•> f il -^ ■ '.■■>.':'t-V*.**'"*'-l >. ' ', 4» V -*,s ^ '■ - \ *4l ^♦\«^ •^- ^**4 ^«•«-«^ir'j Digitized by the Internet Archive in 2009 with funding from University of Ottawa http://www.archive.org/details/traitderadioac02curi TRAITE DE RADIOACTIVITÉ PAR Madame P. CURIE, PROFESSEUK A LA FACULTE DES SCIENCES DE PARIS. TOME II. PARIS, GAUTHIER-VILLARS, IMPRIMEUR-LIBRAIRE nil BUREAU DES LONGITUDES, DE l'ÉCOLE PO L YT EC HNI 0 D K Quai des Grands-Augustins, 55. 1910 TRAITÉ RADIOACTIVITÉ Vs PARIS. -- IMPRIMERIE G A U l' H I E R - V I L I, A H S 44005 Quai des Grands-Auguslins, 55. x-X -). Si l'on recouvre chacun d'eux d'une feuille mince d'aluminium, le second paraîtra considérable- ment moins actif que le premier, et il en sera de même si on les place sous le même écran fluorescent, quand ce dernier est assez épais, ou qu'il est placé à une certaine distance des deux sub- stances radioactives. 100. Énergie du rayonnement. — Quelle que soit la méthode de recherches employée, on trouve toujours que l'énergie du rayon- nement des substances radioactives nouvelles est considérable- ment plus grande que celle de l'uranium et du thorium. C'est ainsi que, à petite distance, une plaque photographique est impressionnée, pour ainsi dire, instantanément, par une très petite quantité de radium, alors qu'une pose de 24 heures est nécessaire quand on opère avec l'uranium et le thorium. Un écran fluorescent est vivement illuminé au contact de très peu de radium, de polonium ou d'actinium, alors qu'aucune trace de luminosité ne se voit avec l'uranium et le thorium. Enfin, l'action ionisante sur l'air est aussi considérablement plus intense, dans le rapport de lo" environ. Mais il n'est pas toujours possible d'évaluer V intensité totale du rayonnement, comme pour l'uranium, par la méthode NATLRE DES RADIATIONS. électrique décrite au début {fig. 3 a). En eiïet, dans le cas de l'ura- nium, par exemple, le rayonnement est très approximativement absorbé dans la couche d'air qui sépare les plateaux, et le courant limite est atteint pour une tension de loo volts. Mais il n'en est plus de même pour les substances fortement radioactives. Une partie du rayonnement du radium est constituée par des rayons très pénétrants qui traversent le condensateur et les plateaux métalliciues, et ne sont nullement utilisés à ioniser l'air entre les plateaux. De plus, le courant limite ne peut pas toujours être obtenu pour les tensions dont on dispose; c'est ainsi que, pour le polonium très actif, le courant est encore proportionnel à la tension entre loo et ooo volts. Le plus souvent les nombres obtenus ne peuvent pas être considérés comme donnant la mesure du rayonne- ment total et ne constituent, à ce point de vue, qu'une approxi- mation grossière. Il est cependant possible de réaliser, dans cer- tains cas, des conditions expérimentales simples, qui permettent d'évaluer l'intensité totale d'un rayonnement déterminé. 101. Nature complexe du rayonnement. — La nature d'un rayonnement ne peut être précisée par cette considération que ce rayonnement est susceptible de produire des effets photogra- phiques, d'ioniser les gaz et de provoquer la fluorescence. Nous connaissons en effet des radiations diverses qui jouissent des propriétés qui viennent d'être énumérées; ces propriétés sont communes aux rayons cathodiques, aux rayons positifs des tubes de Crookes, aux rayons Rontgen et aux rayons ultraviolets de très courte longueur d'onde. Pour établir une distinction entre ces radiations, on peut exa- miner : leur absorption par la matière, l'action qu'elles subissent dans un champ électrique ou dans un champ magnétique, le transport de charge électrique par la radiation, la valeur du rapport de la charge à la masse pour les radiations de nature corpuscu- laire transportant des charges électriques, la vitesse de propa- gation de la radiation. Les procédés d'étude qui ont été utilisés à ces divers points de vue pour les rayons des corps radioactifs ont été, en général, empruntés à la technique établie antérieurement pour l'étude des rayons cathodiques et des rayons Riintgen. Les travaux effectués par divers physiciens : H. Becquerel, MAL Meyer CHAPITRE IX. et V. Schweidler, M. Giesel^ P. Curie et M"^^ Curie^ M. Villard, M. Rutherford ont montré que le rayonnement des corps radio- actifs est très complexe. Un examen approché suffit d'ailleurs pour révéler de grandes différences dans la nature des radiations émises. Ainsi les rayons du thorium sont^ dans leur ensemble^ plus pénétrants que ceux de l'uranium. Les rayons du polonium ne se propagent dans l'air qu'à la distance d'environ 4"'"^ tandis que certains rayons du radium peuvent être étudiés dans l'air à plusieurs mètres de distance de la source. Les rayons du polonium ne peuvent pas traverser une épaisseur d'aluminium égale à o"'", i^ tandis que certains rayons du radium traversent encore u.ie épaisseur de plomb de 20*^'". Des recherches plus approfondies ont mis en évidence ce fait fondamental que le rayonnement des corps radioactifs comprend trois types de rayons qui semblent être les mêmes que ceux qui se produisent dans les tubes de Crookes. Nous distinguerons, suivant la notation de M. Rutherford^ les rayons y., les l'ayons [j et les rayons y, i" Les rayons a sont des rayons très peu pénétrants qui semblent représenter la plus grosse partie de l'énergie du rayonnement. Ces rayons sont caractérisés par les lois suivant lesquelles ils sont absorbés par la matière. Le champ magnétique agit très faible- ment sur ces rayons, et on les a considérés tout d'abord comme insensibles à l'action de ce champ. Cependant, dans un champ magnétique intense, les rayons a sont légèrement déviés; la déviation se produit de la même manière que dans le cas des rayons cathodiques, mais le sens de la déviation est renversé; il est le même que pour les rayons positifs des tubes de Crookes. 2" Les rayons [i» sont des rayons moins absorbables dans leur ensemble que les précédents. Ils sont déviés dans un champ magné- tique de la même manière et dans le même sens que les rayons cathodiques. 3" Les rayons y sont des rayons pénétrants insensibles à l'action du champ magnétique et comparables aux rayons de Runtgen. Les rayons d'un même groupe peuvent avoir un pouvoir de pénétration qui varie dans des limites très étendues, comme cela a été prouvé pour les rayons 3. NATURE DES RADIATIONS. 5 Imaginons l'expérience suivante : le radium R est placé au fond d'une petite cavité profonde creusée dans un bloc de plomb P [fig. 91). Un faisceau de rayons rectiligne et peu épanoui s'échappe de la cuve. Supposons que^ dans la région qui entoure la cuve, on établisse un champ magnétique uniforme, très intense, normal au plan de la figure et dirigé vers l'arrière de ce plan. Les trois groupes de rayons v., fj, v se trouveront séparés. Les rayons y peu intenses continuent leur trajet rectiligne sans trace de déviation. Les rayons [j sont déviés à la façon de rayons cathodiques, et décrivent Fig. De- dans le plan de la figure des trajectoires circulaires dont le rayon varie dans des limites étendues. Si la cuve est placée sur une plaque photographique AC, la portion BC de la plaque qui reçoit les rayons [î est impressionnée. Enfin, les rayons a forment un faisceau très intense qui est dévié légèrement et qui est assez rapi- dement absorbé par l'air. Ces rayons décrivent, dans le plan de la figure, une trajectoire dont le rayon de courbure est très grand, le sens de la déviation étant l'inverse de celui qui a lieu pour les rayons ^3. Si l'on recouvre la cuve d'un écran d'aluminium d'épaisseur égale à o™'", i, les rayons v. seront supprimés, les rayons [j ne le seront qu'en partie, et les rayons "' ne sembleront pas absorbés notablement. G CHAPITRE IX. L'expérience indiquée n'a pas été réalisée sous cette forme^ et l'on verra clans la suite quelles sont les expériences qui montrent l'action du champ magnétique sur les divers groupes de rayons. Les rayons a sont ceux qui produisent au voisinage d'une sub- stance radioactive la plus grande partie de l'effet ionisant. L'effet photographique de ruranium_, du thorium et du radium est dû^ au contraire_, larincipalement aux rayons |j. L'action des rayons a actuellement connus ne s'étend d'ailleurs, en aucun cas, à une distance supérieure à 9'^'" à partir de la substance active. Les effets des rayons y sont relativement faibles ; ces rayons persistent seuls dans un faisceau qui a traversé une épaisseur de plomb supérieure à quelques millimètres. 102. Propagation rectiligne des rayons, réflexion, polarisation, réfraction, émission. ^ — - Les corps radioactifs émettent des rayons qui se propagent dans l'air et dans le vide. La propagation est rectiligne; ce fait est prouvé par la netteté et la forme des ombres fournies par l'interposition de corps, opaques au rayonnement, entre la source et la plaque sensible ou l'écran fluorescent qui sert de récepteur, la source ayant des dimensions petites par rapport à sa distance au récepteur. Diverses expériences qui prouvent la propagation rectiligne des rayons émis par l'uranium, le radium et le polonium ont été faites par H. Becquerel ( ' ). Le dispositif comprend une source linéaire étroite, un écran placé en face de la source et percé d'une fente rectangulaire étroite, parallèle à la source, une plaque photographique parallèle à l'écran {fig. 9a). L'impression obtenue dans ces conditions présente une région centrale d'intensité maximum et deux régions latérales d'intensité décroissante. Le phénomène est analogue à celui que l'on aurait obtenu en prenant comme source une fente éclairée de même largeur. Quand on opère avec le polonium la distance de la source à la plaque ne doit pas atteindre 4*^'" dans l'air à la pression atmosphérique, mais peut être plus grande si la pression est réduite. Quand on opère avec le radium, il faut avoir soin d'exclure le contact direct de l'émanation avec la plaque, afin d'éviter la (') Becquerel, Comptes rendus, t. CXXX, p. 979 el nb'^. NATURE DKS RADIATIONS. 7 production d'un voile général; pour cela il faut placer le radium dans une boîte étanche et le faire agir au travers d'une fenêtre très mince en aluminium ou en mica. De toute façon il faut aussi Fig. 90. exclure l'action des rayons lumineux qui peuvent être émis par la substance. La propagation rectiligne des rayons a du jiolonium a été mise en évidence par H. Becquerel dans l'expérience suivante. Le polo- nium émettant les rayons était placé dans une cavité linéaire très étroite_, creusée dans une feuille de carton. On avait ainsi une source linéaire de rayons. Un fil de cuivre de i"""^5 de diamètre était placé parallèlement en face de la source à une distance de 4""";, 9- Une plaque photographique était placée parallèlement à une distance de 8"""^65 au delà. Après une pose de lo minutes l'ombre géométrique du fil était reproduite d'une façon parfaite^ avec les dimensions prévues et une pénombre très étroite de chaque côté correspondant bien à la largeur de la source. La même expé- rience réussit également bien en plaçant contre le fil une double feuille d'aluminium battu que les rayons sont obligés de traverser. Il s'agit donc bien de rayons capables de donner des ombres géométriques parfaites. L'expérience avec l'aluminium montre que ces rayons ne sont pas diffusés en ti'aversant la lame^ et que cette lame n'émet pas^ tout au moins en quantité importante^ des rayons secondaires analogues aux rayons secondaires des rayons de Riintgen. M. Rutherford a fait l'étude de l'influence du champ magné- tique sur la propagation des rayons a [voir § l!29). La propa- gation rectiligne des rayons dans le vide en l'absence du champ se trouve très nettement établie par ces expériences. Elles con- 8 CHAPITRE IX. firment aussi l'absence de diffusion notable d'un faisceau a lors du passage au travers d'un écran mince. Les rayons du radium peuvent être observés même dans l'air à plusieurs mètres de distance de la source. Dans certaines mesures effectuées par P. Curie et M'"" Curie l'action de la source sur l'air du condensateur s'exerçait à une distance comprise entre a'" et 3'" : des effets de fluorescence et des impressions radiographiques étaient obtenus à des distances du même ordre de grandeur. Ces expériences ne peuvent être faites facilement qu'avec des sources radioactives très intenses^ parce que, indépendamment de l'absorption exercée par l'air^ l'action sur un récepteur donné doit varier en raison inverse du carré de la distance à une source de petites dimensions^ si le rayonnement se propage en ligne droite dans toutes les directions. Le rayonnement observé à grande distance du radium comprend des rayons [j et des rayons y^ mais les premiers dominent de beaucoup. Voici quelques résultats obtenus avec du radium enfermé dans une petite ampoule de verre ('). Les rayons qui sortaient de cette ampoule franchissaient un certain espace d'air et étaient reçus dans un condensateur^ qui servait à mesurer leur pouvoir ionisant par la méthode électrique ordinaire. On faisait varier la distance cl de la source au condensateur^ et l'on mesurait le courant de saturation i obtenu dans le condensateur. Voici les résultats d'une des séries de mesures : d cm . i. (IX cP ) X 10 lO 127 3 20 38 5 3o 17,4 16 40 10, 5 7 5o 6,9 7 60 4,7 '■ / 70 3, S 8,3 100 i,G5 [- A partir d'une certaine distance, l'intensité du rayonnement varie sensiblement en raison inverse du carré de la distance au condensateur. (') I\I°>« Curie, Thèse de doctorat. NATURE DES RADIATIONS. 9 Diverses expériences, dues principalement à IL Becquerel, montrent que la propagation des rayons [j, bien que rectiligne, est accompagnée dans l'air à la pression atmosphérique d'une certaine diffusion du faisceau. Dans le vide la propagation rectiligne est réalisée plus parfaitement. On trouvera plus loin des détails relatifs à la reproduction radiographique du trajet des rayons [3. Les expériences de M. Rutherford et celles faites ensuite par H. Becquerel ont montré que les rayons de l'uranium n'éprouvent ni réflexion régulière^ ni réfraction régulière, ni polarisation (§ 3i). Des expériences du môme genre, faites avec les autres substances radioactives, ont confirmé ces résultats. Les rayons éprouvent, par contre, dans certains cas, une réflexion diffuse sur la face d'entrée et une diffusion à la face de sortie d'une lame qu'ils traversent. Ces phénomènes sont accompagnés de l'émission de rayons secondaires et seront discutés plus loin. L'émission de rayons par une substance radioactive varie avec la direction, suivant une loi qui dépend de l'épaisseur de la couche active. Quand la couche a une épaisseur appréciable, le rayonne- ment est plus important pour une direction d'émission normale à la surface active, que pour une direction oblique par rapport à cette surface. Mais la matière active peut aussi être présente sous forme d'un enduit infiniment mince recouvrant une matière inactive ; tel est le cas d'un dépôt de radioactivité induite sur une lame métal- lique. En ce cas l'émission est la même dans toutes les directions, ainsi que l'on pouvait s'y attendre. Des expériences à ce sujet ont été décrites par M. Rutherford ( ' ). Un fil activé, disposé norma- lement au plan du tableau {fi g. ij3), produit au travers d'une fente qui lui est parallèle, une impression sur une plaque photogra- phic[ue P; la zone impressionnée présente un minimum d'effet dans la région centrale, et l'effet va en augmentant vers les bords. Ce fait s'explique en remarquant que les régions des bords reçoi- vent par unité de surface des rayons provenant d'une plus grande partie de la surface du fil que celle utilisée par la région centrale. Quand un barreau de section carrée est placé parallèlement à un écran fluorescent, ainsi que l'indique la figure 90, on observe de même que l'effet lumineux est plus intense aux points M et N (') Rutherford, P/uV. Mag., 1906. 10 CHAPITRE IX. qu'en 0. Les régions M et N peuvent, en effet, recevoir les rayons qui proviennent de deux faces du barreau, tandis que la région intermédiaire 0 reçoit seulement les rayons de l'une des faces. MON De même un prisme triangulaire droit qui a été activé et dont la base est posée sur une plaque photographique, produit sur celle-ci une impression qui est plus intense en face des arêtes que dans les régions situées devant les faces {PL III, fig. i). Les expériences relatives à l'émission de rayons par la matière radioactive sous forte épaisseur donnent des résultats différents. Elles peuvent s'expliquer en admettant que l'émission par un élément de surface suivant une direction donnée, varie comme le cosinus de l'angle que fait cette direction avec la normale à l'élé- ment de surface ( ' ). Une loi d'émission analogue a été trouvée pour les rayons renvoyés par une plaque qui reçoit un faisceau de rayons du radium normal à sa surface (-), et pour les rayons émis dans les mêmes conditions par la face opposée de la plaque (rayons transmis) (■'). 103. Action du champ magnétique sur le rayonnement des corps radioactifs. — On a vu que les rayons émis par les substances radioactives ont un certain nombre de propriétés communes aux rayons cathodiques et aux rayons Riintgen. Aussi bien les rayons (') GuEiNACHER, Pliys. Zeit.^ 1908. (-) iMc CLELLA^D, Dublin Trans., 1906. (') H. ScHMiDT, Phys. Zeit.^ 1908. NATLRE DES RADIATIONS. I I cathodiques que les rayous R intgen ionisent l'air, agissent sur les plaques photographiques, excitent la fluorescence, n'éprouvent par de réflexion régulière. Mais les rayons cathodiques diffèrent des rayons R 'mtgen en ce qu'ils sont déviés de leur trajet rectiligne par l'action du champ magnétique et en ce qu'ils transportent des charges d'électricité négative. Le fait que le champ magnétique agit sur les rayons émis par les substances radioactives a été découvert presque simultanément par ]\IM. Giesel, Meyer et von Schweidler et Becquerel ( ' ). Ces physiciens ont reconnu que les rayons des substances radioactives sont déviés dans un champ magnétique de la même façon et dans le même sens que les rayons cathodiques; leurs observations se rapportaient aux rayons 3. P. Curie a montré cjue le rayonnement du radium comporte deux groupes de rayons bien distincts, dont l'un est facilement dévié par l'action du champ magnétique (rayons p), alors que l'autre semble insensible à l'action de ce champ (rayons a et-' dont l'ensemble était désigné par le nom de rayons non déi^iables) (-). Il a montré de plus que le rayonnement facilement dévié est en moyenne beaucoup plus pénétrant que l'ensemble des rayons non déviés dans les mêmes conditions. C'est sur un échantillon de polonium, préparé par lui, que M. Giesel a observé pour la première fois l'effet du champ magné- tique. De tous les échantillons de polonium préparés par moi, aucun n'a jamais donné lieu à une émission de rayons genre catho- dique doués de pouvoir ionisant. Il semble certain actuellement que dans le polonium de M. Giesel l'émission de rayons 3 était due à la présence d'une impureté radioactive étrangère au polo- nium. H. Becquerel a montré ensuite qu'une partie des rayons de l'ura- nium est déviée dans un champ magnétique (•'). MM. Rutherford et Grier ont constaté la présence de rayons sensibles à l'action du champ magnétique dans le rayonnement du thorium ('). (') Giesel, Wied. Ann.^ novembre 1899. — Meyer et von Schweidler, Acad. Anzeiger Wien, novembre 1899. — Becquerel, Coriipies >-endus,(iécen)hvc 1899. (*) P. Curie, Comptes rendus, 8 janvier 1900. (^) Becquerel, Comptes rendus, 1902. C) Rutherford et Grier, P/iil. Mag., 1902. 12 CIIAPITUE l\. M. Debierne a constaté le même fait avec le rayonnement de l'actinium ( ' ). Voici quels sont les procédés qui permettent d'observer la décom- position du rayonnement en rayons facilement déviés et rayons I3eu sensibles ou insensibles à l'action du champ : I " On peut employer la méthode radiographique avec un dispo- sitif dont s'est servi couramment H. Becquerel. La source radiante est constituée par du radium placé au fond d'une petite cuve cylin- drique profonde dont s'échappe un faisceau de faible ouverture, comme dans la figure 91. La plaque photographique est orientée de manière à ce que son plan fasse un petit angle avec la direction du faisceau; le plan de cette plaque se confond sensiblement avec le plan du tableau. Le champ magnétique est normal au plan du tableau et dirigé vers l'arrière de ce plan. Le trajet des rayons est indiqué sur la plaque par la forme des impressions produites. Le rayonnement se trouve partagé en deux faisceaux : un faisceau de rayons [j, dévié pour un champ d'intensité modérée, et un fais- ceau non dévié dans les mêmes conditions; ce dernier comprend une partie très absorbable (rayons a), et un faisceau très pénétrant (rayons y). Une épreuve obtenue dans ces conditions est repré- sentée dans la planche III, figure 2. Si l'on recouvre la cuve d'un écran, les rayons a sont absorbés par une faible épaisseur de matière, tandis que les rayons 3 persistent en même temps que le faible faisceau de rayons yj quand l'épaisseur de l'écran augmente, les rayons [j sont absorbés à leur tour et le faisceau v reste seul; ce faisceau constitue donc le résidu du rayonnement après forte absorption, ainsi que l'a montré M. Villard, à qui est due la découverte des rayons ■' (-). ■i" On peut aussi mettre en évidence l'action d'un champ ma- gnétique d'intensité modérée au moyen d'une méthode de mesures électriques. Ce procédé a été employé par P. Curie ( =* ) qui établit ainsi, avant l'emploi de la méthode précédemment décrite, que le rayonnement du radium se compose de deux groupes suscep- (') Debierne, Comptes rendus, 1900. (-) Villard, Comptes rendus, 1900. (') P. CuuiE, Comptes rendus, 8 janvier 1900. NATCRE DES RADIATIONS. l3 tibles d'être séparés par l'action du champ. Voici quel était le dis- positif expérimental employé : Le corps radioactif A [flg. 9^) envoie des radiations suivant la direction AD entre les plateaux P et P'. Le plateau P est maintenu au potentiel de 5oo volts^, le plateau P est relié à un électromètre et à un quartz piézoélectrique. On mesure l'intensité du courant Fig. o4. 15' B" qui passe dans l'air sous l'influence des radiations. On peut à vo- lonté établir le champ magnétique d'un électro-aimant nor- malement au plan de la figure dans toute la région EEEE. Si les rayons sont déviés^ même faiblement^ ils ne pénètrent plus entre les plateaux, et le courant est supprimé. La région où passent les rayons est entourée par les masses de plomb B, B', B' et par les armatures de l'électro-aimant; quand les rayons sont déviés, ils sont absorbés par les masses de plomb B et B'. Les résultats obtenus dépendent essentiellement de la distance AD du corps radiant à l'entrée du condensateur en D. Si la distance AD est assez grande (supérieure à 7'^'"), la plus grande partie (90 pour 100) des rayons du radium qui arrivent au condensateur est déviée et supprimée pour un champ de 2000 uni- tés; ces rayons sont des rayons 3. Si la distance AD est plus faible que 65'""', une partie moins importante des rayons est déviée par l'action du champ; cette partie est d'ailleurs déjà complètement déviée par un champ de 2000 unités, et la proportion de rayons ij CHAPITRK IX. supprimés n'augmente pas quand on fait croître le champ de 25oo à "ooo unités. La proportion des rayons non supprimés par le champ est d'autant plus grande que la distance AD entre le corps radiant et le condensateur est plus petite. Pour les distances faibles, les rayons qui peuvent être déviés facilement ne constituent plus qu'une très faible fraction du rayonnement total. Les rayons péné- trants sont donc^ en majeure partie, des rayons déviables genre cathodique (rayons ^i). Avec le dispositif expérimental qui vient d'être décrit^ l'action du champ magnétique sur les rayons a ne pouvait guère être observée pour les champs employés. Le rayonnement très im- portant, en apparence non déviable, observé à petite distance de la source radiante, était constitué par les rayons a; le rayonnement non déviable observé à grande distance était constitué par les rayons v. Voici les résultats numériques obtenus dans ces expériences. On désigne par d la distance de la source radiante au condensateur. En supposant égal à i oo le courant obtenu sans champ magnétique pour chaque distance, les nombres de la deuxième ligne indiquent le courant qui subsiste, quand le champ agit. Ces nombres peuvent être considérés comme donnant la proportion de l'ensemble des rayons a et y, et principalement celle des rayons a. Aux grandes distances on n'a plus de rayons a, et le rayonnement non dévié est alors du genre y seulement. Expériences faites à petite distance : d en centimètres 3,4 5,i 6,0 (),5 Proportion de rayons non déviés. 74 56 33 1 1 Expériences faites aux grandes distances, avec un produit considérablement plus actif que celui qui avait servi pour la série précédente : d en centimètres 14 3o 53 80 98 12 i 1 5; Proportion de rayons non déviés, ii (4 17 i4 lO 14 11 On voit qu'à partir d'une certaine distance, la proportion des rayons non déviés dans le rayonnement ne varie guère. Ces rayons appartiennent probablement tous à l'espèce y. NVTURE DES RADIATIONS. l5 Lorsqu'on tamise le faisceau au travers d'une lame absor- bante (aluminium ou papier), les rayons qui passent sont presque tous déviés par le champ;, de telle sorte qu'à l'aide de l'écran et du champ magnétique presque tout le rayonnement est supprimé dans le condensateur, l'effet qui subsiste n'étant alors dû qu'aux rayons v^ dont la proportion est faible. Quant aux rayons a, ils sont absorbés par l'écran. Une lame d'aluminium de ^, de milli- mètre d'épaisseur suffit pour supprimer presque tous les rayons difficilement déviables, quand la substance est assez loin du con- densateur; pour des distances plus petites (o^""" et 5i'""'), deux feuilles d'aluminium de cette même épaisseur sont nécessaires pour obtenir ce résultat. Voici une autre expérience qui montre qu'une lame d'aluminium mince (épaisseur o""",oi) absorbe principalement les rayons a. Le produit étant placé à 5"'" du condensateur, on trouve, en faisant agir le champ magnétique, cjue la proportion des rayons autres que j3 est de -i pour loo. Le même produit étant recouvert de la lame d'aluminium, et la distance restant la même, on trouve que le rayonnement transmis est presque totalement dévié par l'action du champ, les rayons a ayant été absorbés par la lame. Des mesures semblables ont été faites sur quatre substances radifères (chlorures ou carbonates) d'activités très différentes; les résultats obtenus ont été très analogues. On peut remarquer que, pour tous les échantillons, les rayons pénétrants déviables à l'aimant (rayons p) ne sont qu'une faible partie du rayonnement total; ils n'interviennent que pour une faible part dans les mesures où l'on utilise le rayonnement intégral pour produire la conductibilité de l'air. La plus grosse partie du rayonnement du radium est formée par des rayons a qui pro- viennent surtout de la couche superficielle de la matière radiante. Quand on fait varier l'épaisseur de la couche de la matière radiante, l'intensité du courant augmente avec cette épaisseur; l'augmentation n'est pas proportionnelle à l'accroissement d'épais- seur pour la totalité du rayonnement; elle est d'ailleurs plus notable pour les rayons ,j que pour les rayons a, de sorte que la proportion de rayons ,3 va en croissant avec l'épaisseur de la couche active. En voici un exemple : la source radiante étant placée à une distance de 5'"' du condensateur, on trouve que, I 6 CIIAI'ITRE IK. pour une épaisseur égale à o""", ( de la couche active^ le rayon- nement total est donné par le nombre 28, et la proportion de rayons p est de 29 pour 100. En donnant à la couche active l'épaisseur de 2"""^ soit 5 fois plus grande, on obtient un rayonnement total égal à 1 02 et une proportion de rayons dé viables j égale à 4'> pour 1 00. Le rayonnement total qui subsiste à cette distance a donc été augmenté dans le rapport 3,(3 et le rayonnement déviable |i est devenu environ 5 fois plus intense. On peut étudier la radiation émise par le polonium par la même méthode. Quand on fait varier la distance AD du polonium au condensateur, on n'observe d'abord aucun courant tant que la distance est assez grande; quand on rapproche le polonium, on observe que, pour une distance d'environ 4""» le rayonnement se fait très brusquement sentir avec une assez grande intensité; le courant augmente ensuite régulièrement si l'on continue à rapprocher le polonium, mais le champ magnétique ne produit pas d'effet appréciable dans ces conditions. Il semble que le rayonne- ment du polonium soit limité dans l'espace et dépasse à peine dans l'air une sorte de gaine entourant la substance sur l'épais- seur de quelques centimètres. Les rayons du polonium sont des rayons du genre a. Ces rayons ne sont pas insensibles à l'action du champ magnétique, toutefois le dispositif qui vient d'être décrit était tel, qu'une faible déviation passait inaperçue. Un dispositif analogue a été employé par M. Rutherford pour déceler les rayons déviables de l'uranium et du thorium; cependant une sensibilité plus grande était nécessaire, parce que l'intensité des rayons [i est très faible, surtout avec le thorium. 3" On peut enfin constater l'effet du champ magnétique sur le rayonnement par la méthode fluoroscopique, ainsi que l'ont fait MM. Meyer et v. Schweidler dans leurs premières expériences à ce sujet. Voici un dispositif qui convient pour une expérience de ce genre. Le radium est placé au fond d'un petit tube de plomb, posé sur un écran fluorescent qui se trouve placé entre les pôles d'un électro-aimant; le champ magnétique est perpendiculaire à la direction des rayons. Les rayons qui sortent du tube ne frappent pas l'écran en l'absence du champ. Quand le champ est établi, les rayons sont recourbés et rabattus sur l'écran, et l'on aperçoit sur NATLRK DF.S KADIATIONS. I7 relui-ci une zone lumineuse qui commence à une certaine distance (lu tube et s'étend sur une certaine largeur en se dégradant. Lors du renversement du champ, la luminosité apparaît de l'autre côté de la source. 104. Pouvoir pénétrant du rayonnement des corps radioactifs. — Dès le début des recherches sur les corps radioactifs, on s'est pré- occupé de l'absorption produite par divers écrans sur les rayons émis par ces substances. Ces études ont contribué à établir la nature complexe du rayonnement, indépendamment de la méthode basée sur l'emploi du champ magnétique. C'est ainsi que, dans mon pre- mier travail sur les rayons du thorium, j'ai déjà indiqué la péné- tration relative des rayons uraniques et des rayons thoriques ( ' ). M, Rutherford a étudié plus spécialement la radiation uranique ( - ) et a prouvé qu'elle est hétérogène et se compose de deux types de rayons. M. Owens a conclu de même povir les rayons thoriques (^). Quand vint ensuite la découverte des substances fortement radio- actives, le pouvoir pénétrant de leurs rayons fut aussitôt étudié par divers physiciens (Becquerel, Meyer et von Schweidler, Curie, Ru- therford). Les premières observations mirent en évidence l'hétéro- généité du rayonnement qui semblait être un phénomène général et commun aux substances radioactives ( '' ) ; on se trouvait là en présence de sources qui émettent un ensemble de radiations, dont chacune a un pouvoir pénétrant qui lui est propre. La question se complique encore par ce fait, qu'il y a lieu de rechercher en cjuelle mesure la nature de la radiation peut se trouver modifiée par le passage au travers de la matière. Le pouvoir pénétrant de chaque groupe de rayons sera examiné séparément dans la suite de ce Chapitre, On peut cependant indi- quer c^uelques résultats approchés qui donnent une idée de l'ab- sorption relative de l'ensemble des rayons pour différentes sub- stances radioactives. Ces résultats n'ont pas de signification simple, mais ils peuvent avoir une utilité pratique. (') M. Curie, Comptes rendus, 1898. (-) Rutherford, Phil. Mag., 1899. (2) Owens. Phil. Mag., 1S99. (^) M. et M"' Curie, Rapports au Congrès, 1900. C. - II. l8 CllAPIlKE IX. Si l'on considère l'absorption des radiations par les écrans solides, on constate une difîérence fondamentale entre le radium et le polonium. Le radium émet des rayons capables de traverser une orande épaisseur de matière solide, par exemple 20 centimètres de plomb ou de verre. Les rayons qui ont traversé une grande épaisseur d'un corps solide sont extrêmement pénétrants, et, pratiquement, on n'arrive plus, pour ainsi dire, à les faire absorber intégralement par quoi que ce soit. Mais ces rayons ne constituent qu'une faible fraction du rayonnement total, dont la grosse masse est, au contraire, absorbée par une faible épaisseur de matière solide. Le polonium émet des rayons extrêmement absorbables qui ne peuvent traverser que des écrans solides très minces. Voici, à titre d'exemple, quelques nombres relatifs à l'ajjsorption produite par une lame d'aluminium d'épaisseur égale à o""",oi. Cette lame était placée au-dessus et presque au contact de la substance. Le rayonnement direct et celui transmis par la lame étaient mesurés par la méthode électrique {fig. Sa); le courant de saturation était sensiblement atteint dans tous les cas. On a désigné par a l'activité de la substance radiante, celle de l'uranium étant prise comme unité. Fraction du rayonnement transmise a. par la lame. Chlorure de haiyum radifére Sj o,3'2 Bromure « 43 o,3o Chlorure » 1200 o,3a Sulfate « 5ooo Oj'-»;) Sulfate » loooo o,3'2 Bismuth à polonium métallique o,^^ Composés d'urane 0,20 Composés de thorium en couche mince . . o,38 On voit que des composés radifères de nature et d'activité différentes donnent des résultats très analogues, ainsi que je l'ai indiqué déjà pour les composés d'urane et de thorium (Chap. III). On voit aussi que. si l'on considère toute la masse du rayonne- ment, et pour la lame absorbante considérée, les diverses sub- stances radiantes viennent se ranger dans l'ordre suivant de NATURE DES IIADIATIONS. I9 pénétration décroissante de leurs rayons : thorium, radium, polo- nium, uranium. Ces résultats sont analogues à ceux qui ont été publiés par M. Rutherford dans un Mémoire relatif à cette question ('). M. Rutherford a remarqué, d'ailleurs, que l'ordre est le même quand la substance absorbante est constituée par l'air. Mais il est probable que cet ordre n'a rien d'absolu et ne se maintiendrait pas indépendamment de la nature et de l'épaisseur de l'écran consi- déré. L'expérience montre, en effet, que la loi d'absorption est très différente pour le polonium et le radium, et que, pour ce der- nier, il y a lieu de considérer séparément l'absorption des rayons de chacun des trois groupes. Les expériences relatives à l'absorption des trois groupes prin- cipaux de rayons : rayons a, rayons [ii et rayons y, par la matière traversée, montrent qu'il existe des différences caractéristiques dans la manière dont chaque groupe se comporte à ce point de vue. Ces différences sont suffisantes pour qu'un rayonnement puisse dans bien des cas être caractérisé comme étant de l'espèce a, ,S ou y, sur la base d'expériences d'absorption uniquement. RAYONS p. lOo, Définition du rayonnement 'i. — Il résultait des expé- riences décrites précédemment que le rayonnement des corps radioactifs est en partie dévié dans un champ magnétique, et que la déviation se fait comme pour les rayons cathodiques. Dans le rayonnement du radium, les rayons facilement déviés constituent la partie la plus importante des rayons pénétrants, l'intensité étant évaluée par le pouvoir ionisant des rayons. D'autre part, en exami- nant la radiation uranique, M. Rutherford avait trouvé que celle-ci se composait de deux groupes de rayons de pouvoirs pénétrants très différents, et il avait donné le nom de raxjons y. aux rayons absor- bables, celui de rayons ^j aux rayons pénétrants; des expériences ultérieures ont montré que ces derniers comprenaient principa- lement des rayons facilement déviés par l'action d'un champ (') lîUTHEUFOIlD, Phil. Mag.^ I9C)2- cil APITUK IK. magnétique. La notation rayons j a été dès lors généralisée et appliquée aux rayons facilement déviés émis par les substances radioactives; l'analogie complète de ces rayons avec les rayons cathodiques a été démontrée par l'ensemble des expériences faites à ce sujet et dont la description va suivre. I(M3. Complexité du rayonnement l'I — Action du champ magnétique. — H. Becquerel a étudié l'action du champ magné- tique sur les rayons du radium par la méthode radiographique ( ' ). Le dispositif expérimental employé était celui de la figure 9 1 . Le radium était placé dans la cuve en plomb P_, et cette cuve était posée sur la face sensible d'une plaque photographique AC enve- loppée de papier noir; le tout était placé entre les pôles d'un électro- aimant^ le champ magnétique étant normal au plan de la figure. Si le champ est dirigé vers l'arrière de ce plan^ la partie BC de la plaque se trouve impressionnée par des rayons qui^ ayant décrit des trajectoires curvilignes, sont rabattus sur la plaque et viennent la couper. Ces rayons sont de l'espèce 3 ; ils se com- portent dans un champ magnétique comme des rayons catho- Fig. ((5. diques. Si la cuve est placée au bord d'une plaque dont la couche sensible est tournée vers le bas_, les rayons peuvent décrire une trajectoire presque fermée et venir impressionner la plaque au- dessous de la source {fig. (jb). L'analogie ainsi révélée entre les rayons cathodiques et les (') Becqukkkl, Comptes rendus, 1900. NATIRE DES RADIATIONS. rayons j conduit à considérer ces derniers comme des particules charo-ées négativement et projetées par la substance radioactive avec une très grande vitesse. Quand une telle particule est émise normalement à la direction d'un champ magnétique uniforme, elle doit décrire, dans un plan normal au champ et passant par sa vitesse initiale, une trajectoire circulaire de rayon R, tel qu'on ait la relation ^ = 11R. m étant la masse de la particule, e sa charge électrique, i' sa vitesse initiale et H la valeur du champ {voir § 15). Si l'on ne con- sidère que les rayons normaux à la plaque, ces rayons doivent donc décrire dans le plan de la figure des cercles qui coupent la plaque à angle droit. H. Becquerel a montré que l'impression est constituée par vme large bande diffuse, véritable spectre continu, montrant que le faisceau de rayons déviables émis par la source se compose de radiations inégalement déviables. Si l'on recouvre la gélatine de la plaque de divers écrans absorbants (papier, verre, métaux), une portion du spectre se trouve supprimée, et l'on constate que les rayons les plus déviés par le champ magnétique, autrement dit. ceux qui donnent la plus petite valeur du rayon de la trajectoire circu- laire, sont le plus fortement absorbés. Pour chaque écran l'im- pression sur la plaque ne commence qu'à une certaine distance de la source radiante, cette distance étant d'autant plus grande que l'écran est plus absorbant, La figure 3 [PL III) représente une photographie obtenue avec des écrans de papier, d'aluminium et de platine posés sur la plaque. On obtient des résultats analogues en recouvrant la cuve d'écrans d'épaisseur variable. Ces expé- riences montrent clairement que les rayons [â les plus pénétrants sont ceux qui sont le moins déviés par le champ, et dont la trajec- toire a le plus grand rayon de courbure. Ces rayons, d'après la théorie, sont ceux dont la vitesse est la plus grande. On peut déterminer approximativement, pour un écran donné, la limite de F impression du côté de la source. Cette limite correspond aux rayons les plus absorbables parmi tous ceux qui peuvent traverser l'écran considéré, La distance de la limite de l'impression à la source représente pour ces rayons le double du rayon de cour- ■P.2 CIIM'ITIUÎ IX. bure. Voici les nombres obtenus par H. Becquerel pour le rayon- nement du radium et pour divers écrans : Valeur liinile inférieure du produit HU Epaisseur pour les rajons Matière. en iiiillimctres. transmis. Papier noir o,o65 780 Vluininiuni 0,010 f\3o )) 0,100 1 1 90 :; o , 200 1 7'jo Mica 0,025 G40 Verre o, ij5 i33o Platine o,ojo i54o Cuivre o,o85 2o55 F^lomb o,]3o 3o8o Les nombres ainsi déterminés ne sont c|u'approchés^ car il n'est guère possible^ avec le dispositif employé_, d'éviter la présence de rayons obliques. Cependant on peut constater que le faisceau de rayons émis par le radium comprend des rayons pour lesquels le produit — varie dans de larges limites. Si l'on tient compte des rayons obliques, on peut démontrer que tous les rayons qui sont émis dans diverses directions^ dans un même plan passant par le champ, viennent couper la plaque suivant un arc d'ellipse qui admet la direction du champ comme grand axe et la source comme centre. La plus extérieure de ces ellipses est celle qui correspond aux rayons émis dans un plan normal à la plaque et passant par le champ; elle a pour demi- axes 4R suivant la direction du champ, et ■>. R suivant la direction perpendiculaire. Le demi-axe de l'ellipse extérieure normal au champ peut donc en ce cas donner une valeur approchée du rayon de courbure de la trajectoire des rayons émis normalement à la direction du champ. Pour séparer les différents rayons ^i du radium, H. Becquerel employait le dispositif suivant ( ' ) : la matière active est placée dans une rainure étroite et profonde creusée dans un petit bloc de plomb {fig. g6); on obtient ainsi une source linéaire de quelques (') Bkcqueukl, Comptes rendus, 1901. .NATIRK Di;S RADIATIONS. Vl3 millimètres de longueur^ que l'on place horizontalement et paral- lèlement au champ. Une plaque photographique verticale et nor- male au champ est placée au-dessvis de la source. Contre la plaque photographique on dispose^ en contact avec celle-ci, un premier écran formé par la surface latérale d'un cylindre circulaire droit. Cet Fig. 96. écran est percé d'une série de fentes parallèles aux génératrices du cylindre, et dont l'une est en face de la source. Un deuxième écran, formé de la même manière mais de rayon plus petit, est dis- posé intérieurement au premier et également appliqué sur la plaque. La source S et deux fentes A et B définissent une surface cylin- drique sur laquelle s'enroulent toutes les trajectoires des rayons, qui passent par les fentes et viennent atteindre la plaque sur le contour de la circonférence de base de cette surface. La source et les fentes étant de petite longueur, les rayons de courbure des trajectoires considérées diffèrent très peu du rayon de la cir- conférence de base, qui serait la trajectoire d'un rayon passant par les fentes dans un plan normal au champ. Tout se passe donc comme si la trajectoire d'un tel rayon se trouvait ^reproduite sur la plaque. Par ce procédé, des rayons 'i simples se trouvent isolés au delà du deuxième écran; ces rayons ont des trajectoires •24 CHAl'ITRIi 1\. de courbure différente, correspondant à diverses combinaisons des fentes deux à deux. Ce dispositif a été utilisé pour étudier le passage des rayons [i au travers de la matière. On peut, par exemple, entourer d'une lame métallique l'écran extérieur. L'appareil est représenté dans la planche IV, figure i. La figure 2 {PL IV) représente une photographie obtenue par ce procédé. On y constate une forte impression générale produite sur la plaque en dedans du premier écran par les rayons émis dans toutes les directions; au delà du premier écran on aperçoit des faisceaux sortant par la première série d'ouvertures et compa- rables à des spectres; au delà du second écran apparaissent les rayons simples qui sortent par la deuxième série d'ouvertures, et dont les trajectoires circulaires peuvent facilement être prolongées de manière à passer par l'une des fentes de la première série et par la source. La trace du faisceau direct est due aux rayons -'. 107. Charge des rayons ,':i du radium. — Les rayons catho- diques sont, comme l'a montré M. Perrin, chargés d'électricité négative ( ' ). De plus ils peuvent, d'après les expériences de M. Perrin et de M. Lenard (-), transporter leurs charges au travers d'enveloppes métalliques reunies à la terre, et au travers de lames isolantes. En tout point où les rayons cathodiques sont absorbés, se fait un dégagement continu d'électricité négative. Nous avons constaté, P. Curie et moi, qu'il en est de même pour les rayons Tj du radium. Les rayons [i du radium sont chargés d^ électricité négative (■'). Etalons la substance radioactive sur l'un des plateaux d'un condensateur, ce plateau étant relié métalliquement à la terre; le second plateau est relié à un électromètre, il reçoit et absorbe les rayons émis par la substance. Si les rayons sont chargés, on doit observer une arrivée continue d'électricité à l'électromètre. Cette expérience, réalisée dans l'air, n'a pas permis de déceler (') Comptes rendus, l. CWI, p. ii3o. — Annales de Chimie et de Physique, t. II, 1897. ( = ) Lenard, Wied. Ann., t. LXIV, p. 379. (') M. el M"» P. Curie, Comptes rendus, 1900. NATLRK I)i:S RADIATIONS. Tj une charge des rayons^ mais l'expérience ainsi faite n'est pas sen- sible. L'air entre les plateaux étant rendu conducteur par les rayons, l'électromètre n'est plus isolé et ne peut accuser que des charges assez fortes. Pour que les rayons a ne puissent apporter de trouble dans l'expérience, on peut les supprimer en recouvrant la source ra- diante d'un écran métallique mince; le résultat de l'expérience n'est pas modifié ( ' ). Nous avons sans plus de succès répété cette expérience dans l'air en faisant pénétrer les rayons dans l'intérieur d'un cylindre de Faraday en relation avec l'électromètre (-). On pouvait déjà se rendre compte, d'après les expériences qui précèdent, que la charge des rayons du produit radiant employé était faible par rapport aux charges libérées dans le gaz par l'action ionisante des rayons. Pour constater un faible dégagement d'électricité sur le con- ducteur qui absorbe les rayons, il faut que ce conducteur soit bien isolé électriquement; pour obtenir ce résultat, il est nécessaire de leiTe 97- le mettre à l'abri de l'air, soit en le plaçant dans un tube avec un vide très parfait, soit en l'entourant d'un bon diélectrique solide. C'est ce dernier dispositif qui a été employé. Un disque conducteur MM [fîg. <)-) est relié par la tige métal- (" ) A vrai dire, clans ces expériences, on observe presque toujours une déviaLion à l'électromèlre, mais il est facile de se rendre compte que ce déplacement est un effet de la force électroniotrice de contact qui existe entre le plateau relié à l'élec- tromètre et les conducteurs voisins; cette force électromotrice fait dévier l'élec- tromètre, grâce à la conductibilité de l'air soumis au rayonnement du radium. (-) Le dispositif du cylindre de Faraday pourrait présenter quelques avantages dans le cas où il se produii-ait une forte diffusion des rayons par les parois frappées. On pourrait espérer ainsi recueillir et utiliser ces rayons diffusés. •26 CHAI'lTRIi: IX. lique t à l'électromètre; disque et tige sont complètement entourés de matière isolante iiii; le tout est recouvert d'une enveloppe métallique EEEE qui est en communication électrique avec la terre. Sur l'une des faces du disque^ l'isolant pp et l'enveloppe métallique sont très minces; c'est cette face qui est exposée au rayonnement du sel de baryum radifère R^ placé à l'extérieur dans une auge en plomb. L'enveloppe isolante doit être parfaitement continue. Toute fissure remplie d'air, allant du conducteur inté- rieur jusqu'à l'enveloppe métallique, est une cause de courant dû aux forces électromotrices de contact utilisant la conductibilité de l'air sous l'action du radium. Les rayons émis par le radium traversent l'enveloppe métallique et la lame isolante pp, et sont absorbés par le disque métallique MM. Celui-ci est alors le siège d'un dégagement continu et constant d'électricité négative que l'on constate à l'électromètre et que l'on mesure à l'aide du quartz piézoélectrique. Le courant ainsi créé est très faible. Avec du chlorure de baryum radifère très actif formant une couche de ■a'^'^'^) de surface et de o""',2 d'épaisseur, on obtient un courant de l'ordre de grandeur de io~" ampère, les rayons utilisés ayant traversé, avant d'être absorbés par le disque MM, une épaisseur d'aluminium de o'""',oi et une épaisseur d'ébonite de o""", 3. On utilisait successivement du plomb, du cuivre et du zinc pour le disque MM, de l'ébonite et de la paraffine pour l'isolant; les résultats obtenus ont été les mêmes. Le courant diminue quand on éloigne la source radiante R, ou quand on emploie un produit moins actif. On obtient des résultats analogues en remplaçant le disque MM par un cylindre de Faraday rempli d'air, mais enveloppé exté- rieurement par une matière isolante. L'ouverture du cylindre, fermée par la plaque isolante mince pp, se trouve alors en face de la source radiante. Enfin, on peut faire l'expérience inverse, qui consiste à placer l'auge de plomb avec le radium au milieu de la matière isolante et en relation avec l'électromètre {fig. ()8), le tout étant enveloppé par l'enceinte métallique reliée à la terre. Dans ces conditions, on observe à l'électromètre que le radium prend une charge posi- tive et égale en grandeur à la charge négative de la première expé- ^AT^uli oKs avoiATioNS. riencc. Les rayons du radium traversent la plaque diélectrique mince pp et quittent le conducteur intérieur en emportant de l'électricité négative. Les rayons a du radium n'interviennent pas dans ces expé- riences, étant absorbés presque totalement par une épaisseur très Fig. 98. Terre faible de matière. La méthode qui vient d'être décrite ne convient pas non plus pour l'étude de la charge des rayons du polonium, ces rayons étant également très peu pénétrants. L'expérience faite avec le polonium n'a permis d'observer aucun indice de charge ; mais, pour la raison qui précède, on ne pouvait tirer de cette expérience aucune conclusion. Ainsi, dans le cas des rayons déviables j du radium, comme dans le cas des rayons cathodiques, les rayons transportent de l'électricité. On est donc amené à se servir, dans l'étude de l'émis- sion des rayons déviables j du radium, de la même théorie que celle actuellement en usage pour l'étude des rayons cathodiques, et con- cevoir que le radium envoie dans l'espace des particules chargées négativement. Un échantillon de radium, enfermé dans une enveloppe solide, mince, ne laissant pas passer les rayons y. et parfaitement isolante^ doit se charger spontanément à un potentiel très élevé, jusqu'à ce que la différence de potentiel avec les conducteurs envi- ronnants devienne suffisante pour empêcher l'éloignement des particules électrisées émises et amener leur retour à la source radiante. Mais la décharge disruptive pourra se produire aupa- ravant. De plus, l'isolement n'étant jamais parfait, l'équilibre s'établit quand la vitesse de décharge arrive à compenser la vitesse de charge. P. Curie a réalisé par hasard l'expérience suivante : un échan- 28 CHAPITRE IX. tillon de radium très actif était enfermé depuis longtemps dans une ampoule de verre. Pour ouvrir l'ampoule, P. Curie a fait un trait sur le verre. A ce moment il entendit nettement le bruit d'une étincelle et, en observant ensuite l'ampoule à la loupe, il aperçut que le verre avait été perforé par une étincelle à l'en- droit où il s'était trouvé aminci par le trait. Le phénomène qui s'est produit là est exactement comparable à la rupture du verre d'une bouteille de Leyde trop chargée ( ' ). Le même phénomène s'est reproduit avec une autre ampoule. De plus, au moment où l'étincelle a éclaté, P. Curie, qui tenait l'ampoule, ressentit dans les doigts la secousse électrique due à la décharge. Des observations analogues ont été publiées ensuite par d'autres obser- vateurs ('-). Certains verres ont de bonnes propriétés isolantes. Si l'on enferme le radium dans une ampoule de verre scellée et bien isolante, on peut s'attendre à ce que cette ampoule à un moment donné se perce spontanément. Nous voyons dans le radium le premier exemple d'un corps qui se charge spontanément d' électricité quand il est placé dans des conditions déterminées. Le dispositif suivant dû à M. Strutt ( ') permet de constater l'émission d'électricité par le radium au moyen de rayons péné- trants. L'appareil est une ampoule de verre [fig. 99, I) dans la- quelle est soudée une tige isolante en quartz qui porte une am- poule de verre mince contenant le radium. Une paire de feuilles d'or, formant électroscope, est fixée à l'ampoule et communique avec le radium. Un très bon vide est fait dans l'ampoule. Par suite de l'émission de rayons [i, celle-ci se charge positivement, et l'isolement étant bon, la charge est accusée par l'électroscope dont la feuille dévie et vient se décharger sur un bouton relié au sol. L'apport de charge étant continu, le feuille exécute un mou- vement de va-et-vient continu. On peut aussi réaliser cette expé- rience en donnant à l'appareil la forme IL Le radium est intro- duit dans un tube soudé dans l'ampoule; les rayons [j traversent (') M. Cuuii;, Thèse de docloral. Paris, i()i)3. (-) DouN, Phys. Zeit., ii)o3. (') Sthvtt. P/iil. Mag., iqd^. NATIUE DliS UADIATIOX; le tube_, pénètrent dans l'ampoule et viennent charger le cylindre isolé par lequel ils sont absorbés. Quand on veut arrêter l'expé- rience_, on retire le radium et l'on évite ainsi la rupture préma- turée de la feuille mobile ; par contre l'appareil est moins sensible, parce que les rayons 3 sont en partie absorbés par le verre de l'ampoule. Dans tous les cas, il est bon de munir l'ampoule sur sa Fig- 99- surface intérieure d'une toile métallique reliée au sol, destinée à assurer la protection électrostatique et à neutraliser l'effet de la charge des rayons |j absorbée par le verre. On a pu ainsi mettre en évidence la charge acquise par (j^, 5 de sel de baryum radifère d'activité loo fois seulement plus grande que celle de l'uranium. La divergence complète des feuilles était atteinte en 20 heures. Avec 0^,1 de sel de radium pur. l'écart maximum peut être obtenu en une fraction de minute. Abstraction faite de la solidité de la feuille, cette expérience constituerait le premier exemple demoiwement perpétuel^ si la radio- activité du radium était considérée comme constante. Mais, comme le radium éprouve selon toute probabilité une destruction 3o ciiAinTRi: i\. très lente^ le mouvement doit en réalité devenir de plus en plus lent et s'éteindre progressivement. Dans tout ce qui précède il a été question de la charge acquise par le radium par suite de l'émission de rayons 3 seulement. Nous verrons que ce n'est pas là le seul mode d'émission d'élec- tricité par le radium. En plus de la charge négative émise avec les rayons j. le radium donne lieu à une émission d'électricité positive par les rayons a et à une émission de charges négatives incapables de traverser une enveloppe solide, même très mince, La charge totale que le radium pourrait acquérir en un temps donné s'il n'était entouré par aucune enveloppe solide et s'il était parfaitement isolé^ dépend de l'importance relative des charges positive et négative émises dans des conditions détermi- nées. Un premier essai de détermination en valeur absolue' de la charge transportée en xin temps donné par les rayons 3 du radium a été fait par M. \Vien ( ' ) avec 4'"^ de bromure de radium. Ce sel était placé dans un creuset de platine fermé, suspendu par un fil isolant à l'intérieur d'une ampoule de verre^ dans laquelle on avait fait un très bon vide. Le creuset de platine pouvait être mis en communication avec une électrode scellée dans le verre et réunie à un électromètre. Dans un bon vide le creuset atteignait un potentiel de loo volts^ et le courant de charge négative qui s'en échappait correspondait à ■i^Cj. io~'- ampère. En admettant que chaque particule [t transporte la charge élémentaire [e^ io~-" unité électromagnétique environ)^ ce courant correspond à une émission de i o ' " particules |j environ par gramme de radium et par seconde. Mais on n'avait ainsi qu'une limite inférieure pour ce nombre^ parce qu'une partie des particules ^ était absorbée par le platine et par le sel de radium lui-même. M. Rutherford a effectué l'expérience de la manière suivante ( - ) : une tige de plomb de /j"" de longueur et de 4""" de diamètre était fortement activée par l'émanation du radium, le temps d'activation étant suffisant pour que le régime de la radioac- (') WiEN, Phys.Zeit., igoS. (^) RUTHERFOUD, P/ul. M(tg., KJoS. NATUUli DES IIADIATIOXS. 