- LES NOIVELLKS SUBSTANCES RADIOACTIVES. l59 tion de radium devient suffisante, ils prennent au bout de quelques heures une coloration jaune allant à l'orangé, quelquefois une belle coloration rose. Cette coloration disparaît par la dissolution. Les cristaux de chlorure de radium pur ne se colorent pas, ou tout au moins pas aussi rapidement, de sorte que la coloration paraît due à la présence simultanée du baryum et du radium. Le maximum de coloration est obtenu pour une certaine concentration en radium, et l'on peut, en se basant sur cette propriété, contrôler les progrès du fractionnement. Tant que la portion la plus active se colore, elle contient une quantité notable de baryum; quand elle ne se colore plus, et que les portions suivantes se colorent, c'est que la première est sensiblement du chlorure de radium pur. J'ai remarqué parfois la formation d'un dépôt composé de cris- taux dont une partie restait incolore, alors que l'autre partie se colorait. Il semblait possible de séparer les cristaux incolores par triage, ce qui n'a pas été essayé. A la lin du fractionnement, le rapport des activités des portions successives n'est ni le même, ni aussi régulier qu'au début; cepen- dant il ne se produit aucun trouble sérieux dans la marche du fractionnement. Quand on entreprend le traitement de quelques kilogrammes de chlorure de baryum radifère retiré d'une ou plusieurs tonnes de minerai, il faut apporter cjuelques modifications à la manière d'opérer. Un premier fractionnement est alors fait à l'usine; il est destiné à fournir un sel enrichi en radium après élimination de 90 pour 100 du sel de baryum. Ce premier fractionnement comporte des volumes de dissolution saturée relativement grands ; il est effectué dans des bassines de fonte, et l'on remplace l'eau distillée par l'eau de pluie ou par de l'eau de rivière très peu char- gée de sels, et soigneusement débarrassée de toute trace d'acide sulfurique au moyen d'une précipitation par une solution de chlorure de baryum en faible excès. La précipitation fractionnée d'une solution aqueuse de chlorure de baryum radifère par l'alcool conduit aussi à l'isolement du chlo- rure de radium qui se précipite en premier. Cette méthode que j'employais au début a été ensuite abandonnée pour celle qui l6o CIIAPITRK IV. vient d'être exposée et qui offre plus de régularité. Cependant, j'ai encore quelquefois employé la précipitation par l'alcool pour purifier le chlorure de radium qui contient une petite quantité de chlorure de baryum; ce dernier reste dans la dissolution alcoo- lique légèrement aqueuse et peut ainsi être enlevé. M. Giesel, qui, dès la publication de nos premières recherches, s'est occupé de la préparation des corps radioactifs, recommande la séparation du baryum et du radium par la cristallisation frac- tionnée dans l'eau du mélange des bromures. J'ai pu constater que ce procédé est en effet très avantageux, surtout au début du fractionnement. Toutefois il n'est commode d'opérer ainsi, que quand la quantité de sel à fractionner n'est pas trop grande. Quand elle est de quelques kilogrammes, il y a inconvénient à employer une quantité correspondante d'acide bromhydrique dont le prix est élevé, et de plus les bassines de fonte sont bien plus facilement attaquées par le bromure que par le chlorure. Il y a toutefois avantage à transformer en bromure le chlorure obtenu par le premier fractionnement à l'usine, et dont le poids a été for- tement réduit. On réalise ainsi un fractionnement plus rapide, tant que la quantité de matière n'est pas devenue très petite. Mais quand on n'a plus que très peu de sel, les opérations avec le bro- mure sont moins bonnes qu'avec le chlorure, et cela parce que le premier sel est, d'une part, beaucoup plus soluble, d'autre part, beaucoup plus altérable que le second; la solution d'un bromure très riche en radium dans l'eau, ou dans l'eau additionnée d'acide bromhydrique, s'altère rapidement avec mise en liberté de brome. Je considère donc comme préférable de ramener toujours le sel très concentré en radium à l'état de chlorure, pour achever l'extrac- tion du sel de radium pur et pour conserver celui-ci, A l'état de sel sec, le chlorure est, en effet, un sel mieux défini et plus stable que le bromure, et son altération spontanée est bien moins importante. Quel que soit le procédé de fractionnement dont on se sert, il est utile de le contrôler par des mesures d'activité. Il est nécessaire de remar<|uer qu'un composé de radium qui était dissous, et que l'on vient de ramener à l'état solide, soit par précipitation, soit par cristallisation, ne possède pas dès le début I>i;S NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES. l6l une activité invariable; l'activité augmente pendant un mois environ pour atteindre une certaine limite, toujours la même. L'activité finale est cinq à six fois plus élevée que l'activité ini- tiale. Ces variations, sur lesquelles je reviendrai dans la suite, doivent être prises en considération pour la mesure de l'activité. L'activité finale est mieux définie, mais il est plus pratique, au cours d'un traitement chimique, de mesurer l'activité initiale du produit solide. Bien que le sel que l'on soumet au fractionnement soit toujours préalablement purifié, on est souvent conduit à purifier à nouveau le sel très riche en radium. Il est vrai que le traitement employé pour le fractionnement constitue par lui-même un traitement de purification qui élimine les traces de sels très solubles dans l'eau acidulée : sels de chaux, de fer, de magnésium, etc. Mais en revanche les traces de chlorure ou de bromure de plomb s'accu- mulent avec le sel de radium dans la portion la moins soluble. Il est en général, nécessaire d'éliminer le plomb en traitant la solu- tion du sel très riche en radium par l'hydrogène sulfuré avant de procéder à l'élimination définitive du baryum. ii. Spectre du radium. — - Le spectre du radium a été découvert par Demarçay, qui a constaté dans le spectre d'étincelle, fourni par des sels de baryum radifères, la présence de raies n'appartenant à aucun élément connu, et dont l'intensité était d'autant plus grande que l'échantillon de sel considéré était plus actif. C'est à Demarçay que l'on doit aussi la première étude du spectre du radium et la détermination des raies les plus importantes dans la région du spectre comprise entre les longueurs d'onde jooi^!^ et oao'.^i^- ( ' ). L'étude du spectre d'étincelle du radium a été pour- suivie et complétée par les travaux de MM. Runge et Precht, Exner et Haschek et Crookes, de sorte que ce spectre est actuel- lement très bien connu ( - ). L'aspect général du spectre est celui qu'offrent les métaux alca- lino-terreux. On y aperçoit des raies fortes et étroites et quelques (') Demarçay, Comptes rendus, décembre 189S, novembre 1899 et juillet 1900. (-) IluNGE et Precht, Anii. de Chim. et de Phys., 1904. C. -I. II iCri. • CllAPlTRK IV. bandes nébuleuses. Voici la liste des raies les plus importantes : Région du spectre. Vert Bleu Ultra-vioIct Long ucur d'onde en |J.u 48'2 ,G. 408 ,23 / r>3 ,33 443 ,65 1 434 08 ^ 38i 46 1 364 97 f 281 40 \ 270 86 Intensité. moyenne très forte moyenne forte la pins forte forte Voici un Tableau qui donne les longueurs d'onde des raies du spectre du radium d'après les mesures de MM. Runge et Precht. Le spectre était obtenu par photographie au moyen d'un réseau de Rowland concave ayant 1 ^ de rayon de courbure. La plaque photographique était sensibilisée pour la région du rouge. Les intensités des raies sont indiquées par des nombres : Longueur d'onde en [jl;x. 644,63. 63; (vjo , 616, 59^ = 58 r 566, 56 1 5 60, 555. 555, 55o, 54 s, 548, 540, 540, 53 1 57.8, 526, D2() 5o8 72. 06. 74. 84. 38. 08. 67. 17. 62. 38. 2r. 88. 21. 68. o3. 97- 34. 46. Intensité. 8 6 10 8 LES NOUVELI.KS SUBSTANCES U VDIOACTI VES. I 63 Longueur d'onde en aa. Intensité. 5o4 , 1 ) () 49<^ ,21 G 497, M) j., ()**,i2 d'un chlorure de radium à peu près pur; le spectre obtenu avec ce sel présentait encore les trois raies principales du baryum avec une intensité notable ; mais étant donnée la sensibilité de la réaction spectrale du baryum, on pouvait penser que ce corps ne se trouvait présent qu'en proportion assez faible. J'ai fait avec ce chlorure quatre déterminations succcessives qui ont donné pour le poids atomique les nombres suivants : 220,9, 223,1, 223,0, 223,3. J'ai entrepris une nouvelle purification de ce chlorure et je suis arrivée à obtenir une matière bien plus pure encore, dans le spectre de laquelle les deux raies les plus fortes du baryum sont très faibles. D'après l'opinion de Demarçay, ce chlorure purifié ne pouvait contenir que des traces minimes de baryum incapables d'influencer d'une façon appréciable le poids atomique J'ai effectué trois déterminations avec ce chlorure de radium très pur dont je ne possédais que 0^,09. Voici les résultats : Chlorure de ladiuni anhydre. P. o , 09 1 9 225,5 <),()893") 220,0 o , (); étant donnée la concordance des mesures, je pensais pouvoir con- sidérer ce nombre comme exact à une unité près. La quantité de chlorure de radium employée dans ces expériences était très faible, et il paraissait désirable de faire une nouvelle série de déterminations sur une quantité plus grande de sel pur. J'ai pu entreprendre ce travail en i()()7 ayant à ma disposition LES NOUVELLES SLBSTANCES ItADIO ACTl VES. 167 0^,4 de chlorure de radium soigneusement purifié. Voici comment avait été effectuée la purification. Le chlorure était dissous dans de l'eau additionnée d'acide chlorhydrique; la solution était évaporée au bain-marie, et l'on obtenait de beaux cristaux sous forme d'aiguilles. On poussait la cristallisation jusqu'à ce que la presque totalité du sel fût déposée, puis on laissait refroidir et l'on décantait le liquide qui ne con- tenait que très peu de sel (i'"^ ou :i"'s dans plusieurs centimètres cubes d'eau mère). J'ai fait un grand nombre d'opérations de ce genre en réunissant toujours ensemble les portions éliminées. Le sel se trouvait ainsi partagé en deux portions : une portion de tête et une portion de queue. Le progrès du fractionnement était contrôlé par des photogra- phies du spectre d'étincelle. Il est commode en particulier de com- parer la valeur relative des raies 455,42 du baryum et 453,. 53 du radium. Ces raies très voisines et très nettes se prêtent bien à une comparaison. La raie 155,42 est la plus forte du spectre du baryum; la raie 453,33 constitue, dans le spectre du radium, une raie d'in- tensité moyenne. Après un certain nombre d'opérations, la limite de l'efficacité de la méthode semblait atteinte, et la raie 455,42 du baryum, devenue faible, ne diminuait plus d'intensité relative. J'ai alors employé à nouveau la méthode de précipitation par l'alcool, dont je m'étais déjà servie antérieurement. L'alcool est ajouté par gouttes à la solution aqueuse très concentrée et constamment remuée, et cela jusqu'à ce que le sel soit presque entièrement précipité. Le liquide est alors décanté et ajouté à la portion de queue. Je suis arrivée à obtenir, par un certain nombre de ces opérations, une amélioration notable. La raie 455,42 est devenue extrêmement faible, mais n'a cependant pas disparu complètement. Au contraire, dans le spectre de la portion de queue, cette raie était manifeste- ment plus forte que la raie voisine 453,33 du radium. Quand la purification a été arrêtée, la raie la plus forte du baryvim était encore très faiblement visible à côté de sa voisine. Son élimination complète semblait difficile avec la quantité de matière dont je disposais. On verra plus loin que la pureté du sel était néanmoins très grande. l68 CHAPITRE IV. Voici les nombres obtenus dans trois expériences consécutives faites avec ce chlorure : Clilorurf de radium anhydic. P. O , |0 V2 •2'i.{\ . (h. o , 4o>.o 'liC) , 3 I o , jg'S j ") 9,2() , 4'. Ces trois expériences très concordantes donnent pour le poids atomique du radium la valeur moyenne Ka 5>'^G,41 Les valeurs de ce poids atomique P, déduites des diverses expé- riences, ont été calculées en admettant que le radium est un métal bivalent, et que les poids atomiques de l'argent et du chlore sont respectivement : Ag '07i93 CI 35,45 Au cours des opérations qui ont eu pour but la purification du chlorure de radium, certaines difficultés se sont présentées. Quand on évapore dans une capsule de porcelaine ou dans un verre une solution limpide de sel de radium, le sel sec n'est généralement pas complètement soluble dans l'eau distillée, mais laisse un résidu. Je me suis assurée que ce résidu est principalement du sulfate. Le sulfate de radium est extrêmement peu soluble; l'eau distillée et les acides purs du commerce contiennent des traces d'acide sulfurique suffisantes pour précipiter le radium. La présence de ces traces d'acide sulfurique ne peut être constatée directement au moyen du chlorure de baryum, mais le résidu d'évaporation d'un assez grand volume d'eau distillée ou des acides purs du com- merce précipite par le chlorure de baryum. Tous ces réactifs ont alors été préparés spécialement. L'eau a été redistillée d'abord dans des vases de verre; cette opération s'étant montrée insuffisante (peut-être à cause de la présence de sulfates dans le verre), la distillation a été faite dans un appareil en platine. Le résultat a été bon. On s'est servi de cette eau pour préparer l'acide chlorhydrique qui a été conservé dans une bou- teille en platine. L'alcool a été également redistillé. LES NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 169 Ces précautions ont eu pour effet de réduire dans une grande proportion la formation des résidus insolubles, mais non de la supprimer complètement. Les résidus insolubles très faibles cjui se produisaient encore ne pouvaient plus être attribués qu'à l'attaque des capsules et des verres par le chlorure de radium. J'ai essayé d'évaporer une solution acide de chlorure de radium dans une capsule de platine, mais celle-ci a été franchement attaquée avec dissolution d'une quantité notable de platine. Il ne restait donc cjue la ressource d'opérer rapidement. En effet, l'attaque des vases semble avoir lieu surtout quand les cristaux encore humides sont en contact avec la paroi. Une solution de chlorure de radium peut se maintenir limpide pendant longtemps et, si on l'évaporé, le résidu insoluble est toujours relativement faible. De même un sel sec, enfermé dans une ampoule ou placé dans une capsule, ne devient jamais en majeure partie insoluble, même après une année ou davantage. Le composé insoluble se forme peu à peu quand on soumet la solution du sel à des évapo- ra tions nombreuses. Ce composé est probablement un silicate, mais je ne m'en suis pas assurée. Quand après filtration une solution limpide de chlorure de radium, contenant de l'acide chlorhydrique, est rapidement éva- porée à sec au bain-marie, les cristaux déposés, recueillis et séchés dans une étuve à i 5o°, se dissolvent dans l'eau pure sans résidu et peuvent par conséquent servir pour une détermination de poids atomique. Voici la marche d'une détermination de poids atomique. Le chlorure de radium, qui vient de cristalliser d'une solution limpide, est séché au bain-marie et transporté dans un creuset de platine préalablement pesé. Le creuset est porté à l'étuve et main- tenu pendant une demi-heure à i5o". Le sel perd alors complè- tement son eau de cristallisation et atteint un poids constant que l'on détermine en laissant refroidir le creuset dans un dessiccateur à anhydride phosphorique, et en le pesant aussi rapidement que possible, pour éviter l'absorption de la vapeur d'eau pendant la pesée. J'ai vérifié que le poids du sel ne varie pas par une nou- velle chauffe à loo", et en réalité même à i :->.<)" ou i3o" l'eau de cristallisation est chassée en un temps de l'ordre d'une demi-heure 170 CHAPITUK IV. pour le poids employé. On peut ensuite porter le sel à la tempéra- ture de 200° sans que son poids change; le sel est donc à un état parfaitement déterminé, et l'on admet qu'il répond à la for- mule RaCl-. Le sel étant pesé, on le dissout dans l'eau dans un verre à préci- pité, et on l'additionne à chaud d'une solution chaude d'azotate d'argent (purifié par cristallisation), contenant très peu d'acide azotique purifié. Le chlorure d'argent se rassemble par l'agitation et par une chauffe modérée. Quand la solution est limpide, on recueille le chlorure d'argent par filtration, et on le lave à l'eau chaude très légèrement nitrique. On sèche le précipité et on le détache du filtre. Celui-ci est brûlé dans le creuset; les cendres sont d'abord évaporées avec une goutte d'acide azotique, puis avec une goutte d'acide chlorhydrique. Le résidu dans le creuset doit être très peu important par rapport à la totalité du précipité. Celui-ci est alors ajouté dans le creuset et chauffé jusqu'à la fusion, mais pas plus qu'il ne faut pour obtenir la fusion. On laisse refroidir le creuset dans le dessiccateur et on le pèse. Les pesées étaient faites avec une balance apériodique Curie à lecture directe au microscope des poids inférieurs au décigramme. Cette balance à pesées très rapides est exacte au yV ^6 milli- gramme, et l'on peut même obtenir le 77^. Les poids employés étaient des poids de précision. Une pesée durait très peu de temps, la balance se fixant à sa position d'équilibre 10 secondes environ après avoir été rendue libre. La pesée du chlorure de radium est plus difficile que celle du chlorure d'argent, car le premier de ces sels absorbe de l'eau, même quand la balance contient des corps desséchants, tandis que le second n'en absorbe pas sensiblement. On peut donc recommencer plusieurs fois la pesée du chlorure d'argent, tandis que celle du chlorure de radium doit être réussie de suite et ne peut être recommencée qu'après un nouveau séjour du sel à l'étuve. La rapidité des pesées est, dans ce cas, une con- dition essentielle pour assurer leur précision. L'emploi du procédé de lecture au microscope est très avantageux; toute variation de poids rapide est vue et appréciée directement. Après chaque dosage on ajoutait de l'acide chlorhydrique à la solution des azotates de radium et d'argent; on éliminait le chlo- rure d'argent par filtration, et l'acide azotique par cristallisation LES NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES. I7I répétée en présence d'un excès d'acide chlorhydrique. Tant qu'il y a encore de l'acide azotique en présence, les cristaux se colorent en rouge; le composé de radium qui se colore ainsi est probablement un composé complexe, peut-être un nitrosochlorure. Le chlorure d'argent du dosage était toujours radioactif et lumineux. Pour s'assurer qu'il n'avait pas entraîné de quantité pondérable de radium, on déterminait la quantité d'argent qui y était contenue. A cet effet, le chlorure d'argent fondu, contenu dans le creuset, était réduit par l'hydrogène résultant de la décom- position de l'acide chlorhydrique étendu par le zinc; après lavage, le creuset était pesé avec l'argent métallique obtenu. J'ai constaté également, dans une expérience, que le poids du chlorure de radium régénéré était retrouvé le même qu'avant l'opération. Dans d'autres expériences, on n'attendait pas, pour commencer une nouvelle opération, que toutes les eaux de lavage fussent évaporées. Enfin la quantité de radium, retenue par le chlorure d'ar- gent, a été déterminée, en utilisant le dégagement d'émanation par le sel fondu {i'oir § 70); la proportion de radium entraîné s'est inontrée négligeable. Si l'on compare entre eux les nombres que j'ai obtenus pour le poids atomicjue du radium en 1902 et en 1907, on constate que l'écart des deux moyennes 225,2 et 226,45 dépasse à peine une unité. Dans le spectre du chlorure dosé en 1902, le baryum semble avoir un peu plus d'importance que dans le spectre du chlorure dosé en 1907. Dans les deux spectres, la raie 155,42 du baryum est très faiblement visible à côté de la raie /|5'),3) du radium, mais une petite différence de pureté en faveur du sel plus récem- ment préparé peut cependant être constatée. Je me suis assurée par une expérience directe que l'écart d'une unité entre les poids atomiques ne peut provenir de cette différence, mais doit tenir à la précision moindre des expériences effectuées en 1902. A cet effet j'ai préparé avec quelques milligrammes du chlorure de radium de 1907 une solution que j'ai additionnée d'une petite quantité d'une solution titrée de chlorure de baryum. La propor- tion de chlorure de baryum dans le mélange des deux sels était 0,61 pour 100. Dans le spectre de ce sel on constate un grand accroissement de l'intensité des raies du baryum. La raie 455,42 CHAPITRK IV. y est presque aussi forte que la raie 45>5 33 du radium, et d'autres raies du baryum, en particulier 889, 28 et 4 1 3, 08 sont très visibles. Cependant le changement de poids atomique, calculé d'après l'ad- dition connue de chlorure de baryum, est inférieur à une unité (o, 7 unité). Il est donc manifeste que la diffférence entre le nombre de 1902 et celui de 1907 ne doit être attribuée qu'à l'augmentation de la précision des expériences. L'expérience de l'addition de baryum prouve en même temps que la réaction spectrale du baryum en présence du radium est très sensible, et que le chlorure de radium employé pour le dosage et dans le spectre duquel la raie la plus forte du baryum 455, 4^ est très faible, doit être considéré comme extrêmement pur. Je pense que ce chlorure contient moins de 0,06 pour 100 de chlorure de baryum et que, par conséquent, le poids atomique du radium ne pourrait être influencé par cet effet que de moins d'un dixième d'une unité. Pour faire disparaître complètement la raie la plus forte du baryum dans le spectre du radium, il faudrait opérer sur une grande quantité de matière. On peut d'ailleurs remarquer que cette raie est plus faible que les raies H et K (396,86 et 393,38) du calcium qui cependant ne peut être présent en quantité appréciable à la balance. Les spectres du chlorure de radium pur et du chlorure de radium additionné de o,()i pour 100 de chlorure de baryum sont repro- duits dans la planche II avec indication des raies les plus impor- tantes ( ' ). L'ensemble de mon travail conduit à attribuer au radium un poids atomique dont la valeur est 226, \h avec la base indiquée plus haut. Étant données la concordance des mesures et les di- verses expériences de contrôle effectuées, je pense que l'on peut considérer ce nombre comme exact à une demi-unité près. Il est fort remarquable que l'on dispose d'une méthode assez parfaite pour obtenir avec ce degré de précision un poids atomique aussi ( ' ) Il est à remarquer ([iic sur celle rcproduclion les raies les plus faillies smiL avantagées par rapport aux raies les plus fortes, par comparaison avec le ciiclic directement obtenu par photographie. Ainsi la raie 4^5,42 du baryum dans le spectre du sel pur est bien plus visible sur la reproduction que sur le cliché. LES NOLVELLKS SUBSTANCES RADIOACTIVES. IJO élevé, en opérant sur une aussi faible quantité de matière; celle-ci est d'ailleurs trop précieuse pour que l'on puisse risquer en perdre en effectuant un grand nombre de fois la suite des opérations né- cessaires pour déterminer le poids atomique. On peut estimer qu'un chlorure, dans le spectre duquel les raies '[53,42 du baryum et i^)?'^^ du radium ont la même intensité, correspond à un poids atomique moyen 228 ou 224. Une série de mesures ayant pour but la détermination du poids atomique du radium a été effectuée par M. Thorpe sur o^,o(i à 0^,08 de chlorure de radium ( ' ). Ce sel avait été préparé par M. Thorpe suivant la méthode de M, Curie, et la méthode employée pour le dosage était également la même. La pureté du sel était contrôlée par l'examen du spectre d'étincelle. Les nombres obtenus dans trois expériences consécutives sont 226,8, 22.5,- et 22-,-, en adoptant la base Ag = 107,90, Cl =35,45. La moyenne des trois nombres obtenus est 226,-; cette moyenne ne diffère c^ue de 0,25 unité du nombre 220,45 qui résulte des expériences de M. Curie. Cette concordance entre les résultats obtenus par des expérimentateurs différents, sur un sel préparé indépendamment en France et en Angleterre, est très remarquable et constitue une garantie sérieuse de l'exactitude du nombre obtenu pour le poids atomique du radium. Il semble, d'ailleurs, naturel d'adopter pour ce dernier la valeur 226,45 donnée par M. Curie, dont les expé- riences ont porté sur une quantité de sel pur cinq fois plus grande que celle dont disposait M. Thorpe et présentent entre elles une concordance très étroite. La valeur du poids atomique du radium que j'ai publiée en 1902 a été contestée à cette époque par MM. Runge et Precht(-). Ces savants ont fait une étude comparée des spectres des métaux alcalino-terreux, y compris celui du radium, et ont cru pouvoir conclure de cette étude que le poids atomique du radium est égal à 258. S'il en était ainsi, le sel que je considérais comme pur aurait contenu une forte proportion de baryum (20 pour 100 environ); (') Thorpe, Proc. Boy- Soc, 1908. (-) lluxGE et Precht, Phys. Zeit., igoS. CIIAI'lTUi; IV. cette supposition paraissait inadmissible. Les expériences que j'ai effectuées en 1907, ainsi que celles qui ont été faites à la même époque par M. Thorpe, mettent hors de doute que le poids ato- mique du radium est voisin de 22O. L'expérience de contrôle, effectuée en ajoutant du chlorure de baryum au chlorure de radium pur, prouve de plus que la réaction spectrale du baryum en présence du radium est très sensible, ainsi que l'on devait s'y attendre, et que, par conséquent, l'examen du spectre constitue une garantie suffisante de la pureté du sel de radium. D'autre part, M. Watts ( ' ) a montré que l'examen plus approfondi des spectres peut conduire à un résultat voisin de celui qui est fourni par l'expérience directe. 40. Propriétés des sels de radium. — Les sels de radium ont d'une manière générale, des caractères chimiques très analogues à ceux des sels de baryum. Nous avons vu que les chlorures et les bromures de ces deux éléments cristallisent ensemble en toute proportion; ce sont des sels isomorphes, qui se distinguent entre eux par leur différence de solubilité, ceux de radium étant moins solubles que ceux de baryum. L'isomorphisme des bromures de baryum et de radium a été prouvé par la mesure des éléments cristallographiques de ces deux sels qui cristallisent tous les deux dans le système monoclinique avec des paramètres très sem- blables (-). Il est probable d'après cela que le bromure de radium cristallise comme celui de baryum avec i'"^' d'eau. La même sup- position peut être faite pour le chlorure. Le chlorure et le bromure de radium ne se dissolvent ni dans les acides concentrés ni dans l'alcool absolu. L'azotate de radium est soluble dans l'eau; le fractionnement d'un mélange d'azotates de baryum et de radium ne permet pas de réaliser une concentration en radium; la solubilité des deux sels est donc probablement analogue. Le sulfate de radium est insoluble dans l'eau et dans les acides concentrés ou étendus. Le carbonate est insoluble dans l'eau. Le (') Watts, Phil. Mag., i()0(). (-) IliNNE, Jakrbuck d. liad., 1906. I LES NOrVEM.ES SUBSTANCES RADIOACTIVES. IJD radium ne précipite ni par l'hydrogène sulfuré en solution acide, ni par le sulfure d'ammonium en solution alcaline étendue. Le dépôt du métal ne peut être obtenu par électrolyse d'une solution d'azotate de radium avec électrodes de platine. Les propriétés magnétiques du métal ne sont pas connues; toutefois le chlorure de radium pur est paramagnétique, tandis que le chlorure de baryum est diamagnétique. Le coefficient d'aiman- tation spécifique K (rapport du moment magnétique de l'unité de masse à l'intensité du champ) a été mesuré par MM. P. Curie et C. Chéneveau au moyen d'un appareil établi par ces deux physi- ciens ( ' ). Ce coefficient a été mesuré par comparaison avec celui de l'eau et corrigé de l'action du magnétisme de l'air. On a trouvé ainsi pour le chlorure de radium K = r ,o5. lo ^ et pour le chlorure de baryum K = — o,4o. lo^^. On trouve d'ailleurs, conformément aux résultats précédents, qu'un chlorure de baryum radifère contenant environ i- pour loo de chlorure de radium est diamagnétique et possède un coefficient spécifique K= — 0,20.10-'^ (-). On peut constater que, d'après ses propriétés chimiques et d'après l'apparence de son spectre, le radium vient se placer dans la famille des métaux alcalino-terreux et constitue dans cette famille l'homologue supérieur du baryum. D'après son poids atomique le radium vient également se placer dans le Tableau de Mendeleefî à la suite du baryum dans la colonne des métaux alcalino-terreux et sur la rangée qui contient déjà l'uranium et le thorium. (') Curie el Chéneveau, Soc. de Physique, igoS. (-) En 1899 M. Saint-Meyer a annoncé que le carbonate de bar3iim radifère est paramagnétique ( Wied. Ann., t. LXVIIl). Cependant M. élever avait opéré avec un produit très peu riche en radium et ne contenant probablement que jj^ de sel de radium. Ce produit aurait dû se montrer diamagnétique. Il est probable que la substance contenait une petite impureté ferrifére. 176 CUAPITllli IV. Z co O Cl o S" fc- ? ;^ 05 — ^^ a ° oa f^, ^ ,^ S '^ l^ u ■^ Cl j" Z <:^' H ÎS 'J M ■ -^ O '> - -JL m - o rv? '(Ti X. H '-x" H « « c H •;? O 05 '-^ ^C en m O en ^ m ''•^ < "^ es C — ' ^ - Z rn ■" M ro •^ -JZ Q fO X - LES NOUVELLES SL'lîSïANCES ll.VDlOACTIVES. 177 Si au point de vue chimique le radium se présente à nous avec tous les caractères d'un métal alcalino-terreux, il se distingue cependant essentiellement des éléments de cette famille par ses propriétés radioactives. Voici c[uels sont les caractères du radium en tant c[u'élément radioactif. Le radium est doué de radioactivité permanente. Il émet des rayons absorbables et des rayons pénétrants. L'activité de ses sels augmente à partir de leur préparation à l'état solide et atteint une limite constante en un mois environ. Les sels de radium sont le siège d'un important dégagement de chaleur, spontané et continu, qui tend à élever leur température au-dessus de celle du milieu ambiant. Ces sels sont spontanément lumineux; les sels haloïdes, en particulier, peuvent émettre une lumière vive. En môme temps les sels éprouvent une altération progressive qui se manifeste par une coloration spontanée du sel primitiveinent incolore. Le chlorure dégage des composés oxy- génés du chlore, le bromure dégage du brome. La formation d'ozone peut être constatée au voisinage des sels de radium. Les solutions de ces sels donnent lieu à un dégagement continu de gaz c[ui est en majeure partie du gaz tonnant; cette réaction, qui se poursuit d'une manière continue, constitue un effet chimique très frappant. On constate toutefois un fait encore plus remarquable qui est la production continue d'hélium en présence de sels de radium. Tous ces effets seront étudiés en détail dans la suite de cet Ouvrage. Il suffit d'indiquer ici combien profonde est la différence entre le radium et les éléments de sa famille, en particulier le baryum. Les composés de radium donnent lieu à une émission continue d'une émanation radioactive, caractérisée par la loi de sa des- truction spontanée en fonction du temps; la radioactivité d'une certaine cpiantité de cette émanation diminue de inoitié en un temps voisin de 4 jours. L'émanation du radiuin se comporte comme un gaz matériel doué de radioactivité; elle est actuellement considérée comme un gaz qui éprouve une destruction spontanée et régulière, avec transformation en matière d'une autre espèce. L'émanation du radium possède la propriété de communiquer une activité temporaire aux corps qui se trouvent en contact avec elles. Cette activité, dite induite, disparaît progressivement quand le corps activé se trouve soustrait à l'action de l'émanation; la C. — I. 12 178 ClUPITRK IV. disparition de la radioactivité induite est caractérisée par une loi bien définie : quelques heures après le début de la désactivation l'activité diminue de moitié en chaque période de 28 minutes environ. i7. Polonium. Préparation et caractères. — Le polonium se trouve dans les sulfures formés dans une solution acide des mine- rais d'urane. Voici comment on peut se procurer assez rapidement une certaine quantité de sulfures à polonium : on traite à chaud, par l'acide chlorhydrique étendu, le minerai (résidu de pechblende) qui n'a pas encore été soumis au traiteinent ordinaire; on décante la dissolution acide claire et on la précipite par l'hydrogène sul- furé. On peut ainsi obtenir une première portion de sulfures actifs dont l'activité est due au polonium; on obtient ensuite d'autres sulfures à polonium, en faisant passer l'hydrogène sulfuré dans les diverses dissolutions chlorhydriques obtenues au cours du traite- ment complet du minerai. Les sulfures bruts provenant de ce traitement complet con- tiennent principalement du bismuth, un peu de cuivre et de plomb; ce dernier métal ne s'y trouve pas en forte proportion, parce qu'il a été en grande partie enlevé par la dissolution sodique, et parce que son chlorure est peu soluble. L'antimoine et l'arsenic ne se trouvent qu'en quantité minime, leurs oxydes ayant été dissous par la soude. Les dissolutions chlorhydriques peuvent être précipitées par l'hydrogène sulfuré en présence d'un grand excès d'acide ; les sulfures qui se précipitent dans ces conditions sont très actifs, on les emploie pour la préparation du polonium; dans la dissolution il reste des substances dont la précipitation est incomplète en solution très acide (bismuth, plomb, antimoine). Pour achever la précipitation, on étend la d^issolution d'eau, on la traite à nouveau par l'hydrogène sulfuré et l'on obtient une seconde portion de sulfures beaucoup moins actifs que les premiers, et qui, généralement, ont été rejetés. Pour la purification ultérieure des sulfures, on les lave au sulfure d'ammonium, ce qui enlève les traces restantes d'antimoine et d'arsenic. Puis on les lave à l'eau additionnée d'azotate d'ammonium et on les traite j)ar l'acide azotique étendu. La dissolution n'est jamais complète; on obtient toujours un IJiS NOUVKLLES SUBSTAXCKS RADIOACTIVES. IJ») résidu insoluble plus ou moins important que l'on traite à nouveau si on le juge utile. La dissolution est réduite à un petit volume et précipitée soit par l'ammoniaque, soit par beaucoup d'eau. Dans les deux cas le cuivre reste en dissolution; dans le second cas celle-ci contient en outre le plomb et un peu de bismuth à peine actif. Les sulfures bruts extraits d'une première dissolution chlor- hydrique du minerai contiennent beaucoup d'antimoine et d'ar- senic, que l'on enlève par des lavages au sulfure d'ammonium ou par ébullition avec une dissolution de soude. Le polonium reste dans ces conditions avec le bismuth à l'état de sulfure ou d'oxyde insoluble, tandis que l'antimoine et l'arsenic passent en dissolution. Le mode de traitement qui vient d'être indiqué est le même que celui que j'avais primitivement utilisé dans mes recherches au laboratoire. Pour obtenir le polonium à l'état plus concentré j'ai employé les procédés de fractionnement qui ont déjà été signah's (§ 41) : 1° Sublimation des sulfures dans le vide; le sulfure actif est volatilisé en premier; >.^ Précipitation fractionnée de la solution chlorhydrique très acide par l'hydrogène sulfuré; le sulfure actif est le moins soluble; 3^ Précipitation par l'eau d'une solution azotique; le sous- azotate précipité en premier est le plus actif. Cette dernière méthode a servi dans plusieurs essais de concen- tration du polonium. Le précipité d'oxydes ou de sous-azotates était soumis à un fractionnement de la manière suivante : on dissout le précipité dans l'acide azotique, on ajoute de l'eau à la dissolution, jusqu'à formation d'une quantité suffisante de précipité; pour cette opération il faut tenir compte de ce que le précipité ne se forme quelquefois qu'au bout d'un certain temps. On sépare le précipité du liquide surnageant, on le redissout dans l'acide azotique; sur les deux portions liquides ainsi obtenues on refait une précipitation par l'eau, et ainsi de suite. On réunit les diverses portions en se basant sur leur activité, et l'on pousse la concentration aussi loin que possible. J'ai obtenu ainsi une très petite quantité de matière dont l'activité était comparable à celle des sels de radium purs, mais qui, néanmoins, n'a donné au spectroscope que les raies du bismuth. iSo CIIAPITRK IV. La méthode indiquée est en même temps une méthode de purification en ce qui concerne les traces de plomb et de cuivre qui peuvent accompagner le bismuth à polonium; les azotates de ces corps étant solubles se trouvent très complètement éliminés. Cette méthode présente cependant de grandes difficultés, car il se forme souvent des composés absolument insolubles dans les acides étendus ou concentrés. Ces composés ne peuvent être redissous qu'en les ramenant préalablement à l'état métallique, par la fusion avec le cyanure de potassium, par exemple. Etant donné le nombre considérable des opérations à effectuer, cette circonstance constitue une difficulté énorme pour le progrès du fractionnement. Cet inconvénient est d'autant plus grave que le polonium est une substance qui, une fois retirée de la pechblende, diminue d'activité. La baisse d'activité est d'ailleurs lente; on sait actuellement que l'activité d'un échantillon de polonium diminue de moitié en un temps égal à i4o jours environ. Aucune difficulté analogue ne se présente pour le radium, dont la concentration se fait très régulièrement; de plus, les progrès du travail ont pu, depuis le début, être constamment contrôlés par l'analyse spectrale. Quand les phénomènes de la radioactivité induite ont été connus, l'existence du polonium^ en tant qu'élément nouveau, a été mise en doute, et l'on a supposé que le bismuth extrait de la pechblende avait pu être activé temporairement par le voisi- nage du radium dans ce minerai. Cette hypothèse a été modifiée par suite du développement de l'étude de la radioactivité induite. D'après l'interprétation actuelle de ce phénomène, l'activité du bismuth contenu dans la pechblende a bien pour cause la présence de radium dans ce minerai; toutefois l'élément actif n'est pas le bismuth, mais bien un élément nouveau qui se forme en présence du radium et qui s'en sépare lors de l'analyse du minerai pour suivre le bismuth, avec lequel il a plus d'analogie chimique; cet élément doit être considéré comme instable, et l'on admet qu'il se détruit spontanément en fonction du temps. Les rayons émis par le polonium sont très absorbables et l'on ne contate aucune émission de rayons pénétrants. Ce caractère important du rayonnement du i)olonium a été mis en évidence dès le début des recherches sur la composition du rayonnement des 1,KS NOUVKI.LKS SL" liSTANCliS UADIOACTI VKS. 10 l corps radioactifs. J'ai montré à cette époque que les rayons du polonium forment une sorte de gaine qui s'étend dans l'air à une distance de /î"" environ de la substance active ( ' ). Le polonium ne donne pas d'émanation et ne produit pas de radioactivité induite dans son voisinage. Tandis que Demarçay n'avait constaté aucune ligne nouvelle dans le spectre du bismuth à polonium très actif préparé par moi, M. Crookes a annoncé la présence d'une raie nouvelle dans le spectre ultraviolet et M, Berndt a indiqué un grand nombre de raies nouvelles dans cette même région ('-). Le polonium employé pour ces recherches était certainement beaucoup moins actif que celui dont disposait Demarçay, et, en particulier, le polonium utilisé par M, Berndt n'était que 3oo fois plus actif que l'uranium. Il est donc probable que les raies indiquées n'appartiennent pas au polonium. On doit à M. Marckwald un travail important sur la substance radioactive contenue dans le bismuth extrait de la pechblende (■'). La matière première qui a servi pour cette recherche était consti- tuée par 6'^^ d'oxychlorure de bismuth qui avaient été obtenus dans une usine à la suite d'un traitement de 'à tonnes de pech- blende. Les procédés de concentration indiqués sont les suivants : 1 ° Précipitation par le protochlorure d'étain en solution chlor- hydrique : pour cela on ajoute peu à peu, à la solution chlorhy- drique de bismuth actif, une solution chlorhydrique acide de proto- chlorure d'étain; des flocons noirs se forment, soit aussitôt, soit au bout de quelque temps ; on les sépare de la solution. Ce précipité contient la substance active à l'état concentré, tandis que la matière qui reste en dissolution est beaucoup moins active que la matière primitive. ■iP Dépôt de la substance active sur des métaux. Dans la solution chlorhydrique du bismuth actif on plonge une lame ou une ba- guette de cuivre, d'argent ou de bismuth. La substance active se dépose sur cette lame qui prend une activité intense; on peut par (') M"" Curie, Comptes rendus, janvier igoo. (^) CuooKEs, Proc. Boy. Soc, igoo. — Berndt, Pliys. Zeit., 1900. (•'') Marckwald, Ber. d. deutscli chem. GeselL, igoj et igoS. 1 |,S'2 CIIAPITIUC IV. immersion répétée de lames dans la solution obtenir le dépôt de toute la matière active qui y est contenue. M. Marckwald considérait, d'après ces expériences, que la matière active était différente du bismuth et qu'elle était analogue au tellure, avec lequel elle avait été entraînée dans la précipitation par le protochlorure d'étain. Il croyait d'ailleurs que la substance conservait une activité constante. Pour ces raisons il décrivit la substance préparée par lui, sous le nom nouveau de radiotellure. Il paraissait toutefois très probable dès le début que le radiotellure était identique au polonium. En effet les deux substances avaient été retirées du bismuth obtenu dans le traitement de la pechblende, et toutes les deux étaient caractérisées par l'émission d'un rayon- nement très peu pénétrant, ne se propageant dans l'air qu'à une faible distance et ne pouvant traverser un écran métallique, à moins que celui-ci ne soit très mince. La suite des recherches de M. Marckwald montra que le radio- tellure perd son activité avec le temps, et que l'on peut séparer la matière active du tellure. Pour cela on précipite le tellure en ajoutant du chlorure d'hydrazine à la solution chlorhydrique de la matière active. L'activité reste en solution. En précipitant ensuite la matière par le protochlorure d'étain, M. Marckwald a obtenu 4'"^ d'un précipité d'une activité considérable. En plon- geant une lame de cuivre dans la solution de ce précipité et en ne lui laissant recueillir qu'une faible portion de la substance, on pouvait cependant rendre la lame extrêmement active; celle-ci produisait ensuite sur un écran phosphorescent au sulfure de zinc un éclairement assez intense pour pouvoir être observé par un auditoire nombreux. L'identité du radiotellure et du polonium a été définitivement prouvée par l'observation exacte de la loi de décroissance de l'ac- tivité pour les deux substances. Cette détermination a été faite par M. Marckwald sur la substance préparée par lui, et par moi- même sur des échantillons de substance préparés, d'une part par ma méthode primitive, d'autre part par la méthode de M, Marck- wald (dépôt sur métaux) ( ' ). Il résulte de ces travaux que pour (') Marckwald, J(7/t/-^?/c/t d. Pad.^ ujo.x — M"'" Curie, Comptes rendus, 1906. I,i:S NOUVKM.KS SUliSTVXCKS RADIOACTIVIÎS. l!^'} chacune des deux substances l'activité diminue de moitié en une période de i 4o jours. Ce nombre de i io jours environ qui est le même, avec une assez grande approximation, pour le radio- tellure et le polonium, constitue une constante de temps qui carac- térise ces substances et permet de les identifier l'une avec l'autre. L'étude exacte de la variation d'activité du polonium et du radio- tellure a été faite à l'époque, où l'importance de ces constantes de temps attachées aux matières radioactives avait été comprise, et où il était établi que leur emploi, comme moyen de distinc- tion entre les matières radioactives, devait s'imposer et pouvait souvent être préféré aux indications de l'analyse chimique. La théorie des transformations radioactives permet de prévoir que la quantité de polonium présent dans les ininéraux radioactifs doit être très faible et que, par exemple, une pechblende riche ne doit guère contenir qu'environ ()"'^^o5 de polonium par tonne. Il y a cependant grand intérêt à obtenir le polonium à l'état concentré. Suivant la théorie actuelle, cet élément est en effet le dernier terme radioactif dans la série des dérivés du radium^ et l'on peut espérer mettre en évidence la formation d'un élément inactif à partir du polonium. J'ai entrepris récemment^ en collaboration avec M. Debierne, un nouveau traitement ayant en vue la préparation du polonium à l'état très concentré ('). Ce traitement a été fait sur quelques tonnes de résidu de minerai d'urane. Le minerai était traité par une solution chaude d'acide chlor- hydrique assez concentré, ce cjui a pour effet de dissoudre presque complètement le polonium. Pour éviter la précipitation par l'hy- drogène sulfuré sur une grande quantité de liquide^ on a traité la dissolution par des lames de fer; les métaux précipités (Cu^ Pb, Bi, As, Sb^ etc.) contenaient le polonium. Ces métaux ont été redissous à l'état de «hlorures^ et la dissolution a été traitée par des lames de cuivre^ qui ont déterminé la formation d'un dépôt bien moins abondant que le précédent^ mais contenant encore toute l'activité. Le dépôt a été redissous et la dissolution a été préci- pitée par beaucoup d'eau. La dissolution du précipité actif obtenu ('; M. Curie et A. Debierne, Comptes rendus, 1910. i84 ciiAi'iTui: IV. a été soumise au traitement par le protochlorure d'étain, ce cjui a permis de réaliser une nouvelle concentration très efficace de la matière active. Ce traitement a fourni aoo^ de matière dont l'ac- tivité était environ 35oo fois plus grande c|ue celle de l'uranium, et qui contenait principalement du cuivre^ de l'étain, du plomb^ de l'uranium^ de l'arsenic et de l'antimoine. La matière active a été soumise à un traitement de purification comprenant de nombreuses opérations telles cjue : précipitation par l'ammoniaque; ébullition avec une solution de soude; digestion avec une solution chaude de carbonate d'ammoniaque; précipi- tation par l'hydrogène sulfuré; lavage des sulfures au sulfure de sodium ; précipitation par le protochlorure d'étain. La matière s'est trouvée finalement réduite à cjuelques milligrammes^ mais il n'a pas été possible de la concentrer davantage sans disperser l'activité. Des réactions qui permettent de séparer l'activité complètement^ lorscjue la matière est relativement peu concentrée, se trouvent en défaut cjuand on n'a plus que très peu de matière. C'est ainsi que dans un essai de séparation du plomb par un traitement à la potasse, le polonium a passé en grande partie en dissolution, alors que cette même opération avait été couramment utilisée sans danger en présence d'éléments insolubles dans ces conditions; de cette disso- lution alcaline le polonium n'a pu être reprécipité que par addition de sulfure alcalin. Les réactions qui se sont toujours montrées sûres sont : la précipitation à l'état de sulfure en solution acide ou alca- line et la précipitation par le protochlorure d'étain. Le polonium se dépose très facilement et très complètement par électrolyse, mais on dépose en même temps des métaux tels que For, le platine, le mercure, etc. L'activité de la matière obtenue (quelques milligrammes) était très grande, elle était voisine de celle de i''^ de radium métallique au maximum d'activité. On pouvait cependant calculer que, d'après la théorie, la quantité de polonium était de l'ordre de o'"^, i seulement. La matière active pouvait ainsi contenir quelques pour i oo de polonium. Plusieurs spectres d'étincelle de cette matière ont été obtenus et photographiés. L'examen des spectres a permis de con- stater la présence de nombreux métaux; or, platine, mercure, palladium, rhodium, iridium, métaux alcalino-terreux provenant I.KS NOUVELLES SUBSTANCES RAltlOACÏlVES. 10 1 de l'attaque des vases. Quelques raies cependant semblent attri- buables au polonium^ avec une certaine vraisemblance ; leurs lon- gueurs d'ondes sont : /[()^-2,o (faible); 4 1 70^,0 (assez forte); 3()i.'3/) (faible); .'î<)52^i (très faible). Avec la substance très active ainsi obtenue M. Debierne a pu mettre en évidence la formation continue d'hélium. En ce qui concerne les propriétés chimiques du polonium, cette substance, d'après tout ce qui précède, se rapproche des métaux qui sont facilement obtenus comme tels soit par électrolyse, soit par réduction des sels ou oxydes. Dans le traitement du minerai, le polonium accompagne très complètement le bismuth dans toutes les réactions; mais il se sépare du bismuth en ce qu'il est déposé plus facilement que ce dernier par l'action des métaux ou du proto- chlorure d'étain ; parmi les métaux qui jouissent de cette pro- priété le polonium pourrait se rapprocher du mercure encore plus que du bismuth. Les caractères chimiques du polonium ne pourront être établis d'une manière définitive que quand on aura pu obtenir ce corps à l'état pur ou tout au moins très concentré. On sait actuellement que le plomb radioactif que l'on extrait des minerais d'uranium et, en particulier, de la pechblende, est une source permanente de polonium. Ce plomb contient du polonium quand il a été abandonné à lui-même pendant un temps suffisant depuis l'extraction. Si dans la solution chlorhydrique de plomb radioactif vieux on plonge une lame de métal, on obtient sur cette lame un dépôt actif ayant les mêmes propriétés que celui qui est obtenu sur une lame métallique plongée dans une solution de bis- muth à polonium. On peut aussi faire cristalliser par refroidisse- ment .une solution chlorhydrique de chlorure de plomb, faite à chaud; le chlorure de plomb cristallise à l'état sensiblement inactif, et l'eau mère contient le polonium. Toutefois l'activité du chlo- rure de plomb dont on a ainsi séparé le polonium se régénère pro- gressivement; le plomb radioactif qui a été privé de polonium en contient à nouveau après quelque temps, de sorte que la sépa- ration de ce corps peut être recommencée. 48. Actinium. — L'actinium a été découvert par M. Debierne l86 CHAPITRE IV. dans les oxydes du groupe du fer extraits de la pechblende ( ' ). Dans ce groupe l'actinium semble devoir se placer parmi les élé- ments de la série des terres rares. On sait combien grandes sont les difficultés que présente la chimie des terres rares, et combien les séparations des éléments de ce groupe sont laborieuses. Ces diffi- cultés se retrouvent dans la préparation de l'actinium; les réactions chimiques qui ont été essayées pour concentrer ce corps se montrent, en général, incomplètes, et la matière active éprouve un éparpil- lement qui rend très pénibles les progrès de la concentration. L'actinium peut suivre le titane, le thorium, le didyme, le lan- thane, et il est difficile actuellement d'avoir une opinion ferme sur sa nature chimique. Il semble toutefois légitime de prévoir qu'il restera associé au groupe des terres rares. Dès le début de ses recherches sur l'actinium, M. Debierne a constaté que ce corps est très facilement entraîné avec le fer et les terres rares par un précipité de sulfate de baryum. Si la solution du minerai (résidu de pechblende) est précipitée par l'acide sulfu- rique, le sulfate de baryum radifère qui se dépose contient des corps du groupe du fer qui sont actifs et dont l'activité est due à l'actinium. Pour séparer ce corps on transforme les sulfates en chlorures, et l'on précipite la dissolution peroxydée des chlorures par l'ammoniaque. C'est ainsi que les sulfates bruts obtenus à partir du minerai sont la source la plus importante d'actinium; mais on en trouve aussi dans les dissolutions obtenues à la suite des attaques par l'acide chlorhydrique qui ont lieu avi covirs du traitement. Ces dissolutions sont d'abord précipitées par l'hydro- gène sulfuré; les sulfures étant enlevés, la dissolution restante^ peroxydée et précipitée par l'ammoniaque, fournit les hydrates à actinium. L'ensemble des divers hydrates constitue la matière première que l'on traite pour en extraire l'actinium. Le procédé de concentration et de purification, généralement employé par M. Debierne, était le suivant : les hydrates fraîchement précipités par l'ammoniaque sont traités par l'acide fluorhydrique étendu; les fluorures insolubles sont les plus actifs, ils contiennent l'actinium avec le lanthane, le didyme, le cérium, le thorium. Ces fluorures sont transformés en chlorures, et la dissolution de ces ( '• ) A. L)E3ikrni;, Comptes rendus, iS()() cl i()or). LES NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 187 derniers est précipitée par l'acide oxalique. Les oxalates sont trans- formés en oxydes, puis en azotates. On forme les azotates doubles de ces terres et de magnésium ou de manganèse. Ces azotates doubles sont soumis à une cristallisation fractionnée; dans le frac- tionnement l'actinium s'accumule dans les eaux mères avec le sa- marium et le néodyme (méthode de séparation des terres rares de Demarçay). L'une des réactions indiquées au début par M. Debierne pour la concentration de l'actinium consistait à précipiter ce corps par l'hyposulfite de sodium en solution chlorhydrique chaude; la matière précipitée était active. D'après M. Boltwood l'actinium ne précipite pas dans ces conditions, et la réaction appartient à l'ionium, élément radioactif dont la découverte est due aux travaux de MM. Rutherford et Boltwood. Toutefois il n'est pas probable, pour des raisons qui seront exposées plus loin, que la matière obtenue par M. Debierne contienne beaucoup d'ionium. Le corps actif précipité par l'hyposulfite de sodium devait être principale- ment le radioactinium qui n'était pas encore connu à l'époque des premières études sur l'actinium, et dont la radioactivité persiste pendant des mois. La réaction indiquée n'a pas d'ailleurs été utilisée pour la préparation de l'actinium. L'actinium a une activité permanente. L'examen spectro- scopique des échantillons d'actinium très actifs a été effectué par Demarçay qui n'a pu observer aucune raie nouvelle. Dans les échantillons préparés plus tard par cristallisation fractionnée des azotates doubles, l'actinium se trouve associé aux terres cé- riques ( ' ). M. Debierne a constaté que l'actinium donne lieu à une émission de rayons absorbables et de rayons pénétrants, ces derniers étant en partie du genre cathodique. Il a aussi observé que l'actinium donne lieu à la production de radioactivité induite dans son voisi- nage, et que cette radioactivité induite disparaît suivant une loi déterminée, différente de celle qui caractérise la radioactivité induite due au radium (-). La radioactivité induite provoquée par l'actinium est liée à ce fait que ce corps émet une émanation (') Debierne, Comptes rendus^ 1904. (^) Debierne, Comptes rendus, igoo et igoS. lS8 CHAPITRE IV. radioactive. Les effets de ce dégagement peuvent facilement être observés sur les sels solides, dont l'activité se montre extrêmement sensible aux mouvements d'air et peut être considérablement diminuée par un courant d'air passant sur la substance. M. Giesel, s'occupant de la préparation de substances radioac- tives, et en particulier du radium, à partir de minerais d'urane, observa en iQoy que certains produits obtenus au cours du traite- ment donnaient lieu à une émission très frappante d'une émanation radioactive. M. Giesel put constater que cette émanation est suscep- tible de donner lieu à la production de beaux effets lumineux sur un écran au sulfure de zinc phosphorescent. Il suffit d'envoyer sur cet écran un courant d'air qui passe sur la substance dont provient l'émanation, pour obtenir une vive illumination de l'écran; la lumi- nosité se déplace quand le courant d'air change de direction. M. Giesel considéra que le corps qui donne lieu à ces phénomènes contient une substance radioactive nouvelle à laquelle il donna le nom à'émanium ( ' ). Il chercha à isoler cette substance et il trouva qu'elle accompagne les terres rares du groupe cérique dont elle suit les réactions. L'activité de la substance augmentait d'abord après la préparation à l'état solide, pour atteindre une limite con- stante en un temps d'un mois environ. La substance active se trouvait séparée avec le lanthane et un peu de cérium. Aucune ligne nouvelle n'a pu être observée par MM. Runge et Precht dans le spectre de ces terres actives. Plus tard M. Giesel trouva que l'émanium peut se séparer du lanthane par la cristallisation frac- tionnée des azotates doubles des terres actives et de magnésium. Il constata aussi que l'entraînement par le sulfate de baryum constitue un très bon procédé pour obtenir des terres rares riches en émanium (-). Ces deux procédés avaient été employés anté- rieurement pour préparer l'actinium. Il semblait très probable que la substance préparée par M. Giesel était identique avec l'actinium. Les effets de phosphorescence qui ont d'abord été observés avec l'émanium ont pu ensuite être reproduits avec l'actinium. L'actinium et l'émanium manifestaient donc des propriétés radioactives et des propriétés chimiques très (') GïESEL, Ber. d. deutsck. chein. Gesell., 1902 et igoo. (-) Giesel, Chem. Ber., njoS. LES NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 1 89 analogues. L'identité des deux substances a été définitivement prouvée par l'étude de leur émanation et de la radioactivité induite produite dans leur voisinage. L'émanation a une durée très courte; son activité diminue de moitié en un temps d'environ /\ secondes ; Ja radioactivité induite disparaît progressivement sur les corps activés après leur éloignement de la substance activante, et cette disparition se fait plus lentement que pour la radioactivité induite due au radium; l'activité diminue de moitié en un temps égal à 3(3 minutes ( ' ). Par ses propriétés chimiques, et par son émanation caracté- ristique de très courte durée, l'actinium se présente à nous comme une substance radioactive nouvelle essentiellement différente du radium et du polonium. Cette substance est d'ailleurs l'une des plus importantes à cause de la permanence de son activité. L'acti- nium n'a pas pu être isolé jusqu'à présent, et l'on ne connaît pas son spectre. Son activité à l'état pur doit être considérable, puisque des échantillons très actifs (environ 100000 fois plus actifs que l'uranium) n'en contiennent probablement qu'une faible pro- portion. M. Debierne a montré que l'actinium donne lieu à une produc- tion continue d'hélium ( - ). Certains sels de terres rares contenant de l'actinium sont spontanément lumineux (chlorure et bromure anhydres). i9. Plomb radioactif. — - Le plomb extrait des minerais d'urane présente, en général, une certaine activité. Cette activité a été souvent obsei'vée sur le plomb obtenu dans les premières analyses de la pechblende, que nous avons effectuées, P. Curie et moi; mais, n'ayant pu l'étudier à cette époque, nous ne l'avons pas signalée. Le plomb, extrait depuis quelques années du minerai de radium (ré- sidu de pechblende), possède une activité qui semble permanente; cette activité est environ deux fois plus grande que celle de l'ura- nium. MM. Hofmann et Strauss ont, les premiers, attiré l'attention (') Debiek>'i:, Comptes rendus, igoS cl i<;o4. — Giesel, Clieni. Ber., ij'i'i. - Haiix et Sackur, Chein. Ber., igoô. (-) Debierne, Comptes fendus, igoS. igo CHAPITRE IV. sur les propriétés radioactives du plomb contenu dans la pech- blende, qu'ils nommaient radioplomb et qu'ils considéraient comme différent du plomb ordinaire ( ' ). D'autres travaux à ce sujet ont été publiés par M. Giesel (-). Toutefois les résultats ob- tenus ont manqué de netteté, et l'activité de la matière après divers traitements était tantôt sensiblement constante, tantôt variable. Plus tard M. Debierne a montré que la radioactivité du plomb radioactif^ extrait du minerai depuis quelques années, est princi- palement due au polonium qui s'y trouve, et qui peut en être extrait par cristallisation du chlorure d'une solution saturée à chaud; le polonium reste dans l'eau mère, et le chlorure de plomb cristallise à peu près inactif. Il résulte toutefois de travaux plus récents que le polonium n'est pas le seul constituant radioactif du plomb radioactif. L'indication de la présence de divers constituants a été donnée dans un travail de MM. Hofmann, Gonder et Wolff ( '). Une théorie très intéressante relative à la nature du radioplomb a été proposée par M. Rutherford sur la base de son étude de la radioactivité induite provoquée par le radium (§ 185). Cette théorie a été pleinement vérifiée par les travaux de MM. Meyer et v. Schweidler et par ceux d'autres savants. D'après cette théorie le constituant primaire du plomb radio- actif est un corps produit par le radium et entraîné avec le plomb; ce corps ne présente pas par lui-même d'activité appréciable, mais il donne naissance à un élément radioactif qui émet des rayons pénétrants ; ce dernier se transforme à son tour en un élément radioactif qui émet des rayons absorbables, et qui n'est autre que le polonium. L'activité de la matière est donc au total entretenue par suite de la production continue de corps actifs à partir de l'élément primaire. La théorie indique que l'activité du radio- plomb doit finir par disparaître un grand nombre d'années après son extraction du minerai d'urane. oO. Radiothorium. Mésothorium. — A la suite de la découverte (') lloi'MANN et Strauss, Ber. cl. deulsch. chem. Gcsell., ij)i>i. {' ) CiiKsi:!,, Ber. d. deulsch. cheni. GesclL, i<)Oi. (') Ann. d. Phys., i')')'). LES XOLVEI.LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. I91 de substances nouvelles douées d'une très grande radioactivité, on devait se demander si l'activité relativement faible de l'uranium et du thorium ne pouvait s'expliquer par la présence avec ces élé- ments d'une trace de matière fortement radioactive, dont les pro- priétés seraient telles qu'elle ne se séparerait pas des éléments considérés au cours du traitement ayant en vue leur extraction du minerai. La radioactivité de l'uranium et celle du thorium n'ayant pas d'ailleurs les mêmes caractères essentiels, il serait nécessaire d'admettre la présence de substances fortement radioactives dis- tinctes. Des recherches dans cet ordre d'idées ont été entreprises par divers savants; on verra plus loin quels ont été les résultats obtenus avec l'uranium. En ce qui concerne le thorium, MM. Hof- mann et Zerban ont affirmé que ce corps n'est pas actif quand il provient de minerais ne contenant pas d'uranium ( ' ). MM. Basker- ville et Zerban ont annoncé que le thorium extrait d'un certain minerai brésilien est inactif (-). Ces résultats demandent encore confirmation. Mais on sait actuellement que la radioactivité du thorium est étroitement liée à celle d'une substance fortement ra- dioactive qui a été découverte par M. Hahn et qui a reçu le nom de radiothorium (•'). Le radiothorium a été extrait des produits du traitement d'un minerai nommé thorianite. Ce minerai, récemment trouvé à Ceylan, se présente sous la forme de petits cristaux cubiques assez réguliers; il se compose principalement d'oxyde de tho- rium (-0 à 80 pour 100) et d'oxyde d'urane (lo à i5 pour loo); il contient aussi du plomb, du fer. des terres rares. Enfin, ce cu- rieux minerai est très riche en gaz hélium; il en contient ()""' par gramme. Une quantité assez importante de thorianite ( •>.'io''^) a été acquise par M. Ramsay et soumise à un traitement. Ce traitement a fourni une certaine quantité de bromure de baryum radifère qui a été soumis par M. Hahn à une cristallisation fractionnée en vue de l'extraction du radium. Au cours de ce fractionnement on a pu constater que si l'activité s'accumulait comme d'ordi- naire dans les cristaux les moins solubles, il y avait, d'autre part. (') HoEMANX et Zeuban, Ber. d. deulsch. cliem. GeselL, i()<)3. (-) Baskeuville et Zickban, Amer, clieni. Soc, i!jO|. ("') Hahn, Ja/irbuch cl. Rad., i()i)5. IQT. CHAPITRE IV. une accumulation d'activité dans la portion du sel la plus soluble. Toutefois la matière active de la portion soluble n'était pas du radium, mais présentait tous les caractères de l'activité du thorium avec une intensité bien plus grande à poids égal; elle émettait, en particulier, une émanation de courte durée, c[vii a pu être identifiée avec l'émanation du thorium. La matière nouvelle était associée avec le thorium et le fer; les réactions sont, en général, incom- plètes, et la concentration est difficile. Cependant M. Hahn a réussi à obtenir i i"'^ d'une matière qui donnait oooooo fois plus d'émanation que le même poids d'oxyde de thorium. Cette matière précipite par l'ainmoniaque, elle fait donc partie du groupe du fer. M. Hahn a donné le nom de radiothorium à l'élément fortement radioactif dont il a ainsi constaté l'exis- tence. M. Blanc a trouvé cette même matière dans les dé- pôts des sources d'Échaillon et de Salins-Moutiers; il a constaté qu'elle suit les réactions du thorium. Il a aussi prouvé que l'on peut extraire le radiothorium du nitrate de thorium du commerce ; pour cela on additionne la solution chaude de ce sel d'une petite quantité de solution de baryte, et l'on précipite ensuite le baryum par l'acide sulfurique; le précipité de sulfate de baryum formé à chaud entraîne du thorium et du radiothorium. On transforme les sulfates en chlorures, et l'on précipite la solution des chlorures par l'ammoniaque; les hydrates obtenus ne donnent pas d'abord l'éma- nation du thorium, mais peu à peu la production de celle-ci aug- mente et atteint une limite constante après un mois environ. M. Blanc a ainsi obtenu des hydrates qui donnaient 5ooo fois plus d'émanation que l'hydrate de thorium à poids égal ( ' ). MM. Elster et Geitel ont trouvé du radiothorium dans les dépôts des sources de Bade et ils en ont également extrait des sels de thorium du commerce (-). Les travaux de MM. Blanc, Elster et Geitel prouvent que, con- formément à ce qu'on pouvait supposer, l'activité des sels de thorium du commerce est due, sinon totalement, au moins en grande partie, au radiothorium qui y est contenu. Il résulte de tous ces travaux que le radiothorium est une sub- f) lii.ANC. Pliys. Zeit., n)n(;. (-1 Ki.sTKii et Geiii:!., l'hys. Zeit., njnfi. LES XOLVEl.LKS SUBS TAXCES RADIO \<:TIVES. 