3i tivilé induite fût atteint. Quand l'exposition était finie^ l'activité de la tige était immédiatement comparée à celle d'une petite ampoule de verre, contenant une quantité connue de bromure de radium pur en équilibre radioactif; la comparaison des deux sources était faite avec l'emploi d'un même écran absorbant, et seuls les rayons pénétrants étaient utilisés pour la mesure. Ces rayons dans le rayonnement du radium ne proviennent que de la radioactivité induite en équilibre avec le sel ; on peut donc se rendre compte à quelle quantité de radium pur correspond à l'état d'équilibre la radioactivité induite présente sur la tige. La tige est alors enveloppée d'une feuille d'aluminium ayant une épaisseur de o""",o5.j, juste suffisante pour arrêter les rayons a du radium; puis elle est installée comme électrode intérieure dans un vase cylindrique dans lequel on fait rapidement un très bon vide. L'électrode étant réunie à l'électromètre, on mesure à intervalles de temps déterminés le courant qui est obtenu quand un champ électrique est établi entre le vase et l'électrode dans les deux sens alternativement. Soient l'u le courant dû à l'ionisation du gaz qui reste clans l'appareil, n le nombre des particules 3 émises par l'élec- trode en une seconde et e la charge d'une particule. Soient i, le courant observé quand le champ est dirigé vers l'électrode; i, le courant observé quand le champ a le sens contraire. On aura d'où L'activité de la tige décroît pendant l'expérience. La loi de cette décroissance étant connue, il est facile d'en tenir compte et de rapporter la valeur de la charge à l'activité initiale. On doit aussi remarquer que la charge totale émise par l'électrode est 2 7ie, parce que la moitié des rayons [j est émise vers la tige et absorbée par elle. En adoptant pour e la valeur 4. 7.10"'" unité E. S., on déduit de la valeur de la charge cjue le nombre des particules ,j émises par seconde par le dépôt actif c[ui est en équilibre avec un gramme de radium est égal à 5.3. lo'". L'expérience est sujette à certaines causes d'erreur. En effet Jo-^ «t- io -^ ne i\ — t'i 3-2 CIIAPITRI-: IX. les rayons -i et -; ([ui s'échappent de l'électrode peuvent pro- duire des rayons secondaires en frappant la tige de plomb qui porte le dépôt actif. Parmi ces rayons secondaires il y en a qui portent une charge négative; l'émission de charges négatives par l'électrode se trouve donc ainsi augmentée. Des rayons secondaires sont aussi émis par la surface interne du vase, mais comme peu d'entre eux peuvent atteindre l'électrode dont la sur- face est petite, leur effet n'est pas important. Enfin il faut tenir compte de ce fait qu'un certain nombre de particules [ii sont absorbées par la feuille d'aluminium mince qui enveloppe la tige. Pour diminuer la cause d'erreur due aux rayons secondaires, .M. Makower ( ' ) a disposé l'expérience ainsi qu'il suit. La source de rayons [j est un tube de verre mince qui contient de l'émanation du radium et qui est enveloppé d'une feuille très mince d'alumi- nium. Ce tube sert d'électrode, il est réuni à une batterie de 20 élé- ments et placé suivant l'axe d'un cylindre en laiton, isolé et relié à l'électromètre ; le tout est enfermé dans un vase de verre argenté intérieurement dont la surface conductrice est reliée au sol et dont la fermeture est étanche. L'activité du tube à émanation est com- parée à celle d'une ampoule fermée contenant du radium, au moyen de l'émission de rayons pénétrants. Si le radium dans l'ampoule est en équilibre avec l'émanation et le dépôt actif, et si l'émanation dans le tube est en équilibre avec le dépôt actif, le rayonnement pénétrant mesuré dans les deux cas, dans les mêmes conditions, est proportionnel à la quantité d'émanation et correspond par suite à une quantité de radium en équilibre avec cette même quantité d'émanation. Le nombre des parti- cules [j obtenues par gramme de radium et par seconde a été .') .()8. 10"' et 3,4i . 10'" dans deux expériences consécutives avec un tube de verre dont la paroi avait o""",078 d'épaisseur, et en admettant pour la charge élémentaire le nombre 4?7''o""' unité électrostatique. Dans ces expériences l'émission de rayons secondaires est considérée comme n'ayant pas d'influence appré- ciable sur le résultat, parce cjue le tube de verre est trop mince pour en émettre notablement, et parce que, parmi ceux qui sont (') Makower, Phil. Mag., 1909. NATURK niiS RADIATIONS. 33 émis par le cylindre de laiton, une petite fraction seulement peut se trouver absorbée par le tube servant d'électrode. Mais une correction importante est nécessitée par ce fait que les particules ,3 sont en partie absorbées par le verre du tube : on sait_, en effet, que le rayonnement du dépôt actif comprend des rayons 3 très absorbables^ qui sont arrêtés par une faible épaisseur de ma- tière. En se basant sur des expériences d'absorption, M. Makower a évalué à environ lu'' le nombre des particules |i émises en une seconde par le dépôt actif en équilibre avec i^ de radium. Ce nombre n'est relatif qu'aux rayons ^ proprement dits, c'est- à-dire aux particules chargées négativement, et ayant une vitesse suffisante pour ioniser le gaz. Nous verrons que les corps radio- actifs, et en particulier le radium, donnent aussi lieu à une émis- sion de charges négatives, portées par des particules dont la vitesse est insuffisante pour qu'elles puissent se comporter comme des rayons ionisants. Ces particules, nommées quelquefois rayons o, n'interviennent pas dans les expériences dont il vient d'être ques- tion, parce qu'elles ne peuvent traverser ni le verre ni l'alumi- nium, même sous très faible épaisseur. Cependant la charge émise sous cette forme par unité de temps est très importante {i'oir § 184). lOcS. Action du champ électrique sur les rayons ,3. — L'action du champ électrique sur les rayons ^3 pouvait être prévue d'après les expériences précédemment décrites. Les rayons déviables ,3 du radium, étant assimilés à des rayons cathodiques, doivent être déviés par l'action d'un champ électrique de la même façon que ces derniers, c'est-à-dire comme le serait une particule matérielle chargée négativement et lancée dans l'espace avec une grande vitesse. L'existence de cette déviation a été montrée, d'une part, par M. Dorn ( ' ), d'autre part, par H. Becquerel (-). L'expérience réalisée par H. Becquerel est en principe celle qui a été décrite dans le § lo. Deux plateaux rectangulaires verti- caux, de 3"", 15 de hauteur, étaient placés parallèlement à une distance de i"" l'un de l'autre; l'un des plateaux était réuni au (') Dorn, Abh. Halle, mars igoo. (-) Becquerel, Comptes rendus, t. CXW, p. 819. C. — II. 34 CIIAI'ITIU: IX. sol et l'autre était chargé au moyen d'une machine électrique {fig. ino). La matière active se trouvait dans une cuve linéaire parallèle aux plateaux et placée dessous eux, de telle manière que la partie moyenne du faisceau coïncidât avec un plan parallèle (•"ii;. ion. ïï aux plateaux et situé à égale distance de ceux-ci. Une plaque pho- tographique horizontale enveloppée de papier noir était fixée en dehors du champ à i'"",2 au-dessus des plateaux. Le faisceau large et diffus des rayons émis éprouvait dans le champ électrique une déviation difficile à mesurer. On a disposé alors, exactement au-dessus de la source linéaire, un écran plat très mince en mica, très bien isolé. Cet écran qui dépassait les limites du champ et s'approchait très près de la plaque photographique, à laquelle il était normal, donnait sur celle-ci une ombre rectiligne très étroite quand le faisceau n'était pas dévié. Au contraire, quand le champ était établi, une partie du faisceau était arrêtée par l'écran, et celui-ci projetait sur la plaque une ombre dont la direction indi- quait le sens de la déviation ; la limite de cette ombre correspon- dait à la déviation de ceux des rayons les moins déviés par le champ électrique qui donnent encore une impression au travers du papier noir. Soit o cette déviation, l la longueur du champ, h son intensité, e la charge d'une particule, m sa masse, ç» sa vitesse et d la distance delà plaque à la source; on a la relation (§ lo) : eh nu-' d—- ■1 Cette relation n'est pas ici réalisée très exactement, parce que la direction initiale du rayon est mal définie, et que le champ n'est NATLIIE DES RADIATIONS. 35 pas très uniforme. Elle permet toutefois d'obtenir une valeur approchée de o et par suite du produit — —, les dimensions de l'appareil et l'intensité du champ électrique étant connues. 109 . Rapport de la charge à la masse pour une particule chargée négativement émise par le radium. — L'étude de l'action d'un champ magnétique uniforme sur les rayons [it peut fournir la valeur du rayon de courbure de la trajectoire d'un rayon émis normalement au champ, et par suite la valeur du produit — relatif à ces rayons. L'étude de l'action du champ électrique sur les mêmes rayons peut, ainsi que nous venons de le voir, fournir la valeur du produit Connaissant — et nous pouvons cal- culer les valeurs de — et de p, ainsi qu'on l'avait fait auparavant /?i '■ pour les rayons cathodiques. Les mesures de H. Becquerel ont permis d'obtenir une première valeur approchée du rapport — et de la vitesse ç» pour les rayons [i du radium. La difficulté principale provenait de l'hétérogénéité du faisceau et de l'incertitude relative à la correspondance de la déviation magnétique et de la déviation électrique. Becquerel estima que pour les rayons dont il avait mesuré la déviation élec- trique, le produit HR devait avoir la valeur 1 600 environ. On trouve en ce cas e . . T. -.. ^ ■ cm — = lO' unîtes L.M., çj = i ,6. 10'" m sec Ce résultat complète la série des expériences qui ont établi l'analogie des rayons [j avec les rayons cathodiques, et nous pou- vons d'après cela considérer définitivement les rayons P comme des électrons libres en mouvement. Les rayons |S sont cependant des rayons genre cathodique d'une vitesse particulièrement grande. On sait, en effet, que les rayons cathodiques des tubes de Crookes ont des vitesses comprises entre lo'-* et 10'" -^- La vitesse des rayons |j du radium est plus élevée, et nous verrons que pour cer- tains rayons elle se rapproche beaucoup de la vitesse de la lumière. Le pouvoir pénétrant de rayons genre cathodique croît d'ailleurs très rapidement avec la vitesse, et c'est ainsi que s'explique le 36 CIIAI'ITRE IX. grand pouvoir pénétrant des rayons ^ii, comparé à celui très faible des rayons cathodiques. On peut se demander par quel procédé un électron contenu dans la matière peut acquérir une vitesse aussi grande^ et il semble probable que la vitesse n'est pas acquise au moment de l'expulsion^ mais que les électrons faisant partie des atomes possèdent un mouvement de rotation ou d'oscillation très rapide^ et qu'ils conservent leur vitesse quand ils se trouvent accidentellement expulsés de l'atome. M. Kaufmann a effectué des expériences précises en vue de mesurer le rapport — pour les rayons ,3 du radium ( ' ). Ce travail avait pour but de contrôler les prévisions des théories modernes du mouvement d'une particule électrisée; d'après ces théories la masse d'une telle particule n'est pas une constante^ mais une fonc- tion croissante de la vitesse [i^oir § 21). On pouvait espérer véri- fier cette conclusion en étudiant les rayons [i dont la vitesse est très grande. M. Kaufmann a soumis un faisceau très étroit de rayons du radium à l'action simultanée d'un champ électrique et d'un champ magnétique^ les deux champs étant uniformes et ayant une même direction_, normale à la direction primitive du faisceau. L'impression produite sur une plaque normale au faisceau primitif et placée au delà des limites du champ par rapport à la source, prend la forme d'une courbe dont chaque point correspond à l'un des rayons du faisceau primitif hétérogène. Les rayons les plus pénétrants et les moins déviables sont d'ailleurs ceux dont la vitesse est la plus grande. Il résulte de ces expériences que_, pour les rayons du radium dont la vitesse est notablement supérieure à celle des rayons catho- diques, le rapport — va en diminuant quand la vitesse augmente. Voici comment était disposée l'expérience. La source radiante est un très petit grain de sel de radium placé en C au fond d'un vase de laiton {fig. loi). Les rayons émis passent entre deux pla- teaux parallèles, très rapprochés, formant condensateur (distance des plateaux i""", a) et placés verticalement au-dessus de la source. A la sortie du condensateur les rayons passent par un trou de o ',2 de diamètre pratiqué dans le diaphragme D, et poursuivent (') Kaukmann, yl/i/i. d. Physi/,', njo'i. NATURE DES RADIATIONS. J7 leur chemin jusqu'à la plaque photographique E enveloppée d'une feuille d'aluminium mince. Un champ électrique constant est établi entre les plateaux du condensateur. Le vase est placé entre les pôles d'un aimant qui Fig. loi. produit dans toute la région occupée par le vase un champ uni- forme et parallèle au champ électrique. On fait un très bon vide dans le vase pour pouvoir établir un champ électrique intense, et pour éviter la diffusion des rayons par l'air. Le sel doit être sec pour éviter autant que possible le dégagement d'émanation. Les dis- tances entre la source et le diaphragme^ d'une part^ le diaphragme et la plaque d'autre part^ n'étaient que de a"" environ^ et la diffé- rence de potentiel entre les plateaux était 2000 à 5ooo volts. En l'absence de champ magnétique et de champ électrique^ la 38 CIIAPITUE IX. source ponctuelle 0 et l'ouverture O' déterminent un faisceau rectiligne étroit qui marque sa trace au point P de la plaque {flg. 102). Quand les champs sont établis suivant Oy, chacun des rayons du faisceau hétérogène suit une trajectoire différente. En vertu de l'action du champ magnétique seul, un rayon tend à être dévié suivant la direction Oz dans le plan Oxz; en vertu de l'action du champ électrique seul, un rayon serait dévié sui- vant la direction Oy dans le plan Oxy. Par l'action simultanée des deux champs^ le rayon décrit une courbe plus complexe et vient frapper la plaque en un point M dont les coordonnées z et y dans le plan de la plaque, par rapport à l'origine P et à des axes parallèles à Oz et Ot/, se nomment déviation magnétique et dévia- tion électrique du rayon. L'ensemble des points obtenus pour les divers rayons forme une courbe continue, et par renversement du champ électrique on obtient la courbe symétrique de la précédente par rapport à la direction Oz. Il est facile de calculer la valeur de ;; et ]de y quand les déviations sont faibles; on peut, en effet, admettre, en ce cas, qu'elles sont indépendantes l'une de l'autre. Admettons de plus que chacun des champs soit uniforme. En vertu de l'action du champ magné- NATIRK DES RADIATIONS. 89 tique seul^ la trajectoire du rayon serait un arc de cercle passant par les points 0 et 0' et ayant un rayon R tel que l'on ait HR = —, H étant la valeur du champ {jig. io3, I). On a, de plus^ en dési- Fig. io3. P P__ I II gnant les distances OP et 00' par d et l, la relation géométrique approchée d(d—l) d'où ■i\\ (d—l). mv i. Si le champ n'est pas absolument uniforme sur toute la longueur du parcours^ on peut faire un calcul plus complet qui conduit à la relation - = -^ M, niv M étant une quantité qui peut être calculée, quand on connaît les dimensions de l'appareil et la valeur du champ magnétique en chaque point de la trajectoire. La déviation électrique y, étant très petite^ peut être calculée en supposant que la vitesse reste normale au champ et que, par suite, le déplacement o que subit dans la direction du champ la parti- cule^ est donné pour un temps t par l'expression m 1 qO CHAI'ITRK IX. OÙ h est l'* valeur du champ supposé uniforme^ et — raccélération du mouvement. Si l'on désigne par l' la longueur du champ, on obtient //H'- 2 Dans la région KL occupée par le champ {fig. io3, II), la tra- jectoire est un arc de parabole ayant comme axe la perpendi- culaire élevée au milieu de KL qui coïncide avec le milieu de 00'. En dehors de cette région la trajectoire est constituée par les deux portions rectilignes des tangentes aux deux extrémités de cet arc de parabole ; la première de ces tangentes passe par le point 0, la deuxième passe par le point 0' et forme le trajet final du rayon jusqu'à la plaque photographique. La relation géométrique conduit à la formule eh l , , y = r -id— l ). Si l'on tient compte de ce que le champ électrique ne passe pas brusquement de la valeur o à la valeur h aux limites du conden- sateur, on obtient une formule de la forme eh ,, N étant une quantité cjui peut être calculée quand on connaît la loi de variation du champ le long de la distance 00 . Les valeurs de z et de î/ obtenues par ce procédé sont encore susceptible ; d'une correction résultant de ce que les actions des deux champs ne sont pas indépendantes, mais simultanées, et de ce que la déviation magnétique n'est pas assez petite pour que le calcul approché, indiqué plus haut, soit applicable avec une exactitude suffisante. En désignant par z et y' les valeurs corrigées de z et de y, on aura les relations d'( inv rtn>- NATLUE DKS RADIATIONS. 4l OÙ u désigne la vitesse de la lumière et p le rapport — de la vitesse d'un rayon ,3 à celle de la lumière. La courbe obtenue par l'expérience est représentée dans la figure 3, planche IV. Cette courbe correspond à une certaine relation entre z et y', c'est-à-dire entre — et r. Si la vitesse de tous les rayons était la même^ chaque branche serait une droite; cette condition n'est pas réalisée ainsi qu'on le savait précédemment. Si le rapport — était le même pour tous les rayons, chaque branche de courbe serait un arc de parabole admettant le point P comme sommet et la ligne P;: comme tangente au sommet. Cette condition non plus n'est pas réalisée; le rapport'—» au lieu de tendre vers o avec z , tend vers une valeur différente de o. Il est ainsi prouvé que le rapport — va en diminuant avec la déviation du ravon et tend vers o en même temps que celle-ci. Voici les valeurs de — et de o qui se correspondent d'après les mesures de M. Kaufmann. e . , — unîtes p. cleclro-magnétiques. 0,94 o,63 .10'' 0,91 0,77 » 0,86 0)97-' " o,83 1,17» 0,79 i,3r » 0,72 1,49 » 0,59 I ,68 )' Le nombre obtenu avec les rayons cathodiques est — =1.87.10' pour 0 := 0,2 (Simon) m ' ' et plus récemment — =1,77 pour p = 0,06 environ (Glassen). m ' On peut d'ailleurs remarquer que, dans des mesures faites sur les rayons cathodiques de grande vitesse (jusqu'à p = o,5), on 42 CHAPITRE IX. a pu observer une diminution du rapport — ( ' ). Sur les clichés de M. Kaufmann on peut encore observer des rayons ^ qui corres- pondent à p= 0,48. Il ne semble donc pas exister de disconti- nuité de vitesse entre les rayons cathodiques et les rayons ^i. La vitesse pour laquelle p^ o,5 correspond, pour les rayons catho- diques, à un voltage de production très élevé (voisin de 100000 volts). Les expériences de M. Kaufmann nous apprennent qu'il existe des rayons ^3 dont la vitesse est très voisine de celle de la lumière ( p ]> o, 9 ). Si nous admettons que chaque électron porte la même charge qui est la charge élémentaire^ nous pouvons conclure que la masse d'un électron est une fonction croissante de sa vitesse. Ce résultat avait été prévu par la théorie du mouvement d'une par- ticule électrisée {i>oir § 21). La forme de la |f onction dépend de certaines hypothèses faites sur rélectron_, mais dans tous les cas la masse est considérée comme ayant une origine uniquement électromagnétique; dans tous les cas aussi la masse a une valeur limite rrio pour les vitesses faibles et tend vers l'infini quand la vitesse tend vers la vitesse de la lumière. Rappelons les formules les plus importantes qui donnent la valeur de la masse transver- sale^ c'est-à-dire relative à une accélération dirigée à angle droit du mouvement. On a m = niQ 9(p). D'après la formule de M. Abraham relative à un électron sphé- rique rigide portant une charge superficielle uniforme et ayant un rayon a, , . 3i/i — c2 I-+-P \ 2e^ 9(?)=7—,\ ^ LoSe ■ • et mo= r, —• 4 p \ '-^ ? I — p / ^ « D'après la formule de M. Lorentz relative à un électron défor- mable qui éprouve une contraction dans le sens du mouvement, ?(?) = (i — p-)"^ et mo=-—; (') Starke, Deutsch. Phys. Ges.^ 1903 ; IIupka, Deutsch. Phys. Ces., 1909. NATURE DES RADIATIONS. 43 dans les deux cas e est mesuré en unités électromagnétiques abso- lues et la valeur de ??io est la même. M. Kaufmann a constaté en premier lieu un accord général très bon de ses expériences avec la formule de M. Abraham^ ce qui entraînait la conclusion que la masse est d'origine purement élec- tromagnétique ; l'importance de cette manière de voir au point de vue de la mécanique a déjà été signalée. Il a de plus étudié l'interprétation de ses expériences au point de vue d'un choix entre les formules de M. Abraham et de M. Lorentz. Les courbes qui correspondent aux deux formules ne peuvent être distinguées que dans les régions qui correspondent aux vitesses les plus faibles. M. Kaufmann considérait que seule la formule de M. Abraham est compatible avec ses expériences, et que celle de M. Lorentz ne l'est pas. La solution de cette question présente d'ailleurs une grande importance. On sait^ en efïet^ que la formule de M. Lorentz est aussi celle à laquelle on aboutit quand on adopte la théorie dite de relativité. Dans un travail plus récent M. Bucherer ( ' ) est arrivé à des résul- tats expérimentaux^ lesquels, à l'encontre de ceux de M. Kaufmann, sont favorables à la théorie de M. Lorentz. Un grain de sel de radium est placé en 0 au centre d'un condensateur plan formé par deux disques de 8*^^'" de diamètre, distants de o™'%25 seule- ment (/ïg. io4). Le champ magnétique H est parallèle aux plateaux du condensateur. Seuls peuvent sortir du condensateur les rayons qui conservent une direction parallèle aux plateaux; ces rayons sont ceux qui ont été émis parallèlement aux plateaux, et pour lesquels l'action du champ magnétique compense exactement celle du champ électrique; la condition nécessaire pour la com- pensation est donnée par l'égalité Hef sin a = eh, H étant la valeur du champ magnétique, h celle du champ élec- trique, e la charge de la particule, v sa vitesse, et a l'angle de la vitesse initiale avec le champ magnétique. Les rayons sortis du condensateur subissent encore en dehors (') BucHKRER, Phys. Zeit., 1908. 44 CIIAPITIIE IX. de celui-ci une déviation par le champ magnétique seul_, et viennent impressionner une pellicule photographique P qui forme la surface latérale d'un cylindre circulaire droit^ ayant son centre au centre 0 du condensateur^ son axe normal aux plateaux^ et un diamètre de 1 6"". Les rayons d'une certaine vitesse ne peuvent sortir du con- densateur que suivant une direction déterminée^ et l'impression ra- diographique permet de calculer les valeurs de — qui correspondent aux valeurs de i>. On calcule ensuite les valeurs de — qui se déduisent des valeurs de — par l'emploi des formules théoriques. On constate que le rapport — fourni par la formule de M. Lorentz offre une con- stance très remarquable quand p varie entre 0,82 et 0,6g environ; ce rapport reste compris entre T,6f)5 et 1,-06. Quand on emploie la formule de M. Abraham, la concordance est moins bonne. La valeur déduite de ces expériences pour — est i,-3.io' unités E. M. après correction relative à l'effet des bords du con- densateur. Cette valeur n'est pas très éloignée de celle 1,773. 10' obtenue récemment par M. Classen ( ' ). Une nouvelle confirmation de la formule de M. Lorentz a été apportée par des expériences faites sur les rayons cathodiques (') Classen, l'hys. Zcit., lyoS. .NATIUE DES KADIATIONS. A3 de grande vitesse, produits dans le vide parfait au moyen d'une cathode éclairée par la lumière ultraviolette, et accélérés par l'action d'un champ électrique intense ('). Considérons un électron, en repos ou en mouvement lent, con- stitué par une sphère de rayon a portant une charge superficielle e à distribution uniforme. On aura pour cet électron •i e a = - — e. 6 nio On trouve pour a une valeur de l'ordre de i"",4-i*J^' ' centimètre et l'on a ainsi une confirmation de l'hypothèse que le diamètre d'un électron est extrêmement petit par rapport à celui d'un atome. 110. Distribution des rayons ,i du radium entre différentes vitesses. — La composition du rayonnement j a été étudiée par M. Paschen (-) au moyen du dispositif suivant {fîg. io5). Un Fig. io5. tube de verre mince petit et étroit contenant i5"'^ de bromure de radium était placé suivant l'axe d'un système d'ailettes de plomb rectangulaires, disposées comme les sections par l'axe d'un cylindre circulaire droit de a""™ de diamètre et de 2*""'^ 2 de longueur. Les rayons qui sortent du tube passent entre les ailettes et sont absorbés (') HuPKA, Deiitsch Phys. Ces., 1909. (-) Paschen, Ann. cl. Phys., 1904. 46 CHAPITRE IX. par un cylindre de plomb^ extérieur au système d'ailettes et ayant même axe; le diamètre du cylindre A est égal à o"",! et l'épaisseur de sa paroi est de 5""",;'); ce cylindre est très bien isolé et muni d'un électroscope^ tandis que les ailettes et le tube à radium sont reliés au sol. L'appareil entier est placé dans un récipient en verre, dans lequel on fait un très bon vide. Un champ magnétique uniforme, parallèle à l'axe du tube, peut être établi dans toute la région occupée par le cylindre extérieur. En l'absence du champ magnétique le cylindre A reçoit par unité de temps une charge que l'on peut mesurer en observant le mouvement de l'électroscope quand celui-ci est chargé alterna- tivement à un potentiel positif ou négatif; ce procédé de mesures permet d'éliminer l'effet de l'ionisation résiduelle du gaz. Quand le champ magnétique est établi, les rayons [5 s'incurvent et certains d'entre eux sont absorbés par les ailettes. On peut construire la courbe {fig. io(), I) qui représente la charge q des rayons ,3 reçus Fig. io6. V \ l\ \ "^ k w ^^ \ i r _ 20D0 4000 BBOO dlffitl 10000 IZûSO Intensité du champ en unités CGS par le cylindre en fonction du champ H; on peut aussi construire la courbe {fig. loC), II) qui représente la valeur de -^, c'est-à-dire la proportion de rayons supprimés pour une augmentation de champ donnée; la vitesse de ces rayons peut être calculée quand on connaît les dimensions de l'appareil et l'intensité du champ. On a ainsi la proportion de rayons d'une vitesse donnée. Il faut cependant remarquer que les rayons les plus absorbables étaient arrêtés par le verre du tube à radium dont l'épaisseur était égale NATUIIE DES BADIATIONS. 47 à o"""^5. D'après M. Paschen les rayons ,5 observés par M. Kaufmann et dont les vitesses sont comprises entre 2, 12. 10'" et 2,90. 10'" — se trouvent complètement déviés pour les champs compris entre 18^5 et .i[)ii unités. L'effet du champ étant encore parfaitement appréciable pour H = -000 unités^ le radium doit émettre des rayons |j encore plus rapides que ceux signalés par M. Kaufmann. Le groupe de rayons déviés pour H <^iooo correspond à des rayons dont la vitesse est comparable à celle des rayons cathodiques. Ces rayons, s'ils étaient émis par le radium, pourraient produire une ionisation relativement intense dans le voisinage immédiat de la substance active^ car on sait que le pouvoir ionisant des rayons cathodiques est considérable^ et que le pouvoir ionisant des électrons plus rapides que les rayons cathodiques décroît quand la vitesse aug- mente. Toutefois les rayons lents observés par M. Paschen ne peuvent provenir directement du radium, parce qu'ils n'auraient pas pu traverser o""'\5 de verre; ce ne peuvent être que des rayons secondaires émis sur la face de sortie du verre ou sur les ailettes par l'action des rayons ^3 et y du radium, ou encore des rayons [i du radium qui auraient éprouvé une grande diminution de vitesse en traversant le verre. La charge qui est encore reçue par le cylindre pour les valeurs les plus fortes du champ_, a été attribuée par M. Paschen aux rayons -'. Cette charge est très faible, et son origine ne peut être établie facilement. Cependant il semble plus probable qu'elle est due à des rayons secondaires produits par les rayons y et non aux rayons y eux-mêmes [i^oir § 140). Le rayonnement [îi du radium se présente comme ayant une composition compliquée, et il n'est pas exclu que ce rayonne- ment ne puisse être composé de certains groupes de rayons émis de préférence avec des vitesses déterminées. 1 11 . Action du champ magnétique sur les rayons des autres substances radioactives. — L'action du champ magnétique sur les rayons [j n'a encore été étudiée pour aucune substance aussi complètement que pour le radium. Les dispositifs expérimentaux employés sont les mêmes que ceux qui ont été décrits pour les rayons dn p radium. 48 CIIAI'ITIIK I\. La présence de rayons facilement déviés par le champ dans le rayonnement de l'actinium a été observée par M. Debierne qui a trouvé en même temps que le rayonnement est très sensiblement homogène ( ' ). Sur les épreuves qui mettent en évidence la dévia- tion d'un faisceau de rayons étroits dans un champ magnétique, on n'aperçoit pas de dispersion notable du faisceau. H. Becquerel a fait des expériences avec l'uranium par la mé- thode radiographique^ et après un temps dépose très long ( /[o jours) il a pu obtenir la trace du faisceau dévié (-). Une épreuve de ce genre est représentée dans la figure 4? planche IV. Le faisceau dévié est seul visible sur le cliché^ le faisceau de rayons peu sen- sibles à l'action du champ n'ayant jamais donné d'impression sur la plaque dans le cas de l'uranium. Le faisceau dévié semble homo- gène et ne présente pas de dispersion appréciable. La région du maximum d'impression est assez nette et permet une mesure de la déviabilité des rayons. Becquerel trouva pour le produit RH la valeur 1800, d'où il résulte que les rayons [i de l'uranium ont une vitesse comparable à celle des rayons pénétrants du radium pour lesquels ^ = i , () . i o "^ — • ^ sec Becquerel a obtenu de môme svir un cliché les faisceaux de rayons a et [it du thorium séparés par l'action du champ magnétique. L'im- pression est très faible et n'a pu être étudiée en détail. L'action du champ magnétique sur le rayonnement du thorium avait été antérieurement observée par MM. Rutherford et Grier par la méthode électrique. Une détermination de la déviation magnétique des rayons ,3 de l'uranium a été faite par M. Schmidt par une méthode électrique ( ' ). La source radiante était constituée par de l'uranium X; les rayons étaient assujettis à passer par un diaphragme constitué par trois plaques de laiton percées de fentes {fig. 10-) égales entre elles. Les plaques étaient assemblées de telle manière que les fentes se trouvaient parallèles^ et que leurs centres étaient sur une circonférence de rayon ;->'"', 2 située dans un plan normal à leur direction et oriente verticalement. Sur la plaque supérieure hori- (') Di;nn:nNE, Comptes rendus, igoo. (^) liiîCQUEREL, Comptes rendus, 1902. (') H.-W. Schmidt, Phys. Zeit., lyog. ^'ATURE DES RADIATIONS. 49 zontale la substance active était placée en S en face de la fente; le champ magnétique était parallèle à la direction des fentes. Pour une intensité convenable du champ, les rayons issus de la source verticalement vers le bas décrivaient une trajectoire circulaire de rayon 2"", 2, passaient par les deux fentes inférieures et sortaient Fig. 107. par la plaque verticale. L'intensité du rayonnement émergent était mesurée au moyen d'un électroscope qui recueillait les rayons à leur sortie. On cherchait la valeur que devait avoir le champ magnétique pour que l'effet sur l'électroscope fût maximum. L'expérience était délicate parce que l'intensité du rayonnement était faible. La valeur de H qui correspond au maximum a été trouvée égale à 1870. En se servant de la relation de M. Lorentz <^ ^' , , -| — = (l — p2) 2 m /no et de la valeur ^ = 1,70. 10" unités électromagnétiques^ pour les rayons [j de l'uranium ..cm V = 2.7b. lo'" j sec 6 — = 0,67. 10" unilés électromagnétiques. m La valeur de v ainsi obtenue est notablement supérieure à celle indiquée par Becquerel. La même méthode a été appliquée par M. Schmidt à l'étude de la déviation magnétique des rayons ^ du radioplomb ( ' ). Les (') H.-^Y. Schmidt, P/iys. Zeit., 1907. C. - II. 5o CHAPITRE IX. résultats obtenus ont été les suivants : V = 2,3l . lO'" 5 sec — = 1,08.10" E. M. m MM. Halin et Bayer (') ont examiné l'action du champ magné- tique sur les rayons [j émis par les substances dérivées du thorium. Le dispositif expérimental utilisé était analogue à celui qui avait servi antérieurement pour l'étude des rayons a et qui est représenté dans la figure 117. On donnait à la source active une forme linéaire; au-dessus de la source et à 2"'" de celle-ci se trouvait un écran percé d'une fente étroite parallèle à la source; à 2'''", 5 de la fente on plaçait une plaque photographique normale au plan passant par la source et la fente. L'expérience était faite dans le vide. Un chamjî magnétique de direction parallèle à la source se trouvait établi dans toute la région traversée par les rayons. En l'absence du champ l'impression obtenue est une bande étroite. En présence d'un champ magnétique faible (environ 100 gauss)^ on peut obtenir une bande non déviée due à l'action des rayons a et des bandes moins nettes mais parfaitement séparées formant un spectre magnétique discontinu^ attribuable aux rayons [j. On constate ainsi l'émission de trois groupes de rayons [ii appartenant respectivement au tho- rium X et aux deux constituants du dépôt actif^ thorium A et thorium D [i'oir Chapitre XIV). Le rayonnement du mésothorium donne lieu à vm spectre complexe^ formé de plusieurs groupes. Ces résultats sont en accord avec les conclusions qui avaient été déduites antérieurement de l'étude de l'absorption du rayonne- ment (§ Mi). On doit à Becquerel quelques expériences faites par la méthode radiographique dans le but de s'assurer si la trajectoire d'un fais- ceau de rayons [j dans un champ magnétique peut dépendre de la pression du gaz dans lequel a lieu la propagation du faisceau. Les expériences n'ont pas montré de différence entre les clichés obtenus dans l'air à la pression atmosphérique et ceux obtenus dans un vide aussi bon que possible. Les rayons utilisés étaient des (') ll.viix et n.vKYKn, Phys. Zeil., 1910. NATURE DES RADIATIONS. 5l rayons de grande vitesse. Il est néanmoins utile d'opérer dans le vide i^our éviter la dispersion des rayons. ll!^. Passage des rayons |5 au travers de la matière. — Les rayons j sont capables de traverser toute espèce de matière, mais en la traversant ils éprouvent une absorption qui dépend de l'épais- seur et de la nature de l'écran absorbant. La particule ^j étant considérée comme un électron en mouve- ment;, on peut se demander comment cette particule se comporte en traversant la matière composée d'atomes, lesquels sont consi- dérés eux-mêmes comine des assemblages de particules chargées dont certaines sont des électrons. On peut imaginer qu'une parti- cule ^j pourra pénétrer dans un atome et s'y trouver arrêtée^ ce serait là une véritable absorption; ou bien elle sera déviée de son trajet primitif par l'action des forces de nature électromagnétique exercées sur elle par un atome qu'elle traverse ou à côté duquel elle passe; elle pourra aussi traverser l'atome sans absorption et sans déviation appréciable; en traversant un atome ou en passant dans son voisinage immédiat, elle pourra déterminer dans l'atome une perturbation qui aura pour effet de détacher un électron de l'atome; il y aura en ce cas formation d'ions, et si un électron est émis avec une grande vitesse, il constituera un rayon p secondaire. On voit que le passage des rayons [j au travers de la matière se pré- sente comme un phénomène dont la nature est a priori très com- pliquée. L'expérience a montré que ce phénomène n'est effective- ment pas simple, et que tous les effets prévus précédemment sont probablement de nature à pouvoir se produire. Considérons un faisceau étroit de rayons |3 constitué primitive- ment par des rayons parallèles; quand ce faisceau traverse un écran, certains des rayons qui le composent peuvent être déviés plus ou moins de leur trajet; on dit en ce cas qu'il y a dispersion ou diffusion du faisceau. Plus cette dispersion est importante, plus le trajet effectué par les rayons déviés à l'intérieur de la matière peut se trouver allongé, et en même temps augmente la probabilité pour qu'une particule déviée reste absorbée dans l'écran. La dis- persion a donc pour effet de favoriser l'absorption. Une question qui se présente encore est celle d'un changement possible de la vitesse des rayons lors du passage dans la matière. 52 CHAPITRE IX. Les rayons peuvent éprouver pendant ce passage une perte d'éner- gie. Si, par exemple, les rayons traversent un gaz, leur énergie est en partie utilisée pour produire l'ionisation des molécules rencon- trées ; de même une perte d'énergie peut être entraînée par des phé- nomènes analogues, résultant de la rencontre des rayons ,j avec les molécules d'un corps solide ou liquide. La perte d'énergie pourra se traduire soit par l'arrêt complet, soit seulement par une dimi- nution de vitesse des rayons. Les rayons [i sont analogues aux rayons cathodiques, mais en raison de leur vitesse plus grande ils sont beaucoup plus pénétrants que ces derniers. Les rayons cathodiques des tubes de Crookes ne peuvent traverser que des écrans très minces (écrans d'aluminium jusqu'à o""",oi d'épaisseur). Un faisceau de rayons qui arrive normalement sur l'écran est diffusé dans tous les sens, mais la diffusion est d'autant moins importante que l'écran est plus mince, et pour des écrans très minces il existe un faisceau sortant qui est sensiblement le prolongement du faisceau incident ( ' ). Les rayons cathodiques éprouvent un changement de vitesse par suite du pas- sage des écrans; quand un faisceau étroit de rayons homogènes est soumis à l'action d'un champ magnétique après avoir traversé un écran d'aluminium, on constate dans le faisceau la présence d'un ensemble de rayons inégalement déviés, dont les vitesses ont pour limite supérieure la vitesse du faisceau primitif homogène (-). Les rayons [i ayant une vitesse plus grande que celle des rayons cathodiques, traversent la matière plus facilement que ces der- niers. Dans les expériences de P. Curie ils étaient observés dans l'air à la pression atmosphérique à une distance de i'", 5" de la source, tandis que les rayons cathodiques sont absorbés par quelques millimètres d'air. Le rayonnement du radium transmis par une lame mince de plomb contient encore une forte proportion de rayons [i (■''). Le mode de propagation d'un faisceau de rayons [j du radium au travers de la matière a été mis en évidence par H. Becquerel dans des expériences très intéressantes faites par la méthode (') Des Coudhes, Phys. Zeit., 1902. (^) Leithauseiî, Acacl. Berlin, 1902. (') M. Curie, Tlièse de Doclorat, Paris, 1903. NATURE DES RADIATIONS. radiographique ( ' ). Le dispositif expérimental permettait d'isoler des rayons [ii simples [ç>0Lr § 106). Des écrans de nature et d'épais- seur variable pouvaient être posés sur la série d'ouvertures qui laissaient passer les rayons simples de vitesse différente. On con- state que le faisceau transmis est d'autant plus pur et conserve d'autant mieux sa trajectoire^ que la vitesse du rayon est plus grande et que l'épaisseur de l'écran est plus faible. Un faisceau primitivement étroit qui a été fortement diffusé par un écran^ pré- sente à la sortie l'aspect d'une houppe diffuse qui ne se prolonge guère au delà de l'écran. Pour un faisceau qui n'a pas éprouvé de diffusion appréciable, on constate, au contraire^ très clairement la conservation de la courbure de la trajectoire. D'après les expériences de H. Becquerel les rayons j^ très forte- ment déviables du radium (ceux dont la vitesse est relativement faible) sont fortement diffusés par un écran d'aluminium de o™'", i d'épaisseur; mais les rayons pénétrants et peu déviables (rayons de grande vitesse; RH^ •jaôo) traversent ce même écran sans diffusion sensible^ et sans que le faisceau qu'ils constituent soit déformé, et cela quelle que soit l'inclinaison de l'écran par rapport au faisceau. Plus l'écran est épais et plus sa matière est absorbante, plus le faisceau déviable primitif est altéré, parce que, à mesure que l'épaisseur de l'écran croît, la diffusion commence à se faire sentir sur de nouveaux groupes de rayons de plus en plus péné- trants. Dans certaines expériences de H. Becquerel, les rayons qui sortaient des ouvertures du cylindre extérieur, pénétraient dans une couche de paraffine recouvrant ce cylindre et s'étendant au contact de la plaque photographique; le trajet des rayons se trouvait alors photographié dans la paraffine. Quand la couche de paraffine avait 2""" d'épaisseur, les rayons les plus rapides traversaient cette couche avec un affaiblissement considérable, mais en conservant la courbure de leur trajectoire, tandis que les rayons moins rapides étaient absorbés. Quand la couche de paraffine avait 8""" d'épais- seur, les rayons rapides ne la traversaient plus et s'arrêtaient à une profondeur de 2""" environ; les rayons moins rapides péné- traient d'autant plus loin que leur vitesse était plus grande et s'arrêtaient brusquement; le point d'arrêt est marqué par un (') Becquerel. Comptes rendus, 1901. 54 CHAPITRE IX. maximum d'impression. Les clichés qui représentent ces expé- riences sont reproduits dans les planches IV et V. La figure i, planche V est relative à l'absorption par l'aluminium (épais- seur o'"'", I ) et la figure 5_, planche IV^ à l'absorption par la paraffine sous une épaisseur de 2""". L'air produit sur les rayons [i du radium une diffusion qui est très sensible pour les rayons fortement déviables, mais qui est cependant bien moins importante que celle qui est due à des épaisseurs égales de matières solides traversées. C'est pourquoi les rayons [j du radium se propagent dans l'air à de grandes dis- tances. Des expériences quantitatives sur la diffusion des rayons p seront décrites dans la suite de ce Chapitre. 113. Mesure du pouvoir pénétrant des rayons 3. Loi expo- nentielle. — L'absorption des rayons [i par la matière peut être évaluée de deux manières différentes. La première méthode con- siste à mesurer l'ionisation produite dans un condensateur quand la matière active est recouverte par des écrans de nature et d'épais- seur variable. L'ionisation obtenue dépend non seulement du nombre des particules [i qui entrent dans la chambre d'ionisation, mais aussi du nombre d'ions qu'une particule peut produire par unité de longueur de son trajet, et de la longueur du trajet. Le pou- voir ionisant d'une particule \i est d'ailleurs une fonction très peu connue de sa vitesse et décroît quand celle-ci augmente. L'inter- prétation des expériences de ce genre ne peut donc se présenter d'une manière simple. En revanche la méthode est très sensible et peut s'appliquer à l'étude de rayonnements très faibles. La deuxième méthode consiste à mesurer la charge des rayons [3 et permet, par conséquent^ de déterminer le nombre de ces parti- cules; elle nous fournit des conclusions très simples^ mais elle ne peut s'appliquer qu'aux sources radioactives relativement intenses. Quand on étudie l'absorption par la matière d'une radiation homogène telle que la lumière simple^ on suppose généralement qu'un faisceau de rayons parallèles rencontre normalement une lame à faces parallèles. La diminution de l'intensité ^ du faisceau sur une épaisseur dx de matière traversée est considérée comme propor- tionnelle à dx, à l'intensité, et à un coefficient ijl caractérisant la NATIRE DES RADIATIONS. 55 matière et nommé coefficient cV absorption. On a, par suite, d^ = — [JL '3 dx, (3o étant l'intensité initiale. D'après cette loi l'intensité diminue en progression géomé- trique, quand l'épaisseur traversée croît en progression arithmé- tique. En particulier l'intensité diminue de moitié sur une épais- seur L telle que Iog2 ij. loge où e est la base des logarithmes naturels et log le logarithme vul- gaire. Si un rayonnement est composé d'un certain nombre de radiations homogènes de même nature qui sont toutes absorbées suivant une loi analogue_, on aura pour l'intensité -3 de ce rayonnement ,3 = -3ie-;J-.^ + -3,e-!^^^-4-..., 5(, '3o, . . . étant les intensités initiales des divers groupes de rayons, U|^ 'x.,, ... les coefficients d'absorption des rayons des divers groupes. Ainsi pour une radiation homogène on obtient une loi exponen- tielle simple; pour un ensemble de radiations on obtient une loi plus complexe qui tend vers une exponentielle simple^ celle qui corres- pond à la valeur minimum de 'J., quand croît l'épaisseur de matière traversée. On peut imaginer qu'un faisceau de rayons parallèles de nature corpusculaire se trouve absorbé par un écran normal à sa direction suivant une loi exponentielle simple^ caractérisée par le coeffi- cient [X, chaque corpuscule conservant une direction du mouvement invariable et subissant un arrêt complet après un parcours qui peut varier d'un corpuscule à l'autre. On pourra définir^ en ce cas^ un parcours moyen des corpuscules étudiés ; un raisonnement semblable à celui qui a été utilisé pour établir la relation entre la constante radioactive et la vie moyenne (§91) montre que ce parcours moyen est égal à — • En ce qui concerne l'étude du pouvoir pénétrant des rayons [i, 56 ciiAPirni: ix. il ne faut pas perdre de vue que l'on n'aura pas en général un faisceau de rayons normaux à l'écran. Môme si un tel faisceau a été réalisé_, au moyen de diaphragmes convenables^ il ne conserve pas sa forme primitive, et subit une diffusion en traversant les écrans absorbants. Les rayons qui pénètrent dans l'appareil de mesure sont ceux qui n'ont été ni arrêtés dans la matière ni com- plètement détournés de leur trajet. Dans ces conditions l'applica- tion du calcul précédent ne résulte d'aucune interprétation simple des phénomènes. Quand on veut mesurer l'intensité des rayons Ti^ il faut prendre soin d'exclure l'effet des rayons a qui peuvent être également émis par la source. Dans ce but on recouvre la source d'un écran d'alumi- nium d'épaisseur convenable (environ o"""^o.5)^ mais on supprime ainsi en même temps certains rayons [i très absorbables. Une petite proportion de rayons y accompagne généralement les rayons [i; leur effet est relativement faible, et l'on peut en tenir compte. Voici des exemples de divers dispositifs de mesures employés pour l'étude de l'absorption par le moyen de l'ionisation produite dans le gaz traversé par le rayonnement. La chambre d'ionisation peut être un condensateur à plateaux horizontaux; le plateau inférieur porte la matière active sur laquelle on pose les écrans. On peut aussi employer un condensateur à plateaux verticaux sous lequel on place la substance. Le plateau qui porte la matière peut aussi être fixé sur un électroscope et entouré d'un vase formant chambre d'ionisation. Enfin la matière peut agir de l'exté- rieur sur la cage d'un électroscope ou sur une chambre d'ionisation, dont le fond est constitué par une feuille d'aluminium mince. Quand on mesure la charge des rayons ^i, on les laisse péné- trer au travers de l'écran absorbant dans un vase vide d'air, où ils sont absorbés par une électrode métallique réunie à un électro- mètre. Dans tous les cas on doit prendre en considération la cause d'erreur qui consiste en une production possible de rayons secon- daires. lli. Loi d'absorption des rayons % — Bien que l'application d'une loi exponentielle à l'absorption d'un rayonnement Ti par la matière ne semble pas susceptible d'une interprétation simple, X.VTLRK UliS RADIATIONS. Ô~ une telle loi a néanmoins pu être mise en évidence, avec une assez grande approximation, pour l'absorption des rayons '^ qui se comportent comme homogènes dans un champ magnétique. Les premières expériences à ce point de vue ont été faites par M, Ru- therford sur le rayonnement de l'uranium ( ' ). Ces expériences ont montré que le rayonnement de l'uranium se compose de deux groupes de rayons; quand le premier groupe très absorbable a été supprimé par un écran d'épaisseur convenable, le rayonnement bien plus pénétrant qui subsiste décroît en fonc- tion de l'épaisseur de la matière traversée suivant une loi expo- nentielle simple. Si l'on porte en abscisses l'épaisseur de l'écran, et en ordonnées le logarithme de l'intensité du rayonnement, on obtient une ligne très sensiblement droite dont l'inclinaison permet de calculer le coefficient d'absorption ;j.. On trouve ainsi ■jL = i/, — pour l'aluminium et 'x =122 — pour le plomb. Le pou- » ' cm ^ ' cm '■ voir absorbant d'une matière semble dépendre surtout de sa den- sité et croît avec celle-ci. Ces résultats ont été confirmés par différents expérimentateurs. Les lois d'absorption pour différentes matières sont des lois exponentielles simples; toutefois, pour les métaux lourds, on remarque au début une diminution d'intensité plus rapide que celle qui convient à la loi exponentielle établie ensuite (-). Cette chute initiale peut s'expliquer par la production de rayons secon- daires sur la face de l'écran frappée par les rayons primaires; ces rayons seraient plus absorbables que les rayons primaires et pour- raient traverser les écrans minces seulement. Le même effet serait obtenu par la réflexion diffuse des rayons 3 sur la face d'entrée de l'écran; la perte de rayonnement transmis qui en résulte est rela- tivement plus importante quand l'épaisseur de l'écran est faible. Enfm on sait actuellement qu'en dehors du groupe de rayons [j pénétrants, l'uranium émet aussi un rayonnement très absorbable distinct du rayonnement absorbable principal observé en premier lieu ( ^ ), ( ' ). Ce rayonnement peut être étudié indépendamment ( ') RuTHF.RFORD, Radioactivity . (-) Crûwther, Phil. Mag., 1906. {^) ScHLUNDT et MooRE, PMI. Mog., 1906. (') Hess, Wien. Ber.. 1907. 58 ciiAPiTRi: i\. du rayonnement principal, parce qu'il appartient non à l'uranium lui-même^ mais à l'uranium X avec lequel il peut être séparé. La nature de ce rayonnement a été discutée; il avait été primi- tivement considéré comme un rayonnement a. Mais l'étude de son absorption et de l'action qu'il subit dans un champ magné- tique a prouvé qu'il s'agit de rayons p ( ' )^ (-). La loi d'absorption du rayonnement [i total a été étudiée par M. Schmidt pour l'aluminium. La courbe qui représente le logarithme de l'intensité du rayonnement en fonction du temps indique d'abord une baisse rapide, suivie d'une loi de décroissance plus lente et linéaire. Quand l'épaisseur d'aluminium traversée dépasse o'"'", i, le rayonnement pénétrant subsiste seul, caracté- risé par une loi d'absorption exponentielle; de cette loi on peut déduire les valeurs de ce rayonnement pour des épaisseurs d'alu- minium inférieures à o"""_, i . Si l'on retranche l'intensité du rayon- nement pénétrant, ainsi extrapolée, de l'intensité totale, la différence représente un rayonnement qui est absorbé suivant une loi exponentielle simple avec un coefficient u = 5 1 o. Le rayonnement [j de l'uranium semble donc composé de deux groupes homogènes, et l'ionisation produite après le passage d'une épaisseur x de matière est représentée par une somme de deux exponentielles. L'ionisation relative, due à chaque espèce de rayons, dépend d'ailleurs de la manière dont ces rayons sont uti- lisés dans la chambre d'ionisation. On avait avec le dispositif expé- rimental utilisé : 5 = i6,5(i,8e-5io-»^-i- e-'^ix). D'après les expériences de M. Debierne, les rayons ,3 émis par l'actinium se comportent dans un champ magnétique comme des rayons homogènes. Le passage de ces rayons au travers de la matière a été l'objet d'une étude de M. Godlewski ( * ), qui a trouvé que la loi d'absorption est dans tous les cas une loi exponentielle simple qui se maintient quand le rayonnement varie dans le rap- port de loo à I. Les rayons de l'actinium sont plus absorbables ( ') Levin, Phys. Zeit., 1907. (-) Schmidt, Phys. Zeit., 1909. (■■') Godlewski, P/u7. Mag., 1905. NATURE DES RADIATIONS. DQ que ceux de l'uranium ; leur coefficient d'absorption pour l'alumi- nium est égal à 33. M. Hahn et M''" L. Meitner ont montré l'existence de deux autres groupes de rayons ,3 très absorbables dans le rayonnement de l'actinium ( ' ). L'étude des rayons 3 du radioplomb a été faite par M, Schmidt qui a trouvé que ces rayons se présentent comme sensiblement homogènes (-). La loi d'absorption obtenue n'était cependant pas strictement exponentielle; le coefficient d'absorption pour l'alu- minium^ égal à 4o, augmentait avec l'épaisseur de matière traversée ; toutefois après forte absorption on observe un résidu de rayons beaucoup plus pénétrants. La forme de la courbe représentative de la loi d'absorption varie un peu avec la nature de la matière absorbante, et même avec le dispositif expérimental employé_, par exemple avec la distance des écrans à la source. Cette même observation a été faite par M. Hahn et M"'' L. Meitner ( ^ ), qui ont émis l'opinion qu'une substance radioac- tive simple n'émet qu'une espèce de rayons p caractérisée par une loi d'absorption exponentielle simple. Les écarts de cette loi dépendent d'après ces auteurs de la dispersion du faisceau, et sont d'autant plus grands que les rayons sont plus lents. Les courbes d'absorption pour lesquelles le coefficient d'absorption augmente avec l'épaisseur de matière traversée, peuvent être ramenées à la forme exponentielle pure par un choix convenable des conditions expérimentales, par exemple en éliminant les rayons obliques, en modifiant la distance de la source à la chambre, etc. C'est ainsi qu'en modifiant convenablement le dispositif expéri- mental, on obtient pour les rayons ^ du radioplomb une loi d'absorption exponentielle. Les courbes qui manifestent une décroissance du coefficient d'absorption, quand augmente l'épais- seur de matière, doivent être considérées, au contraire, d'après les mêmes auteurs, comme correspondant réellement à des rayons hété- rogènes, ainsi que cela était admis antérieurement ; et, en ce cas, il y a lieu de chercher à séparer le rayonnement en groupes homogènes, chaque groupe correspondant à une matière radioactive distincte. (') et (^) Haun et L. Meitxer, Phys. Zeit., 1908. (^) H. -W. Schmidt, /'Ay*. Zeit., 1907. 60 CHAPITRE IX. Les rayons (3 du thorium sont très faibles et se comportent comme un rayonnement hétérogène. Ces rayons peuvent être considérés comme formant quelques groupes distincts, dont chacun peut être attribué à l'une des substances radioactives de la série des produits de désintégration du thorium. Deux de ces groupes se montrent homogènes; ils appartiennent à deux con- stituants distincts du dépôt actif du thorium : thorium A et tho- rium D {i'oir Chapitre XIV). Le troisième groupe appartient au mésothorium 2 et semble complexe. Exactement de la même manière_, les trois groupes de rayons jS de l'actinium sont attribuables à trois produits de désintégration différents; deux groupes appartiennent à deux constituants du dépôt actif : actinium A et actinium C; le troisième groupe appartient au radioactinium {^'oir Chapitre XV). Le groupe prin- cipal est celui qui est attribué à l'actinium C. L'absorption des rayons du radium est celle qui se présente avec les apparences les plus complexes. L'étude des rayons du radium au point de vue de leur pouvoir pénétrant a conduit à envisager le rayonnement comme hétérogène. Les expériences de .divers physiciens, notamment de MM. Meyer et von Schweidler ('), montrent clairement que_, si l'on considère l'ensemble du rayon- nement du radium, le pouvoir pénétrant de ce rayonnement augmente avec l'épaisseur de matière traversée, comme cela a lieu pour les rayons de Runtgen. Dans ces expériences, les rayons a interviennent à peine, parce que ces rayons sont pra- tiquement supprimés par des écrans absorbants très minces. Ce qui traverse, ce sont, d'une part, les rayons ^ plus ou moins diffusés, d'autre part, les rayons -'? qui semblent analogues aux rayons de Rimtgen. Voici les résultats de quelques expériences à ce sujet (-). Le radium est enfermé dans une ampoule de verre. Les rayons qui sortent de l'ampoule traversent 3o'^^'" d'air et sont reçus sur une série de plaques de verre d'épaisseur de i""", 3 chacune; la première plaque transmet 49 pour 1 00 du rayonnement qu'elle reçoit, la deuxième transmet 82 pour 100 du rayonnement qu'elle C) .Meyeu et V. Schweidler, Pliys. Zeit., t. I. (-) .M. CuuiE, Thèse de Doctorat. X\TURE DES nADIATlONS. 6l reçoit^ la troisième transmet 85 pour loo du rayonnement qu'elle reçoit. Dans une autre autre série d'expériences, le radium était enfermé dans une ampoule de verre placée à i o*^"' du condensateur qui recevait les rayons. On plaçait sur l'ampoule une série d'écrans de plomb identiques dont chacun avait une épaisseur de o""", i i 5. Le rapport du rayonnement transmis au rayonnement reçu est donné pour chacune des lames successives par la série des nombres suivants : o,4o 0,60 0,79. 0,79 0,89 0,92 0,94 0,9 î 0,97 Pour une série de 3 écrans en plomb dont chacun avait 1""", 5 d'épaisseur, le rapport du rayonnement transmis au rayonnement reçu était donné pour les lames successives par les nombres suivants : 0,09 0,78 0,84 De ces expériences il résulte que, quand l'épaisseur de plomb tra- versée croît de c-'", i à /i,o mm, le pouvoir pénétrant du rayonne- ment va en augmentant. Dans les conditions expérimentales indi- quées, un écran de plomb de i'""\ 8 d'épaisseur transmet 2 pour 1 00 du rayonnement qu'il reçoit; un écran de plomb de 5"", 3 d'épais- seur transmet encore 0,4 pour 100 du rayonnement qu'il reçoit. Une série d'expériences relatives à l'absorption des rayons [j du radium a été publiée par M. Strutt ( ' ) qui a étudié surtout l'absorption des rayons rapides en relation avec la densité de la matière absorbante. Le coefficient d'absorption moyen de ces rayons pénétrants pour l'aluminium est a = 1 i,(). L'étude de la loi d'absorption des rayons [j du radium a été faite aussi par la mesure de la charge transportée (-). Le dispo- sitif employé était le suivant : le radium était placé à l'extérieur d'un vase de verre contenant une électrode isolée en laiton P [fig. 108) qui pouvait être réunie à un électromètre. Les rayons du radium traversaient des fenêtres percées dans une plaque de laiton A et fermées par de la feuille d'aluminium de o""", 01 d'épaisseur; ils étaient ensuite absorbés par l'électrode. Un vide (') Strutt, Nature^ 1900. (') Seitz, Phys. Zeit., 1904. Gz CHAPITRE IX. parfait était fait dans le vase^ et la charge reçue par l'électrode était mesurée par l'électromètre. Des écrans pouvaient être placés sur la cuve qui contenait le radium et qui était recouverte d'une lamelle de mica très mince. La distance du radium à la feuille Fig. io8. " Electminttre d'aluminium était de o''"^^. Le Tableau suivant donne pour une épaisseur d'étain croissante^ obtenue par la superposition de feuilles successives, le coefficient d'absorption moyen |x,„_, calculé pour chaque épaisseur par l'application de la formule exponen- tielle ^ = -"^oe~H'', où X est l'épaisseur de matière traversée. X en millimètres, o, 00834 0,0166 0,0421 0,0818 o, 124 o, 166 0,205 0,270 o,5i8 0,789 1,585 2,l6 175 i32,5 loi ,5 93,5 82,5 74,9 71 ,5 65,4 53 44 32 25 NATURE DES RADIATIONS. 63 On voit que les résultatb obtenus par cette méthode viennent confirmer ceux fournis par la méthode d'ionisation; le coefficient d'absorption diminue cjuand croît l'épaisseur de la matière tra- versée. Quand un écran de plomb de 3""" d'épaisseur est placé sur le radium, une faible charge est encore observée^ elle correspond à 0^29 pour 100 de la valeur maximum. Les mesures obtenues sont d'ailleurs soumises à des causes d'erreur; les rayons [j doivent être en partie diffusés par l'électrode au lieu d'être tous absorbés^ et des rayons secondaires chargés négativement doivent être émis par l'électrode sous l'action des rayons [j et y du radium. La composition du rayonnement du radium a fait l'objet d'un travail très complet publié par M. H.-W. Schmidt ( ' ). On sait que les rayons ,3 du radium sont presque entièrement émis par le dépôt actif. Ce dépôt est d'ailleurs de nature complexe et se compose de trois substances distinctes : le radium A_, le radium B et le radium C. Les rayons [i sont émis par le constituant RaC et aussi par RaB. Des opérations chimiques permettent d'isoler RaC, Fis. 109. 3.0 r § i.D 0. 1 j ' 1 \ \ "^^at j "\^B >\^ 12 3*5 Epaisseur de l'aluminiurri en mm. tandis que le mélange de RaB et RaC se trouve sur une lame activée^ après un temps court^ suffisant pour la destruction du radium A. On peut donc étudier^ d'une part, la loi d'absorption des rayons ^i de RaC^ d'autre part, celle de l'absorption des rayons j d'un mélange de RaB et de RaC. L'interprétation de ces expériences est difficile^ car il est nécessaire de tenir compte de la loi de décroissance des matières actives avec le temps; de plus, pour les épaisseurs faibles de matière traversée il faut tenir (') H -\A'. Schmidt, Ann. d. P/iys., 1907. 64 CHAPITRE IX. compte de l'effet des rayons a du radium C. Les résultats obtenus conduisaient à admettre que ni les rayons ,j de RaC ni ceux de RaB ne sont homogènes, ainsi que l'indique la forme des courbes d'absorption {fig. iO()). Les intensités correspondantes étaient représentées avec une certaine approximation par la super- position de groupes de rayons homogènes; les formules utilisées étaient les suivantes : i = 1 looe-sso-r-i- 88e-8o-^-f- 2,5e-'3,i-r, pour les rayons de RaB, et pour les rayons de Ra C. Les coefficients qui mesurent les intensités relatives pour x = o ont été choisis de telle manière que le pouvoir ionisant des rayons a de RaC se trouverait être égal à loooo. On voit que le groupe des rayons les plus pénétrants serait le même pour RaC et RaB. Cependant_, d'après M. Hahn et M^^® Meitner ( ' ), les rayons du radium B seraient plutôt homogènes et caractérisés par un coefficient d'absorption de 77 environ. On ne peut guère affirmer que la décomposition des rayons du radium en groupes homogènes corresponde à une réalité et non à un mode de calcul. D'après les expériences de déviation magné- tique il ne paraît pas y avoir de discontinuité dans la variation de vitesse du faisceau de rayons hétérogènes. Cependant les groupes doivent exister nécessairement si, conformément à une hypothèse énoncée plus haut, une substance radioactive simple ne peut émettre que des rayons [j homogènes. En ce cas il y a lieu de chercher si RaB et RaC sont des substances complexes; les recherches faites à ce sujet rendent probable qu'il en est ainsi au moins pour RaC. Quand le radium a été privé d'émanation et de dépôt actif, il donne encore lieu à une émission de rayons [i très absorbables. Ce rayonnement ne constitue qu'une faible fraction du rayonnement [j total pour le radium en équilibre avec l'émanation et le dépôt actif (•-). Au cours de recherches relatives à la mesure de la charge C) Phys. Zeit., 1909. (2) O. IlAHN et L. Meitner, Phys. Zeit.., 1909. NATIRE DFS RADIATIONS. 05 des rayons 3 du radium, M. Makower a déterminé avec le même dispositif l'absorption de ces rayons par le verre_, la proportion des rayons étant évaluée par la charge acquise par le cylindre extérieur, quand le tube contenant l'émanation était entouré de tubes de verre coaxiaux formant écran [çoir § 107). La courbe d'absorption ainsi trouvée s'est montrée identique à une autre courbe d'absorption obtenue par le même auteur avec le même tube actif, par la mesure de l'ionisation que le tube pro- duisait dans un électroscope. Cette concordance entre les deux méthodes de mesures est très remarquable, et prouve que les par- ticules j sont bien effectivement retenues dans les écrans absor- bants. Le Tableau suivant indique les valeurs du pouvoir pénétrant relatif des rayons j émis par différentes substances radioactives. On a désigné par y. le coefficient d'absorption pour l'aluminium^ par D l'épaisseur d'aluminium que doit traverser le rayonnement pour que son intensité soit réduite de moitié. SubsLance i primaire, cm D mm. ... T-..,. l i4 0,5 Rutherford. L rail 111 111. .. . Lranium A ' , ,,.,.-., / 5io H.W . ^cliiiudt Radioactiniiim ... 172 o,o.'i 0. Halin et L. Meitner .\ctiniuin . . . .Vctinium A Pvayons très absorbables Actiniiim G ^'^iT 0,21 Godiewski, Radioploinb. Radium E 4o 0,17 Schmidt. I iMésotlioiium 2 . . . 20 à jo ] rr., . \ Thorium X...... Ravons très absorbables. ' ^ ,. , , ■,, • lliorium.... T,, . . " O. Hahn et L. meitner, I liiorium A l'io o,o5 l ' Tborium D 13,7 o,44 ' ' Radium Piayons très absorbables, 0. Ilaiin et L. .Aleiluer. \ Radium B (ravons i „ " 1 r. 1 ' 1 . - " ' 80 / Radium hétérogènes].,, J ^ , I f> , • 1 , f i3, 1 .' V Schmidt. Radium G (rayons \ 53 hétérogènes?;,, ) i3,i Les valeurs de y. obtenues par divers observateurs sont un peu C. — II. 5 (ii; CHAI'ITlli; I\. variables, I.es variations semblent dépendre du dispositif expé- rimental et du degré de dispersion du faisceau. La figure i i o repré- sente les courbes d'absorption des rayons [t obtenues avec quelques substances radioactives. On voit que les rayons de l'uranium et de l'actinium sont absorbés suivant une loi exponentielle, tandis que le pouvoir pénétrant des rayons du radium augmente avec l'épaisseur de matière traversée. Il est important de se rendre compte de l'épaisseur de matière que peut traverser un rayon [j ou électron en mouvement rapide. Cette épaisseur croît avec la vitesse de l'électron, et l'expérience a montré que les rayons [i du radium traversent des lames solides dont l'épaisseur est supérieure à i """. Pour les rayons [i de l'uranium, (groupe principal), dont le coef- ficient d'absorption par l'aluminium est environ i4j, l'épaisseur d'aluminium nécessaire pour réduire de moitié l'intensité du rayon- Fig. I 10. nement est environ o""",5. Par suite l'intensité se trouve réduite à moins de i pour loo de sa valeur sur une épaisseur de 3""", 5. Des essais de détermination plus précise de l'épaisseur limite de ma- tière, traversée par les rayons {j rapides du radium, ont été faits par la méthode suivante : un faisceau de rayons |i émis par le radium dans une direction horizontale passe au-dessus d'un cylindre creux en plomb dont l'axe est vertical, et qui sert de chambre d'ionisation. La base supérieure de ce cylindre est couverte d'un écran dont on fait varier la nature et l'épaisseur. On établit un NATURE DES RADIATIONS. 67 champ magnétique de direction horizontale et normale à celle du faisceau, de manière à incurver les trajectoires des rayons vers le bas, et à leur permettre de pénétrer dans la chambre; celle-ci reçoit des rayons dont la vitesse est d'autant plus grande que le champ est plus intense. On cherche pour quelle épaisseur de l'écran on n'obtient plus aucune augmentation de l'ionisation dans la chambre, quelle que soit la valeur du champ magnétique ( ' ). Les valeurs obtenues sont les suivantes : Epaisseur limite. mm A 1 11 m i 11 i u m . 7 Etal n 2,5 Plomb 0,9 115. Forme générale des courbes d'absorption. Changement de vitesse au passage des écrans dans le cas des rayons [îi. — Nous venons de voir que dans un grand nombre de cas la courbe d'ab- sorption pour les rayons ^3 correspond à une loi d'absorption exponentielle dans des limites de variation d'intensité très éten- dues. En portant en abscisses l'épaisseur x de matière traversée et en ordonnées le logarithme de l'intensité du rayonnement -"i, on obtient en ce cas une ligne droite^ et cela souvent avec une grande exactitude [fig. i lo). Les rayons [i qui donnent ce résultat sont considérés comme homogènes (-). Il faut cependant remarquer que les valeurs du coefficient d'absorption obtenues pour le même groupe de rayons dépendent (') PouND, Phil. Mag. 1909. (') L'existence d'une loi d'absorption exponentielle pour un faisceau de rayons |j réellement homogène a été récemment contestée par M. Wilson à la suite d'expériences effectuées sur des rayons qui avaient suivi, dans un champ magné- tique uniforme, une trajectoire circulaire de rayon déterminé ( voir ^^. 107). D'après M. Wiison, l'intensité d'un tel faisceau diminuerait suivant une loi simplement linéaire en fonction de l'épaisseur de matière traversée; l'épaisseur de matière a, qui correspond à l'absorption totale, serait une fonction déterminée de la vitesse des rayons et augmenterait avec celle-ci. On trouve de plus que, dans cette manière de voir, un faisceau de rayons, qui contient des particules de toutes les vitesses, peut subir l'absorption suivant une loi exponentielle, à condition que la loi de distribution des particules entre les différentes vitesses soit convena- blement choisie; un faisceau qui se trouve dans ces conditions doit subir dans un champ magnétique une dispersion importante. Les résultats de M. ^^'ilson ne semblent donc pas en accord avec les résultats précédemment exposés. G8 CHAPITRE IX. dans une certaine mesure des conditions de l'expérience. De plus les courbes qui représentent Log "^ en fonction de x peuvent s'écarter un peu de la forme rectiligne. Avec des groupes de rayons considérés comme homogènes, divers expérimentateurs ont obtenu des courbes qui présentaient au début une inclinaison plus forte que l'inclinaison caractéristique {fig. \ [i, I). Dans d'autres cas l'inclinaison pour une certaine région va constam- ment en augmentant [fig, 1 1 i, II), et la forme de la courbe dépend en ce cas de la nature de la matière absorbante et du dispositif Fis;. III. Epaisseur de matière expérimental employé ; la fin de la même courbe indique la présence d'un faible rayonnement pénétrant. Un écart du premier genre peut s'expliquer par la présence d'un groupe de rayons beaucoup plus absorbables que ceux qu'on observe^ et qui peuvent être soit des rayons primaires, soit des rayons secondaires produits sur l'écran; le même effet peut être obtenu par la réflexion diffuse des rayons primaires sur la face d'entrée de l'écran. Les écarts du deuxième genre sont surtout visibles après grande réduction de l'intensité du rayonnement et peuvent s'expliquer par une dimi- nution de vitesse des rayons |j, sans que la question puisse cepen- dant être considérée comme complètement résolue. Un faisceau de rayons ^j est, en général, fortement dispersé dans toutes les directions après avoir traversé une épaisseur de matière relativement faible. Le trajet d'une particule ^i dans la matière absorbante est manifestement très complexe. Cependant dans les limites où s'applique la loi d'absorption trouvée par l'expérience, l'effet absorbant produit par une lame déterminée est indépen- NATURE DKS RADIATIONS. Gg dant de l'épaisseur de matière préalablement traversée par les rayons; il semble légitime d'en tirer la conclusion que le rayonne- ment n'a pas été notablement modifié en traversant la matière. La seule différence entre des rayons [j de groupes différents consiste d'ailleurs en leur vitesse ; celle-ci ne doit donc pas être modi- fiée sensiblement^ au moins dans les limites où l'on peut appliquer la loi d'absorption exponentielle. Cette opinion a été soutenue par M. Schmidt qui l'a soumise au contrôle de l'expérience ( ' ). Le dispositif expérimental était le même que celui utilisé par le même auteur pour la détermination de la vitesse des rayons [îi du radioplomb {voir § 111, fig. lo-). Après avoir déterminé la valeur du champ magnétique, pour laquelle les rayons issus de la source suivent la trajectoire circulaire qui leur est offerte, on interposait entre la source et le diaphragme un écran d'aluminium, et l'on déterminait à nouveau la valevir du champ pour laquelle l'intensité des rayons à la sortie du diaphragme est maximum. On constatait que la valeur du champ était la même en l'absence de tout écran ou avec un écran d'environ o"'"*, 5 d'épaisseur qui, placé sur la substance active, ne laisse passer que 12 pour 100 du rayonnement 3. Bien que la valeur du champ qu'on cherche à réaliser ne puisse être déterminée avec une grande précision, cette expérience est favorable à l'opinion, que le passage des rayons au travers de l'écran n'a entraîné aucun changement important dans la valeur de la vitesse ( -). Ce résultat est en accord avec l'expérience qualitative antérieure de H. Becquerel, qui, faisant passer des rayons [i simples, incurvés dans un champ magnétique, au travers de l'aluminium ou de la paraffine, n'obser- vait aucun changement de courbure important de leur trajectoire circulaire {woir § 112). On a vu, d'autre part, que pour les rayons cathodiques la dimi- nution de vitesse par suite du passage des écrans a été constatée par quelques observateurs. D'après M. des Coudres, des rayons cathodiques d'une vitesse égale à i , 4 • ' o ' ° - — perdent i o pour 1 00 (') Schmidt, Pliys. Zeit., 190a. (^) En utilisant le même dispositif expérimental, M. Wilson a obtenu des résultats qui l'ont conduit à admettre que les rayons p éprouvent au passage de l'écran un changement de vitesse appréciable {Proc. Boy. Soc. 1909). JO CHAPITRE IX. de leur vitesse en traversant o™"', oi d'aluminium ('). Pour une épaisseur d'aluminium égale à o""",o3, la perte de vitesse peut atteindre 5o pour loo. On peut penser d'après cela que la perte de vitesse au passage de la matière est surtout sensible pour les électrons dont la vitesse est relativement faible. En étudiant l'absorption de rayons 'i, émis par des couches radiantes de faible épaisseur (uranium X ou radioplomb)^ M. Schmidt (-) a réussi à mettre en évidence un écart régulier à partir de la loi d'absorption exponentielle; cet écart qui corres- pond à une diminution graduelle du pouvoir pénétrant^ doit être attribué à une diminution progressive de la vitesse des rayons^ lors de leur passage dans la matière. Pour des écrans très minces le coefficient jx éprouve d'abord une baisse rapide^ ainsi qu'il a déjà été indiqué (§ H i) ; mais quand l'épaisseur de matière traversée continue à croître^ ce coefficient passe par un minimum et augmente ensuite lentement suivant une loi qui est linéaire en première approximation. On peut concevoir que si le rayonnement primitif n'est pas entièrement homogène^ la diminution du pouvoir péné- trant^ par suite de la diminution de vitesse^ peut^ dans certains cas^ se trouver compensée en partie par un accroissement du pouvoir pénétrant moyen^ résultant de l'absorption proportionnellement plus grande de rayons moins pénétrants. Il semble^ en tout cas^ légitime de conclure que les particules |j de grande vitesse qui rencontrent un écran peuvent^ d'une part^ traverser cet obstacle en proportion déterminée^ sans altération importante de leur vitesse_, et^ d'autre [part, être complètement absorbées par l'obstacle, sans qu'on ait pu, d'ailleurs, observer dans le faisceau émergent la présence des particules de toutes les vitesses intermédiaires. Dans l'air sous la pression atmosphérique la trajectoire d'un rayon [j, émis normalement à un champ magnétique uniforme, conserve un rayon de courbure constant et prend une forme très parfaitement circulaire, ce qui prouve que la vitesse du rayon n'éprouve pas de modification sensible le long du parcours. 110. Relation entre la vitesse des rayons [î et leur pouvoir (') Des CouDiiES, Phys. Zeit., 1902. (-) II. -W. SciiMiDT, Phys. Zeit., 1909. NATURE DES RADIATIONS. 7' pénétrant. — Les expériences de H. Becquerel ont montré que le pouvoir pénétrant des rayons j du radium dépend du rayon de cour- bure R de leur trajectoire circulaire dans un champ magnétique et croît avec celui-ci. On peut admettre que pour les rayons ,3^ R ne dépend que de la vitesse t^, et que^ par suitC;, le pouvoir pénétrant est une fonction croissante de la vitesse. De plus^ les rayons qui se montrent homogènes dans un champ magnétique, ont un coeffi- cient d'absorption constant^ ainsi que cela a été prouvé pour le groupe principal des rayons 3 de l'actinium. Mais on a encore très peu de renseignements quantitatifs sur la relation qui existe entre la vitesse p des rayons et leur coefficient d'absorption [j. pour une matière déterminée. Les expériences de M. Lenard ont prouvé que le pouvoir péné- trant des rayons cathodiques croît très rapidement avec leur vitesse ( ' ). Ce même fait résulte de l'étude des rayons |i. D'après AI. Lenard le coefficient d'absorption des rayons catho- diques dans l'air passerait de 2i3o à 3^4 quand la vitesse passe de 1,8. lo'-* - — (voltage d'émission looo volts) à environ lo'" — sec ^ ° ' sec (voltage d'émission correspondant à une étincelle équivalente de 2"'", 8). Pour ces derniers rayons le coefficient d'absorption dans l'aluminium est jijo. Voici quelques valeurs du coefficient d'absorption ;j. dans l'aluminium pour des rayons de vitesse i^ connue : V. ;x. Rayons calliodiques lo'" -iSo Rayons p ('radium E) 2,31. co'" '\0 » I ufaniuni X).... 2,7().io'*' i4;4 La variation du pouvoir pénétrant des rayons 3 est très sen- sible pour une variation de vitesse relativement peu importante. Inversement il paraît probable que si le coefficient d'absorption reste constant^ la vitesse des rayons ne peut varier notablement. 117. Relation entre l'absorption et la nature de la matière absorbante. — Les expériences de M. Lenard sur l'absorption des rayons cathodiques par la matière, ont montré que le coefficient (') Le.nakd, An/i. cl. l'Iiys. 72 ClIAl'ITIU': IX. d'absorption est approximativement proportionnel à la densité d de la matière absorbante^ et indépendant de sa nature. En parti- culier, pour des rayons cathodiques dont la vitesse est égale à un tiers environ de la vitesse de la lumière^ le rapport - reste compris entre 20-0 et 5()io quand la densité varie entre 3,6. io~' (gaz sous faible pression) et iç), 3 (or) ( ' ). Pour des rayons cathodiques très lents, la relation précédente ne constitue même plus une approxi- mation grossière; le rapport - dépend alors beaucoup de la nature du milieu absorbant. M. Strutt a montré que pour les rayons [i du radium le rap- port - varie peu avec la densité ( - ) ; les valeurs de [j. se rapportent à des rayons hétérogènes et doivent être considérées comme des moyennes. D'après les expériences de M. Rutherford faites avec les rayons [i de l'uranium qui sont homogènes ( ■' ), la constance du rapport^, approximativement veritiee pour certaines matières, ne l'est guère pour certaines autres, et l'on remarque que le rap- port -, croît, en général, pour les métaux avec leur poids atomique. On obtient un résultat analogue en comparant le pouvoir absorbant de différentes substances par la mesure de la charge des rayons [i transmis ( '' ). M. Crowther a effectué une série de déterminations avec les rayons de l'uranium {■'). Il a trouvé que le rapport — est une fonction périodique du poids atomique p de l'élément absorbant, les périodes correspondant aux groupes de la classification périodique des élé- ments. La courbe - r=/(p) se compose de parties distinctes, et pour chaque groupe le rapport '- augmente avec p. L'état allo- tropique d'une matière n'intervient pas pour modifier le pouvoir (') Lexard, Ann. d. Phrs., 189.5. (^) Strutt, Nature, 1900. (■^; HuTHKRFORD, Radioactivity . (*) Skitz, Phys. Zeit., iga/)- {'■•) (liiowTiiER, Pkil. Mag., 190G. NATURE DKS RADIATIONS. 78 absorbant. L'absorption par une molécule est la somme des absorp- tions dues aux atomes qui la composent. Le coefficient d'absorption étant [x, et le nombre des atomes dans l'unité de volume d'une matière absorbante simple étant -> où p est le vrai poids d'un atome, l'absorption par atome a la valeur -p. Si donc le rapport -. était constant, l'absorption par atome serait proportionnelle au poids atomique; et si tous les atomes étaient constitués par des groupements semblables^ elle serait proportionnel e au nombre de ces groupements. L'expé- rience donne une indication favorable à cette manière de voir, puisqu'au moins pour les particules ^3 de grande vitesse, qui restent peu de temps dans le voisinage d'un atome rencontré, le rapport — varie entre des limites assez rapprochées pour des densités d'ordre de grandeur très différent. Cependant l'influence individuelle de l'atome se fait sentir, et cela d'autant plus que les rayons sont plus mous, c'est-à-dire que leur vitesse est moindre. Si l'absorption est une propriété aclditive des atomes qui com- posent une molécule, le coefficient d'absorption u. d'une matière doit se calculer par la formule où m désigne le poids moléculaire, d la densité de la matière, u.) le coefficient d'absorption qui correspond à l'un des éléments consti- tuants, t?i la densité de cet élément constituant à l'état où son pouvoir absorbant a été mesuré, p, le poids atomique, n, le nombre des atomes de l'élément considéré qui entrent dans la composition de la molécule. Cette formule s'est montrée conforme à l'expérience dans le cas d'un certain nombre d'oxydes, sulfures et iodures examinés. Elle permet de calculer le coefficient d'absorption d'un élément, quand on connaît celui d'un composé et des autres éléments qui y sont contenus. Les résultats relatifs aux composés étudiés sont réunis dans le Tableau suivant ( ' ) : (') Crowtheii, loc. cit. 74 CHAPITRE IK. „ , —, calcule. —, observe. Substances. d ci MgO J,G 5,5 A12 03 j,?^ 5,9 Fe^O^ 0,4 6,4 ZnO . 6,8 7,3 Gu^O 6,8 7,1 GuO 6,7 6,9 As'-03 7,7 7,5 FeS 6,7 6,5 ZnS.. 6,8 6,8 As2S3 7,5 7,5 SnS ...... 8,9 8,9 Sii^S-^ 8,6 8,5 Gu'-r^ 9,4 9,1 Pbl^ io,8 io,8 L'étude de l'absorption des rayons ^j par les liquides a conduit à des résultats analogues ( ' ) L'absorption pour un composé s'est montrée égale à la somme des absorptions pour les masses des éléments composants^ l'effet produit par la couche liquide absor- bante étant évalué par l'épaisseur de la lame d'aluminium dont l'interposition entre la source et la chambre d'ionisation détermine la même réduction d'intensité que l'interposition de la couche liquide étudiée. L'état moléculaire de la matière est sans influence sur le pouvoir absorbant. C'est ainsi que l'absorption exercée par deux couches liquides superposées^ formées par des solutions de chlorure de baryum et de sulfate d'argent^ séparées par une cloison mince^ est la même que l'absorption qui est exercée par le système cjuand la cloison a été retirée et que^ le mélange ayant été effectué, des dépôts de sulfate de baryum et de chlorure d'argent se sont formés dans le liquide. Les Tableaux I, II, III, représentent les résultats obtenus par différents expérimentateurs pour les valeurs de u. et de ^ relatives à différentes substances absorbantes. On peut constater que les valeurs obtenues de divers côtés présentent des divergences assez notables, qui dépendent probablement du dispositif expérimental employé. (') BoRODowsKY, Phil. Mag., 1910. NATURE DES RADIATIONS. - Urani Ruther tJL. Il m forci . a 77' Rad Str i u m ult. 77' Actin Godie iuin vvski. 77' Radium Seitz('). •i. 7(' \'erre Mica Il 'X , 1 6 3, 7 î \ i4,o 6o 7 3 122 96 5,7 3,7 5,4 5,3 •3,6 5: \ 7,0 7,1 10,8 i3,2 10,8 II ,6 49, '^ 62,5 5i ,2 3,9 4,3 5,78 7,01 33,0 32,7 139 i63 i54 108 12,0 12,9 13,9 '4,t 15.7 r3. 1 7 , 73 6,4 10,0 1 3 . ', 10,0 ■■),38 7, Î7 1 >. . 0 ",9 Ébonite Bois Carton Fer Aluminium. . . . Cuivre Argent Plomb Etain Laiton Carbone Soufre Or Platine. Rayons 3 de l'uranium (Crowther). Bore Charbon . . Sodium . . . Magnésium Aluminium Phosphore Silicium. . . Poids atomique. 1 1 ,0 12,0 23 ,o5 24,36 ■■^7,1 3i ,0 28. i d 4,65 4,4 4,93 5,26 6,1 j . 5 Arsenic . . Sélénium. Strontium Zirconium Palladium Argent. . . Etain .... Poids atomique. 75,0 79,'^ 87,6 90,6 1 06 , 5 107,93 ' 19,0 d 8,2 8,65 (8,5) 8,3 8,0 8,3 9:46 (') Dans le travail de M. Seitz, le pouvoir absorbant de diverses substances est rapporté à celui de Tétain. Les nombres cités ici ont été calculés par .M. Schmidt, en adoptant pour Tétain la valeur \i. — -o. ( SciiiiiDT, Jahrbuch d. Rad., 1908.) CHAPITRE IX. II. — Rayons j3 de l'lranium (Crowtiier) (suite). Poids ]x atomique. d Soufre 3a,ofi 6,6 Potassium.... 39,i5 6,53 Calcium 4°, • *')47 Titane 4^! ' ^'i^- Chrome 5a, i 6,^5 Fer 55,9 6,4 Cobalt 59,0 6,4s Cuivre 63,6 (),8 Zinc 65,4 6,93 Poids atomique. Antimoine . . . iao,2 Tellure '27,6 Iode 126,97 Baryum i37,4 Platine "94,8 Or 197,2 Plomb 206,9 Uranium .... 238, 5 d' 9 8 10 8 10, 8 (8 8) 9 ,4 9 ,5 10 8 (10 0 Dans le Tableau II les nombres entre parenthèses n'ont pas été déterminés directement^ mais calculés d'après le pouvoir absorbant de combinaisons des éléments considérés, en admettant la loi de l'addition des pouvoirs absorbants des atomes dans une molécule. III. _ H.-W. SCHMIDT (1). M g Al. Fe Ni. Co Cu. Zn Pd Ag Sn Pt. Au Pb Bi. Raj'ons p Rayons p de d l'uranium. l'aclin ium. — ^_- ■— — - — ^ -- — — IJ.. d' a. d' 10,5 (),o') 22 , 0 12,6 1 5 , 0 5,66 3o,6 11,5 5" 7,02 98,5 12,6 66 7,42 ii4 ,2,8 61 7, '7 io5 .2,4 66 7:39 1 12 12,5 52,5 7,3i 94 , 5 i3,i io3 8,66 168 i4,i 90 8,56 i5o »3,9 58 7,95 106 14, > 200 9,3o 3i6 '4,7 187 9,70 298 i5,i io3 9,12 172 i5, 1 92 , 5 9,4 J 1 56 1 5 , 9 (') Jahrbiich d. Rad., 1908. NATURE DES RADIATIONS. 118. Augmentation de l'intensité des rayons |'i avec l'épaisseur de la couche active. — La profondeur de matière qui est efficace pour l'émission des rayons dépend du pouvoir absorbant de la sub- stance pour les rayons qu'elle émet. Si la loi d'absorption est une loi exponentielle simple^ le rayonnement qui émerge d'une couche d'épaisseur dx située à une profondeur x est de la forme d-') = ie-\^-^ dx, i étant le rayonnement émis par unité d'épaisseur. Le rayonnement total sera donné par la relation =: / ie-V-'' dx — - ( i — e'V'i), d étant l'épaisseur de la couche active; pour une couche sulli- samment épaisse on aura sensiblement d'où Cette relation a été vérifiée pour l'émission de rayons [i par l'oxyde d'urane; on trouve que si la matière active est distribuée en raison de o^, i \ par centimètre carré, l'intensité du rayonne- ment ,3 est la moitié de celle qu'on obtient avec une couche très épaisse. On en déduit pour la matière active une valeur de —. égale à (5,3, ce qui prouve que l'oxyde d'uranium absorbe les rayons qu'il émet, à peu près comme le ferait une substance quelconque de même densité ( ' ). 119. Dispersion des rayons ,3. Production de rayons secondaires par les rayons ^i. — Quand les rayons 3 traversent une lame de matière absorbante, on constate^ en général^ que le faisceau pri- mitif est accompagné sur les faces d'entrée et de sortie de l'écran d'un rayonnement diffus ; ce dernier est quelquefois assez important pour qu'on ne puisse plus distinguer la forme primi- (') llUTHERForîD, RcidloacUvity . 78 CIIAPITRK IX. tive du faisceau direct. Le phénomène est susceptible de deux interprétations distinctes : 1° Les rayons qui émanent des faces de l'écran peuvent être considérés comme des rayons primaires dispersés; 2" Ils peuvent aussi être considérés comme des rayons secon- daires, c'est-à-dire comme des rayons émis par la matière sous l'influence des rayons 3 qui viennent la frapper. Enfin on peut admettre que les deux hypothèses sont exactes en mAme temps^ et qu'il y a à la fois dispersion des rayons pri- maires et production de rayons secondaires. Il n'est, en général, possible d'afïirmer la production d'un rayonnement secondaire par l'effet d'un rayonnement primaire que s'il y a une réelle différence de nature entre les deux rayonne- ments. Si^ en particulier^ des rayons [ii peu différents des rayons du faisceau primaire sont émis par les faces de l'écran^ il sera^ en général^ difficile de conclure si ces rayons représentent des rayons primaires qui ont éprouvé un changement de direction et un change- ment de vitesse, ou bien si ce sont des électrons expulsés par les atomes de la matière de l'écran, sous l'influence de la perturbation électromagnétique amenée par le passage du faisceau primaire. Il semble que la question se pose précisément ainsi pour les rayons |j. Le problème expérimental est d'ailleurs très complexe, et malgré le grand nombre de travaux effectués, on manque encore de données quantitatives précises ayant une signification sûre et simple. L'expression rayons secondaires sera employée ici pour désigner l'émission diffuse des écrans dans son ensemble, quelle que soit la nature de cette émission. Par suite de l'analogie qui existe entre les rayons j et les rayons cathodiques, on est conduit à se demander comment ces derniers se comportent au point de vue de l'émission secondaire. Nous savons, tout d'abord, que les rayons cathodiques, en frappant un écran, donnent lieu à la production de rayons Ri'intgen qui consti- tuent une véritable émission secondaire, entièrement différente du rayonnement primaire par sa nature et ses propriétés. De nom- breuses recherches ont montré ( ' ) qu'une plaque de métal, frappée (•) AusTi.N et Starke, Lenard, Becker, Gehrcke, Laub, Flchtbauer, elc. NATLIU: DES RADIATIONS. 79 par un faisceau étroit de rayons cathodiques^ émet non seulement des rayons Ri'ntgen^ mais aussi des rayons cathodicjues; l'émission de ces derniers a lieu dans toutes les directions^ et leur vitesse est peu différente de celle des rayons primaires^ de sorte que ces rayons peuvent être considérés comme des rayons primaires renvoyés- Quand le réflecteur reçoit le faisceau primaire sous incidence nor- male^ la charge négative qu'il renvoie ainsi par réflexion diffuse est inférieure à celle du faisceau primitif. Toutefois, pour une incidence oblique, on peut constater ce fait important que le réflecteur émet plus d'électricité négative qu'il n'en reçoit; on est donc conduit à admettre qu'en plus de la réflexion diffuse il se produit une réelle émission secondaire de rayons chargés négativement, et que l'im- portance de cette émission croît avec l'incidence. L'expérience conduit de plus à attribuer à ces rayons secondaires genre catho- dique une vitesse relativement faible, égale environ à 3. lo*— ;-; des rayons cathodiques de cette vitesse ne jouissent pas du pouvoir d'ioniser les gaz, et pour établir une distinction avec les rayons rapides, on les nomme quelquefois électrons lents ou rayons o. L'émission de ces rayons secondaires augmente avec la densité du métal du réflecteur; elle est d'autant moins importante que la vitesse des rayons primaires est plus grande. Quand un faisceau fin de rayons cathodiques traverse un écran mince, on observe de même sur la face de sortie un rayonnement diffus, composé de rayons cathodiques dont la vitesse est un peu différente de celle des rayons primaires. Quand on emploie des rayons cathodiques d'une vitesse déter- minée, les rayons renvoyés ou transmis n'ont pas tous la même vitesse. Ainsi, avec des rayons cathodiques de vitesse 5, 5, lo'-' — > les rayons renvoyés par une lame de cuivre ont des vitesses com- prises entre o,o et o, -. lo^ — ? et les rayons transmis au travers d'une lame d'aluininium de o""",oo2 d'épaisseur ont des vitesses comprises entre des limites analogues. La vitesse des rayons ren- voyés ou transmis est, en moyenne, inférieure à celle des rayons primaires, et ne peut la dépasser. On peut s'attendre, par analogie, à retrouver avec les rayons [il les phénomènes c^ui viennent d'être décrits. C'est^ en effet, ce qu'in- 8o CHAPITRE IX. dique l'expérience en ce qui concerne la dispersion des rayons au voisinage des faces de l'écran. L'émission d'électrons lents qui pourraient constituer les rayons secondaires des rayons 'ii du ra- dium a été observée par M. Duane dans des expériences qui seront décrites plus loin. Quant à une émission de rayons secondaires analogues aux rayons Rrmtgen, elle n'a pas été constatée avec une netteté absolue. On rencontre d'ailleurs une difficulté expérimen- tale dans ce fait que les rayons [j des substances radioactives sont accompagnés de rayons y, et que les rayons y donnent aussi lieu à un rayonnement secondaire^ lequel^ ainsi qu'on le verra dans la suitCj contient des rayons genre ^3 et aussi des rayons genre v. La séparation des effets dus aux rayons 3 et aux rayons "' est d'après cela assez délicate, et ne saurait être réalisée rigoureusement qu'à l'aide de dispositifs assez compliqués, comportant l'emploi d'un champ magnétique. La plupart des travaux se rapportent à l'action des rayons [j et v pris dans leurs ensemble; les résultats de ces travaux conduisent à penser que quand on utilise comme rayons primaires l'ensemble des rayons |3 et y, l'effet secondaire dû aux rayons [3 est beaucoup plus important que celui dû aux rayons y, l'intensité des rayons secondaires étant évaluée par leur pouvoir ionisant; il semble probable que les rayons secondaires des rayons du radium_, par exemple_, ne sont dus que dans une propor- tion de quelques pour i oo aux rayons primaires genre v_, le reste étant dû aux rayons ^. On verra, d'ailleurs, que les rayons a ne donnent pas lieu à a production de rayons secondaires doués de pouvoir ionisant. Passons maintenant à la description des expériences relatives aux rayons secondaires des rayons [j. Les premières expériences faites à ce sujet par la méthode radiographique, et déjà anciennes, sont dues à H. Becquerel ( ' ) ; elles sont relatives à des rayons du radium déviés dans un champ magnétique, de telle sorte que la nature des rayons actifs ne saurait être contestée. Au voisinage des ouvertures pratiquées dans les écrans métalliques pour le pas- sage des rayons, on observait en général une impression diffuse due aux rayons secondaires ; cet effet était beaucoup plus important avec les rayons absorbables qu'avec les rayons plus (') Becquerel, Comptes rendus, 1901. NATl RK OKS RADIATIONS. 8l pénétrants. Cet effet secondaire^ qui se produit aussi sur les bords des écrans, entraîne un manque de netteté des radiographies obte- nues avec les rayons du radium. Si, par exemple, on pose sur la plaque photographique un écran métallique percé d'un trou, l'im- pression produite présente un aspect diffus et ne reproduit pas l'image du trou avec une netteté comparable à celle qu'on observe avec l'emploi des rayons R intgen. En supprimant les rayons [i par l'emploi d'un champ magnétique, et en utilisant les rayons y seuls, on obtient des impressions bien plus nettes, ce qui indique que l'effet secondaire en ce cas est proportionnellemeTït plus faible. Le dispositif expérimental suivant, dû à Becquerel, permet d'ob- tenir l'image de l'effet secondaire {fig. 112). La source est con- stituée par un peu de radium contenu dans une petite cuve linéaire fig. 1 1 '.. et horizontale dont la profondeur est grande par rapport à la lar- geur, et qui limite une nappe de rayons étroite. Une plaque photo- graphique est placée sur la cuve normalement à la direction de sa longueur. Une plaque métallique inclinée A et un écran vertical E sont appliqués sur la plaque, ayant leurs plans normaux au plan de celle-ci. Des faisceaux de rayons secondaires sortent par des fentes horizontales percées dans l'écran, et la trace de leur passage s'im- prime sur la plaque. Les directions des fai ceaux secondaires con- vergent vers le point P où la plaque A est frappée par le faisceau primaire. Dans cette expérience le rayonnement primaire n'est C - II. C> 82 CllU-IIRE I\. pas exempt de rayons ''• La ligure 2 planche V^ reproduit une épreuve obtenue de cette manière. H. Becquerel a montré que les rayons secondaires des rayons ,'j du radium sont déviés dans un champ magnétique, et qu'ils sont moins pénétrants que les rayons primaires. Il a aussi mis en évi- dence l'émission d'un rayonnement tertiaire par les surfaces qui reçoivent un faisceau secondaire. Dans une étude faite par la méthode électrique, M. Eve ( ' ) a employé un dispositif expérimental qui depuis a été fréquemment utilisé par d'autres observateurs {fig. 1 i.3). Une plaque épaisse en plomb P est placée entre la source S et l'électroscope E. Une plaque Q, servant 'de radiateur, reçoit les rayons primaires de la source et envoie des rayons secondaires dans l'électroscope. En l'absence du radiateur l'électroscope ne reçoit que les rayons v directs, ainsi que les rayons secondaires qu'ils produisent^ sur la Fig. :iï. \ écran c en plomb m plaque P. L'accroissement de l'ionisation en présence du radiateur est attribué aux rayons secondaires émis par celui-ci. On peut mesurer le pouvoir pénétrant de ces derniers en mettant des écrans sur la face d'entrée de l'électroscope, qui est constituée par une feuille d aluminium mince. En supprimant les rayons primaires [i par un écran de plomb épais placé entre la source et le radiateur, on constatait que l'effet secondaire était réduit à '.< > pour 1 00 de sa valeur primitive; ce résidu était considéré comme effet secondaire des rayons "; dans d'autres expériences l'effet secondaire attribué aux rayons Y constituait 7 pour lou seulement delefîet secondaire (' ) i;vi:. PhU. Mag., 1904. NATIHI-: DES RADIATIONS. 8j obtenu avec la totalité du rayonnement qui émane du radium contenu dans un tube de verre mince ( ' ). L'intensité de l'effet secondaire croît avec l'épaisseur du radiateur jusqu'à une épaisseur qui peut atteindre quelques millimètres (radiateurs en verre ou aluminium); l'effet secondaire doit donc être considéré comme se produisant dans le volume de la substance^ et non comme un effet superficiel. Le pouvoir pénétrant des rayons secondaires s'est montré peu variable avec la nature du radiateur^ tandis que l'intensité de l'effet secondaire augmentait avec la densité de celui-ci. Les rayons secondaires se sont montrés en moyenne plus absorbables que les rayons primaires^ sans que la différence puisse être considérée comme très importante. Il est nécessaire de remarquer que les rayons y qui sortent d'un écran de plomb, sont toujours accompagnés de rayons j qui cons- tituent leur effet secondaire sur l'écran traversé. Pour cette raison on ne peut distinguer dans les expériences qui viennent d'être décrites si l'effet secondaire attribué aux rayons -' seuls ne provient pas en partie de rayons |j. La distribution du rayonnement secondaire dans les différentes directions a été étudiée au moyen du dispositif suivant (-). La source des rayons primaires, (radium), est en S {fig. 114)5 Fig. ii4. un diaphragme en plomb définit le faisceau primaire les chambres d'ionisation Ei et E^ reçoivent les rayons émis par le radia- teur Q suivant une direction déterminée. On trouve aue si le faisceau primaire est reçu sous une incidence normale^ l'intensité du rayonnement réfléchi varie approximativement comme le cosinus (') Eve, Phil. Mag., 190S. (-) Me. Glelland et Hackett, Dublin T/ans., igo-j. S4 CllAI'ITUE l\. de l'angle d'émission; quand l'incidence du faisceau primaire est oblique, l'effet secondaire maximum pour les rayons renvoyés a lieu dans une direction déterminée, située dans le plan d'incidence de l'autre côté de la normale que le rayon primaire. La distribution dépend d'ailleurs de la nature du radiateur R. L'intensité du rayon- nement renvoyé croît d'abord rapidement avec l'épaisseur du radiateur, et tend ensuite asymptotiquement vers une limite déter- minée. Les expériences faites avec les rayons qui partent de la face "du radiateur opposée à la source, ont montré que la distribution de ces rayons n'est pas la même que celle des rayons primaires, l'alté- ration étant d'autant plus importante que le radiateur est plus épais. Des expériences analogues ont été faites avec les rayons '^j homogènes de l'uranium et de l'actinium ( ' ). Quand un faisceau de rayons |i est reçu par une plaque photo- graphique, on remarque souvent que l'impression produite sur la plaque par ces rayons se trouve renforcée si l'on interpose sur leur trajet une lame métallique en contact avec la plaque ( - ) ; des effets de ce genre peuvent être interprétés en admettant que les rayons qui sortent de l'écran ne sont pas exactement de même nature que les rayons primaires, et que certains d'entre eux, au moins, sont plus actifs que les rayons primaires, au point de vue radiogra- phique, étant, par exemple, plus facilement absorbés par la plaque; ces rayons seraient donc soit des rayons primaires ayant éprouvé un changement de vitesse, soit des rayons secondaires dans le vrai sens de ce mot. Cependant, d'après M. Schmidt ( ^) l'augmentation de l'impression photographique pourrait s'expliquer aussi par des réflexions multiples des rayons primaires transmis entre la plaque et l'écran. L'étude de ce phénomène de renforcement pour des rayons 3 simples isolés, a montré que l'épaisseur de l'écran qu'il faut employer, pour que l'effet secondaire compense la réduction de l'intensité des rayons primaires, augmente avec la vitesse des rayons primaires; l'impression produite par ces rayons au travers d'un écran ainsi choisi a la même intensité qu'en l'absence de l'écran ( ' ). (') .Me. CLliLL.V.M), l'kil. Mdi;., Uji,'). (^) Paschen, Pliys. Zeit., mjo'\. (') ScH.MiDT, Jahrbuch cl. Rad., 1908. (') DoiîLiiit, Ann. d. Pliys., 1907. NVTURK DES RADIATIONS. Sj Une étude de l'action du champ magnétique sur les rayons pri- maires du radium et sur leurs rayons secondaires a été faite par M. Allen ( ' ). Le faisceau limité par des écrans était reçu dans une chambre d'ionisation au travers d'une ouverture. Quand le faisceau était dévié, il ne pénétrait plus dans la chambre. En prenant comme source un radiateur qui émet les rayons secondaires, on constatait que la vitesse de ceux-ci était comprise entre 2,35 et 2,58. lo'" — > et que les rayons de très grande vitesse étaient absents; le rayon- nement secondaire ne contient donc ni rayons primaires de grande vitesse diffusés, ni rayons de grande vitesse produits aux dépens des rayons primaires. Les rayons secondaires les plus rapides sont obtenus en employant comme radiateurs les métaux de grande densité. Conformément aux résultats précédents on observe que le pouvoir pénétrant des rayons secondaires augmente avec l'épais- seur du radiateur et avec sa densité, mais qu'il est en moyenne notablement plus faible que celui des rayons primaires (-). Le pouvoir pénétrant relativement gTand des rayons secondaires obtenus avec des radiateurs épais, s'explique par ce fait que le rayonnement peut contenir en ce cas une plus forte proportion de rayons venant d'une certaine profondeur. En déterminant l'épaisseur de l'écran qui est nécessaire pour que l'intensité du rayonnement renvoyé par la face d'incidence devienne maximum, on peut aussi comparer le pouvoir pénétrant des rayons secondaires renvoyés à celui des rayons primaires. On trouve ainsi que les rayons secondaires produits par les rayons du radium traversent au maximum des épaisseurs de plomb, d'étain et d'aluminium égales respectivement à o""", i6, o'"'",24 et o""",4; tandis que pour les rayons primaires les épaisseurs maximum traversées sont plus grandes et respectivement égales à o'""\9, 2'^"", 5 et 7'"'" (»). L'altération d'un faisceau de rayons j par le passage au travers (') Allex, Pliys. Bev., igoG. (-) Starkk, Le Radium, igoS. (^) PouND. Pliil. Mag., 1909. 86 CIIAPITRK l\. d'un écran a été étudiée quantitativement par M. Crowther ( ' ) dans les expériences suivantes. La source radiante était constituée par de l'uranium X qui fournit des rayons j homogènes. Les rayons étaient canalisés en faisceaux de faible ouverture en traversant un système de tubes de laiton soudés ensemble ayant >"" de lon- gueur et o"",5 de diamètre {fig. i i5). Un système de tubes sem- l-'iij. iij. -£> i/rX blable au premier est placé au-dessus de celui-ci, de manière que les axes des tubes coïncident respectivement; les deux diaphragmes sont à o""y) de distance. Les rayons qui émanent de la source traversent les diaphragmes et pénètrent dans une chambre d'ioni- sation, où ils déterminent une ionisation égale à -"^o. Quand un écran mince est interposé entre les deux diaphragmes, les rayons diffusés sont absorbés par les parois des tubes, et l'ionisation observée "^ se trouve réduite. La diminution d'intensité ainsi observée est due à la superpo- sition de deux phénomènes : l'absorption dans la lame et la diffu- sion du faisceau. Quand on fait croître l'épaisseur de l'écran, on constate que le rapport — diminue d'abord très vite, puis plus lentement, et la loi de variation tend à devenir la loi d'absorption exponentielle ordinaire caractéristique pour les rayons [j de l'ura- (') CuowTiiEK, Proc. fioy. Soc, 1908. XATURK DES BADI V TIO.NS. 87 nium. Il semble donc que la diffusion a lieu dans une couche de matière bien plus faible que celle qui peut produire une absorp- tion importante. Les expériences indiquent que la dispersion du faisceau est complète après passage au travers d'une épaisseur de matière qui est égale à o'""', i pour l'aluminium. Elles conduisent aussi à admettre qu'avec un appareil de mesure n'utilisant que des rayons rigoureusement parallèles, la loi de décroissance de l'intensité du rayonnement "i en fonction de l'épaisseur de ma- tière traversée x prendrait la forme ;j. étant le coefficient d'absorption ordinaire et t le coefficient de dispersion. On aurait, par exemple : Pour l'aluminiiini. . . . . . 7 = 270 [JL = •2\ Pour l'or 7 = 5roo ;jL = 460 Pour toutes les substances étudiées le rapport f était voisin de 1 3 ; les coefficients ;j. sont plus élevés que ceux donnés par les autres observateurs. La décroissance finale suivant la loi d'ab- sorption ordinaire résulte de ce fait que les rayons utilisés ont des directions comprises dans un cône d'une certaine ouverture. D'après M. Crowther il n'est pas nécessaire d'admettre une pro- duction de rayons secondaires absorbables sur la face d'entrée des écrans et les rayons secondaires des rayons 3 sont plutôt des rayons primaires diffusés. Il faut cependant remarquer que dans les expériences de Becquerel citées plus haut (§ 1 1!2), la dispersion des rayons ne semble pas en général aussi importante que l'in- dique M. Crowther_, et que pour certains rayons 3 du radium le faisceau reste bien défini quand les rayons ont traversé une épais- seur d'aluminium égale à o'"'", i. Voici encore un phénomène qui pourrait s'expliquer par une transformation des rayons j au passage des écrans. H. Becquerel a trouvé que l'action absorbante d'un écran solide sur ces rayons augmente avec la distance de l'écran à la source, de sorte que, si les rayons sont soumis à l'action d'un champ magnétique comme dans la figure i [PL III), un écran placé contre la source radiante laisse subsister une portion plus grande du spectre ma 88 CIIAPITIIE IX. gnétique que le même écran placé sur la plaque photographique. Cette variation de l'effet absorbant de l'écran avec la distance de cet écran à la source est analogue à ce qui a lieu pour les rayons a; elle a été vérifiée par MM. Meyer et von Schweidler, qui opéraient par la méthode fluoroscopique; P. Curie et moi nous avons observé le même fait en nous servant de la méthode électrique. Les condi- tions de production de ce phénomène n'ont pas encore été étu- diées. Cependant quand le radium est enfermé dans un tube de verre et placé à assez grande distance d'un condensateur, qui est lui-même enfermé dans une boîte d'aluminium mince, il est in- différent de placer l'écran contre la source ou contre le conden- sateur; le courant obtenu est alors le même dans les deux cas. L'expérience de H. Becquerel peut s'expliquer en admettant que le passage au travers de l'écran a pour effet de transformer certains rayons de grande vitesse en rayons moins rapides incapa- pablcs de traverser ce même écran. Jt20. Théorie du passage des rayons 'i au travers de la matière. — Nous venons de voir combien les phénomènes qui accompagnent le passage des rayons [i au travers de la matière sont complexes. Les expériences faites jusqu'ici ne permettent pas encore de déterminer exactement l'importance relative de la dispersion des rayons p primaires, de leur transformation en rayons plus lents, et d'une émission de rayons secondaires. Cependant quelques essais ont été tentés pour traiter par le calcul ce problème compliqué, en adop- tant comme base certaines hypothèses simples. M. Me. Clelland ( ' ) a admis que dans chaque élément de volume d'une matière absorbante il y a production d'un rayonnement secon- daire, dont l'intensité est proportionnelle à la radiation absorbée et qui, se comportant en tout point comme le rayonnement primaire, vient s'ajouter à celui-ci. Si l'on envisage la propagation d'un faisceau de rayons [i parallèles entre eux au travers d'un écran d'épaisseur D, normal à la direction Oa; du faisceau, et si l'on fait abstraction de la dispersion des rayons, on obtient pour la radia- tion de retour /■ et pour la radiation directe R qui traversent une section située à la distance x de la face d'entrée, les équations (') Me. Clelland, Dubl. Trans., i()o6. iXATlRIC DES RADIATIONS. 8f) différentielles suivantes : dl\ u . ^^ .'-' '■ + K a I^ dr " •> 2 dr Kur KaR dx "" - \xr H ^ — "^ i OÙ 'j. désigne le coefficient d'absorption de la radiation au vrai sens de ce mot, et K un coefficient qui indique le rapport dans lequel le rayonnement absorbé est transformé en rayonnement secon- daire, émis par moitiés dans la direction du faisceau primitif et dans la direction opposée. Les conditions aux limites sont telles que pour x = o, on a R = Ao, et pour x=T>, r=o, -"^o étant l'intensité de la radiation incidente qu'on peut prendre égale à I . L'intégration de ces équations conduit aux résultats sui- vants pour la valeur de la radiation -^ qui traverse la surface de sortie, (a;= D), d'un écran d'épaisseur D, et pour la valeur de la radiation -^' qui traverse en sens inverse la surface d'entrée, {x=o), du même écran : (I — p2)e-[j.\T:^D ou M. Schmidt ( ' ) arrive à la solution du même problème de la ma- nière suivante : le rayonnement d'intensité i éprouve dans une couche de matière d'épaisseur dx une absorption réelle^ l'intensité absorbée étant égale à y.idx, où y. est le coefficient d^ absorption irai de la substance; la portion '^idx du rayonnement est réfléchie en arrière dans la même couche, et le rayonnement renvoyé se comporte comme le rayonnement direct; ,j est le coefficient de réflexion. On fait abstraction de la dispersion des rayons. Les équations différentielles obtenues directement pour l'intensité ^ qui traverse dans le sens du rayonnement incident un écran d'épaisseur x. et pour l'intensité ^' qui émerge en sens inverse par (') Schmidt, Ann. d. P/ijs., 1907. I — p^-e- -2U.\'l- — - > -KD p^ 1 j — e- -iii.vT- nïiA I -p-e -2ij.\r KI> (. K -V ' — K go CHAPITRE I\. la face d'entrée, sont les suivantes : '■^0 étant l'intensité du faisceau primaire. Pour une quantité '^j^dx de radiation réfléchie dans la couche située à la distance x de l'entrée de l'écran, une proportion — sera transmise de manière à accroître l'intensité du rayonnement de retour -^ , et une proportion — viendra s ajouter au rayonnement direct ^. En tenant compte, de plus, de ce que pour x = o l'inten- sité >i' doit être réduite à zéro, et -j- doit prendre la valeur 'j-'^o, on obtient les solutions suivantes : -> _ (i — />2 )e-"-r Yq ~ I —p-^e--"-^- ' "V __ p(\ — e--2»'^)_ do ~ I — /J-e--"-^ ' p et ^ étant deux constantes reliées à a et [3 par les relations : i+p ' 1 — /)-2 Les formules obtenues correspondent exactement à celles de M. Me. Clelland, si l'on tient compte des notations adoptées pour les coeftlcients. Les constantes (^ et p sont susceptibles d'une détermi- nation expérimentale. Pour un écran très épais, on a A' Par conséquent p représente la fraction de l'intensité incidente qui est renvoyée par un écran assez épais pour que l'effet limite soit atteint. D'autre part, comme p = {i — p-)c ''■^. Cette formu'e fournit la loi d'absorption exponentielle bien NATLUE DES RADIATIONS. 