1 (J? stance fortement radioactive probablement voisine du thorium. Cette substance a une activité très duraljle; toutefois l'activité n'est pas constante, et l'on peut observer une baisse lente en fonction du temps à partir de la préparation. D'après M, Blanc l'activité du radiothorium diminue suivant une loi telle que la diminution de moitié a lieu en une période de -3- jours, soit deux ans environ ( ' ). Les caractères de la radioactivité du radiothorium sont les mêmes que ceux de l'activité du thorium; mais nous constatons cette différence importante que l'activité du radiothorium va en diminuant suivant une loi régulière, tandis que l'activité des sels de thorium du commerce subit des variations plus compliquées. L'étude de ces variations a conduit à la découverte d'une nou- velle substance : le mésothorium^ qui ne se détruit que très .lente- ment en donnant naissance au radiothorium (-). Cette substance est considérée comme dérivant du thorium et peut être obtenue à partir des minerais et des sels de thorium; elle se sépare en particulier du thorium dans la précipitation par l'ammoniaque ('). ol. lonium. — Une nouvelle substance fortement radioactive a été découverte dans les minerais d'urane par MM. Rutherford et Boltwood et a reçu de ce dernier le nom d^ionium ( '*). Cette sub- stance appartient vraisemblablement au groupe des terres rares, et l'on a des raisons pour penser qu'elle possède une radioactivité permanente, c'est-à-dire de très longue durée. D'après M. Boltwood l'ionium est surtout voisin du thorium et précipite en même temps que celui-ci d'une solution des chlorures des terres rares par addi- tion d'un excès d'hyposulfite de sodium. L'intérêt particulier qui s'attache à l'ionium consiste en ceci que ce corps semble donner lieu à une production continue de radium et constitue, suivant la ter- minologie adoptée dans les théories actuelles delà radioactivité, le parent direct du radium. Nous verrons plus loin quel a été la marche du développement de cette idée. (') IjLanc, Pliys. Zeit., uju;. (-) Hahn, Phys. Zeit., 1907. (') Boltwood, Phys. Zeit., 1907. (') HuTUEriFouD, Phil. Mag., 1907. — Boltwood. Amer. Journal of Science, .908. C. — I. i3 194 CHAPITRE IV. Il est Utile d'attirer l'attention sur les difficultés que l'on ren- contre, quand on cherche à préciser les caractères chimiques des substances radioactives nouvelles. On a, en effet, fréquemment fait observer que les réactions chimiques des substances qui se trouvent dans un mélange, en proportion extrêmement faible, doivent dépendre de la nature des substances qui se trouvent dans le même mélange à l'état plus concentré. Une substance for- tement radioactive_, telle que le polonium ou le radium, se trouve dans la solution du minerai à un tel état de dilution, qu'elle ne doit en réalité pouvoir précipiter par aucun réactif si on la considère isolément; tous les sels possèdent en effet une certaine solubilité si faible qu'elle soit, et, dans le cas considéré, cette solu- bilité devrait, semble-t-il, être toujours suffisante pour empêcher la précipitation. Si celle-ci a lieu, c'est qu'elle est déterminée par la présence dans la solution d'une qviantité suffisante d'une ma- tière qui est elle-même précipitée par le réactif employé, et qui a le pouvoir à^ entraîner avec elle la matière active. L'entraînement est souvent déterminé par cette circonstance que les deux sub- stances sont liées par une réelle parenté chimique, et qu'elles peuvent en particulier cristalliser ensemble en toute proportion, leurs sels étant isomorphes. Tel est le cas du radium et du ba- ryum. Dans les solutions radifères obtenues directement à partir du minerai, le radium est si dilué que sa précipitation ne semble pas possible; cette précipitation se fait cependant d'une manière complète en présence d'un peu de baryum, par tous les réactifs qui précipitent le baryum. Si l'entraînement régulier par une certaine substance est une indication sérieuse de parenté chimique, on connaît cependant des cas où l'entraînement a lieu entre deux substances qui ne font pas partie de la même famille. On sait, par exemple, avec quelle facilité un précipité de sulfate de baryum entraîne une partie du fer qui se trouve en solution avec le baryum; ce sulfate étant ensuite trans- formé en chlorure, on peut séparer le fer et le baryum, en préci- pitant la dissolution peroxydée par l'ammoniaque. Les précipités gélatineux possèdent aussi le pouvoir d'entraîner LES NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 196 certaines matières; c'est ainsi qu'un précipité d'hydrate d'alumi- nium entraîne les hydrates alcalins présents dans la solution. Enfin l'entraînement peut aussi être obtenu au moyen de sub- stances insolubles qui sont mises en présence d'une dissolution, et qui^ sans être attaquées elles-mêmes^ exercent sur certaines matières dissoutes un effet absorbant ou agglutinant. Tel est, par exemple, le rôle du noir de fumée qui absorbe certaines matières radioac- tives (uranium X) quand il se trouve mélangé à une dissolution bouillante de ces matières. On voit que les propriétés chimiques des matières très diluées ne peuvent être appréciées^ sans crainte d'erreur, que d'après l'en- semble des expériences qui indiquent comment la matière consi- dérée se comporte en présence des diverses matières connues. La distinction peut se montrer facile cjuand il s'agit d'éléments appartenant à une famille à caractères chimiques très tranchés; c'est le cas du radium dont la nature chimique s'est manifestée dès le début sans ambiguïté. Mais quand il s'agit de substances qui accompagnent volontiers les éléments des groupes chimiques plus compliqués, l'interprétation des résultats expérimentaux peut être rendue difficile par le manque, de netteté dans les réactions chimiques (actinium, radioactinium, etc.). Je n'ai décrit ou tout au moins indiqué dans ce Chapitre que celles des substances radioactives qui sont douées d'une radioactivité assez permanente pour que l'on puisse les conserver pendant un temps de l'ordre de quelques années. On peut espérer isoler ces sub- stances à l'état de sel pur, ainsi que cela a été fait pour le radium. Mais les théories actuelles de la radioactivité nous conduisent à envisager l'existence d'un très grand nombre d'autres substances radioactives dont la vie est éphémère, et dont l'état de dilution dans la matière qui les contient est tel qu'il est difficile d'espérer pouvoir les obtenir en quantité pondérable. Ces substances peuvent être solides ou gazeuses; en ce dernier cas elles portent le nom d'émanations. L'émanation du radium est celle cjue l'on peut obtenir en quantité relativement plus grande, et l'on a réussi à observer son spectre et son volume. Ces substances seront généralement caractérisées par la nature HJ*^' CHAPITRE IV. des rayons qu'elles émettent, et que nous étudierons en détail dans le chapitre sur les radiations. Ces rayons font partie de trois groupes principaux qui peuvent, en première approximation, être carac- térisés par leur pouvoir pénétrant, et auxquels on donne, suivant la notation de M. Rutherford, le nom de rayons a, [j et •'. Les rayons r/., ou rayons positifs^ sont formés par des particules chargées positivement et animées d'une grande vitesse ; ils ne peuvent traverser une épaisseur d'aluminium égale à o""",i. Les rayons [ii^ ou rayons négatifs, sont formés par des particules chargées négativement et animées d'une grande vitesse. Ils peuvent traverser des épaisseurs de métal qui atteignent plusieurs mil- limètres. Les rayons -', très pénétrants^ peuvent traverser les métaux sur une épaisseur de plusieurs centimètres. Ils ne portent pas de charge électrique. Les rayons a et [t sont respectivement considérés comme ana- logues aux rayons positifs et aux rayons cathodiques des ampoules de Crookes. Les rayons ■' sont le plus souvent considérés comme n'étant pas de nature corpusculaire. Les rayons |j et "' dans leur ensemble portent le nom de rayons pénétrants. Le rayonnement a constitue, toutes les fois qu'il est présent, la partie la plus importante du rayonnement des corps radioactifs, quand celui-ci est évakié par son effet ionisant. La valeur de l'ioni- sation^ obtenue en utilisant le rayonnement total^ diffère peu^ en général, de la valeur obtenue en utilisant le rayonnement a seulement et peut le plus souvent être confondue avec cette dernière, au moins en première approximation. CHAPITRE Y. RADIOACTIVITE A DUREE LIMITEE. — R\DIOACTI\TTE INDUITE. ÉMANATIONS. — SÉPARATION CHIMIQUE DE SURSTANCES D'ACTIVITÉ PEU DURÀrLE. o2. Radioactivité permanente et radioactivité éphémère. — La première substance radioactive connue, l'uranium, possède^ comme on sait^ une radioactivité permanente qui, de plus, s'est montrée constante avec une grande approximation pendant plusieurs années. C'est précisément cette permanence du rayonnement qui, donnant au phénomène un caractère particulièrement mystérieux, a le plus vivement attiré l'attention des physiciens, et est devenue par cela même l'une des causes les plus actives du progrès rapide réalisé dans la connaissance du domaine nouveau ouvert à la recherche. Et cependant la permanence du rayonnement n'est pas un caractère essentiel de la radioactivité. La découverte de la radioactivité du thorium et les premiers résultats relatifs aux substances radioactives nouvelles ont laissé subsister la notion de la radioactivité permanente. L'activité du thorium, tout en étant moins régulière, semblait constante comme celle de l'uranium. On sait actuellement que les sels de thorium du commerce subissent des variations d'activité très lentes qui ne peuvent être appréciées qu'au cours des années ; et l'expérience ne conduit d'ailleurs nullement à supposer que l'activité de ces sels puisse disparaître dans un avenir qui ne soit pas très éloigné. Lors de la découverte en nSgS des substances radioactives nouvelles, radium et polonium, le radium prit de suite plus d'importance, parce que sa préparation semblait plus facile, et parce que l'ana- lyse spectrale avait révélé une raie caractéristique de ce corps. Or, l'activité du radium^; est permanente et constante. La variation d'activité du polonium, n'étant pas rapide, avait échappé pendant Ii|S CIIAPITRK V. quelque temps à l'attention; elle a été signalée pour la première fois par M. Giesel en 1900, et n'a été reconnue avec certitude que quelque temps après. On sait actuellement que la radioactivité du polonium persiste pendant deux à trois ans. Toutefois, au courant de la première analyse de la pechblende, effectuée en i8()(S, nous avons observé, P. Curie et moi, un curieux phénomène d'activité temporaire. Nous avons chauffé la pech- blende dans le vide, et nous avons recueilli les produits gazeux de la sublimation. Le gaz obtenu, enfermé dans un tube de verre, agissait encore à l'extérieur comme un corps notablement radio- actif. Pendant un mois le rayonnement issu de ce gaz nous donna des impressions photographiques et provoqua la décharge des corps électrisés; mais l'activité diminuait peu à peu et finit par disparaître complètement. Au spectroscope le gaz actif montrait les raies de l'oxyde de carbone. La pechblende contient d'ailleurs de l'argon et de l'hélium. Nous nous sommes assurés que l'oxyde de carbone, l'argon et l'hélium ne sont pas radioactifs. La nature de ce gaz radioactif n'ayant pu être étudiée à cette époque, son observation est restée à l'état de fait isolé et n'a été publiée qu'en 1900 ( ' ). On sait aujourd'hui c[ue le gaz que nous avions obtenu devait contenir de l'émanation du radium. Ce premier exemple d'une activité temporaire ayant été alors laissé de côté devant l'effort qu'exigeait le travail que nous avions entrepris en vue de l'extraction des substances radioactives nou- velles, la conception de radioactivité permanente restait prépondé- rante, quand eut lieu en 1899 la découverte d'un fait nouveau de haute importance : la radioactivité induite. Cette découverte est venue nous apprendre quil existe des formes de radioactivité essen- tiellement éphémères, dont la durée ne dépasse pas quelques heures. La découverte de la radioactivité induite a été bientôt suivie par celle des émanations radioactives qui offrent un nouvel exemple de formes de radioactivité à durée limitée entre une minute et un mois. Enfin les recherches sur la radioactivité de l'uranium et du thorium ont prouvé que les procédés de l'analyse chimique conduisent dans certains cas à la séparation de matières qui ont tous les caractères des corps radioactifs, mais dont la radio- ('j llupport au Côngrrs de IMiysique. UADIOACÏIVITl': A DIJUKE MMIIKi:. — RADIOACTIVITÉ INDUITE, KTC. IQf) activité ne persiste pas plus de quelques mois (uranium X et tho- rium X). 53. Radioactivité induite. — Le phénomène de la radioactivité induite a été découvert en iH()() par P. et M. Curie. Au cours de nos recherches sur les substances radioactives, nous avons remarqué, Pierre Curie et moi, que toute substance qui séjourne pendant quelque temps au voisinage d'un sel radifère devient elle-même radioactive ( ' ). Nous nous sommes tout d'abord attachés à prouver que la radio- activité ainsi acquise par des substances primitivement inactives, n'est pas due à un transport de poussières radioactives qui seraient venues se poser à la surface de ces substances. Ce fait, actuellement certain, est prouvé en toute évidence par la régularité des lois, suivant lesquelles la radioactivité provoquée dans les substances naturellement inactives disparaît quand on soustrait ces sub- stances à l'action du radium. Nous avons donné au phénomène nouveau ainsi découvert le nom de radioactwité induite. Nous avons indiqué en même temps les caractères essentiels de ce phénomène. Des lames de substances diverses ayant été acti- vées par l'action de sels radifères solides, nous avons étudié la radioactivité de ces lames par la méthode électrique ; nous avons constaté ainsi que toutes les substances s'activent de la même ma- nière et que la radioactivité induite acquise par l'une quelconque de ces substances ne persiste pas indéfiniment. Quand une lame qui a été activée par l'action du radium est soustraite à cette action, l'activité de la lame disparaît progressivement et s'éteint complètement en moins d'un jour. Peu de temps après, M. Rutherford publia un travail, duquel il résulte que les composés de thorium sont capables de produire le phénomène de la radioactivité induite ( - ) ; il trouva aussi que les corps chargés d'électricité négative s'activent plus énergiquement que les autres. Ce fait s'est trouvé également exact dans le cas (') M. et M"° CuRiK, Comptes rendus, (i novembre i>^ij:h (■■-) Rutherford, P/til. Mag., janvier el février 1900. CIIAIITIU': V. de l'activation par le radium. La radioactivité induite due au thorium se distingue de celle produite par le radium en ce qu'elle est beaucoup plus persistante que cette dernière; sa disparition à peu près complète demande environ trois jours à partir du moment où le corps activé a été soustrait à l'action du corps activant, le thorium, M. Debierne a montré ensuite que l'actinium donne lieu à une production très facile de radioactivité induite. Cette radioactivité disparaît un peu plus lentement que celle du radium, mais bien plus rapidement que celle du thorium; elle se concentre aussi sur les corps qui portent une charge négative ('). oi. Émanations radioactives. Relation entre les émanations et les radioactivités induites. — La découverte des émanations radio- actives a suivi de très près celle de la radioactivité induite. Elle a son origine dans l'étude de l'activité des composés du thorium. On a vu (§37) comment M. Rutherford, en considérant l'in- fluence des courants d'air sur l'activité du thorium, a été conduit à admettre c[ue les composés de thorium dégagent une éma- nation radioactive analogue à un gaz^ pouvant se répandre dans l'espace qui entoure la matière active. Cette émanation persiste pendant lo minutes environ, ainsi qu'on peut le constater en l'entraînant dans un récipient qui ne contient pas la matière active. M. Dorn a montré que l'on peut reproduire la même expé- rience avec un sel de baryum radifère, lequel ^émet aussi une émanation radioactive; il a montré de plus que le dégagement d'émanation devient plus important quand le sel est fortement •chauffé (-). Enfin l'actinium donne lieu à un dégagement important d'une émanation radioactive. L'effet des courants d'air sur l'activité de l'actinium est considérable; cet effet a été signale par M. De- bierne ('). On a vu comment M. Giesel, ayant préparé des échantillons de la substance active qui s'est montrée ensuite (') DEisiEiiNE, Comptes rendus, juillet kjoo cl février njoS. (') IJORN, Abh. NaUirforsck. GeselL, Halle, njoo. (•■') Debierne, Comptes rendus^ igoS. RADIOACTIMTK A DIRKK I.I.MITKK. — UADIOACTIVITK INDUITE, KÏC. '20 1 identique avec ractinium, a été amené à observer sur les produits obtenus la production d'une émanation radioactive cjui s'échappe très facilement de la substance; cet effet caractéristique déter- mina le choix du nom émanium que M. Giesel proposa pour la substance ( ' ). On ne connaît jusqu'à présent aucune autre émanation radioac- tive en plus de celles qui sont émises par le thorium, le radium et l'actinium. Les émanations qui proviennent de ces trois substances sont d'ailleurs de nature différente; elles se distinguent entre elles par leur persistance inégale. Pendant que l'émanation du thorium a son activité réduite à moins de i pour loo en un temps égal à I G minutes, le même résultat est obtenu pour l'émanation du radium en un mois seulement, et pour l'émanation de l'actinium au bout d'une demi-minute. Les émanations ne peuvent traverser aucun écran solide exempt de trous, si mince qu'il soit. Il existe une relation entre les émanations et les radioactivités induites. Les substances qui donnent lieu à une production de radio- activité induite sont les mêmes que celles qui émettent des émana- tions. L'ensemble des recherches sur le mode de production de la radioactivité induite prouve que cette dernière ne se développe sur les corps solides que lorsque ceux-ci se trouvent au contact de l'émanation. L'émanation peut ainsi être considérée comme la cause qui donne naissance à la radioactivité induite. Le mot émanation, qui évoque l'idée d'un gaz, a été proposé par M. Rutherford déjà en 1900, pour désigner la cause du phénomène radioactif localisé dans le gaz qui entoure la substance active. Cette notation ne s'est pas imposée de suite parce qu'on man- quait totalement d'indications relatives à la nature du ^Dhéno- mène. M. Rutherford a eu une intuition très heureuse en considé- rant les émanations comme des gaz matériels émis en très petite quantité par les substances actives. Cette hypothèse a reçu des confirmations de diverse nature par des travaux qui, principale- ment, ne datent que de i()0.i. En même temps le nom d'émanation a été définitivement adopté. On peut considérer aujourd'hui que la nature matérielle de l'émanation du radium a été rendue cer- (') Giesel, Cliern. Ber., 1903. CHAPITRE V. taine par l'observation d'un spectre caractéristique, et par des mesures de volume. Une série d'expériences importantes ont été effectuées par Pierre Curie et par M. Debierne sur le mode de production de l'acti- vité induite provoquée par le radium et par les solutions de radium dans une enceinte close ( ' ). Ces expériences ont montré que l'énergie radioactive qui se manisfeste dans une telle enceinte comme radioactivité répandue dans le volume (émanation), et comme radioactivité recouvrant les parois (radioactivité induite), est directement empruntée au radium dont l'activité est d'autant diminuée. Si le radium émet facilement une partie de son activité à l'extérieur sous forme d'émanation et de radioactivité induite, son activité propre devient faible et se trouve en quelque sorte extériorisée. Toutefois la forme d'activité susceptible de se séparer ainsi du radium n'est pas stable et disparaît avec le temps. D'autre part^ elle se régénère spontanément dans un sel de radium qui a été protégé contre la perte d'émanation et de radioactivité induite; ce sel reprend alors peu à peu son activité primitive, laquelle est obtenue, quand la production continue et constante d'émanation et de radioactivité induite par le radium compense la destruction spontanée de ces formes d'activité. 55. Préparation par voie chimique de substances radioactives de durée limitée. — • La première expérience de cette nature est due à M. Debierne, qui cherchait à obtenir la radioactivité induite^ en maintenant des sels de baryum en solution avec de l'actinium forte- ment actif ( - ) ; la solution était ensuite précipitée par l'ammoniaque pour séparer l'actinium. Dans d'autres expériences la solution, con- tenant l'actinium et le baryum^ était précipitée par l'acide sulfu- rique; le sulfate de baryum entraînait l'actinium; les sulfates étaient laissés ensemble pendant longtemps, ensuite ils étaient transformés en chlorures et l'actinium était séparé par précipita- tion par l'ammoniaque. On obtenait ainsi un sel de baryum actif que l'on pouvait fractionner comme un sel de baryum radifère, (') Curie et Debikrne, Comptes rendus, 1901 (i)Iusicurs Notes). (■-) Debierne, Comptes rendus, ImWtl njoo. RVniOACTIVITK A DL'UKE LIMITÉE. — RADIOACTIVITÉ INDUITE, ETC. 9.o3 l'activité se concentrant dans la partie la moins soluble. M. De- bierne a pu obtenir ainsi un chlorure de baryum i ooo fois plus actif que l'uranium; ce chlorure était spontanément lumineux. On se demandait à cette époque si le baryum n'avait pas été, dans cette^ expérience, partiellement transformé en radium. Toutefois le baryum activé ne donnait pas le spectre du radium ; de plus son activité diminuait avec le temps et finit par disparaître au bout de quelques mois. On sait aujourd'hui que l'addition de baryum n'est pas nécessaire, et qu'en précipitant une solution d'actinium par l'ammoniaque, on sépare de l'actinium une substance active, soluble dans l'ammoniaque, dont l'activité n'a qu'une durée limitée. Cette substance a reçu le nom à^actinium X, par analogie avec les substances obtenues d'une manière analogue à partir de l'uranium et du thorium. Une expérience importante a été faite par M. Crookes sur les sels d'uranium. En précipitant un sel d'uranium par du carbo- nate d'ammonium en excès, M. Crookes obtenait, après redissolu- tion du précipité d'abord formé, un léger résidu insoluble dans l'excès de réactif. Ce résidu concentrait en lui presque entièrement l'activité primitive de l'uranium, cette activité étant évaluée par la méthode radiographique. En secouant avec de l'éther une solu- tion aqueuse concentrée d'azotate d'urane, M. Crookes trouva de même que l'activité, appréciée par la méthode radiographique, se concentrait dans la portion aqueuse de la solution, tandis que la portion riche en éther et contenant l'urane ne produisait, après évaporation, qu'un effet très réduit. M. Crookes conclut de ces résultats que l'activité devait être attribuée à une substance dis- tincte de l'uranium, qu'il nomma uranium X ( ' ). M. Becquerel entreprit également des essais dans cette voie. Utilisant la réaction dont M. Debierne s'était servi avec l'actinium, il ajouta un peu de chlorure de baryum à la solution du sel d'urane et précipita le baryum par l'acide sulfurique. Par une série d'opé- rations de ce genre, on peut obtenir de l'uranium sensiblement inactif au point de vue radiographique. Toutefois, M. Becquerel trouva qu'après un an V uranium aidait complètement repris son (') Crookes, Pvoc. Boy. Soc, 1900. M>f\ CHAPITRE V. activité primitii>e, tandis que V uranium X_, qui aidait été séparé avec le baryum, était devenu complètement inactif ( ' ). Dans ces expériences l'activité de l'uranium était appréciée par l'effet radiographique, qui est entièrement dû aux rayons péné- trants. Quand l'activité est évaluée par la méthode électrique, on constate que l'uranium n'éprouve pas de perte d'activité impor- tante par les réactions chimiques qui séparent l'uranium X. Ces expériences sur l'uranium avaient été faites en vue de s'assurer si l'uranium est actif par lui-même ou par suite de l'adjonction d'une matière étrangère. Elles ont prouvé que la perte d'activité en rayons pénétrants_, que peut subir l'uranium, est passagère, et que l'activité séparable a une durée limitée. MM. Rutherford et Soddy ont entrepris des expériences ana- logues sur les sels de thorium. En précipitant une solution de sel. de thorium par l'ammoniaque, ils ont obtenu un précipité de thorium qui avait perdu plus de la moitié de son activité pri- mitive. L'activité perdue était restée dans la solution; en évaporant celle-ci à sec et en chassant les sels ammoniacaux, on obtenait un résidu qui pouvait être plusieurs milliers de fois plus actif que le thorium dont il provenait. Là encore, comme dans les cas précédents, l'activité du thorium regagne après quelque temps sa valeur primitive (un mois après l'opération environ), tandis que l'activité de la substance, qui a été séparée du thorium, diminue peu à peu et finit par disparaître dans le même intervalle de temps. La substance qui se sépare du thorium dans la précipitation de ce dernier par l'ammoniaque, et qui entraîne une grande partie de l'activité du thorium, a été nommée thorium X, par analogie avec l'uranium X de M. Crookes (-). La relation entre le thorium et le thorium X a été l'objet d'une étude très détaillée de la part de MM, Rutherford et Soddy, qui ont montré que le thorium X est produit dans les sels de thorium d'une manière continue et uniforme, et s'y accumule jusqu'à ce que la vitesse de production vienne compenser la vitesse de des- truction spontanée. 06. Production et destruction de matières radioactives. — Nous (') Becquehel, Comptes rendus, icjoo el 1901. (-) Rutherford el Soddy, P/iil. Mag., igo». RADIOACTIVITÉ A Dl RKE LIMITEE. — RADIOACTIVITE INDUITE, ETC. 2o5 venons de voir comment des expériences^ faites dans des voies différentes, ont concouru à établir, que l'on peut observer des formes de radioactivité de durée manifestement limitée et, d'ailleurs, très variable. Dans tous les cas de ce genre, la forme de radioactivité plus ou moins éphémère dérive d'une substance à radioactivité permanente, et peut en être extraite et séparée; en même temps, la substance primaire qui se trouve ainsi privée d'une partie de sa radioactivité, possède la faculté de régénérer celle-ci suivant un mode de production continue. L'activité con- stante de la substance primaire doit donc être considérée comme résultant d'un équilibre de régime. La substance primaire donne lieu à la production continue d'une forme de radioactivité qui se détruit spontanément; la vitesse de destruction croît d'ailleurs avec l'intensité atteinte. L'équilibre est obtenu quand la produc- tion compense la destruction spontanée. Ainsi le radium produit d'une manière continue l'émanation et la radioactivité induite; l'uranium produit l'uranium X ; le thorium produit le thorium X ; l'actinium produit l'actinium X. Nous verrons que les lois de pro- duction et de destruction sont simples ou peuvent se ramener à des lois simples. L'étude des phénomènes de production et de destruc- tion de formes distinctes de la radioactivité et des lois qui carac- térisent ces phénomènes, a servi de base pour le développement de la théorie actuelle de la radioactivité, dans laquelle on suppose que la production ou la destruction d'une certaine forme de radioacti- vité accompagne toujours la production ou la destruction d'une espèce d'atomes de matière. L'hypothèse d'une transmutation atomique a été envisagée par P. et M. Curie dès le début de leurs recherches sur les substances radioactives. Mais cette hypothèse^ aujourd'hui bien établie^ doit son développement et ses premières applications aux travaux de MM. Rutherford et Soddy. Le méca- nisme précis proposé par ces savants a rendu de grands services comme guide pour la recherche expérimentale. Le langage basé sur l'hypothèse de la nature matérielle de toute forme de radio- activité, susceptible d'être séparée à l'état distinct (telle une éma- nation ou une radioactivité induite), est, d'ailleurs, d'un emploi particulièrement commode et sera utilisé couramment dans les Chapitres suivants de cet Ouvrage. CHAPITRE m. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 57. Émanations radioactives. — Les gaz présents dans une enceinte qui contient du radium, de l'actinium ou du thorium sont radioactifs. Cette radioactivité persiste si l'on aspire ces gaz et si on les sépare de la substance active. Les gaz ainsi séparés perdent leur activité progressivement et finissent par devenir complètement inactifs. Le temps nécessaire pour la désactivation des gaz est très différent suivant que ces derniers ont été obtenus à partir du ra- dium, de l'actinium ou du thorium. On peut estimer qu'il est possible d'observer pendant un mois l'activité des gaz qui ont séjourné au contact du radium, pendant i o minutes l'activité de ceux qui ont séjourné au contact du thorium, et pendant une minute seulement l'activité de ceux qui ont séjourné au contact de l'actinium. Quand un gaz est devenu actif au contact du radium, du thorium ou de l'actinium, on dit que ce gaz contient une émanation radio- active provenant de l'un de ces corps. Le mot émanation évoque l'idée d'un gaz; les émanations radioactives se sont^ d'ailleurs, montrées en tout point analogues à des gaz matériels. Les émanations radioactives ne traversent pas les parois de métal, de verre ou de mica, même quand celles-ci sont très minces, mais elles peuvent passer au travers de corps poreux. Les parois des récipients qui contiennent des émanations radioactives, deviennent elles-mêmes radioactives par suite du développement sur ces parois de la radioactivité induite. A cha- cune des trois émanations correspond une radioactivité induite distincte et caractéristique. O.S. Émanation du thorium. — Pour observer les effets de I GAZ RADIOACTIFS OC ÉMAXATIOX?. 207 l'émanation du thorium^ on fait passer sur un composé de thorium un courant d'air qui entraîne l'émanation dans l'appareil où elle doit être étudiée. La figure \'o représente un dispositif expérimental analogue à celui qui a été employé par M. Rutherford dans ses recherches à ce sujet. La substance active, oxyde ou hydrate de thorium, est placée dans le tube 0 en T. On envoie dans ce tube un courant d'air, Fig. 43. tv^j» a--:< ^— ^' ^ ^ ^ préalablement desséché par le passage dans un flacon laveur à acide sulfurique; ce courant d'air traverse un tampon de coton, destiné à arrêter les gouttelettes de liquide entraîné. Après son pas- sage sur le composé de thorium, l'air contenant de l'émanation est filtré au travers d'un deuxième tampon de coton qui arrête les pous- sières et les ions formés' en T. L'air passe ensuite le long du tube métallique 0; ce tube forme condensateur cylindrique avec des électrodes isolées A, B, C, etc. qui sont protégées par des anneaux de garde. Le tube 0 est porté à un potentiel élevé ; chacune des électrodes peut être reliée à un électromètre; les électrodes non utilisées sont reliées au sol, ainsi que les anneaux de garde. La conductibilité, com- muniquée à l'air par l'émanation qui y est contenue, est mesurée par le courant de saturation que l'on peut obtenir entre le cylindre et l'une des électrodes. On constate que la conductibilité est entièrement due à la pré- sence de l'émanation et ne peut provenir d'un entraînement d'ions, formés en T par les rayons du thorium. Si, en effet, on rem- place le composé de thorium par un composé d'urane, en con- servant le même dispositif expérimental, l'air qui arrive dans le tube 0 n'est pas conducteur. Quand un courant d'air de vitesse constante a été établi depuis i o minutes, un régime régulier est atteint, et le courant qui peut être obtenu sur chacune des élec- trodes est constant. Ce courant n'a pas la même valeur pour les diverses électrodes; son intensité est d'autant plus faible que l'électrode se trouve plus loin de la substance active. De plus, la baisse que l'on constate dans l'intensité du courant, quand on 2o8 CHAPITRE VI. remplace l'une des électrodes, par exemple A, par l'électrode sui- vante B, est d'autant plus grande que la vitesse du courant d'air est plus faible. La conductibilité de l'air qui contient l'émanation décroît donc avec le temps. Connaissant la vitesse du courant d'air, on peut évaluer le temps qui est nécessaire pour que l'air effectue le trajet entre deux électrodes, et l'on peut ainsi connaître la dimi- nution de conductibilité pendant un temps donné. On peut aussi, après avoir arrêté le courant d'air, observer sur l'une des élec- trodes la décroissance progressive de la conductibilité de l'air con- tenu dans le tube 0, dont on aura eu soin de fermer les orifices. Voici une série de nombres obtenus par M. Rutherford dans une expérience de ce genre; on désigne par t le temps compté depuis le moment où le courant d'air a été arrêté, par i le courant de saturation mesuré à l'instant t et exprimé en unités arbitraires : / secondes / o I oo 9.S 69 ()■>. j 1 I iS 25 I 3 3 14 •.uo 6,7 a;-' ■ 4,1 36u 1,8 Si l'on construit une courbe qui représente l'intensité du courant en fonction du temps, on constate que cette courbe correspond approximativement à une relation numérique simple : l'intensité du courant diminue de moitié en un temps égal environ à une minute. On peut admettre que cette loi est précisément celle sui- vant laquelle disparaît l'émanation du thorium, l'intensité du courant étant à chaque instant supposée proportionnelle à la quan- tité d'émanation présente dans le gaz. La loi de décroissance de l'émanation du thorium a été, dans la suite, déterminée avec plus de précision par d'autres observateurs. MM. Rossignol et Gimingham ( ' ) ont trouvé que l'activité dé- croît de moitié en une période de 5 1 secondes ; M. Bronson ( - ) (') KossiGxoL cl Gimingham, l'Iiil. Mag., i\)n\. (-) MuoNsoN, Amer. Journ. Se, 190,5. G\Z RADIOVCTIFS OU EMANATIONS. 20() a trouvé pour la même constante une valeur égale à 54 secondes; M. Hahn a obtenu la valeur 5^^, 3 ( ' ). La méthode utilisée était en principe la même que celle de M. Rutherford. Le dégagement d'émanation par l'oxyde ou l'hydrate de tho- rium est d'autant plus important que la couche de matière em- ployée est plus épaisse. Pour des couches d'épaisseur suffisante, la radioactivité répandue dans le gaz^ par suite de la présence de l'émanation^ est importante par rapport au rayonnement direct de la substance. Quand on entraîne le gaz radioactif par un cou- rant d'air, la conductibilité de l'air au contact de la substance se trouve fortement diminuée, car l'émanation du thorium ne peut pas s'y accumuler. o9. Emanation du radium. — L'émanation du radium peut être obtenue soit avec les composés radifères solides, soit avec les solu- tions de sels radifères. Les composés solides dégagent très peu d'émanation à la température ordinaire ; la radioactivité répandue dans l'air qui séjourne au contact de ces composés est peu impor- tante par rapport à la radioactivité du produit solide lui-même; si l'on fait passer un courant d'air sur un sel radifère solide, la conductibilité de l'air au contact de la substance n'éprouve pas de diminution notable. Quand le sel solide est porté à une température élevée, le dégage- ment de l'émanation a lieu beaucoup plus facilement. Mais il est pré- férable de se servir de solutions de sels radifères, car un sel en solution donne lieu à un dégagement abondant d'émanation du radium à la température ordinaire. L'émanation du radium est bien plus persistante que celle du thorium. On peut aspirer de l'air chargé de cette émanation dans un condensateur à gaz; l'émanation ainsi séparée du radium manifeste une radioactivité progressivement décroissante, qui peut être observée pendant un mois et davantage au moyen d'une méthode de mesures électriques. On peut aussi aspirer l'air qui contient de l'émanation du radium dans un ballon de verre, dont la paroi est recouverte de sulfure de zinc phosphorescent. La radioactivité du gaz contenu dans le ballon se manifeste par la (') Hahn, Jahrbuch d. Rad.^ iQoô. C. — I. i4 2IO CIIAIMTHE VI. luminosité du sulfure de zinc; celle-ci peut être observée pendant plusieurs jours et même au delà d'un mois. La première étude précise de la loi de variation de l'activité de l'émanation du radium a été faite par P. Curie au moyen de deux dispositifs différents ( ' ). L'émanation était fournie par une solution de sel de baryum radifère, conservée dans un flacon fermé muni d'un robinet, et n'occupant qu'une partie du volume du flacon. L'air contenu dans le flacon se charge d'émanation, et peut ensuite être aspiré dans un récipient, dans lequel on a préalablement fait le vide. Une première série d'expériences consistait à aspirer le gaz actif dans un tube de verre A {fig. \ \) que l'on scellait ensuite à la lampe. Ce tube de verre était placé à l'intérieur d'un tube d'alumi- nium mince, qui constituait l'armature intérieure d'un condensa- teur cylindrique. Les rayons émis par le tube traversaient l'alumi- nium et rendaient conducteur l'air contenu entre les armatures du condensateur. L'armature intérieure B était portée à un potentiel élevé, l'armature extérieure C était reliée à l'électromètre. On mesurait au moyen d'un quartz piézoélectrique le courant de saturation qui pouvait être obtenu dans le condensateur. (') Comptes rendus, njo'}.. I GAZ RADIOACTIFS OU EMANATIONS. -211 Le rayonnement ainsi mesuré est dû exclusivement à la radio- activité des parois du tube, et non à celle du gaz. Si, en effet, on extrait rapidement du tube l'air chargé d'émanation, cette opé- ration ne donne lieu à aucune variation brusque de l'intensité du rayonnement, laquelle, mesurée immédiatement avant et après l'extraction du gaz actif, a sensiblement la même valeur. Toutefois la loi de désactivation de la paroi du tube se trouve modifiée. Quand l'émanation a été enlevée, le tube se désactive ensuite rapidement, et son activité est sensiblement nulle après quelques heures. Si, au contraire, l'émanation reste enfermée dans le tube, celui-ci perd son activité beaucoup plus lentement; l'intensité du rayonnement décroît alors de moitié en \ jours environ. Dans cette deuxième expérience on peut donc admettre que l'émanation enfermée dans le tube entretient la radioactivité des parois et que celle-ci persiste aussi longtemps que l'émanation elle-même. Si, après avoir introduit brusquement l'émanation dans le tube, on ferme celui-ci rapidement, et que l'on commence de suite une série de mesures du rayonnement pénétrant, faites à des intervalles convenables, on constate que ce rayonnement est sensiblement nul au début, mais qu'il augmente progressivement. L'augmen- tation, d'abord rapide, devient de plus en plus lente, et l'intensité du rayonnement tend vers une valeur maximum qui est atteinte en trois heures, et qui se maintient sensiblement constante pendant les deux heures suivantes. Ce maximum est suivi d'une décrois- sance lente et régulière qui se poursuit pendant quelques semaines, jusqu'à la disparition presque complète de l'activité. Les expériences qui viennent d'être décrites prouvent que le rayonnement extérieur du tube n'est pas dû directement à l'émana- tion, mais qu'il doit être attribué à la radioactivité induite qui se forme progressivement sur les parois en présence de l'émanation. Le maximum est obtenu quand cette radioactivité induite atteint une valeur limite qui correspond à la quantité d'émanation pré- sente. La courbe qui représente l'accroissement de l'intensité du courant i en fonction du temps est reproduite dans la figure 45, L P. Curie a trouvé que la loi de décroissance lente du rayonne- ment extérieur du tube qui contient l'émanation est très simple. L'intensité du rayonnement -> est exprimée en fonction du temps t 2 1-^. CHAPITRE VI. par une loi exponentielle 5,e 9 = .-)oe->.'. Dans cette formule -^o représente l'intensité initiale^ mesurée quelques heures après l'introduction de l'émanation, e est la base Fig. 45. II ^^ --^ 1 /^ / ^ \^ 1 70 60 I 50 5 I *D £5 20 I <■ 10 Temps en heures des logarithmes naturels et 0 une constante qui représente un temps. En portant le logarithme de ^ en ordonnées et t en abscisses, les points représentatifs des expériences viennent se placer très exac- tement sur une même ligne droite^ qui peut être poursuivie pen- dant 20 à oo jours, bien que l'intensité du rayonnement soit tombée après ce temps à moins d'un trentième de la valeur initiale. Les expériences ont été exécutées dans des conditions très variées. On a employé, pour fournir l'émanation, des solutions de sels de radium d'activité très différente, ou encore des sels radifères solides; on a fait varier les dimensions des enceintes contenant l'émanation (de 3'™' à 200''"'") et la forme de ces en- ceintes; on a fait varier l'épaisseur du verre et l'on a employé des enceintes à paroi de cuivre ou d'aluminium; on a effectué l'acti- vation de l'enceinte en y laissant pénétrer l'émanation soit par un tube large et court, soit par un tube long et capillaire; on a fait varier le temps d'activation par le radium entre i 5 minutes et un mois; on a fait varier la pression de l'air chargé d'émanation depuis I GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 21 3 la pression atmosphérique jusqu'à une pression de a*^"" de mercure, et l'on a laissé le tube se désactiver après avoir été scellé sous cette pression réduite; on a opéré avec de l'hydrogène ou du gaz car- bonique au lieu d'air à l'intérieur des tubes actifs. Cependant la loi de décroissance du rayonnement extérieur ^s'est maintenue inaltérée malgré ces modifications des conditions de l'expérience. Une deuxième série d'expériences a été effectuée par P. Curie, en prenant comme mesure de l'activité l'intensité du courant de saturation, obtenu entre deux électrodes, situées dans l'intérieur du tube qui contient l'émanation. Quand on opère ainsi, la conduc- tibilité que l'on mesure est due à la fois au rayonnement du gaz et à celui des parois. Si, en effet, on chasse rapidement l'éinanation par un courant d'air et qu'on laisse le tube se remplir d'air inactif, on constate que la conductibilité de l'air entre les deux électrodes, mesurée aussitôt après l'opération, est beaucoup plus faible qu'avant l'opération. On voit ainsi que l'on doit attribuer à l'émanation un rayonnement propre qui n'est pas assez pénétrant pour traverser la paroi du tube et pour agir au dehors, mais qui agit énergiquement pour ioniser l'air contenant l'émanation ; c'est un rayonnement absor- bable. Quand l'émanation se trouve brusquement introduite dans le tube, le courantmesuré immédiatement après l'introduction n'est pas nul, mais possède une certaine valeur initiale; le courant croît ensuite en fonction du temps et atteint une valeur maximum au bout de .) heures ; le maximum est suivi d'une décroissance lente et régu- lière, comme dans le cas où l'on mesure le rayonnement pénétrant. La relation entre l'intensité du rayonnement et le temps, compté à partir du moment où l'on introduit l'émanation, est représentée pendant o heures par la courbe II de la figure 4"'. La valeur du cou- rant maximum est environ deux fois plus élevée que celle du courant initial. On peut remarquer que l'accroissement de l'intensité du courant est au début beaucoup plus rapide que dans le cas où l'on utilise seulement les rayons pénétrants (courbe I). Dans ces expériences avec des électrodes intérieures, la loi de décroissance du rayonnement est la même que dans les expériences précédentes faites avec des électrodes extérieures au gaz contenant l'émanation. La courbe I [fig. H^) représente l'intensité du rayon- nement en fonction du temps pendant 6 jours à partir du moment où l'émanation a été introduite dans l'appareil. La courbe II [fig. \6) 21-1 CHAPITRK Vr. représente pour le même intervalle de temps le logarithme de l'inten- sité en fonction du temps. Le travail, effectué par P. Curie sur l'émanation du radium, constitue la première étude précise et complète de la loi de décrois- sance d'une forme de radioactivité à durée limitée. Il résultait, de l'ensemble des expériences faites pour cette étude, que la loi de dé- 200 160 120 "ju C 80 ■10 A- 04 Fig. 46. r^ 1 f\ ^^-^1 1 ■v^ i — > ! 1 , .. _ 1.0 0.5 4^ /(. 0.0 Te emps en jours croissance peut être représentée rigoureusement par une formule exponentielle simple, caractérisée par une seule constante de temps. P. Curie a admis que la loi observée est caractéristique de la dispa- rition de l'émanation du radium, La constante de temps qui carac- térise cette disparition s'est montrée indépendante des conditions de l'expérience, de la nature du gaz qui remplit l'enceinte et de la matière qui en constitue les parois. P. Curie a montré de plus que la loi de disparition de l'émanation est indépendante de la température dans^ les limites comprises entre l\h<)° et la température de l'air liquide ( ' ). Les tubes scellés (') Comptes rendus, janvier xijo?,. G\Z KADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 21 5 contenant l'émanation étaient maintenus pendant 3 jours à la température de /\5o° dans un four électrique. Les tubes étaient ensuite ramenés à la température ambiante. On mesurait leur activité et l'on constatait que la perte totale pendant le temps de chauffe était égale à celle que le tube aurait éprouvée pendant le même temps à la température ambiante. Dans la figure \~ Fi;;. lf.oo heures 5oo on a représenté les expériences en portant le logarithme du rayon- nement en ordonnées et le temps en abscisses. On obtient ainsi des droites parallèles entre elles ( i ), ( 2), (3), (4) qui représentent 4 séries d'expériences effectuées à la température ambiante. La courbe (5) donne le résultat d'une expérience faite à 4''>o'^; les points de A à B représentent les mesures faites avant la chauffe, les points de C à D, les mesures faites après la chauffe ; tous ces points sont situés sur une même droite parallèle aux quatre droites précédentes. Dans un autre essai les tubes étaient refroidis dans l'air liquide à — 180". Le point E, courbe (G), représente une première mesure faite à la température ambiante : puis le tube est resté plongé dans l'air liquide pendant (i jours; on a recommencé ensuite les mesures •21 6 CHAPITRK VI. à la température ambiante. La première mesure, point F, obtenue immédiatement après le réchauffement du tube, a donné une valeur de rayonnement deux fois plus faible que celle qu'on aurait trouvée si le tube était resté constamment à la température ambiante. Mais l'activité du tube augmente ensuite rapidement pendant une demi- heure environ (points de F à G). Les mesures faites ensuite, de G à H, donnent les valeurs que l'on aurait obtenues si le tube était resté constamment à la température ambiante. La droite GH pro- longée passe par le point E ; cette droite a la même inclinaison que les droites (i), ('->.), (3), (4). Après une perturbation temporaire, la loi de décroissance ordinaire se trouve rétablie. La perturbation est due à la condensation de l'émanation du radium à basse tem- pérature. La valeur numérique de la constante de temps de l'émanation du radium, d'après les expériences de P. Curie, est la suivante : 0 = i38 heures = 4,97- lo^ sec ou - = À = •2,0[.I0~'' 6 ' sec On peut encore caractériser une troisième constante reliée aux précédentes. Cette jonstante est le temps nécessaire pour que l'émanation se détruise de moitié. Soit t la formule qui donne l'intensité du rayonnement en fonction du temps, compté à partir d'un moment où la loi de baisse régulière est établie. On a Log,.3o— Log.3 le signe Log désignant les logarithmes décimaux. Si l'on désigne par T un temps tel que -"^ =: — , on trouve A Loge /ljOg<3o — '-Oi^A / I.Og V GAZ RADIOACTIFS OU EMANATIONS. 217 La valeur de T^ qui se déduit de la valeur de a donnée précédem- ment, est T = 3,99 jours. Le coefficient angulaire de la droite qui représente la baisse du logarithme de l'intensité est proportionnel à A. P. Curie a fait remarquer que la constante de temps mesurée pour l'émanation du radium, étant indépendante des conditions des expériences, doit être considérée comme caractéristique de cette émanation, et que, de plus, cette constante qui n'a aucun caractère spécifique doit avoir une importance d'ordre général. Elle est d'ailleurs susceptible d'être déterminée avec une grande précision. Cette constante pourrait être employée pour définir un étalon de temps indépendant de toutes les unités adoptées pour les autres grandeurs physiques ( ' ). Des constantes analogues, relatives à d'autres cas de radioactivité à durée limitée, peuvent être utilisées de la même manière. MM. Rutherford et Soddy ont montré, au cours de leurs expé- riences sur la condensation de l'émanation du thorium, que la vitesse de destruction de celle-ci n'est pas non plus modifiée à la température de l'air liquide. La décroissance de l'émanation du radium a été étudiée par d'autres savants. MM. Rutherford et Soddy ( - ) ont recueilli l'air chargé d'émanation dans une éprouvette à gaz sur du mercure. De temps en temps un volume déterminé de ce mélange était puisé avec une pipette à gaz et introduit dans un condensateur à gaz. Ce dernier se composait d'une boîte cylindrique en laiton dans laquelle pénétrait une électrode cylindrique coaxiale isolée, tous les joints étant étanches pour l'air. La boîte était portée à un potentiel élevé, l'électrode centrale était réunie à un électromètre avec adjonction d'un condensateur de capacité convenable. On mesurait par la méthode de vitesse de déviation le courant de saturation obtenu dans le condensateur immédiatement après l'introduction de l'émanation; ce courant était pris comme mesure de l'activité de l'émanation contenue dans le condensateur. La (') P. Curie, Soc. de P/iys., 1902. (-) UUTHERFORD Cl SODDY, P/til. Mog., Kjo'i. ■218 CHAPITRE VI. mesure est rendue difficile par raccroissement rapide du courant, par suite du développement de la radioactivité induite sur les parois du condensateur. Les mesures ont été continuées pendant •i.^ jours. Elles ont conduit à admettre une diminution d'activité suivant une loi exponentielle, mais avec une valeur de la con- stante ). un peu plus grande que celle trouvée par P. Curie. MM. Rutherford et Soddy ont indiqué les valeurs X = 2.i().io^fi — ) T = 3 -i jour*, «ec '' •* Bien que ces résultats soient, en première approximation, con- formes à ceux de P. Curie, l'écart des valeurs obtenues de part et d'autre pour la constante T dépasse les erreurs des expériences; cet écart atteint en efïet 7 à 8 pour 1 00. Parmi d'autres expéri- mentateurs. MM. Bumstead et Wheeler ont indiqué la valeur T = .), 88 jours. M. Sackur, employant la méthode de MM. Ruther- ford et Soddy, a trouvé T = 3,86 jours ( ' ). M. Rûmelin (-) a employé la méthode suivante : deux vases A et B qui communiquent par un tube étroit contiennent de l'air chargé d'émanation à l'état de mélange homogène; ces vases sont scellés séparément et en même temps. L'activité de l'émanation contenue dans chaque vase est mesurée après un temps t, pour le vase A et après un temps t-, pour le vase B. Pour cela l'émanation contenue dans le vase est transportée dans une chambre d'ioni- sation adaptée à un électroscope; un courant de vapeur, provenant d'un ballon qui contient de l'eau en ébullition, balaye l'air chargé d'émanation qui se trouve dans le vase et l'entraîne dans un gazomètre où cet air est recueilli sur de l'eau avant d'être aspiré dans la chambre d'ionisation. Le courant de saturation, mesuré 3 heures après l'aspiration quand le maximum est atteint, est proportionnel à la quantité d'émanation qui a été introduite dans la chambre. Soient i, et ij les courants obtenus respectivement avec l'émanation du vase A et avec celle du vase B. Les quantités d'émanation contenues à l'origine du temps dans les deux vases (') Sacklk, Ber. d. deutsch. cheni. Gesel/., 1905. — Bumstead el Wheeler, Amer. Journ. Se, 190^. {■) RuMELiN, Phil. Mag., 1907. GAZ UADIOACTIFS OU EMANATIONS. .i I <) étaient proportionnelles à leurs volumes v^ qIk>2 et ont été réduites ensuite dans le rapport e~"' pour le vase A et e^"- pour le vase B. On a donc /, = An e '■'>, ù = AtoC ^^'^ i-, ('2 d'où l'on peut tirer la valeur de /.. Les nombres ainsi obtenus pour T ont varié entre 0,-0 et • ),8o jours avec une moyenne de 3,^5 jours. Toutefois la méthode a le très grand inconvénient de faire passer l'émanation au tra- vers de l'eau avant la mesure de son activité. Or l'émanation du radium est soluble dans l'eau, et le coefficient de solubilité n'est pas très petit; on perd donc nécessairement de l'émanation en opé- rant par ce procédé, et il est probable que la perte n'est pas négli- geable pour des expériences de précision. J'ai entrepris un certain nombre de séries de mesures ayant pour but la détermination exacte de la constante T. Ces me- sures étaient faites par la méthode de P. Curie, qui consiste à mesurer le courant que peut produire l'émanation enfermée dans un récipient absolument étanche, la mesure étant faite soit par la méthode des électrodes extérieures, soit par la méthode des élec- trodes intérieures. Cette méthode semble, en effet, celle qui mérite le plus de confiance, car on élimine les causes d'erreur relatives au transport de l'émanation d'un vase dans un autre. L'emploi du quartz piézoélectrique permet d'ailleurs d'effectuer une série de mesures portant sur 20 à .