9I connue; cependant ç> n'est pas le vrai coefficient d'absorption, mais un coefficient complexe, qui dépend du coefficient d'absorption vrai a, et du coefficient de réflexion [j et qui se confond avec le coefficient u. antérieurement défini (§ i i3). M. Schmidt a tenté de comparer les résultats du calcul aux résultats expérimentaux et a trouvé que la théorie indiquée est susceptible de rendre compte des expériences. Les coefficients p et i> augmentent avec la densité du métal. Pour les métaux denses et pour des écrans de faible épaisseur, on peut prévoir que la loi de décroissance de l'intensité transmise est plus rapide que celle qui correspond à la loi d'absorption exponentielle pour des écrans plus épais; ainsi l'importance relative de la réflexion dans les premières couches de matière rencontrées se prête à expliquer la baisse ini- tiale relativement rapide du rayonnement transmis par des écrans minces de grande densité. La valeur p du rayonnement secondaire maximum renvoyé par un écran épais a été déterminée par divers observateurs ( ' ). Les résultats numériques obtenus de différents côtés présentent de grands écarts qui dépendent probablement du dispositif expéri- mental employé. La quantité p est une fonction croissante du poids atomique P, et manifeste de plus une allure périodique. D'après M. Schmidt les coefficients a et '"j déterminés par lui présentent aussi des relations avec la densité d et le poids atomique P; les expressions -;VP=^. et p^ = c, conservent des valeurs approximativement constantes de sorte que les quantités -> et ^ (coefficient d'absorption vrai et coefficient de réflexion par unité de masse) sont des fonctions du poids atomique P seulement. Connaissant les constantes c, et Ci on peut calculer les valeurs de a, [i et c pour toute matière simple. Si l'on admet que les valeurs des coefficients a et [j pour une molécule se déduisent par voie d'addition des valeurs de ces mêmes coefficients pour les atomes composants, on peut de plus calculer la valeur de v pour une (') Me. Clelland, Phil. Mag., 1900. — Eve, Phil. Mag., 1904. — Kucera, Ann. d. Phys., 1905. — RiGiu, P/iys. Zeit., 190.5. — Schmidt, Jahrbuch d. Rad.. 1908. 9'-'- ciiAi'irnic ix. substance composée. M. Schmidt a trouvé un bon accord entre les valeurs de r (ou de a) ainsi calculées et celles que fournit l'expérience ( ' ). On peut remarquer, que dans ces conditions, l'absorption définie par le coefficient ;j. ne serait pas une propriété additive des atomes, contrairement aux résultats indiqués par d'autres observateurs {ç^oir § 117). Le Tableau suivant donne, d'après M. Schmidt, la valeur pour i oo du rayonnement secondaire maximum p. obtenu sur la face d'entrée d'un écran très épais, avec l'emploi des rayons homo- gènes de l'uranium et de l'actinium. Hiiyons ^i de riiranium. de r.'ictiiiiiim. p. p. -^1g ••• iJ.â '-it),! Al ijjO 21,8 Fe 40,8 33,4 Ni 43,4 34,3 Go ; 4 1 , •> 34,2 Cu 4'^-j j 35,2 Zii 43,'i. 3(),G l'i! 55,0 4 >,'^ A g :J 3 , 3 4*' î !) Ï5I1 )7,3 Î7^o Pt 60,0 37,0 Au 68,4 58,3 PI) 68, î 38,3 B i 70,0 (lo , o Les théories indiquées ne tiennent pas compte de la distribution du rayonnement dans les différentes directions, et d'une transfor- mation possible des rayons primaires. Les expériences montrent cependant que dans bien des cas le pouvoir pénétrant des rayons secondaires est en moyenne inférieur à celui des rayons primaires. Entre les résultats prévus par la théorie et les résultats expéri- mentaux on constate des divergences, ainsi qu'il était facile de le prévoir. Les courbes obtenues par l'expérience dépendent dans une large mesure du dispositif expérimental employé, et cette circonstance rend difficile leur représentation par des formules simples. (') Schmidt, Pliys. Zeil., i()io. NATIHK l)i:S IIADIATIONS. yj} Il \YO\S y.. 121. Nature des rayons a. Déviation magnétique et électrique. — Les rayons y. constituent la partie la plus importante du rayon- nement des corps radioactifs^ en ce qui concerne le pouvoir ionisant et l'énergie du rayonnement. La nature de ces rayons a été reconnue plus tard que celle des rayons 3; étant beaucoup moins sensibles que ces derniers à l'action d'un champ magné- tique_, ils ont été considérés d'abord comme non déviables. La production de rayons a n'est pas liée à celle de rayons j3 et *'• C'est ainsi que le polonium émet seulement des rayons genre a et des électrons lents^ mais n'émet pas de rayons 3 de vitesse comparable ou supérieure à celle des rayons cathodiques. Quand une substance radioactive émet à la fois des rayons a et des rayons 'p, il arrive que les deux groupes de rayons peuvent être temporairement séparés d'une manière totale ou partielle. Les groupes a et |j de rayons de l'uranium peuvent éprouver une séparation complète temporaire, l'un deux étant attaché à l'uranium (groupe a), et l'autre appartenant à l'uranium X. Dans le rayonnement du radium, le groupe de rayons y. qui appartient au radium lui-même peut être temporairement séparé du rayon- nement total qui comprend d'autres groupes de rayons a, en même temps que des rayons |j et ^'. Les premières connaissances acquises sur les rayons a étaient basées surtout sur létude de leur pouvoir pénétrant; les rayons j. à ce point de vue ne se comportent pas comme les rayons j. Une étude que j'ai faite à ce sujet en n)t)o m'a amenée à assimiler les rayons a à des projectiles doués d'une grande vitesse, qui éprouvent une perte de force vive en traversant des obstacles ( ' ). Plusieurs savants ont émis 1 opinion que les rayons a pouvaient être des particules chargées positivement et animées d'un mou- vement rapide (-), ('). Cette manière de voir a été définiti- vement établie par les expériences de M. Rutherford ( ' ) qui (') M™' Curie, Comptes rendus, 1900. (') Strutt, Phil. Trans., 1901. (^) Crookes, Chem. New., 1902. (') Rutherford, Pliys. Zeit., 1902. 91 CIIAI'ITIU': IX. a découvert l'action du champ magnétique sui' les rayons a. Voici quel |était le dispositif expérimental primitivement emp'oyé. Les rayons émis par une couche mince de sel radifère très actif passaient au travers d'une série de fentes étroites pa- rallèles {fig. I i(J), et ensuite au travers d'une feuille d'alumi- nium n'ayant que o""/JOo3i d'épaisseur; les rayons pénétraient ensuite dans une chambre d'ionisation et produisaient un cou- Fii J rant qui pouvait être mesuré. Les fentes étaient obtenues en plaçant une série de plaques parallèles dans des rainures equi- distantes pratiquées dans deux plaques verticales parallèles entre elles. La largeur des fentes variait entre o'^'%o42 et o"", i. Le champ magnétique étant normal au plan du tableau et parallèle au plan des fentes, les rayons étaient déviés dans le plan du tableau et absorbés par les parois des fentes. Un courant de gaz hydrogène circulant dans l'appareil du haut vers le bas empê- chait l'émanation de pénétrer dans la chambre d'ionisation. On mesurait le courant obtenu en l'absence du champ^ puis on re- commençait la mesure en absorbant les rayons a complètement par une lame de mica mince; la différence des courants obtenus dans ces deux expériences représentait l'effet des rayons a seuls. Qifand le champ magnétique était suffisamment intense, tous les rayons y. étaient déviés. Pour déterminer le sens de la déviation, on employait des fentes de i """ de largeur, recouvertes sur la moitié de leur largeur par une bande de laiton; la diminution de l'effet ionisant lors de l'application du champ magnétique dépend NATURK DKS RADIATIONS. gS en ce cas du sens du champ. Cette expérience a permis d'établir que la déviation se fait dans le sens opposé à celui qu'on obtient avec les rayons cathodiques_, et que, par suite, il y a lieu d'ad- mettre que les rayons y. sont chargés positivement. La déviation des rayons a dans un champ magnétique est faible. Des expériences ultérieures ont montré que le rayon de courbure de la trajectoire est égal à environ 4o"" dans un champ pour lequel on aurait obtenu un rayon de courbure de o'""jOi avec les rayons cathodiques. Les résultats de M. Rutherford ont été confirmés par H. Bec- querel (') qui obtint la déviation des rayons a du radium et du polonium par la méthode radiographique. Cette méthode se prête très bien à cet usage et a rendu dans la suite de grands services dans l'étude des rayons a. La substance radiante était placée dans une cuve linéaire [fig. 117); au-dessus de la source, à une distance de i"" environ, se trouvait un écran métallique D. percé d'une fente parallèle à la cuve et placé au-dessus de celle-ci. Une plaque photographique P normale à la direction primitive du faisceau recevait l'impression. Le champ magnétique était normal au plan du tableau. Par renversement du champ on obtenait deux impressions linéaires d'une grande netteté, cor- respondant aux rayons a seuls, les rayons [j étant complètement rejetés de côté pour un champ aussi intense que celui qu'il fallait employer. Si la plaque photographique, au lieu d'être normale au faisceau, était presque parallèle à sa direction, la trajectoire (') Becquerel, Comptes rendus, 1900. 96 ciiAiMTut; IX. du faisceau dévié se trouvait reproduite. Une épreuve de ce genre est représentée dans la figure i^ Planche VI. Dans tous les cas l'impression s'est montrée nette, ne présentant pas de diffusion ni de dispersion appréciable, et indiquant que le faisceau ne pouvait être composé de rayons très hétérogènes. La déviation électrique des rayons a a été obtenue par M. Ru- therford (') au moyen d'un dispositif analogue à celui qui avait servi pour mettre en évidence la déviation magnétique; les plateaux qui formaient les fentes étaient en ce cas fixés dans des plaques d'ébonite; le champ électrique était établi entre deux plateaux voisins au moyen d'une batterie de petits accumulateurs. Quand les fentes n'avaient qu'une largeur de o""", ci, et que le champ atteignait la valeur de looou volts par centimètre, la diminution d'intensité du rayonnement produite par le champ était de 4 3 pour loo, La nature des rayons a se trouvait donc déterminée par l'en- semble des expériences qui viennent d'ctre décrites. Les expé- riences quantitatives ayant pour but la détermination de la vitesse des rayons et du rapport de la charge à la masse, seront décrites dans la suite de ce Chapitre. 122. Étude des rayons a par la méthode des scintillations. — Les rayons a produisent la luminosité des substances phospho- rescentes, et le sulfure de zinc est particulièrement sensible à ce point de vue. La luminosité du sulfure de zinc, blende de Sidot, par l'action des rayons a n'e«t pas continue, mais présente le phénomène très curieux de scintillations qui a été découvert par M. Crookes (-). L'appareil de M. Crookes pour l'observation des scintillations se nomme spinthariscope. Cet appareil se com- pose essentiellement d'un grain de sel de radium maintenu à l'extrémité d'un fil métallique en face d'un écran au sulfure de zinc phosphorescent. Le grain de radium est à une très petite distance de l'écran (o'"'", 5, par exemple), et l'on regarde au moyen d'une loupe la face de l'écran tournée vers le radium. Dans ces conditions Toeil aperçoit sur l'écran une véritable ( ' ) KuTHERi'ORD, Badioaclivily . (-) Crookes, Chem. News., iyo3. NATlKi: DIÎS HADIATIONS. ()7 pluie de points lumineux qui apparaissent et disparaissent con- tinueilement. L'écran présente l'aspect d'un ciel étoile. Les points brillants sont plus rapprochés dans les régions de l'écran voisines du radium, et dans le voisinage immédiat de celui-ci la lueur paraît continue. Le phénomène ne semble pas altéré par les courants d'air; il se produit dans le vide, mais il est sup- primé par un écran d'assez faible épaisseur, (o""",i d'aluminium), placé entre le radium et l'écran phosphorescent; on pouvait donc conclure que le phénomène est dû à l'action des rayons a les plus absorbables du radium. On pouvait imaginer que l'apparition d'un des points lumineux sur l'écran phosphorescent est provoquée par le choc d'un pro- jectile isolé. Dans cette manière de voir, on avait affaire, pour la première fois, à un phénomène permettant de distinguer l'action individuelle d'une particule dont les dimensions sont du même ordre de grandeur que celles d'un atome. L'aspect des points lumineux est le même que celui des étoiles ou de objets ultra-microscopiques fortement écla.'rés, qui ne produisent pas sur la rétine des images nettes, mais des taches d diffraction; et ceci est bien en accord avec la conception ^^ue chaque point lumineux extrêmement petit est produit par le choc d'un seul atome. Cette conception a été vérifiée par des travaux récents, dans lesquels le nombre des particules a reçues par un écran et le nombre des ; scintillations étaient déter- minés indépendamment; il a été prouvé qu'on peut compter les particules a par le nombre des scintillations qu'elles pro- duisent. Les scintillations peuvent être obtenues avec le radium, l'actinium, le polonium, les radioactivités induites; l'émanation de l'actinium donne des effets particulièrement brillants. Elles ont pu être observées avec des substances faiblement actives telles que l'uranium, le thorium, la pechblende ('). Pour cela on dispose sur la substance active un écran de matière transparente, recouvert sur la face inférieure d'une couche mince de sulfure de zinc ; les scintillations sont observées avec une loupe, après un séjour d'une certaine durée dans l'obscurité complète. (') Glew, Arch. Rôntgen Ray . 1904. G. — II. 7 98 CllAlMTUK IX. La production des scintillations est donc une propriété générale des rayons a. Pour observer les scintillations on peut remplacer le sulfure de zinc par la willemite^ le diamant, le platinocyanure de potas- sium. Avec le platinocyanure de baryum l'observation est difficile, probablement à cause d'une persistance trop grande de l'efîet lumineux. On peut remarquer que le sulfure de zinc est très sensible aux chocs, qui peuvent produire facilement des effets lumineux accompagnant, d'après Becquerel, le clivage des cristaux. On peut se servir du phénomène des scintillations pour observer avec une certaine précision la distance à laquelle s'étend l'action des rayons a. Le phénomène des scintillations est particulièrement caractéristique pour les rayons a ; toutefois il a pu être observé à un faible degré avec les rayons ,3. 123. Absorption des rayons a. — Les premières expériences, faites sur l'absorption des rayons v. par la matière, ont mis en évidence que ces rayons ont, à ce point de vue, des propriétés très différentes de celles des rayons [j. Le polonium se prête particulièrement à l'étude des rayons a puisqu'il n'émet point d'autres rayons. J'ai étudié l'absorption des rayons du poîonium par une méthode électrique ('). J'ai trouvé que les rayons du polonium sont d'autant plus absor- bables, que l'épaisseur de matière qu'ils ont déjà traversée est plus grande ( ' ). Cette loi d'absorption singulière est contraire à celle qu'on connaît pour les autres rayonnements. L'expérience était disposée de la manière suivante : les deux plateaux d'un condensateur PP et P'P' (^g. 118) sont hori- zontaux et abrités dans une boîte métallique BBBB en relation avec le sol. Le corps actif A, situé dans une boîte métal- lique épaisse CCCC faisant corps avec le plateau P'P', agit sur l'air du condensateur au travers d'une toile métallique T; les rayons qui traversent la toile sont seuls utilisés pour la pro- duction du courant, le champ électrique s'arrêtant à la toile. On peut faire varier la distance AT du corps actif à la toile. Le champ (') M"" Curie, Comptes rendus, 8 janvier lyoo. NATURE DES RADIATIONS. 99 entre les plateaux est établi au moyen d'une pile; la mesure du courant se fait au moyen d'un électromètre et d'un quartz piézo- électrique. En plaçant en A sur le corps actif divers écrans et en modifiant la distance AT, on peut mesurer l'absorption des rayons qui font dans l'air des chemins plus ou moins grands. Voici les résultats obtenus avec le polonium : Pour une certaine valeur de la distance AT ( )'"" et au-dessus), aucun courant ne passe : les rayons ne pénètrent pas dans le Fis. iiS. condensateur. Quand on diminue la distance AT, l'apparition des rayons dans le condensateur se fait d'une manière assez brusque, de telle sorte que, pour une petite diminution de la dis- tance, on passe d'un courant très faible à un courant très notable; ensuite le courant s'accroît régulièrement quand on continue à rapprocher le corps radiant de la toile T. Quand on recouvre la substance radiante d'une lame d'alu- minium laminé de -j^ de millimètre d'épaisseur, l'absorption pro- duite par la lame est d'autant plus forte que la distance AT est plus grande. Si l'on place sur la première lame d'aluminium une deuxième lame pareille, chaque lame absorbe une fract.on du rayonnement qu'elle reçoit, et cette fraction est plus grande pour la deuxième lame que pour la première, de telle façon que c'est la deuxième lame qui semble plus absorbante. Dans le Tableau qui suit, on a fait figurer : dans la première ligne, les distances en centimètres entre le polonium et la toile T; lOO CIIAPITKK IX. dans la deuxième ligne, la proportion de rayons pour loo trans- mise par une lame d'aluminium ; dans la troisième ligne^ la proportion de rayons pour i oo transmise par deux lames du même aluminium. Distance AT 3,5 2,5 1,9 r , ^5 o,5 Proportion de rayons transmis par une lame o o 5 10 -25 Proportion de rayons transmis par deux lames 0000 0,7 Dans une autre expérience on a obtenu les nombres suivants : Distance AT en centimètres o i ,5 2,6 Proportion de rayons transmis par l'écran... 76 ()6 3g Dans ces expériences^ la distance des plateaux P et P était de o''"'. On voit que l'interposition de la lame d'aluminium diminue l'intensité du rayonnement en plus forte proportion dans les régions éloignées qtue dans les régions rapprochées. L'effet est encore plus marqué quand la distance des plateaux n'est que de o*""'^ 5 ; la fraction du rayonnement transmise par la lame d'aluminium est en ce cas de 4" pour 100^ et^ à travers deux lames^ elle est de 5 pour 100 du rayonnement primitif. Ainsi, pour les rayons du polonium la fraction du rayonnement absorbée par un écran donné croît avec l'épaisseur de matière qui a déjà été traversée par le rayonnement^ mais cela a lieu surtout à partir d'une certaine valeur de la distance AT. Quand cette distance est nulle (le polonium étant tout contre la toile, en dehors ou en dedans du condensateur), il arrive que, de plusieurs écrans identiques très minces superposés, chacun absorbe la même fraction du rayonnement qu'il reçoit; autrement dit, l'intensité du rayonnement diminue alors suivant une loi exponentielle en fonc- tion de l'épaisseur de matière traversée, comme cela aurait lieu pour un rayonnement homogène et transmis par la lame sans changement de nature. Toutefois les résultats obtenus peuvent dépendre dans une certaine mesure du dispositif expérimental employé. Voici quelques résultats numériques relatifs à ces expériences : Pour une distance AT égale à i"",;'»;, un écran en aluminium. NATURE DES RADIATIONS. lOI mince transmet la fraction o , 5 1 du rayonnement qu'il reçoit quand il agit seul, et la fraction o . H 4 seulement du rayonnement qu'il reçoit quand il est précédé par un autre écran pareil à lui. Au contraire^ pour une distance AT égale à o^ ce même écran transmet dans les deux cas considérés la même fraction du rayonnement qu'il reçoit et cette fraction est égale à o , - 1 ; elle est donc plus grande que dans le cas précédent. Voici^ pour une distance AT égale à o, et pour une succession d'écrans très minces superposés^ des nombres qui indiquent pour chaque écran le rapport du rayonnement transmis au rayonne- ment reçu : Série Série de 9 feuilles de cuivre de 7 fe iiillos d'aluminium très minces. 1res minces. o,;9. 0 , <'9 0,78 0,94 0,75 0,9'» 0, 77 0,91 0.70 0,92 0,77 0,9'' 0,69 «,9' <',79 o,G8 Les nombres de chaque colonne peuvent être considérés comme constants; seul, le premier nombre de la colonne relative à l'alu- minium indique une absorption plus forte que celle indiquée par les nombres suivants. Les rayons a du radium se comportent comme les rayons du polonium. On peut étudier ces rayons à peu près seuls en renvoyant les rayons bien plus déviables [ii de côté, par l'emploi d'un champ magnétique; les rayons y semblent, en effet, peu importants par rapport aux rayons a. Toutefois, on ne peut opérer ainsi qu'à partir d'une certaine distance de la source radiante. Voici les résultats d'une expérience de ce genre. On mesurait la fraction du rayonnement transmise par une lame d'aluminium de o™"',oi d'épaisseur; cette lame était placée toujours au même endroit, au-dessus et à petite distance de la source radiante. On observait, au moyen de l'appareil de la figure 9 f, le courant produit dans le CIIAIMTRF. IX. condensateur pour diverses valeurs de la distance AD^ en pré- sence et en absence de la lame. Dislaiice AI) (ijO 5,4 3 , ^ l'iuportion (le rayons ti'ansniis par l'alimiiiiiuiii . 3 7 2^ Ce sont encore les rayons qui allaient le plus loin dans l'air qui sont le plus absorbés par l'aluminium. Il y a donc une grande analogie entre la partie absorbable a du rayonnement du radium et les rayons du polonium. L'arrêt des rayons a du radium dans l'air se produit à une distance de la source qui est égale à environ -"". Le mode d'absorption des rayons a les différencie nettement des rayons f:>; il évoque l'idée de projectiles qui épuisent leur vitesse en traversant la matière. Ces projectiles constituent cependant des rayons capables de traverser les écrans sans diffu- sion sensible et en donnant des ombres géométriques parfaites. Des expériences de même nature ont été décrites par M. Ruther- ford et Miss Brooks ('); la substance active était placée dans un condensateur à plateaux et des écrans en aluminium mince étaient posés directement sur la substance; on employait le polo- nium ou le radium au minimum d'activité^ c'est-à-dire le radium privé temporairement de rayons autres que les rayons a. La loi d'absorption obtenue avec le radium ne s'écarte pas beaucoup de la forme exponentielle^ cependant le pouvoir pénétrant diminue quand l'épaisseur de matière traversée croît. Pour le polonium ce dernier effet est beaucoup plus marqué^ et la décroissance du rayonnement est plus rapide que ne l'indiquerait une loi expo- nentielle. La forme des courbes d'absorption obtenues pour les rayons a dépend du dispositif expérimental employé, en particulier de l'épaisseur de la couche active et des limites dans lesquelles varie l'obliquité des rayons utilisés. Les rayons a des différentes sub- stances pénètrent dans l'air à des distances différentes (7"" pour le radium et 'î'"' pour le polonium). Les courbes d'absorption obtenues par M. Rutherford et Miss Brooks pour les rayons a de l'uranium, du thorium, du radium, (') lU'THEHi''OHii Cl Miss UitooKs, Phil. Moff., Hjn.!. NATUUK DES RADIATIONS. io3 du poIonium_, des dépôts actifs du thorium et du radium^ ont une allure exponentielle; la matière absorbante était l'aluminium^ et l'épaisseur maximum employée a été de o""",oi7. Les émanations étaient entraînées par un courant d'air pour éviter l'activation des appareils de mesures. Le pouvoir pénétrant des rayons des diffé- rentes substances décroît dans l'ordre suivant : Radioactivité induite du lliorinm. Radioactivité induite du radium. Thorium. Radium. Polonium. Uranium. Cet ordre est le même que celui indiqué dans le paragraphe lOi, L'absorption des rayons a parles gaz a été étudiée par M. Ruther- ford ('). Les rayons émanant de la substance active {fig. 1 19) tra- Fig. 1 i<). ^Electrumhtre H H Pile versaient une feuille d'aluminium mince et étaient reçus dans un condensateur à plateaux^ dont la distance à la substance active pouvait être modifiée à volonté. L'ensemble de l'appareil était enfermé dans une boîte étanche dans laquelle on introduisait le gaz étudié. La surface active étant de grande étendue était considérée comme indéfinie. Si le rayonnement reçu dans le (') RuTHERKORD, RacUoactai If ro4 CIIAPITHK IX. condensateur diminue suivant une loi exponentielle en fonction de la distance, ce rayonnement a une valeur proportionnelle à e~'^-^ à l'entrée du condensateur, et une valeur proportionnelle à g u.(.r+r/) ^ \q^ i^ce. opposée, en désignant par et que le rayonnement a du radium forme de môme autour de la substance une gaîne qui s'étend à une distance de 7"". Ces expériences ont prouvé que le pouvoir ionisant des rayons a est épuisé à une distance de quelques centimètres de la source, ce qui indique que les rayons ont pu éprouver une perte d'énergie cinétique le long de leur parcours, la perte pouvant être attribuée à la dépense d'énergie nécessaire pour produire l'ioni- NATUIU-: DES UADIATIONS. lO) sation du gaz. On verra^ d'ailleurs, que le nombre d'ions produit par une particule a le long de son parcours dans le gaz est très élevé et de l'ordre de 200 000; le travail d'ionisation peut donc représenter une perte d'énergie importante, MM. Bragg et Kleemann (') ont fait l'hypothèse que les rayons a émis par une substance radioactive simple possèdent tous la même vitesse initiale, et qu'ils sont., par suite, capables de produire l'ioni- sation de l'air sur une même distance déterminée a qui se nomme leur parcours. Seuls les rayons a émis par la surface de la matière active peuvent réaliser le parcours a ; les rayons provenant d'une profondeur z éprouvent une perte d'énergie en traversant la matière; on admet que cette perte d'énergie se traduit par une diminution du parcours restant dans l'air, et que cette diminution proportionnelle à z peut être désignée par pz, 0 étant un coefficient qu'on nomme coefficient d'abaissement; dans la théorie primitive on considérait que 0 représente le rapport entre la densité de la matière traversée et la densité de l'air. On suppose encore, confor- mément aux indications de l'expérience, qu'un faisceau de rayons a traverse la matière sans éprouver une dispersion appréciable et que, par suite, le trajet des rayons dans l'air est rectiligne. Considérons un faisceau de rayons a parallèles émis par une couche de matière d'épaisseur l suffisamment faible pour que les rayons émanant du fond de la couche puissent encore pénétrer dans l'air, c'est-à-dire pour qu'on ait zl si l'on désigne par N le nombre de rayons émis par la couche active J ) j B ^^~^^^ ù: A a par unité d'épaisseur, et par n le nombre d'ions produits par chaque rayon par unité de longueur du trajet. Tant que les rayons extrêmes atteignent le plateau supérieur, l'ionisation entre les plans qui correspondent aux ordonnées x et X -}- b est mesurée par l'expression (<' .r) ,i^b — d.r = a L'ionisation décroît donc en fonction de la distance suivant une loi linéaire, l'inclinaison de la droite représentative étant propor- tionnelle à — '■ — p Quand les rayons extrêmes n'atteignent plus le plateau supérieur, l'ionisation est donnée par la formule d.v = (a — ccy. 0 '2 0 La variation de -^ en fonction de x est alors représentée par un arc de parabole; toutefois quand on emploie une chambre d'ioni- NATIRE DES RADIATIONS. inj sation très étroite^ cette portion de courbe est relativement peu importante. Supposons que ]a matière active donne lieu à une émission de plusieurs groupes de rayons -j., chaque groupe étant homogène et se comportant suivant la théorie qui vient d'être exposée; suppo- sons de plus que les parcours des rayons des différents groupes ne sont pas très voisins entre eux et que p a la même valeur pour tous les groupes. On pourra alors choisir l'épaisseur de la couche active de telle manière que, pour chaque faisceau, le trajet restant des rayons venant de la surface, soit plus court que le trajet restant des rayons venant du fond pour le faisceau qui vient ensuite dans l'ordre des vitesses d'émission croissantes. L'ionisation -> varie en ce cas en fonction de x suivant une courbe représentative com- prenant des portions rectilignes d'intensité constante, séparées par des portions rectilignes de décroissance linéaire. Si l'on admet que chaque groupe comprend le même nombre de rayons, et que le pouvoir ionisant des rayons des divers groupes est le même, les segments de droites inclinées auront tous les mêmes inclinaisons correspondant à la valeur commune de — — et les mêmes lon- gueurs correspondant aux valeurs, égales entre elles, des différences des trajets effectués dans l'air par les rayons venant du fond et de la surface de la couche active pour chaque faisceau. La ligure 121a été construite en admettant que la substance l-is. 15 1. active émet quatre groupes de rayons a pour lesquels les suppo- sitions précédentes se trouvent vérifiées. Les ordonnées des i(i8 CIIAPITIUÎ IX. points M|. Mo, M3, M., [fig. i:ii, I), mesurent les parcours des rayons des différents groupes dans l'ordre des vitesses d'émission croissantes. Ce cas est approximativement réalisé pour l'émission a du radium en équilibre avec l'émanation et la radioactivité induite. Voici quel était le dispositif expérimental qui a servi à vérifier les prévisions de la théorie. Il était nécessaire d'employer des rayons normaux à la surface active S, Pour cela le rayonnement émis par la source était limité au moyen d'un diaphragme con- venable. Le diaphragme primitivement employé est représenté dans la figure 122, 1; ensuite on a considéré comme préférable de constituer le diaphragme par un grand nombre de petits tubes juxtaposés ayant^ par exemple, i"" de longueur et 2'"™ de diamètre {fig. 122, II). L'emploi du diaphragme empêche évidemment de poursuivre les mesures jusqu'à la surface active. Pour mesurer l'ionisation on réunit le plateau B à l'électromètre et la toile A à la batterie. Il est utile de disposer au voisinage de A du côté de la source une toile métallique reliée au sol, destinée à absorber les ions qui étant produits entre la source et la toile A, pourraient pé- Fii [leclrometre B \ tJ.lp l... /. Sol' r h =. II nétrer par diffusion dans la chambre AB. La profondeur de la chambre est de 1'"'" à 2""". La nécessité d'isoler des rayons nor- maux réduit dans une très forte proportion l'intensité du rayon- nement, et il est nécessaire d'employer une source très active ou un dispositif de mesures sensible. L'application de cette méthode de recherche à l'étude du rayonnement a du radium a permis à MM. Bragg et Kleemann de vérifier dans les lignes principales l'exactitude des prévisions N\TIRE DKS U\|11\TI0XS. 109 théoriques et à mettre en évidence ce fait important^ que le radium émet quatre groupes de rayons a qui se distinguent entre eux par la vitesse d'émission. De plus l'expérience a montré que ces groupes sont susceptibles d'être séparés^ et que chacun d'eux appartient à une substance radioactive distincte au sens de la théorie de désintégration des éléments radioactifs. Certaines suppositions faites dans la théorie primitive ont dû toutefois être modifiées. La fio-ure i 2 >, I représente la courbe obtenue avec le radium en équili'bre radioactif. Cette courbe indique l'existence de quatre groupes de rayons qui font successivement leur apparition à me- sure qu'on se rapproche de la substance active. Les parcours des rayons des divers groupes sont i"",*? i'""^'^^, .('''",8.:) et 7'''", 06. Ce dernier nombre concorde avec l'évaluation antérieurement faite Fii;. i"j3. ' \ f ! r ; 1 [ 8 --- 1 i 1 1 i > "«-1 ^ .,^ G > / b / i - ■*i. (y ! ^ I «--, J^ • 3 V^ II 1 *^ ..^ > J X y / / y 2 p 1 i 1 10 \h Ionisation de la distance à laquelle s'arrêtent dans l'air les rayons a du ra- dium. L'ionisation qui persiste à une distance supérieure à 7"" est faible ; elle est attribuable aux rayons j et y du radium. Le groupe de rayons a dont le parcours est le plus faible pro- MO ciiAi'irrtK i\. vient du radium lui-même. En eiïet. si l'on prend soin de chasser l'émanation du radium par une chauffe très forte et très pro- longée (plus de '6 heures), de manière à laisser s'éteindre la radio- activité induite, ce groupe de rayons subsiste seul, et l'on obtient alors la courbe II {fig. i :>,.)). Cette courbe affecte l'allure générale prévue dans la figure 1:^0 pour un groupe de rayons homogènes. Cependant la portion rectiligne verticale est remplacée par une portion inclinée PQ. Si l'on admet qu'il y a cependant corres- pondance entre ces deux portions et que le nombre des rayons reste constant dans la région PQ, alors les abscisses dans cette région représentent le pouvoir ionisant moyen du faisceau à une distance x de la surface active. On ne peut donc plus considérer que ce pouvoir ionisant est le même sur toute la longueur du parcours, mais on est conduit à admettre qu'il augmente avec la distance déjà franchie et qu'il est maximum vers la fin du parcours. Le même effet peut être constaté pour tous les groupes de rayons du radium ainsi qu'on le voit dans la figure 1 23, I. Abstraction faite des écarts pouvant provenir de cette cause, on doit s'attendre à ce que les ionisations produites par les divers faisceaux soient égales, si le nombre des particules a est le même dans chaque faisceau. Cette prévision se trouve vérifiée approxi- mativement, les abscisses qui correspondent aux maximums de -^ étant sensiblement dans le rapport i : i^ : 3 : 4- La séparation des faisceaux est d'autant plus nette que la couche de matière radiante est plus mince; quand elle ne l'est pas suffisamment, on ne peut distinguer les faisceaux de parcours voisins j'"",2.) et 4*^'", 83. Pour obtenir une couche mince on évapore une solution étendue de sel radifère sur une plaque de métal. Tou- tefois, en examinant la surface active au microscope, on constate toujours cfue le sel est ramassé en petits cristaux, et il ne semble pas possible d'obtenir ainsi une couche uniforme de très faible épaisseur. Quand la couche de matière radifère est plus épaisse^ la diminu- tion de l'ionisation commence à se produire dès qu'on s'éloigne de la substance active. La courbe ^^ = j{x), prévue par la théorie approchée, est alors celle de la figure 121, II, les ordonnées des points M,, Mo, M:,, M', correspondant au parcours des faisceaux, et les inclinaisons des quatre segments de droites étant dans le rapport i : -.i : 3 :4. En effet, le segment M-, Mj correspond à la NATLRi: DKS RAOIATIONS. disparition d'un seul faisceau^ et son inclinaison est caractérisée par le coefficient — ;— ^ le segment Mu Mo corrrespond à la dispa- rition de deux faisceaux et à l'inclinaison ^^ — - — - etc. Des courbes qui rappellent la ligne polygonale théorique ont été obtenues par MM. Bragg et Kleemann. Le faisceau de rayons a dont le parcours est le plus grand (■j'"",o6) est dû au dépôt actif du radium, car il persiste après une chauffe très forte mais d'assez courte durée, qui a pour effet de chasser l'émanation sans que la destruction du dépôt actif ait été achevée; ce faisceau disparaît en ce cas rapidement pendant la première demi-heure qui suit la chauffe; il est dû au composant radium C du dépôt actif, composant susceptible d'être isolé. Les deux autres groupes de rayons a peuvent être attribués à l'émanation du radium et au premier composant du dépôt actif, le radium A; le radium A est la matière radioactive à laquelle est attribuée la décroissance initiale très rapide du rayonnement total obtenu par la radioactivité induite, tandis que le radium C est la matière dont le rayonnement y. peut être observé pour des temps supérieurs à une demi-heure à partir du début de la désactivation. La méthode employée par MM. Bragg et Kleemann pour l'ana- lyse du rayonnnement a du radium a été appliquée ensuite par de nombreux observateurs à l'étude des rayons y. émis par les autres corps radioactifs. On a obtenu ainsi les résultats suivants : Le polonium émet un seul groupe de rayons a dont le parcours dans Tair est égala 3'"",(S6 ('). L'actinium émet quatre (ou cinq) groupes de rayons y. qui peuvent être attribués aux différents produits de sa désintégration {voir Chap. X\ ). Le thorium émet cinq ou six groupes de rayons a dont un lui appartient vraisemblablement, les cinq autres appartenant aux produits de sa désintégration {voir Chap. XIV). L'expérience est favorable à la manière de voir d'après laquelle l'émission d'un seul groupe de rayons a caractérise une substance radioactive simple, l'émission de plus d'un groupe étant l'indice d'une composition complexe de la substance active. Cette opinion C) Levin, PI)} s. Ztit., i9..(i. ciiAi'irm: ix. résulte des séparations qu'on a pu réaliser entre les différents groupes de rayons a émis par les substances primaires^ et qui ont. en général, conduit à attribuer chaque groupe à une substance chimiquement distincte. La longueur du parcours dans lair^ à la pression et à la tempé- rature normales^ est une donnée caractéristique pour un groupe de rayons a. Dans ce qui précède, le parcours a été défini par la dis- tance à laquelle s'étend dans l'air l'action ionisante des rayons; toutefois l'expérience a montré que toute autre propriété des rayons peut aussi être observée seulement jusqu'à une certaine limite qui est approximativement la même dans tous les cas {(^oir § 1^*^^ 134). Il semble donc qu'il existe une liaison étroite entre les diverses propriétés de la particule a; en vertu de cette liaison les procédés d'étude qui consistent à déceler la présence des particules par la production d'ions, la production de scintillations, l'effet radiogra- phique ou le transport de charge électrique paraissent équivalents, au moins en première approximation, 126. Courbe d'ionisation des rayons y. — La courbe I ^ f[x) qui donne, suivant la méthode Bragg et Kleemann, la valeur de l'ionisation / en fonction de la distance a; à la surface active, sera nommée, pour abréger, courbe d'ionisation des rayons a. Les ordonnées x de cette courbe représentent les distances à la surface de la couche active, supposée plane et très mince; les abscisses / représentent, pour des rayons approximativement normaux à la surface active, le nombre d'ions produits entre deux plans parallèles à cette surface, ayant entre eux une dis- tance fixe h. et ayant comme ordonnées x — - et a; + 7 • On peut donc considérer que / est l'ionisation moyenne par unité de longueur; tant que le nombre des particules reste invariable, c'est aussi la valeur moyenne du pouvoir ionisant dans la région comprise entre jles deux plans qui limitent la chambre d'ionisa- tion. Il peut paraître préférable de porter x en abscisses et / en ordonnées. L'étude de la courbe d'ionisation offre un grand intérêt. Nous avons vu que l'ionisation / augmente avec x et passe par un maximum pour une certaine valeur de cette distance; le maxi- mum est suivi d'une décroissance très rapide. Un examen attentif NATL'RK DIÎS RADIATIONS. Il3 des courbes expérimentales montre que l'interprétation théorique de leur forme offre encore quelque incertitude. Pour s'en rendre compte^ il est utile de discuter de quelle manière la forme de la courbe dépend des conditions de l'expérience. On peut remarquer tout d'abord que les rayons ne peuvent être rigoureusement normaux à la surface active. La valeur me- surée de / correspond en réalité à des rayons dont l'inclinaison sur la normale varie entre certaines limites. Cependant l'effet de l'obliquité devient très faible dès qu'on réalise une canalisa- tion assez parfaite du faisceau. Ainsi pour un rayon émis norma- lement et pour un rayon émis dans une direction qui fait avec la normale un angle égal à o_, i ou 5<^^ -, les distances limites x qui peuvent être atteintes ne diffèrent c[ue de la fraction o,oo5 du parcours a supposé le même dans les deux cas; il en résulte que pour ces rayons les portions égales de leurs trajets qui cor- respondent à une même distance moyenne x peuvent être^ en général^ considérées comme se correspondant avec une approxi- mation suffisante. Considérons maintenant l'influence de la profondeur h de la chambre d'ionisation. En raison de la variation du pouvoir ionisant avec x, il n'est pas facile de traiter ce cas par la théorie, mais on peut le discuter sur la base de données expérimentales. La valeur de /qu'on aurait avec une chambre de profondeur &= '^.^va. et pour x^=X\ est évidemment la somme des valeurs de / obtenues avec une chambre de profondeur h = i°^™ pour x = x, — 0"^^^, 5 et a:, = x, + o™"^, 5. Si l'on a obtenu la courbe d'ionisation expé- rimentale relative à une certaine substance en se servant d'une chambre pour laquelle b = 1 "^"^, on pourra donc construire les courbes d'ionisation qu'on aurait obtenues avec des chambres pour lesquelles b = 2"^™, 3'^'^_, etc. Portons en abscisses la valeur de b et en ordonnées la valeur de j qui correspond à une même distance x; les points obtenus viennent se placer sur une courbe, qui permet de déduire par extrapolation la valeur de j cju'on aurait obtenue avec une chambre infiniment étroite 6=0, En recommençant cette construction pour différentes distances x, on peut construire la courbe d'ionisation limite qui correspond à une profondeur négligeable de la chambre, le dispositif expérimental C. — II. 8 CUAIMTIU: IX. restant le même par ailleurs. L'exemple d'une telle opération est donné dans la figure 1^4; les courbes déduites d'une même courbe expérimentale et correspondant à différentes valeurs de h inscrites sur la figure^ ont été construites chacune à une échelle différente pour I , de manière à rendre égales les valeurs maximum de /. On voit c|ue la diminution de 6 a pour effet d'augmenter la distance c, qui correspond au maximum et de Fi:;. 12 j. 5 ^ ■ . ^^^^^ , . ^^ y-x\ 3 , — • — — T: _.-=^;^:_^ _v - \ V- I — -^--^ \^ \\ ' v^ \ \ 2 . A \ — Mistances en centiaiétnas. réduire la distance a — ; sur laquelle / décroît depuis sa valeur maximum jusqu'à la valeur o. On voit aussi que sur la cour]:)e qui correspond à & = o la distance a — ç est d'environ 5™™. La substance active était le polonium déposé sur une lame métallique en couche extrêmement mince ('). On peut enfin examiner l'influence de l'épaisseur de la couche active. Quand cette épaisseur augmente^ la région du maximum de 7 se rapproche de la substance active. Si le nombre des par- ticules restait le même et si le pouvoir ionisant d'une particule (') Les courbes de lu (iyiire \i\ oiU été oljlenucs par .M. .Moulin, Thèses de doctorat. Paris, 1910. NATLRK DES R.VDl.VTIONS. Il5 isolée était constant ou bien régulièrement croissant le long du parcours jusqu'à la fin de celui-ci^ la valeur de / pour une couche de matière d'épaisseur négligeable devrait tomber brusquement de la valeur maximum à la valeur o sur une distance négli- geable (voir fig. 121). Pourtant sur les courbes expérimentales cette distance z^= a — ç est toujours très appréciable_, même quand la couche de matière active paraît extrêmement mince. C'est ainsi que pour le polonium déposé sur une lame métallique en couche invisible ou à peine visible on trouve :; = 5"^"^^ après correction relative à l'influence de la profondeur de la chambre [fig. 1^4)? des valeurs de :: de 5""^^ à (i"''"^ sont obtenues avec une chambre d'ionisation de 2™"^ de profondeur^ la substance active étant soit le polonium déposé en couche très mince_, soit le dépôt de radio- activité induite du radiuin (radium C) ; dans ce dernier cas le dépôt est absolument invisible, et pourtant la courbe obtenue peut être superposée dans la région terminale à la courbe d'ionisation des rayons du polonium obtenue avec le même dispositif expérimental [voir § 131^ fig. i3i). Pour interpréter la forme de la courbe d'ionisation vers la fin du parcours, on peut faire deux suppositions qui, d'ailleurs, pourraient être vérifiées simultanément : i " on peut admettre cjue le pouvoir ionisant d'une particule, après avoir passé par un maximum, décroît ensuite rapidement vers la fin du parcours ; 2" on peut supposer c|ue le nombre des particules qui, ayant été émises par une couche active infiniment mince dans une direction normale à celle- ci, peuvent traverser un plan situé à la distance x de la surface active, n'est pas constant pour toutes les valeurs de x inférieures à la longueur a du parcours, mais que ce nombre diminue, tout au moins vers la fin du parcours, de sorte cjue la distance a n'est atteinte que pour un nombre de particules relativement restreint, La deuxième manière de voir doit, en tout cas, être adoptée, ainsi qu'il résulte des expériences de M. Geiger ( ' ) qvii a observé les scintillations produites sur un écran au sulfure de zinc par un faisceau de rayons a issu d'une source de petites dimensions (polo- nium ou radium C) et convenablement limité de manière à ne contenir que des rayons de directions peu différentes. Le nombre ('; Gkiger, Pioc. Roy. Soc, lyiu. llG CIIAIMTHF. IX. des scintillations observées dans l'air à la pression atmosphérique commençait à diminuer quand la distance à la source était infé- rieure de 6"^"^ environ à la longueur du parcours^ et la diminution se poursuivait ensuite régulièrement jusqu'à la disparition complète. Le même effet a été constaté pour les rayons a de l'actinium B ( '). Ainsi toutes les particules a ne parviennent pas à la même dis- tance de leur point d'émission. Ce fait s'expliquerait facilement si la vitesse d'émission des diverses particules n'était pas rigou- reusement la même^ mais se trouvait comprise entre certaines limites assez rapprochées; cette hypothèse pourrait être en relation avec l'hypothèse plus générale^ d'après laquelle les atomes d'une même substance radioactive ne sont pas exactement semblables en tout point {i^oir § 98). Cependant l'expérience ne semble pas favo- rable à cette supposition {çoir § 129). On sait^ d'autre part_, qu'en se déplaçant dans l'air (ou dans tout autre milieu matériel)^ les particules a éprouvent une réduction progressive de leur vitesse (§ 129)^ et l'on pourrait admettre avec M, Geiger que des particules qui ont été émises primitivement avec la même vitesse et qui ont accompli le même trajet dans l'air, peuvent cependant avoir une vitesse variable entre certaines limites^ les conditions de leurs chocs contre les molécules rencontrées n'ayant pas été les mêmes. Il en résulterait que le parcours que peut effectuer une particule avant d'avoir subi l'absorption pourrait aussi varier dans certaines limites. Étant donné le très grand nombre des molécules que rencontre une particule a (environ 10^ molécules sur la longueur de 1"");, il semble cependant difficile d'expliquer dans cette manière de voir qu'un écart moyen de quelques millimètres sur la longueur mesurable du parcours puisse prendre naissance par le simple effet du hasard des rencontres. Une autre interprétation paraît plus probable. L'expérience a montré que l'hypothèse primitive, d'après laquelle le trajet des rayons dans l'air est recti- ligne, ne s'applique plus vers la fin du parcours, les conditions du mouvement étant alors plus complexes. Avant d'avoir été défini- tivement absorbées dans l'air, les particules paraissent éprouver une dispersion importante, de sorte qu'un faisceau de rayons primitivement parallèles subit un épanouissement vers la fin du (') .M"" Blanouiks, Complts tendus, 1910. XATL'RK DES RADIATIONS. IIJ parcours. On a vu que pour les rayons ^ la diffusion est un phéno- mène important. La diffusion des rayons a dans l'air^ même avant la fin de leur parcours, bien qu'extrêmement faible, a pu cependant être observée, et cette diffusion paraît devoir jouer un rôle prépon- dérant vers la fin du trajet [voir § 136). Dans cette manière de voir le parcours d'une particule, c'est-à-dire le chemin c{ue la particule peut franchir dans l'air en conservant ses propriétés caractéris- tiques, pourrait être le même pour toutes les particules; mais la forme du trajet final étant différente, la distance atteinte en ligne droite à partir de la source pourrait varier entre certaines limites. 120. Passage des rayons y. au travers des écrans métalliques minces. Pouvoir d'arrêt. — MM. Bragg et Kleemann (') ont montré que si l'on étudie au moyen de leur dispositif expérimental Fii «^ \ T" I 10 ?0 /onisation 30 45 la courbe d'ionisation des rayons a, l'interposition d'un écran métallique mince entre la source et le diaphragme a pour effet de déplacer la courbe parallèlement à elle-même dans la direction Ox, sans que d'ailleurs la courbe soit déformée, au moins en première {') Bragg el Klki:man>', PJtil. Mag., 1905. I iS CHAPITRE IX. approximation. Si au premier écran on superpose un deuxième écran semblable^ l'abaissement de la courbe est doublé. L'eiïet de l'écran consiste donc à produire un abaissement de la courbe d'io- nisation^ et cet abaissement est proportionnel à l'épaisseur de l'écran (/ig. \'.->.3). Ces expériences rendent légitime la supposition analogue qui a été faite relativement à la diminution du trajet des rayons a par suite de leur passage dans la matière qui les émet. Ce fait est en faveur de l'hypothèse d'après laquelle toutes les particules a traversent effectivement l'écran, pourvu qu'elles aient la même vitesse initiale et la même direction normale à l'écran, et pourvu que l'écran ait une épaisseur inférieure à une certaine valeur limite. Des expériences intéressantes ont été faites à ce sujet par M. Regener ( ' ) qui, observant les particules a par les scintillations qu'elles produisent sur un écran au sulfure de zinc, a constaté que le nombre des scintillations pour des rayons nor- maux n'est pas modifié par l'interposition d'un écran mince entre la source (polonium) et l'écran. L'abaissement A de la courbe d'ionisation par suite du passage des rayons au travers d'un écran d'épaisseur / constitue V épaisseur d'air équii'alente à cet écran. Si l'abaissement était proportionnel à la densité z de la matière par rapport à l'air, on aurait la relation A = /o. Cette relation n'est pas conforme à l'expérience, et l'on trouve, en général, que le rapport -^ pour les métaux est supérieur à l'unité, surtout pour les métaux denses. Ce rapport présente, par contre, avec le poids atomique p de la substance absorbante, une relation plus étroite ; il varie approximativement en raison inverse de la racine carrée du poids atomique, ainsi que l'indique le Tableau suivant : h Or 3,o5 l't 3,29 Sn ......... ji , i I Ag i, il Cu 1,78 Al 1,7.3 Air 1,0 l 4. ,65 4 : ,>.b 4- ,,'-)0 4 ,3o 4 ,45 4 ,■2 3 3 :79 (') Deu/sc/t. l'Itys. Ges.^ 'O"*^- XATllU: DES RADIATIONS. Ili) L'abaissement par atome est yj > où d est la densité de la substance absorbante; cet abaissement se trouve, par conséquent, proportionnnel à \ p. On peut de plus admettre que l'abais- sement dû à une molécule est la somme des abaissements dus aux atomes qui la composent. En considérant l'air comme com- posé d'oxygène et d'azote dans le rapport de i à 5, on trouve que l'abaissement produit en moyenne par molécule d'air est pro- portionnel à T v i4 + 7\' i(). Un gaz homogène diatomique de poids atomique p produirait un effet équivalent, si l'on avait la relation On peut considérer p' comme le poids atomique d'un atome d'air fictif, et l'on trouve pour ce gaz \ // = 3,-(), tandis que — = i . C'est ainsi qu'a été obtenu le nombre placé dans la dernière ligne du Tableau précédent. On nomme poiwoir d'arrêt s d'une matière le rapport qui existe entre l'abaissement par atome de cette matière et l'abaissement par atome d'air. On a donc par définition - JZL Izp Quand les rayons a se propagent dans un gaz, on nomme de même pouvoir d'arrêt du gaz le rapport entre l'abaissement par molécule du gaz et l'abaissement par molécule d'air. Désignons par a„ le parcours des rayons dans l'air et par a le parcours dans un autre gaz. L'abaissement relatif à des épaisseurs a^ et a, traversées respectivement dans l'air et dans le gaz, est évidem- ment le même et égal à a„. Si les gaz ont la même concentration molé- culaire, il résulte de ce qui précède que le pouvoir d'arrêt du gaz est représenté par le rapport —• On constate que le pouvoir d'arrêt d'un gaz, déterminé expérimentalement par le rapport des par- cours, est en bonne concordance avec celui qu'on calcule par l'addition des pouvoirs d'arrêt des atomes. Par exemple, pour liO CIlAI'lTIUi IX. le bromure d'éthyle CH'Br, le calcul indique 3,79 X ■>. 2,o3 ; et l'expérience faite en mesurant directement le parcours des rayons a d'une même substance active dans le bromure d'éthyle et dans l'air donne le résultat — = .^ o-. a ' ' Quand on fait varier la pression et la température d'un gaz, le parcours varie en raison inverse de la pression et proportion- nellement à la température aljsolue; le pouvoir d'arrêt d'une molécule est donc indépendant de la pression et de la température. En étudiant le passage des rayons du polonium au travers d'écrans minces, MM. Kucera et Masek ( ' ) ont confirmé les résultats obtenus par MM, Bragg et Kleemann. La théorie du passage des rayons a au travers de la matière, sous la forme qui vient d'être exposée, n'est pas absolument exacte dans ses détails. Des expériences plus précises ont mis en évidence que le pouvoir d'arrêt d'un écran dépend de sa distance à la source radiante; de plus, le pouvoir d'arrêt d'un tel écran est plus grand pour le groupe le plus pénétrant des rayons du radium que pour le groupe le moins pénétrant ('), (-), (■'), L'épaisseur d'air équivalente à un écran donné varie avec la distance de l'écran à la source. En voici un exemple : Di islance E paisseur à l.a source. éqi iiivaleute, Écran en or cm 2,2 1 ,o3 0,82 Ecran en aliuniiiiinn. \ \ 1,2 2 2,4 0,470 o,4o() Aluminium O 1,9 0,71 o,G4 Platine ) 1 o 0,96 3 0,84 IMeyer. Kucera et iMasek. (•) KucEUA et Maskk, Phys. Zeit., 190G. (') Kucera et Maskk, /oc. cit. (-) Meyicr, Phys. Zeit., 1907. (^) BiîAGG, Pliil. Mag., Mjo;. NATL'IŒ DES RADIATION?. 12 1 La distance o correspond aux expériences dans lesquelles l'écran était interposé entre la source et le diaphragme. On constate aussi que le rapport des parcours pour les divers groupes de rayons a du radium n'est pas le même dans deux gaz différents ( ' ). La comparaison a été faite pour l'air et le méthane, et les conditions expérimentales étaient choisies de telle manière que les parcours pour les groupes les moins pénétrants étaient les mêmes dans les deux gaz. Le rapport des parcours étant égal à I pour ce groupe, on a trouvé qu'il était égal à 0,86 pour le groupe le plus pénétrant et à o, 88 pour le groupe suivant. Les courbes d'ionisation construites pour les rayons du polo- nium avec interposition d'un écran en argent ou d'un écran en or ne peuvent être exactement superposées par glissement ni entre elles ni avec la courbe obtenue sans écran; toutefois l'écart n'est pas très important ('-). On peut admettre que le pouvoir d'arrêt varie avec la distance à la source principalement pour les atomes lourds et beaucoup moins pour les atomes légers. l!27. Absorption par des écrans pour un rayonnement émis dans toutes les directions. — La théorie des rayons a qui vient d'être exposée se présente d'une manière très simple^ et malgré les écarts entre la théorie et l'expérience^ le passage des rayons a au travers de la matière ne semble pas donner lieu à des phénomènes aussi complexes que ceux qu'on observe avec les rayons 3, sauf peut-être vers la fin du parcours. Une simplification importante est apportée par le fait de la stabilité de la direction du mouve- ment des rayons a qui traversent les écrans sans changement de direction appréciable. De plus, ainsi qu'on le verra plus loin, les rayons a ne donnent pas lieu à une production de rayons secondaires doués de pouvoir ionisant. On peut essayer^ par conséquent^ de calculer l'intensité du rayonnement transmis par un écran d'une épaisseur déterminée. La seule difficulté qui se présente, c'est la variation du pouvoir ionisant des rayons le long de leur parcours; ainsi que nous l'avons (') BiiAGG, /'/;//. Mag., 1907. (\) Meyer, P/iys. Zeit., 1907. 