>j jours, toutes les mesures étant absolument comparables sans que l'on ait à s'inquiéter de la sensibilité de l'électromètre ou de la capacité des appareils de mesure. L'appareil qui a servi pour les mesures au moyen d'électrodes extérieures est semblable à celui représenté dans la figure 4 î. L ap- pareil qui a été utilisé pour les mesures au moyen d'électrodes inté- rieures est un condensateur à gaz tel que celui qui a été représenté dans la figure 38; la boîte B de ce condensateur était munie de deux tubes de dégagement étroits dont l'un se terminait par un manomètre tronqué de très petit volume, tandis que l'autre servait de tube de communication. L'opération préliminaire con- siste à faire le vide dans le condensateur et à fermer le tube de CHAPITRE VI. communication à la lampe. On laisse ensuite l'appareil en obser- vation pendant quelques jours pour vérifier qu'il est parfaitement étanche. On aspire alors dans le condensateur une quantité conve- nable d'émanation contenue dans de l'air sec, on finit de remplir avec de l'air sec jusqu'à ce que la pression devienne sensiblement égale à la pression atmosphérique et l'on ferme à la lampe le tube qui a servi pour l'aspiration. L'appareil est alors prêt pour une série de mesures. Chaque série de mesures par la méthode des électrodes exté- rieures ou intérieures se prolongeait de ^^o à 3o jours, les mesures étant faites généralement une ou deux fois par jour. Le maximum de l'intensité du courant est atteint o heures après le moment où l'émanation a été aspirée dans le condensateur; cependant la loi exponentielle de la diminution de l'intensité ne semble parfai" tement établie que a 4 heures après l'aspiration. J'ai cru constater en particulier que dans mes expériences à électrodes intérieures, le courant, après avoir atteint le maximum, décroît de plus en plus vite entre t = ^ heures et f = 20 heures, le temps t étant compté depuis l'instant où l'émanation a été introduite dans l'appareil; mais à partir de t ^ 20 heures, la vitesse de baisse devient un peu moins grande et prend un régime constant qui se maintient ensuite pendant plus de 20 jours. Si donc on construit la courbe qui représente le logarithme de l'intensité en fonction du temps, cette courbe présente un point d'inflexion entre t = î heures et t = 20 heures. Ce point d'inflexion, dont l'exis- tence n'est pas prévue par la théorie, est peu marqué et il est difficile d'être tout à fait affirmatif à son sujet. Dans toutes les expériences le courant de saturation était toujours atteint; la différence de potentiel établie entre les deux armatures du condensateur de mesures était de Noo volts. Dans les expériences faites par la méthode des électrodes inté- rieures, la masse de gaz soumise à l'effet ionisant restait constante; aucune correction n'était donc nécessaire pour tenir compte de la variation de la pression et de la température de l'air ambiant. Mais dans les expériences faites avec l'appareil à électrodes extérieures, la chambre d'ionisation n'était pas close de manière à être étanche. L'ionisation produite dans l'air contenu dans cette chambre par les rayons pénétrants qui sortent du tube à émanation, croît avec GAZ RADIOACTIKS 01 EMANATIONS. 221 la densité de l'air soumis à l'action des rayons; elle pourrait être considérée comme proportionnelle à la densité, si le pouvoir pé- nétrant des rayons utilisés était suffisamment grand. On aurait en ce cas l d p \ -\- ■xt(t en désignant par i le courant mesuré à la pression p et à la tempé- rature t, et par i„ le courant rapporté à une pression po et une tempé- rature fo- Lî^ correction t que l'on doit ajouter à i, pour obtenir l'o, est alors donnée approximativement par la formule £ r= J [0,0013(760 P ) ^ O^OOZ~{t /o )], où p est mesuré en millimètres de mercure. Cette correction est probablement un peu trop forte, car il est vraisemblable que parmi les rayons primaires et les rayons secondaires qui en proviennent il y en a de relativement absorbables; mais on peut remarquer qu'en moyenne la forme des courbes est à peine affectée par la correction. Une autre correction est à considérer: c'est celle qui résulte de la radioactivité propre de l'appareil de mesures. Celle-ci était tou- jours très faible au début de l'expérience, n'atteignant, par exemple. que 0,1 pour loo du courant à mesurer; elle augmentait d'impor- tance à mesure que le courant dû à l'émanation allait en dimi- nuant et pouvait atteindre 3 pour i oo de la valeur à mesurer. La méthode du quartz piézoélectrique permet d'effectuer une série de mesures portant sur oo jours environ. Quand on emploie le procédé des électrodes extérieures, on peut prolonger la durée de l'expé- rience en employant une grande quantité d'émanation, et en réduisant au début l'intensité du rayonnement au moyen d'un écran en plomb épais qui enveloppe le tube actif et que l'on enlève après 20 jours. On constate toutefois qu'il n'y a pas intérêt à prolonger les mesures au delà de .'hj jours, car la loi exponentielle simple se trouve altérée à partir de cette époque, et la décroissance du courant devient de plus en plus lente. Ce fait est dû au déve- loppement progressif d'une radioactivité induite à évolution très lente, différente de celle qui ne demande que 3 heures pour atteindre un équilibre de régime avec l'émanation du radium ivoir § 77). Il est important de s'assurer que cette radio- CHAPITKE VI. activité ne peut contribuer d'une manière appréciable à produire le courant dans l'appareil de mesures. En effet, s'il en était ainsi, la loi de décroissance observée serait un peu plus lente que celle qui caractérise l'émanation, la déformation pouvant cependant être trop faible pour que l'on voie clairement que la loi n'est pas purement exponentielle. Cette considération constitue une objec- tion importante contre l'emploi des méthodes qui consistent à mesurer l'activité de l'émanation en la laissant dans le même vase. On peut éliminer cette objection de la manière suivante. Quand la série de mesures est terminée, on chasse l'émanation du réci- pient qui la contient; on attend 'j.^ heures pour laisser complè- tement s'éteindre la radioactivité induite à évolution rapide, et l'on mesure alors le rayonnement propre de l'appareil. Si l'on opère avec des électrodes intérieures, le récipient est simplement le con- densateur de mesures ; si l'on opère avec des électrodes extérieures, ce récipient est le tube qui contenait l'émanation, et qui, après avoir été vidé, doit être remis en place pour la vérification à faire après 24 heures. Dans les deux cas on constate que l'activité observée ainsi après une expérience de 20 jours est très faible, et qu'elle ne saurait modifier les résultats obtenus. Chaque série de mesures a été représentée par une courbe, en portant en abscisses le temps mesuré en heures, et en ordonnées le logarithme décimal du nombre qui mesure le courant en unités arbitraires. Les courbes ainsi obtenues sont reproduites dans la figure 4'^- Ce sont très exactement des droites dont le coefTicient angulaire a (diminution du logarithme décimal de l'intensité par heure) est indiqué dans le Tableau qui suit : /'Slect/odes intérieures. TEMl'S D'oUSERVATION. a. \ Il m IV V 470 heures 4Ô0 » 43o » 43o » 58() » Valeur moyenne o,oo3'279 0,000270 o,oo3265 0,003280 o,oo3258 0,0037,70 GAZ RADIOACTIFS OU EMANATIONS. Fig. 4S. ■îïi heures 224 CUAl'lTKK VI. L'échelle relative à ces droites est indiquée sur la figure en bas et à gauche. Electrodes extérieures. TEMPS d'observation. a. VI vir VIII IX X 460 heures 3 60 « 700 » 800 » 1040 )> Valeur mojenne 0, 003255 0,003270 o,oo32 44 o,oo32 55 0,003200 o,oo324B Les droites VI et VII sont construites à la même échelle que les droites I à V. Les droites VIII, IX, X représentent des expé- riences de durée beaucoup plus grande, et sont construites à une échelle moitié de la précédente, indiquée sur la figure en haut et à droite. La concentration initiale de l'émanation dans le tube était en ce cas plus grande, maïs l'intensité du rayonnement au début était réduite par l'emploi d'un écran de plomb qui entourait le tube ; lorsque l'intensité était devenue faible, on enlevait l'écran, et l'on continuait les mesures dans le même appareil. Le raccord des deux parties de la droite, obtenues avec écran et sans écran, est indiqué sur la figure par une croix, et l'on voit qu'il n'y a en ce point aucun changement de direction. L'altération de la droite X à partir de 800 heures est due à l'apparition de la radioactivité induite à évolution lente. Dans les expériences VI à X la concentration initiale de l'émanation était considérablement plus grande que dans les expériences I à V, le rapport étant de l'ordre de \u'\ Ainsi au cours d'une expérience isolée la concentration peut diminuer dans un rapport de 1000 environ, sans que la loi exponentielle se trouve en défaut, et de plus, le coefficient (/ est sensiblement le même dans toutes les expériences, quelle que soit la concen- tration initiale dans les limites indiquées. Il en résulte que la loi de destruction de l'émanation est indépendante de la concen- tration de celle-ci dans de très larges limites. Ce fait est encore GAZ UADIOACTIt'S OU EMANATIONS. confirmé par des expériences faites avec de l'émanation très concentrée (quantité maximum d'émanation pouvant être fournie par i''^ de radium, et contenue dans un petit tube de volume o'"™', i environ). La concentration initiale en ce cas était 'i X lo" fois plus grande que dans les expériences avec des électrodes intérieures, et cependant la loi de destruction ne paraît pas altérée. La droite XI représente une de ces expériences avec « = 0,00 323. La droite XII représente les résultats d'une série de mesures obtenues dans un appareil à électrodes intérieures^ avec l'éma- nation restante d'une expérience faite précédemment dans l'appa- reil à électrodes extérieures. La loi de destruction est toujours sensiblement la même (a=o.oo33o). A la fin de cette série l'émanation était séparée du radium depuis 3 mois. On voit, d'après cela, que la constante de l'émanation est suscep- tible d'être déterminée avec une grande précision par les deux méthodes employées. Toutefois la méthode des électrodes inté- rieures donne pour a des valeurs plus concordantes, et en moyenne légèrement supérieures à celles fournies par l'autre méthode, (écart des moyennes inférieur à i pour 100). La méthode des électrodes intérieures, dans laquelle le rayonnement de l'émanation intervient directement à côté de celui de la radioactivité induite, semblerait, de ce chef, avoir un avantage sur celle des électrodes extérieures, dans laquelle le rayonnement de la radioactivité induite intervient seul; cette dernière méthode présente en revanche plus de sécu- rité, parce qu'il est certain qu'aucune fuite d'émanation ne peut avoir lieu. Une théorie complète montre d'ailleurs que pour des temps supérieurs à quelques heures et inférieurs à un mois, la décroissance du rayonnement total et celle du rayonnement pé- nétrant doivent^ toutes les deux^ représenter très exactement la loi de décroissance de l'émanation. J'ai remarqué que les résultats obtenus avec des électrodes extérieures sont très influencés par l'état d'humidité de l'air qui contient l'émanation. Si, en particulier, celui-ci est rigoureuse- ment desséché, les résultats sont très irréguliers, à tel point que l'expérience ne peut être utilisée pour la détermination de la constante. Ce phénomène s'explique par les conditions de dépôt de la radioactivité induite dans le tube qui contient l'émanation. On verra plus loin qu'une matière active se forme dans le gaz et se dépose C. — I. 1^ 2^6 CHAPITRE VI. sur les parois du tube par suite d'un phénomène de diffusion ; ce der- nier est fortement influencé par les variations de la température ambiante, qui donnent lieu à la production de remous dans la masse gazeuse. Tout changement de distribution du dépôt actif peut se tra- duire par une variation de l'intensité d'ionisation dans l'appareil qui utilise les rayons. On peut régulariser le phénomène par deux pro- cédés : i^en utilisant un tube très étroit dans lequel le dépôt actif atteint très facilement la paroi et ne séjourne pas dans le gaz; une telle expérience est représentée par la droite VII; ■>." en utili- sant de l'air humide dans lequel le dépôt actif se comporte comme un corps pesant et atteint rapidement la paroi inférieure {i^oir § 87) ; la droite VI représente une expérience faite dans ces conditions. On peut conclure qu'en adoptant la valeur a = 0,00026, on obtient la constante de l'émanation du radium avec une erreur inférieure à 1 pour 1 00. D'après cette valeur de a on trouve X = •?, ,o85 . 10^'' — = o ,<)()- ") r ?cc ' heure 0 := î,79(i.i()-' sec = I j),2 heures, T = 3 ,3'i î • '"'^ ^Gc = [V-i -, >\ lie lires = 3 ,8) jours. On trouvera à la fin de ce Volume une Table qui permet de calculer quelle est, pour une certaine quantité d'émanation initiale- ment présente, la fraction qui subsiste après un temps donné (Tableau A), la valeur adoptée pour ), étant 0,00-.") , ^ ' ^ ' heure 00. Émanation de l'actinium. — Les terres rares actinifères dégagent avec une très grande facilité l'émanation de l'actinium. En faisant passer un courant d'air sur un produit solide actinifèrc placé dans un condensateur de mesures, on constate qu'il se pro- duit un entraînement d'activité considérable, et que l'activité du produit est fortement diminuée. Cette activité est donc due en très grande partie à l'émanation accumulée entre les grains et dans leur voisinage immédiat. Si le courant d'air chargé d'émanation de l'actinium est dirigé sur un écran au sulfure de zinc phosphorescent, celui-ci manifeste une belle luminosité à l'endroit où il est atteint par le courant d'air. On déplace à volonté la plage lumineuse en modifiant la direction du courant d'air. Quand le courant d'air est GAZ RADIOACTIFS OU EMANATIONS. l^- dirigé presque parallèlement à la surface de l'écran, on voit appa- raître une traînée de lumière semblable à un jet de fumée lumineuse qui s'estompe progressivement, parce que l'émanation de l'acti- nium, étant très peu persistante, se détruit en même temps qu'elle est entraînée par le gaz. Si le produit est actif, l'expérience est d'une grande beauté, La loi de décroissance de l'émanation de l'actinium a été étudiée par M. Debierne ( ' ) qui a employé à cet effet le dispositif expéri- mental représenté dans la figure 43. La matière actinifère. en grains débarrassés de poussière trop fine, était placée entre deux tampons de coton à l'extrémité du tube 0. Un courant d'air rapide traversait la substance et entraînait l'émanation le long du tube. Le tube était porté à un potentiel élevé; il contenait, ainsi que l'indique la figure, plusieurs électrodes isolées, équidistantes et placées suivant son axe. L'une quelconque de ces électrodes pouvait être réunie à un électromètre, et l'on mesurait le courant de saturation qui pouvait être obtenu entre chaque électrode et le tube. Ce courant est proportionnel à la conductibilité de l'air à l'instant de son passage sur l'électrode considérée, et l'on supposait que cette conductibilité est elle-même proportionnelle à l'activité de l'émanation contenue dans l'air. Connaissant la vitesse du cou- rant d'air, on peut évaluer le temps qui correspond au passage d'une électrode à la suivante. On constate ainsi que la conductibilité décroît très rapidement le long du tube, et qu'il est nécessaire d'employer un courant d'air très rapide. (20^ environ), si l'on veut utiliser plusieurs électrodes occupant une grande longueur du tube. La loi de décroissance est une loi exponentielle simple. L'intensité du courant est donnée par l'expression ou encore en désignant par -■"'„ l'intensité à une électrode choisie comme ori- gine, par ') l'intensité mesurée sur l'une des électrodes suivantes, dont le centre est à une distance l de celui de l'électrode d'origine, (') DiiBiEUNE, Comptes rendus, nj')4. ■XîS CHAPITRE VI. par V la vitesse du courant d'air, par t un temps égal à ., • Dans la figure 4<> la ligne I représente le logarithme du pouvoir ionisant de l'émanation en fonction du temps. Le coefficient a a la valeur o, i le rayonnement du premier réservoir avant l'expérience, et /' son rayonnemer. : après un temps t, quand le partage de l'émanation entre les deii ; réservoirs a été accompli^ et que le nouvel équilibre a été établi. Soient P| et Po les volumes, T, et To les températures des deux réservoirs. On aura i' (' 1 ( I -+- a T, ) ('i ( 1 -î- ocTo ) -;- ("2(1 A étant le coefficient caractéristique de la destruction de l'émana- tion du radium. Si les émanations se diffusent comme des gaz, on peut chercher à déterminer les coefficients de diffusion des émanations dans l'air ou dans un autre gaz. Les expériences de ce genre présentent d'au- tant plus d'intérêt qu'elles donnent des indications sur le poids moléculaire des émanations considérées comme gaz matériels, alors que l'on ne peut encore espérer obtenir ce poids moléculaire par la mesure des densités des émanations. La première détermination du coefficient de diffusion de l'éma- nation du radium a été effectuée par M. Rutherford et Miss Brooks par la méthode de Loschmidt ( ' ). Voici comment était disposée l'expé- (') RUTIIERFOUD et MisS ISliOOlvS, Chcni. NaVS, IQO.i. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 235 rience [fig. .")o). Un long cylindre de laiton de -3'™ de longueur et de 6"'" de diamètre était divisé en deux parties égales par une paroi mobile S. Les extrémités du cylindre étaient fermées par deux bou- chons d'ébonite, au travers desquels on faisait pénétrer dans le tube deux électrodes E, et Eo disposées suivant l'axe du tube. Le cylindre pouvait être porté à un potentiel élevé; chacune des électrodes pou- vait être réunie à un électromètre. L'appareil était placé dans une caisse remplie de coton pour assurer la constance de la tempéra- ture. L'émanation était obtenue en chauffant un sel radifère contenu Fi g. 5o. S Tl^i: -E, dans un tube de platine; l'émanation dégagée était entraînée dans la partie i du cylindre au moyen d'un lent courant d'air sec fourni par un gazomètre et filtré au travers d'un tampon de coton; la pression dans le cylindre restait égale à la pression atmosphérique. Après introdviction d'une quantité suffisante d'émanation, les orifices du tube étaient fermés, et l'appareil était abandonné à lui-même pendant quelques heures pour que l'équilibre puisse s'établir. On enlevait alors la cloison S, et l'émanation commençait à diffuser de la partie i du tube vers la partie '.. Le courant de sa- turation qui pouvait être obtenu sur les électrodes E| et Eo était mesuré à intervalles réguliers. Le courant obtenu avec E, va en diminuant, celui obtenu avec Eo, d'abord nul^ va en augmentant. Après quelques heures le courant a sensiblement la même valeur des deux côtés ; l'émanation est alors distribuée dans le cylindre d'une manière uniforme. Voici maintenant la théorie de l'expérience. On peut admettre que l'émanation seule est en mouvement et que l'air est en repos, la concentration en émanation étant extrêmement faible. L'émanation diffuse dans la direction Ox, par suite de l'excès de concentration qui existe entre deux sections voisines du tube, la concentration restant constante dans une même section. Si l'on 236 CHAPITRE VI. désigne par n la concentration de l'émanation dans une section placée à une distance x de la section origine, la quantité d'émana- tion qui traverse dans le sens Ox l'unité de cette section, par unité de temps^ est égale à ■ — D y-' où D est le coefficient de diffusion. L'unité de surface de la section placée à la distance x -{- dx sera de même traversée dans l'unité de temps par la quantité d'émanation ox \ ô.r I La quantité d'émanation détruite par unité de temps^ dans la portion de la tranche qui a comme base l'unité de surface, est égale â i.ndx, si À est le coefficient de destruction de l'émanation. L'ac- croissement rapporté à l'unité de temps de la quantité d'émanation ndx contenue dans l'élément de volume considéré sera donc tel que — ( Il dx )= — D- r-U — \ n -i. dx — A /i dx, ôt dx Ox \ ô.r ' ' d'où l'équation àii ^ d- n -— = D — ; Kn. ()t <)x^ Si la diffusion est achevée en quelques heures, on peut négliger la destruction de l'émanation pendant un temps aussi court, et l'équation se réduit alors à la forme simple On i)'^ n 'ôt ^ ùx^' On peut obtenir la solution de cette équation sous forme d'une série. La solution contient des constantes arbitraires que l'on détermine de manière à satisfaire aux conditions aux limites, d'après lesquelles, au début de l'expérience, l'émanation est ré- pandue uniformément dans la portion i du tube seulement, et la vitesse de diffusion reste constamment nulle aux extrémités du tube. En désignant par l la longueur du tube, par Q, et Qo les quan- tités d'émanation présentes respectivement au temps t dans les portions i et a du tube, on trouve (),_(), s / --'^ I ^- (fi) T^^—^=-À^ " +y« I> TT'- / \''' /- r- 11 II Tï- I GAZ UADIOACTrFS OU K.MANATIONS. l'\y C'est cette formule qui a été utilisée pour le calcul du coefficient D. Pour s'en servir il faut connaître le rapport -j- qui est fourni par la mesure des courants de saturation obtenus sur les électrodes E, et Eo quand, la diffusion ayant été arrêtée, l'équilibre de l'éma- nation avec la radioactivité induite est établi. Généralement la mesure était faite par un autre procédé. Les électrodes restaient chargées négativement pendant la durée de la diffusion et recueillaient la plus grande partie du dépôt actif formé dans le. gaz (radioactivité induite) ; la diffusion étant arrêtée, les électrodes étaient rapidement remplacées par des électrodes sem- blables inactives, et la mesure était faite aussitôt. La durée de la diffusion variait de 1 5 minutes à a heures. Dans le calcul on ne conservait que les deux premiers termes du développement, la série étant très convergente. Les valeurs obtenues pour D étaient comprises entre o,oS et o,i^. Des expériences ultérieures^ faites dans des conditions meilleures de constance de température, ont fourni des valeurs plus concordantes comprises entre o , o- et o , 09. On n'a constaté aucune influence de l'humidité de l'air ni aucune pertubation provenant de l'action du champ électrique; ce dernier fait tend à prouver que l'émanation n'est pas changée. La méthode qui vient d'être exposée ne semble pas se prêter à des mesures très exactes. Une perturbation considérable doit se produire au moment où l'on ouvre la paroi. De plus la mesure du courant dans les sections 1 et ■>. du tube doit être influencée par le manque d'uniformité dans la distribution de l'émanation. Si les expériences comportaient une précision suffisante, il serait facile de tenir compte de la destruction spon- tanée de l'émanation pour des temps de diffusion plus longs. P. Curie et M. Danne ont mesuré le coefficient de diffusion de l'émanation du radium par une méthode différente ( ' ). Considérons deux réservoirs i et •> (fig. m) qui communiquent entre eux par un tube étroit de longueur l et de section s. Les vo- lumes des deux réservoirs sont <^, et v-2. Au début le réservoir i contient de l'émanation. La pression du gaz est la même dans les (') Curie et Danne, Comptes rendus, 1900. 238 CIIAIMTHK VI. deux réservoirs au début de l'expérience et reste la même pendant la durée de celle-ci, mais l'émanation diffuse du réservoir i vers Fie. 5i. le réservoir :i par le tube de communication. On peut admettre que la concentration n de l'émanation est constante en tous les points d'une section du tube; on peut aussi admettre que la diffu- sion à l'intérieur des réservoirs se fait très rapidement, et que les concentrations de l'émanation au temps y sont uniformes et égales respectivement i, à Ni et N^. Les quantités totales d'émanation dans les deux réservoirs sont alors '/i = î^f] '^1 t-'t 72 = NaT^. L'émanation du radium se détruit lentement, de sorte que si le tube n'est pas trop long, le régime de l'écoulement n'est pas mo- difié par la destruction de l'émanation lors de son passage dans le tube. La quantité d'émanation qui traverse par unité de temps une section du tube est égale à — 5 D — . le sens positif 0 x de la diffusion étant dirigé du réservoir 1 vers le réservoir •>.. Quand le régime de la diffusion est établi, cette quantité est la même, à un mo- ment donné, quelle que soit la section considérée, et l'on a, par suite^ '72 \ <)n N, — N-, I '(?l-^'72), dont les intégrales sont ('10 ■. ^_ 7-2 _ ('h -'II'] e AV. ( t'i ("2 \ «'I 1^2 OÙ •vD / I La mesure de ç, et q> au même temps t permet donc de calculer la valeur du coefficient )/ et par suite celle de D. Il est d'ailleurs préférable d'effectuer une série de mesures pour des "valeurs de t différentes. La différence des concentrations dans les deux ré- servoirs décroît suivant une loi exponentielle plus rapide que celle qui caractérise la destruction de l'émanation. Si, en particulier, le volume <,'■:, est très grand par rapport à t^, la deuxième des relations (III) se simplifie et devient -, . .si) ( l\ ) 71 = ' '/i )„<' '' ' "vec A ~ A , '1 ' L'expérience consiste alors à mesurer l'activité du réservoir i à des intervalles de temps déterminés, et à construire la ligne qui représente le logarithme du rayonnement en fonction du temps. On obtient ainsi une droite dont l'inclinaison permet de calculer le coefficient A' et la valeur de D. La température doit rester constante pendant la durée de l'expérience. P. Curie et M. Danne employaient un réservoir muni d'un tube capillaire qui était ouvert à l'air libre. Les formules (IV) sont applicables à ce cas. La quantité d'émanation contenue dans le réservoir était évaluée par la mesure du rayonnement extérieur de celui-ci, l'appareil de mesures étant absolument semblaljle à celui employé pour l'étude de la loi de décroissance de l'éma- nation. Les diamètres des tubes employés variaient entre o"",(M) et o"", 4 ; les longueurs des tubes entre V '" et .k)"". Les valeurs •a4o chapitre VI. obtenues pour D étaient comprises entre <>,<>() 1 et o, i i .i; les valeurs de D obtenues en faisant varier la longueur du tube concordent mieux entre elles que les valeurs obtenues en faisant varier la section, les tubes larges donnant^ dans ce dernier cas^ des valeurs plus faibles que les tubes étroits. Le volume du réservoir variait entre (3""' et 27''"'. La valeur moyenne obtenue pour D est 0,100 environ Les écarts entre les expériences peuvent être attribués aux oscillations du gaz qui ont pu être provoquées par des variations de la tem- pérature du réservoir, ou par des variations de la pression atmo- sphérique pendant la durée de l'expérience. La forme du réservoir s'est montrée sans influence; on peut donc conclure que la vitesse de l'écoulement de l'émanation par le tube capillaire est proportionnelle pour un tube donné à la concentration de l'émanation dans le réservoir. La mesure de coefficient de diffusion de l'émanation du radium par cette même méthode a été reprise récemment dans des con- ditions de précision meilleure ('). La diffusion avait lieu entre deux réservoirs réunis par un tube étroit et ne communiquant pas avec l'air libre. Le réservoir qui contenait à l'origine l'émanation avait un volume d'environ 100'""; l'autre réservoir était un ballon de verre d'environ 1 >. litres de capacité. L'appareil était plongé dans un bain de glace fondante. La valeur obtenue pour le coefficient de diffusion D à la température o" et sous la pression atmosphé- rique normale est D — 0,101 "). Cette valeur est très voisine de la moyennne des expériences Curie et Danne. Le dispositif expérimental est représenté dans la figure 5:4. Les expériences qui ont été décrites ont montré que le coefficient de diffusion de l'émanation du radium dans l'air est peu différent de o, I et qu'il est^ par conséquent^ du même ordre que les coefficients de diffusion de divers gaz dans l'air. On peut d'ailleurs remarquer que la détermination du coefficient de diffusion d'une émanation (') CiiAUMONT, Le liadiiim, kjixj. GAZ HADIOACTIFS OU EMANATIONS. 241 n'exige que des mesures de rayonnnement et peut, pour cette raison, être effectuée plus facilement qu'une détermination ana- logue pour un gaz ordinaire. Voici un Tableau qui indique les coefficients de diffusion de E/ectrcfnhira- ,-So/ TWWm'MM quelques gaz dans l'air; on a désigné par M la masse moléculaire de ces gaz : Vapeur d'eau 0 = 0,198 JM = 18 Gaz carbonique 0,142 44 Vapeur d'alcool o, loi 4<' Vapeur d'éther 0,077 74 On sait qu'il existe une loi empirique d'après laquelle le coef- ficient de diffusion mutuelle de deux gaz varie appproximati- vement en raison inverse de la racine carrée du produit de leurs masses moléculaires. Par son coefficient de diffusion, l'émanation du radium vient se placer à côté des gaz qui ont une assez grande masse moléculaire; cependant la masse, évaluée d'après la loi considérée, serait au-dessous de 1 00. D'autre part_, certaines con- sidérations théoriques ont conduit M. Rutherford à attribuer aux émanations en général, et à celle du radium en particulier, ime C. — I. 16 242 CHAPITRE VI. masse moléculaire très grande et supérieure à i-'.oo. Le désaccord entre le nombre déduit des expériences de diffusion et celui que propose la théorie, a provoqué de nouvelles recherches qui sont relatives au passage de l'émanation au travers de tampons poreux. Une telle série d'expériences est due à M. Makower qui utilisait des tampons de plâtre ( ' ). On comparait la vitesse de passage de l'émanation mélangée d'air au travers du tampon à celle d'autres gaz tels que l'hydrogène, l'oxygène, le gaz carbonique et le gaz sulfureux. D'après une loi expérimentale dite loi de Graham, le produit K\/M du coefficient K, caractéristique de la vitesse de pas- sage_, par la racine carrée de la masse moléculaire M^ doit rester approximativement constant. Cette loi n'est pas rigoureuse, et le produit Ky/M croît en même temps que K, mais si l'on porte K en abscisses et le produit Ky/M en ordonnées, on constate que les points qui correspondent aux gaz indiqués plus haut se trouvent sur une même ligne droite. Cette droite a servi par extrapolation à évaluer le poids moléculaire de l'émanation du radium, qui s'est trouvé placé entre 85 et f)t). Une autre étude comparative de la diffusion de l'émanation du radium et du gaz carbonique, au travers d'une plaque poreuse, a fourni^ par application simple de la loi de Graham^ le nombre 1 80 pour le poids moléculaire de l'émanation (-). Enfin M. Per]dns (^) a comparé la vitesse de passage de l'émanation du radium au travers d'une plaque d'asbeste à celle de la vapeur de mercure à une température comprise entre -ibo^ et i-.")^. La chambre de diffusion étanche contenait de l'hydrogène et de la vapeur de mercure, ou de l'hydrogène et de l'émanation. Cette chambre était traversée par un tube de fer dont la paroi contenait le tampon poreux. Un courant d'hydrogène traversait le tube et entraînait le gaz qui diffusait; celui-ci était recueilli à la sortie du tube. Les coefficients qui caractérisent la vitesse de passage sont o,o34 pour l'émanation du radium et 0,0.)^ pour la vapeur de mercure. Il en résulterait pour l'émanation, d'après la loi de Graham, un (') Makower, Phil. Mag., ir)o3. {-) BuMSTEAD et Whekler, Pliil. Mag., içjo.j. (■^) Peukixs, Amer. Journ. of. Se. 1908. GAZ RADIOACTIFS OU KMANATIONS. "î^'i poids moléculaire 28 /î. Toutefois l'expérience faite dans ces con- ditions comporte des difficultés et des causes d'erreur. La vapeur de mercure a été choisie pour la comparaison, parce que la molécule de cette vapeur possède un grand poids molécu- laire et qu'elle est, de plus, monoatomique. Or l'émanation, d'après la théorie, doit avoir aussi un poids moléculaire élevé; il résulte d'ailleurs des expériences sur la nature chimique des émanations, que celles-ci sont probablement des gaz monoatomiques inertes de la famille de l'argon; on espérait, pour ces deux raisons, pouvoir effectuer pkis sûrement la comparaison des deux gaz étudiés. La diffusion de l'émanation du thorium a été étudiée par M. Ru- therford. Aucune des inéthodes précédemment décrites ne pou- vant s'appliquer au cas considéré, une méthode différente a été adoptée. Voici en quoi consiste cette méthode ( ' ). Une plaque G couverte d'hydrate de thorium {fig. ^)^) est placée horizontalement MM au fond d'un cylindre en laiton P d'une grande hauteur. L'éma- nation dégagée diffuse vers le haut du cylindre, et l'on peut admettre que sa concentration n reste constante dans chaque section de celui-ci. Si Ox est la direction de la diffusion, l'équation qui carac- térise celle-ci est la même que dans le cas de la méthode de Lo- (') KuTiiEiiKORD, BadioactivUy. 244 CJIAPITRE VI. schmidt. Cette équation est la suivante : dn ,_ O'^ii — = D An, dt dx'- D étant le coefficient de diffusion de l'émanation dans le gaz qui la contient et A le coefficient de destruction de l'émanation. Quand un temps suffisant s'est écoulé, un régime permanent se trouve établi, et la concentration de l'émanation conserve alors dans chaque section du cylindre une valeur constante et d'autant plus faible que l'on se trouve plus loin de la surface de l'hydrate de thorium. On a, en ce cas, ^, <^- n D = kn, ax- d'où, en intégrant. n = \.c ^ iie A et B sont deux constantes arbitraires à déterminer. On doit faire B = o^ puisque pour a; = co on doit avoir n = o. On aura alors, en désignant par n,, la concentration au contact de la surface active où a; = o, Par conséquent la concentration de l'émanation décroît en fonc- tion de la distance x suivant une loi exponentielle dont le coeffi- cient caractéristique estt/ — • Ce coefficient peut être déterminé par l'expérience, et l'on peut en déduire la valeur de D, si a est connu. Au lieu d'étudier directement la distribution de l'émanation le long du cylindre, M. Rutherford plaçait dans l'axe de celui-ci une électrode cylindrique E, qui reste réunie pendant toute la durée de l'expérience au pôle négatif d'une batterie d'un grand nombre d'éléments^ dont le pôle positif est réuni au cylindre. L'électrode centrale récolte un dépôt de radioactivité induite, et l'on peut admettre que, le long de l'électrode, la radioactivité induite est en chaque point proportionnelle à la concentration de l'émanation dans le gaz au niveau du môme point. L'activation dure un à GAZ RADIOACTIFS OU ÉMAXATIOXS. 2^5 deux jours, le cylindre étant rempli d'air sec et conservé à une température constante. La tige est ensuite retirée, et l'activité des diverses portions de la tige est étudiée par la méthode électrique. Cette mesure peut se faire facilement, l'activité induite due à l'émanation du thorium décroissant très lentement en fonction du temps après activation longue, et surtout au début de la désacti- vation. On trouve que la radioactivité décroît de moitié sur une longueur de i'"",ç) environ. En admettant pour a la valeur 0,0 1 3, on trouve pour D la valeur oyxj un peu supérieure à celle trouvée par le même auteur avec l'émanation du radium. M. Makower a comparé les vitesses de diffusion des émanations du radium et du thorium au travers du même tampon poreux, et en a conclu que les deux émanations devaient avoir des poids moléculaires voisins. La diffusion de l'émanation de l'actinium a été étudiée par M. Debierne par une méthode semblable à celle que M. Rutherford avait employée avec l'émanation du thorium ('). Sous la forme que lui a donnée M. Debierne. l'expérience est susceptible d'une grande précision, et pour cette raison le dispositif expérimental sera décrit ici d'une manière détaillée ( ' ). Le composé d'actinium était placé dans une petite cuvette plate c, occupant tout le fond d'une boîte parallélépipédique [fig. 54). Dans la partie centrale de la boîte et au-dessus de l'acti- nium on avait disposé deux lames métalliques U, l^, assez minces. Ces deux lames glissaient dans des rainures bien parallèles et pouvaient être retirées très rapidement. Pour rendre la tempéra- ture uniforme et pour éviter tout remous gazeux, ce qui est indis- pensable dans les expériences de cette nature, la boîte métallique était à doubles parois, et entre les deux parois étaient disposées des cloisons permettant d'établir une circulation d'eau tout autour de la boîte intérieure; le couvercle portait également une double paroi cloisonnée^ parcourue par le même courant d'eau. Les deux lames rectangulaires avaient des dimensions de 6^"^ sur 8''", et étaient disposées bien parallèlement, soit à 4"^°^ soit à 2^^ l'une de l'autre. Les lames étant placées dans l'appareil au-dessus du sel d'acti- (■) Debierne, Le liadium^ "J'^T- 9.46 CIIVPITUK VI. nium et, le courant d'eau passant autour de la boîte, on laissait s'établir le régime. Au bout de 20 à 24 heures on enlevait le cou- vercle et Ton retirait les lames activées. On plaçait ensuite l'une des lames dans l'appareil de mesures, pour déterminer la distri- bution de la^radioactivité induite sur la face regardant l'autre lame. Quand l'état de régime est établi, la concentration n de l'éma- nation dans une tranche de gaz située à la distance x de la sub- stance active est représentée par la formule Vl où rio est la concentration au contact de la substance active. La concentration de l'émanation peut être mesurée soit par l'ionisation produite dans le gaz, soit par la radioactivité induite produite sur des parois solides. La deuxième méthode est plus facile à réaliser. GAZ RADIOACTIFS OU EMANATIONS. 247 D'après les expériences de M. Debierne, les deux méthodes peuvent servir indifféremment pour mesurer la concentration de l'éma- nation de l'actinium, le pouvoir activant de celle-ci étant propor- tionnel à son pouvoir ionisant, en tout point qui n'est pas très voisin de la substance. L'appareil de mesures est représenté dans la figure 55, Il comprend un condensateur C, dont le fond est percé d'une fente r'ig. 55. ^,.g-:S-C~ £ lect rom êtro ^So^Jffjv)AfJ^ * \ \ \ \ \ \ s \J 0,5 X \, \ », \ s \, xJ S, >fc s \ \ s. k 0 N \ \ \ \ \ s \ \ riences; on a porté en abscisses les distances à la substance active, et en ordonnées le logarithme de l'activité correspondante au même instant. On voit que, pour une même expérience, les points obtenus se trouvent sur une même droite, ce qui indique que la loi de décroissance est bien une exponentielle simple. L'inclinaison de cette droite permet de calculer l'exposant de l'exponentielle, d'où l'on peut déduire le coefficient de diffusion. Plusieurs séries d'expériences ont été exécutées en faisant varier certaines conditions. La droite I est relative à une expérience où la distance entre les lames était de 4™^, la droite lia une autre GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 249 expérience où la distance était a^^™; dans les deux cas la matière était placée à la partie inférieure de la boîte, et la diffusion se faisait vers le haut. Pour rechercher si un courant gazeux ascen- dant ne pouvait se produire, par exemple par suite du petit dégage- ment de chaleur du sel d'actinium, une expérience a été disposée de manière à faire diffuser l'émanation vers le bas. La substance employée était constituée par de petits grains suffisamment gros pour ne pas traverser une toile métallique fine; elle était placée dans une petite cuvette plate dont le fond était en toile métallique, et cette cuvette était disposée à la partie supérieure de la boîte à température constante. Les deux lames étaient placées au-dessous. Le résultat fut absolument identique au précédent; la droite III qui représente cette expérience est bien parallèle aux autres droites ( ' ). D'après l'ensemble des expériences l'activité diminue de moitié quand la distance à la substance active augmente de 5™™, 5, à la température de i5° et à la pression atmosphérique ordi- naire. En posant on trouve D = G, I 12. Les nombres obtenus dans les différentes expériences diffèrent de moins de :i pour loo. Le coefficient ainsi obtenu doit avoir une grande exactitude. En effet, la méthode est simple, les mesures précises, et les résultats tout à fait réguliers et conformes à la théorie. Il résulte de ce travail que l'émanation de l'actinium se diffuse probablement plus rapidement que les émanations du radium et du thorium, dont les coefficients de diffusion sont, d'ailleurs, connus avec moins de précision. L'émanation de l'actinium est donc proba- blement celle des trois émanations dont le poids moléculaire est le plus faible. Si l'on compare son coefficient de diffusion dans l'air à celui du gaz carbonique, la loi empirique^ d'après laquelle le coefficient de diffusion varie en raison inverse de la racine carrée (') M. Ramsay avait cru observer une ascension de rémanation de l'actinium dans l'air; cette expérience montre que ce phénomène n'existe pas en réalité. 25o CHAPITRE VI. du poids moléculaire^ conduit à assigner à l'émanation de l'actinium un poids moléculaire voisin de 70. Cette même méthode a été utilisée pour l'étude de la diffusion de l'émanation de l'actinium dans ll'air sous diverses pressions et dans les gaz autres que l'air (' ). Les dimensions de la chambre de diffusion doivent dans certains cas être modifiées. La théorie de l'expérience suppose, en effet, que la concentration de l'émanation devient sensiblement nulle à l'extrémité des lames. Quand le coefficient de diffusion augmente, l'émanation diffuse à une dis- tance plus grande de la matière active, et l'on doit augmenter la longueur des lames. Les valeurs du coefficient de diffusion de l'émanation dans différents gaz sont indiquées dans le Tableau suivant : Gaz. D. / Debierne o,!!?. à i5° et à la pression normale Air Bruhat o,iii » ( RUSS O, 120 » \ Bruhat 0,412 » ( Russ o,33o » Hydrogène ^ , . i Bruhat 0,077 » Gaz carbonique. { ^ ( Russ 0,073 » Gaz sulfureux. . Russ 0,062 » Argon Russ 0,106 » La diffusion de l'émanation dans l'argon a été étudiée dans le but de s'assurer si la loi empirique qui relie le coefficient de diffusion et la masse moléculaire s'applique aux gaz monoato- miques. La comparaison des coefficients de diffusion de l'éma- nation dans l'air et dans l'argon est favorable à cette loi. Si la loi empirique s'appliquait rigoureusement, le rapport des coefficients de diffusion d'un gaz A dans deux gaz B et C serait indépendantMu choix du gaz de comparaison A. Dans le Tableau suivant on a représenté pour différents gaz les rapports des coeffi- cients de diffusion dans l'air et dans le gaz carbonique d'une part, dans l'air et l'hydrogène d'autre part. (') Sydney Russ, Phil. Mag.^ mars iyo|). — Bhuiiat, Comptes rendus, mars lyofj; Le liadium^ 1909. GAZ BADIOACTIFS OU EMANATIONS. 2DI OçQ^ . £"11 . Uair i^air Elher 'S 71 3, S Alcool métliylique (),()G 3, S Alcool <')67 3,7 Acide fo nui que OjGj 3,9 Acide act'tiqiie 0,67 3,8 Formiale d'cthyle •^,67 8,9 Benzène 0,70 0,9 Eau "5 , 67 3,5 Gaz carboiiicfue » 3,8 Emanation de raclinium o,()8 3,7 L'émanation de l'actinium suit donc bien la règle énoncée au même degré d'approximation que les autres gaz. Les coefficients de diffusion de l'émanation du thorium dans l'air et dans l'argon ont été déterminés par M. Russ au moyen de la même méthode. Les nombres trouvés sont D,,i,= o,lo3, Dartroii= 0,084. Il en résulte que la masse moléculaire de l'émanation du thorium serait plus grande que celle de l'émanation de l'actinium, le rapport évalué d'après la loi empirique étant i, 4'^« Il était important de se rendre compte si les coefficients de diffusion des émanations radioactives variaient de la même manière que les coefficients de diffusion des gaz en fonction de la pression et de la température. Le coefficient de diffusion mutuelle de deux gaz varie en raison inverse de leur pression totale, et augmente avec la température. Le Tableau suivant donne les résultats d'expériences faites à diverses pressions ('). La température n'ayant pas été exactement la même pour les différentes expériences, on a effectué une correc- tion qui consiste à admettre que le coefTicient D varie propor- tionnellement à T-, T étant la température absolue. Des expé- riences faites à la température de la glace fondante ont permis de s'assurer que la petite correction ainsi apportée est suffisamment exacte. (■ ) Bruhat, loc. cit. 25-2 CIIAPITRK VI. Dans le Tableau on a indiqué dans la première colonne la pression de l'air p, dans la deuxième colonne la température t, dans la troi- sième la valeur du coefficient de diffusion D pour l'émanation de l'actinium, dans la quatrième la valeur du produit ^ • p- t. D. 760 i5 0,112 10,2 10 367 i5 0,245 10,3 ) 362 12 0,224 lo ) 287 11,5 0,33 11,6 ) 235 14 0,343 9,9 ' 209 i3,5 0,404 10,2 > i34 l3,2 0,61 9,9 ' 127 16,3 0,55 8,5 ) 97 14,8 0,93 10, S 1 71,5 16,1 I ,i65 10 » 52 i5 1 ,62 10 ) 36 16 ■^''9 10 ) 25 i3 3,65 1 1 > 9 i>.,3 9,1 10 » 765 0 0,095 9,8 .. 764 0 0,096 9,9 » On voit que le coefficient de diffusion de l'émanation de l'acti- nium dans l'air varie très sensiblement en raison inverse de la pression de l'air, les écarts de cette loi n'ayant pas de caractère systématique. L'ensemble des expériences effectuées sur la diffusion de l'éma- nation de l'actinium prouve que la diffusion des émanations est un phénomène bien régulier, en tout point analogue à la diffusion des gaz ordinaires, et cela malgré l'extrême dilution des émana- tions. Il n'y a d'ailleurs aucune raison théorique ou expérimentale pour supposer que les lois de diffusion puissent cesser de s'appli- quer quand la concentration d'un gaz devient très faible. Le coefficient de diffusion des émanations peut donc être défini et mesuré avec précision. Les valeurs expérimentales obtenues rapprochent les émanations des gaz dont la masse moléculaire est comprise entre 70 et 100. Si l'on veut étendre aux émanations la loi empirique indiquée plus haut, on peut en conclure que les GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 2)3 masses moléculaires des émanations sont comprises entre ces limites. Il est intéressant de comparer ce résultat aux prévisions qui découlent de considérations théoriques. Les corps radioactifs ont des poids atomiques élevés. MM. Rutherford et Soddy ont admis que les émanations radioactives sont des gaz à molécule monoatomique et à poids atomique également élevé. Par exemple, un atome d'émanation du radium serait formé à partir d'un atome de radium à la suite de l'expulsion par celui-ci d'une particule a dont la masse atomique est égale à |. puisqu'il a été prouvé que cette particule représente un atome d'hélium. Si donc le poids atomique du radium est égal à 226, celui de l'émanation du radium serait égal à 222. Des raisonnements analogues conduisent à penser que les émanations du thorium et de l'actinium doivent aussi avoir des poids atomiques élevés. Les expériences de diffusion ne semblent pas confirmer ces prévisions. Il importe cependant de remarquer que la théorie cinétique ne prévoit aucune relation simple entre le coefficient de diffusion de deux gaz l'un dans l'autre et leurs masses moléculaires. Dans l'hypothèse de chocs élastiques entre molécules, le coefficient de diffusion doit dépendre non seulement des masses des molécules, mais aussi de leurs dimensions. Une méthode plus sûre pour la détermination des masses molé- culaires consiste à utiliser le phénomène d'effusion ou écoulement d'un gaz au travers d'une petite ouverture. La vitesse d'effusion, toutes conditions égales d'ailleurs^ est exactement en raison inverse de la racine carrée de la masse moléculaire. 63. Absorption de rémanation du radium par les liquides. Solu- bilité. Diffusion dans les liquides. — Au cours de leurs recherches sur la production de la radioactivité induite en présence de sels de radium, P. Curie et M. Debierne ont constaté que l'activité peut être communiquée aux liquides et, en particulier, à l'eau distillée ('). L'eau peut être rendue radioactive par divers procédés. On peut, par exemple, séparer^ par distillation en vase complètement clos, l'eau d'une dissolution de chlorure de baryum radifère faite (') Curie et Debierne. Comptes rendus, 1901. 254 CHAPITRE VI. depuis quelques jours; l'eau distillée ainsi obtenue est fortement radioactive. Un second procédé, encore plus simple, consiste à mettre dans une enceinte parfaitement close deux cristallisoirs renfermant, l'un une dissolution de sel radifère, l'autre de l'eau distillée; au bout d'un temps suffisant l'eau distillée est devenue active, la communication de la radioactivité se faisant par l'inter- médiaire des gaz de l'enceinte. On peut encore enfermer une solu- tion de sel radifère dans une capsule de celluloïd complètement fermée, que l'on fabrique avec de la feuille de celluloïd^ dont les bords se soudent quand ils ont été humectés d'un peu d'acétone. Le celluloïd joue le rôle d'une membrane semi-perméable parfaite, et aucune trace de sel ne traverse les parois, tandis que l'activité de la dissolution se communique très bien à l'eau extérieure. Quand deux ballons A et B, dont l'un A contient une solution aqueuse de sel radifère, et l'autre B de l'eau distillée, sont mis en communication, l'activité de la solution se communique à l'ean distillée^ et un état de régime s'établit au bout de quelque temps. Quand ce régime est atteint, et quand les deux ballons ont même volume et contiennent une même quantité de liquide, leur rayonnement extérieur a la même valeur. Si toutefois on sépare les deux ballons et qu'on les conserve fermés, l'activité du ballon A qui contient la solution radifère se trouvera augmentée après quelque temps, tandis que l'activité du ballon B contenant l'eau distillée active disparaît lentement avec le temps et finit par s'évanouir. Les deux ballons étant en équilibre comme précédemment, et ayant le même rayonnement extérieur, on peut les ouvrir et les laisser quelque temps en communication avec l'air libre. On con- state que les deux ballons perdent alors presque complètement leur rayonnement extérieur; mais si on les referme, le ballon B reste inactif, tandis que l'activité du ballon A se régénère et reprend peu à peu sa valeur primitive. Un sel radifère solide laissé à l'air libre ne se désactive pas d'une manière sensible. Mais un tel sel n'est pas non plus capable de produire dans son voisinage une activation aussi intense que celle que l'on peut obtenir avec la solution du même sel utilisée dans les mômes conditions. Toutes ces expériences peuvent s'expliquer par les propriétés de GAZ RADIOACTIFS OU EMANATIONS. 233 l'émanation du radium qui se comporte comme un gaz soluble dans l'eau. Ce gaz produit par le radium s'accumule dans les grains du sel solide ; mais si le sel est en solution, l'émanation se dissout elle-même et peut s'échapper dans l'air par l'intermédiaire du liquide. Quand l'air chargé d'émanation se trouve au contact de l'eau, celle-ci s'active en absorbant l'émanation. Si cette eau est ensuite enfermée, de manière que l'émanation ne puisse pas s'échapper, la désactivation se produit lentement à mesure que l'émanation se détruit. De nombreuses recherches ont démontré la présence de l'éma- nation du radium dans l'eau de diverses sources, dans l'eau de mer et dans les sources de pétrole; l'émanation du radium est plus facilement absorbée par le pétrole que par l'eau. Les expériences de P. Curie et de M. Debierne relatives à l'absorp- tion de l'émanation du radium par l'eau ne pourraient être répétées avec les émanations du thorium et de l'actinium dont la destruction est trop rapide. L'émanation du radium se dissout dans l'eau dans une propor- tion déterminée. Les premières expériences à ce sujet sont dues à M. V. Traubenberg qui a étudié l'émanation contenue dans l'eau des sources de Fribourg^ et a montré que les lois de solubilité des gaz dans les liquides s'appliquent à cette émanation ( ' ). La pré- sence d'une émanation radioactive dans les eaux de source venait d'être constatée par M. Himstedt et M. J.-J. Thomson. M. V. Traubenberg se servait d'une pompe aspirante et foulante qui permettait de faire passer un grand nombre de fois un volume d'air déterminé au travers d'une certaine quantité d'eau, et d'envoyer ensuite cet air dans un appareil où son ionisation était mesurée. Après un nombre suffisant de passages il s'établit entre l'air et l'eau un régime permanent, et l'activité acquise par l'air prend une valeur constante qui peut être loo fois plus grande que celle que l'on observe pour l'air ordinaire. Soient t^i et p.. les volumes d'eau et d'air employés, a le coefficient de solubilité de l'émanation dans l'eau,"', et -'. les concentrations (') V. TuAUBEXiJERG, Pliys. Zeit., 1904. a56 CHAPITRE VI. de l'émanation dans l'eau et dans l'air. On a Y 2 et l'ionisation mesurée est proportionnelle à yo- On enlève alors l'air actif, et on le remplace par un volume égal d'air ordinaire dont l'activité est négligeable; puis on rétablit la circulation de l'air dans l'eau jusqu'à ce qu'un nouveau régime soit obtenu; la concentration de l'émanation dans l'air devient alors y.',, et cette concentration est évaluée par l'ionisation dans l'appareil de mesures. Si l'on écrit que l'émanation contenue dans l'eau après la première circulation s'est partagée, lors de la deuxième circu- lation^ entre l'eau et l'air comme un gaz dont le coefficient de solu- bilité est a, on obtient la relation Yi ''i = Y2 '^ ^1 = Yî ( '^ '-'1 + "s ), d'où y', t'ia l'a Vo Y2 l'ia^-cj (', Y., Si l'activité de l'air ordinaire n'est pas négligeable, les concen- trations Y2 et y', qui interviennent pour la mesure du coefficient a sont mesurées par les excès de l'activité de l'air qui a barboté dans l'eau sur celle de l'air ordinaire. Le coefficient de solubilité ainsi déterminé était a=u,34 à la température ordinaire. On a pu constater d'ailleurs que l'éma- nation étudiée était celle du radium. Au lieu d'utiliser la méthode de circulation sous la forme indiquée^ on peut aussi opérer d'une autre manière qui consiste à agiter avec un volume de liquide donné un certain volume d'air contenant de l'émanation du radium ( ' ). Pour cela on peut se servir de deux ballons de même volume placés l'un au-dessus de l'autre et communiquant par un robinet à large voie ; le ballon inférieur est rempli de liquide, le ballon supérieur de gaz. On fait circuler le liquide et le gaz dans les deux ballons au travers du robinet de communication. Quand on juge que l'équilibre est atteint, on (') lloFMANN, Phys. Zeit., içjdô. — Ivoi'i.kr, Phys. Zeit., njo;. GAZ aVDIOVCTIFS OU EMANATIONS. '2J7 redresse l'appareil, on ferme le robinet, et le liquide et le gaz se trouvent séparés. On peut alors procéder à la mesure de l'activité du gaz. L'eau active est ensuite secouée à nouveau avec le même volume d'air frais, et l'activité acquise par cet air est mesurée comme précédemment. Voici les résultats obtenus pour la solubilité de l'émanation du radium dans l'eau et dans d'autres liquides à diverses tempéra- tures : Eau (Hofinann). Pétrole ( Hofinann). à la température ordinaire. Température. a. Température. a. o o V. Traubenberg . . . . 0,84 3 o,245 —21 22,7 Mâche (') o,3i 20 o,23 -H 3 12,87 Hofmann o,23 .\o 0,17 20 9,55 Kofler 0,27 60 o.i35 40 8,i3 70 0,12 60 7,01 80 o , j 2 Température ordinaire. Liquide. a. Eau o,3o environ Pétrole 9/JJ » Hofmann Toluène 11,75 » » Alcool 5,6 » Kofler Eau de mer o,i65 » » On voit que^ conformément à ce qui a lieu pour les autres gaz, le coefficient de solubilité de l'émanation dans un liquide décroît quand la température augmente. L'émanation est^ d'ailleurs^ beaucoup plus soluble dans les liquides organiques que dans l'eau, et à basse température le coefficient d'absorption pour ces liquides peut devenir très grand (a = (ij à — -9° pour le toluène). L'émanation est moins soluble dans les solutions salines que dans l'eau, et d'autant moins que la concentration en sel est plus grande. D'après AL Kofler le coefficient obtenu avec les solutions équimoléculaires serait le même et égal à o , 1 6 pour une solution de concentration normale (NaCl, CuSO', KCl). Pour les mélanges d'alcool et d'eau le coefficient de solubilité de (') iMache, Acad. de Vienne, 1904. C. — I. 17 258 (UiAPiTRi: VI. l'éinaiiation du radium varie d'une manière continue avec la pro- portion relative des deux liquides. La diffusion de l'émanation du radium dans l'eau a été étudiée par une méthode analogue à l'une de celles utilisées pour l'étude de la diffusion dans les gaz ( ' ). L'expérience consistait à faire absorber l'émanation en vase clos par un liquide contenu dans un vase cylindrique allongé. On pouvait prélever des portions du liquide à différentes hauteurs et mesurer l'activité de ce liquide dans un condensateur. La théorie de l'expérience est absolument ana- logue à celle qui a été établie pour la diffusion de l'émanation du thorium. La concentration de l'émanation n est exprimée en fonc- tion de la profondeur de pénétration x dans le liquide par la for- mule suivante : n — n„e ' ^ , n^ étant la concentration de l'émanation à la surface du liquide, D le coefficient de diffusion de l'émanation au sein du liquide et a le coefficient de destruction de l'émanation. On trouve, pour l'émanation du radium, t / — = i . (i pour l'eau et 0.-5 pour le toluène. D'après cela on obtient dans le cas de l'eau D = 0,066 -. ) U U I' Le nombre trouvé par M. Stefan pour le coefficient de diffusion du gaz carbonique dans l'eau est i ,)() -. — ■; l'émanation se diffuse donc dans l'eau plus lentement que it gaz carbonique. Gi. Absorption de l'émanation du radium par les solides. — Les substances solides qui ont été activées en présence de sels radifères perdent, en général, leur activité suivant une loi caractéristique indépendante de la nature de la substance. P. Curie et M. Danne ont montré que, > heures après le début de la désactivation, l'activité décroît de moitié en une période d'environ ^B minutes. Ils (') Wallstabe, Pliys. Zeit., 1900. GAZ RADIOACTIFS OU EMANATIONS. 2 39 ont toutefois trouvé que pour certaines substances la décroissance est beaucoup plus lente ( ' ). Le phénomène est extrêmement mani- feste avec le celluloïd et le caoutchouc. La paraffine et la cire le présentent à un degré moindre; il se fait déjà sentir avec l'alun et le plomb. Cet effet peut être attribué à l'absorption d'une certaine quantité d'émanation par les corps solides, surtout par ceux qui sont mous ou poreux. On constate d'ailleurs que le celluloïd^ qui a été activé pendant un temps long, émet ensuite de l'émanation pendant plusieurs jours; cependant il finit par se désactiver com- plètement. L'expérience a montré que les tubes de porcelaine sont traversés à chaud^par l'émanation du radium ainsi que les tubes de fer. Le quartz à chaud n'est pas traversé. Le verre à froid absorbe très peu d'émanation, le cuivre en absorbe un peu plus et le plomb encore .«5 100 Fig. 57. 1 80 c; 60 / 1 40 / .1 j / 20 / 1 . 100' 200° 300° 400' 500' davantage. Dans quelques expériences la quantité d'émanation absorbée par le verre, le cuivre et le plomb en vase clos était de l'ordre delà fraction 10"" de la quantité présente dans les ,vases employés. M. Rutherford a montré que le charbon de bois, et surtout le charbon de noix de coco, absorbe très énergiquement l'émanation (') Curie et Danne, Comptes rendus, 1903. ^6o CHAI'ITRi; VI. du radium à la température ordinaire ( ' )_, mais qu'il la dégage ensuite quand il est chauffé au rouge. La proportion de l'émanation non absorbée par le charbon croît régulièrement avec la température; la loi d'accroissement est représentée dans la figure 5-. L'absorp- tion est sensiblement complète à i 5"^ elle devient pratiquement nulle à 4oo" pour la quantité d'émanation employée (-). Quand on emploie de grandes quantités d'émanation^ l'absorption n'est plus complète à la température ordinaire; il semble se produire une espèce de saturation. L'écume de mer^ la mousse de platine^ le noir de platine^ absor- bent facilement l'émanation du radium, ainsi que cela a lieu pour le charbon^ et le pouvoir absorbant semble dépendre de l'état phy- sique de la substance^ en particulier de l'état de sa surface (^). 65. Condensation des^ émanations. — MM. Rutherford et Soddy ont découvert ce fait important que les émanations radioactives se condensent par l'action du froid comme des gaz liquéfiables à très basse température ( ' ). Quand on fait passer lentement de l'air chargé d'émanation du radium dans un long tube étroit ^ enroulé en spirale et plongeant dans de l'air liquide, l'émanation se condense dans le tube, et l'on peut conduire l'expérience de telle manière, que l'on ne constate pas du tout la présence d'émanation dans le gaz qui s'échappe du serpentin. Si ensuite on laisse le ser- pentin se réchauffer, l'émanation passe de l'état condensé à l'état gazeux et peut à nouveau être entraînée par un courant d'air. On peut mettre en évidence d'une manière très frappante la condensation de l'émanation du radium, en utilisant l'action de cette émanation sur le sulfure de zinc phosphorescent. Pour cela on peut employer le dispositif représenté dans la figure 5S. Une solution de sel de radium est placée en A dans un réservoir en verre, qui communique par un tube avec deux autres réservoirs en verre B et C. dont la paroi est recouverte de sulfure de zinc phos- phorescent. Le robinet R étant fermé, on fait le vide dans les réser- (') Rutherford, Nature, 1907. (^) Henriot, Le Radium, 1908. (^) Labordk, Comptes rendus, 1909. (^) FiuTiiERFORD et SoDDY, PhH. Mag.^ 1903. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 26 1 voirs B et C ; si ensuite on ouvre le robinet R, l'air chargé d'émana- tion qui se trouvait dans le réservoir A se répand dans les réservoirs B et C et les rend lumineux. On ferme alors le robinet R et l'on plonge le réservoir C dans l'air liquide. Au bout d'une heure, on constate que le réservoir B a perdu sa luminosité, tandis que le réservoir C est encore lumineux; l'émanation a, en effet, quitté le réservoir B Fis. 58. et est venue se condenser en C dans la partie refroidie ; cependant le réservoir C n'est pas très lumineux, parce que la phophorescence du sulfure de zinc est plus faible à la température de l'air liquide qu'à la température ambiante. On ferme ensuite le robinet R", ce qui interrompt la communication entre les deux réservoirs B et C, on retire le réservoir C du vase D contenant de l'air liquide, et on le laisse revenir à la température ambiante. Le réservoir C est alors vivement illuminé tandis que le réservoir B est toujours obscur; l'émanation, qui au début de l'expérience était répandue dans les deux réservoirs, se trouve, en effet, tout entière maintenant dans le réservoir C. Dans cette expérience la condensation de l'émana- tion se fait d'autant] plus rapidement que la pression du gaz est plus faible, la diffusion de l'émanation du réservoir B vers le iQi CHAPITRE VI. réservoir C se trouvant facilitée quand la pression est réduite. On peut aussi remarquer que le réservoir B peut conserver encore une certaine luminosité alors que l'émanation est déjà entièrement contenue dans le réservoir C; en effet, ce réservoir, ayant acquis une certaine radioactivité induite en présence de l'émanation, ne se désactive que progressivement quand l'émana- tion l'a quitté, et la disparition complète de la radioactivité induite demande quelques heures. MM. Rutherford et Soddy ont déterminé la température de condensation de l'émanation du radium de la manière suivante : Un lent courant gazeux de vitesse constante pouvait être envoyé dans une spirale de cuivre ayant 6^ de longueur et plongeant dans un bain d'éthylène liquide (fig. 5g). L'éthylène était con- stamment agité et l'on pouvait abaisser sa température en entou- Fig. 59. Flectrvmètre rant d'air liquide le vase qui le contenait. La température de la spiraleT était déterminée par sa résistance électrique qui s'est montrée approximativement proportionnelle à sa température absolue. Des essais préliminaires ont été faits à ce sujet : on faisait passer dans la spirale un courant d'intensité connue, et l'on mesurait la différence de potentiel entre les deux extrémités. Cette détermination a été faite à 0°, à la température d'ébullition de l'éthylène liquide — io3o,5, à la température de solidification de l'éthylène — l'iç)". et à la température de l'air liquide que l'on évaluait à l'aide des Tables de Baly d'après la proportion d'oxygène. La courbe qui donnait la résistance de la spirale en fonction de la GAZ RADIOACTIFS 01' KMANATIONS. 2B3 température était entre 0° et — nja^ une ligne approximativement droite passant par le zéro absolu. Voici en quoi consistait l'expérience. Le gaz contenant l'émana- tion du radium passait dans la spirale refroidie au-dessous de la température de la condensation. L'émanation ayant été con- densée, on envoyait dans- la spirale un courant d'oxygène ou d'hydrogène et on laissait monter la température. Le gaz qui passait dans la spirale pénétrait ensuite dans un condensateur cylindrique où son activité était mesurée. Cette activité était nulle tant que la température de la spirale était suffisamment basse; mais, la température augmentant, on observait à un moment donné la production d'un courant dans le condensateur; ce courant augmentait très rapidement à mesure que la température montait, et atteignait une valeur maximum. Voici par exemple les résultats obtenus avec un courant d'hydrogène correspondant à un débit de 1 '■"'', 38 par seconde : I. tensilé du courant dans Température. le condensateur. 0 — 160 0 — i5G 0 -i54,3 I — 153,8 21 — 15'2,5 24 Ces nombres indiquent que l'émanation condensée se volatilise complètement dans un intervalle de température très restreint. Le Tableau suivant renferme les résultats obtenus avec des débits variés d'oxygène ou d'hydrogène. On a désigné par T, la température à laqvielle commence la volatilisation, et par T^ la température à laquelle la moitié de l'effet maximum a été obtenue. Débi t gazeux. T,. T,. Hydrogène ... 0,25 cm 3 sec — 1 5 1 , 3 — i5o » . . . 0,02 » — 153,7 — i5f » ... 0,92 » 152 — i5i )) ... 1,38 » -i54 — 153 » ... 2,3 » — 162,5 — 162 Oxygène.. ... 0,34 » — i52,5 — i5i,5 » ... 0,58 )) — 155 — 153 Quand le courant de gaz n'est pas trop rapide, les résultats 264 cnAPiTni: vr. obtenus sont concordants; mais pour la vitesse qui correspondait à un débit de 2,3 cm' : sec, la température de volatilisation était bien plus basse, ce qui s'explique en admettant que, le régime de température ne pouvant pas s'établir en ce cas entre le gaz et le métal, la paroi interne de la spirale était à une température plus élevée que sa masse. MM. Rutherford et Soddy ont conclu que la température de condensation de l'émanation du radium est voi- sine de — iSa^, et qu'elle est très nettement définie. Les expériences relatives à la condensation de l'émanation du thorium ont été faites d'une manière un peu différente. Un cou- rant gazeux de vitesse constante passait sur de l'oxyde de tho- rium, puis dans la spirale refroidie à la température de l'air liquide, et enfin dans le condensateur démesures. L'émanation était con- densée dans la spirale, et aucun courant n'était observé dans le condensateur. On enlevait alors le bain d'air liquide, on laissait la température monter lentement, et l'on mesurait l'ionisation obtenue dans le condensateur pour diverses températures de la spirale; cette ionisation peut caractériser la quantité d'émana- tion entraînée dans le condensateur. Voici la température à laquelle on commençait à avoir une ionisation mesurable, c'est-à-dire à laquelle une petite quantité d'émanation échappait à la condensation : Courant de gaz par seconde. Température, cm' 0 Hydrogène 0,71 — 155 » 1 ,38 — ôg Oxygène o,58 — 155 La condensation de l'émanation du thorium s'étend sur un inter- valle de température beaucoup plus grand que cela n'a lieu pour l'émanation du radium. Une température de — 1 5u^ est nécessaire pour assurer la condensation presque complète, mais il faut que la température s'élève à — i 20° pour que l'on n'observe plus de condensation. La figure (io représente la proportion de l'émanation non condensée en fonction de la température pour un courant de gaz oxygène de débit égal à i , 3.')0, alors que la volatilisation complète n'a lieu qu'à — 102°. De plus P. Curie et M. Dewar, ainsi que M. Ramsay et M, Rutherford^ ont constaté dans diverses expé- riences, que si une quantité relativement grande d'émanation du radium est condensée à la température de l'air liquide, dans un récipient qui communique avec une trompe à mercure, l'émanation est constamment entraînée dans une certaine iï>«*sure à cette tem- G\Z RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. '267 pérature si basse, tant que l'on continue à faire fonctionner la trompe. On observe donc à certains points de vue des phénomènes analogues à ceux qui auraient lieu pour un gaz liquéfié, mais, d'autre part, la température de condensation de l'émanation du radium ne semble pas dépendre notablement de la concentration. Il est d'ailleurs certain que dans les expériences de condensa- tion l'émanation n'était pas présente en quantité suffisante pour qu'une véritable liquéfaction ait pu se produire, la pres- sion de la vapeur étant devenue saturante. On peut aussi rap- peler que, même pour les gaz pour lesquels cette condition est remplie, la condensation n'a pas toujours lieu à la même tempé- rature. Au sein du gaz il se produit, en général, par abaissement de température, une sursaturation, à moins que le gaz ne con- tienne des centres de condensation qui peuvent être des poussières. On peut penser avec plus de vraisemblance que la condensation des émanations très diluées à basse température présente plutôt une analogie avec l'absorption des gaz par les parois solides froides. On sait que ce phénomène est électif, c'est-à-dire que certaines matières absorbent plus ou moins facilement certains gaz. C'est ainsi que le charbon de bois absorbe très facilement à la tempé- rature de l'air liquide les gaz communs de l'air et l'argon, mais le néon et l'hélium ne sont pas absorbés. On a vu plus haut que le charbon absorbe l'émanation très énergiquement à la tempéra- ture ordinaire. Dans les mêmes conditions les parois de verre, de plomb, de cuivre absorbent cette émanation très faiblement et à un degré inégal, tandis que le celluloïd et le caoutchouc l'ab- sorbent en plus forte proportion. Si la condensation des émanations à basse température est assi- milable à une absorption exercée par la paroi solide, cette absor- ption est probablement élective, et l'on devrait s'attendre à trouver que^ d'une part^ la proportion de l'émanation non con- densée dans des conditions déterminées croît régulièrement avec la température, et que, d'autre part, cette proportion dépend de la nature de la paroi sur laquelle se produit la condensation. L'allure générale du phénomène est conforme à cette manière de voir; la marche de la condensation est tout à fait progressive pour l'émanation du thorium et aussi pour celle de l'actinium; pour l'émanation du radium la condensation se fait plus brusquement. 268 CHAPITRE VI. On constate d'ailleurs qu'il est extrêmement difficile de condenser de très grandes quantités d'émanation du radium mélangée à l'air. Si, par exemple, on fait circuler, dans un serpentin plongé dans l'air liquide, un courant d'air contenant de l'émanation à l'état relativement très concentré, on remarque que l'émanation se condense à l'entrée du serpentin, et qu'une forte proportion échappe à la condensation. Il semble donc qu'en ce cas il se produit comme pour le charbon une saturation de la paroi. Peut-être aussi le phénomène est-il dû à ce fait que le gaz qui entraîne l'émanation non condensée a été privé de centres de condensation pouvant faciliter le phénomène. Le rôle de la paroi dans les phénomènes de condensation est encore peu connu. Des expériences récentes de M. Laborde ( ' ) semblent prouver que la température de condensation de l'éma- nation du radium^ déterminée par la méthode de M. Rutherford, n'est pas la même pour les serpentins métalliques et les serpen- tins de verre, la température de condensation dans ces derniers étant comprise entre — 1-7° et — i -(f, tandis qu'avec les serpen- tins métalliques (cuivre, fer, étain, argent) on obtenait des tem- pératures de condensation comprises entre — 1 53*^ et — i 55°. On verra plus loin que l'émanation du radium a pu effectivement être liquéfiée lorsqu'elle se trouvait dans des conditions de concen- tration comparables à celles pour lesquelles on observe la liqué- faction des gaz ordinaires. Il est probable que le phénomène de condensation des émanations diluées à basse température et le phénomène de liquéfaction sont distincts. M. Goldstein a observé la condensation de l'émanation de l'actinium dans les conditions suivantes : un réservoir dont la paroi est recouverte de sulfure de zinc phosphorescent et qui plonge dans l'air liquide, communique par un tube coudé avec un réservoir où se trouve l'actinium; le vide est fait dans l'appareil. On constate dans ces conditions que l'émanation de l'actinium rend lumineux le sulfure de zinc, et que la luminosité est limitée par un anneau situé au-dessus du niveau de l'air liquide. La condensation de l'émanation de l'actinium aux basses tem- (' ) Laiîordk, Comptes rendus, 1909. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 269 pératures a été étudiée par M. Henriot ( ' ) de la manière sui- vante : l'émanation dégagée par un sel d'actinium très actif se diffuse dans un bon vide au travers d'un faisceau de tubes mé- talliques très étroits et recourbés en U. Elle est observée à la sortie de ces tubes au moyen des scintillations qu'elle produit sur un écran au sulfure de zinc, et que l'on examine à l'aide d'un petit microscope. Le faisceau de tubes plonge dans un bain constitué par un mélange d'air liquide et d'éther de pétrole. On laisse la température monter graduellement, et l'on observe l'aspect des scintillations en ouvrant pour un instant un robinet qui établit la communication entre l'actinium et l'écran. On constate que la proportion de l'émanation non condensée augmente très rapidement vers — 143°. et continue ensuite à augmenter jusque vers — 100°. Dans d'autres expériences on faisait varier la température du sel d'actinium contenu dans une petite boîte en laiton. L'éma- Fig. 61. ^ / , «3 / «J / 1 / Ç / ^ / <5 a 3 / i «; / 1 «» Ç / c; / \ .5 1 / 1 / <» f 2 y / •î5 / >i / "aj / / / / ■5 1 / 5 / / «^ D J\ •\h^° -100= -60° Tempérahre -20 = -20' nation qui se dégageait du sel était enlevée de temps en temps par un brusque courant d'air, entraînée dans un condensateur à gaz et mesurée par une méthode appropriée. On constate que l'arrivée d'émanation peut être observée quand la température (') Henriot, Le Radium, iyo8. CHAPITRE M. du sel atteint — 1 4o°j que la quantité d'émanation entraînée augmente ensuite rapidement mais progressivement avec la tem- pérature jusqu'à la température de i ao^, et doit encore croître au delà de celle-ci [fig. 6i), Quand on laisse séjourner l'émanation de l'actinium pendant un temps déterminé dans un serpentin qui plonge dans un bain réfrigérant, la proportion de l'émanation non condensée croît régulièrement avec la température. Le phénomène de condensation est étalé svir un grand intervalle de température, et cela d'autant plus que la pression est plus forte ( ' ). Le même phénomène est observé pour l'émanation du thorium. La condensation sensi- blement complète est obtenue pour les émanations de l'acti- nium et du thorium à des températures très voisines. 66. Propriétés chimiques des émanations. — Diverses expé- riences ont été effectuées par MM. Rutherford et Soddy ( - ) pour voir si les émanations présentent au point de vue chimique quelque analogie avec les gaz connus. L'expérience a montré que les émanations peuvent passer au travers de solutions acides sans être fortement absorbées. L'émanation du thorium peut passer sans altération dans un tube de platine chauffé aussi fort que possible, et cela même quand ce tube est rempli de noir de platine. Dans d'autres expériences l'émanation du thorium était entraînée dans un tube de verre contenant du chromate de plomb chauffé au rouge, ou bien elle passait avec un courant d'hydrogène dans de la poudre de magnésium chauffée au rouge ou dans du noir de palladium au rouge également ; enfin on l'envoyait avec un courant de gaz carbonique dans de la poudre de zinc au rouge. Dans aucun cas on n'a observé d'autre modifi- cation de l'émanation du thorium que sa décroissance ordinaire. On peut faire l'expérience suivante : l'émanation émise par l'oxyde de thorium est entraînée par un courant de gaz carbonique; on mélange de l'air au courant de gaz carbonique actif et l'on fait passer le mélange dans un tube qui contient de la soude; l'éma- nation n'est pas absorbée par la soude, mais reste avec l'air et, si (') KiNosiiiTA, Phil. Mag.^ 1908. (-) UuTiiERFOiiD et Soddy, Pliil. Mag.^ 1902. GAZ RADIOACTIFS OU E.MANATIONS. on' l'envoie dans un condensateur de mesures, on constate que son activité est la même que dans le cas où le courant de gaz carbonique est remplacé par un courant d'air de même vitesse» le dispositif expérimental restant d'ailleurs le même. Cette expé- rience prouve que l'activité du gaz qui a passé sur l'oxyde de thorium ne doit pas être considérée comme une sorte de modifi- cation peu profonde de ce même gaz ou comme une activité tem- poraire appartenant à ce gaz, mais bien comme la propriété d'un agent qui se trouve dans le gaz à l'état de mélange. L'émanation du radium se comporte comme celle du thorium; elle ne se montre pas sensible à l'action des réactifs chimiques variés très énergiques dont il vient d'être question. MM. Ramsay et Soddy ( ' ) ont fait passer pendant plusieurs heures des étincelles électriques au travers de l'oxygène contenant de l'émanation du radium et mis en présence d'alcali; l'oxygène était ensuite absorbé par le phosphore. L'émanation restait inal- térée dans l'appareil; en introduisant de l'air dans celui-ci, on pouvait transporter le mélange dans un condensateur de mesures et vérifier que l'activité n'avait éprouvé aucune variation anormale. En se basant sur les résultats des essais qui viennent d'être décrits, on peut considérer les émanations radioactives comme des gaz qui n'ont pas d'afTinités chimiques, et les assimiler aux gaz^ dits inertes, de la famille de l'argon. On peut, en même temps, admettre, en poursuivant cette analogie, que les émanations radioactives ont une molécule monoatomique. 67. Rayonnement et charge des émanations. — Les trois éma- nations émettent un rayonnement ionisant. Ce rayonnement ne comprend pas de rayons pénétrants; il est entièrement composé de rayons absorbables, du genre a. Nous avons vu comment ce fait a été mis en évidence pour l'émanation du radium par les expériences de P. Curie (§ 59). Pour l'émanation du thorium le dispositif suivant peut être employé : un courant d'air qui passe sur la substance active entraîne l'émanation dans la boîte B {fig. 62) dont le couvercle contient une fenêtre fermée par une lame mince d'aluminium ou de mica. On mesure l'ionisation (') Ramsay et Soddy, Proc. Roy. Soc, 1903. ■r]i CHAPITRE vr. de l'air dans l'espace compris entre le couvercle de la boîte B et le plateau A qui forment condensateur. Ou constate qu'au début de l'expérience le rayonnement est complètement arrêté par une épaisseur de mica de o"", ooi 5, suivie d'une épaisseur d'aluminium de,o"",ooi3 (' ), Mais peu à peu la boîte B commence à acquérir la radioactivité induite, et en même temps des rayons plus péné- trants font leur apparition ; ces rayons ne sont donc pas dus directement à l'émanation. Le même dispositif peut être utilisé avec l'émanation de l'acti- nium. Là aussi on n'a que des rayons absorbables au début de Fis. 60. l'expérience, mais les rayons pénétrants apparaissent beaucoup plus rapidement que dans le cas de l'émanation du thorium. Ce fait est en relation avec le développement plus rapide de la radio- activité induite. Les émanations ne portent pas de charge électrique. P. Curie d'une part, M. Rutherford d'autre part, ont observé que la vitesse de diffusion des émanations du radium et du thorium n'est pas altérée par l'existence d'un champ électrique normal à la direction de la diffusion. M, Rutherford faisait passer un courant d'air chargé d'émanation du thorium dans un condensateur cylindrique de grande longueur, formé par un tube métallique muni d'une électrode cylindrique coaxiale. En établissant une différence de potentiel entre le tube et l'électrode, on pouvait produire un champ électrique radial normal à la direction du mouvement de l'émanation. On n'a pu constater aucune influence d'un tel champ électrique sur le mouvement de l'émanation, et il résulte de ces expériences que, pour un champ moyen de 1 volt par centimètre, la vitesse de déplacement de l'émanation dans la direc- (') Rutherford, Phil. Mag., 1905. C.AZ UAUIOACTIFS OU ÉMAXATIONS. Jt.'J^ lion de ce champ est certainement inférieure à i o ' ^ cm par seconde ; la mobilité d'une particule d'émanation ne serait donc qu'une très petite fraction de celle d'un ion gazeux dont l'ordre de grandeur est \''"',.) par seconde, tandis que le coefficient de diffusion dans l'air est, au contraire, plus grand (0,1 environ pour les émanations, o,o3 en moyenne pour un ion gazeux). Il en résulte que le rapport de la charge e' que pourrait avoir une particule d'émanation à la charge élémentaire e est tel que e' icr^' o,n3 e' — < z ou — < i X IQ-''. e I , ) o , I e Il est probable^ d'après cela^ que l'émanation du thorium n'est pas chargée. M. Me Clelland a fait une expérience directe qui consiste à introduire brusquement l'émanation du radium dans un conden- sateur à gaz employé comme cylindre de Faraday, la boîte qui forme l'armature extérieure du condensateur étant réunie à l'élec- tromètre. Aucune déviation de l'électromètre n'a pu être constatée par suite de l'introduction de l'émanation ( ' ). Les expériences de ce genre présentent cette difficulté que l'isolement du cylindre de Faraday est rendu défectueux par l'action des rayons péné- trants qui traversent le métal et rendent conducteur l'air qui l'entoure; il en résulte qu'une charge faible peut passer inaperçue. 08. Production et dégagement des émanations. — Les émana- tions radioactives sont produites et dégagées par les composés solides ou les solutions de radium, de thorium ou d'actinium, et ce dégagement est en relation étroite avec l'activité des produits qui lui donnent naissance. M. Giesel a le premier attiré l'attention sur ce fait qu'un sel solide de radium, qui vient d'être préparé à partir d'une disso- lution, n'a pas tout d'abord vme activité constante (-); son activité va en augmentant à partir de la préparation et atteint une valeur limite sensiblement invariable au bout d'un mois environ. Le contraire a lieu pour la solution. Quand on vient de la préparer, elle est d'abord très active, mais laissée à l'air libre (') iMc Clellaxd, l'kys. Zeit., 1904. (-) Giesel, Wied. A/m., t. LXIX, p. 91. C.-I. ,8 ajl CHAPITRE VI. elle se désactive rapidement, et prend finalement une activité limite qui peut être considérablement plus faible que la valeur initiale. Ces variations d'activité s'expliquent fort bien en se plaçant au point de vue de l'émanation. La diminution de l'activité de la solution correspond principalement à la perte de l'émanation qui s'échappe dans l'espace; cette baisse est bien moindre si la dissolution est en tube scellé. Une solution désactivée à l'air libre reprend une activité plus grande quand on l'enferme en tube scellé. La période de l'accroissement de l'activité du sel qui, après dissolution, vient d'être ramené à l'état solide, est celle pendant laquelle l'émanation s'emmagasine à nouveau dans le radium solide. Voici quelques expériences à ce sujet : Une solution de chlorure de baryum radifère est enfermée en vase clos; on ouvre le vase, on verse la solution dans une cuve et l'on mesure l'activité : Activité mesurée immédiatement tij » au bout de 2 Iieuro. . . . . ^.o » » 2 jours 0,'2 ) Cette solution^ laissée à l'air libre pendant ■^ jours, est donc devenue environ 3oo fois moins active. Une solution de chlorure de baryum radifère qui est restée à l'air libre est enfermée dans une tube de verre scellé, et l'on mesure le rayonnement de ce tube. On trouve les résultats suiv^ants : Activité mesurée immédiatement 27 » après 2 jours. 61 » » 3 jours 70 » » 4 jom's ^i » ,') 7 jours 100 » >> I I jours 100 n L'activité initiale d'un sel radifère solide après sa préparation peut dépendre du temps pendant lequel le sel est resté dissous si ce temps est court. Le sel solide contient en effet une certaine quantité d'émanation qui est accompagnée de radioactivité in- duite ; quand on dissout le sel et qu'on laisse la dissolution pendant i jour ou davantage dans des conditions où l'émanation s'échappe facilement, la radioactivité induite s'éteint progres- sivement; si alors on évapore rapidement la dissolution, le sel G.VZ RADUnCTIFS OU É.MANATIONS. 273 sec obtenu ne contient d'abord sensiblement ni de l'émanation ni de la radioactivité induite; ce sel possède alors V activité totale minimum qu'il soit susceptible de manifester dans des conditions de mesures déterminées. Si, au contraire, un sel solide préparé depuis longtemps est soumis à une dissolution et à une dessiccation immédiate, l'émanation qui était contenue dans le sel est chassée, mais la radioactivité induite reste avec le sel dont l'activité ini- tiale se trouve par ce fait augmentée. Toutefois, en ce cas, le sel éprouve une baisse d'activité pendant les premières heures qui suivent sa dessiccation; cette baisse est due à la destruction de la radioactivité induite qui a lieu rapidement, tandis que l'accumu- lation de l'émanation demande un temps beaucoup plus long. On observera toujours aussi un excès d'activité initiale du sel sur son activité minimum, quand le sel est obtenu par évaporation rapide d'une dissolution qui était conservée en vase clos et qui, par con- séquent, contenait de l'émanation et de la radioactivité induite. Voici les valeurs des activités initiales obtenues avec un chlorure dont l'activité limite était 800 et que l'on maintenait en dissolution pendant un temps donné; puis on séchait le sel et l'on mesurait son activité immédiatement : Activité limite 800 Activité initiale après dissolution et dessiccalion immédiate. 44o Activité initiale après que le sel est resté dissous 5 jours. . . 120 » » . iS jours. . . i3o » » 02 jours. . . 114 Dans cette expérience le sel dissous se trouvait dans un \'^se simplement couvert d'un verre de montre. Deux dissolutions faites avec le même sel ont été conservées en tube scellé pendant plusieurs mois; l'une de ces dissolutions était 8 fois plus concentrée que l'autre. Après dessiccation rapide l'acti- vité du sel de la solution concentrée était deux fois plus grande que l'activité du sel de la solution plus étendue. Mais, un jour après, les deux échantillons de sel avaient la même activité, et l'accrois- sement d'activité se continua exactement de la même façon pour tous les deux jusqu'à la limite. La différence des activités initiales était due à un excès de radioactivité induite dans la dissolution qui, ayant le volume le plus petit, a pu être évaporée plus rapidement. o-fi CHAPITRE VI. Il est utile de se rendre compte des détails qui viennent d'être indiqués afin de pouvoir les prendre en considération pour la comparaison de l'activité des sels radifères. Les Tableaux suivants indiquent comment augmente l'activité d'un sel radifère solide, à partir du moment où ce sel est séché après dissolution jusqu'au moment où il atteint son activité limite ( ' ) ; dans ces Tableaux on a désigné par I l'intensité du rayonnement, l'intensité limite étant supposée égale à i oo, et le temps étant compté à partir du moment où le produit a été séché. Le Tableau I {fig. ().;>, courbe I) est relatif au rayonnement Fig. G3. ■S i. ! 1 1 ^-''■"m^^— - 1 ~ ' 5 ,^^^^^^'^ ' t' y ^ / ~o / ■3 / 1 '■0 '7 1 1 <: 1 0 JO z 0 3o Ao total: le Tableau II {fig. ()>, courbe II) est relatif seulement aux rayons pénétrants (rayons qui ont traversé o"" d'air et o""",oi d'aluminium). ' Ta Temps. 1- f) ULEAi; I. I. ■> t I jour . 23 3 » . W 5 » fio lO » 78 IQ » 9-5 I 00 :« .) . fi- » . 1 DO Tableau If. Temps. 0 1 jour.. 6 i5 23 4(3 1,3 •9 fio Sfi 9i (') M. CiRiK, Thèae de doctorat, GVZ RADIOACTIFS OU ÉAIANATIOAS. 277 Les résultats obtenus dans diverses séries de mesures ne sont pas absolument concordants, des divergences pouvant se pro- duire par suites de petites pertes d'émanation éprouvées par le sel solide; mais le caractère général des courbes obtenues reste le même. La reprise de l'activité n'est complète qu'après un mois, et les rayons les plus pénétrants sont ceux qui sont le plus profondément atteints par l'effet de la dissolution. L'intensité initiale du rayonnement qui peut traverser 3*"" d'air et o"""^oi d'aluminium n'était que i pour loo de l'intensité limite, alors que l'intensité initiale du rayonnement total était égale à ai pour loo du rayonnement total limite. On voit, par conséquent, que le rayonnement pénétrant d'un sel radifère dépourvu d'émanation et de radioactivité induite est pratiquement supprimé; le radium au minimum cVactii^ité német que des rayons absorbables, et l'on verra plus loin que ces rayons sont du genre a ; la présence de rayons 3 et ■' dans le rayonne- ment du radium est liée à la présence de l'émanation, laquelle, d'ailleurs, n'intervient pas pour cette émission directement, mais en vertu de la radioactivité induite qui l'accompagne ( ' ). Quand une solution radifère, qui ne contenait sensiblement pas d'émanation, est enfermée en vase clos, le rayonnement pénétrant de cette solution, d'abord nul^ augmente en fonction du temps de la même manière que le rayonnement pénétrant d'un sel solide à partir de sa dessiccation. La production d'émanation a donc lieu aussi bien quand le sel est en dissolution que lorsqu'il est à l'état solide. La quantité d'éma- nation qui s'accumule dans un vase clos, contenant un sel de radium solide ou dissous, tend vers une certaine limke. Cette li- mite est atteinte en un mois et elle est la même avec le sel solide quavec sa dissolution; elle ne dépend que de la quantité de radium contenue dans le vase clos. Voici comment on peut s'en assurer. Une certaine quantité d'un sel radifère solide soluble est introduite dans un flacon de verre sec ayant la forme indiquée dans la figure (ici, a. La fermeture (') D"après certaines recherches, une très faible partie du rayonnennent |î- (i pour 100 au plus) pourrait cependant être atlribuabh? au radium lui-même (voir § 189). 9,78 CHAPITIU: VI. étant étanche, on fait une légère aspiration de l'air du flacon, puis on ferme les robinets et l'on abandonne le flacon pendant un mois. Quand ce temps est écoulé, on ouvre la tubulure B sous l'eau, et on laisse pénétrer quelques centimètres cubes d'eau dans le flacon de manière à dissoudre rapidement le sel radifère; la quantité de liquide doit être telle que le tube B plonge dans la solution. L'émanation contenue dans la solution et dans le flacon est alors entraînée par un courant d'air qui barbote dans la solution, et transportée dans un condensateur de mesures; cette opération se fait très parfaitement quand le volume de la solu- tion est petit. On referme ensuite les robinets et l'on abandonne la solution radifère pendant un mois; après ce temps on mesure à nouveau l'émanation accumulée en la transportant de la même manière dans le même condensateur. Les résultats obtenus dans les deux mesures sont très voisins. La quantité limite d'émanation qui peut s'accumuler dans un vase clos contenant une certaine quantité de radium est indé- pendante de la forme et des dimensions du vase, ainsi que l'on peut s'en assurer par des expériences analogues à celle qui vient d'être décrite. La production de l'émanation n'est donc pas un phénomème analogue à l'éinission d'une vapeur dont la pression peut devenir saturante. P. Curie et M. Debierne ont efl^ectué un grand nombre d'expé- riences sur la production de la radioactivité induite dans une enceinte close contenant un sel radifère ( ' ). Ils ont trouvé que, pour un dispositif expérimental déterminé, l'activité induite qui se développe sur les parois du vase ou sur des lames placées dans le vase tend lentement vers une valeur limite. Si l'on opère au moyen d'une solution radifère sous diverses pressions, depuis la pression atmosphérique jusqu'à celle de la tension de vapeur saturée de la solution, on trouve que l'activation limite est la même, et qu'elle s'établit avec la même vitesse quelle que soit la pression. Quand la substance activante est un sel solide, on peut opérer soit à la pression atmosphérique, soit avec un vide très parfait; dans les deux cas l'activation limite est à peu près la même. On obtient encore le même résultat en remplaçant l'air (') CuuiK et Dkbikrne, Comptes rendus, jyor. GAZ RADIOACTirS OU KMANATIONS. "279 par l'hydrogène dans l'enceinte activante. Par suite, la valeur limite de la radioactivité induite et la vitesse de son évolution ne dépendent pas de la nature et de la pression du gaz contenu dans l'enceinte, mais seulement de la quantité de radium qui s'y trouve? l'activation étant d'ailleurs beaucoup plus grande avec un sel dissous qu'avec le même sel solide. L'intensité de l'activation peut servir à mesurer la quantité d'émanation présente dans l'enceinte activante. Les expériences qui viennent d'être décrites prouvent donc que le régime suivant lequel cette quantité d'émanation se développe est indépendant de la nature et de la pression du gaz. Ni la production ni la destruction de l'émanation ne peuvent donc être influencées. D'autre part le régime s'établit si lentement que le retard apporté par la diffusion de l'émanation dans un vase large est négligeable; c'est pourquoi les conditions telles que la nature et la pression du gaz_, qui modifient la vitesse de diffusion, restent sans effet; ces mêmes conditions interviendraient dans des expériences faites avec les émanations du thorium ou de l'actinium. La théorie la plus simple consiste à supposer que la production de l'émanation par le radium est continue et constante, et que l'état de régime qui s'établit dans un vase clos résulte d'une com- pensation entre la quantité d'émanation produite pendant un certain temps, et celle qui disparaît pendant le même temps en vertu de la destruction spontanée. Nous avons vu que, si l'on désigne par q la quantité d'émanation présente au temps t dans un vase qui ne contient pas de radium et par Ço celle présente au temps t = o dans le même vase, on peut écrire \ étant la constante qui caractérise la destruction spontanée de l'émanation. On a, par suite, ou 5 _,„„.->„_ 2. ^ — _ ) — — T dt ~ ^ 0 la quantité d'émanation qui disparaît par unité de temps en vertu 28o CMAPITRI-; VI. de la destruction spontanée est donc représentée par Ag ou par j- Soit, d'autre part, A la quantité d'émanation produite par unité de temps par vm gramme de radium. Si p grammes de radium sont présents dans un vase clos, l'accumulation de l'émanation dans ce vase aura lieu conformément à la loi suivante : En intégrant cette équation on obtient A étantj-une constante arbitraire. En désignant par ç,, la valeur de q au temps i = o, on trouve q = q<, e-'>t ^P—(i—. e-)./ ;. Le premier terme q»e~''^ représente ce qui reste au temps t de la quantité g,, initialement présente. Le deuxième terme représente l'émanation qui s'accumule en présence du radium. Si, en parti- culier, Çi,= AO \ 1 — e Quand le sel de radium est à l'état solide, la quantité d'émana- tion q s'y trouve presque entièrement à l'état occlus. Quand le sel est dissous et que la dissolution est contenue dans un vase clos, la quantité q est répartie entre la dissolution et l'air surnageant; la destruction de l'émanation est d'ailleurs assez lente pour que la distribution se fasse conformément aux lois de solubilité des gaz dans les liquides, au moins d'une manière approchée; le retard apporté par la diffusion ne devient important qu'avec de grandes quantités de liquide et avec des vases comportant des parties capillaires. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. ''8l La quantité limite d'émanation, susceptible de s'accumuler dans un vase clos contenant une quantité donnée de radium, peut être désignée par q^ ; elle ne pourrait être atteinte théorique- ment que pour i = x. On a, par conséquent, q^ =pM), La quantité q^ est obtenue en multipliant la quantité d'éma- nation produite par unité de temps par la constante de temps Q qui caractérise la destruction de l'émanation. Pour l'émana- tion du radium 0 = i3.) heures environ; par conséquent q^ est la quantité qui serait dégagée en i33 heures, s'il ne se produisait pas de destruction spontanée. En posant g' = r/^e ë, on obtient la relation Par suite, la courbe d'accumulation de l'émanation et la courbe de sa destruction à partir de sa valeur limite sont telles que la somme de leurs ordonnées est constante et égale à cette valeur limite. Ces courbes sont dites complémentaires. Elles sont repré- sentées dans la figure Of conformément à la théorie, la valeur adoptée pour h étant i33,2 heures. Si l'on considère que la partie du rayonnement, d'un sel solide, qui peut être supprimée par l'effet de la dissolution, est pro- portionnelle à la quantité d'émanation q présente dans le sel, et si l'on suppose que le sel solide ne perd pas d'émanation à l'exté- rieur, alors la courbe qui donne q en fonction du temps doit aussi représenter l'accroissement d'activité en fonction du temps pour un sel qui a été ramené à son activité minimum. Les courbes expérimentales de la figure 63 doivent donc pouvoir se con- fondre avec la courbe considérée. L'allure générale de ces courbes est effectivement en faveur de cette manière de voir, et, confor- mément à la théorie, la moitié de l'excès du rayonnement limite sur le rayonnement initial est obtenue en un temps voisin de quatre jours; toutefois la concordance n'est pas très parfaite, parce que le sel pouvait perdre un peu d'émanation à l'extérieur. 282 CHAPITRE VI. On peut obtenir des courbes plus conformes à la théorie, en mesurant l'accroissement d'activité d'un sel qui, après avoir été ramené à son activité minimum, a été enfermé en tube scellé. On mesure en fonction du temps l'intensité du rayonnement pénétrant du sel, le dispositif expérimental étant le même que celui qui a été utilisé pour l'étude de la décroissance de l'émanation par la méthode des électrodes extérieures. L'intensité du rayonnement Fi g. 6!,. 2 4 6 8 ID 12 14 16 18 20 Z2 24 26 28 Jours est proportionnelle à la radioactivité induite formée dans le sel, et celle-ci est elle-même proportionnelle à la quantité d'émana- tion q présente dans l'ampoule après le temps t. La formule ( i ) peut s' écrire e 6: -Il L'excès de l'activité limite sur l'activité actuelle décroît donc suivant la loi de destruction de l'émanation. Si l'on porte en abscisses le temps et en ordonnées le logarithme de la diffé- rence {g^ — q), les points obtenus doivent se placer sur une ligne droite, dont l'inclinaison permet de calculer la constante \. On voit donc là un moyen pour déterminer le coefficient carac- téristique de la destruction de l'émanation du radium. Plusieurs expériences faites dans ce but ont donné des résultats tout à fait conformes à la théorie. La diminution du logarithme GAZ RADIOACTIFS OU KMAXATIOXS. 283 décimal de {q^ — q) par heure est très exactement la même que celle observée sur les droites de la figure 4'^- On a obtenu pour cette diminution dans trois expériences consécutives les nombres (),OUJl7, OjOoS'.Ô, 0,00]2'.).. L'une de ces expériences est représentée dans la figure 65. Fi g. 65. Ingiq-qi q 1 100 I 0. 75 75 0 50 50 0 25 25 \ y \y^ V / ' \ / / \ 100 200 300 itOO , 500 G00h« Toutefois, cette méthode n'ayant pas donné des résultats auss concordants que les méthodes de mesure de la décroissance de l'émanation, les nombres obtenus n'ont pas été utilisés pour la détermination de la constante \. La méthode a d'ailleurs cet inconvénient que l'erreur commise sur la mesure de l'intensité limite se répercute sur chacune des dilïérences {^q.^_ — g). 69. Dosage du radium par la mesure de l'émanation dégagée. — La théorie précédente permet d'établir un mode de dosage du radium par l'émanation qu'il dégage en un temps donné. Ce pro- cédé de dosage a été proposé de divers côtés et a été effectivement utilisé dans différents laboratoires pour des travaux dont certains ont une grande importance, La méthode qui a été employée le plus souvent est celle qui consiste à chasser par ébullition l'émanation limite contenue dans une solution qui renferme du radium, et à transporter cette émanation dans un appareil de mesures. J'aî 284 CIIAPITKE VI. tout spécialement étudié une méthode de dosage du radium par l'émanation qu'il dégage ('). Cette méthode, employée couramment au laboratoire de radioactivité de Paris depuis plusieurs années, s'est montrée d'un emploi très pratique et donne des résultats d'une très grande précision: c'est pourquoi elle sera décrite avec quelques détails. La méthode consiste à entraîner par un courant d'air à froid l'émanation dégagée par une petite quantité (quelques centimètres cubes) d'une dissolution contenant du radium. Les deux formes d'appareils en verre (barboteurs) qu'on utilise pour y placer la dissolution, sont représentées dans la figure 6(i. Le barboteur a est fermé par un bouchon rodé que l'on enlève pour introduire la dissolution; il est muni d'un tube A qui est destiné à amener l'air au fond du vase et d'un tube de déga- gement B; ces deux tubes sont à robinets. Le barboteur h n'a Fis. 60. b ni rodage ni robinets. La solution est introduite par la tubu- lure C au moyen d'une pipette à pointe longue et fine; après introduction de la dissolution la tubulure C est fermée à la lampe ; le tube A sert pour l'arrivée de l'air, et le tube B est un tube de dégagement. Ces deux tubes sont étirés eu pointe fine, et ils restent fermés à la lampe pendant que l'émanation s'accumule, de sorte que l'appareil est alors rigoureusement clos et qu'aucune fuite d'émanation ne peut avoir lieu. Le barboteur a n'offre pas (') M. CuRii;, Le RacliuDi, 1910. GAZ RADIOACTIFS OU EMVNATIOXS. la même sécurité, puisque sa fermeture comporte un rodage et deux robinets; il est toutefois d'un emploi plus pratique et sert pour l'usage courant, tandis que le barboteur b est employé pour des recherches de précision. Le volume total est, en général, de ao*"'"; mais on peut employer des barboteurs plus petits ou plus grands. On introduit dans le barboteur un petit volume de la solution proposée, de manière que le tube A plonge dans la dissolution sur quelques millimètres de longueur. L'appareil qui sert pour mesurer l'activité de l'émanation produite par la solution est un condensateur à gaz muni de deux robinets {fig. 38). Le transport de l'émanation contenue dans un barboteur de la forme a dans le condensateur de mesures se fait de la manière suivante : la tubulure B du barboteur est réunie par un tube de caoutchouc de petite longueur à l'une des tubulures du condensateur, dans lequel on a préalablement fait le vicie; le robinet A étant fermé, on établit la communication entre le barboteur et le condensateur; l'air chargé d'émanation contenu dans le barboteur est aspiré dans le condensateur dont le volume est environ 20 fois plus grand que celui du barboteur. La plus grande partie de l'émanation contenue dans le barboteur est extraite pendant cette opération. On ferme alors la communication avec le condensateur, on ouvre peu à peu le robinet A et on laisse rentrer dans le barboteur de l'air inactif qui, barbotant dans la solution, entraîne l'émanation qui est y contenue. Quand la pression atmosphérique est rétablie dans le barboteur, on fait une nouvelle aspiration en ouvrant le robinet du côté du condensateur pendant que le robinet A est fermé. Par une succession d'aspirations et de rentrées d'air on peut pratiquement enlever la totalité de l'émanation contenue dans le barboteur pour des temps d'accumulation supérieurs à cjuelques heures. Il est bon d'opérer toujours de la même manière; j'ai obtenu d'excellents résultats en produisant trois aspirations suivies de trois rentrées d'air, après quoi, le robinet A étant ouvert, on laissait rentrer dans le condensateur un courant d'air, traversant le barboteur sous pression atmosphérique, et ayant toujours à peu près la même vitesse réglée par une manœuvre du robinet du condensateur. Dans mes expériences l'ensemble des trois aspira- tions et des trois rentrées d'air demande 5 minutes; le courant d'air régulier passe ensuite pendant fo minutes. Le liquide se trouve 286 CHAPITRIÎ VI. alors après chaque opération dans un état parfaitement défini et ne garde qu'une quantité d'émanation négligeable par rapport à celle qui se forme en quelques heures. Les quantités d'émana- tion extraites à des intervalles de temps égaux sont très exac- tement égales pour des temps d'accumulation supérieurs à 4 heures. Quand on emploie un barboteur de la forme b, l'ouverture des tubulures se fait en cassant leurs pointes dans les tubes de caout- chouc qui les relient au condensateur et au flacon laveur; les robinets qui servent pour la manœuvre sont alors celui du conden- sateur et celui du flacon laveur. Après l'opération on ferme à nou- veau les pointes des tubulures à la lampe. Quand l'opération est finie, la pression atmosphérique n'est pas encore rétablie dans le condensateur. On laisse celui-ci sous pression réduite et l'on attend que, par suite du développement de la radio- activité induite, le courant ait atteint la valeur maximum, qui peut être facilement mesurée avec une grande exactitude. Il y a avan- tage à rétablir la pression atmosphérique dans le condensateur seulement quelques minutes avant la mesure, parce que, si l'appa- reil n'était pas parfaitement étanche, la petite perte d'émanation qui pourrait en résulter se trouverait diminuée. On peut faire une mesure du courant de saturation entre 3 heures 3o minutes et 4 heures, à partir de l'aspiration de l'émanation. Il est bon de faire deux séries de mesures à une demi-heure d'inter- valle. La valeur du courant de saturation pour une même quan- tité d'émanation dépend des dimensions du condensateur et de la densité du gaz qui y est contenu ; ces conditions influent en effet sur la manière dont se trouvent utilisés les rayons émis par l'émanation et la radiaoctivité induite. Plus les dimensions du condensateur sont grandes et plus la densité du gaz est élevée, plus le courant est intense. Si les dimensions des condensateurs em- ployés restent toujours les mêmes, il suffit de préciser l'influence de la densité du gaz et de ramener toutes les mesures à une densité considérée comme normale. La correction à appliquer, à cet effet, a été déterminée par l'expérience. Une certaine quantité d'émanation se trouvant dans un condensateur relié à un ma- nomètre, et le courant ayant atteint sa valeur maximum, on GAZ RADIOACTIFS OU KMANATIONS. 287 faisait la mesure du courant en augmentant par degrés la quan- tité d'air contenue dans le condensateur, de manière à avoir la valeur du courant pour une série de pressions comprenant la pres- sion atmosphérique et s'en écartant dans les deux sens de la valeur de quelques centimètres de mercure. La courbe expéri- mentale ainsi obtenue a permis d'établir la correction due à la variation de pression de l'air atmosphérique; la correction due à la variation de la température ambiante a été déduite en admettant que la température n'intervient que pour modifier la densité de l'air. Avec les dimensions des condensateurs em- ployés^ la formule de correction est la suivante : £ = i [ o , 0007 ( 760 — p)^ 0^002{( — I 5 ) ] , £ représentant la correction à ajouter au courant mesuré i, pour le ramener à la valeur qu'il aurait eue, si l'air du condensateur avait été à la pression de -Go"^'^ de mercure et à la température de i5'', alors que la pression et la température de l'air au moment du rem- plissage final ont été effectivement p millimètres de mercure et t degrés. La correction peut atteindre 2 pour 1 00 de la valeur mesurée, et son emploi est utile pour des mesures précises. Le condensateur qui a servi pour une mesure est ensuite purgé de l'émanation qu'il contient; pour cela on y fait le vide, et on laisse ensuite rentrer de l'air inactif séché et filtré. Quand cette opération a été répétée plusieurs fois, le condensateur est abandonné pendant une journée pour permiettre l'extinction de la radioactivité induite ; Il peut, après cela, resservir pour une nouvelle mesure. Toutefois, il peut conserver une petite activité que l'on doit faire intervenir comme correction aux mesures et qui doit être aussi faible que possible. L'expérience montre que les condensateurs de mêmes dimensions sont parfaitement interchangeables. L'air chargé d'émanation qui pénètre dans le condensateur est très humide; l'interposition de tubes desséchants peut occasionner des erreurs telles que l'absorption de petites quantités d'émanation par ces matières. Cette interposition peut être évitée si l'on a soin de se servir d'ambre pour les pièces isolantes du condensateur; l'ambre conserve en effet dans l'air humide ses propriétés isolantes à un degré suffisant, pour que la mesure puisse se faire très exac- tement par une méthode de zéro; l'ébonite ne peut pas rendre le 288 CHAPITRE VI. même service. Après chaque opération il est bon de dessécher le condensateur. Nous avons vu que la quantité d'émanation q accumulée pendant le temps t est donnée par la formule q = lpf)\\ — e y/- Si l'émanation n'éprouvait pas de destruction spontanée, la même quantité d'émanation q serait obtenue en un temps t,- que l'on peut nommer temps réduit et qui est tel que q — A/J/,.. Par suite Le temps réduit augmente avec t et tend vers la valeur 0 quand t tend vers l'infini. Pratiquement la limite est atteinte avec une grande approximation pour t = îo jours. La quantité tr ' doit être constante pour un barboteur déterminé, contenant un poids fixe p de radium. Soit R la valeur de ce rapport. Pour deux barboteurs contenant des poids différents p et p' de radium, les rapports correspondants R et R' devront vérifier la relation K p' Il suffira donc de connaître la valeur du rapport R pour une solution contenant une quantité connue de radium, pour pouvoir doser par comparaison le radium contenu dans toute autre solution. Pour prouver que l'emploi de la méthode est légitime, il est néces- saire de s'assurer que le rapport R est indépendant du temps d'accumulation et qu'il est proportionnel à la teneur de la solution en radium. Si la constante de temps h de l'émanation est connue, le temps réduit tr peut facilement être calculé pour une valeur quelconque du temps d'accumulation t. On peut, en particulier, construire GAZ RADIOACTIFS OU KMANATIONS. 289 une Table qui fournit les valeurs de t,- correspondant à des valeurs de t croissantes par intervalles convenables. Une Table de ce genre est depuis plusieurs années d'usage courant dans mon labo- ratoire. On peut admettre que la valeur de h est très voisine de io3,2 heures [voir § o9). C'est ce nombre quia été adopté comme base pour la construction de la Table qui a été reproduite à la fin de ce Volume (Tableau B). L'expérience prouve que le rapport R se montre très constant et peut être mesuré avec une grande précision pour des temps d'accumulation compris entre i") heures et 4'^ heures. Pour des temps d'accumulation de quelques heures seulement, la mesure est moins bien définie, en ce sens que le mode de prise d'émanation prend plus d'importance; aussi les résultats sont moins bons. Enfin pour des temps de quelques jours et davantage, R conserve approximativement la même valeur que pour un jour, mais les mesures sont moins concordantes, et la valeur trouvée pour R est le plus souvent trop faible, l'écart pouvant atteindre 5 pour loo environ. Quand on emploie des barboteurs à robinets, toute valeur de R trop faible peut être attribuée à un défaut de fermeture, mais avec des barboteurs entièrement clos cette cause d'erreurs est sup- primée. Il est possible que pour des temps d'accumulation longs il puisse se produire une occlusion partielle de l'émanation dans le verre. On peut aussi remarquer que. si l'on obtenait toujours pour t = ?>o jours une valeur de — constante et inférieure à celle que l'on obtient pour i = i jour, ce fait serait une indication pour penser que la valeur admise pour h est trop forte; en effet, si, par exemple, on modifie de o pour loo la valeur de 0, le temps réduit qui correspond à f = a; est modifié dans la même proportion, tandis que les temps réduits qui correspondent aux temps d'accu- mulation inférieurs à -i jours éprouvent une réduction infé- rieure à 1 pour loo. Les résultats obtenus avec des valeurs de t comprises entre 5 et 3o jours ne sont pas assez réguliers pour que l'on puisse s'en servir dans le but de fixer la valeur de la con- stante. Voici, à titre d'exemple, quelques-unes des nombreuses séries de mesures effectuées : C. - I. 19 2.io* E.S. par gramme de Ra et lieure de temps réduit. Ce nombre est obtenu avec les conditions expérimentales sui- vantes : le condensateur de mesures est un vase cylindrique de x'i'''",^ de hauteur et de '>""j,7 de diamètre intérieur (volume, environ 44^'"" )• L'électrode centrale est une tige de o""^^ de dia- mètre qui arrive à la distance de 1' '" du fond. Un petit écart de ces dimensions n'entraîne pas de variation appréciable dans les résul- tats des mesures, de sorte que la reproduction des conditions expé- rimentales indiquées ne présente pas de difficultés. Le courant de satm-ation a toujours été atteint; la différence de potentiel entre les armatures du condensateur était de 8ou volts. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. ;>-9 i Les solutions de radium à teneur connue peuvent servir pour étalonner des appareils de mesures devant servir pour le dosage. Si la sensibilité au courant est connue pour un appareil de mesures en valeur absolue, on peut se servir des données indiquées plus haut pour effectuer des dosages sans le secours d'une solution étalon. La préparation de solutions étalons diluées est une opération difficile qui doit être effectuée avec le plus grand soin, de manière à éviter la formation de précipités insolubles. La conservation de ces dissolutions paraît également présenter des difficultés. Il semble qu'une solution qui paraît limpide peut cependant avoir éprouvé une perte de sel de radium, celui-ci étant peut-être absorbé par le verre. Pour faciliter la conservation des solutions auxiliaires, il est bon de les additionner d'une petite quantité de sel de baryum pur, le baryum pouvant remplacer le radium dans les réactions qui tendraient à insolubiliser ce dernier. Des barboteurs préparés avec ces solutions auxiliaires se conservent sans altération pendant plusieurs mois en donnant un débit d'émanation constant. La méthode de barbotage à froid peut être utilisée pour le dosage de quantités de radium beaucoup plus faibles que celles qui ont servi pour l'étalonnage. En augmentant la sensibilité du dispositif de mesures et la quantité de liquide, on peut par exemple, doser ainsi i o~ ' gramme de radium. Si cependant on était amené à utiliser une quantité de liquide trop grande, la méthode deviendrait inappli- cable, et il serait nécessaire d'opérer en chassant l'émanation par l'ébullition; d'ailleurs, même en opérant ainsi, on peut se demander si dans ces conditions l'expulsion de l'émanation est complète. Quand il s'agit de doser le radium dans une matière telle qu'un minerai, on peut procéder ainsi qu'il suit : au lieu d'utiliser une solution du minerai pour la doser directement, on commence par en extraire aussi complètement que possible le baryum radifère qui y est contenu, ce qui donne la possibilité de doser le radium dans un volume de dissolution restreint. La théorie suppose que la production de l'émanation par le ra- dium est constante. D'après les expériences effectuées jusqu'à présent il n'est pas douteux qu'il en est ainsi, au moins en première approximation. Mais ces expériences ne permettent pas d'affirmer qu'aucune variation lente ne se produit dans le débit d'émanation des sels de radium, à partir de leur préparation. Une étude systé- ■igi CHAPITRE M. matique de ce débit pourra nous renseigner à ce sujet^ et l'on voit qu'une telle étude est réalisable avec une assez grande précision par la méthode indiquée. Le dégagement d'émanation par les sels solides de radium est relativement faible à la température ordinaire, et c'est pour cette raison que l'activité de ces sels n'est pas notablement aiïectée par les courants d'air. P. Curie et !M. Debierne ont constaté que pour un sel solide, bien desséché, le pouvoir activant, c'est-à-dire le pouvoir de produire la radioactivité induite dans une enceinte fermée, constitue une petite fraction seulement, par exemple 2^5 pour I oo, du pouvoir activant de la dissolution du môme sel {') ; le pouvoir activant peut d'ailleurs être considéré comme une mesure de la cjuantité d'émanation qui est mise en liberté dans l'enceinte close dans chaciue unité de temps. On ne peut guère assigner une valeur parfaitement déterminée au débit d'émanation que fournit à l'extérieur un sel solide; ce débit dépend en effet, de diverses conditions telles que la grandeur de la surface libre pour une masse déterminée et l'état de tassement. Pour les sels solubles, la faculté de dégager l'émanation à l'extérieur est fortement influencée par l'état d'humidité de l'air envi- ronnant, le sel étant d'autant moins perméable à l'émanation qu'il est plus sec ; pour les sels insolubles cet effet n'est pas sensible. On verra aussi que les sels deviennent moins per- méables à l'émanation quand ils ont été soumis à une chauffe forte et prolongée. En faisant le vide sur du sel radifère on retire toute l'émanation disponible. Toutefois la radioactivité d'un chlorure radifère sur lequel on avait fait le vide pendant () jours n'a pas éprouvé de baisse appréciable par cette opération, et restait toujours bien plus élevée que l'activité minimum du même sel obtenue après dissolution et dessiccation. La radioactivité du sel est donc due en grande partie à l'émanation occluse dans l'intérieur des grains,, laquelle ne peut être enlevée en faisant le vide. Si l'émanation du radium éprouve une résistance pour passer des grains dans l'air environnant, il en est de même pour son (') CuHiE et DiiBiKUNE, Comptes rendus- igoi. GAZ RADIOACTIFS OU K.MANATIONS. 