122 CHAPITRK IX. VU, le pouvoir ionisant augmente avec le trajet déjà accompli, et la loi de cette variation n'est pas très exactement connue. Pour simplifier le problème, nous admettrons que le pouvoir ionisant conserve une valeur constante; les résultats ainsi obtenus ne doivent pas différer qualitativement de la réalité. On peut con- sidérer séparément : i" le cas où l'émission est due aune couche très mince de matière active; :i" le cas où cette couche est épaisse. i" Couche active cV épaisseur négligeable. — Soient / l'épaisseur de l'écran supposé indéfini, ainsi que la couche active, a le par- cours des rayons, t l'abaissement du parcours par unité d'épaisseur Fie. 126. de matière traversée, /) le nombre d'ions produit par un rayon sur l'unité de longueur de son trajet dans l'air, et N le nombre de rayons émis par unité de temps et de surface uniformément dans toutes les directions de l'espace. Un élément de la surface active [fig. 136, I) émet un rayonnement dans toutes les directions; l'épaisseur de matière qui peut être traversée par les rayons est égale au maximum à — • Pour les rayons qui font un angle H avec la normale à la surface, l'épaisseur d'air équivalente à l'épais- seur de matière traversée est -^ „ > et le trajet restant dans l'air est a 7» où cos 0 .-n'S f''.,/ £/ \ „ 4- ./^ V cosOy NATURE DES RADIATIONS. li'i d'où, en intéo^rant entre les limites ^1 = o et 0 = arccos — » A = a — £/-+- î / Loge — ■j. \ a Pour / = o on trouve d'où et .3 =..->„(,_ ^_Los,,- -y = A^, - Lon^ — . D'après la formule précédente on trouve que pour / = o pour l Le coeflicient d'absorption a, défini par la relation |j. = — - -jj a est donc infiniment grand pour / = o ; sa vraie valeur pour / est également infinie. La courbe log -"^ '=/(0 ^^^^ donc présenter un point d'inflexion,, ainsi que l'indique la figure \i-, I. On a porte en ordonnées la valeur de log -^ et en abscisses la valeur de X =^ — ^ c'est-à-dire l'épaisseur de la matière traversée, évaluée en fraction de l'épaisseur équivalente au parcours dans l'air. Des courbes qui représentent l'absorption des rayons a émis par une couche infiniment mince de matière radiante ont été obtenues par voie expérimentale ('). La source radiante était constituée par le polonium^les dépôts actifs du radium, du thorium et de l'actinium, et par l'uranium en couche très mince; on tenait compte de la variation de l'activité avec le temps et de la correction relative à l'effet des rayons |j et -'• L'absorption des (') .Meyer et V. ScHWKiDi-ER, Acacl . Vienne, lyoïj. — M"' MEixtiv.n, Phys. Zeii., 1906. 124 CHAPITUE IX. rayons dans l'air de la chambre d'ionisation était toujours com- plète. Dans les courbes obtenues la région initiale n'est pas semblable à celle que prévoit le calcul précédent; le coefficient u. a une valeur finie pour l = o et croît ensuite constamment avec l'épais- seur de matière traversée en tendant vers l'infini quand le rayon- nement transmis tend vers o. Si toutefois on suppose que dans la courbe théorique le point d'inflexion se produit pour des va- leurs de / très faibles^ on conçoit que la région qui précède ce point n'ait pu être observée. Une courbe d'absorption obtenue avec les rayons a du radium C est représentée dans la figure 127, III. Dans le Tableau suivant on a indiqué le coefficient d'absorption initial u-o pour des écrans d'aluminium très minces et le par- cours lïj^i des rayons dans l'aluminium, c'est-à-dire l'épaisseur d'aluminium nécessaire pour l'absorption totale. Aclinium Uranium. Poloniiiiii. dépôt actif (actiniumB [ 'J-i! cm 3 1 00 lOJO 900 «A/ en cénii- mèties. . . . 10. K) -* •>,S. 10 -^ i'i. 10-* Thorium dépôt actif Thorium (B + C). 40. 10- lladium dépôt actif (radium C). (OO /(J. lO" (iMeyer et v. Schweidler.) 2" Couche active épaisse. — Quand la couche active a une épaisseur appréciable^ il faut tenir compte de l'absorption des rayons par la matière active elle-même. Soient, comme précédem- ment, l l'épaisseur de l'écran et £ l'abaissement de la courbe d'ioni- sation par unité d'épaisseur de cet écran; soit s' l'abaissement de la même courbe par unité de longueur de trajet dons la matière active. Une couche infiniment mince de matière active^ située à une profondeur x [fig. 126; II) et ayant l'épaisseur dx, donne lieu dans l'air à une production d'ions cix / sin 0 « -, — c/0, ■^^ Jo \ cosO / KATLHK DES RADIATIONS. 125 l'intégration devant être faite entre les limites 6 = o et 8 = arc cos '-^, et la production étant rapportée à l'unité de temps et à l'unité de surface de la couche active. Pour obtenir l'ionisation totale -^ produite par une couche Fie;. 127. i.O X _ zl épaisse^ il suffit d'intégrer cette expression entre les limites X = o et ce Nn T f ^^^f sinO(a- {î:i:i:i\ ^/e, d'où, en effectuant le calcul, Nn [(rt — /£) (a — 3/s) l'-z"- U 4£ rLog,^], 1:26 Pour / = o on trouve r3, On a. de Pl us, cil H /e2 sa hJ CIIAPITUI-: IV, /t\ d^:s \n £2 .o.,^j. — rrr — r ^-o^e i- On trouve ensuite les relations suivantes : Pour 1=0, c/-^ £ a Pour / d/ - "7' '■'^-''^"' -yr = O, r) = o. Donc pour î = o le coefTicient a prend une valeur finie, pour ^ = — on trouve que sa vraie valeur est infinie. La courbe log "^ = / ( — ) prend la forme indiquée dans la figure I2J, II, Cette forme paraît se prêter à la représentation des expériences; elle indique un coefficient ^ constamment croissant avec l'épaisseur de matière traversée. Le calcul précédent a été indiqué par M. Bragg (') qui en a fait l'application suivante. En posant eZ — D, on peut écrire la valeur de -) sous la forme .3 _/ D\ / ^D\ D-^ D T- = h '~^~ — 2— r I-«y^ — • c)o \ « / V « / a- a Le rapport ^ est donc une fonction de — dont on peut construire la courbe représentative. Ayant mesuré -5 pour un écran déterminé, et connaissant la valeur de D pour cet écran, on pourra cal- culer a. Si l'on admet que pour les différents groupes de rayons a la va- leur de £ est la même, on peut calculer ainsi le parcours d'un cer- tain groupe de rayons a, pour lequel la courbe d'ionisation n'a pu (') Bragg, Phil. Mag.., 190G. NATIUE Di:S RADIATIONS. 127 être construite directement. M. Bragg a constaté qu'on trouve une bonne concordance en comparant entre elles les valeurs mesurées et les valeurs calculées des parcours des rayons a du radium au minimum d'activité et du radium C; il a ensuite déter- miné par cette méthode le parcours des rayons a de l'uranium, en opérant avec une couche d'oxyde d'uranium; le nombre trouvé est 0= 3*"", 26. Le parcours de ces rayons n'a encore pu être déterminé avec précision par la méthode directe. Remarquons de plus que si -3, et -"^o sont les ionisations totales produites par des couches épaisses de deux matières radioactives simples, on a la relation ^2 ~ N2 al z\ ' D'autre part_, en désignant par s, et 5^ les pouvoirs d'arrêt des matières considérées, par p, et po leurs poids atomiques, par di et r/o leurs densités, par M, et Mo les nombres de particules a émises dans l'unité de temps par atome de la substance, on trouve les relations M, >"i £1 'II, Il — ii Jh d. M, A, Pî cU ' S-i e'.. Pi cil et. par suite, M, Si M., 5i' d'où A, M, 3, y\. . ^ 11. «i Si Si la substance radioactive n'est pas un élément, mais un composé, les valeurs de M et de s doivent être rapportées à la molécule, et le pouvoir d'arrêt de celle-ci se déduit des pouvoirs d'arrêt des atomes constituants. La formule précédente permet de prévoir le rapport entre les nombres de particules a émises dans l'unité de temps par atome de la substance i^adioactive. Si nous admettons que l'émission de chaque particule a correspond à la destruction d'un atome, on peut en tirer des conclusions sur la vitesse de désintégration relative des éléments considérés. M. Bragg a trouvé, par exemple, que le thorium privé de thorium X, d'émanation et de radioactivité induite émet par atome 20 pour 1 00 128 CHAPITRK IX. du nombre des particules a émises par un atome d'uranium dans le même temps. Mais comme on sait actuellement que le thopium du commerce contient toujours du radiothorium en proportion qui ne correspond pas à un équilibre radioactif, ce résultat numé- rique n'a probablement pas de signilication simple. 128. Relation entre l'absorption et la densité. — Bien que le coefficient d'absorption u. ne représente pour les rayons a aucune notion expérimentale précise, on peut cependant constater que pour des écrans minces et pour une couche de matière épaisse le coefficient d'absorption ne varie pas très rapidement avec l'épais- seur de l'écran (voir fig. \'>-~). On peut donc examiner, à titre d'indication pratique, si ce coefficient a une relation simple avec la densité de la matière absorbante. Voici un Tableau des valeurs de [}. pour des rayons a de différentes espèces absorbés par des écrans en aluminium ou par l'air ('). d ;j.Ai. ;Jair- pour Al. pour l'air. Radioaclivité induite du thorium ou du radium 83o o,4'-i 320 35o Thorium riâo 0,^)9 480 5Jo Radium 1600 OjOO ^20 740 Uranium 2700 i ,6 1060 iSoo Si donc on compare l'aluminium et l'air, les valeurs de - ne sont pas très différentes; toutefois les écarts deviennent importants quand on compare l'aluminium et l'étain. L'absorption produite par un gaz est approximativement proportionnelle à sa pression, ainsi que cela a été constaté par M. Rutherford pour les rayons de l'uranium absorbés par l'air dans les limites de pression de \ d'atmosphère à une atmosphère, et par M. Owens (-) pour les rayons du thorium absorbés par l'air dont la pression variait entre o,5 et 3 atmosphères. L'air et le gaz carbonique produisent des absorptions sensi- blement proportionnelles^aux densités, mais l'absorption dans (') Rutherford, Phil. Mag., 1899. (^) OwE.Ns, Phil. Mag., 1899. NATURE DES RADIATIONS. I29 l'oxyde de carbone et dans l'hydrogène comparés à l'air ne vérifie pas la loi, bien que l'ordre des absorptions soit le même que celui des densités. Ainsi pour les rayons a comme pour les rayons 3 l'absorption dépend en première approximation de la densité, mais un examen plus précis met en évidence l'influence de la structure de la matière. 129. Changement de vitesse des rayons v. au passage de la matière. — Les expériences sur l'absorption des rayons a ont conduit à considérer ces derniers comme des projectiles qui épuisent leur force vive en traversant la matière. Il était im- portant de soumettre cette supposition au contrôle de l'expérience. Dans certains clichés obtenus par Becquerel (') et reproduisant la trajectoire d'un faisceau étroit de rayons a dans un champ magnétique, on obser,vait que le rayon de courbure de cette trajec- toire augmentait quand on s'éloignait de la source. Ce fait, en apparence contraire à l'hypothèse d'une réduction de vitesse le long du trajet, a été expliqué par la supposition que les rayons produisent le maximum d'impression photographique vers la fin de leur parcours (-). Dans les expériences de Becquerel les rayons sortaient de la matière avec des vitesses dilîérentes : ceux dont le trajet restant était plus court, correspondant par hypothèse à une vitesse plus faible et éta-nt, par conséquent, plus fortement déviés par le champ magnétique. Le bord extérieur de la trace photographique obtenu par H. Becquerel constituait, dans cette manière de voir, le lieu des extrémités des parcours des rayons; la forme de l'impression peut s'expliquer par les suppo- sitions qui précèdent; cependant cette explication ne semble pas en accord avec certains résultats expérimentaux, d'après lesc|uels l'effet radiographique des rayons a serait le même en difïérentes portions du parcours (§ lo!2). La perte de vitesse des rayons a par suite du passage dans la matière a été mise en évidence par un travail de M, Ruther- ford {^), fait avec les rayons a homogènes émis par le radium C, constituant du dépôt actif du radium. Un fil fortement activé par (') Becquerel, Comptes rendus, 1900. (') RuTHERFORD, Rcidioactivil}' . (') RuTHERFORD, PliH. Mag., iQoS et 1906. C. — II. l3o CHAPITRE IX. l'émanation du radium servait de source; i5 minutes après la fin de l'exposition ce fil n'émet qu'un seul groupe de rayons a qu'on attribue au radium C. Le fil actif [fi g. 117) était placé en S normalement au plan du ta- bleau. Les rayons émis traversaient le diaphragme D^ percé d'une fente parallèle au fil et située au-dessus de lui, et venaient ren- contrer la plaque photographique P^ normale au plan qui passe par le fil et la fente du diaphragme. L'ensemble de l'appareil se trouvait dans une boîte dans laquelle on pouvait faire le vide. Un champ magnétique uniforme parallèle au filetait établi dans toute la région occupée par l'appareil; ce champ était normal au plan du tableau, et l'on opérait avec renversement du champ. L'impression photographique se présente sous la forme de deux bandes étroites, dont la largeur est sensiblement égale à celle de la bande unique obtenue quand le champ est supprimé; cette netteté des impressions prouve que les rayons sont homogènes. Quand une feuille d'aluminium mince était posée sur la source, les bandes res- taient nettes et conservaient la même apparence ; le faisceau traverse donc une telle feuille sans diffusion notable et en restant homogène. Un écran en mica dont le plan est normal au fil était placé au- dessus de celui-ci et vers son milieu; cet écran partageait la région traversée par les rayons en deux parties; une des moitiés du fil était nue, l'autre était recouverte d'un écran d'aluminium. L'écar- tement des deux bandes obtenues sur le cliché n'est pas le même dans les deux cas, et l'on a ainsi la preuve que les rayons ont éprouvé une modification en traversant l'écran. Une épreuve obtenue dans ces conditions est représentée dans la planche VI [jig. ■>). La trajectoire d'un rayon émis normalement au champ est une circonférence située dans un plan normal au fil. Cette circonfé- rence passe par la source et par la fente [fig. 100, I), et son rayon R est tel qu'on ait '^ = RH, e m étant la masse de la particule, e sa charge, v sa vitesse et H l'in- tensité du champ. La déviation z étant petite, on a approximative- ment 2Rz = diid.-^-d.), NATURE DES RADIATIONS. en désignant par d^ la distance du fil à la fente et par cl-, la distance de la fente à la plaque. La connaissance de z permet de déterminer le rayon de courbure R et par suite le rapport On mesure la distance 2z des deux bandes obtenues pour les deux sens du champ, et comme ces bandes sont très nettes, la mesure peut se faire avec une bonne précision. On obtient ainsi pour les rayons a du radium C les résultats suivants : Pour H = 9470, R = 42'^'", pour les rayons qui n'ont pas traversé d'écran; par conséquent, pour ces rayons on trouve — = 4)06.io» unîtes h.. \i. e Les distances d^ et tZ^ ja^'aient les valeurs suivantes : f/i = a-^'", cU_ = 2'°' d^ = o"'", 5, di = i''"', 5. ou La valeur de R obtenue pour les rayons qui ont traversé un écran en aluminium est plus petite que celle qui correspond aux rayons n'ayant pas traversé d'écran. On verra d'ailleurs plus loin que le rapport — n'est pas modifié par suite du passage des rayons au travers de l'écran, on doit donc admettre que la vitesse a été diminuée. Les expériences étaient faites en re- couvrant le fil actif d'un nombre variable de feuilles d'aluminium très minces (épaisseur d'une feuille, o'''",ooo3 1). Les résultats obtenus sont résumés dans le Tableau suivant, dans lequel ç^,, désigne la vitesse des rayons n'ayant pas traversé d'écran : Nombre des feuilles d'aluminium. Distance des bandes. V . G UlUl 1,4*3 1,91 2,01 •>,29 Plus d'impression o,8;J l■•^, 0,7(3 v^ 0,73 Vo 0,(34 ^'o S 10 12 lî CHAPITRE IX. Ainsi quand une certaine épaisseur d'aluminium a été dépassée^ l'effet radiographique des rayons ne peut plus être décelé. Cette épaisseur limite dans les premières expériences a été trouvée égale à o''"',oo3(). En construisant la courbe d'ionisation des rayons a du radium C par la méthode de M. Bragg^ on a d'ailleurs trouvé que chacune des feuilles d'aluminium employées dans l'expérience précédente était équivalente à une épaisseur d'air deo"",5'î. Par conséquent l'épaisseur d'air équivalente à 12 feuilles était o"^"", 54 X 12 = 6"", 5. Cette épaisseur était donc voisine du parcours des rayons dans l'air^ mesuré par la méthode d'ionisation. Une concordance encore meilleure a été obtenue dans des expé- riences ultérieures, où l'impression photographique a pu encore être observée après le passage au travers de i/j feuilles d'alu- minium, dont l'ensemble était équivalent à une épaisseur d'air de ^'^"'; la vitesse correspondante était évaluée à o,43 Co^ valeur voisine de la moitié de la vitesse primitive. M. Rutherford a déterminé de plus l'épaisseur maximum d'alumi- nium qu'on peut utiliser quand on observe les rayons au moyen de la production d'effets de phosphorescence. Pour cela le fil actif était recouvert d'un nombre variable de feuilles d'aluminium, et l'on cherchait la distance maximum dans l'air à laquelle on pou- vait encore observer l'effet de phosphorescence sur un écran en sulfure de zinc, en platinocyanure de baryum ou en willemite; cette distance critique peut être observée avec une assez grande précision. En portant en abscisses le nombre des feuilles d'alu- minium et en ordonnées la distance critique, on obtenait une ligne droite, dont l'examen permettait de conclure que l'absorption produite par i2,5 feuilles d'aluminium était équivalente, au point de vue de la production des effets de phosphorescence, à l'absorp- tion produite par 6*^"',8 d'air; dans les deux cas, on se trouvait à la limite de l'observation de la phosphorescence, et l'on voit que le parcours des rayons évalué par ce procédé ne diffère pas sensible- ment de celui qu'on mesure par la méthode d'ionisation. Quand on opère avec des substances phosphorescentes très sensibles aux rayons pénétrants, comme le platinocyanure de NATURE DES RADIATIONS. I 33 baryum, on doit avoir soin de vérifier que les rayons actifs sont bien des rayons a. On peut, pour cela, introduire entre la source et l'écran un papier noir très mince et voir si la luminosité est notablement modifiée par la présence de cet écran. On peut donc conclure que, pour une particule a, l'effet ionisant, l'effet radiographique et l'effet d'excitation de phosphorescence semblent solidaires et disparaissent simultanément quand la parti- cule a éprouvé une réduction de vitesse suffisante, la disparition se produisant d'vme manière assez brusque, après un parcours dans la matière qui semble déterminé avec une assez grande précision. On peut donc penser que, pour produire l'un quelconque des effets considérés, les particules a émises par le radium C doivent pos- séder une vitesse supérieure à une certaine vitesse critique. On verra plus loin que la charge des rayons ne peut être observée au delà du parcours mesuré par le pouvoir ionisant; il semble donc pro- bable que les rayons a perdent leur charge quand leur vitesse devient égale à la vitesse critique. Enfin il semble aussi probable que si la production d'ions dans les gaz, la production d'impres- sions radiographiques et la production de phosphorescence deman- dent la même vitesse minimum, et par suite la même énergie cinétique minimum des rayons, c'est cjue ces phénomènes ont entre eux quelque analogie et que les deux derniers pourraient être dus à la production d'ions dans la matière solide. M. Rutherford a admis que les divers groupes de rayons a ne se distinguent entre eux que par leur vitesse initiale; cette hypothèse a été confirmée par les expériences faites par ce savant en vue de déterminer le rapport — pour les rayons a de différentes substances. La vitesse critique des rayons a d'une substance quelconque peut donc être considérée comme égale à la vitesse critique des rayons a du radium C, Toutefois, d'après des expériences récentes, la vitesse critique a une valeur très inférieure à celle qui a été primitivement indiquée. En portant en abscisses l'épaisseur d'aluminium traversée, et en ordonnées la valeur de la vitesse des rayons a d'après les expériences qui viennent d'être décrites, on obtient la courbe I [fig. 128); on a représenté sur la même figure en ordonnées les valeurs de v- corres- pondant aux valeurs de v et mesurant l'énergie cinétique des f3' CIIAPITIŒ IX. rayons; les points obtenus sont approximativement en ligne droite. M. Rutherford a déduit de ces expériences la relation suivante Fig. 128. ■^ \ ^ N S -,. 2 *► 6 6 10 12 JVofTtôre de rouilles d 3/uminium entre la vitesse des rayons 9 et le trajet r qu'ils sont capables de faire dans l'air : (' _ \l V -f- I, aï ''(> y/a -f- 1 , 2 j V,, étant la vitesse initiale et a le parcours dans l'air. Cette relation n'est qu'approchée parce que, d'après des expé- riences plus précises, la loi de diminution de l'énergie cinétique en fonction de l'épaisseur de matière traversée n'est pas une loi linéaire ; la relation s'applique aux rayons a du radium C, cependant on peut aussi l'étendre aux autres groupes de rayons a, si l'on admet que ceux-ci ne se distinguent entre eux que par la vitesse d'émission. En remplaçant r par la valeur du parcours d'un de ces groupes, on obtiendra la vitesse en fonction de la vitesse initiale des rayons du radium C que nous avons désignée par v^^. En vue de vérifier cette relation, M. Rutherford a déterminé la valeur de la déviation magnétique pour deux autres groupes de rayons a du radium; le dispositif expérimental était le même que celui qui avait servi pour les expériences sur les rayons a du radium C, et la déviation obtenue z était directement comparée à celle de ces derniers. On utilisait le radium au minimum d'activité, et le dépôt actif du radium obtenu après courte exposition et con- tenant encore le radium A, Pour le radium lui-même l'épaisseur NATURE DES RADIATIONS. l35 du sel ne peut être infiniment petite^ et les bandes obtenues avaient une certaine largeur; on utilisait leurs bords qui correspondaient aux rayons les moins déviés. Pour obtenir une impression avec les rayons du radium A on activait fortement un fil au moyen d'une grande quantité d'émanation avec exposition de ) minutes^ on mettait le fil en place et l'on faisait le vide dans l'appareil très-rapi- dement (en une demi-minute) ; la déviation obtenue était à celle des rayons 7. du radium C dans le rapport i,i4- Le Tableau ci-dessous résume les résultats des expériences. La valeur de p observée pour le polonium est déduite d'une détermi- nation de la déviation magnétique des rayons du polonium faite par M. Mackenzie. Les nombres de la colonne — sont relatifs à la valeur de la vitesse calculée. E. M. Parcours m V en cm. V calculé. V observé. e Rafliiiin. . . . , . . 3,5o 0,7 > t'o 0,76 l'o 3,0 1. lO' Émanation . .. 4,'i3 0,814 » 3 , 3o. 1 0-5 Radium A. . .. 4,83 0,8 58 0,88 Co 3,48.10-5 Radium G... .. 7,06 1,0 1,0 4,06. lO* Polonium.. . . . 3,86 0,787 0,81 ('0 3,?.o. [0-5 Les considérations qui précèdent sont en faveur de la supposi- tion que^ si l'on considère les deux groupes de rayons du radium dont les parcours sont X™,>.S et i'^^'^S'^J? c'est ce dernier parcours qui doit être attribué au radium A, puisque la vitesse ainsi calculée est en bon accord avec la vitesse observée; le plus petit des deux parcours est attribuable aux rayons de l'émanation. Ce point ne pouvait être facilement établi par une expérience directe. Les expériences de M, Rutherford conduisaient à attribuer à la vitesse critique une valeur très élevée (43 pour 100 de la vitesse initiale des rayons a du radium C), et il paraissait surprenant qu'une discontinuité importante dans les propriétés des rayons pût se produire pour un changement de vitesse relativement peu impor- tant. De plus il semblait difficile d'expliquer que la valeur absolue de la vitesse critique, déduite de la connaissance de la vitesse initiale des rayons {yoir § 130), fût très supérieure à la vitesse de- rayons positifs produits dans les ampoules à vides, lesquels possè- dent pourtant le pouvoir ionisant. Il résulte cependant des expé- l36 CllAIMTKK IX. riences de M, Geiger ( ' ) qu'on peut observer des particules y. de vitesse beaucoup plus faible que celle qui a été indiquée. Le dispositif expérimental était analogue en principe à celui qui a été utilisé par M. Rutlierford^ mais la plaque photographique était remplacée par un écran au sulfure de zinc sur lequel le faisceau plan et étroit de rayons a^ issu d'une source linéaire (radium C) et limité par une fente placée au-dessus de la source^ produisait une bande de scintillations étroite dont la position était repérée au moyen d'un microscope. L'expérience était faite dans le vide, et la réduction de vitesse était obtenue au moyen d'écrans en mica d'épaisseur variable, pour lesquels on avait déterminé l'épaisseur d'air équivalente, et cjui étaient posés sur la source. On mesurait le déplacement de la ligne des scintillations dans un champ magnétique uniforme de direction parallèle à la source. On pouvait en déduire la loi de variation de la vitesse v en fonction de l'épaisseur de mica traversée, et, connaissant l'épais- seur d'air équivalente, on pouvait obtenir la relation entre la vitesse et le trajet x accompli dans l'air. La vitesse minimum observée était V = o/i- (^0 pour X = (V'''^^. Pour cette vitesse les rayons ne pro- duisent plus c{ue des scintillations très faibles, le nombre des scintillations est diminué, et la bande qu'elles occupent est élargie par suite d'une diffusion appréciable des rayons. La courbe expé- rimentale, obtenue en portant x en abscisses et ç en ordonnées, est bien représentée par l'équation X I a de sorte cjue la vitesse peut devenir relativement faible pour x = ^'"", c'est-à-dire pour une valeur de x très voisine du parcours des rayons a du radium C. Il est probable, d'après cela, que la vitesse critique n'a pas de valeur particulièrement élevée; cependant elle doit être notablement supérieure à la vitesse d'agitation ther- mique; la particule a étant constituée par un atome d'hélium chargé en mouvement {'^'oir § 131), on peut penser que sa vitesse critique est comparable à celle que doit acquérir un ion positif produit dans le gaz hélium pour pouvoir se comporter comme (') Gkigeu, Proc. Roy. Soc. 1910. NATURK Di:S RADIATIONS. 187 projectile ionisant dans ses chocs contre les molécules {i-'oir § 13). On peut concevoir qu'un élément instable émette des particules a avec une vitesse inférieure à la vitesse critique ; l'émission de telles particules ne pourrait être constatée par l'ionisation du gaz envi- ronnant. Les expériences de M. Geiger ont montré que la vitesse d'émis- sion des particules a du radium C est très approximativement la même pour toutes les particules. Ce fait est prouvé par la mesure de la largeur de la bande des scintillations produites dans le vide^ en absence et en présence du champ magnétique^ par un faisceau étroit de rayons a qui n'a traversé aucun écran. Pour une déviation magnétique atteignant o""^ { on n'observait aucun élargissement de cette bande dont la largeur était d'environ o"""^"). D'après cela^ il ne se produisait pas de dispersion appréciable des rayons, et la vitesse d'émission des particules semblait être la même à une précision évaluée à o,5 pour loo. On a vu néanmoins, que les conditions du mouvement ne restent pas exactement les mêmes pour toutes les particules jusqu'à la fin du parcours (§ 12o). Nous venons de voir que, d'après M. Rutherford, la vitesse d'une particule a est proportionnelle à y?' +1,20, où ;■ est le trajet que la particule est capable d'accomplir dans l'air à la pression atmo- sphérique. M. Bragg a trouvé, d'autre part, que l'ionisation par unité de longueur augmente le long du parcours, et que l'on peut admettre qu'elle varie approximativement en raison inverse de y/r + 1,3.3, Les nombres i,25 et i,.33 n'étant pas très diffé- rents, on voit que l'ionisation par unité de longueur i varie approximativement en raison inverse de la vitesse. AL Bragg a indiqué pour la loi de variation de l'ionisation i avec le chemin parcouru x la formule suivante \/« 37-1- 1,33 où a est le parcours, et K un coefTicient constant. On obtient une formule un peu différente en admettant avec M. Geiger que le nombre d'ions produits sur un certain trajet est proportionnel à la perte d'énergie sur le même trajet. En utilisant la relation entre (^ et x établie par le même auteur, on trouve dans l3S CHAPITRE IX. cette hypothèse D'après cette formule le pouvoh' ionisant croît avec x jusqu'à l'extrémité du parcours, où il prend une valeur infinie pour tomber à zéro dès que le parcours est terminé. Il semble cependant plus probable que le pouvoir ionisant doive passer par un maximum pour une vitesse très voisine de la vitesse critique et décroître ensuite progressivement jusqu'à la valeur zéro. 130. Mesure du rapport de la charge à la masse et de la vitesse pour les rayons a. — Le rapport — pour les rayons a peut être déterminé comme pour les rayons [i par des expériences de dévia- tion magnétique et de déviation électrique. Dans un champ magnétique uniforme d'intensité H, un rayon émis normalement au champ subit un déplacement latéral z, normal au plan qui passe par le champ et par la direction primitive du rayon. Si la longueur du champ dans la direction de la vitesse initiale est /, le déplacement latéral du rayon est donné par la formule _ /^ eH 2 mv De même, si un rayon traverse sur une longueur l un champ électrique d'intensité A, normal à sa direction, le déplacement latéral y dans la direction du champ est donné par la formule •^ ~ ■>. me- * Si après la sortie du champ magnétique ou du champ électrique le rayon poursuit encore son trajet dans une région de champ nul, les déplacements z et y peuvent être facilement déduits, ainsi qu'on l'a vu dans le Chapitre I. Les premières expériences de M. Rutherford sur la déviation magnétique et électrique des rayons a du radium lui ont permis d'indiquer pour ces rayons les valeurs approchées : e ,,•,.-,, <-iii — = {). lo-^ unîtes J'. . IM., c — •>,, >,io^ — • m sec M. des Coudres a entrepris la détermination de ces mêmes XATIRE DRS RADIATIONS. iSg grandeurs par la méthode radiographique ( ' ). Les expériences étant faites dans un bon vide^ on pouvait établir un champ élec- trique intense sans que la décharge disruptive se produisît. Les rayons passaient par deux fentes étroites^ placées parallèlement entre elles à 4""' de distance; la plaque photographique se trouvait à une distance de 4*^"' au delà de la deuxième fente. Les nombres trouvés sont les suivants : — = 6,4. lo^ unités E.M.. ( == i ,65. lo^ m sec M. Mackenzie (-) a utilisé pour recevoir les rayons un écran phosphorescent au sulfure de zinc dont les scintillations étaient photographiées. Il a obtenu pour le produit —^ , relatif aux rayons du radium en équilibre, une valeur moyenne 3. 10^ unités électro- magnétiques^ les valeurs extrêmes étant 2, 5. 10' et .');^.io-^. Opérant ensuite avec le dépôt actif du radium, il a trouvé le nombre 3,g2. lo' pour les rayons du radium C et 2,55. 10^ pour les mêmes rayons à la fin de leur parcours. Les expériences de déviation électrostatique sur les rayons du radium en équilibre ont fourni pour le produit la valeur 4,11.10''' unités électro- magnétiques. On en déduisait — =4,6.10^ unités E.M., (^ = i ,37. lo» m sec Pour le polonium la déviation magnétique seule était mesurée, et le nombre trouvé pour — est égal à 3,3o, 10^ unités électro- magnétiques. En vue de déterminer exactement la valeur du rapport ^ pour les différents groupes de rayons a, M. Rutherford (') a entrepris une série de mesures de leur déviation électrique, la déviation magnétique étant connue d'après un travail précédent. Le dispo- sitif expérimental était le suivant : La source active [flg. 1 29) était un fil activé, placé en S norma- (') Des Coudres, Phys. Zeit., igoS. (-) AIackexzie, Phil. Mag., tgoS. (') Rutherford, Phil. Mag., 1906. l/jO CHAI'ITIIK IX. lement au plan du tableau ; le champ électrique était établi entre les plateaux A et B dont la distance d était égale à o'"'", -i et la hauteur à environ 4"". La source avait une largeur plus grande que la distance des plateaux. Une plaque photographique P était Fig. 129. placée à une distance l-^ du condensateur; les hauteurs des pla- teaux A et B sont désignées respectivement par /, et /j; le dépla- cement latéral d'un rayon par suite de son passage dans le champ électrique est t. Deux cas sont à considérer suivant que t <^ d ou que t^ d. i" £ << d. La largeur HI = D [fig. i3o, I) de l'impression pro- duite sur la plaque en l'absence du champ est donnée par la formule Quand la déviation a lieu à gauche^ le rayon le plus dévié de ceux qui atteignent la plaque est le rayonOC, dont l'angle O avec la normale à la plaque est tel que /, O + s = cZ. Ce rayon atteindra la plaque en un point M tel que On verrait de même que si la déviation a lieu à droite, le rayon XATURK DES RADIATIONS. extrême vient atteindre la plaque en un point N tel que 141 FM = (73+/,) d—-\ 9,/,-4- /, /. J /, La largeur de l'impression D, obtenue par application et renver- Fig. i3o. MHFGlrgW FG N -y sèment du champ est donc donnée par la formule D,= GAI-f-F\ ~d, et la différence des largeurs d'impression en présence du champ et sans champ s'obtient par l'expression ■unv- \ /.> 0,-0 = ^/3(77-7; l42 CHAPITRE IX. d'où ^'/./.(.-^j V étant la différence de potentiel entre les plateaux. La mesure de D, — D permet de calculer e 2° £ ^ (I. Les rayons extrêmes qui sortent du condensateur pour les deux sens opposés du champ h sont tangents aux plateaux à la même hauteur en K et L et rencontrent la plaque en deux points M et N équidistants de F et G [fig. i oo, II). MN = D est la largeur de l'impression obtenue avec renversement du champ D =: f/ -h a GN — d-^ 1 /s lango. On a, d'ailleurs, pour un de ces rayons les équations de mou- vement suivantes par rapport aux axes K x et K y : dx dy Tt^^' lit = v, -^ = V, tangtp et où t est le temps qui s'écoule entre le passage du rayon en K et sa sortie du condensateur. En écrivant que la déviation ^ — sur le trajet de longueur KK' est égale à c?, en a, de plus, id „ id eh ^ , , , ,, , eh f^= — , tan22 9= (D — f/)2= 8/24- 'o'^ 4,87.10'^ ■2,11. 10'^ j,07. 10^ 4,8. 10^ l44 CHAPITRE IX. On peut conclure de cette expérience que le rapport — ne varie probablement pas par suite du passage d'un écran, car les nombres obtenus ne sont pas très différents, alors que la vitesse a diminué de moitié. La même méthode a été appliquée à la mesure de la déviation électrique des rayons a du radium A, du polonium, du dépôt actif de l'actinium et du dépôt actif du thorium ('). Pour obtenir l'effet du radium A, il a fallu superposer l'action de 20 fils activés. Le polonium était employé en couche très mince préparée par le dépôt sur du bismuth. Le dépôt actif de l'actinium était recueilli sur une plaque qui restait exposée à l'action de l'émanation pendant tout le temps de l'expérience et qui agissait au travers d'un écran en mica; l'exposition a duré (i jours. Les rayons du dépôt actif du thorium forment deux groupes ; pour tous les deux on a mesuré la déviation magnétique, mais la déviation électrique n'a pu être mesurée que pour le groupe dont le parcours est le plus long. Les résultats des expériences sont contenus dans le Tableau ci-dessous. La valeur c,, de la vitesse initiale a été mesurée directe- ment pour le radium C et pour le polonium; dans les autres cas la source active agissait au travers d'un écran, et la vitesse Vn était déduite de la vitesse observée, en tenant compte de la réduction de vitesse due à l'écran. La dernière colonne du Tableau contient les valeurs du parcours a d'après les mesures qui ont été faites par différents observateurs et qui seront décrites dans la suite de cet Ouvrage. e m i',|. a cil citi. Dépôt aclif du radium : radium <', >, 07.(0'' ■^,o6 7)0() » » radium iV :j,("). 10^ 'w" 4 5^3 Polonium 5,3. lo-* r,7'à 3,8() Dépôt actif de l'actinium : actinium B. ^ .,' • 10'' :"),; » du thorium : thoiium C... '),(>. lo-* 2,27 8,() L'expérience est donc favorable à l'hypothèse d'après laquelle les particules a des divers groupes sont de même nature et ne diffèrent entre elles que par la vitesse d'émission. Ce résultat s'étend aux rayons émis par le radium au minimum d'activité et au groupe le moins pénétrant des rayons du dépôt actif du thorium, (') UuTiiiatroiiD et IIaiin, l'Inl. Mag.. 1906. NATURE DES RADIATIONS. l4J pour lesquels la déviation électrique n'a pas été mesurée; si, en effet, on calcule le parcours des rayons de ces groupes d'après la valeur du produit -^ déduit de la déviation magnétique et d'après la valeur du rapport — qui a été déterminée pour les rayons a du radium C, on trouve un résultat conforme à celui que donne la mesure directe du parcours par la méthode électrique. L'identité de nature des particules a émises par différentes substances a été soumise au contrôle de l'expérience par le pro- cédé suivant : Si les particules ne diffèrent que par la vitesse d'émission, elles se trouvent toutes dans les mêmes conditions à la fin de leur parcours. Les courbes d'ionisation obtenues avec un même appareil de mesures doivent donc être super posables quand on attribue à l'ionisation maximum la même valeur et quand on fait coïncider les points qui correspondent au maximum. La com- paraison a été faite pour les rayons a du polonium, du radium C et de l'actinium B qui peuvent être utilisés en couche infiniment mince ('); les courbes d'ionisation du radium C (dépôt actif du radium après la baisse initiale) et de l'actinium B (dépôt actif de l'actinium) étaient obtenues par des mesures crois(''es. afin de tenir compte de la diminution de l'activité avec le temps. L'expérience montre que les coui'bes relatives au radium C et au polonium sont exactement superposables dans les limites de précision des expé- riences, et comme il s'agit de rayons ayant des parcours très différents (7"", 06 et 3''™,8<î) et provenant de matières diffé- rentes, ce fait confirme l'hypothèse de l'identité de nature de toutes les particules a. La courbe relative au dépôt actif de l'acti- nium ne se superpose pas aux précédentes, bien qu'elle corresponde en apparence à un seul faisceau de rayons. On peut penser que cette courbe est en réalité la superposition de deux courbes voisines, correspondant à deux faisceaux de rayons a de parcours voisins, et que, par suite, le dépôt actif de l'actinium donne lieu à l'émission de deux groupes de rayons a. Cette supposition explique bien la forme de la courbe et se trouve aussi en accord avec d'autres faits expérimentaux relatifs à l'étude de la compo- sition du dépôt actif de l'actinium {coir Chap. XY\ ( ' ) .M"* Blanquies, Comptes rendus, 1909. C. — II. 10 i46 chapiïrl: ix. Les courbes obtenues avec le mrme appareil de mesures pour Fis. i; 0 i s t a n c e s les substances radioactives considérées sont représentées dans la figure i3i. Si l'on examine la valeur de la vitesse d'émission des rayons y., on constate que celle-ci ne varie pas dans des limites très étendues; elle reste comprise entre i.o.io^ — et 2,3.io^ — > c'est-à-dire '■ ■ sec sec entre les fractions o , oo et o , o-5 de la vitesse de la lumière. L'énergie cinétique (v d'une particule a est égale à — — ; elle peut être mise sous la forme NATURE DES R.4DIATI0XS. l47 Voici un Tableau des valeiu's du produit — — pour les rayons v. du radium en unités E.^I : e Radium au minimum d'activité. 1,56.10^ j, -,-% . x^t^'" Emanation du radium i ,70 5,63. 10' < Radium A i ,77 6, li. 10'' Radium G '2,06.10'' 8,37.10'* La charge e d'une particule a est d'environ 3,i.io~2o u^^ité électromagnétique ; on trouve^ pour l'énergie de la particule a du radium C. (p = 8,37. 10'* X I ,G. 10 20 = j ^3. jQ-o epo La chute de potentiel <,' dont il faut disposer pour communiquer à une charge e l'énergie w est égale à — ; d'où l'on déduit dans le cas actuel Y= 4,2. 10" volts. Une différence de potentiel de cet ordre ne peut guère être obtenue avec les moyens dont nous disposons actuellement. L'énergie initiale d'une particule a est très supérieure à l'énergie d'un rayon cathodique ; pour un tel rayon émis sous une différence de potentiel de loooo volts, l'énergie est voisine de lo"'* erg; pour une particule 3 l'énergie croît avec la vitesse et tend vers l'infini quand la vitesse se rapproche de celle de la lumière; cependant même pour des rayons dont la vitesse est relativement grande (rayons "p de l'uranium, par exemple), l'énergie n'est qu'une petite fraction de celle que possède une particule a pendant la plus grande partie de |son parcours. La stabilité du mouvement de la particule y. est probablement déterminée par la valeur élevée de son énergie cinétique; cette stabilité se maintient d'une ma- nière bien plus parfaite que cela n'a lieu pour une particule ^p de vitesse moyenne. 131. Nature des particules a. — Considérons maintenant la valeur du rapport — pour une particule a et comparons-la aux valeurs obtenues avec d'autres rayons chargés. On voit de suite que le rapport — pour une particule v. est environ 35oo fois plus petit que celui qui caractérise une particule 3 de vitesse rela- 14» CHAPITRK IX. tivement faible ou un rayon cathodique d'une ampoule de Crookes; ce rapport est du même ordre de grandeur que celui qui caractérise les rayons positifs des ampoules à vide, ce dernier rapport étant, comme on le sait, variable, et admettant comme limite supérieure la valeur lo' qui correspond aussi au transport d'électricité par l'hydrogène électrolytique. Nous sommes donc conduits à attribuer à la particule a des dimensions atomiques, et ce fait confirme l'hy- pothèse d'après laquelle l'expulsion d'une particule a par un atome ne peut se faire sans que celui-ci se trouve détruit, La valeur — = 5. lo' E. M. environ ne correspond à aucun des rapports connus dans l'électrolyse. Des considérations basées sur la production d'hélium par les corps radioactifs ont conduit M. Ru- therford à prévoir que les particules a pourraient être des atomes d'hélium portant la charge élémentaire; cette supposition conduisait à une valeur moitié moindre du rapport — • La valeur expérimentale conduit donc à considérer la particule a comme un atome d'hélium portant le double de la charge élémentaire, ou comme un demi-atome d'hélium portant la charge élémentaire. La première de ces hypothèses semble actuellement établie. MM. Rutherford et Royds (') ont vérifié par une expérience directe qu'on trouve de l'hélium dans un vase qui n'en contenait pas primitivement, et dans lequel on a laissé pénétrer les parti- cules a émises par une source radiante contenue dans un tube de verre fermé à parois très minces. Le dispositif expérimental est représenté dans la figure 10:4. Une grande quantité d'émanation du radium était contenue dans le tube de verre A dont la paroi avait une épaisseur inférieure à o""", 01 ; l'épaisseur d'air équivalente étant 2"", on voit que la grande majorité des particules a traversait le tube et pénétrait dans le vase extérieur T, dans lequel on avait fait un vide parfait au moyen de charbon contenu dans le vase F et refroidi dans l'air liquide. De temps en temps on laissait remonter le mercure de manière à refouler le gaz dans le capillaire V, et l'on examinait le spectre. Après 2 \ heures aucune trace d'hélium n'était visible, mais après ■>. jours la ligne jaune apparaissait faiblement, (') RuTHEHFOUD Cl HoYDS, l'Iul. Mcig., Cévrior UJOiJ. NATCHK I)i;S RADIATIONS. ! 49 après î jours les lignes dans le jaune et le vert étaient brillantes et après () jours toutes les lignes fortes pouvaient être observées. Si le même tube A au lieu de contenir de l'émanation contient de Thélium comprimé, aucune trace d'hélium ne pénètre dans le vase extérieur. On peut donc conclure que des particules a, qui Fi; l32. ont pu traverser la paroi de verre en vertu de leur grande vitesse de projection, se retrouvent dans l'espace extérieur à l'état de gaz hélium. Dans ces expériences les particules a ont dû pénétrer dans le verre du vase extérieur et ne s'en dégager que lentement dans l'espace vide; c'est pour cette raison que le spectre de l'hélium n'a pu être observé qu'après un intervalle de ^ jours. Dans d'autres expériences les particules a sortant du tube ont été reçues dans une feuille de plomb, et le spectre de l'hélium a été observé après 24 heures. Enfin il a été possible de découvrir la présence d'hélium CHAPITRE IX. occlus dans une feuille de plomb qui entourait le tube à émanation dans l'air à la pression atmosphérique ; cette feuille était introduite dans un appareil approprié à l'examen des gaz; l'air était déplacé par un courant d'oxygène pur qui a été ensuite absorbé par le charbon à la température de l'air liquide ; puis la lame a été chauffée et le spectre du gaz dégagé a été soumis à l'examen. L'hélium était déjà visible avec une lame cjui avait été exposée f heures seulement à l'action des rayons. La même expérience a été répétée avec une lame d'étain. 132. Charge des rayons a. — La mesure de la charge des rayons a constitue une expérience très délicate. On ne pouvait espérer observer cette charge que dans un vide très parfait^ car les particules a ont un pouvoir ionisant très grand^ et il est nécessaire d'éviter pour l'électrode qui les absorbe la perte de charge résultant de l'ionisation du gaz résiduel. Les premières expériences faites en vue de mettre en évidence la charge des rayons a ont donné un résultat négatif. Voici quel était le dispositif expérimental employé par M. Rutherford ( ' ) : Une couche très mince de bromure de radium était obtenue sur une plaque par évaporation d'une solution très étendue; le sel était étudié quand son activité était minimum; à cet état il n'émet sensiblement que des rayons a. La couche de matière étant très mince^ les rayons n'étaient pas absorbés par la matière radiante d'une manière appréciable. La plaque active A [fig. i 33) était isolée dans un vase de métal et reliée à l'un des pôles d'une batterie dont l'autre pôle était relié au sol. L'électrode supérieure^ isolée et reliée à un électromètre, était constituée par une boîte rectangulaire en cuivre^ dont l'ou- verture tournée vers le bas était fermée par une feuille d'alu- minium très mince. Les rayons a traversaient cette feuille^ péné- traient dans la boîte et étaient absorbés par les parois de celle-ci. La boîte extérieure D était reliée au sol^ et l'on y faisait un vide aussi bon que possible. Si les rayons sont chargés positivement, l'électrode doit recueillir de l'électricité positive et;, en vertu de l'ionisation du gaz résiduel, le courant obtenu quand la (') Rutherford, Phil. Trans., 1904. XATIRE DES RADIATIONS. plaque A est à un potentiel positif doit être supérieur à celui que l'on obtient quand cette plaque est à un potentiel négatif. Aucune différence certaine n'a cependant pu être constatée, et même l'effet obtenu était plutôt inverse de celui qui était prévu. De plus le courant diminue d'abord cjuand le vide devient meilleur, mais tend ensuite vers une limite indépendante de la pression. Fi£ e/ecfromètre pompe M. Strutt ('), opérant avec du polonium en couche très mince et avec un dispositif analogue à celui dont il s'était servi pour la démonstration de la charge des rayons |3, trouva de même que l'électroscope se déchargeait, qu'il fût chargé positivement ou négativement. M. J.-J. Thomson (-) opérait également avec du polonium. Un disque de métal relié à l'électroscope se trouvait en face de la plaque recouverte de polonium, à 3°"" de distance. Un très bon vide était obtenu au moyen de la méthode qui consiste à absorber le gaz résiduel par du charbon de noix de coco contenu dans un tube immergé dans l'air liquide. La décharge de l'électroscope était 1 oo fois plus rapide pour une charge positive que pour une charge négative; on devait en conclure que le polonium émet beaucoup plus d'électricité négative que d'électricité positive. En plaçant l'appareil dans un champ magnétique intense, on consta- tait que la décharge de l'électroscope pour une charge positive se trouvait arrêtée, les particules chargées négativement émises par (') Strutt, Phil. Mag., 1904. (^) J.-J. Thomson, Nature^ 1904; Proc. Camb. Phil. Soc, 1905. l52 CHAI'ITRK IX. le polonium ayant été déviées de leur trajet par l'action du champ magnétique. Il était donc manifeste que ces particules étaient douées d'une vitesse d'émission relativement très faible et étaient, par suite, extrêmement sensibles à l'action d'un champ électrique et d'un champ magnétique. Ces particules sont des électrons lents qui ne possèdent pas de pouvoir ionisant. Elles sont émises en grande quantité par le polonium et, d'après les expériences précédemment décrites, il en est de même pour le radium. En rapprochant les plateaux de son appareil, M. J.-J. Thomson a pu mettre en évidence la charge positive transportée par les rayons a du polonium. M. Rutherford ( ' ) ayant repris ses expériences avec l'emploi d'un champ magnétique parallèle au plan des plateaux, a observé que, dans ces conditions, l'électrode supérieure reçoit une charge positive, quel que soit le sens du champ électrique entre les pla- teaux. Quand on fait varier Tintensité du champ magnétique, l'effet produit sur le courant atteint une limite et ne varie plus pour des valeurs plus élevées du champ. Voici les résultats obtenus dans une expérience où la distance des plateaux était égale à 3'"'", et où le plateau actif était recouvert d'une feuille mince d'alu- minium semblable à celle qui fait partie de l'électrode supérieure. Courant Potentiel -^ ^^ —^ du plateau actif. sans champ magnctique. avec champ magnétique. volls o )) -1-0, 3G -f- 2 -1-2,0 H-0,4() ) „ 2 — 2 , 0 ^-O ,oS\ — 4 — 3,3 -^o,o^ \ -(- -S -i-3,1 -r-0,56 ) — 8 — .î,o -1-0,31 \ H-B4 -+-3,j +0,77 / o, - W 0)^o —84 —J,-^ +0,2 i \ M. Rutherford a admis que la différence des courants mesurés en présence d'un champ magnétique pour les deux sens du champ électrique est due uniquement au courant déterminé par l'ioni- (') Rutherford, Nature, lyo.'j. NATLRE DES RADIATIONS. l53 sation résiduelle du gaz^ lequel prend des v^aleurs égales et désigne contraire en même temps que le potentiel de la plaque inférieure. Dans ces conditions la charge positive due aux rayons a absorbés par l'électrode est mesurée par la moyenne des courants i^ et l'o qui correspondent aux valeurs (+V) et ( — V) du potentiel du plateau A. On remarque d'ailleurs que pour les valeurs de V qui ne dépassent pas S volts, les moyennes des deux courants, indi- quées dans le Tableau, sont assez voisines. Soient n le nombre des particules a reçues par seconde et e la charge d'une particule. La charge ne est obtenue par la relation et la charge émise par la substance radiante est double, puisque la moitié des rayons seulement est émise vers le haut. Avec o^^^, 48 de bromure de radium sur une surface de 20'^"'' environ, le courant de charge mesuré était égal à 8,8. io~''^ am- père, ce qui conduit à la valeur de 19 unités E.S. par gramme de radium au minimum d'activité. Si l'on connaît la valeur de e, on peut déduire de la mesure du courant de charge le nombre N des particules émises par seconde pour un gi^amme de radium au minimum d'activité. En admettant e^3,i.io~-" E. M., on trouve N=2.io'". Puisqu'il est probable que les mêmes nombres de particules a sont émis par seconde dans chacun des groupes des rayons du radium en équilibre, le nombre des particules émises par un gramme de radium en équilibre radioactif avec son émanation serait environ i(>. 10'", La charge des rayons y. a été éludlée par d'autres observateurs qui ont observé la charge des rayons du polonium dans un bon vide et avec emploi d'un champ magnétique (' ), (-) , (■'). La charge des rayons y. peut être mise en évidence par la même méthode que celle qui a servi dans les expériences de P. et M. Curie sur la charge des rayons 3 ( ' ). Les rayons du polonium traversent (') Envers, Pliys. Zeit., 190G. (-) AscHKiNASs, Phys. Zeit., 1907. (') Moulin, Le Radium, 1907. (*) Greinacheh, Deutsche phys. GeselL, 1909. l51 CHAPITRE IX. une feuille très mince d'aluminium et une couche d'isolant solide d'épaisseur o'"'", o3; ils sont ensuite absorbés par une électrode. On obtient sur celle-ci un courant de charge qui a été mis en évidence avec un dispositif de mesures sensible. MM. Rutherford et Geiger ont entrepris la détermination de la charge émise par une quantité connue de radium G sous forme de rayons a ('). L'appareil utilisé est représenté dans la figure i34. Fi g. i34. Un tube de verre de 4"" de diamètre à deux rodages contient la source radiante R et l'appareil de mesures. Ce dernier se compose d'une plaque B reliée à une batterie et percée d'une fenêtre de i '''",92 de diamètre^ fermée par une feuille en aluminium mince, et d'une (') RuTiiERi'"ûBD et GiiiGKii, Jalirbucli. d. Jîad., J908. NATL'Rli: DliS RADIATIONS. rj5 boîte plate en laiton A dont le diamèti'e est de 2""^5 et dont l'ou- verture tournée vers le bas est fermée par une feuille d'aluminium semblable à la première; la boîte A est reliée à l'électromètre. La source se trouve à une distance de .'V'"', 5 de la chambre d'ioni- sation; c'est une petite coupelle de verre activée par l'émanation du radium. Un champ magnétique est établi dans toute la région occupée par l'appareil ; il est parallèle aux plateaux et a pour effet de dévier les rayons ,3 du radium C et de ramener les électrons lents émis par les surfaces d'aluminium à leur point de départ. Le vide est aussi parfait que possible, malgré cela le courant est toujours plus intense quand le potentiel de B est positif que quand ce potentiel est négatif. La moyenne des courants i| et i-2, obtenus avec des valeurs du potentiel égales et de signes contraires, mesure le courant de charge /dû aux rayons a. Les valeurs de ii et l'o sont indépendantes de l'intensité du champ électrique quand le poten- tiel du plateau B varie entre 2 et 8 volts; la moyenne est indé- pendante de la valeur du champ magnétique^ si celui-ci est assez intense. Le rapport du nombre des rayons reçus dans l'appareil de mesures au nombre de rayons émis est calculé d'après les dimensions géométriqvies, en supposant l'émission de rayons uniforme dans toutes les directions. Si l'on a comparé le rayonnement pénétrant de la coupelle active à celui d'une ampoule contenant une quantité connue de radium en équilibre radioactif, on peut déduire de la mesure du courant i la valeur de la charge émise par unité de temps sous forme de rayons a par le radium C qui se trouve en équilibre radioactif avec un gramme de radium. Le nombre ainsi calculé est 3 1,6 unités E. S. D'après la théorie, la charge émise par unité de temps avec les rayons y. d'un gramme de radium au minimum d'activité aurait aussi la même valeur; cette valeur est supérieure à celle précédemment trouvée. Pour expliquer la perte du pouvoir ionisant pour une particule a dont la vitesse est tombée au-dessous de la vitesse critique, M. J.- J. Thomson ( ' ) a supposé qu'une particule qui a atteint cette vitesse se trouve déchargée par un électron qui s'y attache; au contraire, tant que la vitesse est supérieure à une certaine vi- (•) J.-J. Thomson, Conduction of Electricity through gases. ijG ciiai'Itur; ix. tesse minimum, l'énergie cinétique de la particule est suffisante pour que la particule et l'électron puissent échapper à leur attrac- tion mutuelle. Dans cette manière de voir la charge des parti- cules a ne peut être observée au delà de leur parcours mesuré par la méthode d'ionisation. M. Duane (') a fait des expériences pour décider si la charge des rayons a disparaît en même temps que le pouvoir ionisant. La source des rayons était constituée par du radium au minimum d'activité, en couche aussi mince que possible. L'appareil utilisé est une boîte cylindrique en laiton dont le fond est percé d'un trou circulaire de i'^^"',8 de diamètre; ce trou est fermé par une lame de mica très mince (2'"^ par centimètre carré de surface) sou- tenue par une grille de fil de cuivre. Un plateau placé en face de la lame de mica reçoit les rayons qui ont traversé celle-ci et sert d'électrode reliée à l'électromètre, tandis que la toile métallique peut être portée à un potentiel élevé. Pour construire la courbe d'ionisation on canalise les rayons du radium au moyen d'un dia- phragme à tubes, de manière à n'utiliser que les rayons normaux, Fig. i35. 1 c i ! / ^ 1 j ' • \ ■fcj 1 \ <3 » , ' \ R \ V Distance du radium i la fenêtne en cm Distance du radium à In fenêtre en cm. et l'on mesure le courant de saturation entre la toile et l'électrode pour diverses distances du radium à la lame de mica. La courbe I [flg. I. ■).")) montre que la presque totalité de l'ionisation à l'inté- rieur de la boîte cesse quand le radium est éloigné d'environ 2""' de la fenêtre, le courant très faible observé à une distance plus (') Duane, Comptes rendus^ ^'.p'^- NATLBE DES RADIATIONS. Ijy grande étant dû à la présence d'un reste d'émanation et de radio- activité induite. Pour mesurer la charge des rayons on fait un bon vide dans la boîte et l'on établit un champ magnétique parallèle à l'électrode^ afin de supprimer l'effet des électrons lents émis par la fenêtre et l'électrode. On mesure la charge apportée au plateau par les rayons y., sans canaliser ces derniers et en employant une quantité plus grande de radium. On vérifie qu'aucun courant d'ionisation appréciable n'existe dans la boîte en constatant ciue^, le champ magnétique étant établi^ on peut établir une différence de potentiel de quelques volts entre la fenêtre et l'électrode sans modifier l'intensité dvi courant. La courbe II {fig. i.î,")) représente le courant de charge dû aux rayons. Ce courant est sensiblement supprimé quand le radium est à plus de y/'" de la fenêtre. La charge des particules a et leur pouvoir ionisant s'arrêtent à peu près au même point. Le parcours mesuré par la charge est peut-être un peu plus court que celui mesuré par le pouvoir ionisant^ mais la différence est^ en tout cas^ très faible. Ainsi pour une particule a qui a perdu son pouvoir ionisant^ la charge ne peut pas être décelée. Nous avons vu d'ailleurs qu'une telle particule ne peut plus agir sur une plaque sensible ou sur un écran phosphorescent^ et nous verrons qu'elle a perdu aussi son pouvoir de produire des rayons secondaires [çoir § 136), Une particule y. qui a atteint la vitesse critique a donc perdu toutes les propriétés qui la distinguent des atomes gazeux ordinaires. Il est facile de se rendre compte qu'un atome léger^ un atome d'hélivim par exemple^ lancé dans l'air avec la vitesse initiale d'une particule y, et subissant des chocs contre les molécules d'air suivant les hypothèses admises d'ordinaire en théorie ciné- tique^ se trouverait très rapidement arrêté dans son mouvement rectiligne^ son énergie cinétique se trouvant réduite à celle qui correspond à l'agitation thermique. On peut prévoir que dans ces conditions le parcours du projectile ne serait qu'une petite fraction du parcours réellement observé pour une particule a; en efîet^ d'une part_, le projectile serait fortement dévié de sa direction primitive dès les premiers chocs; d'autre part, sa vitesse serait réduite à la vitesse moyenne d'agitation thermique après une très petit nombre de chocs. làS CH.VPlTRi: IX. Deux points de vue différents sont envisagées en théorie ciné- tique : 1 " les molécules peuvent être assimilées à des sphères parfai- tement élastiques; 2" on suppose que les molécules exercent entre elles des forces centrales fonction de la distance; Maxwell a parti- culièrement développé le cas où la force est une répulsion qui varie en raison inverse de la cinquième puissance de la distance. Dans la première hypothèse on remarque d'abord que la masse d'une particule a étant plus petite que celle d'une molécule d'air, une particule a qui subit un choc central se trouve nécessairement rejetée en arrière. Si le choc n'est pas central, la déviation est moindre; on peut calculer la déviation moyenne qui correspond aux différents chocs possibles. Si m est la masse d'une particule a et M celle d'une molécule d'air, l'angle de déviation moyen cp est , , r 2 AI — m 1 iT ^ , 7T M 1 AT ^ r\ égal a — — n quand M >- m et a 7 quand M <^ m. Un voit que, pour une particule a qui se déplace dans l'air (M = 3o environ, 771= 4), la première formule donne une déviation moyenne voisine de 90", de sorte que, selon toute probabilité, la particule doit être rejetée de côté dès le premier choc, c'est-à-dire après un parcours de l'ordre de lo"-' cm. On peut s'assurer de même que chaque choc détermine une réduction de vitesse importante; c'est ainsi que quatre chocs centraux contre des molécules d'air suffiraient pour réduire de moitié la vitesse d'une particule a du radium G. Les résultats indiqués sont obtenus en considérant la vitesse des molécules d'air comme négligeable par rapport à celle des parti- cules a, La deuxième hypothèse a été examinée par M J.-J. Thomson (') ; elle conduit à des conclusions analogues à celles qui découlent de l'hypothèse des chocs élastiques. Il paraît donc nécessaire d'admettre que les chocs d'une parti- cule a contre les molécules d'un gaz ne sont pas de même nature que ceux que l'on considère en théorie cinétique. M. J.-J. Thomson indique que la différence pourrait être attribuable à ce fait que la particule est chargée. Cependant l'on ne conçoit pas facilement par quel mécanisme la présence de la charge pourrait favoriser la péné- tratian de la particule ; la charge semblerait plutôt devoir constituer (') J.-J. TiioMsox, Conduction of Electricily tlirough gases. NATURE DES RADIATIONS. iSg un obstacle au mouvement^ en raison de l'attraction électrosta- tique qui doit se produire entre la particule chargée et les molé- cules ; mais le calcul montre que la perturbation qui en résulte est très peu importante quand l'énergie cinétique de la particule est aussi grande. Il ne semble pas d'ailleurs indispensable d'admettre que l'arrêt résulte de la perte de charge^, car on peut concevoir que si l'arrêt s'est produit pour une autre raison, la charge se trouvera aussitôt neutralisée grâce à la présence d'ions dans le gaz. On pourrait imaginer qu'une particule a qui possède une vitesse suffi- sante traverse les molécules qu'elle rencontre, et qu'il existe une vitesse limite au-dessous de laquelle ce phénomène ne peut se pro- duire. Dans cette hypothèse la grandeur de la vitesse serait la cause déterminante du désaccord qui se manifeste entre le mode de mouvement d'une particule a et les prévisions de la théorie cinétique, de sorte qu'un atome d'hélium, lancé avec la même vitesse, pourrait se comporter de la même manière. L'expérience montre que la stabilité du mouvement de la particule n'est assurée que tant que l'énergie reste suffisamment grande. Toute rencontre avec une molécule de gaz doit entraîner une perte d'énergie de la particule, surtout quand il y a production d'ions; le nombre des ions produits par une particule a est d'ailleurs très grand, et l'on a des raisons pour penser que les molécules qui subissent l'ionisation constituent la plus grande partie des molé- cules rencontrées {i'oir § 135). 133. Numération directe des particules a. Mesure de la charge d'une particule a. Valeur de la charge élémentaire. — La charge d'une particule a et le nombre des particules a émises par seconde par un gramme de radium sont des constantes d'une grande importance qu'il est utile de pouvoir déterminer indépendamment. On doit à MM. Rutherford et Geiger ( ' ) un travail important sur la numération directe des particules a. Le principe de la méthode est le suivant : une particule a isolée produit le long de son parcours dans l'air sous la pression atmo- sphérique un nombre d'ions très grand mais insuffisant pour pro- duire un effet appréciable sur l'électromètre. Si la particule se (') Rutherford et Geiger^ Phys. Zeit., 1909. l6o CllAI'ITHE IN. déplace dans l'air sous pression réduite dans une région où existe un champ électrique intense_, chaque ion créé peut en produire d'autres, en vertu du phénomène d'ionisation par choc des ions, découvert et étudié par M. Townsend [i>oir § 13), L'effet de la particule a ainsi multiplié devient accessible à l'observation. L'appareil employé était un long cylindre de verre E {fig. i')6) dans lequel on plaçait la source radiante en G. Ce tube pouvait être relié par un robinet à large voie F à l'appareil de mesures. Ce dernier Fis. i36. était constitué par un condensateur cylindrique dont les deux bases étaient formées par des bouchons d'ébonite; un fil B^ placé axialement^ servait d'électrode. Dans l'une des bases C était masti- qué un tube de verre portant une pièce métallique percée par une fenêtre qui était fermée par une lamelle de mica. Un tube de caout- chouc reliait le tube de verre au robinet du tube E. La source radiante était portée par un cylindre de fer qui pouvait être déplacé le long du tube au moyen d'un aimant. Quand le robinet était ouvert^ les rayons a entraient par la fenêtre dans l'appareil de mesures et y produisaient des ions. L'intensité du rayonnement admis dans le condensateur était réglée de telle manière que quelques particules seulement fussent reçues par minute. L'effet de chaque particule se traduisait par une impulsion observée à l'électromètre; celui-ci était relié au sol par l'intermédiaire d'une résistance à air ionisé par une matière radioactive et, après chaque impulsion^ il revenait vers le zéro. La chambre d'ionisation avait 20'"' de longueur et i"",7 de diamètre ; la pression du gaz (air ou gaz carbonique) variait entre :>,•"" et 5"" de mercure; la différence de potentiel entre l'électrode et la boîte extérieure était de i :iOO volts. Le tube E avait une longueur de 4j<>""', et la fenêtre de mica un diamètre de i""",5. Le radium C était employé comme source radiante. On activait NATURE DliS RAOIATIONS. l6l fortement une petite plaque de métal; on attendait que la chute rapide initiale de la radioactivité induite fût terminée (le radium A est alors détruit) ; on comparait le rayonnement pénétrant de la plaque à celui d'une ampoule contenant une quantité connue de radium, on mettait la source en place et l'on faisait le vide dans le tube E ; on commençait ensuite l'expérience, et de temps en temps on contrôlait la valeur de l'activité de la source en utilisant les rayons pénétrants émis à l'extérieur du tube. Il était nécessaire de tenir compte de la diminution de l'activité en fonction du temps. Le nombre des impulsions est proportionnel à la surface de la fenêtre, à l'intensité de la source et varie en raison inverse du carré de la distance; il est indépendant de la pression et de la nature du gaz dans la chambre d'ionisation, ainsi que de la différence de potentiel utilisée. L'émission des particules se fait uniformément dans toutes les directions. Tous ces points ont été directement vérifiés par l'expérience. Le nombre des particules émises par unité de temps varie notablement, indiquant ainsi que la loi du hasard intervient dans le phénomène d'émission du rayonnement. Connaissant la valeur moyenne du nombre de particules reçues par unité de temps et l'angle solide sous lequel la surface de la fenêtre est vue de la source, on en déduit facilement le nombre total des particules émises pas la source. On a trouvé ainsi N = 3,4.10'", pour le nombre N des particules a émises en une seconde par une quantité de radium C qui est en équilibre avec un gramme de radium. Ce nombre est supposé égal à celui des particules a émises par un gramme de radium au minimum d'activité. Il diffère nota- blement du nombre indiqué précédemment (§ 132). En remplaçant la chambre d'ionisation par un écran au sulfure de zinc placé contre la fenêtre, on a pu s'assurer que chaque parti- cule a produit une scintillation; les scintillations étaient observées au moyen d'un microscope. On a pu observer par la même méthode l'effet des particules a de l'uranium, du thorium et de l'actinium, et il semblait possible de mettre en évidence l'action individuelle d'une particule jS. Si les particules a des quatre faisceaux du radium sont en nombre égal, le nombre des particules émises par gramme de C. — II. II l6-2 CHAPITRE IX. radium en équilibre radioactif et par seconde est i3,6. lo'". Nous avons vu^ d'autre part^ que dans les mêmes conditions on obtient pour le nombre des particules |j de grande vitesse 5^). lo'" d'après M. Rutherford et lo'' d'après M. Makower. Les nombres des particules a et 'p émises par un gt-amme de radium en équilibre ne sont donc pas différents comme ordre de grandeur. Connaissant le nombre des particules émises par seconde par le radium C qui est en équilibre avec un gTamme de radium et connaissant de plus la charge qui accompagne ces particules (§ 132), on trouve pour la charge d'une particule a la valeur moyenne e = 9 , 3 . 1 o" '" u I) i té E. S . ; les valeurs obtenues dans plusieurs expériences étaient comprises entre 8, 'j. lo "'" et 10,1.10"^"^. M. Rutherford a admis que cette valeur est le double de la charge élémentaire, et que la valeur de celle-ci est, par conséquent, plus forte que celle admise à la suite des expériences de M. J.-J. Thomson et de M. Wilson. Il a donc proposé d'adopter pour la charge élé- mentaire le nombre 4>*^^-io~'"- Ce nombre est en accord avec celui qui a été déduit par M. Planck des lois du rayonnement et avec les résultats de certaines expériences récentes (§ 11). La charge d'une particule a du polonium a été mesurée par M. Regener ('). L'expérience consistait à mesurer la charge positive émise par une lame portant un dépôt de polonium en couche mince, et à compter le nombre des particules émises dans le même temps par la même lame, en utilisant les scintillations produites par ces particules sur un écran phosphorescent. La méthode suppose donc que chaque particule a donne lieu à la production d'un point lumineux. En comparant le nombre des particules comptées par la méthode électrique à celui observé par la méthode des scintillations, quand la chambre d'ionisation est enlevée et remplacée par un écran phosphorescent transparent fixé à l'extrémité du tube E en D (/îg. 1 36), MM. Rutherford et Geiger avaient trouvé que la méthode optique donne un résultat inférieur de i pour 100 environ à {') Rkgener, Acad. de Berlin, 190»). NATURE DES RADIATIONS. lG3 celui que fournit la méthode électrique. La concordance semblait donc bonne, et l'on pouvait espérer l'améliorer encore en per- fectionnant les conditions de l'expérience. Pour cela l'écran au sulfure de zinc collé a été remplacé par des lames minces taillées dans la blende naturelle, dans du diamant ou de la willémite. Les scintillations étaient observées au moyen d'un microscope muni d'un objectif à immersion, et les observations n'étaient commen- cées qu'après un long séjour dans l'obscurité. La source radiante se trouvait dans un tube dans lequel on faisait un vide parfait, et l'angle solide comprenant les rayons utilisés était défini par un diaphragme, de telle manière que le nombre des points lumineux à compter fût en moyenne d'un pour deux secondes. La numé- ration était faite par un procédé d'enregistrement et, pour éliminer l'effet des oscillations du nombre des particules rayonnées, on comptait dans chaque série d'expériences environ 5ooo points lumi- Immersion Couvre objBt ^'lamelle neux. Le dispositif expérimental est représenté dans la figure 107. En modifiant l'orientation de la plaque active P on peut étudier la répartition du rayonnement suivant des directions faisant un angle variable avec la normale à la plaque. On trouve que, quand cet angle varie de o'' à 87° (^g. i38), le nombre des scintillations reste constant; c'est seulement pour un angle supérieur à 88 que se manifeste une décroissance rapide du nombre des particules reçues, et il est probable que cet effet est attribuable aux inégalités l64 CHAPITRE IX. de la surface active. Il est légitime, d'après cela, d'admettre que l'émission ne varie pas avec la direction. La charge émise par la plaque active sous forme de rayons a était mesurée au moyen d'un dispositif analogue à celui de la figure 1)4, mais dont le récepteur C n'était pas fermé par une lame d'aluminium mince. Les électrons lents émis par le polonium et par le récepteur étaient ramenés aux surfaces d'émission par l'emploi d'un champ magnétique. On avait réalisé un vide aussi parfait que possible pour diminuer l'ionisation du gaz résiduel. Le courant d'ionisation n'était qu'une fraction de 3 pour loo environ du courant de charge dû aux rayons a. Les résultats de plusieurs séries d'expériences ont donné, pour la valeur moyenne du nombre des particules émises par seconde par la plaque active, le nombre 3,9.3. lo' et pour la charge émise Fig. i3S. 10 9 e C) 7 1 Ç 2 I 0 10 20 30 W 50 60 70 80 90° angle dans le même temps la valeur 0,0003-7 unité E. S.; d'où, pour la charge e d'une particule a, e = 9,58. 10^"^' unité E. S. Ce nombre est en très bon accord avec les résultats de MM. Ra- therford et Geiger. Si la particule a porte le double de la charge élémentaire, la valeur ^0 de cette dernière est probablement environ f 0 = 4,7- •<> '" uiiiu'' K. S. \ — _ 7 NATURE DES RADIATIONS. I Go Le nombre /\,-. lo"''* étant adopté pour la charge élémentaire^ conduirait à prendre 2,-. 10'^ pour le nombre des molécules d'un gaz contenues dans i*^"'' de volume dans les conditions normales de température et de pression; la masse d'un atome d'hydro- gène serait 1,6. io~-'' gramme et le nombre des molécules dans une molécule-gramme serait environ 6^1 . 10^^. Il résulte de plus^ de la valeur du rapport —> que la masse calculée pour une particule a est très peu différente de celle d'un atome d'hélium^ et que l'identité des particules a avec les atomes d'hélium est ainsi confirmée. Par l'ensemble des belles expériences de M. Rutherford et de ses collaborateurs, la nature de la particule a semble définitivement établie. 134. Volume de l'émanation en équilibre avec un gramme de radium. Vitesse de production d'hélium par le radium. — En partant des données numériques qui résultent des expériences de M. Rutherford, on peut faire les considérations suivantes : Si un atome de radium, en se détruisant^ émet une seule particule y. et un seul atome d'émanation, alors le nombre des atomes d'émanation émis par seconde par un gTamme de radium est égal à 3,4 -lo'", et le nombre des atomes d'hélium formés par seconde est 4 X 3,4' i<^"' pour un gTamme de radium en équilibre radioactif. Le nombre des atomes d'émanation en équilibre radioactif avec un gramme de radium est donc égal à 3,4.io'" X ^, où h est la vie moyenne de l'émanation^ égale à ^^So^.io-^ secondes. Le volume occupé par ces atomes est représenté par la formule 3,4. 10'" X 4-82. 10^ , , . .1.7.10'^ ' Ce nombre est très voisin de celui qui résulte des déterminations expérimentales. Le volume occupé par l'hélium produit en une seconde est égal a ,„ cm^ ce qui conduit a un volume de o™"' 43 par 2.7. io'5 ' '■ jour et à un volume de loS™"'' par an et par gramme de radium ; fGG CHAPITRE IX. ce nombre est en accord avec les résultats expérimentaux (coiV Chap. X). 1 3o. Nombre d'ions produit par une particule -j. le long de son parcours. — Si l'on connaît le courant de saturation i, produit dans une chambre d'ionisation par l'émission dans l'unité de temps d'un nombre connu n de particules a qui sont complète- ment absorbées par le gaz^ on peut en déduire le nombre d'ions N créé par une seule particule. Quand l'expérience est faite avec un sel de radium, il faut que celui-ci soit utilisé en couche très mince, de manière que l'absorption des particules a dans le sel puisse être considérée comme négligeable. Soient i la valeur du courant de saturation et ^o 1^ charge d'un ion. On trouve Une détermination approchée faite par M. Rutherford a indiqué que le nombre d'ions produit par une particule a du radium au minimum d'activité (parcours 3"", 5) est environ 120000. Une étude plus précise a été faite à ce sujet par M. Geiger ( ' ) qui a déterminé l'ionisation totale sous pression réduite pour diverses portions du parcours des rayons a du radium C; il était facile, en opérant ainsi, d'obtenir le courant de saturation, tandis qu'en utilisant les rayons a à la pression atmosphérique, il est souvent difficile d'obtenir ce résultat. La quantité de radium C était évaluée par la mesure du rayonnement y, et l'on connaissait, par conséquent, le nombre de particules a émises par unité de temps. Un faisceau très étroit de rayons parallèles émis par la source R et limité par le diaphragme K (/ïg. io()) traversait une fenêtre en mica très mince et était admis dans la chambre d'ionisation formée par les plateaux B et C; le plateau A servait de plateau de garde; grâce à sa présence les ions produits entre B et C étaient seuls recueillis par le plateau B relié à l'électromètre. Pour faire une série d'expériences on faisait varier la pression du gaz dans l'appareil; à une pression déterminée, on utilisait une portion du parcours des particules qui correspondait à une portion déter- (') GEiauii, Le Radium, i<)oi). NATLKE DES RADIATIONS. 167 minée également et très petite du parcours dans l'air sous la pression atmosphérique. La position de cette dernière portion était calculée en admettant que le parcours varie en raison inverse de la pression. Pour étudier la portion initiale du parcours sur la longueur de i'™, on plaçait la substance active au centre d'une chambre d'ionisation sphérique dans laquelle on faisait varier la pression ; on constate que^ pour les basses pressions, l'ionisation varie proportionnelle- ment à la pression, ce qui indique que dans cette région le pou- voir ionisant de la particule reste constant. Le pouvoir ionisant moyen d'un faisceau de rayons a du radium C en différents points du parcours est indiqué dans le Tableau suivant, dont les nombres se rapportent à l'air à la température de i-^" et à la pression atmosphérique : Ions P ar milliniètre. ^arcours en centimètres. et P àr particule. I 2-25o 2 23oo 3 2400 4 2800 5 3(>oo 6 J5oo 6, 5 7600 7 4000 Ces mêmes résultats sont représentés dans la figure i4o. L'échelle choisie est telle que chaque centimètre carré représente lo' ions. Le nombre d'ions rapporté à une particule du radium G est déterminé par l'aire comprise entre la courbe d'ionisation et les axes. Ce nombre est égal à 2,3-. 10% en admettant que la charge d'un ion a pour valeur 41^5.10""^ E. S. Les nombres d'ions produits par des particules y. émises par d'autres substances ont été calculés en admettant que la courbe i68 CIIAPITUE IX. d'ionisation correspondante se superpose à celle obtenue pour les rayons a du radium C à partir de la fin du parcours (§ 130). Fig. i4o. 2 3 4 5 6 Parcours en cm. d'air Ces nombres sont indiqués dans le Tableau suivant ( ' ) : Parcours a Nombre N N en cenlimc 1res. d'ions produits. a Radium . . . . ... 3 , 5() 1 , j3. lo^ 1 ,74. 10» 4,37. lO^ 4,11.10* Etnanalion . ... 4, '.3 Radium A. . ... 4,83 1 ,87. io5 3,87.10* Radium C. . 7 , oG 2,37. lO^^ 3,36. 10* Radium F. . ... 3,S6 1 ,62. 10^ 4,19.10* C) L'exactitude de ces nombres peut se trouver alTeclée par suite de l'emploi de riiydrogène au lieu de l'air dans la chambre d'ionisation. La forme de la courbe d'ionisation dans l'hydrogène est, en efTet, un peu difTérenle de la forme de cette même courbe dans l'air (§ 144). NATURE DES RADIATIONS. ifil) On voit que le rapport — décroît à mesure que le parcours augmente. D'après les résultats indiqués on peut calculer que le courant de saturation -^ obtenu avec un gramme de radium au minimum d'activité distribué en couche très mince sur une lame, de telle manière que la moitié des particules émises soit absorbée dans le gaz, a pour valeur c) = I ,21 . lo'' unités E. S. Ce résultat peut servir pour le dosage de faibles quantités de radium. Si l'on admet que les nombres des particules a émises dans les différents faisceaux sont les mêmes, on peut calculer le rapport de l'ionisation totale, obtenue avec une certaine quantité de radium en équilibre radioactif, à l'ionisation obtenue avec la même quantité de radium au minimum d'activité; ce rapport doit en eiret être égal a • r-; ~= \a). Une détermination expérimentale du même rapport a été faite par M. Boltwood (') de la manière suivante : on mesurait l'activité initiale d'un sel radifère en couche très mince (au minimum d'activité) ; on laissait ce sel en vase clos et desséché pendant un mois; après ce temps le sel ne contenait que 70 pour 100 de la quantité d'émanation qu'il aurait contenue si l'émanation formée était restée entièrement occluse. On mesurait l'activité limite du sel et l'on faisait la correction relative à l'émanation qui s'était échappée. Le rapport ainsi trouvé entre l'activité limite et l'acti- vité initiale était égal à 5,6. Il est donc probable que les particules a des divers faisceaux sont en nombre égal. Les mesures doivent être faites en ayant soin que les rayons a de tous les parcours soient complètement absorbés dans l'air. Le nombre d'ions produit en moyenne dans l'air par particule a, dans la région du parcours qui correspond au maximum de l'ioni- sation, est égal à 76000 par centimètre, à la pression et à la tem- pérature ordinaire. Dans ces conditions de température et de ('} Boltwood, Phys. Zeit., 1906. lyo CHAPITRE IX. pression le chemin moyen d'une molécule d'air est environ i o~^ cen- timètre. Le chemin moyen d'une particule a dans l'air doit être plus grand parce que la particule est probablement plus petite qu'une molécule d'air_, et parce que sa vitesse est très grande par rapport à celle des molécules d'air; pour cette dernière raison le chemin moyen doit être augmenté dans le rapport \,^. Si l'on admet que le chemin moyen est environ i,4'io~^ centimètre, le nombre des molécules rencontrées sur la longueur de i*^"' est environ -oooo, et ce nombre est du même ordre de grandeur que celui indiqué par l'expérience pour le nombre des ions produits. Il est difficile d'apprécier exactement la valeur du chemin moyen; il est cependant probable que le maximum du pouvoir ionisant correspond à l'ionisation de chaque molécule rencontrée. L'énergie perdue par une particule a du radium C le long de son parcours est environ i ,6. lo"^ erg; le nombre d'ions produit est environ 2,j\.io-'; si l'énergie était entièrement utilisée pour la production d'ions, la dépense d'énergie par molécule ionisée serait environ 0,0. io~'" erg. Ce nombre constitue donc une limite supérieure de l'énergie nécessaire pour l'ionisation d'une molé- cule d'air. 136. Production de rayons secondaires par les rayons a. Diffu- sion des rayons a. — Quand les rayons a traversent la matière, on n'observe pour ces rayons ni diffusion importante, ni produc- tion appréciable de rayons secondaires, ainsi qu'il résultait des premières expériences de H, Becquerel à ce sujet. Ces expériences étaient faites par la méthode radiographique, et l'on pouvait se demander si l'on ne pourrait observer une production de rayons secondaires en opérant d'une manière différente. J'ai cherché à mettre en évidence une transformation des rayons du polonium, en employant la méthode de l'interversion des écrans ( ' ) : deux écrans superposés E| et Ej étant traversés par les rayons ; l'ordre dans lequel ils sont traversés doit être indifférent, si le passage au travers des écrans ne transforme pas les rayons; si, au contraire, chaque écran modifie les rayons en les trans- mettant, l'ordre des écrans n'est pas indifférent. Si, par exemple, (') M"" Curie, Thèse de doctorat, Paris, if)o3. NATURE DES RADIATIONS. I7I les rayons se transforment en rayons plus absorbables en traversant du plomb, et que l'aluminium ne produise pas un effet du même genre avec la même importance, alors le système plomb-aluminium paraîtra plus opaque que le système aluminium-plomb ; c'est ce qui a lieu pour les rayons R<>ntgen. L'expérience indique que ce phénomène se produit avec les rayons du polonium. L'appareil employé était celui de la figure i 1 9. Le polonium était placé dans la boîte CCCC et les écrans absor- bants, nécessairement très minces, étaient placés sur la toile métallique T. Écrans employés. Epaisseur. Courant observé. mm ,' Aluminium o 01 / l -, '7-9 j Laiton o,o03 ] Laiton o.ooj ) .. } ")7 Aluminium o,o[ \ Aluminium 0,01 1 Elain..... 0,003 \ Étain o,oo5 ) Aluminium 0,01 ) Etain.... o,oo5 \ ^ Laiton 0,00 5 \ \ Laiton 0,00 3 ) ' Etain O.OOJ \ Les résultats obtenus prouvent que le rayonnement est modifié en traversant un écran solide et sont d'accord avec les expé- riences dans lesquelles, de deux lames métalliques identiques et superposées, la première se montre moins absorbante que la sui- vante. Il est probable, d'après cela, que l'action transformatrice d'un écran est d'autant plus grande que cet écran est plus loin de la source. Il semblait possible d'expliquer ces expériences par la produc- tion sur les faces des écrans de rayons secondaires dont la nature et la quantité serait variable avec la nature des écrans. Toutefois, les recherches faites ultérieurement ont montré qu'on ne peut mettre en évidence la production de tels rayons, ni par l'effet ioni- sant, ni par l'effet radiographique. Ce fait résulte très clairement des expériences suivantes ( ' ) : les rayons émis par la source active ( ' ) Lattes, Le Radium, ic 172 ciiAPiiRi-: IX. {fis. 120, II) constituée par le polonium en couche très mince^ traversaient un diaphragme composé d'une série de tubes juxta- posés et étaient ensuite reçus dans une chambre d'ionisation étroite^ formée par une toile métallique reliée à la pile et un plateau placé au-dessus de la toile et relié àl'électromètre. Le pla- teau pouvait être enlevé et remplacé par d'autres plateaux ayant exactement la même forme, mais faits avec des métaux différents : aluminium_, cuivre, zinc, laiton ; l'appareil était construit avec une exactitude suffisante pour que la substitution d'un plateau à un autre ne pût amener aucune modification dans la forme de la chambre d'ionisation. On construisait la courbe d'ionisation des rayons du polonium pour chaque plateau; les courbes obtenues sont exactement superposables, et aucune influence du métal frappé par les rayons n'est visible. Le même résultat est obtenu en remplaçant le plateau supérieur par une toile métallique tendue reliée à l'électromètre sur laquelle on pose des feuilles métalliques très minces de nature différente : aluminium, zinc, plomb. Si les rayons a du polonium en frappant les écrans donnaient lieu à la production de rayons secondaires très absorbables dans l'air et doués de pouvoir ionisant, le dispositif qui vient d'être décrit devait être particulièrement bien adapté à faire valoir l'effet de ces rayons, puisque le pouvoir ionisant des rayons a n'était utilisé que sur un faible trajet (profondeur de la chambre d'ionisation o""", 5). On peut donc conclure qu'il n'existe aucun ejjet inHal, accom- pagné d'ionisation, dû aux rayons a. D'autres expériences ont été faites par la méthode radiogra- phique. Une nappe verticale étroite de rayons du polonium, limitée par deux fentes semblables et parallèles placées l'une au-dessus de l'autre, venait rencontrer une plaque photographique inclinée dont le bord horizontal était perpendiculaire à la direction des fentes; cette plaque venait s'appuyer sur une cloison horizon- tale, dont le bord extrême horizontal et perpendiculaire aux fentes se trouvait au-dessus du milieu de celles-ci. Ce bord aurait pu être le siège d'une émission secondaire, et en ce cas la partie supé- rieure de l'impression produite par les rayons directs aurait pu être entourée d'une houppe diffuse. Les expériences étaient faites soit à la pression atmosphérique, soit à une pression inférieure à celle de i""" de mercure; en aucun cas on n'a observé la moindre trace des apparences attendues. NATLRE DES RADIATIONS. IjS Tl semble donc bien établi que les rayons a ne produisent pas de rayons secondaires doués de pouvoir ionisant et capables d'impres- sionner les plaques photogi^aphiques. En revanche certaines expé- riences sont favorables à l'existence d'un rayonnement secondaire lent du genre ^i; ce rayonnement ne peut être mis en évidence que par la charge qu'il transporte. M. Logeman a étudié la vitesse avec laquelle se charge un plateau métallique exposé aux rayons du polonium dans un champ magnétique ('); cette vitesse dépend de la nature du métal employé pour le plateau. Dans les expériences de M. Moulin (-), les rayons du polonium traversaient une toile métallique reliée au sol, et pénétraient ensuite dans un condensateur, formé par une toile reliée à une batterie et un plateau relié à l'élec- tromètre. Le polonium étant porté à un potentiel positif élevé-, pour empêcher l'émission d'électricité négative, le courant obtenu dans le condensateur dépend du sens du champ. Dans les deux cas l'électromètre recueille de l'électricité positive, mais la vitesse de charge est plus grande quand le plateau relié à l'électromètre est chargé négativement; en ce cas, en effet, il y a émission secondaire d'électricité négative par le plateau sous l'action des rayons a qui viennent le frapper, tandis qu'en cas contraire, ces rayons ne peuvent quitter le plateau si la différence de potentiel entre le plateau et la toile est suffisante. La différence de potentiel qui suffit pour arrêter l'émission secondaire est de i o à 1 5 volts, d'où l'on peut conclure que les rayons secondaires ont une vitesse insuffisante pour pouvoir ioniser les gaz. Dans les mêmes expé- riences on a remarqué l'émission par le polonium de rayons |j dont la vitesse semble supérieure à lo^— ;; la proportion de ces rayons est probablement faible. Un champ magnétique faible suffit pour ramener les rayons secondaires sur le plateau qui les émet; un champ magnétique plus intense est nécessaire pour ramener de même tous les rayons 3 du polonium à la source ; pour un champ magnéticfue suffisant, la charge reçue par le plateau relié à l'électromètre est due aux rayons a seulement. Les expériences relatives à l'effet du renversement des écrans ne peuvent donc s'interpréter par une émission de rayons secon- (') LoGEMAX, Proc. Boy. Soc, 1908. {-) Moulin, Le Radium, 1907. 174 CHAi'iTiu: IX. daires_, et il s'agit, par conséquent,, d'un effet sur les rayons primaires. On a proposé d'expliquer le phénomène, soit par la variation du pouvoir absorbant d'un écran avec la vitesse des rayons ('), (-), soit par la diffusion des rayons a au passage des écrans ( ^). Les effets d'interversion d'écrans obtenus par les divers obser- vateurs qui utilisaient des rayons normaux aux écrans sont beaucoup plus faibles que les effets obtenus par M. Curie; il est donc probable que le phénomène augmente beaucoup quand on utilise les rayons obliques. En ce cas une interversion de l'ordre des écrans peut amener un très grand changement dans l'intensité des rayons qui traversent, et cela aussi bien avec une couche radiante épaisse qu'avec une couche radiante très mince. Voici les résultats de quelques expériences faites avec utilisation de rayons de toutes les directions, et avec un double écran placé à une distance de ()""" de la substance active {''). Poloniiini Nature des écrans. en couclie épaisse. en couclie mince. Etain-laiton 95,6 sr,-* Laiton-étain 38,5 9,3 Aluminium-cuivre.. 7'^)6 i4j4 Cuivre-aluminium ^9,2 12, 5 Aluminium-argent 79, o 21,2 Argent-aluminium 56,9 18,0 Aluminium-platine 117 32,4 l'Iatine-aluminiuui 94 27,'6 La variation du pouvoir d'arrêt des écrans avec la nature et l'épaisseur de la matière déjà traversée est encore peu connue, et en tenant compte de cette variation il n'est pas facile de calculer l'effet d'une interversion de l'ordre des écrans pour des rayons émis dans toutes les directions. Il est cependant probable que c'est là la cause principale des différences observées; la diffusion des rayons a qui traversent normalement un écran mince est très faible, mais elle doit être beaucoup plus importante pour les rayons (') Meyer. Phys. Zeit., ifioii. {•) Bkagg, Phil. Mag., 1907. (•■') KucERA et Masek, Phys. Zcil.^ içjoG^ (') Lattes, Le RacUuni, 190''^. NATURE DKS HADIATIONS. 17a obliques à l'écran qui traversent une épaisseur de matière plus grande. M. Rutherford a observé qu'une nappe étroite de rayons a traversant un écran en mica mince donne une impression pho- tographique moins bien définie qu'en l'absence de l'écran, et que la déviation des rayons par diffusion peut atteindre '2 degrés. Pour obtenir la même déviation par application d'un champ électrique normal au rayon, le long d'un trajet de même longueur, il faudrait employer une intensité de champ égale à loo millions de volts par centimètre ('), et l'on peut ainsi se faire une idée de la grandeur des champs électriques produits parles atomes. Les expériences suivantes indiquent également une diffusion des rayons a. L'ionisation produite par les rayons est mesurée après passage de ceux-ci au travers de deux grillages superposés (^); ces grillages sont semblables à ceux qui servent de diaphragmes pour la construction de la courbe d'ionisation. On observe le rapport des courants obtenus avec un seul diaphragme ou avec deux diaphragmes superposés, soit en recouvrant le premier dia- phragme d'un écran, soit en enlevant cet écran. Le rapport n'est pas le même dans les deux cas, et l'on constate ainsi un effet de dif- fusion qui augmente avec le poids atomique du métal employé pour l'écran. Une étude plus précise de la diffusion des rayons a a été faite par M. Geiger (•^). Un faisceau étroit de rayons a, issu d'une source de petites dimensions et limité par un diaphragme circulaire, était reçu sur un écran au sulfure de zinc sur lequel il produisait une tache de scintillations bien limitée, l'expérience étant faite dans le vide. En recouvrant le diaphragme d'un écran métallique mince, on constatait que les scintillations se trouvaient distribuées sur vme surface plus grande. La densité des scintillations était décroissante depuis le centre vers le bord ; on la déterminait en comptant au moyen d'un microscope le nombre des scintillations par unité de temps et de surface, à différentes distances r du centre. Le nombre des particules qui ont subi une déviation angulaire égale à - > (') Rutherford, P/iil. Mag., 1906. ('-) M"' Meitner, Phys. Zeit., 1907. (•"■) Geiger, Proc. Roy. Soc, 1910. 176 CHAPITRE IX. OÙ S est la distance de l'écran phosphorescent au diaphragme, est mesuré par la quantité 2T:rn; cette quantité passe par un maximum pour une certaine valeur de r ; l'angle de déviation corres- pondant était considéré comme l'ajigle de dispersion le plus pro- bable pour les particules a d'une vitesse déterminée traversant l'écran utilisé. On trouvait, par exemple, que pour les rayons a du radium C traversant une feuille d'or d'épaisseur équivalente à i"™ d'air, cet angle cp était égal à 2", i. L'expérience montre que l'angle o croît rapidement quand la vitesse des rayons diminue; il varie approximativement en raison inverse du cube de la vitesse. Il est à peu près proportionnel à l'épaisseur de l'écran, sauf .pour les très faibles épaisseurs, pour lesquelles l'accroissement est moins rapide. En admettant que le diamètre d'un atome est environ 2.10"**, M. Geiger a déduit de ses mesures que la valeur de l'angle o pour un atome d'or est environ o",oo."). La valeur de '^ pour une lame métallique, pour laquelle l'épaisseur d'air équivalente est i'"', a été nommée coefficient de dispersion. Ce coefficient augmente avec le poids atomique du métal. La reflexion diffuse des rayons a a été constatée par MM. Geiger et Marsden (') qui observaient les rayons par les scintillations pro- duites sur un écran au sulfure de zinc; le dispositif expérimental, analogue à celui qui a été utilisé pour l'étude des rayons secon- daires des rayons |j est représenté dans la figure \ \i. La source Fis. I V- \ .Y^y///^^^^ radiante était constituée par le dépôt actif de radium porté par un petit plateau A; le radiateur R renvoie quelques-unes des parti- cules a reçues sur l'écran phosphorescent S qu'on observe au (') Geiger et Marsden, I.c Iladium, if)ot). N.VTLRE HES radiations. microscope. Les particules réfléchies sont renvoyées indifférem- ment clans toutes les directions^ et le rapport du nombre des parti- cules renvoyées au nombre des particules reçues a été trouvé égal à ^r^ pour un réflecteur en platine. On a constaté que le phéno- mène de réflexion diffuse prend une importance plus grande quand l'incidence est rasante. La réflexion par diffusion est un effet de volume. Le nombre des particules renvoyées croît avec l'épaisseur du radiateur jusqu'à une certaine limite qui est atteinte pour une épaisseur très faible. Ce nombre A dépend de la nature du radiateur et augmente avec le poids atomique p de celui-ci; toutefois le rapport — diminue quand le poids atomique augmente. On a pu constater, en l'absence de tout réflecteur_, un effet de dispersion des particules y. par l'air atmosphérique. AL Duane (') a montré que la production de rayons secondaires (électrons lents) par les rayons a cesse à la fin de leur parcours. Les mesures étaient faites avec le dispositif qui avait servi pour la mesure du parcours par la charge transportée (§ 132). En l'absence de champ magnétique l'électrode recueille un courant où a est le courant de charge positive des rayons y., Si le courant dû à l'émission d'électricité négative par l'électrode; So le courant dû à l'émission d'électricité négative par la fenêtre. On peut séparer les courants a, S| et s> par l'action d'un champ électrique et d'un champ magnétique; ce dernier supprime s, et So tandis que le pre- mier, suivant son sens, supprime s i ou s^- L'ionisation du gaz résiduel était considérée comme négligeable. En faisant varier la distance de la source radiante (radium au minimum d'activité), à la fenêtre, on constate que la production de rayons secondaires est supprimée en même temps que la charge des rayons. S'il y a une différence, le parcours est plus court pour la charge que pour le pouvoir de produire des rayons secondaires, mais, en tout cas, la différence est très petite. (') Duane, Comptes rendus, njoS. C. —II. \-ii CHAPITRE IX. RAYONS 137. Découverte des rayons y. Pouvoir pénétrant. — La décou- verte des rayons y est due à M. Villard (') qui fut le premier à ob- server que le radium émet des rayons très pénétrants non déviés dans un champ magnétique. Dans les expériences de M. Villard^ un faisceau de rayons du radium soumis à l'action d'un champ magné- tique était reçu très obliquement sur une pile de plaques photogra- phiques. Le faisceau non déviable et pénétrant y traversait toutes les plaques sans diffusion et marquait sa trace sur chacune d'elles. Le faisceau dévié ,j produisait une impression sur la première plaque seulement; ce faisceau paraissait donc ne point contenir de rayons de grande pénétration. La découverte de M. Villard a été confirmée par Becquerel (-). P. Curie a observé dans ses expériences que le faisceau des rayons pénétrants du radium étudié à grande distance de la source contient environ lo pour loo de rayons non déviés par l'action du champ magnétique. La présence de (jo pour i oo de rayons déviés par le champ semblait en contradiction avec les résultats de M. Villard. Toutefois ce désaccord s'explique par les propriétés des rayons [i. Dans les expériences de M. Villard, les rayons déviables et péné- trants [j n'impressionnent pas les plaques photographiques placées au delà de la première, parce qu'ils sont en grande partie diffusés dans tous les sens par le premier obstacle solide rencontré et cessent de former un faisceau. Dans les expériences de P. Curie, les rayons émis par le radium et transmis par le verre de l'ampoule étaient probablement aussi diffusés par le verre, mais l'ampoule étant très petite, fonctionnait alors elle-même comme une source de rayons déviables [i partant de sa surface, et l'on a pu observer ces derniers jusqu'à une grande distance de l'ampoule. Les rayons y du radium sont extrêmement pénétrants ; avec une source suffisamment iiiLense on peut observer l'effet ionisant de ces rayons au travers d'épaisseurs de métal de 20"" ou 3o''"'. (') ViLLAiiD, Comptes rendus, njoo. ('■) Becqukrkl, Comptes rendus^ i()oo. NATURE DES «AVIATIONS. 179 L'action des rayons y sur un écran au platinocyanure de Laryum peut facilement être observée au travers du corps humain. Les rayons transmis par une épaisseur de plomb égale à 1"'" peuvent être considérés comme étant entièrement de l'espèce •'. Ils peuvent être observés par la méthode électrique de la manière suivante : un électroscope est placé sur une plaque de plomb de grandes dimen- sions et de quelques millimètres d'épaisseur; la matière active est placée au-dessous de l'électroscope. On mesure d'abord la vitesse de décharge de celui-ci quand la matière active est absente; ensuite on mesure cette même vitesse en présence de la matière active et avec interposition d'écrans d'épaisseur variable entre la matière active et l'électroscope. On a également utilisé pour des recherches de ce genre une chambre d'ionisation à plateaux paral- lèles verticaux; les écrans étaient placés horizontalement au-dessus de la chambre, entre celle-ci et la matière active. Avec un dispo- sitif sensible on peut observer les rayons *' produits par l'uranium et le thorium. La courbe représentée dans la figure 142 indique la variation de Fig. 1^2. -^ 40 10 20 30 Epaisseur de plomb en mm. l'absorption avec l'épaisseur, la matière absorbante étant le plomb ('). L'absorption est relativement forte pour les épaisseurs ( ') Me Clelland, Phil. Mag., 1904. 1,So CIIAPITHE IX. de plomb inférieures à i"""; ensuite la baisse du rayonnement de- vient beaucoup plus lente^ et l'on admet qu'elle caractérise alors les rayons y. Le pouvoir pénétrant des rayons ■' a fait l'objet de diverses recherches. On a trouvé, le plus souvent^ que le coefficient d'absorption diminue quand croît l'épaisseur de matière traversée. De plus, le coefficient u. est très approximativement proportionnel à la densité d de la matière absorbante. Le pouvoir pénétrant des rayons y varie avec la nature de la matière qui les émet. L'aug- mentation du pouvoir pénétrant avec l'épaisseur de matière tra- versée est un fait connu pour les rayons Rimtgen. Dans les Tableaux suivants les coefficients d'absorption i/ indiqués sont les coefficients moyens pour une augmentation donnée / de l'épaisseur de l'écran; ils sont calculés par l'application de la formule -"> = A„e^^"'. Le Tableau I contient les valeurs des coefficients d'absorption pour les rayons y du radium et pour difïérentes matières absor- bantes. Les écrans utilisés étaient précédés par une lame de plomb de 8""" d'épaisseur, destinée à absorber complètement les rayons ,3 : Tablkau I; [J. [Me Clelland (')]. l __ 2™"", 5. l = 5""". / = 10""". / = 15™"", Platine .... i , 167 Mercure... 0,726 o,(i6r 0,538 0,493 Plomb 0,641 o,")63 0,480 0,440 Zinc 0,282 0,266 0,248 0,266 Aluminium. o,ioî o, ro4 0,104 0,104 Verre 0,087 0,087 0,087 0,087 Eau o,o3j o.o34 o,o34 o,o34 Dans ces expériences, l'absorption dans l'aluminium, dans le verre et dans l'eau était trop faible jDOur qu'on ait pu déter- miner avec précision la variation de \j. avec l'épaisseur traversée. Dans le Tableau II se trouvent réunies les valeurs du rapport -, entre les coefficients d'absorption contenus dans le Tableau I et la densité de la matière absorbante. On constate que pour les sub- stances absorbantes de faible densité le rapport est constant; pour ( ') Me Clelland, Phil. Mag,, 1904. AATLKli DES RADIATIONS (Si les substances plus denses le rapport est plus grand, mais tend vers la même valeur constante pour des écrans très épais. Tableau U; '-• a l = 2""", 5. / = 3°"". / = 10™°°. / = i5° Platine .... o,o54 » >' » Mercure ... o,o>3 Plomb 0,050 Zinc o,o39 Aluminium. o,o38 Verre 0,084 Eau o,o34 Voici un Tableau comparatif des résultats obtenus par différents expérimentateurs pour l'absorption des rayons y du radium par le plomb. o,o4.S 0,039 o,o36 o,o|9 0,042 0,037 0,087 o,o34 o,o33 o,o38 o,o38 o,o38 0,034 0,034 o,o34 o,o34 o,o34 o,o34 Tableau III. iMc Clel/and (i). Épaisseur. |x. cm cm Entre 0,8 et i,o),. o,(J4 » 0,8 1,3... o, j() » 0,8 1,8... 0,48 » o , S •2,3... 0,44 Eve (2). Épaisseur. ;jl. cm cm Entre 0,64 et I ,21 . . 0,07 » 1,21 1 ,79. . o,5G » I ,79 2,36. . 0,46 » 2,4 3,0. . . 0,46 Wlg^ffer (4). Épaisseur. [i. cm cm Entre 1,6 et 5 o,2Ï Soddy et Russell {^). Épaisseur. \x. cm cui Entre i et 8,9 o,495 Les valeurs de 'j. relatives, d'après différents auteurs, à des Tuomikoski {^). Épaisseur. cm cm Entre 0,4 et i ,0 » 1,0 2 , 2 » 2,2 5,4 » 5,4 12,0 » 12,0 1 5 , 8 » I 5 , 8 18,0 0,70 o, 58 0,52 o, 5o 0,59 0,25 (') Me Clelland, Phil. .Mag.^iijo!\. (-) Eve, Phys. Zeit., 1907. (•') Tuomikoski, Phys. Zeit., 1909. (*) WiGGER, Jahrbuch d. Rad., 1906. ('•) Soddy et Russell, Phil. Mag., 1909. l82 CHAPITUE IX. rayons ayant traversé la même épaisseur de plomb^ offrent d'assez grandes divergences; les résultats obtenus semblent dépendre du dispositif expérimental employé. Le coefficient d'absorption 10. = 0^20, le plus faible de ceux qui ont été indiqués^ correspond à une diminution de moitié de l'intensité du rayonnement sur une épaisseur de 2""yS environ. Les observations peuvent être troublées par des effets secondaires produits sur les écrans. C'est ainsi que l'introduction d'une lame d'aluminium entre l'écran de plomb et la chambre d'ionisation peut avoir pour effet d'ac- croître l'ionisation si l'épaisseur de la lame n'est pas trop grande. La valeur du rapport -^ qui est égale à o,o35 environ pour les écrans épais d'après le Tableau II est égale à 0,02 d'après M. Wigger et à 0^04 d'après MM. Soddy et Russell. Les pouvoirs pénétrants des rayons y du radium^ du thorium et de la pechblende ont été comparés par M. Eve qui a trouvé dans tous les cas le même coefficient d'absorption moyen. Les rayons y de l'uranium sont plus absorbables que ceux du radium et du thorium. Ces rayons semblent homogènes. Le coefficient d'absorption moyen pour une épaisseur de plomb de o'"\64 est d'après M. Eve ;jl = 1,4. MM. Soddy et Russeff ( ' ) ont étudié ces rayons avec de l'uranium X extrait de ^jo^'^ de nitrate d'urane et ayant une activité relativement très grande; le coeffi- cient d'absorption qu'ils indiquent pour le plomb entre les épais- seurs i*^'" et 5"'" est a =0,-2, soit très inférieur au nombre précédent. Les valeurs des coefficients d'absorption pour les rayons y de l'uranium X et du radium^ d'après MM. Soddy et Russell^ sont réunies dans le Tableau IV; ces coefficients sont relatifs à des rayons qui^ en plus d'une épaisseur de plomb de i '^"'^ ont à traverser des écrans dont l'épaisseur est indiquée. Les mêmes résultats ont été représentés par des courbes dans la figure 1 4 '^ le logarithme de l'intensité du rayonnement étant porté en ordonnées et l'épaisseur de la matière absorbante en abscisses. On voit que l'absorption suit très approximativement une loi exponentielle simple. D'après MM. Soddy et Russell^ les rayons y du radium (') Soddy et Russell, Phys. Zcil.^ '9"'J: >\TLRE DES RADIATIONS. l83 seraient homogènes^ et leur coefficient d'absorption par le plomb serait constant et égal à 0,498 pour des épaisseurs de plomb comprises entre 2*^'" et 22*^"' ('). Tabi-fav TV. Mercure Plomb. EPAISSEUR en cenlimclics. \ (Ra) 0,34 ■( (Ur) 0,343 \ (Ra) o ■' (Ur) o Cuivre Laiton Fer Elaiii Zinc. Ardoise Aluminium Verre Brique de magnésie. Soufre Paraffine Bois de pin 0,00.3 7^9' 4,5 7,60 5,86 5,5i 6,00 9-44 11,19 1 1 . 26 11,86 11,59 11,39 12, 5i n.WONS -; du radium. 0,642 0,495 o,35i 0,325 o,3o4 0,281 0,278 o, 1 iS 0,111 o, io5 0,076 0,0782 o,o4o 3. 9'^ ,89 i99 ,88 93 .14 ,01 ,16 ,96 ,38 .64 RAYONS y de l'uranium \. 0,802 .',i6 ,092 ,060 ,341 ..329 , i34 , 1 3o . 122 ."917 ,0921 .0:^33 ,021)26 6,36 4-7 4.7 4w 4 4,70 4.65 4- «9 4-G9 4. ^^4 4,78 5,16 5,02 -,5S — , pour les rayons -' du radium, valeur movenne... 0,0899 a de l'uranium X, ,a(UrX) 0,0470 Rapport ;jL(Ra) L'intensité des rayons y du nitrate d'uranium est relativement faible ; elle serait, d'après M. Eve, dix fois plus petite que l'inten- sité des rayons y du nitrate de thorium à poids égal; d'après MM. Soddy et Russell, le rapport de l'intensité des rayons y à celle des rayons j serait environ ju fois plus petit pour l'uranium que pour le radium C. Les rayons "' de l'actinium sont encore plus absorbables que ceux (') Soddy et Russell, Plitl, Mog., 1910. 104 CH.VPITRK IX. de l'uranium ( ' ). Quand la substance est recouverte d'un écran de zinc de i"", 15, le coefficient d'absorption moyen du rayonnement pour un écran de plomb jusqu'à o'"'", 45 d'épaisseur est égal à i o, 5 ; il s'agit probablement en ce cas de rayons [i; pour des épaisseurs i^û. i.5 g /.<7 _ F" ^ ==; ^■-^^^ \ N X N?^ V ^ S. / ^ < ^ -^'^"■"', il est égal à 2. D'après cela l'actinium donnerait lieu à l'émission de deux groupes de rayons y. La comparaison du pouvoir pénétrant des rayons y du radium ([J- = 0,1 environ pour l'aluminium) et des rayons '■j émis par la même substance (a = 1 2 environ pour l'aluminium et pour le groupe des rayons les plus pénétrants) indique que les rayons y sont plus de 100 fois plus pénétrants que les rayons p de grande vitesse. (') Eve, Phil. Mag., 1907. NATLKE DliS RADIATIONS. l8J 138. Dosage des substances radioactives par les rayons 7 qu'elles émettent. — Le dosage des substances radioactives au moyen des rayons y est d'usage courant dans les laboratoires. Ce dosage présente le grand avantage d'être d'une grande facilité au point de vue expérimental ; il consiste à utiliser seulement les rayons très pénétrants, en supprimant le rayonnement plus absorbable au moyen d'un écran convenable. Il en résulte que pour des sub- stances enfermées dans des ampoules de verre ou autres enveloppes minces, l'absorption produite par ces enveloppes pourra être assez faible pour qu'on ait le droit de la négliger. La comparaison peut se faire avec précision pour des échantillons d'une même substance radioactive, si les rayons émis de chaque point de la source sont dans tous les cas utilisés de la même manière, c'est-à- dire reçus sous le même angle solide dans l'appareil de mesures et absorbés dans la même proportion par l'ensemble des écrans intermédiaires. D'après M. Eve on peut doser par cette méthode l'ensemble du radium et du thorium dans les minéraux radioactifs, les rayons y du thorium ayant le même pouvoir pénétrant que ceux du radium. On peut employer pour le dosage au moyen des rayons péné- trants une chambre d'ionisation du type représenté dans la figure Sg, Chapitre II; cet appareil sert pour les sources de très petites dimen- sions. Pour les sources plus volumineuses, on peut utiliser un grand condensateur à plateaux (diamètre des plateaux 4o""^ dis- tance des plateaux 5""), dont le plateau supérieur est recouvert par un écran en plomb, sur lequel on pose la source, vers le milieu. Voici le résultat d'une comparaison entre deux ampoules conte- nant du radium et ayant toutes les deux de petites dimensions. La première ampoule contient o^ , 09 d'un mélange de chlorures de baryum et de radium, dans lequel le poids atomique du métal déterminé par l'expérience est égal à 2 1 6 ; cette ampoule contient donc 0^,064 de radium. Le deuxième ampoule contient 0^,0260 de chlorure de radium pur (poids atomique du métal, 226), soit os,o202 de radium. Les courants obtenus avec les deux am- poules au moyen du grand condensateur sont respectivement 5(34 et 170. Le rapport de ces courants est 3,22 tandis que le rapport des teneurs en radium est 3, 17. La précision des comparaisons de ce genre peut, d'ailleurs, être supérieure à celle qui a été obtenue l86 CMAPITRI'; IX. dans l'expérience précédente^ que j'indique surtout parce qu'elle se rapporte à des teneurs en radium déterminées par des méthodes chimiques. Il est utile de remarquer que pour avoir de bonnes comparaisons il faut que les conditions expérimentales soient aussi identiques que possible pour les échantillons à comparer. Ainsi l'on constate qu'en éloignant l'une des petites ampoules du plateau sur lequel elle est posée^ de .