2(^5 passage du radium solide dans un liquide. Quand on agite du sulfate radifère avec de l'eau pendant une journée entière, son activité après cette opération est sensiblement la même que celle d'une portion du même sulfate laissée à l'air libre. 70. Action de la température sur le dégagement des émanations radioactives par les matières solides. — Ainsi que l'a d'abord observé M. Dorn, le dégagement d'émanation par les sels de radium solides est rendu plus facile à température élevée. J'ai étudié avec quelques détails l'effet de la chauffe sur les sels de radium ( ' ). Quand on chaulfe un composé radifère^ ce composé dégage de l'émanation et perd de l'activité. La perte d'activité est d'autant plus grande que la chauffe est à la fois plus intense et plus pro- longée. C'est ainsi qu'en chauffant un sel radifère pendant r heure à i3o" on lui fait perdre lo pour loo de son rayonnement total; au contraire, une chauffe de lo minutes à 4f>t)" produit peu d'effet. Une chauffe au rouge de quelques heures de durée détruit ~-j pour I ou du rayonnement total. La perte d'activité par la chauffe est plus importante pour les rayons pénétrants que pour les rayons absorbables. C'est ainsi qu'une très forte chauffe de quelques heures de durée détruit environ -- pour loo du rayonnement total, mais la même chauffe détruit presque totalement le rayonnement qui est capable de traverser 3"" d'air et o"^™, i d'aluminium. En mainte- nant le chlorure de baryum radifère en fusion pendant quelques heures (vers 800"), on détruit 97 I )> 18 •2 jours .... » .... 38 [ , 9 J » 26 4 2 3 46 3 6 ours 46 4 » .... 54 10 y 55 5 6 » .... G7 5 14 )i 64 10 )) .... 84 18 » 71 S 24 ') .... 9' 2~ » 81 57 )' .... 100 36 5o 5; 84 1) 91 99 100 5 Les courbes I et II rappellent la courbe d'accumulation de l'éma- nation [fig. (3 \) avec laquelle elles devraient pouvoir être confondues si les conditions de l'expérience avaient été parfaites. Quand deux échantillons d'un même sel radifère, dont l'un seulement a subi une altération d'activité par la chauffe^ sont^ laissés en dissolution pendant quelcjucs heures et ensuite séchés, on ne peut constater aucune différence dans l'activité de ces deux produits à partir de la dessiccation. Un sel radifère qui a été dissous et qui vient d'être séché à une température très modérée (inférievire à lou"), possède toujours sensiblement le même pouvoir pour provoquer l'activité induite, et par conséquent laisse échapper au dehors toujours autant d'éma- nation. De plus son pouvoir activant n'est pas différent de celui d'un échantillon du même sel qui, après avoir été préparé à l'état solide, est resté dans cet état un temps suffisant pour atteindre la radioactivité limite. 9.98 CHAPITRE M. Pour les sels radifères solides^ le pouvoir de provoquer la radio- activité induite est fortement influencé par la chauffe. Pendant que l'on chauffe les composés radifères^ ils dégagent plus d'émana- tion qu'à la température ordinaire ; mais^ quand ils sont ensuite ra- menés à la température ordinaire^ non seulement leur radioactivité est bien inférieure à celle qu'ils avaient avant la chauffe^ mais aussi leur pouvoir activant est considérablement diminué. Pendant le temps qui suit la chauffe^ la radioactivité du produit va en augmen- tant et peut même dépasser la valeur primitive. Le pouvoir activant se rétablit aussi partiellement; cependant, après une chauffe pro- longée au rouge, le pouvoir activant se trouve en grande partie supprimé, sans être susceptible de reparaître spontanément avec le temps. On peut restituer au sel radifère son pouvoir activant primitif en le dissolvant dans l'eau et en le séchant à l'étuve à une température de i 20°. Il semble donc que la calcination ait pour effet de mettre le sel dans un état physique particulier, dans lequel l'émanation se dégage bien plus difficilement cjue cela n'a lieu pour le même produit solide qui n'a pas été chauffé à température élevée, et il en résulte tout naturellement que le sel atteint une radioactivité limite plus élevée que celle c{u'il avait avant la chauffe. Pour remettre le sel dans l'état physique qu'il avait avant la chauffe, il suffit de le dissoudre et de le sécher, sans le chauffer au-dessus de i.k)<^. Voici quelques exemples numériques à ce sujet : On a désigné par a l'activité induite limite provoquée en vase clos sur une lame de cuivre par un échantillon de carbonate de baryum radifère d'activité 1 (ioo. Posons pour le produit non chauffé : a = 100. On trouve : 1 jour après la cliaufTe a = 3,3 4 jours » r< = 7,1 10 » rt =: I 5 20 » a =^ 1 5 37 » rt = I ") La radioactivité du produit avait diminué de ()o pour 100 par la chauffe, mais, au bout d'un mois, elle avait déjà repris la va- leur primitive. GAZ RADIOACTIFS Ob' EMANATIONS. 299 Voici une expérience du même genre faite avec un chlorure de baryum radifère d'activité 3ooo. Le pouvoir activant est déterminé de la même façon que dans l'expérience précédente. Pouvoir activant du produit non chauffé : a= i oo. Pouvoir activant du produit après une chauffe au rouge de trois heures : 2 jours ajjrès chauffe 2,3 5 « 7,0 II )) 8,2 18 » 8,2 Pouvoir aclivanl du |)roiluil non chanilé qui a été dissous, puis séché à 00° 92 Pouvoir activant du produit chauffé qui a été dissous, puis séché à 1 5o° io5 On peut se proposer de doser le radium par l'émanation mise en liberté lors de la chauffe dans des conditions déterminées. Cette méthode a été employée pour le dosage du radium clans les minéraux radioactifs. Des recherches ont été faites dans mon laboratoire pour étudier les conditions de l'application de cette méthode. L'appareil utilisé était un tube de cjuartz de petit vo- lume^ long et étroit^ fermé à un bout et muni à l'autre bout d'un robinet à trois voies. Au fond du tulje on plaçait une nacelle de platine contenant une petite cjuantité de chlorure de baryum radifère. Le tvibe de cjuartz pouvait être chauffé à une température élevée dans un four électricjue ; la température était mesurée au moyen d'un couple thermo-électrique. Des essais ont été faits pour s'assurer que l'émanation du radium ne traverse pas le quartz^ même à température élevée. L'expérience consistait à chauffer d'abord le sel juscju'à la fusion et à enlever aussi parfaitement cjue possible l'émanation dégagée; pour cela on aspirait celle-ci dans un condensateur à gaz dans lequel on avait fait le vide^ puis on laissait rentrer de l'air inactif dans le tube de quartz et l'on faisait une nouvelle aspiration. En répétant un certain nombre de fois alternativement ces deux opérations^ au moyen d'une manœuvre convenable du robinet à trois voies^ on arrivait à transporter d'une manière très com- plète l'émanation disponible du tube dans le condensateur. L'ap- pareil était alors fermé et abandonné à lui-même pendant un CHAPITRE VI. temps déterminé afin de laisser l'émanation s'accumuler à nouveau dans le sel; au bout de ce temps t le sel était à nouveau porté à une température élevée et connue^ et l'on procédait à nouveau à l'ex- traction de l'émanation. On mesurait l'activité de celle-ci par le courant de saturation maximum qu'elle pouvait produire dans le condensateur (.'5 à \ heures après l'aspiration). Les expériences ont montré que la quantité d'émanation q qui est dégagée par le sel lors de la fusion est exactement la même que celle qui est obtenue avec le même sel et pour le même temps d'accumulation quand le sel est dissous^ et quand on emploie la méthode de dosage qui a été décrite plus haut. Il est utile de re- marquer que dans les expériences avec le sel fondu^ le volume du sel était très petit, la quantité de sel employé étant inférieure au décigramme. Voici quelques nombres à titre d'exemple : 1 par fusion. <1 par dissolution ii3 ii3 III io8 l32 i3o i36 i35 Une série d'expériences a été faite avec des temps d'accumu- lation voisins de .^ jours. Le sel était d'abord chauffé pendant 2 à 3 heures à la température T^ et l'émanation disponible était enlevée; ensuite l'accumulation de l'émanation avait lieu à la température ordinaire^ et c'est seulement avant l'extraction que la température T était à nouveau établie avec le même temps de chauffe. L'émanation était alors extraite et mesurée. La tem- pérature T est indiquée dans la première colonne du Tableau. Dans la deuxième colonne on trouve la quantité q d'émanation obtenue avec un chlorure de baryum radifère^ cette quantité étant rapportée à un temps d'accumulation d'une heure. Dans la troisième colonne cette même quantité q est donnée pour un sulfate de baryum radifère qui contenait autant de radium que le chlorure qui a fourni les nombres de la deuxième colonne. Enfin dans la dernière colonne figure la valeur de q pour un sel dissous, contenant la même quantité de radium que les deux sels étu- GAZ RADIOACTIFS OU KMAXATlOXb TEMPERATURE T. (1 ( clilonire ). <1 (sulfale). q par dissohitiun. f2i>o" I 1 i (sel fondu ) I oC) ( cliaulfe de 3 h^uies ) 1 i3 1 oGo ii3 (sel fondu) ^9 (chauffe de 3 heures) 8Go -i (chauffe de 3 heures) ( chaulTe de 3 heures j !SJo (chaufl'e de 3 heures 3o minutes) 85o ( chauffe de 2 heures) GJo 02, 5 ( chaufl'e de > heures) 3jo G 1 chauffe de 2 heures) diés par la chauffe; en ce cas l'extraction de l'émanation a été faite par la méthode de barbotage. On peut constater que la quantité d'émanation obtenue avec le sel fondu est égale à celle que l'on peut extraire du même produit dissous^ et constitue un maximum qui n'a pas été atteint pour le sel solide non fondu; même à la température de 1200" le sulfate ne peut dégager toute l'émanation qui y est contenue; tou- tefois après une chauffe de 3 heures à cette température ce sel ne conserve qu'une faible partie de l'émanation qui y était accumulée. On voit de plus que si le sel n'a pas été fondu^ la quantité d'éma- nation mise en liberté à une température déterminée dépend non seulement de la température, mais aussi du temps de chauffe. On peut conclure de ce qui précède que le dosage du radium par 3o.l CHAPITRE VI. V émanation nest légitime avec V emploi de la méthode de chauffe que si la fusion du produit radifère a été obtenue. Cette condition n'a pas, en général, été réalisée pour les minéraux étudiés par ce procédé. Les expériences précédentes montrent aussi cju'à la même tem- pérature le chlorure non fondu dégage l'émanation bien plus faci- lement que le sulfate. On pourrait penser que l'émanation se dégage du sel solide par suite d'un phénomène de diffusion, de telle manière que la perte à l'extérieur est à chaque instant proportionnelle à la quantité d'émanation q accumulée dans le sel. On pourrait désigner par u-ç la vitesse de perte, [j. étant un coefficient qui croîtrait avec la tempé- rature. Si aucun autre phénomène n'intervenait, on aurait pour la vitesse d'accumulation de l'émanation, à une température déter- minée, p étant le poids du radium contenu dans la matière, A la quantité d'émanation produite dans l'unité de temps par un gramme de ra- dium et A le coefficient qui caractérise la destruction spontanée de l'émanation. On voit qu'avec cette hypothèse l'on aurait &). = p\, en désignant par ( —^ ) la vitesse d'accumulation pour t = o, c'est- à-dire pour des temps d'accumulation très courts à partir de l'instant où le sel a été privé de toute émanation. Une étude complète a été faite à ce sujet par M. Kolowrat ( ' ) qui a mesuré pour différentes températures la valeur de / -rj ) • Pour cela on chassait l'émanation du sel pendant que celui-ci était fondu; on établissait ensuite une teinpérature déterminée T qui était maintenue pendant ^^,"5 heures; après ce temps l'émanation mise en liberté était enlevée par aspiration et mesurée. Le sel étant ensuite fondu à nouveau, on pouvait en extraire l'éma- nation qui y était restée occluse et la mesurer. On connaissait donc pour le sel considéré : i" La quantité d'émanation produite au total par heure et ne (') Kolowrat, Le Radium^ 1907 et igoy. GAZ RADIOACTIFS OU KMANATIOXS. 3o3 pouvant être dégagée intégralement qu'à l'aide de la fusion^ autrement dit le débit d'émanation p A ; 2" La quantité d'émanation dégagée à l'extérieur par heure, à une température déterminée et dans les conditions de l'expérience ; 3" La différence de ces deux quantités qui représente l'éma- nation occluse dans le sel; c'est aussi pour les temps d'accumu- lation courts la valeur de la quantité {-/-)• On trouve que la valeur de ( -^ j n'est pas indépendante de la température T, mais qu'elle est, au contraire, une fonction de celle-ci; cette fonction va d'abord en décroissant quand la tem- pérature s'élève; c'est seulement à la température ordinaire que l'on a f -j- ) =pA. Quand la température croît, la différence va en augmentant et représente l'émanation dégagée à l'extérieur par un procédé autre que celui de la diffusion, La loi suivant laquelle - varie en fonction de T est rejDrésentée dans la figure 68. Pour le chlorure de baryum radifère la valeur de tz Fig. 68. Temps en jours n LD OR OS / i\ 1 n4 / nz ^ ' n ^ y 1 200 400 600 800 1000 7 emperature reste d'abord sensiblement nulle jusqu'à 35o" environ; à partir de 'io4 CHAPITRE VI. cette température - augmente rapidement jusque vers «Soo '; il se produit ensuite une perturbation qui amène une diminution de - et un minimum est atteint vers ()Oo"; ce minimum est suivi d'une nouvelle augmentation rapide qui se poursuit jusqu'à la température de fusion vers ().joO; à cette température - atteint la valeur p A, c'est-à-dire que l'émanation est totalement dégagée par le sel fondu. On peut penser que la perturbation qui a lieu au voisinage de 900' est occasionnée par une transformation moléculaire du sel qui semble se produire à cette température. Des résultats analogues ont été obtenus avec le fluorure de baryum radifère; toutefois la valeur de - ne devient appréciable que vers (300 '. On constate également, dans la courbe relative au fluorure, un crochet analogue à celui qui se produit avec le chlorure. Ainsi l'émanation peut être émise par le sel autrement que par un phénomène de diffusion; cette émission, qui augmente avec la température, ne dépend pas de la quantité d'émanation présente, Fi g. (h|. ^ 80 1 1 v^ ysi / / ^ /*! Î8» LU ■ yy' 1 y/^ 559 J &I 0 l^ r^ 1 / V ^ y \ 10- /. r ^ y' // y 03 ^ > ^ ^ ! À> ^ ' t \j^/ y ^ :::! 1 - 927° ^ y^..^ 1 1. i Q"? B» j^^^^ ■ — • — , Mi, ,11 10 20 heures mais seulement de la quantité de radium ; il existe donc une sorte de poiwoir émissif qui est fonction de la température, et que l'on pourrait être tenté d'interpréter comme un phénomène de pro- GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 3o5 jection de particules d'émanation par les couches de sel dont la communication avec l'extérieur est facile. Les courbes de la figure (it) indiquent la loi suivant laquelle l'émanation est absorbée ou occluse par le sel, quand celui-ci est maintenu à une température donnée T pendant 28 heures. Dans d'autres expériences, certaines de ces courbes ont été prolongées pendant plusieurs jours. Les courbes relatives à différentes valeurs de T peuvent se distinguer aussi bien par la tangente à l'origine, valeur de ( -^ ] > que par la valeur limite de q, soit q^. Une per- turbation dans la forme des courbes est amenée par la variation irrégulière de ( — ^ ) au voisinage de (|uo". La courbe supérieure représente la loi d'accumulation théorique quand l'émanation reste entièrement absorbée. On peut essayer de mettre la relation entre q et t sous la forme — =p{\ — a) —J. (j - [^(/, OÙ a représente un terme indépendant du temps et de q, mais dépendant de T. On aurait, en ce cas, avec /> ( A — a ) L'expérience semble prouver que le coefficient u. ne prend une valeur appréciable qu'à température élevée (probablement au- dessus de 800"), de sorte qu'aux températures moyennes la perte d'émanation à chaud serait indépendante de q et pourrait être due principalement à un phénomène de projection dont la na- ture n'est pas encore connue. Quand on a laissé l'émanation s'accumuler à une température peu élevée T, et qu'on élève ensuite rapidement la température à la valeur To, il se produit un dégagement d'émanation brusque. Contrairement à ce qu'on aurait pu prévoir, la quantité d'émana- tion ainsi dégagée n'est pas égale à l'excès de la quantité présente sur la quantité qui serait en équilibre avec le sel à la température T; C. -I. 20 3o6 CHAPITRE VI. on constate qu'elle est plutôt déterminée par l'excès de la quantité présente sur celle qui aurait été accumulée pendant le même temps à la température T^. Plusieurs expériences de ce genre sont repré- sentées par la courbe de la figure -o. L'accumulation a lieu à la tem- pérature ordinaire; après un temps déterminé (environ 20 heures)^ Fis. « X 20 / / V ^ ^^ \ ^-.^-—-l / / \>^ / 40 50 60 Temps en heures la température est portée à 729° pendant quelques heures, et l'éma- nation disponible est retirée à des intervalles de temps rapprochés ; ensuite on laisse le sel reprendre la température ordinaire. On peut calculer la quantité d'émanation contenue dans le sel à un moment donné et la représenter par une courbe en fonction du temps. On voit que cette courbe présente des crochets; la quantité absorbée passe par un minimum et augmente ensuite suivant une loi qui tend à se confondre avec la loi d'accumulation à la tempé- rature de 729O, laquelle est représentée par une courbe tracée en pointillé sur la figure. La quantité absorbée à une température T après un temps t est donc la même, que la température T ait été établie dès le commencement de l'accumulation, ou qu'on ait d'abord accumulé à froid, puis chauffé à la température T pen- dant un temps convenable. Pour rendre compte de ces expériences, M. Kolowrat a proposé l'explication suivante : les molécules d'émanation formées pendant un temps donné peuvent être en partie absorbées par le sel, mais toutes les molécules ne sont pas retenues avec le même degré de cohésion; celles qui sont retenues plus énergiquement ne peuvent GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. Soj se dégager qu'à une température plus élevée. Le nombre des molé- cules qui sont susceptibles d'être mises en liberté à une température donnée constitue une fraction déterminée du nombre des molécules formées par unité de temps; cette fraction croît avec la tempéra- ture et devient égale à i à la température de la fusion. Une éléva- tion brusque de la température a pour effet de déterminer la mise en liberté de toutes les particules qui étaient retenues dans le sel avec un degré de cohésion inférieur à celui qui correspond à la tem- pérature qu'on vient d'établir. Dans cette théorie la loi d'accumulation à une température con- stante doit être de la forme ^= q^^ (i — e~'^)^ où \ est la con- stante de destruction de l'émanation^ et q^ la quantité d'émanation qui reste absorbée à l'état de régime, et qui est d'autant plus petite que la température est plus élevée. L'expérience prouve que l'émanation une fois dégagée n'est plus sensiblement absorbée par le sel. même quand on abaisse la tempé- rature de celui-ci. Si l'on étudie divers échantillons d'un même sel radifère en quan- tités égales^ et dégageant^ par conséquent^ pour un même temps d'accumulation^ la même quantité d'émanation lors de la fusion, on constate que la proportion de l'émanation dégagée à une même température, dans les mêmes conditions, peut varier d'un échan- tillon à l'autre et semble par suite dépendre de l'état physique du sel et peut-être de la présence d'impuretés. On peut aussi penser qu'une rémanence des effets de chauffe peut exister dans une cer- taine mesure. Un même échantillon de sel donne des résultats bien réguliers quand on a soin de faire fondre le sel avant chaque expé- rience. Le dégagement de l'émanation du thorium par les composés solides est relativement facile à température ordinaire; c'est pour cette raison que l'activité du sel est fortement influencée par les courants d'air. Les caractères généraux de la production et du dégagement de l'émanation du thorium sont les mêmes que ceux qui ont été mis en évidence pour l'émanation du radium. En particulier les effets de dissolution et de chauffe se manifestent d'une manière analogue. 3<>8 CHAPITRE VI. MM. Rutherford et Soddy ( ' ) ont comparé le débit d'émanation des différents composés solides de thorium dans des conditions déterminées^ en entraînant par un courant d'air de vitesse connue l'émanation produite par un poids connu de substance placée dans un vase plat^ et en envoyant ce courant d'air dans un condensa- teur de mesures. Après i o minutes un état stationnaire est atteint. L'expérience a montré que, pour les vitesses de courant d'air employées, le courant de saturation était proportionnel au poids de matière jusqu'à 20^^'. Il résulte de cette étude cjue les composés de thorium ont un pouvoir de dégagement d'émanation qui varie dans de très larges limites. C'est ainsi que l'hydrate de thorium émet à poids égal deux à trois fois plus d'émanation que l'oxyde de thorium du commerce. Le nitrate de thorium à l'état solide ne dégage que r^ de la quantité d'émanation fournie à poids égal par l'oxyde de thorium. Divers échantillons de carbonate se comportent d'une manière très différente suivant leur mode de préparation. Pour l'oxyde de thorium la faculté de dégager l'émanation est deux ou trois fois plus grande dans les gaz humides que dans les gaz desséchés. Le dégagement d'émanation est facilité par une élévation de température (-). L'oxyde de thorium chauffé au rouge dans un tube de platine dégage trois ou cjuatre fois autant d'émanation qu'à froid. Tant que la température est maintenue constante^ la vitesse de dégagement de l'émanation concerve cette valeur élevée, mais elle reprend sa valeur primitive lors du refroidissement. Si toutefois le produit a été chauffé au blanc, le pouvoir de déga- gement est grandement réduit, et après refroidissement ce pou- voir tombe à une valeur qui ne constitue que 10 pour ux» de la valeur primitive. Quand le produit est dans cet état, M. Ruther- ford le nomme déémané. Le pouvoir de dégager l'émanation diminue pour l'oxyde de tho- rium quand la température s'abaisse; à la température de l'acide carbonique solide il est dix fois plus petit qu'à la température ordi- naire; il reprend sa valeur primitive par réchauffement. (') HuTiiEiui'ouD et Soddy, P/iil. Mag., jyo2. (■-) nuTiiEiiFoiui, Phys. Zeit., 1901. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. SoCJ L'effet des variations de température est réversible tant que la température de déémanation n'a pas été atteinte. Quand celle-ci a été dépassée^ l'effet de la chauffe peut être détruit en faisant passer le produit par l'état de dissolution. L'effet de la chauffe consiste donc^ comme dans le cas des sels de radium, en une altéra- tion des propriétés du produit qui est rendu moins perméable à l'émanation^ mais la faculté de produire celle-ci n'est pas influencée. Le dégagement de l'émanation du thorium est facilité par la dissolution. L'azotate de thorium dissous dégage trois ou quatre fois plus d'émanation que la quantité correspondante d'oxyde de thorium. Quand on dissout rapidement dans l'eau chaude une certaine cjuantité d'azotate de thorium contenue dans un flacon, l'émanation accumulée dans ce sel se dégage et peut être en- traînée dans un appareil de mesures par un courant d'air rapide qui traverse la solution pendant 2,5 secondes. Le courant d'ionisation est mesviré immédiatement^ puis la solution est abandonnée à elle- même pendant lo minutes. Au bout de ce temps l'état de régime entre la production et la destruction de l'émanation est atteint; on entraîne alors l'émanation accumulée en opérant exactement comme dans le cas précédent^ et l'on fait une nouvelle mesure. On trouve que l'émanation limite qui s'est accumulée clans le sel dissous produit le même courant que l'émanation qui était accu- mulée dans le sel solide. C'est ce que l'on pouvait prévoir si la production d'émanation est la même dans le sel solide et dans le sel dissous^ et si le sel solide ne dégage pas d'émanation à l'exté- rieur, condition réalisée approximativement pour l'azotate ( ' ). L'azotate de thorium solide doit contenir une C[uantité d'émana- tion limite qui peut être calculée en supposant une production constante et une destruction suivant la loi exponentielle carac- téristique. On a alors pour cette quantité limite q^ où A désigne la quantité d'émanation produite par seconde et par (') RuTHEUFORD, RacUoactivi t}\ 1901. 3lO CHAPITRE VI. gramme de thorium, p le nomibre de grammes de thorium utilisés, ). la constante de destruction de l'émanation. On trouve la quantité limite est donc 87 fois plus grande que celle qui se forme par seconde. Peu d'expériences ont encore été faites sur le dégagement de l'émanation de l'actinium. On sait toutefois que ce dégagement est extrêmement facile à la température ordinaire pour les composés solides, dont l'activité est, pour cette raison, fortement influencée par les courants d'air. L'hydrate dégage l'émanation le plus facile- ment, l'oxalate en dégage bien moins. Les expériences de condensation qui ont été décrites plus haut (§ 05) montrent qu'à basse température le dégagement d'émana- tion par un composé d'actinium solide est empêché. Ce dégagement ne commence à pouvoir être constaté qu'à partir de — i4o" et augmente ensuite rapidement avec la température au delà de + 120". La courbe représentative du phénomène [fig. 61) rappelle la courbe {fig. 68) qui représente le dégagement d'émanation à l'extérieur par un sel de radium en fonction de la température, sauf que la courbe relative à l'actinium ne présente pas la pertur- bation observée avec les sels de radium. Tout se passe comme si, au point de vue de sa perméabilité à l'émanation, l'actinium se trouvait à — i4o" dans des conditions comparables à celles dans lesquelles le chlorure de radium se trouve à 350". Nous avons vu que le dégagement d'émanation par un composé solide à la température ordinaire se fait difficilement pour un sel de baryum radifère et relativement facilement pour les com- posés de thorium et les substances actinifères. Or il y a une diffé- rence de nature entre les matières qui interviennent dans les deux cas. Le radium est généralement dilué dans les sels de baryum; l'actinium se trouve à l'état de trace avec des terres rares ; le tho- tium X, source de l'émanation du thorium, est dilué dans les com- posés de thorium. On peut donc penser que la facilité plus ou moins grande avec laquelle se dégagent les émanations poui*rait dépendre de la nature des matières au sein desquelles elles se forment plutôt que de la nature même des émanations. Cette manière de voir a été GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 3ll confirmée par des expériences récentes (') qui comportent l'étude du dégagement de l'émanation par des composés insolubles divers contenant des traces de radium. A la solution qui contenait un sel du métal choisi, on ajoutait une solution contenant une quantité connue et très faible de radium, puis on précipitait le métal, à l'état de sel insoluble ou d'hydrate, par un réactif approprié. Le précipité entraînait le radium en proportion plus ou moins forte pour les différents composés étudiés ; c'est ainsi que le radium est très complètement entraîné avec un précipité d'hydrate de fer ou d'urane_, tandis que les hydrates de thorium, de didyme ou d'alumi- nium ne l'entraînent qu'en faible proportion. Le précipité séparé du liquide était séché à l'étuve vers 120"; puis on mesurait sépa- rément l'émanation dégagée par le liquide et par le solide après 20 heures d'accumulation en vase clos. On trouve ainsi que, pour les sels solides de baryum et de plomb, l'émanation recueillie ne con- stitue qu'environ ^ pour 1 00 de l'émanation accumulée, tandis que pour d'autres composés le dégagement est beaucoup plus impor- tant. Voici le rapport de la quantité d'émanation recueillie à la quantité d'émanation accumulée pour quelques-uns des composés étudiés. Hydrate de fer 0,29 Hydrate d'urane 0,20 Hydrate de baryum o,o35 Fluorure de didyme 0,20 Fluorure de baryum o ,o5 Ghromate de fer o , 34 • Chromate de baryum o,o43 Sulfate de plomb o,o33 Sulfate de baryum 0,028 Dans les expériences faites sur l'émanation du radium, celle-ci est, en général, fournie par une solution, et dans certains cas il peut en résulter des inconvénients. L'emploi de radium dilué dans des composés perméables à l'émanation (hydrate de fer ou d'urane, chromate de fer, fluorure de didyme) permet d'obtenir à la tempé- rature ordinaire une forte proportion de l'émanation accu- mulée. (') Herszfixkel, Comptes rendus, 1909. 3l2 CHAPITRE M. 71. Les émanations sont des gaz matériels. Séparation de l'éma- nation du radium à l'état pur. Mesure du volume. — Nous avons vu que les émanations radioactives se comportent à bien des points de vue comme des gaz ; toutefois, dans toutes les expériences qui ont été décrites jusqu'ici, la présence d'une émanation était toujours révélée uniquement par ses propriétés radioactives. Pour prouver que les émanations sont bien des gaz^ on peut chercher à les isoler^ à mesurer leur volume sous pression déterminée et à observer la production d'un spectre caractéristique. Les expériences de cette nature sont très importantes_, parce cjue s'il est prouvé sans aucun doute que la radioactivité dans le cas des émanations est attachée à des gaz matériels de nature bien définie, il est prouvé en même temps que ces gaz ne sont pas stables_, mais éprouvent une destruction spontanée, ce qui n'a encore jamais été observé pour l'un des gaz ordinaires. L'opinion d'après laquelle les émanations sont des gaz matériels a été soutenue par MM. Rutherford et Soddy aussitôt après la découverte des émanations radioactives, et alors que les propriétés de celles-ci étaient encore peu connues. Les résultats de l'expérience sont venus appuyer cette opinion en tout point, et les travaux récents relatifs à l'émanation du radium sont de nature à l'établir définitivement. Des trois émanations, celle du radium est d'ailleurs la seule que l'on puisse tenter d'isoler, parce que sa persistance est assez grande; les émanations du thorium et de l'actinium se dé- truisent si rapidement qu'elles ne peuvent s'accumuler en quan- tité appréciable. L'émanation du radium est obtenue à partir des sels de radium solides ou dissous ; elle est contenue dans les gaz qui sont constam- ment dégagés par ces sels. Une solution de sel de radium suffisam- ment concentrée donne lieu à un dégagement de gaz visible et continu, ainsi que l'a tout d'abord observé M. Giesel ('); les gaz formés sont principalement l'oxygène et l'hydrogène, et la com- position du mélange est voisine de celle de l'eau, de sorte que l'on peut admettre qu'il y a décomposition de l'eau par l'action du radium; toutefois un excès d'hydrogène peut, en général, être constaté. Un sel de radium solide, qui n'a pas été rigoureuse- (') Giesel, Berichte d. d. chein. Gesel, igoS. (;AZ RAniOACTIFS 01' ÉMANATIONS. 3l3 ment privé d'eau, donne aussi lieu à la formation de gaz qui restent occlus dans le sel et se dégagent lors de la dissolution ou de la fusion; on obtient également en ce cas de l'oxygène et de l'hydrogène^ le mélange contenant une proportion d'hydro- gène plus grande que celle qui correspond au gaz tonnant. Enfin on trouve généralement dans les gaz dégagés un peu d'acide carbonique et des traces d'hélium. Ce dernier gaz se forme d'une manière continue en présence de radium, ainsi que l'ont établi MM. Ramsay et Soddy dans un travail dont l'importance est con- sidérable^ et dont les résultats ont reçu de nombreuses confirma- tions ( ' ). La production de gaz par une solution de bromure ou de chlo- rure de radium est d'environ o""^4 par gramme de radium et par heure. Les premiers travaux relatifs à l'isolement de l'émanation du Fis. 11. radium sont dus à MM. Ramsay et Soddy (-). L'émanation accu- (') Ramsay et Soddy, Phys. Zeit., igoS. i-) Uajisay et Soddy, Proc. Roy. Soc, 1904. 3l/l CHAPITRE VI. mulée avec d'autres gaz en présence d'une solution de 6o™s de bromure de radium était transportée avec ces gaz dans un eudiomètre F, dans lequel on produisait une explosion (yîg. 71). L'excès d'hydrogène contenant l'émanation était laissé en contact avec de la soude qui absorbait les traces d'acide carbo- nique. On faisait alors un vide très complet dans la partie restante de l'appareil, puis on y laissait pénétrer l'hydrogène et l'émana- tion au travers d'un tube D rempli d'anhydride phosphorique. On entourait ensuite le tube capillaire A d'air liquide pour y condenser l'émanation; pour suivre les progrès de la condensation, on obser- vait la luminosité du verre au contact de l'émanation. On laissait ensuite monter le mercure au niveau G, et l'on faisait un très bon vide au travers du robinet C ; puis, ayant fermé celui-ci, on enle- vait l'air liquide, et on laissait monter le mercure de manière à refouler l'émanation dans la partie capillaire du tube A; on mesurait alors son volume en fonction du temps, et l'on cherchait à produire son spectre en faisant passer la décharge dans le tube au moyen d'électrodes qui y étai.ent contenues. Le volume obtenu ainsi dans une expérience a été o'" '', 124 sous pression atmosphérique; le volume de la bulle lumineuse allait en diminuant et disparut presque complètement en un mois. Dans une autre expérience le volume obtenu était ( )'"'•'', 020 sous pression atmosphérique, mais cette fois-ci le volume aug- menta, et après 2.3 jours il était devenu dix fois plus grand. On con- statait alors dans le tube la présence de gaz hélium dont le spectre très brillant pouvait être observé. MM. Ramsay et Soddy ont conclu de leurs expériences que l'émanation est un gaz qui obéit à la loi de Boyle-Mariotte, et que le volume de l'émanation en équilibre avec 1^ de radium est environ i"""' sous la pression normale et à la tempéature ordinaire. La détermination du volume de l'émanation présente des diffi- cultés qui proviennent d'une part de l'incertitude relative à la pureté de ce gaz, d'autre part de la variation irrégulière du volume observé. En ce qui concerne ce dernier point, on sait actuellement qu'il y a production d'hélium en présence de l'éma- nation; par suite de cette production, le volume gazeux devrait aller en augmentant, tandis que la destruction de l'émanation GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 3l5 tend à le faire diminuer^ et, suivant la théorie actuelle, le volume final pourrait être plus grand que le volume initial. Dans cette théorie l'hélium est un des produits de la destruction de l'éma- nation; il résulte de la projection, par l'émanation et par la radio- activité induite qui raccompagne_, de particules matérielles qui constituent les rayons a, et qui sont des atomes d'hélium portant une charge électrique. Ces particules étant expulsées avec une grande vitesse, peuvent pénétrer dans les parois du vase qui contient l'émanation et être absorbées par celles-ci. La manière dont varie le volume du gaz dépend de la proportion d'hélium absorbé, laquelle dépend elle-même de conditions très variées, telles que la forme du tube, la nature des parois, etc. M. Ramsay a d'ailleurs montré que l'hélium n'est pas notablement absorbé par le verre dans les conditions ordinaires ; l'absorption résulte donc de ce fait que la vitesse des particules est considérable. Les résultats obtenus plus tard par MM. Ramsay et Cameron (') pour la mesure du volume de l'émanation ont été différents, La quantité de radium utilisée était 0^,087-. Le gaz extrait de la solution qui contenait une petite quantité de sel insoluble était soumis à une explosion et séché sur de l'anhydride phosphorique. Ensuite l'émanation était condensée à la température de l'air liquide, et le vide était fait dans l'appareil pour enlever l'hydrogène qui était resté avec l'émanation. Pendant que l'on fait le vide, on entraîne toujours un peu d'émanation, ce dont on peut s'assurer en observant la luminosité des tubes. Il y a donc là une cause d'incertitude relative au volume de l'émanation qui correspond à une quantité donnée de radium; si l'on ne fait pas un vide assez complet, on laisse de l'hydrogène ; si l'on fait le vide trop longtemps, on entraîne une quantité appréciable d'émanation. Les expériences ont confirmé que l'émanation obéit à la loi de Boyle quand les mesures sont faites rapidement et que la pression varie entre 20""" et 200""" de mercure, pendant que le volume varie entre i"""' et 10"'"' environ. Le volume initial de l'émanation était difficile à déterminer. On observait, en général, pendant la première heure après la séparation, une contraction assez rapide en vertu de laquelle le volume diminuait de moitié; ensuite le (') Soc. Chim. Londres, 1907. ii6 rHAPITIllï M. volume clans certaines expériences restait constant^ dans d'autres il variait sans qu'une loi de variation commune à toutes les expé- riences puisse être établie. Dans certaines expériences le volume diminuait suivant la loi même de destruction de l'émanation. Le volume initial observé variait entre o"""', 182 et o"'"^\'S'6- pour l'émanation produite en quatre jours environ. MM. Ramsay et Cameron considéraient le nombre le plus fort comme le plus exact et adoptaient pour le volume de l'émanation qui se trouve en équilibre avec i^ de radium la valeur de -'""' sous la pression normale. Ce nombre était bien plus élevé que celui obtenu précé- demment. Le volume occupé par l'émanation qui est en équilibre ra- dioactif avec I ^ de radium est une constante importante. De plus la valeur de cette constante est en relation directe avec la vitesse de destruction du radium. Si, en effet, l'émanation est produite aux dépens du radium^ celui-ci disparaît d'autant plus vite que la formation de l'émanation est plus rapide, et d'autre part la quantité d'émanation qui correspond à l'équilibre est propor- tionnelle à la vitesse de formation. 11 est même possible, moyen- nant certaines hypothèses, d'évaluer numériquement la vie moyenne du radium d'après la vitesse de production de l'émana- tion. La connaissance de celle-ci présente donc un intérêt consi- dérable. Des recherches concernant la mesure aussi exacte que possible du volume de l'émanation ont été reprises par M. Ru- therford, M. Debierne et MM. Ramsay et Gray. M. Rutherford utilisait 0^,2.5 de radium ( ' ). Les gaz dégagés étaient soumis à l'explosion dans le réservoir C {flg. 72); le vide étant fait dans la partie supérieure de l'appareil, le gaz restant était refoulé dans le réservoir Doù il séjournait au contact de potasse qui absorbe l'eau et le gaz carbonique; le tube en U était alors plongé dans un bain réfrigérant pour que l'émanation se condense, et l'on faisait le vide sur l'émanation condensée par le robinet B. Ensuite l'émanation était admise au moyen du robinet A dans le vase E, dans lequel un très bon vide avait été fait préalablement; ce robinet étant fermé, on refoulait l'émanation dans le tube capillaire et l'on mesurait son volume, La pureté de l'émanation (') RuTHERFoni), F/u'l. Mag., 1908. GAZ IIADIOACTIFS OU K.M AN A IIONS. 3l7 était contrôlée par l'apparence du spectre obtenu au moyen d'électrodes extérieures appliquées sur le tube capillaire. Des traces de gaz carbonique étaient visibles d'une manière très tenace dans le spectre obtenu. Pour éliminer les gaz carbonés Fit il était nécessaire de laisser l'émanation privée d'hydrogène en contact prolongé avec la potasse, et de faire le vide sur l'éma- nation condensée à une température intermédiaire entre celle de l'air liquide et celle de la condensation^ afin de pouvoir enlever à la trompe les gaz qui se condensent plus difficilement que l'éma- nation. Les expériences ont montré que l'émanation obéit à la loi de Boyle, ainsi que l'avait annoncé M. Ramsay. La variation de vo- lume à partir du moment où l'émanation est refoulée dans le tube capillaire ne se fait pas exactement de la même manière dans les diverses expériences; quelquefois le volume commence de suite à augmenter_, d'autres fois il se produit une contraction initiale, et un minimun est atteint qui est généralement suivi d'une augmentation. M. Rutherford a admis que le volume minimum est 3l8 CHAPITRE VI. celui que l'on doit adopter; ce minimum a lieu en moins d'un jour à partir du début. Pour rapporter le volume mesuré à une quantité de radium déterminée, on comparait le rayonnement pénétrant du tube qui contenait l'émanation en équilibre avec la radioactivité induite qu'elle produit, avec le rayonnement pénétrant d'une ampoule qui contient une quantité connue de radium en équilibre avec l'émana- tion et la radioactivité induite. Le rayonnement pénétrant pro- venant de la radioactivité induite donne une mesure de la quan- tité de radium correspondante, et cette manière de procéder élimine l'incertitude provenant des opérations effectuées sur le mélange gazeux. M. Rutherford a trouvé ainsi pour le volume de l'émanation qui est en équilibre avec !§ de radium environ o"""',6, moyenne des trois nombres suivants, obtenus dans trois expériences consécutives et rapportés à la pression normale : o"""\59, o"'""%66, o'""','J8. M, Rutherford a signalé ce fait que l'émanation du radium est absorbée très rapidement par les parois du tube, quand on fait passer dans le gaz une décharge pour produire le spectre. Pour cette raison le volume de l'émanation doit-être mesuré avant le passage du courant dans le tube. La méthode expérimentale utilisée par M. Debierne ( ' ) est un peu différente de celle de M, Ramsay et de M. Rutherford. Elle consiste à séparer l'émanation et l'hélium contenus dans le mélange gazeux en faisant absorber les autres gaz par des réactifs appropriés. Par l'action du cuivre et de l'oxyde de cuivre, l'oxygène est absorbé; l'hydrogène donne de la vapeur d'eau, et les gaz carbonés de l'acide carbonique; l'eau est absorbée par l'anhydride phospho- nique, le gaz carbonique par la potasse fondue; enfin l'azote est absorbé par du lithium légèrement chauffé. L'émanation est séparée de l'hélium par condensation au moyen de l'air liquide. Un dispositif particulier est employé pour obtenir une condensa- tion fractionnée et observer séparément les gaz condensés à des températures différentes et l'hélium non condensé. Après purifi- cation, l'émanation et l'hélium ne se trouvent plus à aucun moment (') Comptes rendus^ mai 1909. GAZ RADIOACTIFS OV ÉMANATIONS. SlQ en contact avec un robinet; la graisse des robinets est en effet attaquée en présence de l'émanation et donne naissance à des gaz carbonés. L'hélium est recueilli en même temps que l'émanation. L'appareil utilisé est représenté dans la figure 7.!. L'émanation Fis. l'i- PiO" CuO tjTimpe 3 C3a est fournie par une solution contenant environ o?^2 de radium. Avant l'expérience, l'air est complètement éliminé de l'appareil; pour cela on y fait un bon vide à plusieurs reprises. On laisse ensuite les gaz s'accumuler, la communication de la solution avec le restant de l'appareil étant interceptée par du mercure. Quand la quantité de gaz est suffisante, on fait un vide parfait par le robinet R. Ensuite on ferme les robinets R et R' et, en aspirant le mercure du réservoir A, on établit la communication entre la solution et l'appareil. Une portion du gaz est alors admise dans le tube à absorption par une manœuvre du robinet R ; le gaz se répand dans les tubes absorbants, que l'on chauffe de l'extérieur à l'endroit où se trouvent le cuivre, l'oxyde de cuivre et le lithium. Quand l'absorption est achevée, on introduit une nouvelle por- tion de gaz. et l'on continue à procéder ainsi jusqu'à ce que tout le gaz disponible ait été utilisé. Enfin dn laisse le gaz résiduel pendant 24 heures au contact des matières absorbantes. On 3j>o chapitru VI. utilise alors le mercure contenu dans le réservoir B pour refouler le gaz dans le tube d'absorption, et l'on fait arriver le mercure au niveau a. On détermine ensuite la condensation de l'émanation dans le tube capillaire latéral^ qui plonge dans un vase Dewar entouré d'air liquide et contenant de la limaille de cuivre. La température est mesurée au moyen d'un thermomètre à pentane. La condensation étant complète^ on enlève l'air liquide et on laisse la température monter progressivement; quand elle a atteint une valeur déterminée^ on isole les gaz volatilisés en laissant monter le mercure au niveau h. En utilisant plusieurs tubes capillaires latéraux on peut ainsi réaliser un fractionnement du gaz basé sur la facilité de condensation. Le gaz non condensé (hélium) est alors soumis à nouveau à l'action des réactifs absor- bants pour éliminer les traces d'hydrogène et de gaz carbonique qui pourraient encore être présentes. Ce gaz est ensuite refoulé dans la fourche terminale, où il se partage en deux parties égales : l'une destinée à la mesure du volume et l'autre à l'examen du spectre. Les diverses portions de gaz sont enfermées par le mercure dans les tubes capillaires. On les isole de l'appareil en fermant ces tubes à la lampe dans la portion occupée par le mercure. On coupe ensuite l'extrémité des tubes; la pression atmosphérique s'établit et, comme le fond des tubes est occupé également par du mercure, les bulles gazeuses se trouvent enfermées entre deux filets de mer- cure sous la pression atmosphérique. On peut observer le volume de la bulle en mesurant sa longueur à la machine à diviser, la section du tube étant connue. Si l'on veut observer aussi le spectre, on recueille l'émanation dans un tube en forme de fourche, comme celui qui termine l'appareil dans la figure, l'une des branches de la fourche formant un tube à électrodes, et l'autre étant des- tinée à recueillir une bulle de gaz par le moyen qui vient d'être indiqué. La portion du gaz la plus fortement radioactive et contenant la plus grande partie de l'émanation est celle qui se condense entre — i-y" et — 1 5o". Le gaz non condensable donne le spectre de l'hélium pur. Le volume de l'émanation subit généralement une. contraction initiale assez forte; après cette diminution le volume est bien défini; le volume mesuré dans ces conditions a été utilisé GAZ UADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 3t.I pour calculer le volume de l'émanation saturée de i^ de radium. Pour cela le rayonnement pénétrant de la bulle gazeuse était comparé à celui émis par une ampoule contenant une quantité bien connue de chlorure de radium parfaitement pur. Le volume était bien proportionnel à l'activité pour des bulles préparées avec des temps d'accumulation de l'émanation variant de trois jours à un mois. Les nombres obtenus dans quatre expériences étaient o"""",6o, o"""',52, o"""',6i, o'""'\5n. La moyenne (."""',58 est en bon accord avec le nombre indiqué par M. Rutherford. Le spectre de l'émanation ne présentait pas de différence avec celui obtenu par MM. Rutherford et Royds. La loi de décroissance de l'émanation pure sous pression atmosphérique a été étudiée pour toutes les bulles, et l'on n'a pas constaté de différence avec la loi observée pour l'émanation diluée ( ' ). Donc, même à cette forte concentration, la loi de destruction n'est pas altérée iU 48, XI). Les résultats obtenus par M. Rutherford et par M. Debierne au moyen de dispositifs différents sont en très bon accord. Ces résultats ont été confirmés ensuite par MM. Ramsay et Gray ( - ) qui utilisant o^, •-> de radium ont obtenu pour le volume de l'émanation saturée de l '^ de radium la valeur o"""',6o, moyenne de trois expériences concordantes. Le dispositif expé- rimental était le même que celui utilisé antérieurement par M. Ramsay, mais certains perfectionnements y étaient apportés pour éviter le contact de l'émanation avec la graisse des robinets. De plus on tenait compte de l'émanation qui est entraînée avec l'hydrogène pendant qu'on fait le vide sur l'émanation condensée; la proportion de l'émanation entraînée était évaluée par son rayonnement pénétrant. On faisait aussi une correction relative aux gaz non condensables (hydrogène et hélium) qui n'avaient pas été totalement éliminés, cette correction étant déduite de l'observation de la pression pour différents volumes quand l'éma- nation est partiellement liquéfiée. Enfin le volume mesuré était (') Cependant l'émanation non condensée et mélangée à l'hélium en faible quantité semblait décroître un peu plus lentement (diminution de moitié en 4,1 jours environ). Une observation analogue a été faite par M. Rutherford. (-) Chem. Soc, 1909. C. — I. 21 37.2 r.HAlMTKE VI. celui obtenu après la contraction initiale, et non le volume initial, MM. Ramsay et Gray ont exprimé l'opinion que la contraction initiale est due à la pénétration des gaz incondensables résiduels (hydrogène et hélium) dans le verre sous l'action de l'éma- nation. Les résultats des divers travaux conduisent à admettre pour le volume de l'émanation saturée d'un gramme de radium sous la pression atmosphérique la valeur ( )'"'"', 6. Ce nombre est en très bon accord avec diverses prévisions de la théorie des transforma- tions radioactives. 7'2. Liquéfaction de l'émanation du radium. — Dans les expériences relatives à la mesure du volume de l'émanation, on peut observer la pression de celle-ci pour difl'érents volumes. On peut aussi faire varier la température en plongeant le tube capil- laire qui contient l'émanation dans un bain réfrigérant. Pour une pression et une température convenable, on a pu observer la liquéfaction de l'émanation et mesurer la pression de la vapeur saturante. Des expériences à ce sujet ont été publiées par M. Ruther- ford ( ' ) et par MM. Ramsay et Gray (-). La liquéfaction de l'éma- nation se manifeste par l'apparition d'un point phosphorescent brillant dans le fond du tube capillaire; ce point disparaît dès qu'on réduit la pression. Les tubes capillaires utilisés ont environ o""",o5 de diamètre; l'observation est faite au microscope. Voici les valeurs de la pression p de vapeur saturante dé l'éma- nation à différentes températures t. Butherford. p Température (en centiinèlrc*). t. absolue o o 76 -iV) xo?, 7. j — 7>S 19) j — 101 I 72 o , (j — i'}.~ I i 6 (') RuTllKRFdHD, Pliil. Mag., 191)9. ('-) Uamsay el Gray, Soc. ckiin. de Londres, 1909. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. SaS Bamsay et Gray. p Température p Tempéralure (en cenliinèlres). absolue. (en cenlimèli-es). absolue, o ')() -lOi , 6 2000 '■^- ' ; 7 So '-l'^ji 2 5oo 334,5 100 217,2 3ooo. . 346,0 200 234, ■> 35oo 35G,o /j 00 255,3 4000 3G4 , 4 5oo 262,8 45oo 372,9 1000 5-90,3 4745 3-7,5 (cril.) i5oo 307,6 Les expériences de MM. Ramsay et Gray étaient faites dans un appareil de compression. La proportion des gaz non condensables était évaluée par l'observation de la pression du mélange gazeux à une même température en présence de volumes de liquide diffé- rents. On effectuait ensuite une correction due à la pression de ces gaz. La température d'ébullition de l'émanation sous pression atmo- sphérique est — 65" d'après M. Rutherford^ — ()2° d'après MM. Ramsay et Gray. La température critique est io4%5. L'émanation liquide est incolore et transparente en lumière transmise; elle paraît phosphorescente probablement par suite de l'excitation de la luminosité du verre; la teinte de la phospho- rescence dépend de la nature du verre. Par abaissement de tem- pérature elle se solidifie et cesse de transmettre la lumière ; la tem- pérature de fusion mesurée avec un thermomètre au pentane est vers — ~\". L'émanation solide est lumineuse ; la lumière émise, très brillante à froid, passe par refroidissement du bleu d'acier au jaune, et devient rouge orangé à la température de l'air liquide. Par réchauffement les teintes se succèdent dans l'ordre inverse. Pour les pressions inférieures à 50*^'" de mercure, l'émanation, d'après MM. Ramsay et Gray, est à l'état solide ou gazeux. D'après une évaluation approchée la densité de l'émanation liquide serait voisine de 5 à la température de l'ébullition sous la pression atmosphérique. Les résultats qui précèdent ont conduit à quelques réflexions au sujet du poids atomique de l'émanation. MM. Ramsay et Gray 3x.\ CHAIMTRK VI. ont remarqué que^ d'après les différences entre les poids atomiques, les homologues supérieurs du xénon dans la famille des gaz inertes auraient les poids atomiques ijS, 219^ 263. Si l'on porte en ordon- nées les poids atomiques, et en abscisses d'une part les tempéra- tures absolues d'ébullition, d'autre part les températures critiques absolues pour l'argon^ le crypton et le xénon^ par les points ob- tenus on peut faire passer des circonférences^ et si les points relatifs à l'émanation étaient aussi sur ces cercles^ le poids ato- mique de celle-ci serait 1 76. La considération des pressions cri- tiques conduit au même résultat. Toutefois une extrapolation de ce genre est nécessairement sujette à caution. 73. Spectre de l'émanation du radium. — Des essais en vue de l'observation du spectre de l'émanation ont été faits par MM. Ramsay et Soddy au courant de leurs recherches relatives à l'isolement de l'émanation. Pendant ces essais des raies bril- lantes ont été observées à plusieurs reprises, mais, généralement, ces raies n'étaient pas persistantes. Dans des expériences faites ultérieurement, MM. Ramsay et Collie ont obtenu un spectre bril- lant qu'ils ont attribué à l'émanation ( ' ). Ce spectre était peu persistant, cependant il a été possible d'entreprendre une mesure des longueurs d'onde des raies principales. Après la dispa- rition du spectre nouveau, le spectre de l'hydrogène apparaissait ; après plusieurs jours on pouvait constater l'apparition du spectre de l'hélium. MM. Rutherford et Royds ont photographié le spectre de l'éma- nation pure obtenue suivant la méthode qui a été décrite plus haut (-). L'émanation destinée à l'observation du spectre a été condensée par le froid dans un tube de 5o"""' de volume, muni d'électrodes de platine. L'émanation correspondait à 0^,1 3 de radium, et sa pression évaluée d'après le volume occupé était de I """, I de mercure. Le spectre était très brillant, surtout dans le vert et dans le violet; il disparaissait quand on immergeait dans l'air liquide un tube adapté latéralement au tube principal; par conséquent ce spectre appartenait à un gaz condensable; on le (') Hamsay cL Collik, Froc. liov. Soc, igol- (^) RuTiiEUFoui) et Royds, PhiL Mag., 1908; Uoyus, Phil. Mag., 19119. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 32> faisait réapparaître en laissant l'émanation se volatiliser. La pré- sence de l'hydrogène pouvait être évitée, si l'on prenait la précau- tion de faire le vide dans le tube en le chauffant avant d'introduire l'émanation. Le nombre des lignes observées est environ loo; aucune d'elles n'existe dans les spectres stellaires. Le spectre dis- paraît quand on fait passer le courant pendant quelque temps; en même temps la pression diminue dans le tube par suite de l'occlusion de l'émanation par les parois du verre. M. Royds a aussi obtenu le spectre de l'émanation du radium au moyen d'un réseau concave. Ce spectre est tout à fait conforme à celui obtenu au moyen d'un prisme et s'étend plus loin dans l'ultraviolet. Spectre de l'émanation du i-adiuin. Longueur d'onde. Intensité. Rutherford et Royds. Ramsay et Collie. 5 5-2 1 5725 8. ..... 5589 3 5393 4 Ô084 ,5 4 4979)0 4985 10 4^61,3 4---- 4817,2 5 4721 ,5 10 468 1 , 1 4690 jo 4644,7 46ÔO 8 4625,8 463o 7 • 4609,9 4 4604,7 7 4>7«,7 9 4509,0 lo 4460,0 i^ 4i3J,7 6 4391 ,8 4 437^,1 i 5 4 3 5o , 3 7 • ■ ■ • 4340,9 4 4225,8 10. 42o3,7 7 4188,2 20 i 1 nn . G 3';i6 CHAPTTnE vi. Spectre de rémanatinn du radium (suite). Longueur d'onde. Intensité. Rutherford et Hoyds. Ramsay et Collie. lo 4' i4,9 2 . 4 1 '^^i , 2 4 4045,4 1 5 4018,0 12 3982,0 7 ^957,7 4 3917,5 4 ■•■ 3888,9 6 3867,6 10 3753,6 7 •■ 3739,9 10 3664,6 5 3622.2 CHAPITRE VIL RADIOACTIVl TÉ INDUITE. 75 . Production de radioactivité induite. — La radioactivité induite est une activité transmise à des corps primitivement inactifs, placés dans le voisinage des corps qui ont la propriété d'émettre une émanation radioactive. Tels sont le radium, le thorium et l'actinium. L'uranium, le polonium et autres substances qui ne produisent pas d'émanation ne donnent pas lieu à la for- mation de radioactivité induite. La découverte du phénomène de radioactivité induite est relati- vement ancienne {^'oir § 53). Voici quels sont les caractères essentiels de ce phénomène, tels qu'ils ont été établis dans les premières recherches ( ' ) : I " L'activité d'une lame exposée à l'action d'une substance acti- vante augmente avec le temps de l'exposition en se rapprochant d'une certaine limite suivant une loi as\ mptotique. ^»' L'activité d'une lame, qui a été activée et qui a été ensuite soustraite à l'action activante, disparaît progressivement et tend vers zéro suivant une loi asymptotique. .V' Toutes conditions égales d'ailleurs, la radioactivité induite sur diverses lames est indépendante de la nature de la lame. Le verre, le papier, les métaux, s'activent avec la même intensité. 4" La radioactivité induite sur une même lame a une valeur limite d'autant plus élevée que l'activité de la substance activante est plus grande. 5" Toutes conditions égales d'ailleurs, la radioactivité induite (■) P. Curie et M™' Curie, Comptes rendus, 1899. — Rutherford, P/iil. Ma g., 1900. 3îS cd.U'iTni; vu. acquise par un corps est, en général, augnienlée quand ce corps porte une charge électrique négative. Ainsi la radioactivité induite est indépendante, toutes choses égales d'ailleurs, de la nature de la substance sur laquelle elle apparaît ; cette substance ne lui sert en quelque sorte que de support. On peut de même constater que la radioactivité induite développée sur des surfaces solides non poreuses est un phéno- mène superficiel; elle peut être enlevée par frottement avec une couche de matière de très faible épaisseur. Ces considérations ont conduit M. Rutherford à proposer le nom de dépôt actif pour l'agent actif qui se trouve présent sur une surface activée. Le mot dépôt actif évoque l'idée d'une matière. La radioactivité induite se présente d'ailleurs, en effet, comme une propriété atta- chée à une matière déposée en quantité minime sur la surface activée. La radioactivité induite consiste dans tous les cas en une émission de rayons hérérogènes qui comporte à la fois un rayon- nement absorbable et un rayonnement pénétrant. 75. Radioactivité induite due au radium. — P. Curie et M. Debierne ont fait une série d'expériences qui ont précisé le mode de production de la radioactivité induite dans le cas du radium ( ' ). Quand on produit l'activation d'une substance au voisinage du radium à l'air libre, on obtient des résultats irréguliers; le phéno- mène est, au contraire, très régulier quand on opère en vase clos. La matière active était placée dans une petite ampoule en verre a, ouverte en o {fig. -i), au milieu d'une enceinte close. Diverses plaques A, B, C, D, E placées dans l'enceinte deviennent radioactives au bout d'un jour d'exposition. L'activité est la même, quelle que soit la nature de la plaque, à dimensions égales (plomb, cuivre, aluminium, verre, ébonite, cire, carton, paraffine). L'activité d'une face de l'une des lames est d'autant plus grande que l'espace libre en regard de cette face est plus grand. (') CuiUK el Di:i!iEiiNK, Comptes rendus, ni;us lyoi IIADIOACTIVITE INDIITE. )9.r) Si Ton répète l'expérience précédente avec l'ampoule a com- plèteuicnt fermée^ on n'obtient aucune activité induite. Le rayonnement du radium n'intervient pas directement dans la production de la radioactivité induite. C'est ainsi que^ dans l'expérience précédente, la lame D, protégée du rayonnement par l'écran en plomb épais PP, est activée autant que B et E. La radioactivité se transmet par l'air de proche en proche depuis la matière radiante jusqu'au corps à activer. Elle peut même se transmettre au loin par des tubes capillaires très étroits. Fig. 74- La radioactivité induite est à la fois plus intense et plus régu- lière, si l'on remplace le sel radifère activant solide par sa disso- lution aqueuse. Certaines substances deviennent lumineuses, c[uand on les place dans une enceinte activante (corps phosphorescents et fluo- rescents, verre, papier, coton, eau, solutions salines). Le sulfure de zinc phosphorescent est particulièrement brillant dans ces con- ditions. La radioactivité de ces corps lumineux est cependant la même que celle d'un morceau de métal ou autre corps qui s'active dans les mêmes conditions sans devenir lumineux. Quelle que soit la substance que l'on active en vase clos, cette substance prend une activité qui augmente avec le temps et finit par atteindre une valeur limite, toujours la même, quand on opère avec la même matière activante et le même dispositif expérimental. La radioactivité induite limite, ohsen'ée avec un dispositif con- venable, est indépendante de la nature et de la pression du gaz qui se trouve dans V enceinte activante [air, hydrogène, acide carbonique), elle 33o CHAPITRE Vil. dépend seulement de la quantité de radium qui s'y troui'e à létal de solution, et semble lui être pro/iorlionnelle. Pendant qu'on fait le vide dans une enceinte close contenant un sel de radium solide^ l'enceinte se désactive partiellement^ et l'activation se rétablit ensuite très lentement lorsqu'on a inter- rompu la communication avec la trompe. Lorsque le gaz actif contenu dans une enceinte renfermant du radium est transporté dans une autre enceinte, il conserve pendant un temps assez long la propriété de rendre radioactifs les corps solides amenés en contact avec lui. La propriété activante du gaz disparaît en fonction du temps suivant une loi exponentielle; elle diminue de la moitié de sa valeur pendant une période voisine de 4 jours. Les caractères essentiels du phénomène peuvent être inter- prétés en admettant que la radioactivité induite ne peut se pro- duire qu'en présence de l'émanation, et que, toutes conditions égales d'ailleurs, elle a une intensité proportionnelle à la quantité d'émanation contenue dans l'enceinte activante. P. Curie et M. Debierne ont observé que l'activité induite des corps placés dans une enceinte activante dépend essentiellement de l'espace libre existant devant eux ( ' ). Si dans l'enceinte on place une série de lames de cuivre parallèles entre elles, mais à des distances successives de plus en plus grandes, on constate que lorsque la distance entre les lames est petite, i """ par exemple, les surfaces en regard s'activent faiblement. Au contraire, si la distance entre les lames est grande, 3"'" par exemple, les surfaces en regard s'activent fortement. Le pouvoir d'activation est donc le même dans les diverses parties de l'enceinte, et ce fait est lié à la distribution de l'émanation, mais les parois s'activent, en première approximation, proportionnellement à la grandeur de l'espace libre situé devant elles. Si l'enceinte activante est en verre, elle est entièrement illu- minée, mais elle ne l'est pas également partout. Les tubes d'une même enceinte sont d'autant plus lumineux et plus radioactifs (ju'ils sont plus larges. Dans une même enceinte quand le régime est atteint, les parties de même forme ont même activité, qu'elles (') CuniE et Debikhne, Compter rendus, décembre 1901. Il \1)Io\(;ti\ iTK iNDiiTi-:. 33 1 soient ou non dans le voisinage immédiat de la solution activante. La radioactivité induite obtenue avec une quantité de radium relativement importante peut atteindre une intensité très élevée. Dans les expériences décrites ci-dessus l'activité des lames était, à surface égale, plusieurs milliers de fois plus grande que celle de l'uranium. On peut obtenir vme radioactivité induite bien plus grande encore. TC). Loi de disparition de la radioactivité induite due au radium. — Quand une lame qui a été activée en présence de l'émanation du radium est retirée de l'enceinte activante, l'acti- vité de cette lame disparaît presque complètement en un temps inférieur à un jour. La loi, suivant laquelle l'activité varie en fonction du temps, dépend du temps pendant lequel la lame a séjourné dans l'enceinte activante, autrement dit du temps d^ exposition. Cette loi dépend aussi de la manière dont les rayons sont utilisés, et n'est pas la même suivant qu'on utilise le rayonnement total ou seulement le rayonnement pénétrant. Mais dans tous les cas le rayonnement ne conserve après 3 à \ heures qu'une très faible partie de sa valeur primitive. Si dans l'enceinte activante la concentration de l'émanation reste invariable, l'activité d'une lame qui séjourne dans l'enceinte croît avec le temps d'exposition. Toutefois une limite est atteinte en moins d'un jour, et l'activité induite delà lame reste alors station- naire. La loi de la variation de cette activité en fonction du temps, après que la lame a été retirée de l'enceinte, est désormais indé- pendante du temps d'exposition entre un jour et un grand nombre de jours. L'activation est alors dite saturée, ou bien à exposition longue. \. Voici comment varie en fonction du temps le rayonnement d'une lame qui a subi une exposition longue : i" On utilise le rayonnement total -"^. La variation de -^ en fonc- tion du temps t est représentée par la courbe de la figure -5, L L'intensité du rayonnement décroît d'abord rapidement et tombe à la moitié environ de la valeur primitive en un temps d'environ 1 5 minutes. Une loi de décroissance plus lente s'établit ensuite. Cette loi n'est pas simple, mais elle tend asymptotiquement vers '>3.>. CHAPITRE VII. une loi exponentielle simple, avec laquelle elle peut être considérée comme confondue pour t = .) heures à 4 heures. L'intensité du rayonnement diminue alors de moitié en une période de temps voisine de 28 minutes. La première étude détaillée de la loi de désactivation a été faite par P. Curie et M. Danne ( ' ). Ce travail a conduit aux résultats expérimentaux qui viennent d'être énoncés, et a permis de plus d'établir ce fait important que la courbe d'apparence complexe peut être représentée par vme formule numérique simple qui consiste en une différence de deux exponentielles. Une demi-heure à partir du début de la désactivation la loi de décroissance est représentée par la formule A = Ao[Ke->-'— (K— i)c->'']. où les coefficients ont les valeurs suivantes : X' = o,ooo538 — 5 sec X = 0,00041 3 — , sec K = 4,2. La deuxième exponentielle devient négligeable par rapport à la première après quelques heures, et alors la loi de décroissance est une exponentielle simple caractérisée par une diminution de moitié en 28 minutes. Dans la formule précédente, -■^„ n'est pas l'intensité initiale réelle- ment observée; c'est l'intensité initiale qu'on aurait observée si la loi exprimée par la formule s'appliquait dès le début, autrement dit ^^) est l'intensité initiale obtenue par extrapolation de la for- mule vers l'origine des temps. La courbe ainsi extrapolée est indiquée sur la figure en traits ponctués. ■>." Si au lieu d'utiliser le rayonnement total, on utilise seulement les rayons qui ont traversé une épaisseur d'aluminium de ()""",ô ou davantage, c'est-à-dire les rayons [i et y, on trouve que l'inten- sité du rayonnement est approximativement représentée dès le début de la désactwation par la formule Curie et Danne, sans que (') CuHiic et Danne, Comptes reru/iis, igo3. 1 RAOïOAcrrivriK i.muite. 333 l'on observe la baisse initiale rapide qui a été signalée dans le cas où les rayons utilisés sont principalement les rayons a. Fig. 75. •^ 30 I I •SJ •^ 10 1 ^■\ \ ■ 50 100 150 200 minutes 30 1 I r 20 ^>,10 II 0 50 100 150 ' 200 minutes Nous verrons plus loin que la formule Curie et Danne ne repré- 3î j CHAPITRE VII. sente pas la loi de désactivation d'une manière rigoureuse. Les coefficients des deux exponentielles ont été légèrement modifiés^ et le coefficient K peut dépendre dans une certaine mesure des conditions expérimentales. Toutefois cette formule donne une bonne première approximation pour la représentation de la courbe. Elle a d'ailleurs servi de modèle pour l'analyse mathé- matique d'autres courbes analogues qui se présentent en radioac- tivité. Le mode d'analyse sera exposé en détail dans le para- graphe 170. II. L'ensemble des courbes obtenues pour des temps d'expo- sition variant depuis quelques secondes à ?.4 heures a été l'objet d'études faites d'une part par P. Curie et M. Danne ( ' ), d'autre part par Miss Brooks (-); P. Curie et M. Danne ont montré que dans tous les cas la loi de désactwation devient finalement après quelques heures la même loi exponentielle caractérisée par une baisse de moitié en 28 minutes environ. Les courbes qui représentent l'intensité du rayonnement total en fonction du temps pour différents temps d'exposition ont été tracées dans la figure 76. Les courbes de la figure -•; représentent le logarithme de l'inten- sité de ce même rayonnement en fonction du temps ; conformé- ment aux résultats expérimentaux énoncés plus haut^ chaque courbe tend vers une droite, et toutes ces droites limites sont parallèles entre elles. Les courbes obtenues en utilisant seulement les rayons ^j et y sont celles de la figure 'jN; elles représentent l'in- tensité du rayonnement pénétrant en fonction du temps pour différents temps d'exposition. I " Considérons en particulier la courbe relative à un temps d'exposition très court (environ i minute) et au rayonnement total [fi g. 7.J, II). Pendant les 10 premières minutes après c|ue la lame a été retirée de l'enceinte activante, l'activité décroît rapidement et devient environ 8 fois plus faible, La désactivation se ralentit cependant, et après 1 5 minutes l'activité prend une valeur stationnaire qui persiste pendant lo minutes environ, La (') Ci'HiE et Danni;, Comptes rendus, igoS. (-) Miss BiiooKS HuTiiEiiFOKD, Hadiocictivity . lîAniO\CTI\ ITE INDUITE. 335 décroissance reprend alors à nouveau^ et tend vers la loi expo- nentielle caractéristique finale. Fis. -6. 50O 400 300 200 100 100 150 Temps en minutes 200 Les courbes qui correspondent aux temps d'activation compris 3V) ciiAi'iTRi': VII. entre i minute et j.i heures ont des formes intermédiaires entre ces deux types extrêmes. A mesure que le temps d'exposition augmente, la baisse initiale diminue d'importance; en même temps le palier d'intensité constante devient plus court et disparaît. Fis. 1-:. i V." La courbe relative à un temps d'exposition très court et au rayonnement pénétrant [i et y {fig. 78) est essentiellement différente RADIOACTIVITÉ INDUITE. 337 à son début de la courbe obtenue pour le même temps d'exposition^ en utilisant le rayonnement total. Xon seulement on n'y observe pas la baisse initiale si importante^ mais, au contraire, le rayon- nement, très faible au début, commence par croître et augmente jusqu'à t= 35 minutes environ; un maximum est alors atteint, après lequel s'établit la décroissance progressive suivant une loi qui tend vers la loi exponentielle finale. Quand le temps d'exposition augmente, la courbe se déforme progressivement. L'intensité initiale n'est plus nulle, et son \m bO 25 /y \^ \<5 // '^ y X^ ^ \ 25 100 50 75 Temps en minutes Rayons ayant traversé une lame d'aluminium de Imm. d'épaisseur 120 rapport à l'intensité maximum va en augmentant ; de plus, le temps qui correspond au maximum recule vers l'origine. Pour un temps d'exposition de i\ heures le maximum se trouve à l'origine même. On voit que l'évolution de l'activité induite a les apparences d'un phénomène très complexe. Cependant l'étude expérimentale du phénomène a montré que tous les résultats peuvent être C. — I. 22 338 CHAI'ITIŒ vil. représentés numériquement par des combinaisons linéaires de trois fonctions exponentielles distinctes d'où- Chapitre XIII). La théorie des transformations radioactives rend compte de ce fait en admettant cpie le dépôt actif du radium est composé de trois substances radioactives distinctes, dont chacune se détruit suivant une loi exponentielle caractéristique. La première de ces substances est nommée radium A; elle est produite directement par l'émana- tion et se détruit très rapidement en produisant la deuxième substance, le racUitin B; celle-ci se détruit à son tour en donnant lieu à la formation de radium C. Les vitesses de destruction du radium B et du radium C sont peu différentes. Chacune des sub- stances a son rayonnement propre; l'intensité relative de ces rayonnements varie avec la proportion des substances et la nature des écrans utilisés, et leur superposition suffit pour rendre compte de tous les phénomènes décrits. En particulier, la baisse initiale rapide du rayonnement total est due à la destruction du radium A; cette baisse est supprimée par l'emploi d'un écran d'épaisseur supérieure à o""", i, parce que le radium A n'émet pas de rayons pénétrants. Il est d'ailleurs utile de remarc{uer que la forme des courbes obtenues dépend dans une certaine mesure du dispositif expéri- mental employé, parce que de ce dispositif dépend la manière dont les diverses parties du rayonnement sont utilisées pour ioniser le gaz. Les considérations précédentes s'appliquent aux substances qui n'absorbent pas sensiblement d'émanation (cuivre, verre, etc.). La figure -9 représente les courbes obtenues par P. Curie et M. Danne avec différents temps d'exposition, pour la désactiva- tion de substances telles que le celluloïd ou le caoutchouc qui s'imprègnent d'émanation et ne la dégagent que progressivement; la vitesse de désactivation est en ce cas diminuée; on voit que ce phénomène est déjà très sensible avec le plomb. La courbe de désactivation normale après activation saturée est représentée en gros trait sur la figure. On peut constater cjue toutes les substances dont la courbe de désactivation s'écarte de la courbe normale, ainsi que l'indique la figure, sont susceptibles de dégager de l'émanation et activent les corps dans leur voisinage. Le même effet peut être observé à RADIOACTIVITE INDUITE. 009 un degré très faible avec les métaux ou le verre qui dégagent un peu d'émanation pendant un temps d'une heure ou deux après avoir été retirés de l'enceinte activante. Les corps "poreux absorbent l'émanation avec une facilité particulière. Nous avons vu que le I-off-^ l-^iS- 79- i5 heures charbon, l'écume de mer, le noir de platine sont très actifs à ce point de vue. De toute façon on constate que la loi de disparition de la radio- activité induite est bien plus rapide dans le cas du radium que la loi de disparition de l'émanation. Quand on chasse brusquement l'émanation du radium d'un vase dans lequel celle-ci a séjourné pendant un jour au moins, la loi de décroissance du rayonnement se trouve modifiée, et a lieu, à partir de ce moment, conformé- ment à l'une des courbes qui conviennent à la disparition de l'activation saturée, suivant que l'on utilise le rayonnement total ou le rayonnement pénétrant. Quand l'émanation est brusquement admise dans un récipient, la 34o CHAPITRE VU. radioactivité induite commence aussitôt à s'établir sur les parois du vase et sur toute lame solide qu'on aura placée dans le vase. P. Curie et M. Danne ont trouvé que si l'on désigne par ^i la valeur limite de l'activité rS acquise par la lame_, la différence ( A , — -^) varie en fonction du temps suivant la même loi que celle qui caractérise la désactivation d'une lame après activation saturée. Ainsi c|ue la lame s'active ou se désactive, le rayonnement tend vers sa valeur limite suivant la même loi. La courbe d'activation et la courbe de désactivation après exposition longue sont complé- mentaires quand les mesures sont faites dans les mêmes conditions. Dans la figure ^5 la courbe II représente l'accroissement du rayonnement total dans un récipient après introduction de l'émanation (électrodes intérieures); cette courbe est complé- mentaire de la courbe de décroissance du rayonnement total pour ce même récipient quand l'émanation en a été chassée après un séjour d'environ 24 heures [fig. -5, I). De même la courbe d'accroissement du rayonnement pénétrant {fig. 4">5 I) est com- plémentaire de la courbe de disparition de ce même rayonne- ment [fig. jS, I^ courbe prolongée par trait ponctué et fig. 78^ exposition v.o^ô heures). Si l'on considère qu'une certaine quantité d'émanation a disparu^ pendant qu'une certaine c[uantité de radioactivité induite s'est formée^ le fait de l'augmentation du rayonnement dans un vase dans lequel on vient d'admettre l'émanation^ prouve que la quantité de radioactivité induite dont la formation accompagne la destruction d'une certaine quantité d'émanation^ donne lieu à un rayonnement beaucoup plus important que celui de l'éma- nation correspondante. 77 . Radioactivité induite à évolution lente. — La radioactivité induite due au radium constitue un phénomène dont l'ordre de grandeur est tel qu'il est facile de l'observer. Quand cette radio- activité indviite a disparu sur le corps activé, celui-ci ne conserve, en général, aucune activité appréciable. Toutefois ce n'est là qu'une question d'ordre de grandeur, et tout corps qui a été activé conserve en réalité, après disparition de la radioactivité induite à évolution rapide, un résidu d'activité, le plus souvent trop faible pour pouvoir être observé. R\DI0ACT1\ lïÉ I.NDLITE. 34 r P. Curie et moi nous avons observé, en effet, que tout corps qui séjourne pendant longtemps (un mois, par exemple) au contact de l'émanation du radium très concentrée acquiert une radio- activité induite qui laisse un résidu important, après que le corps a subi la désactivation pendant une journée ('). Dans ces expé- riences, la loi de décroissance à partir du début de la désactivation était la même que d'ordinaire, mais l'activité étant tombée à une fraction de sa valeur primitive qui était, par exemple, égale à -T^^^, ne diminuait plus, mais évoluait avec une lenteur extrême, et quelquefois même allait en augmentant. Des lames de cuivre, d'aluminium, de verre ont ainsi conservé une activité résiduelle pendant six mois. Dans un travail important sur cette radioactivité induite à évolution lente. M. Rutherford a montré qu'elle augmente pendant des années [i^oir § 18o). En employant de l'émanation très concentrée, il est faoile d'obtenir une activité résiduelle importante, à condition de laisser l'émanation en contact prolongé avec le corps à activer. On peut, par exemple, obtenir une activité 20 fois à 100 fois plus grande que celle de l'uranium, à surface égale. 78 . Activité induite due au thorium. — Quand un composé de thorium est placé clans un vase clos, contenant de Tair à la pres- sion atmosphérique, la distribution de l'émanation dans ce vase ne peut devenir uniforme comme dans le cas d'un sel radifère. L'activité induite, à temps d'exposition égal, est toujours d'autant plus forte que l'on se trouve plus près du composé actif. Une activation intense peut être obtenue par l'emploi d'une électrode chargée négativement qui pénètre dans le vase et sur lacjuelle le dépôt actif vient se concentrer de préférence. On peut obtenir ainsi un fil activé, dont l'activité est à surface égale 10 000 fois plus grande que celle de l'oxyde de thorium. La production de l'activité induite est liée à la présence de l'émanation. On obtient l'activité induite sur une lame placée au-dessus d'une couche d'oxyde de thorium recouverte par un papier assez épais pour arrêter les rayons a, c'est-à-dire la partie principale du rayonnement ionisant, mais assez perméable pour (') -M. CcRiE, Thèse de doctorat, Paris igoO. 342 CHAPITRE VII. laisser passer l'émanation. Au contraire l'activation ne se manifeste pas à l'extérieur d'une boîte étanche contenant de l'oxyde de thorium et ayant l'une de ses parois constituée par une lamelle de mica mince qui laisse passer les rayons a et par conséquent aussi les rayons ^3 et -'. L'intensité de la radioactivité induite peut être considérée comme proportionnelle à la quantité d'émanation présente. C'est ainsi que l'oxyde de thorium calciné produit très peu d'activité induite par comparaison avec l'oxyde non calciné. On peut faire passer un lent courant d'air^ chargé d'émanation du thorium^ clans un long tube métallique contenant des électrodes isolées semblables et équidistantes^ comme dans l'expérience qui a servi pour la mesure de la décroissance de l'émanation {flg. 43). Quand le régime est établi, ce qui se produit assez rapidement^ on mesure le courant d'ionisation qui peut être obtenu entre chacune des électrodes et le tube. Ce courant mesure la concentration de l'émanation au voisinage de chaque électrode^ la radioactivité induite demandant un temps assez long pour se développer. Après quelques heures on enlève les électrodes et l'on mesure leur activité ; elle est^ pour chaque électrode^ approximativement proportionnelle à la concentration de l'émanation qui avait été maintenue en face de cette électrode ( ' ). L'activité induite due au thorium croît avec le temps d'expo- sition_, et tend vers une valeur limite qui n'est atteinte qu'après quatre jours environ ; l'activation est alors dite saturée. Si le corps activé est ensuite soustrait à l'action de l'émanation^ son activité décroît en fonction du temps. La loi de décroissance a été étudiée par I\L Rutherford (-). Elle est représentée par une courbe dans la figure 8o^ I^ le temps t compté à partir du début de la désactivation étant porté en abscisses, et l'inten- sité du rayonnement A en ordonnées. La courbe clans son ensemble correspond à une loi exponentielle simple suivant la formule où A est l'intensité initiale du rayonnement. La valeur du coeffi- (') RuTiiKr.FoiiD, Radioacii^-ily. (-■) KuTiiKisFoiiD, Badioactivity. RADIOACTIVITK IXDllTE. 043 cient de l'exponentielle est a= 1,8.10 "— ;^- Cette valeur est telle que l'intensité du rayonnement décroît de moitié en une période de i 1 heures environ. Pendant les quelques premières heures la loi de désactivation est plus lente que celle indiquée par la formule ci-dessus. Fig. 80. ^0 BO Temps en heures Quand le corps à activer est placé en présence de l'émanation du thoriuin dont la concentration est maintenue constante^ l'acti- vation I acquise par le corps peut être représentée en fonction du temps t par la loi simple. I = I„(i —e-'>i), \ étant le même coefficient que celui cjui intervient dans la formule précédente et I^ étant la valeur limite de l'activité induite. Si en particulier nous faisons on voit que les courbes d'activation et de désactivation après activation saturée {fig. 80, II et I) sont complémentaires et que l'on a par suite Pendant les premières heures l'activation a d'ailleurs lieu plus 344 CHAPITRE VII. lentement que ne l'indique la formule, de sorte que les courbes I et II restent complémentaires aussi dans cette région initiale. Si, au lieu d'utiliser le rayonnement total, on utilise seulement les rayons pénétrants, les courbes obtenues ne sont pas modifiées sensiblement. Les Tableaux suivants donnent les valeurs de l'in- tensité du rayonnement en fonction du temps pour l'activation et pour la désactivation après activation saturée : Aclivalion. Activité. Te m P Désactivalio 5 en heures. 1. Temps en heures. .\clivité 1,58 6, 3 0 100 3,25 10 5 7,9 64 5,83 29 11,8 47,4 9,83 40 23,4 19,^ i4,oo 59 29,2 i3,8 9.3,4. 77 32,6 10,3 •29,83 83 49,'-i 3,7 47,00 90 62 , 1 1 , 86 72, 5o 9''' 7'^4 0,86 96,00 100 Quand une lame a été activée pendant un temps court en présence de l'émanation du thorium, la loi de la variation de la radioactivité induite avec le temps pour cette lame n'est pas la même qu'après exposition longue. L'activité en ce cas commence par croître, passe par un maximum, et décroît ensuite suivant une loi qui tend vers la loi exponentielle simple caractéristique de la décroissance après exposition longue. Cette influence du temps d'exposition a été mise en évidence par M. Rutherford ('). Après exposition de 4i minutes, par exemple, l'activité atteint en o heures une valeur maximum trois fois plus grande que la valeur initiale, et décroît ensuite suivant la loi ordinaire de diminution de moitié en I I heures environ. Les courbes d'évolution de la radioactivité induite du thorium en fonction du temps pour différents temps d'exposition ont été construites par Miss Brooks (-), Ces courbes sont représentées dans les figures 81 et 82. Après une exposition de i<» minutes dans l'air contenant l'éma- (') liUTHKRFono, Phil. Mas;., igoS. ('•') Miss Brooks, Phil. Mag., 1904. KADIOACTIVITi: INDLITIi. 34^ nation, mais privé de poussières, l'activilé induite atteint en o heures 7 minutes une valeur cinq fois plus grande que la valeur initiale et décroît ensuite suivant la loi normale. Fig. f^i. lUU ti 80- I 5 60- o Ç ■g 40 I 20- ° 40 80 120 160 200 240 280 320 Temps en niinutes Quand le temps d'exposition augmente, le maximum se déplace Fis. 82. lOOr ^ -■^ y/^ \ \ / 1 Temps 10 \ iexposil jimutes on I 1 Temps en minutes vers l'origine; en même temps le rapport de l'activité initiale à l'activité maximum va en augmentant et tend vers l'unité. On 346 CHAPITRE VII. peut supposer que pour un temps d'exposition très court l'activité initiale serait sensiblement nulle. Dans tous les cas on obtient des courbes de même forme_, en mesurant l'activité totale ou l'activité due aux rayons pénétrants. Au courant de son travail sur la radioactivité induite du thorium, Miss Brooks a observé que la présence de poussières dans l'air de l'enceinte activante peut influencer les résultats obtenus. L'intensité de l'activation obtenue pour un temps d'exposition de 5 minutes dépend en ce cas du temps pendant lequel l'air de l'enceinte est resté au contact de l'émanation^ et croît avec ce temps jusqu'à un maximum qui est atteint pour 1 8 heures. L'acti- vation obtenue dans ces conditions est î>o fois plus grande que celle qu'on aurait obtenue avec de l'air fraîchement introduit; de plus elle ne subit pas de forte augmentation pendant les pre- mières heures qui suivent la fin de l'exposition^ ainsi que cela a lieu normalement pour une exposition de 5 minutes avec de l'air privé de poussières. On peut penser c|ue les particules de poussière contenues dans l'air peuvent acquérir, comme toute substance solide, la radioactivité induite^ et cjuc celle-ci évolue sur ces particules suivant les lois ordinaires. Si ensuite on introduit dans l'enceinte activante une électrode chargée négativement^ ainsi que l'on fait d'ordinaire quand on veut obtenir la radioactivité induite du thorium^ cette électrode récolte aussi toutes les poussières, dont l'activation peut correspondre à un temps d'exposition beaucoup plus long que celui utilisé pour l'électrode elle-même. Les pous- sières radioactives peuvent aussi d'ailleurs être entraînées vers l'électrode positive qui peut ainsi acquérir une activation importante. La loi de décroissance finale de l'activité induite du thorium a été étudiée dans plusieurs travaux; la décroissance de moitié a lieu en un temps dont la valeur est voisine de lo heures o() minutes. 79. Radioactivité induite due à l'actinium. — L'activité induite produite en présence des composés d'actinium est limitée dans l'air sous la pression ordinaire à une distance de quelques centimètres de la substance active; elle ne peut être obtenue à une distance plus grande qu'en opérant sous pression réduite. Ce fait s'explique par la disparition très rapide de l'émanation de l'actinium^ laquelle^ UADIOACTIVITÉ INDlITIi. 347 en se dilTusant dans l'air^ ne peut se propager à grande distance de la substance active. Le plus souvent l'activation est obtenue en faisant passer sur l'actinium un courant d'air qui entraîne l'émanation et l'amène en contact avec le corps à activer. Les expériences de M. Debierne sur la mesure de la constante de l'éma- nation de l'actinium ont montré que^ sauf à très petite distance de l'actinium^ la radioactivité induite sur un corps solide est proportionnelle à la concentration de l'émanation au contact de ce corps solide^ toutes conditions étant égales d'ailleurs. L'éma- nation peut donc être considérée, ainsi cjue dans le cas du radium et du thorium, comme la cause directe de la radioactivité induite. Un corps solide qui se trouve au contact de l'émanation de l'actinium sous concentration invariable, prend une activité induite qui augmente avec le temps jusqu'à une valeur limite, laquelle est atteinte en quelques heures. Quand le corps activé est ensuite soustrait à l'action de l'émanation^ son activité disparaît complètement en un temps de quelques heures également. La loi de l'évolution de l'activité induite, à partir du moment où le contact avec l'émanation a été supprimé, dépend du temps d'exposition; mais, quel que soit ce temps, les résultats obtenus en utilisant la totalité du rayonnement sont sensiblement les mêmes que ceux obtenus en utilisant seiilement les rayons pénétrants. On peut aussi remarquer que, quel que soit le temps d'exposition, la loi de variation observée pour la radioactivité induite devient la même 15 minutes après la lin de l'exposition. Cette loi limite a été étudiée par M. Debierne et ensuite par de nombreux obser- vateurs. C'est une loi exponentielle simple de la forme où "^0 est l'intensité à l'instant où l'on commence les mesures et qui est pris comme origine du temps, et -'S l'intensité au temps t. La loi exponentielle peut être caractérisée soit par le coefficient ). soit par la période de temps T nécessaire pour que l'intensité diminue de la moitié de sa valeur ; ce temps est voisin de .>') minutes. La loi d'évolution de la radioactivité induite de l'actinium varie avec le temps d'exposition depuis i minute à quelques heures ('). (') .Miss Brooks, Phil. Mag.. 190^. 34S CHAPITRE VII. L'influence du temps d'exposition se fait surtout sentir pendant les 1 () premières minutes après la fin de l'exposition. Pour un temps d'exposition très long, l'intensité décroît d'abord plus lentement que ne l'indique la loi limite. Pour un temps d'exposition très court (moins d'une minute), l'intensité, d'abord très faible, augmente rapidement, passe par un maximum qui est atteint en 9 minutes environ, et décroît ensuite suivant la loi limite caractéristique. Les courbes qui correspondent à des temps d'exposition intermédiaires présentent des formes intermédiaires ; quand le temps d'exposition croît, le rapport de l'intensité initiale à l'intensité maximum va en augmentant et le maximum se rapproche de l'origine des temps (^,^.80). L'étude précise de la courbe relative à un temps d'exposition Fi2. 10 15 20 25 Temps en minutes 30 35 40 très court a été faite par M. Bronson, Cette courbe est représentée dans la figure 83. La loi de décroissance limite correspond à inimités. 80. Relation entre les radioactivités induites et les émanations. — Nous avons vu qu'il existe dans tous les cas une relation étroite entre l'émanation et la radioactivité induite correspondante. Les corps radioactifs qui ne dégagent pas d'émanalion (polonium, RADIOACTIVITÉ IXDLITE. 849 uranium) ne produisent par de radioactivité induite. La radioacti- vité induite se produit en présence de l'émanation, même quand celle-ci est séparée du corps qui lui donne naissance^ et l'on peut admettre que l'intensité de la radioactivité induite est proportion- nelle_, toutes conditions égales d'ailleurs^ à la quantité d'émana- tion présente. On est ainsi conduit à admettre que la radioactivité induite est directement produite par l'émanation, comme l'éma- nation est produite par le corps radioactif. Ainsi que nous l'avons vu^ les résultats obtenus dans l'étude des émanations radioactives s'expliquent simplement par l'hypothèse qu'un corps radioactif (radium^ thorium^ actinium) donne lieu à une production continue et constante d'émanation_, laquelle a la propriété de se détruire suivant une loi caractéristique et invariable. Ainsi s'établit un équilibre de régime entre la production et la des- truction^ et la quantité d'émanation atteint une limite invariable quand la production est exactement compensée par la destruc- tion. On peut concevoir de cette même manière l'évolution de la radioactivité induite en présence de l'émanation. Quand la concen- tration et la distribution de l'émanation clans l'appareil d'expé- riences est maintenue constante_, la radioactivité induite prend une valeur limite qui reste ensuite également constante; cette limite est atteinte quand la destruction spontanée de la radioacti- vité induite compense sa production continue et constante à partir de* l'émanation. Les lois d'évolution des radioactivités induites sont complexes; leur analyse détaillée trouvera sa place clans la suite de cet Ouvrage. 81. Nature des radioactivités induites. — Les lois d'évolution des radioactivités induites sont entièrement indépendantes de la nature du corps activé. Chacjue émanation produit une radioacti- vité induite caractéristique^ dont les propriétés ne dépendent ni de la nature de la matière activée ni de l'intensité de l'activation. Tout se passe donc comme si l'activation consistait en un véritable dépôt de substance actwe sur la surface actwée. D'autre part le phénomène d'activation ne donne lieu à aucune altération visible de la surface activée ni à aucune augmentation de poids du corps activé. Le dépôt actif se comporte donc comme 0 50 CHAPITRE VII. une matière solide présente en quantité infinitésimale sur la surface activée. On peut effectuer diverses expériences qui confirment cette manière de voir. Si, par exemple^ on enlève par frottement une couche superficielle très mince sur une lame de métal activée, on enlève en même temps^ totalement ou au moins en grande partie, l'activité. Celle-ci se trouve alors concentrée dans la portion de matière enlevée, et il est possible d'obtenir de cette manière une forte activité induite, portée par une petite quantité de matière inactive par elle-même. Les dépôts actifs peuvent encore être concentrés par un autre procédé. Quand on lave à l'eau une surface métallique activée, l'activité induite n'est généralement pas fortement altérée; mais si, au contraire, on fait un lavage aux acides étendus ou concen- trés, les dépôts actifs sont dissous. Si une telle dissolution est évaporée à sec, le résidu de l'évaporation est très actif: il contient à l'état concentré toute l'activité cjui avait passé dans la dissolution. M. Rutherford a trouvé c{ue le dépôt actif du thorium est soluble dans les acides sulfurique, chlorhydrique ou fluorhydrique étendus ou concentrés, mais bien moins dans l'acide azotique, et que la décroissance du dépôt actif en solution se fait suivant la même loi qu'à l'état solide ( ' ). Si, en efTet, on évapore, à des intervalles de temps égaux, des volumes égaux de la dissolution, l'activité du résidu est la même que si le dépôt actif était resté sur le corps activé. Une étude détaillée des propriétés des dépôts actifs a été faite par M. Lerch ( - ) qui a montré que les dépôts actifs du radium et de l'actinium sont solubles dans les acides. Les dépôts actifs ne sont pas solubles dans l'alcool et l'éther. Quand le dépôt actif obtenu sur du métal a été dissous, la dissolution contient une certaine quantité du métal qui avait été activé; si l'on reprécipite ce métal par l'emploi d'un réactif chimique convenable, l'activité est géné- ralement entraînée dans la précipitation. On peut aussi entraîner le dépôt actif avec des précipités de matières diverses; si, par exemple, on ajoute à la dissolution une solution de chlorure de (') Rl"tiii:i!F(m;d, P/iys. Zeit., 1902. (-) Lkrch. Aiin. de Phys., iqoS. I UADIOACTIVITÉ INDUITE. 35 [ baryum, et que Ion précipite le baryum par l'acide sulfurique, le sulfate de baryum formé est fortement actif. Le dépôt actif peut aussi être extrait de sa solution par l'élec- trolyse. Quand la solution active est électrolysée, le dépôt actif est généralement déposé sur la cathode. On peut aussi plonger des métaux dans la solution du dépôt actif, et celui-ci vient alors s'y déposer: certains métaux s'activent dans ces conditions, tandis c|ue d'autres restent inactifs. Ces expériences montrent que les dépôts actifs semblent avoir les propriétés de métaux. Cependant il est possible aussi d'activer l'anode par électrolyse, en particulier dans le cas où Fanion est absorbé; quand une anode d'argent plonge dans une solution chlorhydrique du dépôt actif du thorium, cette anode devient fortement active, et son activité décroît suivant la loi normale. Il semble ainsi que les dépôts actifs sont des matières auxquelles il sera possible d'assigner des propriétés chimiques définies. Toutefois, quand on extrait le dépôt actif de sa dissolution par electrolyse ou par précipitation sur un métal, la loi d'évolution de l'activité induite ainsi extraite peut quelquefois être très différente de la loi normale. Toutes les anomalies observées peuvent être expliquées en attribuant à chaque dépôt actif une nature com- plexe, et en le considérant comme composé de plusieurs matières, dont chacune à sa loi d'évolution propre, et qui peuvent être séparées par des opérations chimiques. 82. Action de la température sur la radioactivité induite. — Quand une lame activée est soumise à une faible élévation de température, son activité n'est pas modifiée d'une manière appré- ciable. Mais une chauffe à une température élevée agit très énergi- quement sur la radioactivité induite. Ainsi, par exemple, un fil de platine qui a été activé par le thorium peut perdre son activité presque complètement par une chauffe à température très élevée. L'étude de ce phénomène a montré qu'il ne s'agit pas en ce cas d'une destruction de la radioactivité induite, mais d'un transport ou distillation ( ' ). L'activité quitte le corps chaud et apparaît sur les corps froids qui se trouvent dans le voisinage. Si. par exemple, un (') Miss Gates, Phjs. Hev., i volts, la moitié du dépôt actif se trouvait sur l'électrode, et l'autre moitié sur les parois delà boîte. Pour V= o l'électrode portait i3 pour loo de la radioactivité induite totale. On trouvait dans tous les cas que, quand le régime était établi, la somme des activités induites sur l'électrode et sur les parois restait constante, le champ n'ayant ainsi pour effet principal que d'influencer la distribution de la radioactivité induite, et non de modifier sa production. L'action du champ pendant l'activation n'intervient pas non plus, au moins en première approximation, pour modifier la loi d'évo- lution de la radioactivité induite après la fin de l'exposition. Sous une pression réduite le phénomène est modifié (- ). Ainsi, dans le cas des expériences avec l'oxyde de thorium, la proportion d'activité induite déposée à l'électrode centrale, employée comme cathode, restait sensiblement constante pour les pressions com- ( ' ) RuTHERFORD, RacHoactivity . ('-) UUTHERFOKD, Pllil. Mug., KJOO. C. — I. 354 CIIAl'ITIîK VII. prises entre la pression atmosphérique et la pression d'un centi- mètre de mercure. Mais quand la pression de l'air dans la boîte était au-dessous de i'"' demercure_, la proportion d'activité induite à la cathode était diminuée^, et elle n'était plus qu'une faible frac- tion de sa valeur primitive quand l'expérience était faite à la pression de o""", i de mercure. En ce cas l'activité induite appa- raissait sur les parois du vase, même dans un champ fort. Ces expériences ont conduit à admettre que les particules du dépôt actif, formées dans le gaz contenant l'émanation, possèdent une charge positive ou bien sont transportées par des véhicules chargés positivement. Ces véhicules suivent d'ailleurs les lignes de champ électrique et se concentrent aux coins et aux bords de la cathode quand celle-ci a la forme d'une plaque ( ' ). Dans les théories actuelles de la radioactivité, les particules des dépôts actifs dérivent de celles des émanations. Les émanations émettent d'ailleurs des rayons y., c'est-à-dire des particules chargées positivement et animées d'une grande vitesse; la masse d'une par- ticule a est égale_, d'après les travaux récents, à celle d'un atome d'hélium, tandis que la masse d'une molécule d'émanation est bien plus grande. Le résidu de la molécule d'émanation, après émission d'une particule a, est considéré comme une particule du dépôt actif. Cette particule doit éprouver un mouvement de recul qui correspond à la projection de la particule a, et l'on est ainsi amené à penser qu'elle est elle-même projetée; toutefois sa vitesse de projection doit être très inférieure à celle de la particule a, et à cause de cela elle est très rapidement arrêtée par les molécules du gaz environnant, si celui-ci est à la pression atmosphérique. Si la particule n'est pas chargée, elle n'est, à partir de ce moment, soumise qu'à un mouveinent de diffusion; si elle est chargée, elle est de plus sensible à l'action d'un champ électrique. Dans un gaz sous faible pression le phénomène peut se trouver modifié. Les particules du dépôt actif projetées peuvent alors atteindre les parois sans avoir été arrêtées par les molécules gazeuses, et leur vitesse peut en ce cas rester suffisante pour les rendre insensibles à l'action du champ électrique. Il resterait à expliquer comment une particule du dépôt actif (') Feiii!1.i;, Phys. Zeit., i9'>2. UADIOACTIVITK IMIUITE. 35: peut acquérir une charge positive. Il semble même, a priori, peu logique d'admettre que le résidu d'une molécule d'émanation non chargée qui vient d'émettre une charge positive avec la particule a, puisse porter une charge également positive. Cependant il n'y a là aucune objection importante. On verra^ en effet, que l'émission d'une particule a est généralement accompagnée par une émission de charges négatives, portées par des électrons de très faible vitesse. Nous avons encore actuellement des renseignements très incom- plets sur l'émission de charges électriques par les corps radioactifs au point de vue quantitatif, et nous ne pouvons pas en tirer des conclusions fermes. De plus il ne faut par perdre de vue que le gaz dans lequel a lieu l'émission des particules de dépôt actif, est fortement ionisé et contient des charges électriques libres posi- tives et négatives. Chaque ion gazeux peut intervenir pour attirer aussi bien les particules ayant une charge de signe contraire à la sienne que les particules neutres, à condition que la vitesse des particules ne soit pas trop grande. Ainsi la charge d'une parti- cule de dépôt actif pourrait dans certains cas être acquise par celle-ci dans le gaz environnant. M. Rutherford a fait un essai de détermination de la mobilité des véhicules du dépôt actif du thorium et du radium ( ' ). Voici quelle était la méthode employée. L'émanation est distribuée uni- formément entre les plateaux parallèles A et B [flg. 85) dont la Fis. «5. Emanation E Hillli - l|l| ■n^J distance est à. Si une force électromotrice alternative E,, est appli- quée aux plateaux, la même quantité de radioactivité induite est ( ' ) l'.UTiii RPuiiD, i'hil. Mag., i. T un nombre de véhicules égal à — 1 3-2 I H = — 1 a?.i Le rapport p de ce nombre à la production inàl^ est donné par [ x=i ( .Ti -i- rr, ) ou ^ i_ E.,(Eo-E)A-T P •_>. f/^(Eo-+-E) ' et l'on en tire ' ~ TEy(Eo— E) p étant déterminé par l'expérience^ on peut calculer /.. La théorie suppose que les véhicules chargés participent seuls à l'acti- vation, et qu'il ne se produit pas pour eux de recombinaison appré- ciable. Voici les résultats obtenus pour le dépôt actif du thorium : Nombre des alternances E,+ E. E ,,-E. par sec. p. k. 15-2 lOI 57 0,27 \ ,25 225 i5o 57 o,38 1 , 17 3oo 200 37 0,44 r , 24 273 •207 44 0,37 1,47 3oo 200 53 0 , 2S(> ' , î "> d = 2"^ La mobilité moyenne déduite de plusieurs expériences était 358 cnAi>iTKE VII. /{ = 1 ,3 - — pour un champ d'un et dans les conditions ordi- sec cm naires de température et de pression. Cette mobilité est voisine de celle que possèdent les ions positifs créés dans l'air par les rayons R Intgen. Les expériences faites avec le dépôt actif du radium étaient moins satisfaisantes^ par suite de l'activation de l'électrode positive. Cependant la mobilité des véhicules semblait être sensiblement la même avec les dépôts actifs du radium et du thorium. Dans des expériences faites sur le dépôt actif du thorium, M. Henning a trouvé que la relation entre la proportion d'activité induite déposée sur la cathode et la différence de potentiel appliquée pendant l'activation. pouvait être représentée par une courbe très analogue à celle qui représente la loi de variation du courant dans un gaz ionisé avec la différence de potentiel qui produit ce cou- rant ( ' ). M. Schmidt a fait des expériences analogues sur le dépôt actif du radium ('-). Des électrodes semblables entre elles étaient succes- sivement activées dans un même condensateur contenant toujours la même quantité d'émanation; le temps d'exposition était toujours égala 5 minutes ; la différence de potentiel V entre l'électrode et l'ar- mature extérieure variait de o volt à 44^ volts, l'électrode étant employée comme cathode. Après la fin de l'exposition, on retirait l'électrode et l'on mesurait son activité A dans un appareil de mesures convenable; la mesure était faite a. 5 minutes après la fin de l'exposition, parce que le courant restait alors relativement sta- tionnaire pendant un temps suffisant pour les mesures. Les valeurs obtenues n'étaient pas extrêmement constantes ; cependant on a pu construire la courbe -"^ == /( V) et constater que sa forme diffère très peu de la courbe qui donne en fonction du voltage l'intensité du courant dans un gaz ionisé. Ces résultats rendent probable que les véhicules du dépôt actif chargés positivement ont une mobilité voisine de celle des ions positifs, et que, de plus, ils peuvent, comme ces derniers, subir la recombinaison, de sorte qu'une particule ne reste chargée posi- tivement que pendant un temps court. (') IIenmxg, Jnn. cl. /'/ijs., 1902. C) n.-W. Schmidt, P/ijs. Zeit., 1908. KADIOACTIN ITÉ INDIITK. 309 Le gaz ne semble pas contenir en proportion notable des véhi- cules de dépôt actif chargés négativement. Un fil porté à un poten- tiel de + 44 o volts ne prend que •>. pour loo de l'activité qu'il aurait acquise s'il avait été porté au potentiel de — 'î4o volts. La relation entre l'activité induite du radium^ déposée dans un champ électrique fort^ et la pression du gaz p a été étudiée par M. Russ ('). Ce travail a montré que l'activité de l'anode varie peu avec la pression du gaz ; elle décroît un peu quand celle-ci augmente. L'activité de la cathode croît avec la pression^, d'abord rapidement pour les pressions comprises entre o^'^^oi et i^^i^de mercure^ puis plus lentement; une valeur limite est atteinte pour une pression de 5"" de mercure environ. Jusqu'aux plus faibles pressions utilisées la cathode se montre plus active que l'anode, mais le rapport des activités qui est égal à 2 pour p = o^i^^^o 1 de mercure, devient égal à 20 pour p = i^^^^ de mercure et croît encore pour des pressions plus élevées. Quand on opère dans l'hydrogène, les activités de l'anode et la cathode restent égales entre elles et constantes pour des pres- sions comprises entre o^^, 1 et 1 ™°^ de mercure. Des expériences analogues ont été faites pour les dépôts actifs du thorium et de l'actinium. L'activation était obtenue dans un vase cylindrique couché horizontalement; la matière active était placée dans une cavité ménagée au milieu de la paroi. Deux élec- trodes isolées pénétraient dans les deux extrémités du cylindre; elles étaient reliées aux deux pôles d'une batterie dont le milieu était relié au vase. Quand on opérait avec le thorium, la cathode était 200 fois plus active que l'anode pour p— r'""; pourp = o.^^ de mercure, la cathode était 2j fois plus active que l'anode dont l'activité n'avait pas varié sensiblement. Avec le dépôt actif de l'actinium le rapport des activités de la cathode passait de 2 à 22 quand la pression passait d'une atmo- sphère à 2^^ de mercure, l'activité de l'anode restant d'ailleurs sensiblement invariable. Ce résultat anormal a occasionné une recherche plus approfondie qui a prouvé que le rapport des acti- vités des électrodes dans le cas de l'actinium dépend essentielle ment de la distance à la substance active; ce rapport quiest, par- (') Russ, Phil. Mag., 190S. 36o CllAPlTHE VU. exemple^ égal à 5 pour des électrodes placés à 4"" de l'actinium, devient égal à loopour des électrodes placées à i^™'"^ de l'actinium. Si. Mécanisme du dépôt de la radioactivité induite. Projec- tion du dépôt actif. — Si le dépôt actif est dû à des particules de matière solide projetées par Témanation^ celles-ci peuvent arriver sur les parois solides soit directement^ en vertu de la projection^ soit parce qu'ayant été d'abord arrêtées par le gaz, elles se diffusent ensuite vers les parois qui ont la faculté de les fixer. Dans les deux cas la distance à laquelle une paroi peut puiser les particules du dépôt actif ne peut être illimitée. Les particules projetées ne peuvent avoir dans le gaz qu'un parcours limité ; d'autre part les particules qui arrivent sur la paroi par suite d'un mouvement de diffusion, ne peuvent venir que d'une distance limitée par la rapidité de leur destruction. L'étude de l'action du champ électrique sur le dépôt de l'acti- vité induite avait conduit à penser que les particules du dépôt actif sont émises par projection en vertu d'un recul lié à l'émission de particules a. La masse de la particule a est égale à celle d'un atome d'hélium^ et la masse d'une molécule d'émanation est au moins de l'ordre de i oo; en vertu du théorème de la conservation de la quan- tité de mouvement^ la vitesse de l'atome restant projeté est cer- tainement inférieure à la fraction o,o4 de la vitesse de la particule -j., et son énergie est inférieure à la même fraction de l'énergie de celle-ci. On peut donc prévoir que le pouvoir pénétrant de l'atome restant doit être très faible, et que cet atome doit être très rapide- ment arrêté par les molécules du gaz à la pression atmosphérique. On sait d'ailleurs que les rayons positifs des ampovdes de Crookes, dont l'énergie est du même ordre que celle des atomes de dépôt actif projetés_, ont un pouvoir pénétrant très faible et sont rapide- ment absorbés dans les gaz^ même sous pression réduite. Confor- mément aux prévisions, l'expérience a montré que les particules de matière radioactive ne peuvent être projetées à une distance appréciable que dans les gaz sous très faible pression. Dans les gaz sous pression atmosphérique, ces mêmes particules perdent leur vitesse^ mais restent susceptibles de franchir des distances assez grandes, soit par diffusion, soit avec l'aide d'un champ électrique quand elles sont chargées. UAKIUACTIVITK INDLITK. 36l Les particules projetées peuvent provenir non seulement de l'émanation^ mais aussi du dépôt actif qui a été obtenu sur une lame solide; cette lame peut^ en efîet^ être le siège de transfor- mations radioactives. Certaines transformations sont accompagnées de l'émission de particules a ; telle est la transformation du radium A en radium B. Dans d'autres cas il y a seulement émission de particules |j ou électrons négatifs; telle est la transformation du radium B en radium C. La quantité de mouvement d'une par- ticule a étant en général très supérieure à celle d'un électron^ le mouvement de recul est beaucoup plus faible dans le second cas que dans le premier^ et il est plus difficile de le mettre en évidence. Quand la lame est placée dans un gaz sous la pression atmosphé- rique^ les particules projetées sont absorbées par ce gaz au voisinage immédiat de la lame ; or, ces particules portent généralement une charge positive et retournent vers la lame en vertu de l'attraction électrostatique. Si cependant la lame est aussi chargée positive- ment, les particules chargées se trouvent entraînées à distance par le champ électrique. 11 peut aussi arriver qu'une particule émise avec charge positive perde sa charge par recombinaison ; une telle recombinaison doit se produire facilement, le gaz au voisinage de la lame étant fortement ionisé. La particule ramenée à l'état neutre ne subit plus l'attraction électrostatique de la lame, mais peut encore se déplacer dans le gaz et se fixer sur une paroi solide, peut-être par un effet de cohésion. Le transport du dépôt actif par ce procédé est beaucoup moins important qu'en présence d'un champ électrique. Ce transport semble cependant exister, et c'est ainsi que s'interprète probablement le phénomène de volatilité apparente du radium B à la température ordinaire {çoir § 179). Quant au phéno- mène d'entraînement par un champ électrique des particules qui ont perdu leur vitesse sans avoir été déchargées, on a pu l'observer pour différentes matières constituantes des dépôts actifs du radium, du thorium et de l'actinium (Chapitres XIII, XIV et XV). Voici une expérience qui prouve que la projection du dépôt actif par une lame activée ne peut franchir dans l'air sous la pression atmosphérique une distance de l'ordre d'un millimètre ( ' ). Une lame fortement activée pendant lo minutes était placée immé- (') Debierne, Le Badiu/n, lyog. 362 CIIAPITRK VII. diatement après la fin de l'activation en regard d'une lame inac- tive. Un courant d'air rapide passait entre les lames. Dans ces conditions aucun transport de l'activité induite n'a été observé; seules auraient pu atteindre la lame opposée les particules émises par la lame active et non absorbées par le gaz après un millimètre de parcours. Le phénomène de projection dans les gaz sous une pression infé- rieure à ()'^^_,()i de mercure a été mis en évidence par MM. Russ et Makower (') qui opéraient avec l'émanation condensée à la tempé- rature de l'air liquide et avec des lames activées. L'émanation était condensée au fond d'un tube de verre vertical; quand la condensation était aussi complète que possible, on faisait sur l'émanation un vide très parfait ; puis^ ayant laissé rentrer l'air, on plaçait dans le tube et à distance variable de l'émanation un disque D destiné à recevoir la matière projetée; enfin on faisait à nouveau un très bon vide dans le tube. Après quelque temps on examinait l'activité acquise par les deux faces du disque; on cons- tatait que l'activité de la face tournée vers l'émanation était plus grande que celle de la face opposée, le rapport des activités pou- vant atteindre 5o; l'excès d'activité était attribué au dépôt actif reçu par radiation. Il y a avantage à employer dans ces expériences des quantités d'émanation aussi faibles que possible, parce que si l'on opère avec beaucoup d'émanation, celle-ci ne reste pas entièrement condensée et se répand dans le tube en proportion d'autant plus forte que la quantité est plus grande. L'activité communiquée au disque diminuait approximativement en raison inverse du carré de la distance à la région du tube occupée par l'émanation condensée, et diminuait progressivement quand on augmentait la pression du gaz dans le tube. La loi de cette diminution a permis de calculer un coeflicient d'absorption approché de la radiation par le gaz; ce coefficient serait de l'ordre de <>,.'< dans l'air sous la pression de i ^^ de mercure, ce qui correspondrait à la pression atmosphé- rique à l'absorption sensiblement complète de la radiation sur une longueur de l'ordre de 0™°^, 1 . La composition du dépôt actif reçu par le disque peut se déduire de la loi de variation de l'activité en fonction du temps après la (') Kuss cL iMaivowku, Proc. Boy. Soc, 1909. RADIOACTlVITi: IM)l ITi:. fin de l'exposition. On constate que la loi de décroissance après exposition longue difPère notablement de celle qui est obtenue après activation dans les conditions ordinaires en présence de l'émanation^ la différence pouvant s'expliquer par ce fait que le disque reçoit du radium A et du radium B^ tandis qu'une lame activée à la manière ordinaire ne reçoit en général directement que le radium A. La projection du radium B et du radium C par une lame activée a égale- ment été observée avec le même dispositif expérimental. Tant que la lame contient du radium A^ il y a projection de radium B et de radium C. Quand le radium A a disparu, il y a projection de ra- dium C seulement, le disque reçoit donc alors une seule substance radioactive; l'activité en ce cas décroît après la fin de l'exposition suivant une loi exponentielle simple qui caractérise la destruction du radium C, (diminution de moitié en i(), 5 minutes). Le mode d'analyse qui peut servir pour des études de ce genre sera mis en évidence dans le Chapitre XIIL 80. Propagation du dépôt actif par diffusion. — D'après les expériences de P. Curie et de M. Debierne, l'activité acquise en un temps donné par une lame exposée dans une enceinte qui contient de l'émanation du radium dépend de l'espace libre ménagé devant la lame et croît, en première approximation, proportionnellement à cet espace. Ces expériences étaient faites dans l'air à la pression atmosphérique, et les observations portaient sur des distances de i""" à y'". Le transport du dépôt actif du gaz sur la lame à cette distance ne pouvait, d'après ce qui précède, être dû à un phéno- mène de projection. Les particules projetées restent dans ces conditions dans le gaz, et si la lame se comporte vis-à-vis d'elles comme un corps absorbant, la concentration des particules est nulle au contact de la lame; il s'établit par suite un mouvement de diffusion vers celle-ci, de sorte que les particules formées à une certaine distance au sein du gaz peuvent atteindre la lame et être absorbées par elle. La cause la plus probable de ce phénomène de diffusion est l'attraction électrostatique exercée par la lame sur les particules qui portent une charge électrique. On peut cependant prévoir que les particules qui se sont formées à trop grande dis- tance de la lame ne pourront atteindre celle-ci, parce qu'elles auront éprouvé auparavant la destruction spontanée. La distance à 364 CIIAPITRK VII. laquelle la lame peut puiser le dépôt actif dans le gaz dépend ainsi de la vitesse de diffusion des particules et de leur vie moyenne. La loi suivant laquelle l'activation d'une lame varie en fonction de l'espace libre situé devant elle a été étudiée par M. Debierne ( ' ) qui a comparé les résultats obtenus à ceux que l'on peut prévoir en admettant que les particules qui diffusent sont toutes d'une même espèce, et qu'elles sont soumises seulement à un mouve- ment de diffusion et à la destruction spontanée. La première de ces suppositions est d'ailleurs légitime^ au moins en première approximation; bien que le gaz contienne sans aucun doute du radium A^ du radium B et du radium C^ les particules du radium A semblent être à peu près seules absorbées par la lame. Considérons le phénomène de diffusion entre deux lames paral- lèles dont la distance a est petite par rapport à leurs dimensions, et soient x la distance comptée à partir de l'une des lames, n la con- centration des particules à cette distance, D le coefficient de diffu- sion, )- le coefficient caractéristique de la loi exponentielle de des- truction des particules, q le nombre des particules formées par unité de temps et de volume. Dans un élément de volume dont la base ds est parallèle à la lame et dont la hauteur est dx, le nombre des particules formées par unité de temps est q dx ds, le nombre des particules détruites pendant le même temps est /.nds dx et l'excès du nombre des particules qui sont entrées dans l'élément de vo- lume sur le nombre de celles qui en sont sorties est D- — -ds dx {i^oir §(')-). Sila concentration de l'émanationreste constante, un état de régime s'établit, et la concentration des particules de dépôt actif reste également stationnaire. L'équation qui caractérise le régime est donc la suivante : d-^ IL D — ~ (I — A /? = (). dx- L'intégration de cette équation, effectuée en tenant compte des conditions aux limites : n = o pour a; ^ <> et pour ;r = a, conduit à la formule n = 4- ( i (') Dkbikune, Le liadium, 1909. RADIOACTIVITÉ IXDUITK. 