>/ "' seulement^ on diminue de 5 pour i oo le courant mesuré; une diminution de même importance est obtenue en enveloppant l'ampoule d'une feuille de platine de o"""^ i (i d'épais- seur^ bien que l'écran de plomb que traversent les rayons ait une épaisseur de i"". 139. Nature des rayons -{. — Les rayons v n'étant pas influencés par l'action d'un champ magnétique, il semblait naturel de les assimiler aux rayons Riintgen des ampoules à vide. On sait qu'il existe des rayons S dont la vitesse est si grande que ces rayons sont peu sensibles à l'action d'un champ magnétique. Toutefois entre les rayons [j et y il existe à ce point de vue une dis- continuité qui a été mise en évidence dans les expériences de P. Curie et de M. Villard. Cette discontinuité se voit très clairement dans l'expérience suivante de M. Paschen ('). Le radium est placé au fond d'un tube de plomb de i""" de diamètre et de 6*^'" de profondeur. Un faisceau étroit de rayons s'échappe de la cuve et produit une impression sur une placjue photographique placée à 6*"" de distance de la cuve. Dans la région comprise entre le tube et la plaque on établit un champ magnétique normal au faisceau. Quand l'intensité H du champ est égale à I ooo unités, on obtient la séparation complète de la tache, cor- respondant au faisceau non dévié, et de la bande, correspondant au faisceau dévié des rayons ^i de vitesses différentes; la distance entre les deux impressions est de ')"". Pour H= 3ouo les rayons ,'j n'atteignent plus la plaque, tandis que l'impression due aux rayons y n'est pas modifiée. La séparation des rayons [i et y est visible dans la figure 3, planche VL Cette figure représente une épreuve obtenue avec (') Paschen, PItys. ZciL, i\)o'\. NATLllK DES RADIATIONS. 187 un faisceau de rayons émis par une source linéaire et limité par une fente parallèle à la source. Un champ magnétique parallèle à la direction de la fente était établi clans la région traversée par les rayons; le trajet des deux faisceaux séparés était reproduit sur une plaque photographique^ normale au plan déterminé par la source et la fente, mais inclinée sur la direction moyenne des rayons. Le faisceau non dévié de rayons y reste fin, tandis que le faisceau dévié de rayons ,j subit un épanouissement notable. D'après les expériences de M. Paschen, si les rayons y sont déviés par un champ magnétique, le rayon de courbure de leur trajectoire dans un champ de ooooo unités est supérieur à lo™, et en ce cas, même en leur attribuant une vitesse voisine de celle e de la lumière, on obtiendrait au plus un rapport — de l'ordre de 1000 unités électromagnétiques. Les rayons y représenteraient en ce cas des particules possédant une très grande énergie, ce cjui ne semble pas conforme aux expériences ; on sait, en effet, que les rayons y ne contribuent que pour une faible part au dégagement de chaleur produit par le radium. Il est donc probable que ces rayons ne sont pas chargés. P. Curie et M. Sagnac (') ont cherché à mettre en évidence la charge des rayons Runtgen en recevant un faisceau de ces rayons dans un cylindre de Faraday en plomb à parois épaisses ; les rayons entraient dans ce cylindre par une ouverture pratiquée dans la paroi de plomb et fermée par une feuille d'aluminium. L'enceinte fermée ainsi obtenue était entièrement recouverte d'une couche mince de paraffine, qui était elle-même entourée d'une mince enveloppe en aluminium reliée au sol. Une tige de communication protégée de la même manière reliait la paroi du cylindre à un électromètre. Les rayons traversaient l'enveloppe extérieure, la paraffine et la fenêtre et étaient absorbés dans la paroi de plomb. Aucune charge de celle-ci n'a pu être constatée à l'électromètre. Quand on veut s'assurer de la même manière si les rayons y transportent une charge électrique, on rencontre de grandes diffi- cultés. Ces rayons sont, en effet, très pénétrants et traversent tout récepteur destiné à les recevoir, en n'étant absorbés que partielle- (') P. Curie et Sagnac, Comptes rendus, 1900. CIIAI'ITIU-: I\. ment; en même temps ils donnent naissance à des rayons secon- daires qui sont^ au moins en partie_, des rayons |j et qui^ émanant des surfaces du récepteur ou des objets environnants, donnent lieu à des effets de charge. C'est ainsi qu'une enceinte en plomb à parois épaisses, complètement fermée et contenant une petite quantité de radium, doit acquérir une charge positive. Dans les expériences de M. Paschen sur la charge émise par le radium (§ 110), la charge négative que l'on observait encore avec un champ magné- tique très intense pouvait provenir des rayons secondaires émis par les ailettes qui absorbaient les rayons [j déviés et les rayons y de direction oblique. Si l'on admet que les rayons y ne sont pas chargés^ il reste à examiner si ces rayons sont de nature corpusculaire ou bien s'ils représentent une perturbation électromagnétique de l'éther. Un problème analogue s'est déjà présenté relativement à la nature des rayons Riintgen. Les propriétés de ces derniers : absence de charge_, propagation parfaitement rectiligne_, absence de réfrac- tion^ de réflexion et de diffraction^ reçoivent une interprétation très cohérente_, en considérant les rayons X non comme des trains d'ondes^ mais comme des pulsations de l'éther ou perturbations isolées de très courte durée se propageant dans l'espace avec la vitesse d'une onde électromagnétique. Il est^ d'ailleurs, naturel de penser qu'une perturbation de cette nature doit avoir lieu quand l'électron en mouvement rapide^ qui constitue un rayon cathodique^ éprouve un arrêt brusque en rencontrant un obstacle solide. Il est également naturel de concevoir qu'une pulsation de l'éther qui constitue des rayons X et qui représente une zone de champ électromagnétique se propageant dans l'espace peut^ en traversant la matière, agir sur les électrons qui y sont contenus, et provoquer l'expulsion de certains d'entre eux qui forment des rayons secondaires analogues aux rayons [^. D'autres rayons secondaires de la même nature que les rayons primaires doivent également être émis par la matière que traversent ces derniers, parce que les variations de l'accélération des électrons sur lesquels passe la pulsation primaire doivent donner lieu à des pulsations secondaires. La théorie des pulsations de l'éther est, en général, considérée comme donnant l'explication la plus probable de la nature des NATURE DKS RADIATIONS. I S») rayons X^ bien qu'aucune preuve décisive n'ait encore pu être apportée en faveur de cette théorie. Les expériences sur la polarisation des rayons X secondaires et primaires viennent cepen- dant à l'appui de cette manière de voir ( ' ). En considérant que le passage d'une perturbation électromagnétique sur un électron en repos a pour elîet initial d'imprimer à celui-ci une accélération dans la direction du champ électrique^ et que le champ électrique dans une onde électromagnétique est normal à la direction de propagation, on peut prévoir c|ue l'intensité de la radiation X secondaire émise par un radiateur métallique ne doit pas être la même dans toute les directions, mais que pour une direction déterminée elle dépend de l'orientation de cette direction par rapport à celle du faisceau primaire. Cette prévision a été confirmée par les expériences de M. Barkla à ce sujet. Les rayons y semblent analogues aux rayons X, et les conditions de leur production semblent présenter également une analogie correspondante. Les rayons y sont, en effet, dans tous les cas connus, inséparables des rayons [i, et ont une intensité proportionnelle à celle de ces derniers. On peut donc penser que leur émission dépend de celle des rayons |3 comme l'émission des rayons X dépend de celle des rayons cathodiques. Toutefois on n'a pas encore constaté avec certitude l'émission de rayons y par des radiateurs recevant des rayons j exempts de rayons y. M. Eve a signalé l'émission de rayons secondaires genre y sous l'influence des rayons pénétrants du radium, mais la production de rayons y à partir de rayons [i n'a pas été absolument prouvée. Une différence importante avait été constatée entre les rayons y et les rayons X au point de vue du pouvoir ionisant de ces rayons pour différents gaz. M. Strutt ( -) a montré que tandis que pour les rayons y du radium l'ionisation du gaz est approximativement proportionnelle à sa densité, il n'en est pas de même pour les rayons X qui produisent une ionisation beaucoup plus grande dans l'hydrogène sulfuré et dans l'acide chlorhydrique que dans l'air, bien que la densité de ces gaz ne soit pas très différente de celle de l'air. Toutefois il ne faut pas oublier que les rayons y ont un pou- voir pénétrant considérablement plus grand que celui des rayons X (') Barkla, Jahrbuch cl. Rad., 1908. (-) Strutt, Phil. Trans., 1901. igo ciivi'irRK i\. et peuvent pour cette raison avoir des propriétés différentes. Il résulte des recherches de M, Eve ( ' ) que l'écart dont il est ques- tion ici est bien moindre pour les rayons X provenant d'un tube très dur; ces rayons étaient cependant encore 4o fois moins péné- trants que les rayons •', puisque leur coefficient d'absorption pour le plomb était égal à 2'>^ celui des rayons -' du radium étant en- viron o, 5. Voici les résultats des expériences de M. Strutt et de M. Eve à ce sujet : Condiictibililé relative du gaz. Rayons X : Densité , - ,- Gaz. lelative. mous. durs. Rayons y. Hydrogène "jOj o,ii o,4j 0,19 Air . 1 I I I Hj'drogène siilfiii"<'' i , ^^ 6 0,9 i ,23 Chloroforme 4,3 3a ^,6 4)8 lodure de métliyle >,() 72 i3,5 5,6 Tétrachlorure de carbone . 5,3 45 4,9 5,2 Pour chaque gaz l'ionisation était déterminée pour une pression convenable ; les résultats ont été ensuite rapportés à la même pres- sion^ l'ionisation étant proportionnelle à la pression pour les rayons pénétrants. M. Eve a d'ailleurs constaté que la conductibilité du gaz est due en grande partie aux rayons secondaires. Les expériences étaient faites avec deux électroscopes contenus dans une boîte qu'on rem- plissait du gaz étudié; les rayons agissaient par des fenêtres pra- tiquées dans la paroi de la boîte. Quand un des électroscopes était intérieurement recouvert de feuilles d'aluminium, l'ionisation était fortement diminuée; dans le cas des rayons Xla proportion de l'io- nisation due aux rayons secondaires pouvait atteindre 70 pour 100; dans le cas de rayons *' cette proportion était très inférieure. Il semble, d'après ce qui précède, que le mode d'action des rayons y et des rayons X sur les gaz ne puisse pas suffire pour établir entre ces rayons une différence de nature et que, par suite, l'hypo- thèse faite sur la nature des rayons Runtgen soit aussi applicable aux rayons y. Dans des publications diverses, M. Bragg ( - ) a émis l'opinion que (') Eve, Phil. Ma g., ufo]. (-) Rraug, Phi/. Mag., 190S; Le Radium, 1908. XATIRK DITS RADIATIONS. tÇ)! les rayons *' et les rayons X sont de nature corpusculaire^ et qu'ils sont constitués par un couple de particules chargées, l'une posi- tivement, l'autre négativement, avec la charge élémentaire, l'ensemble des deux particules formant un couple neutre. Quand un tel couple rencontre un obstacle matériel, les deux particules peuvent être séparées, et la particule chargée négativement con- stitue un rayon secondaire du genre 'p. M. Bragg pense que cette théorie permet d'expliquer toutes les propriétés des rayons y et qu'elle rend compte en particulier de ce fait, que les rayons secon- daires |i sont émis principalement autour d'une direction privi- légiée qui est celle du faisceau des rayons y primaires; de plus, dans le cas du radium, ces rayons secondaires ont une vitesse sen- siblement égale à celle des rayons j du radium lui-même ; la vitesse ne dépend pas de la nature de la matière dans laquelle les rayons secondaires sont formés. On peut remarquer que la théorie des pulsations prévoit aussi pour l'émission des rayons secondaires |i> une direction privilégiée qui est celle du faisceau primaire. Si, en effet, une onde électroma- gnétique plane de direction 0 :; passe sur un électron placé au point 0, les directions du champ électrique h et du champ magnétique H se trouvent dans un plan normal en 0 à la direction Oz avec une orientation relative telle que la direction h puisse être amenée sur la direction H par une rotation de 90" autour de O; dans le sens inverse du sens de rotation des aiguilles d'une montre. L'électron déplacé d'abord en sens inverse de h en vertu de l'ac- tion du champ électrique sur sa charge négative, est équivalent à un courant circulant dans le sens h et subit de la part du champ magnétique H une force dont la direction est Oz. L'impulsion électromagnétique aiu^a donc pour effet de communiquer aux électrons des vitesses dont la composante parallèle à l'axe Oz est dirigée dans le sens de la propagation; ces vitesses peuvent se superposer aux vitesses propres des électrons, et si celles-ci sont distribuées uniformément, les vitesses résultantes qui font un angle aigu avec la direction de propagation de l'onde, qui est en même temps la direction du faisceau primaire, seront plus fréquentes que les vitesses qui font un angle obtus avec la même direction. Il faut toutefois supposer que la vitesse communiquée à l'électron par la pulsation est de même ordre que la vitesse des rayons |j secon- ig^ ciivi'iïfu; IX. claires; cette dernière, dans le cas des rayons X, est du même ordre que la vitesse des rayons cathodiques, et dans le cas des rayons -■ elle est du même ordre que celle des rayons j de la même substance. Il est donc évident qu'une pulsation cjui résulte de l'arrêt brusque d'un rayon cathodique et dont l'énergie totale est au plus égale à celle de ce rayon, ne peut, en se propageant dans l'espace et en passant sur un électron contenu dans la matière, fournir à celui-ci l'énergie nécessaire pour acquérir la vitesse perdue par le rayon cathodique primaire. On pourrait, d'autre part, penser cjue l'énergie des rayons secondaires ne dérive pas de celle de la pulsation, mais plutôt de l'énergie interne de l'atome, les rayons primaires n'agis- sant que comme cause déterminante de l'explosion de l'atome. La prédominance de l'émission secondaire 3' dans la direction des rayons primaires est, en ce cas, plus difficile à expliquer, et c'est là l'argument principal de M. Bragg en faveur de sa théorie. Peut- être aussi pourrait-on éviter la difficulté dont il vient d'être question, en admettant qu'une seule pulsation est insuffisante pour produire l'émission d'un rayon jii secondaire; une série com- posée d'un grand nombre de pulsations successives serait nécessaire à cet effet, chacune de ces pulsations venant renforcer l'effet de la précédente ; on peut aussi remarquer c]u'un électron cjui au moment du passage d'une pulsation possède dans l'atome une vitesse de même direction c{ue celle de la pulsation, sera soumis plus longtemps à l'action de la pulsation et, pour cette raison, plus fortement influencé qu'un électron dont la vitesse a le sens opposé; l'expul- sion pourrait résulter d'une accumulation d'elTets de ce genre. Quant aux résultats expérimentaux d'après lesquels la vitesse des rayons [i secondaires provenant de rayons y est indépendante de la nature de l'atome dans lequel ils se forment et égale dans le cas du radium à celle des rayons [î primaires, on peut penser qu'étant donnée la nature complexe des émissions primaire et secondaire, il est difficile d'établir les conclusions considérées avec certitude et précision. La théorie de M. Bragg conduit soit à admettre l'existence d'électrons positifs, soit à admettre que l'émission de rayons X, de rayons y et de leurs rayons secondaires de même espèce com- porte la destruction des atomes par suite d'émission de particules chargées positivement et ayant des dimensions atomiques. XATL'nn: pks radiations. 193 Dans la théorie des pulsations la vitesse des rayons X et des rayons y est égale à celle de la lumière ; dans la théorie corpus- culaire elle peut en différer. La vitesse des rayons -; n'a pas été mesurée. En ce qui concerne la vitesse des rayons X^ des mesures ont été faites par M, Blondlot ( ' ) et par M. Marx (-) qui ont conclu tous les deux en attribuant aux rayons X la vitesse de la lumière; toutefois la question ne semble pas défînitivemeni résolue ( '^ ). Certaines théories récentes de la Physique admettent une structure discontinue pour la radiation électromagnétique ou lumineuse (§ 22). Dans cette manière de voir, l'énergie de la radiation ne se propage pas en ondes continues, mais se trouve émise à l'état de faisceaux d'énergie limités ou bien à l'état d'atomes d'énergie. La théorie des pvdsations ainsi modifiée et appliquée à l'interprétation des propriétés des rayons Rtintgen et des rayons -' pourrait offrir une certaine analogie avec la théorie matérielle de M. Bragg, sauf en ce qui concerne la vitesse de propagation des rayons. Il semble possible de se rendre compte de la distribution, dans l'espace, d'un des phénomènes élémentaires qui constituent les rayons -', en utilisant une source radiante de petites dimensions et en observant de quelle manière l'écart moyen, à partir de la valeur moyenne de l'ionisation produite dans une chambre de forme convenable, varie avec l'angle solide dans lequel le rayonne- ment est utilisé ( '' ). 140. Rayons secondaires des rayons -;. — La production de rayons secondaires par les rayons y est probablement un phéno- mène analogue à la production de rayons secondaires par les rayons Rontgen. Un métal frappé par les rayons X émet des rayons qui sont d'autant plus différents des rayons primaires et d'autant plus absorbables c|ue le métal du radiateur est plus dense ( ^ ). Ces rayons (') Blondlot, Comptes rendus, 1902. (-) Marx, Anii. cl. Phys., 1906. (') Franck et Pohl, Deutsch. phys. Ges., 1908. (') V. SwECHiDLER, P/iys. Zcii. 1910. — E. Meyer, Acad. de Bei-lia, 191 {'") Sagnac, Ann. de C/iim. ei de Phys.^ 19»' • C — II. i3 194 CHAPITRE l\. secondaires des rayons X contiennent des rayons chargés néga- tivement et par conséquent complètement différents par leur nature des rayons primaires ( ' ) ; les rayons secondaires chargés peuvent être déviés par un champ magnétique_, et leur vitesse est de l'ordre o.io^ — (-). sec ^ ' Les métaux de faible densité ont surtout pour effet de disperser et de renvoyer les rayons X primaires^ mais les métaux denses et^ en général^ les éléments à poids atomique élevé^ donnent aussi lieu d'une part à la production de rayons cathodiques^ d'autre part à la production de rayons X secondaires plus absorbables que les rayons primaires. Ces rayons X secondaires sont homo- gènes; leur pouvoir pénétrant ne dépend que de la nature de la substance simple utilisée comme radiateur et constitue une pro- priété atomique de cette substance; les rayons X homogènes, caractéristiques d'un élément donné, ne peuvent être produits que par des rayons primaires, dont le pouvoir pénétrant est plus élevé que le leur (•^). Pour les rayons secondaires genre cathodique, le rapport — est voisin de i,^ . lo' unités électromagnétiques, et la vitesse est comprise entre les fractions 0,19 et 0,20 de celle de la lumière (''). Il résulte de là que ces rayons sont entièrement com- parables aux rayons cathodiques produits à haut voltage. Leur vitesse croît avec le pouvoir pénétrant des rayons primaires, mais ne semble dépendre ni de l'intensité de ceux-ci, ni de la na- ture du radiateur (^). La production de rayons secondaires par les rayons très péné- trants (rayons y) du radium a été observée par H. Becquerel ("), qui a décrit plusieurs expériences faites à ce sujet. Dans ces expériences faites par la méthode radiographique, l'effet des rayons y se trouve renforcé après le passage d'un écran très opaque, constitué, par exemple, par le fond d'une cuve de plomb ayant 1 '^"' d'épaisseur. On peut révéler ainsi en quelques minutes (') CuiUE el Sagnac, Codi/jIcs reiuhis, 19011. (-) DoRN, Abh. Halle, i()oa. (■^) Bahkla, Jahrbuch, d. liad., 1908.'— Iîai'.ki.a el Sadi.kiî, Phil. Mag., 1908. (') BKSTELyiEYEix, A nnalen d. P/iys., njn-. (••) IxNES, Proc. lior. Soc, i<)<>-j. C') lÎKCQUKUEi., Sur une nouvelle iiioi>riéle de lu nuilière, Paris, i()o3. NATLRK DKS «ADtATIOXS. H)') l'action des rayons y sur une plaque photographique_, tandis qu'en utilisant l'effet direct de ces rayons sur la plaque, une pose bien plus longue est nécessaire. Parmi les rayons secondaires produits par les rayons y, il y en a qui sont eux-mêmes très pénétrants ; tels sont en particulier les rayons secondaires émis par le plomb. Voici les nombres indiqués par M. Eve ( ' ) pour l'intensité relative des rayons secondaires émis par différentes substances sous l'action de l'ensemble des rayons ,S et y du radium ou des rayons y seulement; on a ajouté., à titre de comparaison, l'inten- sité des rayons secondaires dus aux rayons Riintgen d'après les expériences de M. Townsend : Rayons ,'i et y. Rayons -;. P>ayons X. Plomb loo loo loo Cuivre J7 Gi 9.91 l^aiton JS 59 263 Zinc 5- 282 Aluniiniuiu .ào 3o 25 Verre Si 35 3i Paraffine i '. 20 i25 Ainsi les proportions de radiation secondaire provenant des rayons j et des rayons *' ne sont pas très différentes, mais, en ce qui concerne les rayons X, les substances employées comme radiateurs peuvent se comporter tout autrement, et l'ordre des intensités peut être interverti. Un faisceau de rayons -' obtenu par filtration des rayons du radium au travers d'un écran en plomb épais^çpntient toujours aussi des rayons chargés négativement. La charge négative ainsi observée était attribuée par M. Paschen aux rayons "; M. Eve a montré toutefois qu'elle est, selon toute probabilité, entièrement attribuable aux rayons secondaires des rayons ". Voici comment était disposée l'expérience : le radium se trouvait au fondd'une cuve cylindrique en plomb à parois très épaisses {fig. 1 44); recou- verte par une plate-forme en plomb de i'^"\2 d'épaisseur. Un petit électroscope était posé sur la plate-forme de plomb, dans une position latérale par rapport au faisceau des rayons y, (') Evi., Phil. Ma^., 1904. \()(\ CnAI'ITUK 1\. ainsi que l'indique la figure. En appliquant un champ magnétique de direction normale au plan du tableau, de manière à dévier les rayons sortants, genre ''■!>, vers l'électroscope^ on augmentait la vitesse de décharge de celui-ci; pour le sens opposé du champ on la diminuait. Les rayons -' n'étant pas sensibles à l'action du champ magnétique, on doit en conclure qu'aux rayons primaires traversant le plomb sont venus se joindre à la surface de sortie des rayons secondaires, constitués au moins en partie par des électrons négatifs en mouvement rapide, ou rayons ,3. La vitesse de ces derniers était approximativement évaluée par leur pouvoir péné- trant; elle est de l'ordre de la moitié de la vitesse de la lumière. M. Eve ( ' ) a fait une série d'expériences avec du radium enfermé dans un bloc de métal épais. Les rayons y émanant de ce bloc venaient frapper un radiateur; les rayons secondaires étaient reçus dans un électroscope dont la face d'entrée était constituée par deux feuilles d'aluminium très mince superposées. Le pouvoir pénétrant des rayons secondaires pouvait être évalué par l'emploi d'écrans absorbants placés devant l'électroscope. D'après ces expériences l'ellet secondaire dû aux rayons y seuls ne constitue que 7 pour 100 de l'effet secondaire obtenu avec l'ensemble des rayons du radium enfermé dans une ainpoulc de (') Eve, Phil. Mui^-., 190S. NATURE I>i:s K ADIATIONS. I97 verre mince. Les rayons secondaires^ dus aux rayons •" seuls^ sont composés, d'après M. Eve, principalement de rayons genre ^ qui sont complètement absorbés par une épaisseur d'aluminivim ou de plomb au-dessous de •>'"'"; les courbes d'absorption obtenues indiquent la présence d'un rayonnement résiduel pénétrant qui doit être considéré comme de l'espèce y, parce qu'il n'est pas modifié par l'action d'un champ magnétique intense; le coefficient d'absorption du plomb pour ces rayons serait environ 4i c'est- à-dire sensiblement le même que celui des rayons y de l'actinium. Ces rayons viennent d'une grande profondeur du radiateur ; pour les obtenir avec l'intensité maximum, il faut employer des radia- teurs très épais; leur intensité n'est pas en relation avec le poids atomique du radiateur, tandis que l'intensité des rayons secon- daires de l'espèce |j varie suivant l'ordre des poids atomiques des radiateurs. Les Tableaux suivants indiquent les proportions relatives des rayons secondaires |i> + y et des rayons secondaires y pour diffé- rentes substances : Radiateur. Livres . . Epaiss en centime II eur très. 5 Raj'ons secondaires y des rayons y. "2, 5 Paraffine. . Brique. . . . 4 G 2,0 3,0 » Ardoise. . . lîois 1 4 (j , . . 11 3 ,6 3,0 1,7 3,8 Ciment . . . . . . . Il Plomb 1 .0 Fer . . . . 5 3.3 Rayons secondaires p Radiateur. des rayons Plomb 100 Cuivre ) I Laiton .... •")() Aluminium . 3() Verre 35 Pamnine. . . , . . . . >.o La proportion de rayons *' dans le rayonnement secondaire des rayons y serait égale à (i pour loo pour le plomb, à aà pour loo pour le fer et à 28 pour 100 pour la brique, M, Eve a constaté de plus que les rayons secondaires 3 produits par l'action des rayons ^ primaires sont plus lents que ces derniers, mais plus rapides que ceux qui proviennent des rayons y; cepen- dant les vitesses de tous ces rayons sont du même ordre et sont supérieures à celles des rayons cathodiques secondaires émis sous i<)S chapitrf; ix. l'aclion des rayons X, Ce résultai est conforme à celui obtenu par d'autres expérimentateurs^ mais diffère des conceptions de M. Schmidt et de M. Bragg d'après lesquelles les rayons [i secon- daires et primaires seraient de même vitesse. L'étude des rayons secondaires des rayons y a aussi été faite par M. Kleemann ( ' ) qui a trouvé que l'intensité des rayons secon- daires genre |i est une fonction périodique du poids atomique du radiateur. Quant aux rayons secondaires genre "^, la comparaison de l'absorption par un même écran des rayons émis par des radiateurs de nature différente a conduit à ce résultat que ces rayons forment au moins trois groupes différents. Ainsi les rayons y secondaires du plomb et du mercure auraient la même intensité relative quel que soit l'écran interposé sur leur passage; la même relation existerait entre les rayons secondaires du zinc_, du cuivre^ du fer, du soufre et de l'aluminium, tandis que les rayons secon- daires du carbone seraient différents de ceux des deux groupes pré- cédents. Les substances d'un groupe déterminé absorbent moins les rayons secondaires émis par les substances du même groupe que les rayons secondaires émis par les substances d'un autre groupe. M. Kleemann a admis que les rayons y primaires sont composés eux-mêmes de trois groupes différents de pouvoir péné- trant beaucoup plus grand que celui des groupes secondaires. Chaque groupe primaire donnerait naissance à un groupe secon- daire plus absorbable que lui-même, et susceptible d'être absorbé relativement par différentes substances de la même manière que le groupe primaire. 141. Comparaison des propriétés des rayons a. '^ et -;. Pouvoir ionisant des radiations. — Nous avons vu que les rayons a et [i sont de nature corpusculaire et se distinguent par le signe de leur charge, tandis c|ue les rayons y sont probablement un phéno- mène purement électromagnétique dans l'étlier. Les dilïérences entre les rayons y. et ^j proviennent des dimensions relatives des particules et de l'énergie relative; la particule a est un sys- tème plus complexe que la particule [ii; son énergie est, en général, (') Kleemann, Pliil. Mag., 1907 et 190S. N.VTLKK DES RADIATIONS. l<.)9 plus grande et son mouvement plus stable jusqu'au moment où, avant atteint la vitesse critique, elle perd selon toute probabilité sa charge et se trouve arrêtée par les molécules du gaz. Ses dimensions étant très grandes par rapport à celles d'une par- ticule j, son pouvoir de pénétration est bien moindre que celui des particvdes 'p de vitesse moyenne dont l'énergie est pourtant très inférieure à celle des particules a. Le pouvoir ionisant d'une particule a augmente quand sa vitesse diminue et tombe ensuite brusquement à zéro quand la vitesse s'approche de la vitesse critic[ue. Pour les particules |j la relation entre le pouvoir ionisant et la vitesse est encore peu connue. D'après M. Townsend la vitesse minimum pour laquelle un • 1 ... ' 1 > o c cm électron acquiert le pouvoir ionisant est égal a .). lo** — ■ environ, et l'énergie minimum correspondante est 2, 5. i o"^' ' erg. Le pouvoir ionisant d'un électron augmente ensuite avec sa vitesse et atteint un maximum dont la valeur est telle que i 5 ions sont produits par centimètre de parcours dans l'air sous la pression de i""" de mercure. Mais pour des vitesses plus grandes encore, le pouvoir ionisant est moindre ; M. Durack ( ' ) a trouvé en effet qu'un rayon cathodique de vitesse j.io'^-^ n'ionise qu'une molécule sur 5""' de parcours dans l'air sous la pression de i '"'" de mercure. En étudiant les rayons |j du radium dont la vitesse est supérieure à 1,5.10'" — ) M. Durack a trouvé cru'il n'v a qu'une molécule sec ^ ^1 d'air ionisée par un rayon j sur 10"" de parcours. On voit donc que le pouvoir ionisant de l'électron en mouvement, après avoir passé par un maximum, décroît ensuite de plus en plus à mesure que la vitesse augmente, la valeur maximvim étant inférieure à celle du pouvoir ionisant moyen d'une particule a. Au voisinage d'une matière radiante l'ionisation par les rayons a domine. L'énergie de ces rayons est utilisée dans une région étroite entourant la matière. Le rapport de l'ionisation due aux rayons pénétrants [^ et -' à celle due aux rayons a est d'autant plus grand que la couche de matière active est plus épaisse et la chambre d'ionisation plus profonde, à condition toutefois que le courant (') Durack. Phil. Mag., lyoo. 200 CHAPITRE I\. de saturation soit obtenu. L'ionisation due aux rayons y est^ en général^ faible par rapport à celle due aux rayons ^j ; c'est ainsi que^ dans les expériences de P. Curie^ la dixième partie seulement de l'ionisation observée dans l'air à grande distance du radium était attribuable aux rayons y. En employant des couches de matière très minces (o^, i de substance sur une surface de cSo'"'') et en utilisant vme épaisseur d'air de o'^"\ ~ au-dessus de la substance active^ M. Rutherford a trouvé pour le rapport de l'ionisation due aux rayons pénétrants à l'ionisation due aux rayons a les valeurs : o,oo"4 avec l'oxyde d'uranium^ 0,002 avec l'oxyde de thorium et o,oo33 avec le chlorure de baryum radifère; les rayons a étaient absorbés par une épaisseur d'aluminium égale à o"'"',0(j^ et il en résulte que les rayons [3 très lents devaient être absorbés également. M. Rutherford ( ' ) a cherché à évaluer le rapport des énergies rayonnées sous forme de rayons [j et sous forme de rayons a. Le calcul n'est qu'approximatif et ne tient pas compte de l'énergie des rayons ^j lents cjui sont absorbés par l'écran en même temps que les rayons a; toutefois cette énergie ne peut pas avoir une valeur élevée parce qu'il s'agit de rayons dont la vitesse n'est pas grande. En désignant par -"^i et ^2 les ionisations totales obtenues avec les rayons a et les rayons [i de l'oxyde d'uranium en couche épaisse, par J| et J-, les ionisations qu'on aurait obtenues par unité d'épaisseur de la couche active si les rayons n'avaient pas été absorbés par la substance radiante, par [j., et [Ao les coefficients d'absorption des rayons y. et des rayons [ii de l'vu^anium par l'oxyde d'uranium, l'absorption étant supposée conforme à une loi expo- nentielle, on trouve h. — ^h 'ài J, ~ .-^o IX,' or, une couche épaisse d'oxyde d'urane utilisée dans un conden- sateur à plateaux pour lequel la distance des plateaux est égale à 6'"'^ I donne une ionisation par rayons a dont le rapport à l'ioni- sation par rayons [it est égale à 1 1^., 7. Les rayons a sont entièrement utilisés, mais les rayons [j ne le sont pas; il faut donc ramener (') RuïiiERFOiU), Ilatlwaclivily. NATURE DES RADIATI0X5. 201 l'ionisation due aux rayons [j à ce qu'elle aurait été si les rayons j avaient été complètement absorbés par l'air. Le coefficient d'absorption des rayons [j de l'uranium par l'air n'a pas été mesuré, mais on peut en déduire une valeur approchée en admet- tant la proportionnalité du coefficient d'absorption à la densité de la matière absorbante; la valeur relative à l'aluminium étant i î, celle relative à l'air sera o,oo()5. L'ionisation par les rayons |j au voisinage de la substance active étant mesurée sur une longueur de ()"", I on obtiendra l'ionisation totale en divisant la valeur expérimentale par <)^ i X (),oo()."). On aura donc pour le rapport y — = rji, 7x6,1x0, oo():> = o , J . On ne connaît pas l/., et y-j, mais si l'on admet que le rapport de ces coefficients est le même cjue celui des coefficients d'absorp- tion par l'aluminium^ on trouve ui •?.~4o J I . '2-40 - — = — — , -— = o.D — — =^ 100 environ. Uo 1', .1., • 14 Donc le nombre total d'ions qui peuvent être produits par les rayons a est beaucoup plus grand que celui qu'on pourrait obtenir avec les rayons ^j de la môme quantité de matière. Ce résultat est en accord avec celui qu'on peut prévoir si l'on admet que le nombre des particules j rapides n'est pas très différent du nombre des particules a émises dans le même temps, et que l'énergie moyenne d'une particule ^3 est beaucoup plus petite que celle d'une particule a. 142. Pouvoir pénétrant comparé. — Voici un Tableau qui indique d'une manière approchée les pouvoirs pénétrants des radiations. On a indiqué, pour les rayons de diverses espèces, la valeur du coefficient d'absorption |j. pour une substance déter- minée et la valeur de la distance L que les rayons doivent franchir dans l'air pour que leur intensité se trouve réduite de moitié. »:iiAi>rrui; i\. cm I^ cm pour pour pour l'air. pour Fair. ralurninium. le plomh Rayons calhodiques, vi- cin tesse i. lo'-' 22S0 sec Frayons cathodiques, vi- tesse lo"* 3,1 sec 0, 2 71JO 0, 43 ■2740 107 lî 129. 5oo 22 I ") 000 0, 1 0 , ") Rayons a de l'uranium. Rayons [j de l'uranium. Rayons Rontgen durs.. Rayons y du radium. . . M'A. Ionisation et absorption. — Le nombre d'ions créé dans le gaz situé an voisinage d'une substance radioactive est évidemment fini^ et le plus souvent l'intensité de l'ionisation décroît rapidement quand on s'éloigne de la substance active; de sorte cfue le nombre -^ des ions que peut créer le rayonnement à partir d'une distance x de la source est inférieur au nombre A,, des ions qu'il peut produire au total^ la dilïérence étant évidemment égale au nombre d'ions produits dans la couche de gaz d'épaisseur ;r qui entoure la sub- stance. Or_, c'est cette différence qui mesure dans la méthode élec- trique l'intensité absorbée; il est donc évident que celle-ci est pro- portionnelle^ par définition, à l'ionisation de la couche de gaz absor- bante. Quand le rayonnement est très pénétrant, il n'est pas pos- sible de mesurer l'ionisation totale, et comme l'ionisation par unité de longueur varie en ce cas avec x conformément à la loi de l'inverse du carré de la distance à une source de petites dimensions, il ne semble pas y avoir d'absorption; il est évident cependant qvie ce cas ne diffère pas en réalité du précédent, et cjue l'ionisation totale ne pouvant être infinie, l'ionisation par unité de longueur représente aussi en ce cas l'intensité absorbée. L'ionisation d'un gaz par des rayons R(intgen est proportion- nelle à la pression du gaz, ainsi (fu'il résulte des expériences de M. Perrin ( ' ) ; à densité constante du gaz elle ne déjDend pas de la température, ainsi que le prouvent les expériences de M. Me (') I^KitiuN, Thèse de doclorut. NATIRE DES RADIATIONS. 20j Clung ( ' ) faites entre 9.0" et 270% et celles de M. Gallarotti (- ) faites entre la température ordinaire et celle de l'air liquide. L'absorption mesurée par l'ionisation varie évidemment de la môme manière^ c'est-à-dire proportionnellement à la densité du gaz. Les mêmes lois ont pu être observées avec les rayons pénétrants des substances radioactives. Cependant dans certains cas l'ionisation croît moins rapidement que la densité du gaz; il en est ainsi quand l'ioni- sation est due en partie à des rayons absorba ])les primaires ou secondaires. L'absorption peut aussi être définie indépendamment de l'ioni- sation. Ainsi dans les expériences de M. Lenard sur les rayons ca- thodiques, on comparait les intensités absorbées en faisant agir les rayons sur un écran fluorescent_, et en admettant c^u'à un même éclairement correspond une même intensité. Les coefficients d'ab- sorption ainsi déterminés sont aussi pour un même gaz proportion- nels à sa densité_, et il est probable que l'absorption de l'énergie des rayons par le gaz affecte d'une manière analogue leur pouvoir ionisant et leur pouvoir de produire la phosphorescence. Quand l'énergie disponible pour l'ionisation est épviisée, un nombre déterminé d'ions a été créé. Si l'énergie nécessaire pour ioniser une molécule est indépendante de la densité du gaz, l'ioni- sation totale est indépendante de la pression. Si, de plus, cette énergie était la même pour différentes molécules gazeuses, l'ionisa- tion totale serait indépendante de la nature du gaz. On constate par l'expérience que l'ionisation par unité de lon- gueur, due à un rayonnement pénétrant, n'est pas la même pour différents gaz à la même concentration moléculaire ; on peut donc admettre que l'absorption des rayons par le gaz est inégale. Si, par exemple, l'absorption varie suivant la loi des densités, il en sera de même de l'ionisation par unité de longueur; toutefois l'ionisation totale pourrait conserver une valeur constante. La conductibilité des gaz sous l'action des rayons a, j et -' du radium a été étudiée par M. Strutt ( ^ ). Les expériences ont été faites pour chaque espèce de rayons à une pression suffisamment réduite (') Me Clung, Phil. Mag.. içcm. (-) Gallarotti, /?enrfico/?^i, 1902. (') Stkutt, Proc. Roy. Soc, lyoS. ■104 CMAPHRK IX. pour que l'ionisation dans l'appareil de mesures fût uniforme et pro- portionnelle à la pression du gaz; les nombres obtenus étaient ensuite ramenés à une pression commune. L'ionisation en l'absence d'écrans était attribuée aux rayons a; l'ionisation au travers d'un écran de plomb de i"" d'épaisseur était attribuée aux rayons *'; celle relative aux rayons [ii était obtenue avec l'emploi d'vui écran d'aluminium très mince. Les résultats sont contenus dans le Tableau suivant : lonisalion relative. Gaz. l'clalivc. Uayoïis a. lUivims jî. Hayon? 7. Hayons X. Air I I I I I II- o, ()()<) i),2'26 0,1 "'7 Oj^Gg 0,1 i4 O- 1,11 1,16 i,)i 1,17 I /î;) CO- 1,53 I , Vi I , ")7 1,53 i ,Go GAz i,8() i,[)\ i,S6 1,71 I ,o5 SO- ■J'-i",) '-i,0( •?. ,3i 2,1 3 7^97 CH(::i3.... 4,3>. 4,4'. 4,!^9 4,^f^ 37,9 CH^I 5,0 j 3,5[ 5,1 S 4,<^o 72,0 CCI* 5 , 3 1 > , 3 4 5,83 5 , r>7 4 J > ' On voit ainsi que l'accord de l'ionisation relative ou de l'absorp- tion relative avec la densité relative a lieu approximativement pour les rayons a, [i et ^', mais c[ue des écarts considérables se présentent pour les rayons Runtgen. On a vu que ces écarts deviennent moins importants quand on emploie des rayons X très durs (§ 139). lii. Ionisation totale. — L'ionisation totale ne peut être évaluée facilement que pour les rayons a. M. Rutherford ( ' ) a fait quelques expériences à ce sujet en employant les rayons a de l'ura- nium ; ces rayons étaient totalement absorbés par le gaz. L'ionisa- tion totale s'est montrée sensiblement la même dans les gaz exa- minés. M. Laby (-) a fait des expériences analogues avec l'oxyde d'ura- nium^ en apportant un grand soin à ce que le courant de saturation fût obtenu dans chaque cas^ cette condition n'étant pas réalisée avec la même facilité pour différents gaz. Ainsi le courant de satu- (') HuTHKiii'OUD, Phi/. Mcii;., 1^99. (-) Laby, Le Radium, '.(^o-^- NATURI-: DES RADIATIONS. '.OJ ration était obtenu avec un champ de i.h) volts dans l'air sous pression atmosphérique^ alors qu'il n'était pas encore obtenu pour un champ de 600 ^ dans le gaz sulfureux sous la même pression. Enfin M. Bragg ( ' ) a effectué une série d'expériences sur l'ioni- sation produite par les rayons a du radium dans différents gaz. L'appareil de mesures employé était le même que celui (pii avait servi pour les mesures de parcours, mais la chambre d'ionisation se trouvait dans une boîte étanche cj[ui pouvait être remplie de gaz et introduite dans un four électrique, les expériences n'ayant pu être faites pour certains gaz à la température ordinaire. M. Bragg a admis que la courbe d'ionisation A pour un gaz quelconque peut être obtenue à partir de la courbe B relative à l'air de même concentra- tion moléculaire; pour cela on multiplie toutes les ordonnées de la courbe B parle rapport 7 s étant le pouvoir d'arrêt du gaz. et toutes les abscisses par le rapport — des ionisations relatives par unité de longueur, c'est-à-dire par molécule. Si l'on désigne par A et -"io les ionisations totales obtenues dans le gaz étudié et dans l'air, il est manifeste qu'on aura et, par suite, Si, en particulier, on opère dans un même gaz avec des rayons y. de groupes différents, les courbes d'ionisation obtenues doivent être toutes superposables dans la partie finale du parcours et ne différer que par la hauteur totale. Un rayonnement a serait en ce cas entiè- rement caractérisé par son parcours dans l'air de densité connue et par le nombre des projectiles. La valeur de K pour différents gaz pourrait se déduire, d'après ce qui précède, de la connaissance des abscisses et des ordonnées de deux points qui se corres- pondent dans les courbes d'ionisation. Le point choisi était le point P dont l'ordonnée représente le parcours du troisième groupe des rayons y. du radium par ordre de pénétration croissante. (') Bkagg, Phil. Mag., 1906 et 1907. -•> i I â; Oxygène io() 109 Gaz carbonique 9(1 io3 108 Acide clilorliydrique io>. Gaz ammoniac 101 90 Protoxydc d'azote 99 io5 Acétylène r^7 «26 Pentane i^\,'> i35 Acétaldéliyde 10') Éther éthylique 1^9 i3i Bromure de inctliyle lov, Clilorure d'i'liix le nS i3o Gaz sulfnienx 9/1 Sulfure de earixine iSy Chloroforme 129 T(''tracldonire de carbone. i3i lodure d'cliiylc Ï28 Alcool 123 Alcool métliylique 122 lodure de métliyle i33 Benzène 129 Ethylène 128 Azote 96 (') Taylou, P/iiL Afdf;-, ojn'j. .\ATIIU; Di:S ItADIATIONS. 2O7 On peut constater que pour les gaz complexes l'ionisation totale est supérieure à celle qui peut être obtenue dans l'air^ et que^ par conséquent^ l'ionisation n'est pas proportionnelle à l'énergie absorbée. Il n'existe non plus aucune relation simple entre l'ioni- sation totale et la constitution du gaz. L'ionisation par molécule Ks semble liée, d'après M. Bragg. avec les constantes moléculaires; ainsi son rapport au volume moléculaire conserve une valeur sensiblement constante. Les ionisations par molécule sont entre elles comme les ionisa- tions totales et comme les pouvoirs d'arrêt. Avec clés ionisations totales égales et des pouvoirs d'arrêt proportionnels aux densités relatives des gaz on retrouverait la loi de proportionnalité de l'ionisation par molécule à la densité suivant M. Strutt; les condi- tions indiquées n'étant pas remplies^ cette loi ne peut être vérifiée exactement^ et les écarts doivent être surtout importants pour les gaz complexes. Pour l'air^ le gaz carbonique et l'hydrogène, les conductibilités sont entre elles, d'après M. Strutt, comme les nombres i, i ,53 et 0,27, tandis que les pouvoirs absorbants sont entre eux comme i, i,\^ et 0,27. Donc dans ces trois gaz la production d'un ion demande à peu près la même énergie, tandis qu'il n'en est pas de même dans les autres cas. Des conclusions analogues ont été formulées par ^L Klee- mann (') à la suite d'une étude de l'ionisation de différents gaz par les rayons a, ^3 et y. l^our les rayons y. l'ionisation était comparée dans les portions correspondantes du parcours; le rapport des ionisations par molécule en deux points corres- pondants du parcours dans deux gaz est égal, d'après M. Bragg, au rapport des ionisations totales, multiplié par le rapport des pouvoirs d'arrêt. L'ionisation par molécule i était considérée comme une propriété additive des atomes qui composent la molécule et pouvait être calculée d'après la formule S étant le pouvoir d'arrêt de la molécule; S(,S2 étant les pouvoirs d'arrêt des atomes constituants; 7Z,, n-2 étant les nombres de ces atomes dans la molécule; -"),, Ao étant les ionisations totales pour (') Kleemann, Le Jiadiiini, 1907. •?.oS niAPlTRK IX. des gaz composés de molécules ne contenant c[ue des atonies des espèces \, :i, etc. Les produits tels que ^s^ S| représentent les ionisations par atome. La formule précédente a été vérifiée par l'expérience pour un grand nombre de gaz ; certains gaz cependant présentent des écarts qui indiquent que la nature de la liaison chimique peut intervenir dans le phénomène; tels sont riiydrogène^ le gaz sulfureux et le gaz ammoniac. Les ionisations par molécule dans le cas des rayons |j et y sont également des propriétés additives des atomes, et leurs valeurs relatives pour un même gaz sont très approximativement les mêmes. Si l'on construit les courbes représentant l'ionisation par atome en fonction du poids atomique^ on trouve que les trois courbes relatives aux rayons a, [j et y ont une allure analogue qui indique que l'ionisation par atome est une fonction périodique du poids atomique. On peut donc penser que la probabilité d'ionisa- tion par l'une quelconque des trois espèces de rayons dépend des mêmes conditions. Voici un Tableau qui résume les résultats précédents : Ionisation jjar rnolcciile. Gaz lîay.ms y.. Rayons |i. lîayons 7. Air 1 ,00 I ,00 I ,00 02 1 , 1 j 1,17 1,16 CO- 1 , 39 1 ,<)() 1,58 GH40. 1,74 i.<'><) 1,75 G^Hioo i,4o 4,39 4,29 C*'H^ ),3o >î9* 3,94 CSH12 4, S) 4,)) 4,53 C- H* 0 2,14 '2 , I ,>. '^ ) 1 7 Az- O I , ") ! 1,5") 1,55 C2Az2 1,94 i,SG 1,71 Qwn i,i3 5,11 5,37 C-H-J] j.oo 5,90 •"')47 CIPGI 1,0^ 4,94 4,93 G-H«GI i,i>.. "),'4 3,19 G Gl^ 5 , '^.8 (> , v.S () , 33 C S- ' ■ 9!) 3 , (v>. 3 , 6() GH^Bi- ',;■. 3,73 3,81 CMIsBr 4,41 4,58 SO-.. ',01 •',,•'.5 -2,27 AzH^ ":'J9 •>)^9 o,go H- ", .>.4 o, 1(15 o, 16 natirh: des radiations. 209 Ionisation par atome. Rayons a. Rayons jî. Rayons y. H Ojijj 0.18 0,18 C o.5i 0,46 0,46 Az 0,47 0,475 0,45 O 0,55 o,58 o,58 S r ,24 1 ,60 1 ,60 Cl 1,16 1 ,44 1 .44 Bi 1 ,72 2,67 2.81 1 2,26 4.10 4 ^ijo lio. Courant de saturation dans le gaz ionisé par les rayons -j.. ,3 et y. — Au courant de leurs recherches sur l'ionisation totale des gaz, MM. Bragg et Kleemann (') ont remarqué qu'il est^ en général^ beaucoup plus difficile d'obtenir le courant de saturation dans un gaz ionisé par les rayons a que ne permet de le prévoir la théorie d'ionisation des gaz quand on suppose la distribution des ions uniforme, et qu'on adopte pour le coefficient de recombinaison la même valeur que celle qui convient aux ions créés par les rayons X. Ainsi^ par exemple^ en employant l'oxyde d'uranium dans un condensateur à plateaux distants de o"",.^, on obtient, pour une différence de potentiel de S volts entre les plateaux, 78 pour 100 du courant de saturation obtenu pour 1200 volts_, et pour 20 volts le courant n'est encore que 8- pour 100 du courant de saturation, alors que la théorie simple prévoit une perte d'ions par recombinaison de l'ordre de -^-^ seulement. Tout se passe donc comme si le coefficient de recombinaison des ions se trouvait augmenté. Cet effet, d'après MM. Bragg et Kleemann. est d'autant plus fort que la profondeur de la chambre d'ionisation est plus petite et que l'ionisation est plus faible. Pour interpréter ces résultats, ces deux physiciens ont admis qu'en plus de la recombinaison générale des ions, il se produit dans le gaz une recombinaison initiale, c'est-à-dire que deux ions de signes contraires qui viennent de se former à partir d'une molécule neutre se trouvent dans des conditions très favorables à la recombinaison, étant très rapprochés, La recombinaison initiale ne semblait se produire que dans le cas de l'ionisation par les rayons a et n'avait (') Br.\gg et Kleemann, Phil. Mag., iqoO. C — II. i4 cil M'ITIŒ 1\. pas lieu quand l'ionisation était due aux rayons X primaires ou secondaires ou aux rayons [ii et -'^ d'où l'on concluait que les ions produits par les particules a ont une vitesse d'émission plus petite que ceux produits par les autres rayons. L'effet de recombinaison initiale, d'après MM, Bragg et Klee- mann, serait indépendant de la profondeur de la chambre^ propor- tionnel au nombre d'ions créés et dépendrait de la pression et de la nature du gaz ionisé; il serait particulièrement caractérisé dans les gaz complexes tels que le chlorure d'éthyle^ le tétrachlorure de carbone, etc. On peut remarquer que les calculs qui servent pour prévoir le nombre des ions recombinés ne peuvent en réalité s'appliquer au cas d'une ionisation aussi peu uniforme que celle qui se produit au voisinage d'une substance radioactive émettant des rayons a. On peut donc chercher à rendre compte des phénomènes observés sans invoquer l'hypothèse de la recombinaison initiale. Un simple effet de diffusion des ions vers la substance active ne paraît pas suffisant pour l'explication des faits observés, parce que l'impor- tance de la recombinaison initiale est indépendante de la pro- fondeur de la chambre d'ionisation. M. Langevin a proposé l'inter- prétation suivante : une particule a produit sur son parcours un grand nombre d'ions qui ne sont pas répartis uniformément dans le gaz, mais qui, au moins au début, se trouvent distribués en colonnes le long des trajectoires des particules a; la recombinaison ordinaire qui a lieu entre les ions d'une même colonne doit dépasser de beaucoup celle qu'on obtiendrait pour un même nombre d'ions répartis uniformément, et il doit en résulter une difficulté de saturation. On prévoit, dans cette hypothèse, que la saturation sera plus facile à obtenir quand les directions du champ électrique et des trajectoires des particules a sont à angle droit que quand ces directions sont parallèles, parce que dans le premier cas la distribution en colonnes tend à disparaître, et dans le second cas elle tend à être conservée. Des expériences faites par M. Moulin (') ont prouvé qu'il en est bien effectivement ainsi. L'expérience était faite avec des rayons a du polonium rendus parallèles au moyen d'un diaphragme; ces rayons étaient envoyés dans une chambre (') MouMX, Le Radium, 1908. NATURE DES RADIATIONS. 211 d'ionisation à plateaux parallèles^ distants de 3""", soit parallè- lement aux plateaux^ soit normalement; dans ce dernier cas le plateau inférievir était formé par une toile métallique qui laissait passer les rayons. En utilisant les rayons normaux aux plateaux, on a trouvé que^ conformément aux résultats de MM. Bragg et Kleemann, la recombinaison est plus importante quand on utilise la fin du parcours de la particule a que quand on utilise une portion de ce parcours où le pouvoir ionisant est moindre, mais on a trouvé de plus que la recombinaison con- serve la même importance relative quand on réduit le nombre des particules a utilisées en interposant_, par exemple, une toile métallique entre la source et la chambre; par conséquent, l'effet de recombinaison ne dépend pas du nombre d'ions créés en tout, mais bien de la densité linéaire des ions dans les colonnes, le nombre des colonnes n'ayant pas d'importance. Dans les expé- riences de M. Moulin la saturation dans l'air à la pression atmo- sphérique était obtenue pour un champ de 1 3oo à 1 5oo — — -• Quand la pression est réduite, la saturation est beaucoup plus facile à obtenir; ainsi pour une pression de lo'-'" de inercure, la satura- tion était obtenue pour un champ de 12 Quand les rayons utilisés étaient parallèles aux plateaux, la saturation à la pression atmosphérique était obtenue pour une valeur du champ de 200 -, c'est-à-dire bien plus facilement que dans le cas de rayons pa- rallèles à la direction du champ. On a constaté aussi que, pour des rayons parallèles au champ électrique, la proportion du nombre des ions recombinés au nombre des ions produits est sensiblement proportionnelle au pouvoir ionisant de la particule y. sur la portion utilisée de son trajet, ce pouvoir ionisant étant déduit de la courbe d'ionisation. Le rapport de ces deux grandeurs a été désigné par r dans le Tableau qui suit. Distance du polonium à la chambre d'ionisation. cm 0,7 1,0 1,3 1,6 1,9 ■i,-i. 2,8 3,0 CHAPITRK IX. Courant Manque de saturation pour 100. Pour 1200 volts cm r, - volts J'our 2J cm /•. 489 395 19,2 3,95 5i8 408 21 ,2 4,1 558 4'>5 23,8 4,25 592 442 25,3 4,25 G35 469 26, 1 4,t 692 494 28,6 4,i5 737 520 29,4 4 787 552 29,9 3,8 863 571 33,8 . 3,9 903 592 34,4 3,8 Les courbes de la figure i45 représentent en fonction du champ le rapport du courant observé i au courant de saturation ^, avec l'emploi de rayons pénétrants (courbe I)^ de rayons a perpendi- culaires au champ (courbe II) et de rayons a parallèles au champ ■4 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0.3 0,2 0.1 Fi g. 145. /^mons ^t ^n f ^^ (ap'T ndicuk\ ^63 àu a là.in^ / \v<^ , / ^ tf-i -^ tJ rhâTli > l •'''•'iiiyC CTc^/'^ ■aUss < K lH 'f ' 100 i200 300 400 500 Champ en volls par cenhmèlre (courbe III). Ces courbes ont été obtenues dans le gaz carbonique à la pression de 7.V'" de mercure et à la température de i()". Le courant de saturation était le même dans tous les cas ; il était obtenu pour un champ de :îa)0 ^ dans l'expérience I, pour un champ XATLRli Di:S RADIATIONS. 2l3 de ."Joo dans l'expérience II, et pour un champ de ijoo cm ^ ^ r 1 cm seulement dans l'expérience III. 1 i(3. Rayons o ou électrons de faible vitesse. — Nous avons vu plus haut qu'en dehors des rayons capables d'ioniser les gaz, les substances radioactives émettent des charges négatives portées par des électrons dont la vitesse relativement faible est insuffisante pour la production de l'effet ionisant. L'émission de ces électrons lents a été constatée par M. J.-J. Thomson (') pour le polonium, le radium et l'uranium^ et par Miss Slater (-) pour les émanations du radium et du thorium. Ces corpuscules étant arrêtés par une chute de potentiel de l'ordre de quelques volts, ont des vitesses de l'ordre de lo* — • Ils sont émis en très grande quantité, ainsi sec ^ '■ qu'il résulte des expériences de M. Duane sur le dépôt actif du radium. liT. Action de la température sur le rayonnement des corps radioactifs. — L'émission de rayons par les corps radioactifs s'est montrée indépendante de la température dans les limites des obser- vations faites jusqu'à présent à ce sujet. Les premières expériences relatives à cette question ont été faites par H. Becquerel avec les rayons de l'uranium entre la température ordinaire et la température de -o" (§ 3o). Dans ces expériences le rayonnement a de l'uranium était intégralement utilisé dans la chambre d'ionisation. L'émission du rayonnement subsiste aux températures les plus basses que nous puissions réaliser; la première observation à ce sujet est due à P. Curie qui a placé dans l'air liquide un tube de verre contenant du chlorure de baryum radifère ('). La luminosité du produit radiant persiste dans ces conditions. Au moment où l'on retire le tube de l'enceinte froide, il paraît même plus lumineux qu'à la température ambiante. A la température de l'air liquide, le radium continue à exciter la fluorescence du (') Thomson, Conduction of electriclty through gases. Cambridge. (-) -Miss Slater, Phil. Mag., igoS. (') CuniE, Soc. de Phys., mars 1900. 