365 OÙ =\/è' Cette formule représente la loi de distribution des particules entre deux lames parallèles indéfinies, placées à la distance a l'une de l'autre. Le nombre des particules qui se déposent sur l'unité de surface de la lame par unité de temps est égal à la valeur du produit D -j- pour X = c). L'activité de régime "^ qui s'établit sur la lame est proportionnelle à ce même nombre. On trouve mk e' D'après cette formule l'activité est proportionnelle à la pro- duction q qui est elle-même proportionnelle à la concentration de l'émanation, mais la loi de variation de l'activité -^ avec la dis- tance a des lames devrait être indépendante de cette concentra- tion. Quand la distance a augmente, ^ augmente d'abord propor- tionnellement à a, puis de moins en moins rapidement, et tend asymptotiquement vers la valeur limite —^ qui ne serait atteinte que pour une distance infinie. On peut cependant examiner pour quelle distance l'activité limite est atteinte avec une approxima- tion donnée. S'il s'agit de la diffusion du radium A, le coefficient ). pour cette substance est connu et égal à 3,8. io~^ ; si de plus ^ ° ' sec. le radium A diffusait à l'état d'atomes, la masse d'une particule au moment de l'émission serait, d'après les théories actuelles, très peu différente de la masse d'une molécule d'émanation, et le coefficient de diffusion pourrait être voisin de celui de l'émana- tion. Si l'on pose D = <>, i , on trouve que l'activité limite est atteinte à i pour loo près pour une distance de ■>.:")"" à .io"'" ; si l'on pose D = o,o3 comme pour les ions gazeux, on trouve pour la distance limite environ lo ""; cette valeur du coefficient de diffusion correspond mieux à la valeur probable de la mo- bilité des particules chargées. Les expériences ont été faites en utilisant une série de lames parallèles placées dans une grande cloche à diverses distances 3()G CIlVPlTRli VII. comprises entre i """ et quelques centimètres. Les lames étaient placées verticalement pour éliminer l'effet de la pesanteur qui sera étudié au paragraphe suivant. L'émanation était introduite dans la cloche avec de l'air sous la pression atmosphérique et y séjournait pendant un ou deux jours. Le gaz était soigneusement desséché, et la cloche était maintenue à une température très constante, afin d'éviter la production de remous dans le gaz. On enlevait ensuite les lames et l'on observait leur activité en fonction du temps, d'où l'on pouvait déduire la valeur de l'activité pour toutes les lames à un même instant. On construisait alors la courbe représentant l'activité des lames en fonction de l'écartement. Les expériences ont été faites avec des concentrations de l'émanation variant dans de larges limites. Les résultats des expériences au point de vue qualitatif ne sont pas entièrement conformes à la théorie précédente, et s'en écartent tout à fait en ce qui concerne l'application numérique. On constate que la forme des courbes obtenues dépend de la concentration de l'émanation. Dans tous les cas l'activité tend vers une limite quand l'écartement augmente, mais cette limite était toujours pratiquement atteinte pour une distance de quelques centimètres seulement. Quelques-unes des courbes obtenues avec différentes concentrations de l'émanation sont représentées dans la figure 8(). La quantité d'émanation utilisée est mesurée par la quantité de radium avec laquelle elle se trouve en équilibre; cette quantité d'émanation était répartie dans un volume de 1 3 litres environ. La distance limite est indiquée pour chaque expérience. On voit que l'activité limite est atteinte pour une distance plus petite lorsque l'émanation est très concentrée que lorsqu'elle est peu concentrée. De plus, pour les fortes concentrations, la forme générale de la courbe est la même que celle de la courbe théorique, mais pour les faibles concentrations la partie rectiligne se prolonge plus longtemps, et la limite est atteinte plus brusquement. L'examen des courbes de décroissance du rayonnement des diverses lames permet de se rendre compte si le dépôt est dû uniquement au radium A. Si, en effet, les lames sont très rapprochées ( i """ d'écarte- ment), il est évident que le radium A formé dans le gaz qui les sépare atteint très rapidement la paroi et ne séjourne pas dans le gaz; celui-ci ne peut donc contenir les substances B et C, formées à RADIOACTIVITÉ INDUITE. 367 la suite de A. Au contraire, sur des lames écartées de quelques centimètres^ les substances B et C pourraient être déposées en même temps que la substance A, et la forme de la courbe de désac- tivation serait par là même modifiée. Dans les conditions des expériences la différence entre les courbes de désactivation est à FiK. 86. 30 80 70 60 50 30 20 W j B c L ^ r^ ^ ^ jjti^ h^ ^ ^ / y / / / y 1 h / / / w y y 1 A 1 / ^ y / / ^ * y / r / r' .y y ■i V / r - y / / V / i / y. y ^ X W 20 30 Ecartement des /âmes en mms W Durée (le l'aclivalion : î'\ heures. Courbe I, Emanation de 5o ming. Ra Br-. Limite 19*111111. » II, " 10 » » '> :>5 » )) ni, » 0,4 » » » 3s » peine perceptible, et l'on voit ainsi que, même pour les grandes distances le dépôt sous forme de radium B et de radium C est peu important. On peut donc admettre qu'une seule substance diffuse vers les lames, mais le mécanisme du dépôt n'est pas aussi simple que celui qui a été primitivement envisagé. L'influence de la con- centration de l'émanation sur le phénomène montre que les parti- cules changent de nature quand la concentration augmente. Ce changement pourrait être interprété de deux manières différentes. On peut admettre que les atomes de .radium A subissent entre eux une sorte d'agglomération en particules plus grosses, et que le coef- ficient de diffusion se trouve ainsi diminué; la facilité avec laquelle 308 CHAPITRE Vil. ces agglomérations pourraient se former dépendrait de la concen- tration initiale en atomes de radium A, et celle-ci est proportion- nelle à la concentration de l'émanation. Pour obtenir avec cette hypothèse une distance limite du même ordre que celle qui a été observée, il faut attribuer aux particules supposées toutes de même grosseur un coefTicient de diffusion i ^u fois plus petit que celui de l'émanation, et par conséquent une masse considérablement plus grande que celle d'une molécule d'émanation. La formation de par- ticules semblables à partir d'atomes présents dans le gaz à l'état de très grande dilution paraît peu vraisemblable. Les expériences faites avec des temps d'activation variant depuis i minute à ■A \ heures et avec une forte concentration de l'émanation, la même dans tous les cas, ont d'ailleurs donné des résultats très analogues en ce qui concerne la forme des courbes obtenues et la valeur de la distance limite. Un temps d'une minute est donc suffisant pour que puisse s'affirmer l'influence de la concentration sur la nature des particules. On peut supposer, d'autre part, que certaines particules se modi- fient en ce sens qu'elles cessent d'être absorbables parla paroi. Tel est, par exemple_, le cas de particules chargées qui, par un phéno- mène de recombinaison_, se trouvent ramenées à l'état neutre. La recombinaison des atomes de radium A, émis d'abord avec une charge positive, peut avoir lieu avec les ions négatifs contenus dans le gaz. Pour tenir compte de cette recombinaison^ on doit admettre que le nombre des particules qui deviennent neutres par unité de volume et de temps est égal à y.nn' , en désignant par n' la concentration en ions négatifs au point considéré et par '-/. le coetFicient caractéristique de la vitesse de recombinaison. L'écjua- tion dont dépend la concentration de régime n des particules du dépôt actif devient alors D —, — -i- f7 — { /. ~- y. n ) n := o. clx- II serait très facile de traiter le problème ainsi complété, si la quantité n était constante. On voit que tout se passerait en ce cas comme si la vitesse de destruction spontanée du dépôt actif était accrue, la constante K se trouvant augmentée d'une quantité constante, proportionnelle à la concenlraLion n' des ions négatifs; UADIOAcrnVITK INDlMTi:. )(i;j cette concentration de régime n' serait d'ailleurs proportionnelle à la racine carrée du nombre N des ions d'un signe produits par seconde et par unité de volume, parce que, les ions étant beaucoup plus nombreux dans le gaz que les particules de dépôt actif, leur concentration de régime est déterminée par leur recombinaison mutuelle. L'activité limite des lames étant sensiblement atteinte quand 1 ^ ^ rt = 5, où ).' = A + 'J-'^' , on voit que cette limite sera obtenue pour une distance a d'environ a''", si, donnant à D la valeur o, o3, on prend pour )/ la valeur 0,0,— ^- Comme A= 3,8.10 ■' —;-;■) on voit ({ue la destruction spontanée est, dans ces conditions, négligeable par rapport à la recombinaison, de sorte que l'on a sensiblement A' = a/«'. En adoptant pour le coefficient a la même valeur que celle qui caractérise la recombinaison mu- tuelle des ions, soit a == i o " E. S. environ, et en posant an' = y/N a, on trouve pour N une valeur d'environ 2,5. 10* ions par centimètre cube et par seconde, cette production étant supposée uniforme dans le volume. Dans les expériences de M. Debierne la production des ions était, en général, très supérieure à la valeur indiquée et pouvait atteindre la valeur N = 1 o ' " ; de sorte qu'avec les valeurs adoptées pour les coefficients et avec une distribution uniforme des ions, les distances limites que l'on peut prévoir, en tenant compte de la recombinaison, seraient considérablement plus petites que celles qui ont réellement été observées, et pourraient prendre une valeur inférieure à i ™"^. Remarquons cependant que les valeurs des coefficients sont encore peu connues, et que de plus le rôle de la recombinaison est peu susceptible d'être apprécié avec une certaine précision. En effet, la distribution des ions se présente comme un phéno- mène très compliqué. Les ions sont produits en un point déterminé par des rayons provenant d'autres régions; la densité locale des ions dépend donc de la distribution du dépôt actif et de la manière dont les rayons de l'émanation ou du dépôt actif sont utilisés entre les lames qui s'activent. De plus l'ionisation par les rayons a présente un défaut d'uniformité particulier ; les ions se distribuent en colonnes de grande densité linéaire suivant la direction des rayons [voir § lio). Enfin la dilfusion des ions vers la surface des <:. I. 24 "^-n CIIAPITUE vir. lames vient aussi influencer la distribution. Il semble difficile dans ces conditions d'établir une théorie susceptible d'une vérifi- cation numérique satisfaisante. On peut cependant conclure que le rôle de la recombinaison doit devenir très important^ quand la concentration des ions est suffisante. La recombinaison a pour effet d'abaisser la distance à laquelle le dépôt actif est puisé dans le gaz_, et comme son importance croît avec la concentration des ions^ il doit en résulter que, conformément à l'expérience^ la courbe d'activation des lames en fonction de l'espace libre {fig. 86) affecte une forme qui dépend de la concentration de l'émanation. Il est possible que les particules non chargées soient aussi absorbées par les surfaces solides en proportion notable. Enfin on peut penser que les phénomènes d'agglomération et de recombi- naison se produisent indépendamment. Nous avons vu que l'étude du déplacement des particules dans un champ électrique conduit à leur attribuer une mobilité voisine de celle des ions gazeux qui sont peut-être constitués par des agglomérations de masses plusieurs fois plus grandes que celle d'une molécule d'air. Il est de plus certain, qu'en présence de traces de vapeur d'eau, il se trouve dans les gaz des agglomérations qui portent le dépôt actif et qui sont asez importantes pour subir l'action de la pesan- teur (§ 86). Cependant M. Debierne n'a pu constater aucune influence de la présence de la vapeur d'eau sur le phénomène de diffusion; il est donc probable que les particules qui subissent l'action de la pesanteur ont déjà perdu avant de s'agglomérer la faculté de se fixer sur les parois solides. Les courbes de la figure 8- permettent de comparer l'activation en fonction de la distance dans l'air et dans l'hydrogène. On voit que, dans ce dernier gaz, la courbe obtenue avec une forte concen- tration de l'émanation présente, avec la courbe obtenue pour la même concentration dans l'air, un écart encore plus grand que la courbe obtenue également dans l'air pour une concentration faible. Ce résultat s'interprète par la grande vitesse de diffusion des particules dans l'hydrogène. On a pu remarquer, sur certaines courbes obtenues avec une forte concentration en émanation, que l'activité des lames, après avoir atteint une certaine limite pour une distance déterminée, va en diminuant légèrement quand la distance entre les lames continue à augmenter. Il semble qu'il y RADIOACTIVITE INDUITE. ait en ce cas dans le gaz des particules agglomérées qui servent de centres de dépôt pour l'activité induite. Cette cause peut aussi intervenir pour diminuer la distance à laquelle est obtenue l'activité limite. Quand on tient compte à la fois de la production^ de la recom- Fig. 87. Wû BO £3 n f ^ ^ ^ 1 I n/ m X 1 / ,y y j / y [^ ^ 1 ;,:; 'iÛ SOmms Durée de l'activation : 5 minutes. I, air, forte concentration. II, air, faible concentration. III, li3'(Jrogène, forte concentration. binaison^ de la destruction spontanée^ de la diffusion et de l'action du champ^ on obtient pour la concentration n des particules chargées l'équation suivante : cl- n dx- (À -(- y.n') Il dx i kh /i) = o où k est la mobilité de ces particules. On peut traiter théoriquement le problème relatif aux parti- cules non chargées^ en admettant que celles-ci résultent de la recombinaison des particules chargées^ qu'elles peuvent subir la diffusion, la destruction spontanée et être absorbées par les surfaces solides ( ' ). 81). Action de la pesanteur sur le dépôt de la radioactivité induite. — • Quand l'activation se produit sur des lames placées dans une enceinte activante, maintenue à une température très (') Une étude théorique des conditions de dépôt du radium A a été puljliée par .M. Saipeter {Académie des Sciences de Cracovie, 1910). CHAIMTUK VII. constante^ on peut constater un effet important de la pesanteur sur le dépôt de la radioactivité induite. P. Curie avait observé que^ quand l'émanation du radium est contenue dans un vase clos dont la paroi intérieure est recouverte de sulfure de zinc phosphorescent^ la luminosité de cette sub- stance, sous l'action de l'émanation,, se concentre peu à peu en des plages situées vers le bas du vase. Quand on renverse le vase de manière à amener la plage lumineuse vers le haut, celle-ci disparaît peu à peu_, pendant qu'une nouvelle plage lumineuse se reforme en bas. La position de la plage semblait indépendante de causes extérieures autres que l'orientation, en particulier indé- pendante du voisinage d'aimants, ou de la température. On pouvait penser que les poussières, qui remplissent le vase et qui deviennent radioactives par contact avec l'émanation, tom- bent lentement vers le fond et produisent sur la paroi inférieure un excès de radioactivité par rapport à la paroi restante. J'ai entrepris l'étude de ce phénomène par la méthode électrique ( •). Dans une cloche contenant de l'émanation se trouvaient des couples de lames parallèles ayant tous le même écartement; certams couples avaient leurs lames horizontales, d'autres les (') M. CcniK, Com/Hex rendus, 190-. IIADIOACTIMTK INDUITE. avaient verticales [fîg. . ou 3 jours, ensuite on la chassait, et l'on étudiait en fonction du temps l'intensité du rayonnement des faces actives des diverses lames. Les courbes de décroissance de cette activité, obtenues par des mesures croisées, permettent de déterminer par interpolation l'activité des diverses lames au même instant t, le temps étant compté à partir du moment où toutes les lames ont été soustraites simultanément à l'action de l'émanation. Pour éviter l'effet des variations de tempé- rature, on plaçait la cloche pour toute la durée de l'activation dans une boîte métallique remplie de coton et installée dans une cave. On constate que toutes les lames verticales et toutes les lames horizontales regardant vers le bas ont, à surface égale, la même activité ; mais les lames horizontales tournées vers le haut ont une activité beaucoup plus grande ('5. à 5 fois plus grande dans mes expériences). Tout se passe donc comme si la radioactivité induite suspendue dans le gaz qui baigne les lames se comportait comme une substance pesante et retombait vers le bas. On a vu que la radioactivité induite se comporte comme une substance solide qui se forme à l'état de division extrême au sein du gaz qui contient l'émanation et qui se dépose soit par diffusion, soit par projection sur les parois solides voisines. On peut se demander comment cette matière est capable de former dans le gaz des agglomérations assez importantes pour acquérir la vitesse de chute, révélée par le phénomène qui vient d'être décrit. On pouvait, en particulier, supposer que les centres d'agglo- mération sont les poussières en suspension dans le gaz. La pré- sence du gaz est, en effet, indispensable; le phénomène de chute ne se produit pas quand l'activation a lieu sous pression très réduite ('i"" ou 3""" de mercure). On peut éliminer les poussières en faisant le vide dans la cloche et en laissant rentrer de l'air filtré : cette opération était répétée plusieurs fois ; l'un des tampons 374 CIIAPITIIK VII. employés pour filtrer l'air était formé par du coton de verre bien tassé sur une longueur de i3o""'. Cependant le phénomène n'a été ni supprimé, ni notablement modifié^ les diverses expériences étant effectuées avec la même concentration de l'émanation dans la cloche. On constate^ au contraire^ que la présence de la vapeur d'eau est nécessaire pour la production du phénomène. Quand l'air dans la cloche est parfaitement desséché^ le phénomène ne se produit plus ou sensiblement plus. On obtient des résultats analogues en produisant l'activation dans du gaz carbonique pur ou dans l'hydrogène pur. Le phénomène ne se produit pas dans ces gaz quand ils sont secs^ mais il se produit dans le gaz carbo- nique humide. Pour la production du phénomène, il n'est pas nécessaire que la vapeur d'eau dans la cloche soit saturante. L'importance du phénomène croît avec la concentration de l'émanation et avec la distance des lames; pour des distances faibles (î'"'") le phénomène ne se produit pas; il a été généra- lement observé avec une distance des lames de i"" à o"", mais il n'était pas sensible quand la concentration en émanation était trop faible. Quand on opère avec la même concentration de l'émanation, la même distance des lames et le même gaz, l'activité acquise par toutes les lames est la même, si le phénomène de chute est sup- primé. Mais, quand ce phénomène se produit, l'activité des lames regardant le haut est augmentée et celle des lames regardant le bas diminuée par rapport à la valeur qui aurait été obtenue en l'absence du phénomène, montrant ainsi que la source de l'activité acquise par les lames est dans le gaz qui les sépare, et que l'une d'elles ne peut augmenter d'activité qu'aux dépens de l'autre. Quand un champ électrique intense est établi entre des lames horizontales placées l'une en face de l'autre, le phénomène de chute est masqué. La lame chargée négativement est alors toujours beaucoup plus active que celle chargée positivement, et cela est vrai aussi bien pour les faces qui regardent vers le haut que pour celles qui regardent vers le bas. L'agglomération du dépôt actif contenu dans le gaz est donc liée à la présence de la vapeur d'eau. Toutefois il n'en est ainsi qu'en ce qui concerne la formation d'agglomérations assez impor- RArilOACTlVITÉ IXDLITE. '^~5 tantes pour pouvoir subir l'action de la pesanteur. La relation qui existe entre l'activation et la distance libre n'est pas influencée d'une manière appréciable par la présence de petites quantités de vapeur d'eau dans l'air qui contient l'émanation. La nature des particules soumises à l'action de la pesanteur peut se déduire de la comparaison des courbes de décroissance de l'activité pour des lames qui reçoivent le dépôt pesant et pour celles qui ne le reçoivent pas ( ' ). On trouve ainsi que ce dépôt se compose de radium B et de radium C en proportion variable; le radium A n'est pas présent, ce qui indique que le temps néces- saire pour la production du dépôt est supérieur à la vie moyenne du radium A. Il est également intéressant de se rendre compte si l'effet de la pesanteur s'épuise avec la distance des lames, ainsi que cela a lieu pour le phénomène de diffusion. Pour cela on détermine l'activité -"> du dépôt pesant en fonction de l'espace libre d au-dessus de la lame (-). La loi de variation dépend de la proportion de vapeur d'eau dans le gaz; on fait varier celle-ci en plaçant dans l'enceinte activante un mélange d'eau et d'acide svdfurique en proportion variable. Dans tous les cas, la quantité de dépôt pesant est sensiblement nulle pour les petites distances; elle semble devenir appréciable quand la distance devient voisine de la valeur limite qui intervient dans le phénomène de diffu- sion, et continue ensuite à croître. Si le gaz est très peu humide, l'activité "^ tend aussi vers une valeur limite qui est atteinte à une distance d'autant plus grande que la proportion de vapeur d'eau est plus forte. Pour un degré d'humidité suffisamment élevé, l'activité croît jusqu'aux plus grandes distances observées sans aucune indication de limite. Ces faits peuvent s'interpréter en admettant que la grosseur des particules agglomérées et leur vitesse de chute augmentent avec le degré d'humidité du gaz. Les particules actives formées à une certaine distance de la lame ne pourront augmenter l'acti- vité de celle-ci, que si elles peuvent l'atteindre avant d'avoir éprouvé la destruction spontanée. (') VV'ertknstein, Comptes rendus, 1909. (-) Loc. cit. 076 ciiAi'inij!: vil. Quand la limite a été observée^ on peut en déduire une valeur approchée de la vitesse de chute et de la grosseur des particules. On peut faire une théorie approchée du phénomène, en admet- tant que^ conformément aux indications de l'expérience, la pro- duction des agglomérations n'a pas lieu dans la couche de gaz où se fait la diffusion, mais qu'en dehors de cette couche la production est uniforme dans le volume. On peut aussi admettre une vitesse de chute (% constante et la même pour toutes les particules. Soient alors x la distance comptée à partir de la lame inférieure {fig. 8()), n la concentration des particules à cette distance, / l'écar- Fig. Sg. W'WW^''^M^7W^, tement des lames et la la distance limite relative à la diffusion •dans les conditions de l'expérience. Soit q le nombre des particules formées par unité de temps et de volume dans la région utile comprise entre x =^ a et x ^ l — a. Dans un élément de volume compris entre les plans x et x -\- dx et ayant comme base l'unité de surface, qdx particules sont formées par unité de temps, et la destruction spontanée en fait disparaître 'j.n dx. D'autre part, le nombre des particules qui, par unité de temps, traversent en tombant la face inférieure est nç, et le nombre de celles qui traversent la face supérieure est (' ( n H — — dx dx d'où un accroissement v-j-dx du nombre des particules dans dx '■ l'élément de volume. Quand le régime permanent est établi, la concentration reste stationnaire, et l'on peut écrire dn , dx ^ En intégrant cette équation et en remarquant que pour x=^l — a, RADIOACTIVITH INDUITE. 877 on doit avoir n = u, on trouve "=>:b-'' J Cette relation donne la distribution des particules dans la couche utile. Pour a; ^ a, on trouve /? = 4- ( I — e Le nombre des particules qui traversent le plan x =^ a par unité de temps et de surface est égal à np. Le nombre de celles qui sont reçues par unité de temps sur l'unité de surface de la lame après un intervalle de temps — se trouve diminué, en vertu de la destruction spontanée, et a pour valeur N = ^e On voit que, pour / = x, d'où A Supposons que l'expérience ait fourni la distance l pour laquelle la valeur limite N^ est atteinte avec une approximation donnée. Si^ par exemple^ on pose I [OO on peut en déduire la valeur de v quand on connaît )., l et 2 a. L'expérience montre que l'on peut avoir / = ■)"" dans des conditions où 2a = i'"",5; si la matière qui subit la chute est considérée comme radium B, on a 4.3. lO"* sec 37^ CHAPITRE VII. On trouve dans ces conditions cm environ sec si l'on égale la densité des particules à l'unité, on en conclut, par application de la formule de Stokes, une valeur d'environ p'^^; i pour le rayon des particules. Ces dimensions sont du même ordre que celles des particules visibles à l'ultra-microscope dans les fumées qui tombent lentement ( ' ). 87. Influence des conditions d'activation sur la forme de la courbe de désactivation. — Dépôt actif en suspension dans le gaz. — Indépendamment du phénomène d'occlusion de l'émanation par les corps solides, la courbe de désactivation de ceux-ci peut dé- pendre dans une certaine mesure des conditions d'activation, A la vérité les différences observées à ce point de vue sont faibles, et l'on peut dire, d'une manière générale, qu'avec un même appareil de mesures et avec des lames activées qui n'absorbent pas sensi- blement l'émanation, les courbes obtenues pour un même temps d'activation sont très approximativement les mêmes. On peut faire varier les dimensions de l'enceinte activante, la concentration de l'émanation, la distance libre devant la lame activée. On peut aussi produire l'activation dans un champ électrique, et en ce cas on peut étudier l'activité de l'anode ou de la cathode. Dans tous les cas la forme de la courbe de désactivation reste sensiblement invariable. Cependant il n'en est pas ainsi d'une manière absolue. On peut prendre comme courbe normale de comparaison celle qui est obtenue avec une lame activée sans l'aide d'un champ élec- trique et avec un espace libre très faible (i"""), dans lequel le dépôt actif ne peut séjourner. En examinant attentivement les courbes relatives à des lames activées avec un espace libre plus grand, on peut découvrir dans certains cas de petites différences qui prouvent que la lame a reçu du gaz un peu de dépôt actif dont l'évolution était déjà plus avancée que celle du dépôt normal. Le gaz dans l'enceinte activante contient une certaine quantité de dépôt actif en suspension, et peut en être privé par le (') De Bhooliiî, Le Radium^ i90(). RADIOACTIVITÉ INDUITE. ?>~[) passage au travers d'un tampon de coton ou par l'application d'un champ électrique intense. La courbe de désactivation après expo- sition courte pour un fil activé sous potentiel négatif élevé n'est pas exactement la même quand un champ fort a été établi dans l'en- ceinte avant l'exposition, et quand aucun champ n'a été établi immédiatement avant l'exposition ( ' ) ; dans le premier cas le gaz de l'enceinte avait été purgé de dépôt actif par l'application du champ électrique qui entraîne ce dépôt vers l'électrode négative. Les courbes obtenues permettent de conclure que l'état dans lequel le dépôt actif arrive sur le corps activé peut dépendre du temps pendant lequel le dépôt actif a séjourné dans le gaz avant de se fixer sur le corps. De même la courbe d'accroissement du courant dans un réci- pient dans lequel on vient d'admettre l'émanation, peut se montrer un peu différente, suivant que le gaz qui contient l'émanation con- tient du dépôt actif, ou qu'il en a été purgé avant l'admission. Tous les effets de ce genre sont d'autant plus appréciables que la con- centration de l'émanation est plus forte, et ils s'exagèrent quand le gaz n'est pas exempt de poussières; celles-ci servent en effet de centres pour le dépôt de la radioactivité induite et, venant se fixer sur les corps solides, occasionnent une perturbation dans le mode normal de l'activation, surtout quand on opère avec l'aide d'un champ électrique. L'emploi du champ pendant l'activation est donc plutôt à éviter quand il s'agit de construction de courbes normales. Une différence réellement grande existe entre les courbes qui correspondent aux' faces en regard de deux lames placées pendant l'activation horizontalement l'une en face de l'autre, dans une même enceinte où n'existe aucun champ électrique. Si la distance des lames est suffisante, la face qui regarde vers le [haut reçoit le dépôt pesant, tandis que l'autre face ne le reçoit pas. La courbe de désactivation de la première face peut être obtenue par la superposition d'une courbe normale et d'une courbe relative à une activité également normale, mais qui aurait déjà évolué pendant son séjour dans le gaz avant d'avoir été déposée sur la lame. Ainsi il n'est pas douteux que les gaz qui contiennent les éma- (') ScHMiDT, Phys. Zeit., 1908. 38o CHAPITRE VII. nations radioactives, contiennent aussi en suspension les dépôts actifs de ces émanations. Ces dépôts actifs ayant la nature de matières solides, doivent tendre à former des agglomérations dans le gaz qui les contient. Nous avons vu comment l'existence de telles agglomérations est rendue probable par les expériences sur l'influence de la distance libre et de la pesanteur sur le dépôt de la radioactivité induite, ainsi que par les expériences sur la mobilité des particules des dépôts. Dans un gaz qui contient des poussières, celles-ci servent comme centres d'agglomération, et la mobilité de ces poussières actives dépend de leur grosseur. M. Sella ( ' ) a observé que le passage de l'effluve entre une pointe et une plaque placées dans une enceinte activante, a pour effet de priver complètement le gaz du dépôt actif qui y est contenu; le dépôt est alors recueilli par la plaque quel que soit le sens de l'aigrette. L'expérience a été faite avec de l'air contenant ou ne contenant pas de poussières (-). Dans les deux cas le passage de l'effluve a pour effet de produire un entraînement du dépôt actif, mais le phénomène est augmenté en présence de poussières. (S(S. Radioactivité acquise par les substances qui séjournent en dissolution avec les substances actives. — Quand on traite un minerai radioactif contenant du radium, pour en extraire ce corps, et tant que le travail n'est pas avancé, on réalise des sépa- rations chimiques, après lesquelles la radioactivité se trouve entièrement avec l'un des produits de la réaction, l'autre produit étant entièrement inactif. On sépare ainsi d'un côté des produits radiants qui peuvent être plusieurs centaines de fois plus actifs que l'uranium, de l'autre côté du cuivre, de l'antimoine, de l'arsenic, etc. absolument inactifs. Certains autres corps (le fer, le plomb) n'étaient jamais séparés à l'état complètement inactif. A mesure que les corps radiants se concentrent, il n'en est plus de même; aucune séparation chimique ne fournit plus de produits absolu- ment inactifs; toutes les portions résultant d'une séparation sont toujours actives à des degrés variables. (') Sklla, Lincei lieiulic, i\yy>.. (*) Martinelli, Nuovo Ciniento, 1908. RADIOACTIMTK INDIITE. Ô» I Après la découverte de la radioactivité induite, M. Giesel essaya d'activer le bismuth inactif ordinaire en le maintenant en solution avec du radium très actif. Il obtint ainsi du bismuth radioactif ( ' ), et il en conclut que le polonium extrait de la pech- blende était probablement du bismuth activé par le voisinage du radium contenu dans la pechblende. J'ai également préparé du bismuth activé en maintenant le bismuth en dissolution avec un sel radifère très actif (-). Les difficultés de cette expérience consistent dans les soins extrêmes qu'il faut prendre pour éliminer le radium de la dissolution. Si l'on songe à la quantité infinitésimale de radium qui suffit pour produire dans un gramme de matière une radioactivité très notable_, on ne croit jamais avoir assez lavé et purifié le produit activé. Or^ chaque purification entraîne une baisse d'activité du produit activé. Les résultats obtenus semblent cependant établir avec certitude que l'activation se produit et persiste après que l'on a séparé le radium. C'est ainsi qu'en fractionnant le nitrate de bis- muth activé par précipitation de la solution azotique par l'eau, j'ai trouvé que, après purification très soigneuse, il se fractionne comme le polonium, la partie la plus active étant précipitée en premier. Si la purification est insuffisante, c'est le contraire qui se produit, indiquant que des traces de radium se trouvaient encore avec le bismuth activé. J'ai obtenu ainsi du bismuth activé pour lequel le sens du fractionnement indiquait une grande pureté et qui était 2000 fois plus actif que l'uranium. Ce bismuth diminue d'activité avec le temps ; cependant certains échantillons con- servent leur activité sans diminution sensible pendant plusieurs années. On peut de même activer du plomb et de l'argent en les laissant en dissolution avec le radium. Le plus souvent la radioactivité ainsi obtenue ne diminue guère avec le temps, mais elle ne résiste généralement pas à plusieurs purifications chimiques successives du métal activé. L'interprétation de ces résultats dans la théorie matérielle de la radioactivité consiste à admettre que le métal n'a acquis en (') Giesel, Société de Physique de Berlin, janvier 1900 (■-) M. Curie, Thèse de doctorat. 382 CHAPITRE VII. réalité aucune radioactivité dans les conditions de l'expérience, mais qu'il a entraîné avec lui une substance radioactive qui se trouvait dans la solution de sel de radium. On sait actuellement que les solutions de sel de radium peuvent contenir du polonium, et cela en proportion d'autant plus forte que le sel de radium a été plus anciennement préparé; le polonium est^ en effet, un des produits de la destruction du radium, et s'en trouve séparé pendant la préparation de ce corps. En même temps que le polonium, on peut séparer d'une solution de sel de radium du radioplomb qui entretient l'activité du polonium, de sorte que l'activité peut se conserver pendant des années. Les traces de radioplomb et de polonium sont, en général, si faibles, que leur précipitation par l'hydrogène sulfuré sans addition préalable d'une substance qui précipite par le même réactif n'est pas possible. Les expériences de M. Debierne sur l'activation du baryum en solution avec l'actinium, et celles de Becquerel sur l'activation du baryum en solution avec l'uranium ont reçu une interprétation analogue {uoir § oo). De nombreux cas de même nature observés depuis s'expliquent tous de la même manière. La substance qui réalise l'entraînement n'est pas quelconque, et il est probable qu'elle doit avoir une parenté chimique avec la substance entraînée. 89. Essais d'activation par le rayonnement seul d'une substance active. Essais d'activation en dehors de la présence de substances radioactives. — La radioactivité induite due au radium, thorium ou à l'actinium ne se produit qu'au contact des émanations émises par ces corps; il en est de même pour la radioactivité induite à évolution lente due au radium. Quand la substance active est enfermée en tube scellé même très mince, elle ne produit pas l'ac- tivation des substances placées au dehors du tube et recevant le rayonnnement. Les essais faits en vue d'observer un tel phénomène n'ont pas donné de résultats positifs ( ' ). Il en résulte que si un effet de ce genre existe, il est certainement faible, et de grandes pré- cautions sont nécessaires pour le constater avec certitude. Des essais ont été faits en vue de produire la radioactivité induite en dehors de l'action des substances radioactives. (') ro('/- RiïiiKiiKouD, ItadLoacliiit)-. RADIOACTIVITÉ INDUITE. 383 M. Villard ( ' ) a soumis à l'action des rayons cathodiques un morceau de bismuth placé comme anticathode dans un tube de Crookes; ce bismuth a été ainsi rendu actif, à vrai dire, d'une façon extrêmement faible, car il fallait huit jours de pose pour obtenir une impression photographique, M. Mac Lennan exposait divers sels à l'action des rayons catho- diques et les chauffait ensuite légèrement. Ces sels avaient alors acquis la propriété de décharger les corps chargés positivement ( -). On ne peut pas affirmer que dans les cas cités il y ait eu pro- duction de radioactivité au vrai sens de ce mot; cependant les études de ce genre offrent un grand intérêt. Si, en se servant d'agents physiques connus, il était possible de créer dans des corps primitivement inactifs une radioactivité notable, nous pourrions espérer avoir ainsi des indications relatives aux causes de la radioactivité spontanée de certaines matières. (') Villard. Soc. de Phy.i,, 1900. {-) Mac Len:,an, P/iil. Mag., 1902. CHAPITHK VIII. THÉORIE DES TRANSFOR.\[\TIO\S DES CORPS RADIOACTIFS. 90. Théories de la radioactivité. — De l'ensemble des phéno- mènes qui ont été décrits dans les chapitres précédents on peut déduire les conceptions générales suivantes : i^ Il existe une série de matières radioactives qui manifestent à divers points de vue les propriétés connues de la matière à l'état gazeux ou solide, et dont la radioactivité n'est pas permanente, mais disparaît plus ou moins rapidement avec le temps. Tels sont le polonium, les émanations radioactives, les dépôts de radio- activités induites. 2° On constate dans certains cas que la radioactivité observée augmente avec le temps. C'est ce qui arrive pour le radium nouvellement préparé, pour les émanations qui viennent d'être introduites dans l'appareil de mesures, pour les dépôts de radio- activités induites dans la phase initiale de leur évolution, pour la radioactivité induite du radium à évolution lente, pour le thorium privé de thorium X, etc. L'explication la plus satisfaisante de ces phénomènes est celle qui consiste à admettre que chaque fois que l'on observe une diminution de radioactivité, il y a destruction de matière radio- active, et que chaque fois que l'on observe une augmentation d'ac- tivité, il y a production de matière radioactive. Quand on observe une augmentation telle que celle qui a lieu, par exemple, pour le radium qui a été ramené à son activité minimum, ou pour le tho- rium qui a été soumis au traitement ayant pour but de séparer complètement le thorium X, on constate, d'ailleurs, que l'activité qui se reproduit progressivement n'est pas de même nature que celle que l'on n'a pas pu séparer, mais bien de même nature que celle qui a pu être séparée, et qu'elle possède des caractères abso- THÉORIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 385 lument distincts que nous apprendrons à préciser d'une manière très complète. On peut admettre que toute espèce de rayons déter- minée peut servir à caractériser une matière qui en est la source^ apparaît et disparaît avec elle. De plus, il importe d'insister sur ce fait que la radioactivité est une propriété essentiellement atomique, de sorte que toute création, ou destruction, d'une espèce de radioactivité distincte des autres, correspond à une création, ou destruction, d'atomes d'une certaine matière radioactive. Nous dirons, par exemple^ en nous plaçant à ce point de vue, que le radium est la source de production d'atomes d'un gaz nommé émanation ; que les atomes d'émanation sont susceptibles d'éprouver une destruction spontanée accompagnée de production d'atomes de dépôt actif, lesquels se détruisent aussi à leur tour. La formation des atomes de dépôt actif étant liée à la destruction des atomes d'émanation, il est naturel d'admettre que les atomes de dépôt actif se forment aux dépens des atomes d'émanation détruits. La destruction du radium n'a pas pu être observée directement; on peut cependant supposer que cette destruction a lieu réellement, tout en étant trop lente pour avoir pu être constatée, et que les atomes de radium donnent lieu, en se détruisant, à la production d'atomes d'émanation. On peut admettre, d'une manière générale, que tout corps radio- actif est en voie de destruction plus ou moins rapide, et qu'aucun état stable ne peut être atteint tant que la transformation donne lieu à la production d'un autre corps également radioactif. La stabilité ne pourrait être réalisée que pour la matière inactive. La théorie qui vient d'être exposée est une théorie de trans- mutation d'éléments chimiques. Cette théorie se trouve parmi celles qui ont été proposées pour l'explication des phénomènes de la radioactivité, presque aussitôt après la découverte du rayon- nement uranique. La forme précise sous laquelle la théorie est adoptée actuellement est l'œuvre de MM. Rutherford et Soddy. Voici quelle a été la marche de l'évolution des idées à ce sujet. Dès le début des recherches sur la radioactivité, la spontanéité du (') Rutherford et Soddy, Pkil. Mag., igoS. C. — I. 25 3S6 CHAPITRE VIII. rayonnement de l'uranium conduisait à se demander quelle pou- vait être la source de l'énergie se manifestant dans les effets pro- duits par ce corps, énergie à débit extrêmement minime selon toute évidence, mais dont l'origine restait pourtant mystérieuse. Diverses hypothèses ont alors été proposées comme pouvant fournir une explication du phénomène. J'ai signalé les diverses hypo- thèses possibles dans un article très ancien sur cette question ( ' ). Ces hypothèses étaient les suivantes : i*' Le rayonnement est une émission de matière accompagnée d'une perte de poids des substances radioactives. 2° Le rayonnement est accompagné d'une diminution de l'énergie utilisable des substances radioactives. La radioactivité appar- tiendrait, par exemple, aux éléments à gros poids atomique dont l'évolution ne serait pas encore achevée. ^° Le rayonnement est une émission secondaire provoquée par des rayons analogues aux rayons Rontgen. Ces rayons exci- tateurs existeraient dans l'espace et ne seraient absorbés que par les éléments à gros poids atomique. 4° Le rayonnement serait produit aux dépens de la chaleur du milieu ambiant, contrairement au principe de Carnot. On aurait là l'exemple d'un mécanisme suffisamment petit pour transformer en travail extérieur la force vive des molécules. Le rayonnement serait, en quelque sorte, le reflet des mouvements non coordonnés des molécules matérielles. Les hypothèses 1° et 2° sont admises par la théorie de désagré- gation des éléments radioactifs. L'hypothèse 3° a donné lieu à quelques expériences de contrôle qui ont été citées au chapitre IV, et dont le résultat n'a pas été favorable à l'hypothèse. Une hypothèse analogue à 4*^ a été proposée par M. Crookes qui supposait que l'énergie dégagée par les substances radioactives était empruntée à l'énergie cinétique des molécules du gaz en- vironnant (-). Toutefois MM. Elster et Geitel ont trouvé que le rayonnement n'est pas plus intense dans l'air, sous la pression atmosphérique, que dans le meilleur vide qu'ils aient pu obtenir ( ^ ). (') M""" Curie, Bev. gén. des Se, 1899. (-) Crookes, Comptes rendus, 1899. (•■') Elster et Geitel, Wied. Ann., 1898. TUKORIK Di:S TUANSFORMATIONS DKS CORPS RADIOACTIFS. 887 L'intérêt théorique de la nature de la radioactivité s'est trouvé considérablement augmenté après la découverte des substances fortement radioactives qui donnent lieu à un dégagement d'énergie beaucoup plus important que celui observé avec l'uranium. Dans une conférence faite en juin 1900, à Paris, j'ai eu l'occasion de revenir sur les causes possibles des phénomènes radioactifs ( ' ), et à insister sur ce fait que l'on pouvait envisager principalement deux hypothèses fondamentales. L'une était celle d'après laquelle le dégagement d'énergie des substances radioactives était consi- déré comme incompatible avec les principes de l'énergétique^ en particulier avec le principe de Carnot. L'autre hypothèse, prise en considération plus spécialement, était celle d'après laquelle les atomes radioactifs sont en voie de transformation. Voici comment elle était exposée : « La matière radioactive serait de la matière où règne un état de mouvement intérieur violent^ de la matière en train de se disloquer. S'il en est ainsi, le radium doit perdre constamment de son poids.... En adoptant cette théorie il faut nous résoudre à admettre que la matière radioactive n'est pas dans un état chimique ordinaire ; les atomes n'y sont pas constitués à l'état stable, puisque des particules plus petites que l'atome sont rayonnées, et les sous-atomes sont en mouvement. La matière radioactive éprouve donc une transformation chimique qui est la source de l'énergie rayonnée; mais ce n'est point une transformation chimique ordinaire, car les transformations chimiques ordinaires laissent l'atome invariable. Dans la matière radioactive, s'il y a quelque chose qui se modifie, c'est forcé- ment l'atome, puisque c'est à l'atome qu'est attachée la radio- activité )) (■-). On peut d'ailleurs remarquer que la théorie, d'après laquelle toute production ou destruction de radioactivité est liée à la produc- (1) M""" Curie, Revue scientifique, 1900. ( -) Ces lignes écrites par moi en 1900, d'accord avec P. Curie, prouvent manifes- tement que, déjà à cette époque, une théorie de transmutalion atomique des élé- ments radioactifs nous paraissait parfaitement probable. Si P. Curie a continué à envisager aussi la possibilité d'autres interprétations, c'est que la question était encore loin d'être résolue au point de vue expérimental. P. Curie a conservé pen- dant quelques années, dans ses publications, une forme très générale de la con- ception des phénomènes radioactifs. 388 CHAPITRE VllI. tion ou à la destruction d'atomes radioactifs, admet comme base essentielle ce fait expérimental que la radioactivité est un phéno- mène atomique. A ce point de vue la théorie des transformations des corps radioactifs offre une extension naturelle des idées fon- damentales qui nous ont conduits^ P. Curie et moi, à la décou- verte du polonium et du radium. L'étude des rayons [i et de leur identité avec les rayons catho- diques a donné lieu à diverses images d'un atome radioactif. C'est ainsi que M. Perrin ( ' ) proposait pour un atome l'image d'un petit système planétaire dans lequel les corpuscules les plus éloignés du centre d'attraction seraient susceptibles de se détacher le plus facilement. Becquerel ( - ) proposait de considérer l'atome comme composé de particules chargées positivement ou négativement, conformément aux théories de M. J.-J. Thomson; les particules chargées négativement constitueraient les rayons ^j_, les particules chargées positivement les rayons a, et il y aurait aussi des parti- cules non chargées constituant l'émanation et pouvant former un dépôt matériel de radioactivité induite sur les corps solides; les particules de ce dépôt subiraient à leur tour une subdivision donnant lieu à une émission de rayons matériels. M. Rutherford a admis, dès 1 900, que les émanations et les dépôts de radioactivité induite étaient de nature matérielle. A la suite de leurs expériences sur la nature chimique des émanations, MM. Rutherford et Soddy assimilaient celles-ci à des gaz inertes de la famille de l'argon. Enfin, au courant de recherches sur la séparation du thorium X à partir du thorium, ces mêmes savants ont admis, en 1902 (•'), que le thorium X est une matière chimi- quement distincte du thorium et produite par celui-ci d'une manière continue, mais éprouvant en même temps une destruc- tion spontanée suivant une loi caractéristique. La radioactivité constante du thorium résultait ainsi d'un équilibre entre la pro- duction de thorium X et sa destruction spontanée. MM. Ruther- ford et Soddy ont dès lors considéré que la radioactivité est due, d'une manière générale, à une désintégration atomique. Il résultait (') Pi-inniN. Revue scientifique, 1901. (-) Becquerkl, Comptes rendus., 1901. (') HUTHERFORD Cl SODDY, PIlH. Mug., HJOÎ THÉORIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. SSg de plus^ d'un travail fait par M. Rutherford en ipo5,que les rayons a sont, selon toute probabilité, des particules chargées positivement^ de dimensions atomiques^ émises avec vine grande vitesse par les corps radioactifs. On pouvait donc admettre que le départ d'une telle particule entraîne la destruction de l'atome dont elle provient. Diverses expériences sur les émanations radioactives (diffusion^ condensation à basse température^ dissolution dans les liquides, etc.) étaient venues vers la même époque appuyer l'hypothèse sur la nature matérielle des émanations radioactives. Se basant sur l'ensemble de ces faits, MM. Rutherford et Soddy ont exposé, en i<)o3, une théorie détaillée des phénomènes de la radioactivité, considérés comme résultant de la désintégration des atomes; ils ont indiqué en même temps diverses conséquences de la théorie proposée ( ' ). La découverte du dégagement spontané de chaleur par le radium, par P. Curie et M. Laborde, date du début de l'année 190.3 (-). Cette découverte très importante est venue montrer combien est considérable le dégagement d'énergie du radium. Un atome- gramme de radium dégage pendant chaque heure une quantité de chaleur comparable à celle dégagée par la combustion dans l'oxygène d'un atome-gramme d'hydrogène. P. Curie et M. Laborde s'exprimaient à ce sujet ainsi qu'il suit : « Le dégagement continu d'une telle quantité de chaleur ne peut s'expliquer par une trans- formation chimique ordinaire. Si l'on cherche l'origine de la pro- duction de chaleur dans une transformation interne^ cette trans- formation doit être de nature plus profonde et doit être due à une modification de l'atome de radium lui-même. Une pareille trans- formation, si elle existe, se fait avec une extrême lenteur, car les propriétés du radium n'éprouvent pas de variation notable en plusieurs années. Si donc l'hypothèse précédente était exacte, l'énergie mise en jeu dans la transformation des atomes serait extraordinairement grande. » P. Curie et M. Laborde indiquaient dans la même Note que le dégagement de chaleur pourrait aussi s'expliquer en admettant que le radium utilise une énergie extérieure. (') Rutherford et Soddy, Phit. Mag., mai igoS. (-) Curie et Laborde, Comptes rendus, mars igoS. Sgo CHAPITRE VIII. Vers la même époque, M. J.-J. Thomson soutenait aussi l'opi- nion d'après laquelle le dégagement d'énergie du radium devait être attribué à une transformation atomique, et faisait remarquer que les quantités d'énergie mises en jeu dans les contractions d'atomes peuvent être considérables ( ' ). Enfm^ c'est en 1908 qu'eut lieu la découverte par MM. Ramsay et Soddy de ce fait extrêmement important c|ue le radium donne lieu à la production continue de gaz hélium (-). On obtenait ainsi pour la première fois la formation d'un élément chimique parfai- tement défini^ l'hélium^ à partir d'un autre élément chimique également bien défini et doué de radioactivité^ le radium^ et il y avait là un argumcHt pour ainsi dire décisif en faveur de la théorie de transmutation des corps radioactifs. On voit combien est considérable le nombre des faits qui ont été acquis vers l'année ipoi"), et combien important est le mouvement d'idées qui en fut la conséquence. Une base de plus en plus solide se trouvait établie pour la théorie de transformation atomique des corps radioactifs. Cette théorie_, sous la forme précise que lui ont donnée MM. Rutherford et Soddy, s'est montrée d'une grande utilité pour la recherche expérimentale et s'est trouvée vérifiée en détail en un grand nombre de points, dont quelques-uns très importants. On doit à MM. Rutherford et Soddy plusieurs idées hardies et ingénieuses qui ont tout de suite donné une vie concrète à la théorie, et ont ainsi servi de point de départ à de nombreuses recherches. Citons^ par exemple^ l'opinion que les émanations sont des gaz radioactifs et que les radioactivités induites sont dues à des dépôts de substances solides; que la radioactivité induite à évolu- tion lente du radium est due à des matières qui peuvent être identifiées avec des corps radioactifs contenus dans les minerais d'urane, et qu'en particulier le polonium est un produit de la désagrégation du radium; que le radium doit se former d'une manière continue dans les minerais d'urane, c[ue les particules a sont des atomes d'hélium. Divers calculs approchés proposés par M. Rutherford, se sont montrés aussi d'un grand secours pour les progrès de la théorie. (') Thomson, Nature, içjoo. (-) Ramsay et Soddy, Nature, igoS. TllKOKIE 1)I:;S TRANSFORM ATIOXS DES CORPS RADIDACTI h\<. S9I 91. Théorie de la transformation d'une seule substance. — Les bases de la théorie peuvent être présentées ainsi qu'il suit : I ° Toute matière radioactive simple se détruit spontanément suivant une loi exponentielle qui lui est propre et peut servir à la caractériser. Si No atomes de cette matière existent au temps t ^= o et N atomes au temps t, on aura OÙ /. est une constante caractéristique_, nommée constante radio- active de la substance considérée, et e la base des logarithmes naturels. On a, en même temps, r/N dt Par suite le nombre des atomes qui se détruisent dans l'unité de temps est une fraction toujours la même et égale à X du nombre N des atomes présents à l'époque considérée. Une réaction chimique qui se produit suivant cette loi, c'est- à-dire une réaction telle que la vitesse de réaction soit, à chaque instant, proportionnelle au nombre des molécules de la substance qui subit la transformation, se nomme en chimie une réaction monomoléculaire irréversible. Le temps nécessaire pour que le nombre des atomes diminue de moitié est également une constante caractéristique de la transfor- mation. Ce temps T, que l'on peut nommer période, se calcule en écrivant ?. /.loge le signe log désignant le logarithme décimal. On peut enfin définir une troisième constante reliée à /. et à T, et pouvant servir également pour caractériser la transformation. Pour cela on peut écrire i la constante h est alors un temps qui peut être nommé la vie moyenne de la substance. 3ç)l CHAPITRE VIII. Soit^ en efîet^ N le nombre d'atomes existant au temps t. Le nombre des atomes détruits pendant le temps d est égal à ).]!\ dt; ces atomes ont existé pendant le temps t. Par suite la vie moyenne d'un atome se calculera par la formule ±^ fictif = -^ f lNtdt = ^ f ^,te-''dt = ^ =Q. ^o'^ NoJ) ^oJq a L'intégrale / aN t dt représente l'aire S comprise entre la ' 0 courbe N = / ( / ) et les axes. Le temps h est une abscisse moyenne telle que N„f) = S. On a, par exemple, pour l'émanation du radium, À = '2,o85.io s , T = 3,85 jours, 0 = 5, 35 jours = i33,2 heures. ' sec ' J ' ' J 2° Le rayonnement d'une substance radioactive simple est pro- portionnel au nombre des atomes qui se détruisent dans l'unité de temps, et par suite aussi au nombre des atomes présents à un instant donné. Une substance radioactive qui est en voie de destruction con- serve néanmoins ses propriétés inaltérées jusqu'aux limites d'obser- vation qui peuvent être atteintes. C'est ainsi que la constante radioactive de l'émanation du radium ne dépend pas de la concen- tration de celle-ci, et ne se modifie pas à mesure que la quantité d'émanation diminue. On doit en conclure que l'émanation qui reste encore après un certain temps est exactement de même nature que l'émanation primitive. On voit ainsi que la transfor- mation ne peut porter sur tous les atomes à la fois, mais sur une fraction du nombre des atomes seulement en un temps donné. On peut imaginer que dans chaque unité de temps un certain nombre d'atomes se détruisent en faisant, en quelque sorte, explosion, pendant que les atomes restants subsistent inaltérés. Un atome qui fait explosion est un atome qui, pour une raison quelconque, ne réalise plus une configuration stable; après l'explo- sion il se produit un réarrangement permanent ou temporaire de l'atome en une configuration nouvelle qui constitue un atome chimiquement différent de celui qui vient de se détruire. TIlÉOniU: DES TRANSFOnMATlONS DKS CORPS RADIOACTIFS. SgS Le rayonnement est l'indice de la transformation de l'atome. Celle-ci est accompagnée de l'expulsion de particules matérielles, portant des charges électriques et animées de grandes vitesses, et d'émission de perturbations électromagnétiques dans l'espace environnant. 92. Cas de deux et de trois substances. — Diverses hypothèses peuvent être faites en ce qui concerne la transformation d'une matière radioactive A en une matière radioactive B. On peut supposer que chaque atome de la matière A donne lieu, en se détruisant, à la production de n atomes de matière B. On aura alors, en désignant par les lettres A et B les nombres des atomes des deux matières au temps t, et par a et 6 les constantes radioactives des deux matières, A = Âo e~"-K où A|, est la valeur de A au temps t = o, (I) ^==-«A. Chaque atome de la matière A produit en se détruisant n^ atomes de la matière B. dont la vitesse de destruetion spontanée est d'ail- leurs égale à AB, On aura donc pour la matière B —7- = «1 a A — 0 B. dt Si la matière A se détruit très lentement, A reste sensiblement constant et l'on peut poser /il a A = A. Si de plus on a B ^o pour ; = o, on trouve B = B, (I — e-^n avec B„ = ^- b Ce cas est celui que nous avons déjà traité pour établir la loi d'accumulation de l'émanation du radium dans une enceinte fermée (§68). Quand les vitesses de destruction des matières A et B sont com- parables, les nombres d'atomes des matières A et B au temps t se 394 CHAPITRE YIII. calculent en résolvant le système d'équations différentielles (II) f — — = — 6B -H 71, a A. \ dt La valeur de A étant connue par la formule ( I), la valeur obtenue pour B est la suivante : B = -ri e-«'^ BoH j- e-*'> h — a \ a — b I Ao et B„ étant les valeurs respectives de A et de B au temps o. On peut considérer B comme la somme de deux termes B = B,-hB2, B,= ^î^^(e-"^— e-6'), B, = Boe-*^ b — a Le terme B) correspond à la quantité de B qui à l'instant t résulte de la transformation de la substance A initialement pré- sente. C'est aussi la solution qui se déduit du système quand on admet les conditions initiales A = y^o. B = o pour < = o. Le terme B^ représente la quantité de B qui reste encore après le temps t de la quantité B,, initialement présente. Cette solution est de même forme que la solution (I). Elle représente d'ailleurs la solution complète du système (II) pour les conditions initiales A = o, B = Bo pour ^ = o. Dans ces conditions, en effet, le système (II) se simplifie et se ramène à une seule équation analogue à (I) dt Examinons maintenant le cas de trois substances A, B, C pré- sentes initialement en quantités An^B,,, Cq, et dont chacune provient de la transformation de la précédente. Les valeurs de A^ B et C au THÉORIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 093 temps l satisfont au système d'équations différentielles , d.K , —T- = — «A, dt (III) \ ^ =_^B-|-n,aA, ' dt dt ' n, étant le nombre d'atomes de B qui proviennent d'un atome de A;, et n. le nombre d'atomes de C qui proviennent d'un atome deB. Les valeurs de A et de B étant connues par le calcul précédent, il suffit de trouver la valeur de C. On obtient pour celle-ci C = Ci-t-Go-Cs, \{b — a)(c — a) ui — h\ ic— h) (a — c )(b — c)\ ^ n.,b]\„ ,, €2= — ple-'^'— e-'^O) c — b Le terme C, représente la quantité de matière C qui à l'instant t résulte de la transformation de la substance A initialement pré- sente. Le terme C^. représente la quantité de matière C qui à l'ins- tant t résulte de la transformation de la matière B initialement présente. Le terme Cu représente la quantité de matière C qui à l'ins- tant t reste de la quantité C,, initialement présente. On peut remarquer que le terme C^ est la solution d'un système analogue au système ( II ) , et se déduisant du système ( III ) par sup- pression de tous les termes relatifs à A. De même le terme C3 est la solution d'une équation analogue à (I), à laquelle se réduit le système (III). quand on y supprime tous les termes relatifs à A et à B • Il est d'ailleurs évident que si la matière C est seule initia- lement présente, la quantité de cette substance à l'instant t, donnée par C:i. correspond au problème d'une seule substance; si la ma- tière C dérive d'une matière B qui était aussi présente à l'ins- tant initial, il faut ajouter à la solution C;. une solution C:.. corres- pondant au problème de deux substances, et si la substance B dérive 396 CHAPITRE VIII. d'une substance A présente à l'origine du temps^ un nouveau terme C, s'ajoute aux précédents^ ce terme correspondant seul au problème de trois substances. La solution complète pour C est une combinaison linéaire de trois fonctions exponentielles e'"^, e"'^", e~^^ 93. Cas général. — Les formules relatives à deux, trois et quatre substances ont été données par P. Curie ( ' ), par M. Rutherford (-) et par M. Grùner (^). Les résultats obtenus sont susceptibles de généralisation pour le cas d'un nombre quelconque m de substances dérivant l'une de l'autre par transformations successives [famille de matières radioactii^es). Désignons par les nombres d'atomes à l'instant t ; par Aj, Ào, . . . , A/, . . . , X,„ les constantes radioactives ; par «I, AI2, . • • , Hii • • ■ 1 fi/n-l les nombres d'atomes radioactifs semblables entre eux, produits par la destruction des atomes considérés. On aura à résoudre le système d'équations (IV) IF =-^^N.+ .,x,N„ — — ^rn ^ /Il -r- n„i—\ A,„_i N,„_i . dt La solution qui fournit N,„ est une combinaison linéaire de m fonctions exponentielles, caractérisées par les m coefficients A. (') P. Curie, Comptes rendus, 190.3 et 1904. C) Rutherford, Radioactivity . C) Grùner, Arch. des Se. phys. et nat., 1907. THKORIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. JQJ Cette solution peut se mettre sous la forme d'une somme de m termes Le terme N,„., représente la quantité de N,„ qui à l'instant t résulte de la transformation de la matière i. Soit N,,o la quantité de cette substance à l'instant o. On trouve r É- '■' |_( Ao^ Al ) ( As — A| )...( A„, — Al j A,„)...(À,„-1 —À,,, )J (A, —X,,,) (>.,■ Le terme suivant N„, ^ correspond au terme qui vient d'être écrit dans la solution d'un problème où interviennent les (m — i ) substances 'i, ô, . . . , m. On peut donc l'écrire par application de la même formule générale J^/«.2 — «2 '*3 • • • f^m-l Xo A3 . . . A„,_] jNo.q e-'J .3— Ao. . .( A,„ — A; I 0-2— >■/«)• -.(X,,,-! Les termes suivants s'obtiennent par le même procédé jusqu'au dernier pour lequel on trouve Les résultats théoriques qui précèdent permettent de trouver la solution de tous les problèmes relatifs aux transformations radioactives. En voici quelques applications : 1 o On considère une famille de m matières radioactives, dont la première seule existe au temps t = o. Quelles seront à l'ins- tant t les quantités respectives de toutes les matières? La solution de ce problème est fournie directement par la théorie. Il suffit de faire dans les formules 39'S CHAPITRE VIII. On trouve N, =N2,i =/mXiN,,o(. e-).,' e-)>.< À,— A, ' X, — X (VI) ;->.,« N,„ = N„,, i=/îin.2. ../?,„., X|Xo...X,„_, N,,o-T r-^ , , ... (Xi— Xot)...(X„,^, — X,„)J 2" On laisse s'accomplir pendant le temps - l'évolution considérée dans le problème précédent. Ensuite on sépare la matière primitive restante (portion I) des matières dérivées (portion II), Quelles seront à l'instant t, à partir de la séparation, les quantités de ces matières dans la portion II? Ce problème se ramène au précédent si l'on remarque que l'évolution de l'ensemble des matières dans les portions I et II n'est pas altérée par le fait de la séparation. La quantité d'une substance quelconque dans la portion II à l'instant t est la diffé- rence de la quantité de cette même matière dans l'ensemble et de la quantité présente dans la portion I. L'évolution de la portion I a d'ailleurs lieu de la même manière que dans le problème déjà traité^ la quantité initiale de la matière primaire étant seule modifiée; cette quantité a pour valeur N,^o'?~^''^. La quantité de substance d'ordre m présente dans l'ensemble à l'instant t est Xi)...(X,„ — x,j ••• ^ (X,-X,„)...(X„,_,-X„,J' La quantité de la même substance au même instant dans la portion I est n,n.2. ../i,„-i Al l,l,..Xn-l IN, o^-^''T ,-),. t (X,— X,)...(X,„ — X,j (Xi — A„i). . .(X„,_] >w„)J TIIKORIK DES TllANSFORMA TIONS DK? COUPS RADIOACTIFS. 899 La différence représente la solution du problème envisagé, en ce qui concerne la substance d'ordre m \ Il N,„ = /(, «0. . .«,„-! '/., A2. . .A,«- I X N,,c (Al — Aoj. . .i A,„— A,; (e-'n,- g-/.,- ) ( À 1 — >-/?!>•• -(^«/«-l — À/;,) 0 ■ Un cas particulièrement intéressant est celui où la vie moyenne de la première substance est considérablement plus longue que celles des substances dérivées; autrement dit, la constante radio- active de la première substance est très petite par rapport à toutes les autres constantes de la série. Tel est le cas de l'émanation du radium et des constituants de la radioactivité induite qu'elle produit : radium A, B et C. La quantité de l'une quelconque des substances est, dans le cas le plus général, représentée par une somme de termes exponentiels en e~'^^, e~'-^, etc. Après un temps suffisamment long par rapport aux vies moyennes des sub- stances y, 3, ...,m, toutes les exponentielles deviennent négligeables par rapport à e''-^^. On obtient alors, à partir d'un état initial quelconciue. les solutions limites suivantes dérivées des solutions V du problème général : 1 ' - A. -A, (Mil) I _ »| n.2. ■ .n,„-i Ài"/..,. ■ .A,,,-! Ni. Il _-^^ ' ' '""" (À,— Ài,)...(À„t— Ài) Toutes les substances de la série ont donc la même loi de décrois- sance limite qui est celle de la substance primaire. Les quantités de toutes les substances conservent entre elles des rapports con- stants, et l'on dit alors quelles sont en équilibre de régime radioactif. C'est ainsi que la loi de décroissance de l'émanation du radium a pu être déterminée par la mesure du rayonnement émis par la radioactivité induite qui l'accompagne; quelques heures sont nécessaires pour que la loi exponentielle simple caractéristique de l'émanation puisse s'établir. 400 CHAPITRE VIII. Les formules (VIII) se présentent sous une forme simplifiée si, dans les différences des constantes radioactives, on néglige A( par rapport aux autres constantes de la série. On obtient ainsi les valeurs approchées (IX; '-' 1\ ,„ r e 1 . Les relations suivantes ont alors lieu entre les quantités N,, NoXs N,„X„, N,À, Tll /I2. . . Tl„i — \ Ces relations sont réalisées à un degré d'approximation d'au- tant plus grand que les rapports r^^ • • •> r^ sont plus petits. Dans le cas particulier où ^i, = no = . . . ^ n,„ = 1 , c'est-à-dire dans le cas où chaque atome qui se détruit donn* lieu à la for- mation d'un seul atome de la substance suivante, ces relations deviennent N,X, = NoX, = ...= N„,X,„. Les nombres d'atomes des substances en présence sont donc alors inversement proportionnels aux constantes radioactives, ou propor- tionnels aux ries moyennes des substances. Les nombres d'atomes qui se détruisent par unité de temps sont en ce cas les mêmes pour toutes les substances. La possibilité d'un équilibre de régime est déterminée par la condition que les vies moyennes des substances dérivées soient courtes par rapport à la vie moyenne de la substance primaire. Le régime s'établit d'autant plus rapidement que les vies moyennes des substances dérivées sont plus courtes. Quand la vie moyenne de la substance primaire est si longue que sa décroissance ne peut être observée pour aucune valeur accessible du temps, l'équilibre de régime devient un équilibre radioactif pratiquement permanent, c'est-à-dire que les quantités I ■rilb:ORlE DES TUANSFORMATIONS DES CORI'S RADIOACTIFS. 4oi des substances dérivées atteignent elles-mêmes des valeurs limites constantes. L'exponentielle e~^ ^ peut en ce cas être égalée à l'unité pour toutes les valeurs du temps^ et les formules (IX) deviennent ; ^. = N'i.o, (X) No - ' /Il — ; Ce cas est applicable aux substances radioactives qui se sont montrées invariables dans les limites de l'expérience (radium, uranium). * Les relations entre les quantités des substances de la série deviennent alors rigoureuses, et ces relations peuvent se déduire directement des équations différentielles (IV), quand on y fait intervenir la condition de régime permanent, en égalant à zéro toutes les dérivées. Pour chaque substance la vitesse de production est exactement compensée par la vitesse de destruction. Puisque la substance primaire reste constante, le nombre ?i| )., N,,o d'atomes de la pre- mière substance dérivée, produit par unité de temps, est aussi constant. Soit A ce nombre qu'on peut nommer débit de la substance considérée. Quand la substance primaire est seule présente initialement en quantité N| ^o;» les quantités des substances dérivées à l'instant t s'obtiennent en remplaçant, dans les formules du problème (i), e~''^ par i et n, "a, N,.o par A. On trouve ainsi / N, =Ni,o, l X2 = An_g-M), /,,... /,„f-A./ ( A3— Ao ). . .1 A,„— /.i) Pour de grandes valeurs de t on obtient les solutions limites C. — I. 26 4o'2 CHAPITRE Mil correspondant au régime permanent fXlI) N, = \,,„. N., = ^ , A, N,,, = «0 . . .n, Si après le temps t on sépare la substance primaire constante des substances dérivées qui se sont accumulées^ la loi d'évolution de ces dernières s'obtient par les formules du problème ( i ) dans lesquelles on a fait e->.,' = I et niA,Ni.„= A. On obtient ainsi les formules suivantes : A N., (I 'kx^e-l.t^ (XIII; / A )..... )w Ail. ..(/.„, — A.) A.2...A,„^I (A, /'in ,'•••( l'ni — ï — A,/, ,) (?->.m~ ) e-' (I Si l'on a laissé le régime permanent s'établir avant de séparer la substance primaire^ on peut poser -.= -jz, et les formules précé- dentes deviennent (XIV) No = g-Aa' N,„ = «9. . .n, U.3— Ao)...(A„, — A.) -r— -^'-(-. . . -T ; ; ^ e~'m' Ai— A,„}...(A„,_i— A„,j J En comparant les formules (XIV) aux formules (XI), on trouve que les termes qui se correspondent ont une somme constante pour toutes les valeurs du temps. Ces sommes représentent les valeurs des solutions limites (XII). Il en résulte la proposition tout à fait générale suivante : THÉORIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 4o3 Quand une famille de substances radioactives dérive d'une substance primaire constante^ et quand on considère l'évolution de la famille à partir d'un état initial où la substance primaire est seule présente^ la quantité de chaque substance dérivée tend vers une limite qui correspond à l'équilibre radioactif^ et l'excès de la quantité qui correspond à l'équilibre sur la quantité actuelle- ment présente décroît pour chaque substance suivant une certaine loi. Si^ après avoir laissé l'équilibre s'établir, on sépare la substance primaire, la quantité de chaque substance dérivée décroît suivant une certaine loi, et cette loi est la même que la précédente. Les deux évolutions considérées sont dites complémentaires. Si l'on représente par une courbe la loi de variation avec le temps pour l'une des sub- stances dans chacune de ces deux évolutions, la somme des ordon- nées relatives, dans les deux courbes, à une même valeur du temps reste constante et mesure la quantité de cette substance dans l'équilibre radioactif. Les deux courbes sont dites complémentaires. La même proposition s'applique aux équilibres de régime à un degré d'approximation d'autant plus grand que l'évolution de la substance primaire est plus lente. La théorie des transformations radioactives qui vient d'être exposée suppose que la destruction des atomes d'une substance radioactive simple comporte la formation directe d'une seule espèce d'atomes radioactifs. Cette supposition s'est montrée, en général, suffisante; cependant elle ne semble pas susceptible de rendre compte de la parenté probable entre la famille de l'actinium d'une part, et les familles de l'uranium et du radium, d'autre part. L'activité relative attribuable à l'actinium et à ses dérivés dans les minerais d'urane est plus petite que celle que l'on pourrait prévoir d'après l'hypothèse précédente [voir § !2l!2). On est ainsi conduit à envisager la possibilité d'autres modes de transformation, dans lesquels deux espèces d'atomes radioactifs peuvent dériver directement d'une même substance primaire; la désintégration est alors dite multiple. On peut concevoir deux modes de désintégration multiple : i" Un atome radioactif d'une espèce déterminée donne lieu 4o.t CIIAPITUE Vin. à la production de plusieurs atomes radioactifs d'espèces diffé- rentes; L>-" parmi les atomes radioactifs d'une certaine espèce^ vme proportion déterminée est utilisée pour la production d'un certain élément radioactif_, tandis qvi'une autre proportion est utilisée en même temps pour la formation d'un élément radio- actif différent. M. Soddy ( ' ) a montré que le deuxième mode de désintégration multiple permet d'établir entre l'uranium^ le radium et l'actinium une liaison conforme aux résultats expérimentaux déduits de l'étude des minerais d'urane. Soient N le nombre des atomes d'une substance primaire à l'ins- tant t, et No la valeur de N pour f = o. Supposons qu'un nombre d'atomes )m N est détruit par unité de temps avec formation d'un nombre égal d'atomes d'une matière radioactive A^ et qu'en même temps un nombre d'atomes ).o N donne lieu à la formation d'atomes d'une matière B. Désignons par A et B les nombres d'atomes des matières A et B^ et par a et 6 les constantes radio- actives de ces matières. Nous aurons pour la substance primaire Si la vie moyenne ; — -^ de la substance primaire est longue par rapport aux vies moyennes - et . des substances A et B^ un équilibre radioactif pourra s'établir^ et l'on aura en ce cas 6B Aa Les nombres d'atomes des substances A et B qui subissent pen- dant le môme temps la destruction spontanée sont dans le rapport des constantes radioactives A| et Ao relatives aux deux modes de désintégration. Ces nombres peuvent être très différents entre eux si les constantes considérées sont elles-mêmes très différentes. Oi. Relation entre l'ionisation et les quantités de substances radioactives. — La théorie suppose que le rayonnement d'une substance radioactive est proportionnel au nombre d'atomes détruits par unité de temps. Désignons par K,, K2, . . ., K/// les (') Soddy, Pliil. Mag., 1909. TIIÉOUIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 4o5 nombres d'ions produits dans un espace déterminé lors de la des- truction d'un atome. Le nombre total -"^ des ions produits dans cet espace est donné par la formule 5 = K 1 À 1 N 1 + K, A. N, + . . . -i- K„, l,„ N,„ . Le nombre d'ions ainsi produit dans une chambre d'ionisation et pouvant servir pour l'évaluation de l'intensité du rayonnement, dépend non seulement du noinbre des atomes détruits, mais aussi des coefficients K, qui pevivent varier en valeur relative suivant la forme et les dimensions de la chambre. Ces coefficients se nomment coefficients d'activité des substances dans un appareil de mesures déterminé. Quand il y a équilibre radioactif, les nombres d'ions produits par les différentes substances sont entre eux comme les nombi-es K, K„, K„ Hi /Il /io. Si l'on représente par une courbe la variation de "^ en fonction du temps^ la courbe obtenue s'obtient en ajoutant les ordonnées correspondantes des courbes relatives aux diverses substances et représentant les produits àN en fonction du temps^ ces ordonnées ayant été préalablement multipliées par les coefficients d'activité. La courbe qui en résulte pour -"> a une forme qui dépend de la chambre d'ionisation utilisée. 9o . Indépendance des constantes radioactives de toutes condi- tions extérieures. — Le rayonnement d'une substance radio- active étant proportionnel à la quantité de cette substance^ tout agent susceptible d'affecter la loi de destruction de la substance doit affecter la loi de variation du rayonnement^ exactement de la même manière. Si^ en particulier^ une substance a une activité constante, cette activité pourrait se trouver modifiée par un agent qui aurait pour effet d'altérer la loi de destruction très lente de cette substance. Si, par exemple, la destruction était rendue deux fois plus rapide, l'activité pourrait encore paraître constante, mais elle serait deux fois plus grande qu'auparavant. Aucune influence de ce genre n'a encore pu être constatée, et nous devons considérer que, jusqu'à présent, les constantes radio- 4o6 CUAPITRK VIII. actives se sont montrées insensibles à toute intervention étrangère. Il est remarquable^ en particulier, que ces constantes ne semblent pas susceptibles d'être influencées par la température qui est un facteur si important clans les réactions chimiques. Ce fait est bien en accord avec l'hypothèse que la transformation des corps radio- actifs ne saurait être de nature moléculaire^ mais pourrait être une transformation atomique^ les propriétés de l'atome n'étant pas fonction de la température. L'indépendance du rayonnement de la température a été vérifiée par H. Becquerel pour l'uranium et par P. Curie pour le radium ( voii' i^ 1 i7). Des expériences directes faites par P. Curie sur la loi de décrois- sance de l'émanation du radium ont montré que celle-ci est indé- pendante de la température entre — 180" et 45o" {voir § o9). M. Rutherford a observé que la loi de destruction de l'émanation du thorium n'est pas altérée à la température de l'air liquide. L'effet de la température sur la radioactivité induite du radium a été l'objet de nombreux travaux {voir § 176, 18î2). Le dépôt actif du radium est complexe_, et les expériences n'ont pas tou- jours une interprétation simple. Toutefois il n'y a pas jusqu'à présent de raisons suffisantes pour penser que les constantes radio' actives des matières qui constituent ce dépôt puissent être altérées par l'action de la température. Les essais qui ont été faits pour examiner l'influence de très fortes pressions sur les transformations radioactives n'ont pas donné de résultat positif. Diverses expériences, relatives au traitement chimique des subs- tances radioactives ou des dépôts de radioactivité induite, sont en faveur de l'hypothèse que l'état de combinaison chimique et l'influence d'agents chimiques ne sont pas susceptibles de mo- difier les constantes radioactives. C'est ainsi que le dépôt radioactif du thorium décroît en solution suivant la même loi que s'il n'avait pas été dissous; l'émanation du radium conserve sa loi de dé- croissance ordinaire quand elle est soumise à l'action d'agents chimiques très énergiques. On peut citer bien des exemples de cette nature; cependant les expériences ne sont pas_, en général^ d'une très grande précision_, et des effets peu importants auraient .pu passer inaperçus. Enfin on peut dire que les constantes radioactives semblent THÉORIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. ^\Oy indépendantes de la concentration de la matière active dans de très larges limites. Les expériences sur l'émanation du radium sont particulièrement démonstratives à ce sujet, la concentration utilisée ayant varié dans un rapport de i à lo''*. P. Curie a fait remarquer que si les constantes radioactives sont indépendantes des conditions expérimentales d'une manière aussi complète, ces constantes peuvent servir pour établir des éta- lons de temps absolus. 96. Considérations à l'appui de la transformation atomique des corps radioactifs.. — Voici un résumé des considérations qui conduisent actuellement à adopter la théorie de transformation atomique : i" La théorie d'une transformation atomique des corps radio- actifs donne une bonne interprétation du dégagement d'énergie considérable observé pour le radium, et de ce fait que ce dégagement n'est pas influencé par la température et se produit encore à la température de l'hydrogène liquide, à laquelle toute activité chimique est d'ordinaire arrêtée. Cette théorie explique en même temps l'indépendance du rayonnement de la température. 2" Les rayons émis sont de nature corpusculaire. Les rayons absorbables sont constitués, en grande partie, par des particules a qui ont des dimensions atomiques. L'expulsion d'une telle particule doit entraîner la destruction de l'atome. 3" Il y a production continue d'hélium par le radium et par d'autres corps radioactifs. Il y a donc là certainement formation d'un élément chimique distinct en présence d'un autre élément chimique distinct. De plus il a été établi que les particules a sont des atomes d'hélium. On peut donc admettre que les atomes de radium produisent des atomes d'hélium. 4" La théorie comprend toutes les manifestations d'activité temporaire : polonium, émanations radioactives, radioactivités induites, thorium X, uranium X, actinium X, etc., et en donne une explication simple. Elle rend compte également bien des augmentations et des diminutions d'activité qui peuvent être observées. Tous les phénomènes d'activité temporaire ont d'ailleurs un caractère tel qu'ils semblent attachés à des substances ma- térielles solides ou gazeuses. 4o8 ciiAPrrRK viii. 5" La théorie est en accord avec l'hypothèse fondamentale d'après laquelle la radioactivité est un phénomène atomic[ue. Elle développe cette hypothèse et l'étend aux phénomènes d'ac- tivité temporaire, considérés comme appartenant à des substances chimiquement distinctes. Elle reçoit à ce point de vue une con- firmation importante dans les travaux récents qui mettent hors de doute que l'émanation du radium est un gaz susceptible d'être isolé et caractérisé par son spectre. 6" La radioactivité constante de l'uranium^ du radium, de l'ac- tinium, du thorium, n'est pas en désaccord avec la théorie. Il suffit d'admettre que la destruction de ces corps est très lente. Les travaux récents sur la production du radium dans les mi- néraux radioactifs sont venus confirmer la supposition que le radium est soumis à une loi de destruction spontanée. Remarque. — M. Rutherford a été amené à admettre que certaines transformations radioactives peuvent avoir lieu sans émission de rayons [rayless change). Les expériences tendent à prouver de plus en plus qu'il existe effectivement des transfor- mations qui ne comportent aucune émission de rayons y., mais qu'il y a toujours au moins émission de rayons [i. Tou- tefois la possibilité d'une transformation atomique non accom- pagnée de rayonnement n'est évidemment pas exclue. Si une substance inactive se transforme en une substance également inactive^ ce fait ne pourra pas être constaté par les procédés d'étude de la radioactivité, mais on peut constater la tranformation d'une matière inactive en matière active, ce dont nous verrons des exemples dans la suite de cet Ouvrage. 97. Écarts à partir de la loi simple des transformations radio- actives. — Nous avons vu que, d'après la théorie adoptée, toute substance radioactive simple se transforme suivant une loi telle que le nombre d'atomes détruits dans l'unité de temps est pro- portionnel au nombre des atomes présents. Une loi semblable exprime simplement que la probabilité pour qu'un atome se trouve détruit pendant un temps donné est la même pour tous les atomes et indépendante de leur nombre, cette probabilité étant d'ailleurs proportionnelle au temps d'observation. Ce n'est donc autre chose THÉORIE DES TR VNSEOUM ATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 4O0 qu'une loi moyenne ou loi des grands nombres, et l'on doit s'attendre à ce qu'elle ne se trouve vérifiée qu'avec une certaine approximation, d'autant plus grande que le nombre d'atomes qui entre en considération est plus grand lui-même. Ne pouvant préciser les causes qui déterminent à un moment donné la destruction d'un certain atome, nous admettons que ces causes sont régies par la loi des grands nombres, et que la destruction d'un atome individuel est l'effet du hasard. M. E. V. Schweidler a appliqué à ce problème les formules du calcul des probabilités ( ' ). Soit ^.dt la probabilité pour qu'un atome soit détruit pendant le temps dt; si cette probabilité est supposée indépendante de l'instant considéré et du nombre des atomes, À est une constante, et si l'on désigne par N le nombre d'atomes et par — c/N le nombre de ceux qui ont été détruits pendant le temps c//, on aura — cm . , = X dt, N (I) N = N„e-K No étant le nombre d'atomes au temps t = o. La loi de destruction ainsi obtenue est donc bien celle que l'on admet pour une substance radioactive simple. Toutefois ce n'est qu'une loi limite pour un très grand nombre d'atomes. Pratique- quement, il doit se produire des écarts à partir de cette loi, et la valeur de N doit éprouver des oscillations autour de la valeur moyenne au temps t qui est fournie par la formule (i). Ces oscil- lations se traduiront par des oscillations proportionnelles du rayonnement autour de la valeur moyenne au temps t qui est donnée par une loi exponentielle simple. L'importance des oscilla- tions peut être évaluée a priori. Considérons une série d'intervalles de temps égaux à o et dont le nombre est suffisamment grand. Si le temps total mo est petit par rapport à la vie moyenne de la substance considérée, la théorie admet que les nombres d'atomes détruits pendant ces intervalles de temps sont tous égaux entre eux. Il n'en est pas ainsi en réalité, et il se produit des écarts d'autant plus sensibles que le nombre (') E. V. Schweidler, Congrès de Radiologie, Liège, igoS. î 10 CHAPITRE VIII. d'atomes mis en jeu est plus petit. Désignons par ??zZ le nombre total des atomes transformés pendant le temps zno, de sorte que Z est la valeur moyenne du nombre d'atomes détruit pendant le temps o. En réalité, dans un intervalle de temps particulier, Z + -^ atomes se trouveront détruits, A étant l'écart à partir de la valeur moyenne pour l'intervalle de temps considéré. On nomme écart relatif le rapport _ A '~ Z' A chacun des intervalles de temps correspond un certain écart relatif, et l'on nomme écart relatif moyen la quantité -v/: L'écart moyen A est égal à îZ. On peut démontrer que l'on a entre ?_, A et Z les relations très simples V z La relation précédente peut être soumise au contrôle de l'expé- rience. Considérons une substance radioactive qui produit l'ioni- sation de l'air dans un appareil de mesures. Les oscillations de la vitesse de destruction se répercutent sur l'ionisation obtenue, et, si l'on mesure celle-ci par les méthodes ordinaires, on peut chercher à mettre en évidence les irrégularités du courant. Ces irrégularités ont effectivement été observées. Pour les rendre visibles on a avantage à utiliser un appareil de mesures très sensible, tout en compensant aussi exactement que possible le courant d'ionisation que l'on étudie, car l'amplitude des irrégu- larités n'est en général qu'une petite fraction du courant lui-même. Supposons que l'on mesure les quantités d'électricité mises en liberté dans la chambre d'ionisation pendant des intervalles de temps égaux o. Ces quantités sont proportionnelles aux nombres d'atomes détruits pendant les mêmes intervalles. Les écarts relatifs sur les quantités d'électricité recueillies sont les mêmes que les écarts relatifs sur les nombres d'atomes détruits. On peut ainsi déterminer expérimentalement l'écart relatif moyen e. D'autre part le nombre Z est proportionnel à la quantité d'élec- TIlEORin: DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 4ll tricité q recueillie en moyenne par intervalle de temps o^ et l'on a q = iO, i étant le courant moyen. Si l'on conserve une valeur constante à o^ ; doit varier en raison inverse de \ i, et A comme \ i. Si la source de rayons n'émet c|ue des rayons a (polonium), et si la destruction d'un atome est accompagnée de l'émission d'une seule particule a, on a q = Z\e, N étant le nombre d'ions produit par une particule a et e la charge élémentaire; on suppose que les rayons sont complètement absor- bés dans la chambre d'ionisation^ et que N se trouve ainsi bien défini. On sait^ en efîet^ que toutes les particules a émises par une substance radioactive simple, distribuée en couche extrê- mement mince_, peuvent franchir dans l'air la même distance et produisent le même nombre d'ions le long de ce parcours [voir § m). On obtient donc la relation Le produit ?se représente la quantité d'électricité libérée dans le gaz qui absorbe une particule a. La valeur de ce produit pour une particule a du polonium est environ 7,0. lo"'"' unité E.S. {voir § IHo). La formule indiquée permet de prévoir la valeur de l'écart moyen i, et de la comparer à la valeur fournie par l'expérience. La méthode qui vient d'être décrite a été utilisée par M. Kohl- rausch ( ' ) qui opérait en opposant sur le même appareil de mesures deux courants d'ionisation de sens inverses fournis par deux échantillons de polonium d'activité très voisine. On consta- tait que la compensation ne peut pas se maintenir exactement, et l'on observait des irrégularités qui se sont montrées conformes à la théorie. L'intervalle de temps 0 utilisé était égal à une minute^ (',1 KouLRAUscii, ^cat/. Vienne. 1906. 4ia CIIAIMTIIE VIII. et les courants d'ionisation employés étaient de l'ordre de io~'" ampère. L'écart moyen observé était en accord avec l'écart calculé. MM. E. Meyer et E. Regener ( ' ) ont fait des expériences ana- logues en compensant également l'eiïet du courant d'ionisa- tion. Dans ces conditions l'électromètre accuse des oscillations autour d'une position moyenne. Ces oscillations sont représentées dans la figure 90. Le temps en minutes est figuré en abscisses, Fii 90. 2 3 Temps en minutes les positions de l'électromètre en ordonnées ; la figure représente seulement les points de renversement du mouvement de l'élec- tromètre, et ces points ont été réunis par des lignes droites; en réalité le mouvement n'était pas uniforme. Ces oscillations n'ont pas de signification simple au point de vue théorique. Cependant on peut prévoir que leur amplitude doit varier proportionnellement à la racine carrée du courant, et l'on trouve, en effet, que l'amplitude moyenne des oscillations varie comme \/i, quand i varie dans le rapport de i à 100. Les oscillations du courant ont été observées avec les rayons a et avec les rayons pénétrants. M. Geiger ( - ) a essayé de supprimer l'oscillation de l'électromètre en envoyant le même faisceau de rayons a du polonium dans (') AIeykii et Hegen'ku, Deiitsch. pJiys. Gese/l., 190S. {-) Gi'KiKH, P/iil. Ma g., 1908. THKORIE ni:S TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 4l3 deux chambres d'ionisation séparées par une feuille d'aluminium mince que les rayons pouvaient traverser. Les courants obtenus dans les deux chambres étaient égaux et de sens inverse et pou- vaient se compenser. Si les oscillations portaient bien effectivement sur l'intensité de la radiation, c'est-à-dire sur le nombre des parti- cules du faisceau^ la compensation une fois établie entre les deux courants devait se conserver, puiscjue les irrégularités de la radia- tion devaient affecter chacun des courants 'de la même manière. L'importance des oscillations observées a pu^ en effet^ être réduite de beaucoup par ce procédé; cependant celles-ci n'ont pas disparu complètement, ce qui doit être probablement attribué à ce fait que les rayons utilisés n'étaient pas parallèles ; quand la suppression d'un rayon diminuait les courants dans les deux chambres^ le rapport des diminutions dépendait de la direction du rayon. L'oscillation relative du courant d'ionisation est moins impor- tante pour les rayons pénétrants que pour les rayons a. Ce fait s'explique par cette considération que, pour obtenir la même ionisation, on doit utiliser beaucoup plus de particules ^ que de particules a. Deux méthodes de numération directe des particules a ont été appliquées récemment par M. Rutherford ( ' ) et par M. Regener ( -). La première de ces méthodes consiste à observer l'effet indivi- duel de chaque particule a par une méthode électrométrique ; la deuxième méthode consiste à compter les particules a au moyen des scintillations qu'elles produisent sur un écran au sulfure de zinc. Ces expériences, dont il sera question au Chapitre suivant^ permettent aussi d'étudier la loi d'émission des particules a ; celle-ci a bien effectivement l'allure d'un phénomène régi par la loi du hasard^ et des expériences plus complètes permettront de pré- ciser l'analogie. On peut ainsi déterininer directement le nombre des atomes détruits en un temps donné : on obtient en même temps^ par la valeur de l'écart relatif moyen^ une relation entre le nombre des particules a fournies par la destruction d'un atome, le nombre d'ions produits par chaque particule a dans le gaz, et la charoe d'un ion ou charge élémentaire. (') Rutherford, Proc. Mancli. Phil. Soc, 1908. (^) Regener, Deutsch. phys. Ges., 1908. 4l4 CHAPITIU-: VIII. 98. Causes possibles de destruction des atomes radioactifs. — Si la théorie de transfomiation des atomes radioactifs rend bien compte de l'ensemble des phénomènes observés^ le mécanisme de cette tranformation reste encore complètement inconnu. Pour éclaircir ce mécanisme on peut chercher si la propriété radio- active est connexe de certains autres caractères atomiques^ c'est- à-dire si les substances fortement radioactives se différencient sous quelque autre rapport de la matière ordinaire. Il est fort remarquable que l'expérience n'ait guère donné à ce sujet d'indi- cations caractéristiques. Parmi les substances fortement radio- actives^ le radium seul a pu réellement être étudié au point de vue chimique; ce corps se comporte absolument comme un métal alcalino-terreux ; il en a les propriétés chimiques^ et son spectre est tout à fait analogue à ceux des autres éléments de la famille; les propriétés physiques des sels solides et dissous sont aussi tout à fait comparables. Dans sa famille le radium constitue le dernier élément de sa famille avec le poids atomique le plus élevé. Les substances radioactives sont^ en général_, des éléments à poids atomique élevé. L'uranium et le thorium sont les deux éléments qui ont les plus gros poids atomiques. On pouvait sup- poser que le radium^ élément beaucoup plus actif^ aurait un poids atomique plus grand encore. On voit qu'il n'en est pas ainsi^ cependant le poids atomique est élevé^ et le radium vient se placer de suite au-dessous du thorium. Ces trois éléments constituent chacun une fin de série^ mais cette remarque ne semble pas susceptible d'une généralisation absolue. Des expé- riences récentes ont établi l'existence d'une radioactivité très faible du potassium (3()), et du rubidium (85,4)^ tandis que l'homologue supérieur de ces métaux, le caesium (iSà) n'a pas été reconnu actif. D'autre part des éléments qui^ dans l'ordre descendant des poids atomiques^ sont très voisins du radium ne se montrent pas radioactifs (bismuth, plomb_, thallium, mer- cure, etc.). L'essai suivant a été fait pour découvrir une différence entre la matière radioactive et la matière inactive. On s'est demandé si pour le radium l'accélération due à la pesanteur est la même que pour les autres substances. Des expériences à ce sujet ont été faites THÉORIE DES TRANSFOnjIATIOXS DES CORPS RADIOACTIFS. 4' 5 par M. J.-J. Thomson ( ' ) qui utilisait les oscillations d'un pendule constitué en partie par un sel de radium. M, Sagnac (-) a comparé les masses de deux ampoules de poids égaux^ contenant l'une du baryum^ l'autre du radium^ en utilisant les oscillations d'une balance de torsion. Ces expériences n'ont conduit à aucun résultat positif. Pour se rendre compte du mécanisme de la transformation, on peut aussi chercher à influencer celle-ci par des actions extérieures. Nous avons vu qu'en ce sens aucun résultat positif n'a été obtenu jusqu'à présent (§ 95). Les constantes radioactives des substances variables et l'intensité du rayonnement des substances constantes se montrent indépendantes des conditions extérieures dans les limites des observations. Ce résultat peut paraître surprenant surtout en ce qui concerne l'effet possible de la concentration. On pourrait penser, en effet, que le rayonnement émis par certains atomes est de nature à influencer la transformation des atomes qui reçoivent ce rayonnement et, s'il en était ainsi, l'influence de la concentration serait importante. Faute d'indications expérimentales, on est réduit à des concep- tions purement théoriques sur le mécanisme de la transformation et sur les causes possibles de celles-ci. On rencontre d'ailleurs une difTiculté réelle à concevoir pourquoi certains atomes se détruisent presque aussitôt formés, tandis que d'autres persistent sans modification pendant un temps pour ainsi dire indéfini. Il est difficile d'échapper à la conclusion que, ou bien les atomes formés ne sont yas absolument semblables entre eux^ ou bien leur destruction est amorcée par des circonstances accidentelles venant de causes extérieures. Dans la première manière de voir on pourrait espérer trouver des opérations, susceptibles de partager une ma- tière radioactive simple en deux portions de vies moyennes diffé- rentes. Dans la deuxième manière de voir on devrait réussir à mo- difier les constantes radioactives par l'action d'agents extérieurs tels que la température, la pression, le champ magnétique ou électrique, l'action de radiations, les actions chimiques, etc. (') J.-J. Thomsox, Int. El. Congress., Saint-Louis, 1904. (-) Sagnac, Joiirn. de Pliys., 1906. 4i6 CHAPITBE VIII. — TnÉomi-: dks tu ansformatioxs, etc. L'expérience ne s'est encore prononcée en faveur d'aucune des deux hypothèses. Un essai de théorie a été fait en vue d'exphquer la destruction des atomes par la diminution progressive de leur énergie interne, en vertu de l'émission constante de radiation électromagnétique liée au mouvement des électrons qui constituent l'édifice ato- mique. M. J.-J. Thomson ( ' ) a étudié théoriquement les configu- rations stables que peuvent prendre des électrons négatifs en nombre déterminé, contenus à l'intérieur d'une sphère ayant une charge positive distribuée uniformément dans son volume et effectuant, autour du centre de la sphère, des mouvements de rotation uniforme dans un même plan; ces électrons se trouvent distribués à intervalles réguliers sur des anneaux concentriques. La radiation émise par un semblable anneau est, toutes choses égales d'ailleurs, d'autant plus faible c{ue le nombre des électrons est plus grand; ce rayonnement serait nul si la charge négative des électrons était distribuée uniformément sur le pourtour de l'anneau. On conçoit ainsi que la perte d'énergie par radiation électromagnétique puisse être très variable d'un atome à un autre. Cependant cette perte d'énergie amène nécessairement une dimi- nution plus ou moins rapide des vitesses de rotation et, comme la stabilité d'une certaine configuration n'est réalisée que pour des vitesses supérieures à une certaine vitesse critique, il en résulte qu'à un moment donné l'arrangement devient instable et doit se modifier brusquement. Une telle modification brusque corres- pondrait à la transformation de l'atome. Il resterait cependant nécessaire d'expliquer la différence des vies des atomes individuels et la loi exponentielle de destruction. (') J.-J. Thomson, Pliil. Mag., 1904. TABLES DE FONCTIONS EXPONENTIKLLES RELATIVES A L'ÉMANATION DU RADIUM ('). Ces Tables contiennent, pour différentes valeurs du temps t, les valeurs des fonctions e~'^ et . (i — e"), où /. est la constante radioactive de V émanation. Elles permettent, par conséquent, de calculer : a. La fraction d'une quantité d'émanation qui reste après un temps t d'une quantité initialement présente, subissant la des- truction spontanée suivant la formule h. La quantité d'émanation q accumulée en un temps t dans un vase clos qui contient la substance radifère, la quantité produite par heure étant supposée connue et égale à A, et la quantité initialement présente étant supposée nulle. On a en ce cas ^ = |(i-e->0. La fonction y (i — e'M, égale aussi à 9\i — e V, où 9 est la vie moyenne, représente le temps réduit [voir § 69). Les Tableaux A et B ont été établis en posant X = 0,00-5 (heure)-', ce qui correspond à une période T = 3,86 jours. Dans chacun des Tableaux A et B, l'intervalle de l'argument t augmente vers la fin ; mais les différences, inscrites dans des colonnes spéciales, sont toujours données par heure. Si donc t est l'argument proposé et -. l'argument immédiatement inférieur qui se trouve (') Les calculs relatifs à ces Tables ont été effectués par .M. Kolowrat. C. — I. 27 4l8 TABLES DE FONCTIONS EXPONENTIELLES. dans les Tables, on aura : le signe — se rapportant à la Table A et le signe + à la Table B ; o est la valeur de la différence donnée dans les Tables, prise sans égard au signe. Soit, par exemple, à trouver f (t) = ^ (i — e~^') pour On a -= 5i 20^, /(t) = 86^,675, S = o,3447 et l'on obtient par le calcul f{t) = 86,675 + 2,25 X 0,3447 = 87,45. En interpolant de cette façon on introduira une erreur qui ne dépassera jamais 4 à 5 unités de la dernière décimale pour la Table A, et 6 à 7 unités de la dernière décimale pour la Table B. En pratique, on supprime généralement la dernjère décimale après avoir fait l'interpolation; mais si l'on veut que l'erreur ne dépasse pas une unité de la dernière décimale, on aura recours aux différences du deuxième ordre données dans la dernière colonne, et l'on fera usage de la formule 0 et 0' étant pris sans égard au signe et h désignant la valeur, en heures, de l'intervalle de f à l'endroit correspondant, c'est-à- dire, suivant le cas, 2, 3, 4} 6, 8, 12, ou 24 heures. En revenant à l'exemple ci-dessus, on a 0' = 0,010, /i = 4 et l'on calcule aisément '2 '25 / 2 25 \ f(t) = 86,675 -f- 2,25 X 0,3447 H -, >< ( ' h~ ) ^ O.OIO — 87,450. Il faut remarquer qu'au début de chaque Table les différences 0 et 0' sont données avec le même nombre de décimales que les valeurs des fonctions f{~)', mais à partir de f=5 jours il y a pour 0 une décimale en plus et, à partir de t ^ 18 jours, deux déci- males en plus ; des dispositions analogues ont lieu dans la colonne des 0'. Pour éviter toute chance d'erreur, les décimales supplé- mentaires sont inscrites en caractères différents. TABI.ISS DE FONCTIONS EXPONENTIELLES. 4i9 TVBLEAU A. t — ^ e "". jours. heures. 0 I . 00000 I 0.99253 2 0.98.51 1 3 4 0.97775 0.97045 5 0.96319 6 0.90600 / 0.94S85 s 0.94176 [) 0.93473 10 0.92774 1 1 0.92081 12 0.91393 i3 0.90710 i4 0.90032 r5 0 . 89360 i6 0.88692 '7 0.88029 i8 •0 0.87872 0.86719 20 0.86071 21 0.8.5428 22 0.84789 23 o.84i56 0 I 0.83527 0.82903 0.82283 3 0.81669 4 o.8io58 .5 0.80453 6 0.79852 7 0 .-9255 8 0 . 78663 9 0.-8075 10 0.77492 1 1 0.76918 12 0.76338 i3 0.75768 747 742 736 780 726 7'9 715 709 708 699 698 688 683 678 672 668 663 657 653 648 6 '48 689 633 629 624 620 6i4 611 6o5 601 ^97 592 588 583 379 575 5-0 567 t jours. heures •4 16 17 18 ■9 20 21 22 I 23 2 0 2 I 2 2 2 3 2 4 2 6 2 8 2 10 0 12 2 i4 2 16 2 18 0 20 0 22 8 0 3 3 3 6 3 9 3 12 3 i5 3 18 8 21 4 0 4 3 4 6 4 9 4 12 4 10 o. y. 0201 0.74639 0.74082 0.73528 "•72979 0.72434 0.71892 0.71355 0.70822 0.70298 0.69768 0.69246 0.68729 0.68215 0.67706 0.66698 0.65705 O 64726 0.68768 0.62818 0.61878 0.60957 o.6oo5o o. 59156 0.58275 0.56978 0.5571 1 0.54471 0.53259 o.5207'i 0.50916 0.49788 0.48675 0.47592 o. 46583 0.45498 0.44486 0.43496 0 ô' par heure par heure 0.00 0.0000 562 557 554 549 545 5', 2 587 533 529 525 522 5,7 5.4 509 5o4 496 489 482 8 8 7 47-5 468 7 7 461 454 4'l7 7 7 7 440 432 7 9 422 9 4i3 9 4o4 895 886 9 9 9 878 869 36x 9 9 8 358 8 845 387 33o 8 8 8 323 7 420 TABLES DE FONCTIONS EXPONENTIELLES. Tableau A (suite). jours. heures 4 i8 4 21 5 0 5 4 5 8 5 12 5 i6 5 20 6 0 6 4 6 8 G 12 6 i6 6 20 7 0 1 4 1 8 7 12 7 i6 7 20 8 0 8 4 8 8 8 12 8 i6 8 20 9 0 9 4 9 8 9 12 9 i8 10 o lO 6 10 12 10 i8 1 1 1 1 (i I 1 I I I 2 i8 0.42528 0.41582 0.40657 0.39455 0.38289 0.37158 o.36o59 0.34994 0.339*30 0.32956 0.31982 o.3io37 0.30119 0.29229 0.28365 0.27527 0. 26714 0.25924 o.25i58 0.24414 o. 23693 0.22993 o. 223l3 0.21654 o. 21014 o. 20393 0.19790 o. 19205 o. 18(^37 0.18087 0.17291 o. i653o o. i58o3 o . 1 5 I 07 0.14442 o . I 3807 o.i3i99 o 12619 o. i2o63 0.1I533 par heure 0.00 3l5 3o8 3oov 2910 2829 2745 2664 258 :i 250 9 2430 2363 2293 222 S 2160 2096 2o34 197'» 1915 i859 i8ov 1751 1699 1649 1600 i553 i5o7 1462 i4i 9 1377 l326 1268 I l5 9 1 108 io59 101 3 0968 0925 0880 084 fi par heure u.OOOO 7 9 9 9 8 8 S 8 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4-i 61 59 5 6 53 5i 49 4- 4". 4s 4i 39 t jours. heures 12 6 1 > 12 I 2 18 lû 0 i3 8 i3 16 i4 0 i4 8 •4 16 i5 0 i5 8 i5 16 16 0 16 8 16 16 17 0 17 8 17 16 18 0 1» 12 '9 0 19 12 20 0 20 12 21 0 21 12 22 0 22 12 23 0 23 12 24 0 24 12 2 5 0 25 12 26 0 . 37 0 28 0 29 0 3o c 0 10 par heure 0.00 O. 1 102.) O. io54o o. 10076 0.09633 0.09072 0.08543 0.08046 0.07577 0.07136 o .06721 0.06329 0.05961 o.o56i3 0.05287 0.04979 0.04689 o.o44i6 o.o4i59 0.03916 0.03579 0.03271 0.02990 0.02732 0.02497 0.02282 0.02086 0.01906 0.01742 0.01592 0.01455 o.oi33o 0.01216 O.OI I I I o . o I o 1 5 0.00928 0.00775 0.00647 0.0054 1 0.00452 u. 00000 par heure (1,0000 080 y 3 7 0773 36 0739 34 0701 43 066 a 41 0622 08 o58 6 36 o55 2 34 o5i 9 32 o489 3o 0461 2 8 043 V 27 o4o9 20 o385 2 4 o362 22 o34i 2 1 032 1 20 o3o3 I 9 02809 26 03567 2 4 023 46 2 2 02 1 44 20 0 1 9 60 18 01791 I 7 01637 1 S 01496 I 4 0l367 I 3 OI250 I 2 OU 42 1 1 01044 0 98 00954 O90 00872 0 82 00797 0 75 00728 069 006 37 1 26 0()532 1 05 Oo4 44 088 003 71 0 73 TABLES DE FONCTIONS EXPONKNTIELLES. 421 Ta BLE Ai; B. t TEMPS ■ . réduit jours. heures. ^(l-e--'-) 0 I 0.000 0.996 2 1.985 3 2.967 4 3.941 5 4.907 6 5.867 7 6.819 8 7.765 9 s. 703 10 9.634 1 1 10.559 12 11.476 i3 12.386 A 13.290 i5 14.187 16 10.077 '7 15.961 iS ■9 16. 838 17 .70S 20 1S.572 21 19.430 22 20.281 23 21. 126 0 I 21.964 22.796 2 23.622 3 24.442 4 25.255 ,5 26.063 6 26.865 7 27.660 S 28.450 9 29.233 10 3o.oii 1 1 30.783 12 31.549 i3 32.3io jours, heure 0.996 0.989 0.982 0.974 0.966 0.960 0.952 0.9 ',6 0.938 0.931 0.925 0.917 0.910 0.904 0.897 0.890 0.884 0.877 0.870 0.864 0.858 o.85i 0.845 0.838 0.832 0.826 0.820 o.8i3 0.808 0.802 0.795 0.790 0.783 0.766 0.761 0.-55 TE.MPS réduit ( 1 - e->-^ 33 . o65 33.814 34.558 35.296 36.028 36.755 ■^7-477 38. 193 38.904 39.610 4o.3io 4i .oo5 41.695 42.379 43.059 44.403 45.727 47.o3i 48.3i6 49.582 50.829 52.057 53.267 54.459 55.634 57 .362 59.053 60.705 62.321 63.901 65.446 66.956 68-433 69.877 71.289 72.669 74.019 75.339 par heure. par heure 0.0 0-749 0.744 0.738 0.732 0.727 0.722 0.716 0.711 0 . 706 0.700 0.695 0.690 o.68'| 0.680 0.672 10 0.662 10 0.652 10 0.642 lu 0.633 09 0.623 09 0.614 09 o.6o5 "9 0.596 09 0.587 09 0.576 10 0.563 i3 o.55i i3 0.539 12 0.027 12 0.010 12 0 . 5o3 1 1 0.492 1 1 0.481 1 1 0.47. 1 1 0.460 10 0.450 10 0.440 10 0.430 10 C. - I. 27. 422 TABl.KS DK FONCTIONS EXPONENTIELLES. Tableau B i suite). t TEMI'S s par Ô' t ^_,» , réduit par ,1 '(1-e-"'''). heure. heure heures. // 0.0 jours. heures. i8 7(j.(i2,, 12 6 0.421 10 21 77 •^9' o.4 4 107.727 0. 1892 06 22 12 • 8 108.483 0.183 fi 23 0 o5g 12 109.218 0. 1769 081 23 12 i8 I 10. 279 0 . 1 69 1 24 0 ' 078 0 III. 290 0.161 G 0-74 2'l 12 6 112.263 0 . l 54 5 071 2 5 0 12 1 1 3 . 1 90 0.1 '177 068 25 12 i8 "4-077 0.1,12 06.5 26 0 0 11 ',.924 o.i35o 062 27 0 6 115.73^ 0 . 1 29 1 o59 28 0 12 116.509 0. 123 4 o57 29 0 i8 1,7.241, 0. 1 180 o54 3o " o |'7-9'': 0. II28 o5 2 0 c TEMPS S' réduit 0 par par ' /• —'it\ heure .-(1-e '■'). heure. 0.00 118.633 I 19.280 0.1078 30 f m o.io3 1 4' .19.898 0 . 098 5 45 120.490 121.238 0 . 093 3 0.0880 58 54 121.942 0.0829 5i i22.6o5 , 0.0781 4» 123. 23o 123.818 0.0731; 0 069 :i 0 . o65 2 45 43 124.373 40 124.894 0.061 4 38 125.386 36 0 0579 125.849 126.285 0 . o54 5 34 32 o.o5i3 126.695 o.o48.-i 3o 127.082 .27.446 0 . 045 -3 2 8 0 . 042 9 26 127.789 128. III 0 . o4o 4 25 3 5 0 . o37 4.Î 128.561 / 0.o34 23 32 .28.972 0 . o3 I 28 29 129.347 •).02859 2 7 129.690 0.026 i:t 2 5 loo.oo'i 0.023 88 23 1 30.290 0.0218:! 2 1 .30.552 0.0199; I 9 130.792 0.01823 I ' 1 3 I .01 0 0.016 «6 I 6 i3i .210 0. 01 5 23 I 4 i3i .393 0.0l392 1 3 .3..560 0 . 0 I 2 72 1 2 i3i.7i3 / o.oil G2 I 1 i3i.852 0.01062 10 i3i .980 132.096 0.00971 0» 0 . 008 4.Î 17 .32.3oo 0 . 007 09 I 4 132.470 0 . 005 92 I 2 I 32. 61 2 132.731 0 . Oo4 9-ï lO ■33.333 ~ ■~ FIN DU TOME I. TABLE DES MATIÈRES. CHAPITRE I. IONS ET ÉLECTRONS. Pases. 1. Conductibilité des gaz. Ions gazeux. Courant de saturation 1 2. Equations fondamentales. Ionisation uniforme. Production et re- combinaison 6 3. Action du champ électrique 9 4. Distribution du potentiel et du champ électrique 13 5. Ionisation superficielle 15 6. Mesure du coefficient de recombinaison 18 7. Mesure de mobilités 22 8. Condensation de la vapeur d'eau sur les ions 27 9. Charge des ions 30 10. Diffusion des ions 32 11. Charge élémentaire 36 12. Causes de production d'ions et nature des ions formés 40 13. Théorie de l'ionisation par choc des ions et de la décharge disrup- tive 44 14. Rayons cathodiques 47 15. Action d'un champ magnétique et d'un champ électrique sur les rayons cathodiques 48 16. Mesure du rapport — et de la vitesse pour un électron en mouve- jïi ment 54 17. Électrons 56 18. Rayons positifs 59 19. Rayon ROntgen 61 20. Champ électromagnétique produit par une particule chargée 62 21. Inertie et masse électromagnétique 65 22. Rayonnement d'énergie d'un électron soumis à une accélération. ... 69 CHAPITRE II. PROCÉDÉS D ÉTUDE ET DE MESURES EN RADIO.\CTIVITÉ. 23. Méthodes d'observation 74 24. Electroscopes 78 25. Electromètres. Méthode de vitesse de déviation 85 424 TABLK DKS MATIKRKS. l'aees. 26. Méthode de déviation constante 93 27. Méthodes de compensation. Quartz piézoélectrique 95 28. Compensation par le courant de charge d'un condensateur 106 29. Corrections aux mesures 108 30. Dispositifs expérimentaux 109 31. Plateaux étalons 115 32. Influence de la distance des électrodes, de la pression et de la tem- pérature de l'air sur les résultats des mesures 116 CHAPITRE III. RADIOACTIVITÉ DE L URANIUM ET DU THORIUM. MINÉRAUX RADIOACTIFS. 33. Découverte de la radioactivité 120 34. Rayons uraniques 121 35. Ionisation produite par les rayons uraniques 125 36. Etude des composés d'uranium 129 37. Radioactivité du thorium 131 38. La radioactivité est une propriété atomique. Est-elle un phéno- mène général ? 135 39. Minéraux radioactifs 142 CHAPITRE IV. LES NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 40. Méthode nouvelle de recherche d'éléments chimiques basée sur la radioactivité 1 45 41. Étude de la pechblende. Découverte du polonium et du ra- dium. Actinium. Plomb radioactif. Thorianite et radiothorium. lonium 148 42. Extraction des substances radioactives nouvelles. Traitement du minerai 153 43. Préparation de sels de radium purs 156 44. Spectre du radium 161 45. Poids atomique du radium 164 46. Propriétés des sels de radium 174 47. Polonium. Préparation et caractères 178 48. Actinium 1 85 49. Plomb radioactif 189 50. Radiothorium. Mésothorium 190 51. lonium 193 CHAPITRE V. RADIOACTIVITÉ A DUREE LIMITEE. RADIOACTIVITE INDUITE, ETC. 52. Radioactivité permanente et radioactivité éphémère 197 53. Radioactivité induite 199 TABLE DES MATIERES. ,\'rj Pages. 54. Emanations radioactives. Relation entre les émanations et les radioactivités induites 200 55. Préparation par voie chimique de substances radioactives de durée limitée 202 56. Production et destruction de matières radioactives 204 CHAPITRE VI. GAZ RADIOACTIFS OU ÉMANATIONS. 57. Emanations radioactives 206 58. Émanation du thorium 206 59. Emanation du radium 209 60. Emanation de l'actinium 226 61. Comparaison des trois émanations 231 62. Diffusion des émanations 233 63. Absorption de l'émanation du radium par les liquides. Solubilité. Diffusion dans les liquides 253 64. Absorption de l'émanation du radium par les solides 258 65. Condensation des émanations 260 66. Propriétés chimiques des émanations 270 67. Rayonnement et charge des émanations 271 68. Production et dégagement des émanations 273 69. Dosage du radium par la mesure de l'émanation dégagée 283 70. Action de la température sur le dégagement des émanations radio- actives par les matières solides 295 71. Les émanations sont des gaz matériels. Séparation de l'émanation du radium à l'état pur. Mesure du volume 313 72. Liquéfaction de l'émanation du radium 323 73. Spectre de l'émanation du radium 325 CHAPITRE VIL RADIOACTIVITÉ INDUITE. 74. Production de radioactivité induite 328 75. Radioactivité induite due au radium 329 76. Loi de disparition de la radioactivité induite due au radium 332 77. Radioactivité induite à évolution lente 341 78. Activité induite due au thorium 342 79. Radioactivité induite due à l'actinium 347 80. Relation entre les radioactivités induites et les émanations 349 81. Nature des radioactivités induites 350 82. Action de la température sur la radioactivité induite 352 83. Action du champ électrique sur le dépôt de la radioactivité induite . . 353 84. Mécanisme du dépôt de la radioactivité induite. Projection du dépôt actif 361 85. Propagation du dépôt actif par diffusion 364 426 TABLE DES MATIERES. l'ages. 86. Action de la pesanteur sur le dépôt de la radioactivité induite 372 87. Influence des conditions d'activation sur la forme de la courbe de désactivation. Dépôt actif en suspension dans le gaz 379 88. Radioactivité acquise par les substances qui séjournent en dissolu- tion avec les substances actives 381 89. Essais d'activation par le rayonnement seul d'une substance active. Essais d'activation en dehors de la présence de substances radio- actives 383 CHAPITRE VIII. THÉORIE DES TRANSFORMATIONS DES CORPS RADIOACTIFS. 90. Théories de la radioactivité 385 91. Théorie de la transformation d'une seule substance 392 92. Cas de deux et de trois substances 394 93. Cas général 397 94. Relation entre l'ionisation et les quantités de substances radioac- tives 404 95. Indépendance des constantes radioactives de toutes conditions extérieures 405 96. Considération à l'appui de la transformation atomique des corps radioactifs 406 97. Ecarts à partir de la loi simple des transformations radioactives. . . . 408 98. Causes possibles de destruction des atomes radioactifs 413 Tables de fonctions exponentielles relatives à l'émanation du radium .... 41 7 Portrait Frontispice. Planche I. Image radio graphique d'un minerai 75 Planche II. Spectre du radium 164 fin de la table des MATIERES DU TOME I. l'aiis. — Imprimerie GAlJ'IUll'R-ViLI.AltS, quai des Criinds-AiiKusliiis, bb LIBRAIRIE GAUTHIER-VILLARS, OCAI liKS GRANDS-AUGISTINS, 5), A PARIS (G*). BATTELLI (A), OCGHIALINI (Aj, CBELLA (S.)- 'I' l'Insiiliit de Flivsii]vie de l Université de Pise. — La Radioactivité et la constitu- tion de la matière. Traciuil de l'Italien pur M'"* Tu. Hattkm.i. In-S (•25-i6) de viii-360 pages avec i\\ ligures; 1910 8 Ir. BECQUEREL (Henri), Membre de llnslitiii. — Recherches sur une nouvelle propriété de la matière; activité radiante spontanée ou radioactivité de la matière. {Mémoire de V Académw des Sciences, Tome XLVI ). In-/, (-28-23 ) de 304 pages, avec 3 pi.; [904 i "> Ir. BESSON (Paul), Ingénieur des Arts el Manufactures. — Le radium et la radioactivité. Propriétés >iénérales. Emplois méillcaux. A\ec une Pré- Jace du W A. d'Arsonvak, .Membre de l'Institut. Un volume in_-i6 "(19-ri) de vn-172 pages, avec 23 figures; 1904 i- fi"- 7^ c. CONGRÈS INTERNATIONAL DES APPLICATIONS DE L'ÉLECTRICITÉ (Marseille, 1908). Trois beaux volumes in-8 (25-16) publiés par les soins de 11. Armagnat, Rapporteur général, se vendant ensemble, (io Ir. On vend séparément : I" Partik : Rapports préliminaires. Volume de vi-709 pages, avec nombreuses figures ; 1909 ■>■^ Ir. Il* Partie : Rapports préliminaires. Volume de iv-784 pages, avec nombreuses figures ; 1909 24 Ir. Ill" Partik : Organisation du Congrès. Volume de iv-J5o pages, avec figures et planches ; 1909 20 Ir. Un certain nombre de rapports se vendent séparément (prix suivant importance). CURIE. — Œuvres de Pierre Curie, publiées par les soins de la Société rraM(.^aise do Physique, ln-8 (25-i6) de xxii-621 pages, avec iiS ligures et 3 [ilanclies; 1908 '^2 Ir. CURIE (M'"" Sklodowska). — Recherches sur les substances radio- actives (llièse). 2" édition. In-8(25-i6) de i55 pages, avec 14 Ug.; 1904 5 fr. JANET (Paulj, Chargé de Cours à la Faculté des Sciences de Paris, Di- recteur de ri'icole supérieure d'IilectFiciié. — Premiers principes d'Électricité industrielle. Piles, accumulateurs. Djnamos. Transfor- mateurs. 6« édition. {(Juvrage couronné par l' Académie des Sciences). ln-8 (23-i4), avec i<)9 figures; 1910 {Sous presse. ) 4400n Paris. — Imp. GAUTlincn-VILLAnS, bs, quai des Granils-Augiisuns. w.»?- -i«^t >-<• /fïr. ¥%^ i^. ;"?*-' jF^^JI' L^: f^i^^ ^^^^P*^ ' ^^^^^^'É^ ' '^^rf^'^Bfe -i .C''^-ij^^ ^ ■' ' ^ ''^T'"'^* ^0 ■^' ^^ f^ T JfT:' V i*?> r.^^Q»?«ÇHr /^^' ^?1dS^ ^ 2^ 'A É yî J ri.- I*" f i 1^