2l4 CHAPITRE IX. sulfate d'uranyle et de potassium. P. Curie a vérifié par des mesures électriques que le rayonnement^ mesuré à une certaine distance de la source radiante^ possède la même intensité quand le radium est à la température ambiante, ou quand il est dans une enceinte à la température de l'air liquide. Dans ces expériences, le radium était placé au fond d'un tube fermé à un bout. Les rayons sortaient du tube par le bout ouvert, traversaient un certain espace d'air et étaient recueillis dans un condensateur. On mesu- rait l'action des rayons sur l'air du condensateur, soit en laissant le tube dans l'air, soit en l'entourant d'air liquide jusqu'à une certaine hauteur. Le résultat obtenu était le même dans les deux cas. Des expériences analogues ont été faites par Becquerel avec les rayons pénétrants de l'uranium ( ' ). M. Dewar, en observant la décharge d'un électroscope par les rayons pénétrants du radium, a constaté que la vitesse de décharge était la même quand le radium était à la température de i5", quand il était à la température de l'air liquide ( — •<^3"), et quand il était à la température de l'hydrogène liquide ( — ^55"). Des observations du même genre ne peuvent être faites facile- ment pour les rayons absorbables parce que l'absorption de ces derniers par les gaz varie beaucoup avec la densité du gaz et, par suite, avec sa température; il est toutefois probable que l'émis- sion de tels rayons se comporte à des températures variables comme l'émission de rayons pénétrants. Quand on porte le radium à une température élevée, sa radio- activité subsiste. Le chlorure de baryum radifère qui vient d'être fondu (vers Soo") est radioactif et lumineux. Toutefois, une chauffe prolongée à une température élevée a pour effet d'abaisser tempo- rairement la radioactivité du produit. La baisse est très importante, elle peut constituer 'j5 pour loo du rayonnement total; la baisse proportionnelle est moins grande sur les rayons absorbables que sur les rayons pénétrants qui sont sensiblement supprimés par la chauffe. Mais avec le temps, le rayonnement du produit reprend l'intensité et la composition qu'il avait avant la chauffe; ce ré- sultat est atteint au bout d'un mois environ à partir de la chauffe. Ainsi l'émission de radiations pav les corps radioactifs se présente (') Becqueukl, Coniptea rendus, njoi. XATIRE DES RADIATIONS. '1 r 5 avec les caractères d'un phénomène totalement indépendant de la température. Ce fait s'explique bien pour une propriété ato- mique de la matière_, les propriétés des atomes n'étant pas affectées par les variations de la température dans les limites dont nous disposons. CHAPITRE X. DIVERS PHÉNOMÈNES OBSERVES EN PRESENCE DES CORPS RADIOACTIFS. Ce Chapitre comprend la description de divers eiïets qui peuvent être observés en présence de substances radioactives. Plusieurs de ces effets peuvent être considérés comme provoqués directement ou indirectement par les rayons a, [i», et -' émis par les substances ; certains d'entre eux ne seront pas décrits en détail, leur étude ayant déjà été faite dans les Chapitres précédents. H8. Effets lumineux. Excitation de substances phosphores- centes. — Les rayons émis par les nouvelles substances radio- actives provoquent la fluorescence de certains corps, P. Curie et moi ( ' ), nous avons tout d'abord découvert ce phénomène en faisant agir le polonium au travers d'une feuille d'aluminium sur une couche de platinocyanure de baryum. La même expérience réussit encore plus facilement avec du baryum radifère suffisamment actif. Quand la substance est fortement radioactive_, la fluorescence pro- duite est très belle. Peu de temps après nous avons remarqué que les sels de baryum radifères sont spontanément lumineux (-). L'excitation de la phosphorescence par les rayons du radium a été étudiée par H. Becquerel ( ') qui a examiné l'effet produit svir les sels d'urane^ le diamant, la blende, les sulfures de calcium et strontium, le rubis, etc. On constate que la sensibilité des substances phosphorescentes à l'action de la lumière, des rayons X et des (') CuniE, Comptes rendus. cléc(Mnl)re 1898. (^) CuiUE, Soc. de Phys., mars 1S91). (^) BiiCQUEREL, Comptes rendus, 1899. DIVERS PHKNOMÈNKS OBSERVÉS EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 21 7 rayons du radium ne conserve pas la même valeur relative. C'est ainsi que le rubis^ cjui est sensible à la lumière ultraviolette^ n'est pas sensible aux rayons du radium^ et que le diamant^ qui est sensible aux rayons du radium, n'est pas sensible aux rayons X; avec ces derniers le sulfate double d'uranyle et de potassium est plus sen- sible que la blende hexagonale^ tandis que l'inverse a lieu pour les rayons du radium. La phosphorescence obtenue est fortement réduite par l'interposition d'une feuille de papier noir entre la source et la substance phosphorescente^ ce qui prouve qu'une grande partie de l'effet est due aux rayons y.. M. Bary a montré que les sels des métaux alcalins et alcalino- terreux^ qui sont tous fluorescents, sous l'action des rayons lumi- neux et des rayons Rontgen^ sont également fluorescents sous l'action des rayons du radium ( ' ). On peut également observer la fluorescence du papier, du coton, du verre, etc., au voisinage du radium. Parmi les différentes espèces de verre, le verre de Thuringe est particulièrement lumineux. Les métaux ne semblent pas devenir lumineux. Le platinocyanure de baryum convient le mieux quand on veut étudier le rayonnement des corps radioactifs par la méthode fluo- roscopique. On peut suivre l'effet des rayons du radium à des distances supérieures à 2"'. Le sulfure de zinc phosphorescent est rendu extrêmement lumineux, mais ce corps a l'inconvénient de conserver sa luminosité pendant quelque temps, après que l'action des rayons a été supprimée. On peut observer la fluorescence produite par le radium quand l'écran fluorescent est séparé du radium par des écrans absorbants. Nous avons pu observer l'éclairement d un écran au platinocyanure de baryum à travers le corps humain. Cependant, l'action est in- comparablement plus intense, quand l'écran est placé tout contre le radium et qu'il n'en est séparé par aucun écran solide. Tous les groupes de rayons sont capables de produire la iluorescence. Pour observer l'action du polonium il est nécessaire de mettre la substance très près de l'écran fluorescent, sans interposition d'écran solide, ou tout au moins avec interposition d'un écran très mince seulement. (') Bahv, Comptes rendus, 1900. 2l8 CHAPITRE X. On observe de très beaux effets lumineux avec des cristaux de platinocyanure de baryum_, de lithium, de sodium, de calcium. Le sel de lithium émet une fluorescence rouge, les sels de baryum et de calcium une fluorescence verte, le sel de sodium une fluorescence jaune. La willemite (silicate de zinc) donne une belle fluorescence verte, la kunzite (variété de spodumène découverte par M. Kunz) donne une fluorescence rouge avec les rayons du radium et jaune avec les rayons cathodiques. La spartéite (calcite contenant un peu de manganèse) donne une fluorescence orangée avec les rayons j et "'. On peut réaliser une belle expérience en introduisant dans un récipient en verre des fragments de ces divers cristaux, et en y in- troduisant ensuite une grande quantité d'émanation du radium* La sensibilité des différentes substances aux rayons a, ^i et y n'est pas la même. Ainsi le platinocyanure de baryum et la wille- mite offrent la plus grande sensibilité pour les rayons [j et y, tandis que le sulfure de zinc est particulièrement sensible aux rayons a. L'emploi du sulfure de zinc pour mettre en évidence l'action de l'émanation du radium a été décrit par P. Curie et ]\L Debierne. M. Giesel s'est servi du même procédé pour l'étude de l'émanation de l'actinium. La production de scintillations sur un écran de sulfure de zinc soumis à l'action des rayons a a été décrite dans le Chapitre précédent, et l'on a vu l'usage qui peut être fait de cette propriété pour l'étude de ces rayons. Le diamant qui est rendu lumineux par l'action des rayons du radium est très sensible aux rayons a et donne une belle luminosité avec le polonium. La fluorescence observée sur le diamant permet de distinguer cette pierre précieuse de ses imitations, dont la lumi- nosité est faible. La description d'un grand nombre d'effets de phosphorescence a été faite par MM. Kvmz et Baskerville ('). La luminosité des substances fluorescentes exposées à l'action des substances radioactives baisse avec le temps. En même temps la substance fluorescente subit une transformation. En voici quelques exemples : Les rayons du radium transforment le platinocyanure de baryum en une variété brune moins lumineuse (action analogue à celle pro- (') Kunz et BASRiiiîViLi.K, Science, ujoi-i. DIVERS PIIÉXONÈNES OBSKRVK« KN PRKSIÎNCE DES COUPS RADIO \CT1FS. 219 duite par les rayons Runtgen et décrite par M. Villard). Us altèrent également le sulfate d'uranyle et de potassium en le faisant jaunir. Le platinocyanure de baryum transformé est régénéré partielle- ment par l'action de la lumière. Plaçons le radium au-dessous d'une couche de platinocyanure de baryum étalée sur du papier, le plati- nocyanure devient lumineux; si l'on maintient le système dans l'obscurité, le platinocyanure s'altère, et sa luminosité baisse con- sidérablement. Mais exposons le tout à la lumière; le platinocya- nure est partiellement régénéré, et si l'on rétablit l'obscurité, la luminosité reparaît assez forte. On a donc, au moyen d'un corps fluorescent et d'un corps radioactif, réalisé un système qui fonctionne comme un corps phosphorescent à longue durée de phosphorescence. Le verre, qui est rendu fluorescent par l'action du radium, se colore en brun ou en violet. En même temps, il devient moins fluo- rescent. Si l'on chauffe ce verre ainsi altéré, il se décolore et, en même temps que la décoloration se produit, le verre émet de la lumière. Après cela le verre a repris la propriété d'être fluorescent au même degré qu'avant la transformation. Le sulfure de zinc qui a été exposé à l'action du radium pendant un temps suf lisant s'épuise peu à peu et perd la faculté d'être phos- phorescent, soit sous l'action du radium, soit sous celle de la lu- mière. Quand un récipient en verre contenant du sulfure de zinc a servi à une expérience de cours avec l'émanation du radium, et qu'on désire conserver l'appareil en bon état, il faut avoir soin d'en chasser l'émanation aussitôt après l'usage. M. Crookes (') a observé de même l'altération du diamant exposé aux rayons du radium. Après -8 jours d'exposition un diamant dont la teinte d'origine était jaune pâle, avait pris une teinte foncée ; chauffé ensuite à 5o" pendant lo jours avec du chlorate de potas- sium, ce diamant perdit la teinte sombre superficielle et apparut transparent avec une teinte vert bleu. Dans cette expérience le diamant se trouvait à l'intérieur du tube contenant le radium, et tous les rayons étaient utilisés; la teinte sombre superficielle pou- vait provenir de l'action des rayons absorbables, tandis que la coloration dans tout le volume était due aux rayons pénétrants. (') Crookes, Proc. Roy. Soc, 190 (. CHAPITRE X. La sensibilité des substances phosphorescentes à l'action des rayons peut dépendre de la température. Ainsi le sulfure de zinc est moins sensible à la température de l'air liquide qu'à la température ordinaire. Au point de vue de la numération des particules a^ il est impor- tant de se rendre compte^ de quelle manière^ la production des scintillations est influencée quand l'écran phosphorescent reste soumis à l'action d'une source intense de rayons a. M. Marsden ( ' ) a montré que_, dans ces conditions^ la diminution de la luminosité doit être attribuée principalement à une baisse progressive de l'éclat de chaque scintillation, tandis que le nombre des scintilla- tions n'éprouve qu'une légère diminution qui pourrait n'être qu'apparente, l'observation étant rendue difficile quand l'éclat des scintillations est faible. On peut suivre par une méthode photométrique la diminution de la luminosité totale de l'écran, sous l'influence d'une source radiante constante ou variable. La vitesse de diminution dépend de la substance phosphorescente utilisée, elle est bien moins grande pour le sulfure de zinc que pour le platinocyanure de baryum. Pour interpréter les résultats obtenus, M. Rutherford (-) a supposé que l'émission de lumière est due à la dissociation d'agré- gats moléculaires, répartis uniformément dans la substance phos- phorescente. Chaque centre actif, rencontré par une particule x, cesse d'être efficace. Une scintillation résulte de la dissociation d'un grand nombre de centres actifs, rencontrés par la même parti- cule, et l'éclat de la scintillation est d'autant plus grand que le nombre des centres inaltérés est plus grand. Il est possible d'établir ainsi une théorie susceptible de rendre compte des faits observés. En utilisant l'action photographique de la luminosité du sul- fure de zinc sous l'action des rayons a, on peut obtenir une bonne mesure du parcours de ces derniers (•'). Pour cela, il suffit de disposer, au-dessus de la surface active plane, un écran phos- phorescent transparent, convenablement incliné; une plaque sensible est appliquée sur l'écran. La lumière émise par le sul- (') MAiiSDEN, Proc. roy. Soc, njio. (-) RuTiiKUFiMti), Proc. roy. Soc, 1910. ( ') Szii.AtiD, Le nadiiim, 1901). DlVi:nS PIIKNOMENES OBSERVES EN l'UESENCE DES CORPS HADIOArTI I- S. 'il\ fiire de zinc impressionne la plaque au travers de l'écran; l'impres- sion est assez nettement limitée et permet d'apprécier la valeur du parcours. 119. Luminosité propre des sels de radium. — Tous les com- posés de baryum radifère sont spontanémenL lumineux ('). Les sels haloïdes^ anhydres et secs, émettent une lumière particulièrement intense. Cette luminosité ne peut être vue à la grande lumière du jour, mais on la voit facilement dans la demi-obscurité ou dans une pièce éclairée à la lumière du gaz. La lumière émise peut être assez forte, pour qu'on puisse lire en s'éclairant avec un peu de produit dans l'obscurité. La lumière émise émane de toute la masse du produit, tandis que, pour un corps phosphorescent ordinaire, la lumière émane surtout de la partie de la surface qui a été éclairée. A l'air humide les produits radifères perdent en grande partie leur luminosité, mais ils la reprennent par dessèchement (Giesel). La luminosité semble se conserver. Au bout de plusieurs années aucune modification sensible ne semble s'être produite dans la luminosité de produits faiblement actifs, gardés en tubes scellés à l'obscurité. Avec du chlorure de baryum radifère, très actif et très lumineux, la lumière change de teinte au bout de ciuelques mois; elle devient plus violacée et s'affaiblit beaucoup; en même temps le produit subit certaines transformations ; en redissolvant le sel dans l'eau et en le séchant à nouveau, on obtient la luminosité primitive. Les solutions de sels de baryum radifères, qui contiennent une forte proportion de radium, sont également lumineuses; on peut observer ee fait en plaçant la solution dans une capsule de platine qui, n'étant pas lumineuse elle-même, permet d'apercevoir la luminosité faible de la solution. Quand une solution de sel de baryum radifère contient des cristaux qui s'y sont déposés, ces cristaux sont lumineux au sein de la solution, et ils le sont bien plus que la solution elle-même, de sorte que, dans ces conditions, ils semblent seuls lumineux. M. Giesel a préparé du platinocyanure de baryum radifère. Quand ce sel vient de cristalliser, il a l'aspect du platinocyanure ( ' ) CuiiiK. Société de Physique, o mars iSyj. — Giesel. Wicd. Ami., l. LXIX, p. 91. chapithk \. de baryum ordinaire^ et il est très lumineux. Mais peu à peu le sel se colore spontanément et prend une teinte brune^ en même temps que les cristaux deviennent dichroïques. A cet état^ le sel est bien moins lumineux^ quoique sa radioactivité ait augmenté ('). Le pla- tinocyanure de radium^ préparé par M. Giesel, s'altère encore bien plus rapidement. Les composés de radium constituent le premier exemple de sub- stances spontanément lumineuses. Les conditions de la production de lumière par les composés de radium ne sont pas encore bien connues. Il est probable qu'un corps radioactif tel que le radium peut fonctionner à la fois comme source de rayons et comme substance dont les sels sont phospho- rescents ainsi cjue tous les sels alcalino-terreux. Le degré de phos- phorescence pourrait cependant être influencé par le mode de pré- paration et par la présence d'impuretés, ainsi que cela a lieu^, en général, pour les phénomènes de phosphorescence. M. Debierne a constaté que les sels d'actinium sont également spontanément lumineux. L'actinium appartient selon toute vrai- semblance au groupe des terres rares qui ont la faculté de devenir phosphorescentes par l'action des radiations. La figure i {PL VII) représente deux épreuves, dont l'une est la photographie ordinaire d'une ampoule contenant un sel de radium, tandis que l'autre a été obtenue dans l'obscurité par l'action de la lumière propre du sel de radium. loO. Spectre de la lumière émise par les composés de radium et d'actinium. — La lumière émise par un sel de baryum radifère peut être photographiée ; on peut aussi l'examiner au spectrocope. M. et M""' Huggins (-) ont obtenu une photographie du spectre de cette lumière au moyen d'un spectrographe en quartz, avec trois jours d'exposition. Ce spectre présentait des bandes c|ui ont pu être identifiées avec celles de l'azote. Des expériences analogues ont été faites par d'autres savants dans l'air, dans d'autres gaz ou dans le vide. On observe, en général, un spectre continu dû à la phosphorescence du sel et, dans certains cas, un effet dû au (') Giesel, Wied. Ann., t. LXIV (-) Huggins, Proc. Boy. Soc, kjoS. niviîRS l'iiiixoMKXKS (M{si:iivi:s kn i'hksiîxce des coups u.vdioactifs. 228 gaz. D'après M. Crookes et M. Dewar^ le spectre de bandes de l'azote n'est pas obtenu quand le sel de radium se trouve dans un vide parfait. Il en résulte que ce spectre est dû à l'action des rayons du radium sur l'azote occlus dans le sel ou se trouvant dans son voisinage immédiat. Ce mode de production d'un spectre en dehors de l'action de la décharge électrique est fort remarquable. MM. Himstedt et Meyer (') ont pu constater que la production du spectre de bandes de l'azote a lieu à une distance de 5""" des cristaux de bromure de radium; le spectre de l'hélium peut aussi être obtenu, mais on n'observe aucun effet avec rhydrogène_, le gaz carbonique et l'oxyde de carbone; l'action svir l'azote est observée en présence de l'émanation du radium et du polonium. L'excitation du spectre de bandes de l'azote semble donc due aux rayons y., et l'on a constaté qu'elle ne se produit pas au travers du verre. MM. Stark et Giesel ( - ) ont observé la production du spectre de bandes de l'azote et du spectre de raies de l'hélium dans la zone lumineuse qui s'étend à 3'^'",8 environ d'une lame de polonium très active placée dans ces gaz. La lumière émise par les sels d'actinium a été examinée par M. Giesel (^) ; elle se compose de raies brillantes qui ont été attribuées au didyme contenu dans le sel examiné. loi. Production de thermoluminescence. — Certains corps, tels que la fluorine, deviennent lumineux quand on les chauffe; ils sont thermoluminescents; leur luminosité s'épuise au bout de quelque temps ; mais la faculté de devenir de nouveau lumineux par la chaleur est restituée à ces corps par l'action d'une étincelle^ par l'action des rayons cathodiques et aussi par l'action du radium. Le radium peut donc régénérer dans ces corps leurs propriétés thermoluminescentes ('). Lors de la chauffe^ la fluorine éprouve une transformation qui est accompagnée d'une émission de lumière. Quand la fluorine est ensuite soumise à l'action du radium^ une (') Himstedt et Meyer, Phys. Zeit., 1906. (-) Stauk et Giesel, Phys. Zeit., 1907, (') Giesel, Ber. d. deutsch. chein. Ges., 1904 et 1905. (*) Becquerel, Rapports au Congrès de Physique, 1900. 224 CHAPITRE X. transformation se refait en sens inverse, et elle est encore accom- pagnée d'une émission de lumière. Un phénomène absolument analogue se produit pour le verre exposé aux rayons du radium. Là aussi une transformation se pro- duit dans le verre pendant qu'il est lumineux sous l'action des rayons du radium; cette transformation est mise en évidence par la coloration qui apparaît et augmente progressivement. Quand on chauffe ensuite le verre ainsi modifié^ la transformation inverse se produit^ la coloration disparaît^ et ce phénomène est accompagné de production de lumière. Il paraît fort probable qu'il y a là une modification de nature chimique^ et que la production de lumière est liée à cette modification. Ce phénomène pourrait être général; il pourrait se faire que la production de fluorescence par l'action du radium et la luminosité des substances radifères fussent néces- sairement liées à un phénomène de transformation chimique ou physique de la substance qui émet la lumière. La thermoluminescence est facilement observée avec la fluorine_, le marbre_, l'apatite. Pour la mettre en évidence il suffit de projeter des fragments de la substance sur une plaque de métal chauffée au moyen d'un bec de gaz à une température voisine de 5oo". Après une exposition aux radiations actives la substance semble conserver indéfiniment la faculté d'émettre une quantité de lumière déterminée lors de la chauffe. La transformation dont dépend la thermoluminescence peut être produite par les rayons pénétrants du radium enfermé dans une ampoule scellée. Il est bien probable que la thermoluminescence naturelle de certaines substances est due à l'action des radiations auxquelles ces substances ont pu être soumises pendant de longues époques. \ry2. Effet radiographique. — L'action radiographique des substances fortement radioactives est très intense. Toutefois la manière d'opérer doit être très différente avec le polonium et le radium. Le polonium n'agit qvi'à très petite distance^ et son action est considérablement affaiblie par des écrans solides; il est facile de la supprimer pratiquement au moyen d'un écran très mince. Le radium agit à des distances considérablement plus grandes ; l'action radiographicjue des rayons du radium s'observe à plus DIVEliS PIIKNOMKNF.S OBSERVKS E\ PHESENCK DES CORPS RADIOACTIFS. Vltt de 2'" de distance dans rair_, et cela même quand le produit radiant est enfermé dans une ampoule de verre; les rayons qui agissent dans ces conditions appartiennent aux groupes ^ et *'. Grâce aux dillcrences qui existent entre la transparence de diverses matières pour les rayons^ on peut_, comme avec les rayons Riintgen, obtenir des radiographies de divers objets. Les métaux sont, en général_, opaques, sauf l'aluminium, qui est très transparent. Il n'existe pas de différence de transparence notable entre les chairs et les os. On peut opérer à grande distance et avec des sources de très petites dimensions ; on a alors des radiographies très fines. Il est très avantageux pour la beauté des radiographies de renvoyer les rayons [i de côté, au moyen d'un champ magnétique, et de n'utiliser que les rayons y. Les rayons [ii, en traversant l'objet à radiographier, éprouvent, en effet, une certaine diffusion et occasionnent un certain flou; en les suppri- mant, on est obligé d'employer des temps de pose plus grands, mais les résultats sont meilleurs. La radiographie d'un objet, tel qu'un porte-monnaie, demande un jour avec une source radiante cons- tituée par quelques centigrammes de sel de radium, enfermés dans une ampoule de verre et placés à 1 '" de la plaque sensible, devant laquelle se trouve l'objet. Si la source est à 0.0"'" de distance de la plaque, le même résidtat est obtenu en une heure. Au voisinage immédiat de la source radiante, une plaque sensible est instanta- nément impressionnée. La figure 2 {PL VII) représente la radiographie d'une médaille en aluminium, obtenue par Becquerel au moyen des rayons de l'ura- nium. Une radiographie obtenue avec les rayons du radium est représentée dans la figure 3 {PL VII). Tous les groupes de rayons qui ont pu être observés par la mé- thode d'ionisation semblent susceptibles de produire des impres- sions radiographiques. Cependant il n'a pas encore été possible d'obtenir l'effet radiographique des rayons a de l'uranium, même après 4^' jours de pose (Becquerel), alors que l'impression a été obtenue avec les rayons a de l'oxyde de thorium, dont l'intensité est comparable à celle du rayonnement a de l'oxyde d'uranium; ce fait est bien particulier si l'on admet, ainsi que cela est probable, que toutes les particules a sont de même nature. L'effet radiographique des particules a du radium C a été C. — II. i5 2'2G CHAPITRE X. étudié par M. Kinoshita ( ' ). L'intensité de l'impression était mesurée par une méthode photométrique. Cette intensité ne dépend que du nombre total des particules a reçues sur l'unité de surface. L'effet minimum qui ait pu être observé était produit par 1 o^ particules a reçues par centimètre carré. Quand le nombre des particules reçues augmentait^ l'intensité de l'impression augmentait aussi et tendait vers une valeur limite qui était atteinte pour 4- 'o** particules par centimètre carré. On a constaté aussi qu'un grain de sel d'argent est influencé par le choc d'une seule particule a; pour cela^ on examinait au microscope la plaque développée, et le nombre des grains d'argent était comparé au nombre des particules a reçues. L'action radiographique des rayons a sur une couche sensible très mince (épaisseur d'air équivalente, environ 2"") s'est montrée constante le long du parcours des rayons, et c'est seulement vers la fin de celui-ci, que se produisait une diminution rapide. Ce fait s'expliquerait en admettant que l'effet final ne dépend que du nombre des grains qui ont été rencontrés par une ou plusieurs particules lo3. Effets de charge des rayons. Action sur la décharge électrique. Applications de l'effet ionisant dans les gaz. — Nous avons vu qu'à l'intérieur d'une ampoule de verre mince contenant du radium il y a accumulation de charge électrique, les rayons [ii pouvant s'échapper de l'ampoule, tandis que les rayons a sont absorbés dans le verre (§ 107). L'accumulation de charge peut amener la décharge disruptive au travers du veri-e. Des effets analogues sont observés dans d'autres circonstances. Du polo- nium très actif ayant été conservé dans une coupelle de quartz, celle-cî s'est trouvée fendillée en un grand nombre d'endroits (-). Dans un petit tube de verre épais, contenant de l'émanation de radium pure à la pression atmosphérique, on observait la produc- tion fréquente d'étincelles dans le verre et de décharges lumi- neuses dans le gaz; de nomljreuses fentes se sont produites dans le tube (3). (') Kinoshita, Pi oc. roy. Soc. 1910. C) M. CuuiE el A. Dediekne. Comptes rendus^ i<)n (') Debierne, Comptes rendus. 1909. niVKRS l'IIKXOMKXKS OBSKItVKS KX PIlliSEXCE Di:S CORPS UADIOACTII'S. 227 MM. Elster et Geitel (') ont observé que^ sous rinfluenee des rayons du radium^ la distance explosive entre deux conducteurs métalliques pour une différence de potentiel donnée se trouvé augmentée; autrement dit, le passage de la décharge disruptive est facilité par l'action des rayons. P. Curie (-) a montré que ce phénomène est dû, au inoins pour une large part, à l'action des rayons les plus pénétrants. Si, en effet, on entoure le radium d'une enveloppe de plomb de ■>."", l'action du radium sur l'étincelle n'est pas considérablement affaiblie, alors que le rayonnement qui tra- verse n'est qu'une très faible fraction du rayonnement total. On peut observer facilement l'effet signalé en employant une bobine d'induction. Les pôles du circuit induit sont reliés par des fils métalliques à deux micromètres à étincelle, éloignés l'un de l'autre, et offrant deux chemins distincts, à peu près équivalents, pour le passage de l'étincelle. On règle les micromètres de telle sorte C{ue les étincelles passent à peu près également entre les boules de chacun des micromètres. Quand on approche le radium de l'un des deux micromètres, les étincelles cessent de passer à travers l'autre. Le phénomène dont il s'agit a encore été peu étudié, et dans certaines conditions on a même signalé la production de l'effet inverse (•'). La décharge disruptive sans électrodes dans un gaz raréfié se pro- duit pour une pression plus élevée, quand l'ampoule qui contient le gaz est soumise à l'action des rayons du radium ('). Par exemple, la pression criticj[ue qui était mesurée dans une expérience par - ji.im (jg mercure, a pris la valeur de ()oooo fois plus grande que celle de l'uranium. loi. Condensation de la vapeur d'eau sursaturée. Formation de brouillards en présence de l'émanation du radium. Influence sur le phénomène de cristallisation. — Les ions créés dans un gaz par les rayons X ou les rayons cathodiques possèdent la pro- priété de condenser la vapeur d'eau sursaturée. La rtiême expé- rience peut être réalisée avec les rayons du radium. Quand on opère une détente brusque dans l'air purgé de poussières et con- tenant de la vapeur d'eau saturante, la condensation sous forme de brouillard ne se produit que si la détente représente une augmen- tation de volume dans le rapport i,38; mais si le gaz est soutnis à l'action des rayons du radium, la condensation est déjà obtenue (') Hexxing, Ann. cl. P/tysik. 1902. — Lixke. P/ns. Zeit., kjo'ô. (-) AIoL'REAUx, Le Baciiu/n, 1904. (^) Moulin, Le Radium, 1907. CIIAIMniK X. pour une détente qui correspond à une augmentation de volume dans le rapport i^i"). J'ai constaté que la présence de l'émanation du radium peut aussi provoquer la condensation de la vapeur d'eau^ mais, con- trairement à ce qui a lieu dans le cas où Ton utilise seulement les rayons pénétrants du radium, il n'est pas nécessaire que la vapeur d'eau soit sursaturée ni même saturée. Un vase qui contient de l'eau distillée et de l'air chargé d'émanation et qui est main- tenu à une température constante, contient néanmoins un brouil- lard permanent visible à la lumière de l'arc électrique. Le même phénomène se produit quand on remplace l'eau distillée par un mélange d'eau et d'acide sulfurique à poids égaux ( ' ). Les centres de condensation en ce cas ne peuvent être les ions formés dans le gaz, puisque la sursaturation n'est pas nécessaire; j'ai montré aussi que ce ne pouvaient être les molécules d'émanation, parce que le brouillard peut être supprimé quand on établit un champ électrique intense dans le gaz, et que sa réapparition n'a lieu que progressivement lors de la suppression du champ. On pouvait donc penser que les centres de condensation sont con- stitués soit par les particules de dépôt actif présentes dans le gaz, soit par des composés chimiques qui se forment dans le gaz sous l'action de l'émanation et qui sont susceptibles d'absorber la vapeur d'eau jusqu'à formation de gouttelettes. L'expérience est favorable à cette deuxième manière de voir. On constate, par exemple, que le brouillard obtenu avec l'eau pure et l'air chargé d'émanation est faible; sa durée est de quelques jours; si l'on t-emplace l'air par le gaz carbonique, aucun brouillard persistant n'est observé. Mais si, au lieu d'employer l'eau pure, on emploie un mélange d'eau et d'acide sulfurique à poids égaux, on obtient, aussi bien en présence de l'air cju'en présence du gaz carbonique, un brouillard intense généralement très fin au début ; ce brouillard peut être observé pendant plus d'un mois ; les gouttes deviennent de plus en plus rares et finissent par disparaître. La production du brouillard a donc été grandement facilitée par l'addition de l'acide sulfurique à l'eau, alors que la pression de la vapeur d'eau est fortement diminuée. (') jM'"" Curie, Comptes rendus, mj»-] et 1908. DIVERS PHKNOMENES OBSERVES EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 23 1 Dans ces expériences les particules de dépôt actif ne doivent pas servir directement comme centres de condensation; ces particules existent, en eiïel^ dans l'air comme dans le gaz car- bonique^ et leur action devrait être plus énergique avec la vapeur d'eau saturante qu'avec celle non saturante. Il est assez naturel de penser que^ si l'on opère avec de l'eau et de l'air, les centres de condensation sont les composés nitrés qui se forment dans l'air en présence de l'émanation. Si l'on opère avec le mé- lange d'eau et d'acide sulfurique, on est conduit à faire la suppo- sition, qui peut paraître étrange, que des particules d'anhydride sulfurique se trouvent dans le gaz à la suite d'une action de l'éma- nation sur le liquide. Un brouillard persistant est aussi obtenu dans un ballon qui contient de l'acide sulfurique concentré et de l'émanation dans du gaz carbonique; ce brouillard dure plus d'un mois, tandis que les brouillards bien plus intenses qu'on peut produire dans le ballon à expériences par échaufîement local durent moins d'une journée. Des expériences variées ont été effectuées pour mettre en évidence le rôle des réactions chimiques. Pour obtenir un brouillard persistant dans un vase contenant de l'eau distillée et de l'air chargé d'émanation, il suffit de placer dans l'air du ballon à expérience un fragment de soufre ou un bouchon de caoutchouc; dans le premier cas on constate après l'expérience que l'eau con- tient aussi des traces d'acide sulfurique; dans le deuxième cas on pevit penser qu'il y a eu attaque du bouchon avec oxydation de la matière organique et du soufre. On observe des brouillards très intenses au début et très per- sistants avec l'éther de pétrole, le sulfure de carbone ou l'éther anhydre; il s'agit probablement dans tous ces cas d'une attaque de ces corps organiques; l'altération est manifeste avec le sulfure de carbone. J'ai obtenu de même des brouillards intenses et très persistants en employant l'iode dans le gaz carbonique chargé d'émanation ou le camphre dans l'air chargé d'émanation; tandis qu'avec l'iode en présence d'air et d'émanation l'effet n'est pas persistant. J'ai observé aussi un brouillard avec l'actinium en présence d'eau distillée. Les brouillards formés en présence de l'émanation ne semblent pas chargés; si Ton établit dans le ballon à expériences un champ '>.'i2 CIIAI'ITUE X. électrique intense^ le Ijrouillard est rapidement supprimé; toutefois ce n'est là probablement qu'un elîet de déplacement de particules non chargées dans un champ non uniforme; l'entraînement a lieu vers les bords des électrodes^ et l'aspect du déplacement est indé- pendant du sens du champ. La formation d'un brouillard dans un vase qui contient de l'émanation peut être considérée comme un indice de réaction chimique. Une concentration assez forte en émanation est néces- saire au début pour la production du brouillard (par exemple^ l'émanation saturée de V^ de chlorure de radium^ dans un volume de lao*^'"'); une fois formé^ le brouillard peut durer pendant un mois^ alors que la concentration en émanation est devenue 200 fois plus faible. Des effets de condensation de vapeur d'eau faiblement sursa- turée ou simplement saturée ont été obtenus sous l'influence de rayons X_, de la lumière ultraviolette et des rayons pénétrants du radium ('); la condensation a été attribuée à la formation dans le gaz de certains composés chimiques tels que les composés nitrés. Les gouttelettes que j'ai observées sont fines et mobiles; elles sont entraînées dans les lents mouvements du gaz dans le ballon d'expériences_, et il n'a pas été jaossible d'observer qu'elles fussent sensibles à l'action de la pesanteur. Ces gouttelettes^ qui doivent d'ailleurs être chargées de dépôt actif, sont cependant certaine- ment plus grosses que les agglomérations qui se forment dans un gaz humide sur les particules du dépôt actif, et dont la vitesse de chute a pu être révélée (con" i; 86) ; dans ces expériences la concentration de l'émanation était, en effet, beaucoup trop faible pour qu'un brouillard pût être observé. La chute des gouttelettes visibles pourrait donc, sans doute, être constatée dans une enceinte à une température parfaitement constante. Observées au micros- cope, ces gouttelettes manifestent un mouvement brownien. Il semble d'après cela qu'il existe, dans les gaz contenant Témanation du radium, des agglomérations chargées de dépôt actif dont la grosseur est très variable. Ces agglomérations utilisent pour leur formation les molécules du gaz, les molécules d'eau et les molécules des composés chimiques formés dans le gaz (') Barkow, Ann. d. l'Iiys., 1907. DIVERS PIIKNOMi:XES OBSERVES EN l'RESE.NCE DES CORPS RADIOACTIFS. M > en présence de l'émanation. Les jdIus petits de ces aggrégats ne se manifestent que par la manière dont ils interviennent dans le phénomène d'activation d'un corps solide au contact du gaz contenant l'émanation; ils sont vraisemblablement formés sans le secours de molécules d'eau. Les agglomérations formées à l'aide de molécules d'eau et de certains autres composés sont plus grosses; elles sont sensibles à la pesanteur, et peuvent même devenir visibles. Les rayons pénétrants du radium déterminent la cristallisation de substances à l'état de surfusion. L'expérience a été faite avec le soufre soigneusement purifié ( ' ). Un grain de soufre étant enfermé entre un porte-objet plan et un verre de montre, on peut obtenir par distillation une couche uniforme de gouttelettes sphé- riques d'un diamètre de j.iv- à ()o!^. La cristallisation spontanée de ces gouttes se propage lentement mais régulièrement. Pour étudier l'influence des rayons du radium^ on exposait à l'action de ces rayons la moitié de la surface occupée par les gouttes^ l'autre moitié étant protégée par un écran en plomb. La source des rayons était une petite ampoule de verre mince contenant une petite quantité de sel de radium. L'accroissement du nombre des gouttes cristallisées était observé au microscope pour la partie A exposée au rayonnement et pour la partie B non exposée^ et l'on constatait que dans la partie A cet accroissement était plus rapide. C'est ainsi qu'après 28 jours d'exposition la partie A accusait un nombre 5 fois plus grand de centres de cristallisation; en même temps la cristallisation se propageait plus rapidement de goutte à goutte, de sorte que le nombre total des gouttes cristallisées était I 1 fois plus grand dans la partie A que dans la partie B. Cependant il restait toujours des gouttes conservant leur trans- parence. La préparation ayant alors été portée pendant 6 heures à une température de 'jo", toutes les gouttes dans la partie A étaient après ce temps cristallisées sans exception^ alors que la formation de cristaux dans la partie B n'aA'ait fait que des progrès médiocres. Une exposition de 2(S jours à l'action des (') Frischauer, Comptes 1-endus. 1909. aS'i ciiAPiTRi: X. rayons avait donc influencé toutes les gouttes de soufre^ en donnant lieu à la formation de germes de cristallisation; mais tous les germes formés ne s'étaient pas développés à la température ordi- naire; réchauffement à 70" en augmentant la vitesse de cristal- lisation_, sans produire de noyaux nouveaux^ a suffi pour provoquer le développement des germes restés latents. La cristallisation du soufre surfondu est également facilitée en présence de l'émanation du radium, et l'effet semble attribuable surtout à la radioactivité induite produite par celle-ci. Les gout- telettes de soufre cristallisent de préférence sur les parties de la surface du récipient qui reçoivent le dépôt actif en vertu de l'action de la pesanteur sur ce dernier. En exposant la préparation de soufre pendant 20 heures à l'action de rayons Rontgen, on n'a constaté aucune différence entre la partie exposée et la partie non exposée. Il est probable d'après cela que, dans les expériences avec les rayons du radium, l'effet sur la cristallisation doit être attribué aux rayons [j plutôt qu'aux rayons y. Cet effet est probablement lié à la charge élec- trique des rayons. 15o. Action ionisante des rayons du radium sur les liquides et les solides isolants. — P. Curie a montré que les rayons du radium et les rayons R('»ntgen agissent sur les diélectriques liquides comme sur l'air, en leur communiquant une certaine conductibilité élec- trique ('). Voici comment était disposée l'expérience {fig. i4t>) ". Le liquide à expérimenter était placé dans un vase métal- lique CDEF, dans lequel plongeait un tube de cuivre mince AB; ces deux pièces métalliques servaient d'électrodes. Le vase était maintenu à un potentiel connu, au moyen d'une batterie de petits accumulateurs, dont un pôle était à terre. Le tube AB était en rela- tion avec l'électromètre; on mesurait le courant qui passait au travers du liquide. Le tube de cuivre MNM'N', relié au sol, servait de tube de garde pour empêcher le passage du courant à travers l'air. Une ampoule contenant le sel de baryum radifère pouvait être placée au fond du tube AB; les rayons agissaient sur le liquide après avoir traversé le verre de l'ampoule et les parois du tube (') 1'. CcRiE, Coiitples rendus, 17 février i()0:>. DIVKRS PHKXdMÈNIîS OBSERVÉS EN PRÉSENCE DES COIU'S R ADIO ACTIES. 235 métallique. On pouvait encore faire agir le radium en plaçant Tampoule en dessous de la paroi DE. Pour agir avec les rayons Rtintgen^ on faisait arriver ces rayons au travers de la paroi DE. L'accroissement de conductibilité par l'action des rayons du radium ou des rayons Rimtgen semble se produire pour tous les Fiic. l'i'i M^îilCcev diélectriques liquides; mais^ pour constater cet accroissement^ il est nécessaire que la conductibilité propre du liquide soit assez faible pour ne pas masquer l'effet des rayons. En opérant avec le radium et les rayons de Runtgen^ P. Curie a obtenu des effets du même ordre de grandeur. Quand on étudie avec le même dispositif la conductibilité de l'air ou d'un autre gaz sous l'action des rayons de Becquerel^ on trouve que l'intensité du courant obtenu est proportionnelle à la différence de potentiel entre les électrodes^ tant que celle-ci ne dépasse pas quelques volts: mais pour des tensions plus élevées^ l'intensité du courant croît de moins en moins vite^ et le courant de saturation est sensiblement atteint pour une tension de i oo volts. Les liquides étudiés avec le même appareil et avec le même produit radiant très actif se comportent différemment; l'inten- sité du courant est proportionnelle à la tension quand celle-ci ■>3G ciiAPirur: x. varie entre o et /\.)o volts^ et cela même quand la dislance des électrodes ne dépasse pas ()""". On peut alors considérer la con- ductivité provoquée dans divers liquides par le rayonnement d'un sel de radium agissant dans les mêmes conditions. Les nombres du Tableau suivant multipliés par iu~''' donnent la conductivité en mhos (inverses d'ohm) pour i""' : Sulfure de carbone lo Ether de pétrole i ) Amylène i i Chlorure de carbone S Benzine 4 Airliquid e i,3 Huile de vaseline 1.6 On peut cependant supposer que les liquides et les gaz se com- portent d'une façon analogue_, mais que^ pour les liquides, le cou- rant reste proportionnel à la tension jusqu'à une limite bien plus élevée que pour les gaz. On pouvait, par analogie avec ce qui a lieu pour les gaz, chercher à abaisser la limite de proportion- nalité en employant un rayonnement beaucoup plus faible. L'expérience a vérifié cette prévision; le produit radiant employé était i5o fois moins actif que celui cjui avait servi pour les pre- mières expériences. Pour des tensions de 5o, 100, 200, 4<^<* volts, les intensités du courant étaient représentées respectivement par les nombres 109, i85, ^.oj, 335. La proportionnalité ne se maintient plus, mais le covxrant varie encore fortement quand on double la différence de potentiel. Quelques-uns des liquides examinés sont des isolants à peu près parfaits, quand ils sont maintenus à une température constante et qu'ils sont à l'abri de l'action des rayons. Tels sont : l'air liquide, l'éther de pétrole, l'huile de vaseline, l'amylène. Il est alors très facile d'étudier l'effet des rayons. L'huile de vaseline est beaucoup moins sensible à l'action des rayons que l'éther de pétrole. Il con- vient peut-être de rapprocher ce fait de la différence de volatilité qui existe entre ces deux hydrocarbures. L'air liquide qui a ])OuilIi pendant quelque temps dans le vase d'expérience est plus sen- sible à l'action des rayons que celui qu'on vient d'y verser; la conductivité produite par les rayons est de 20 pour 1 00 plus grande dans le premier cas. DIVKRS PHÉNOMÈNES OlîSERVKS liN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 73~ P. Curie a étudié sur l'amylène et sur l'éther de pétrole l'action des rayons aux températures de ^-lo" et de — i-". La conduc- tivité due au rayonnement diminue de ~ seulement de sa valeur, quand on passe de i o" à — 1 7". Dans les expériences où l'on fait varier la température du liquide on peut, soit maintenir le radium à la température ambiante, soit le porter à la même température que le liquide; on obtient le même résultat dans les deux cas. Cela tient à ce que le rayonnement du radium conserve la même valeur à la température ordinaire et à la température de l'air liquide. La découverte de cette action des rayons sur les liquides iso- lants a une grande importance au point de vue de la théorie de l'ionisation; elle prouve que les rayons qui ionisent les gaz peuvent aussi communiquer aux liquides une conductibilité qui consiste, selon toute vraisemblance, dans une ionisation de ces liquides. Les différences observées dans la nature du phéno- mène proviennent de ce fait que les ions dans les liquides doivent être beaucoup inoins mobiles que les ions créés dans les gaz. L'étude de l'action des rayons pénétrants du radium sur les diélectriques liquides a été poursuivie par M. Jaffé ('), qui employait à cet effet un condensateur à plateaux plongé dans le liquide; un faisceau étroit de rayons de radium pénétrait dans le condensateur normalement aux plateaux. Les recherches ont porté sur l'éther de pétrole, dont les échantillons les plus purs se sont montrés les plus sensibles à l'action des rayons; la conductibilité spontanée de ces échantillons pouvait être négligée. La conductibilité due aux rayons augmente lentement avec le temps, l'augmenta- tion atteignant, par exemple, i ■> pour 1 00 en i o jours ; mais pour un temps limité on trouvait une conductibilité bien définie. La satura- tion n'était jamais atteinte; pour les champs très intenses le phéno- mène devenait irrégulier, annonçant l'approche de la distance disruptive ; le champ le plus foit employé était voisin de Glioo — L'ordre des courants observés était entre io~" et io~'- ampère par centimètre carré de surface des plateaux dont la distance variait entre i""" et -""",5, la source radiante étant constituée (") Jaffe. Journal de Pliysique, 190G: Aiin. d. Physik. 1908. 238 ciiAi'iTun: x. par '2"^ de sel de radium pur. M. Jafîé a constaté que la courbe i ^= f(^h) qui donne l'intensité du courant en fonction du champ ne semble pas indiquer comme limite lin courant de saturation indépendant du champ^ mais un courant proportionnel au champ suivant la loi d'Ohm. La relation observée est de la forme /= J\li) -t ch, oii j[h) représente un courant saturable, dont l'intensité limite est atteinte pour h = qoo — — environ, et c une constante qui aug- i "'cm A o mente avec la distance des plateaux; la valeur limite de /(A) croît aussi avec la distance des plateaux. Aussi bien /(/i) que c sont proportionnels à la quantité du radium employée. On peut donc penser c{ue_, dans le cas des liquides isolants^ deux espèces d'ions interviennent : une espèce d'ions relativement mobiles^ et une deuxième espèce d'ions de mobilité beaucoup plus faible; ces derniers interviendraient pour produire la conductibilité ohmique. La conductibilité due aux petits ions devrait fournir une valeur limite du courant proportionnelle à la distance des plateaux pour des rayons pénétrants; en réalité /(/i) croît d'abord moins vite que la distance des plateaux, ce qui tient probablement à la production de rayons secondaires absorbables sur la surface des plateaux. La conductibilité ohmique c croît aussi avec la distance des plateaux, moins vite que celle-ci; elle ne peut donc correspondre à une production uniforme de gros ions dans le volume compris entre les plateaux,, une telle production donnant lieu à une con- ductibilité indépendante de la distance des plateaux. Les mêmes caractères se retrouvent pour la conductibilité d'autres liquides isolants; le tétrachlorure de carbone, le sulfure de carbone et le benzène. Au lieu d'admettre que les petits ions et les gros ions sont formés d'une manière indépendante dans le liquide soumis aux rayons du radium, on peut chercher à expliquer les résultats expérimentaux en admettant que les gros ions sont formés aux dépens des petits par un mécanisme analogue à celui par lequel M. Langevin a expliqué la formation de gros ions dans l'atmosphère ( ' ) ; dans cette manière (■) Langevin, Comptes rendus, i<|()5. DIVERS PHÉXOMÈNES OBSERVÉS EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 289 de voir, les petits ions se transforment en gros ions en se fixant sur des particules de plus grandes dimensions, vers lesquelles ils dif- fusent au sein du milieu cjui les contient. Il semble cependant possible d'obtenir^ par une purification très soignée, des diélectricjues liquides dans lesquels la formation de gros ions n'est pas sensible. M. Jafïé a pu préparer de l'hexane et de l'éther de pétrole dont la conductibilité est définie, et avec lesquels le courant de saturation est obtenu pour une différence de potentiel de 400 volts sur une longueur de .>"""; la saturation se maintient jusqu'à une différence de potentiel de 2000 volts. Cette conductibilité spontanée est 1 2 fois plus grande que celle de l'air à l'état normal; elle est due à l'action de rayons pénétrants venant de l'extérieur; on constate, en effet, qu'on peut la dimi- nuer en entourant le liquide par un écran épais; la conductibi- lité est indépendante de la température entre 0° et io" et ne pré- sente pas d'effets résiduels. L'hexane pur peut être utilisé avec avantage pour l'étude de rayons très pénétrants. La mobilité des ions dans l'éther de pétrole est de l'ordre de io~^ ■:; — pour un champ de i volt par centimètre, et le coeffi- cient de recombinaison est de Tordre de io~"^. Ces valeurs sont considérablement plus faillies que celles observées clans les gaz ( ' ). H. Becquerel (-) a montré que les diélectriques solides peuvent aussi acquérir une certaine conductibilité par l'action des rayons du radium. L'expérience a été faite avec de la paraffine cjui remplis- sait l'intervalle compris entre l'électrode centrale et l'armature extérieure d'un condensateur cylindrique. L'électrode était reliée à l'électromètre et le vase extérieur à la batterie. L'isolement était parfait en l'absence du radium; mais quand on faisait agir le radium, on pouvait observer un courant de charge de Télectro- mètre, La conductibilité augmente avec le temps d'exposition aux rayons du radium. Elle persiste quand on retire le radium, et peut encore être observée après 1 heure. Si, après avoir enlevé le radium, on relie au sol le vase extérieur, l'électromètre se charge (') E. V. SCHWEIDLER et CaCILIA BnHMWENDT. (-) Comptes rendus, igoS. 240 CHAPITRE X. en sens contraire par suite de la présence dans la paraffine de charges résiduelles qui ne se dissipent que très lentement; la disparition de ces charges est favorisée par une exposition aux rayons du radium en l'absence du champ. Des phénomènes analogues sont observés avec le soufre. La conductibilité qui s'établit dans les diélec- triques^ soumis à l'action des rayons pénétrants du radium, semble se maintenir en présence du radium; elle peut être observée pendant un grand nombre de jours. Ainsi la production d'ions sous l'influence des rayons pénétrants des corps radioactifs a lieu dans les corps solides comme dans les corps liciuides et les corps gazeux. Les effets observés rappellent les effets de polarisation résiduelle des diélectriques après action du champ électrique, de sorte qu'on peut se demander si cette polarisation n'est pas liée à la présence d'ions à l'état normal dans les diélectriques solides. On peut étudier l'action des rayons y. sur les diélectriques solides, en utilisant comme source radiante le polonium ( ' ), (-). Les diélectriques : soufre, paraffine, sont utilisés en couche très mince. Le courant dû au rayonnement, très fort au début, en comparaison du courant spontané, se réduit rapi- dement à zéro. Si alors on réunit entre elles les armatures du condensateur, on observe la production d'un courant de sens inverse qui restitue la quantité d'électricité recueillie auparavant par le système. Ces résultats paraissent attribuables entièrement ou presque entièrement à la présence de bulles gazeuses entre la lame isolante et les armatures qui la recouvrent. Cependant on pourrait s'attendre à observer un phénomène analogue en admettant que les rayons -j. produisent l'ionisation dans une couche très mince du diélectrique, et que les ions produits ne peuvent éprouver qu'un déplacement très limité; le courant s'éteindrait (juand le déplacement des charges dans la couche ionisée aurait donné lieu à la production d'un champ inverse annulant le champ primitivement établi. Les diélectriques solides possèdent, en général, une faible conduc- tibilité spontanée, qiii augmente avec la température; il en est de (') BiALOBjESKY, Co/»;D/es /r»43 être mise en évidence ('). D'après M. D. Berthelot (-) certains échantillons de c[uartz ne se colorent pas, et la coloration est due à la présence d'impuretés. Il est probable cpie la coloration du ([uartz enfumé naturel est due aussi à des radiations antérieure- ment reçues. Divers corindons se colorent sous l'action des rayons du radium. On a vu plus haut c[u'un effet analogue est produit sur le diamant. La nature de toutes ces colorations est encore peu connue. Dans le cas des sels alcalins MM. Elster et Geitel ont cherché à expliquer la coloration par la mise en lil)erté du métal alcalin qui se trouve ensuite dans le sel à l'état de solution solide. Cette interprétation est basée sur ce fait que les sels alcalins colorés par les rayons cathodiques produisent d'une manière intense le phénomène photo- électrique (émission d'électricité négative par éclairement à la lumière ultraviolette), qui est aussi très facilement produit par les métaux alcalins. Les colorations dues aux rayons du radium disparaissent lente- ment par l'action de la lumière et rapidement par l'action de la chauffe. On a vu que la thermoluminescence et la production de phosphorescence sont généralement accompagnées d'une colo- ration plus ou moins rapide de la substance soumise à l'action des rayons. Tous les groupes de rayons produisent la coloration; mais tandis que celle c[ui est produite par les rayons a est peu profonde, l'effet des rayons pénétrants est plus homogène dans la masse de la substance. La zone colorée due à l'action des rayons a sur le verre, apparaît nettement limitée. Quand la matière active est au contact du verre, l'épaisseur de cette zone correspond bien au parcours des rayons dans le verre, tel cju'on peut le calculer (o""",^^) pour les rayons a du radium) (■'). Certains minéraux (biotite, cordiérite, muscovite) contiennent des régions colorées, franchement limitées, nommées halos pléo- chroïques; ces régions se forment autour de cristaux microscopiques (') Salomonsen et Dreveh, ComjiLc^ rendus. lyo'i. (-) D. Berthelot, Comptes rendus, 1907. (■■*) RUTHERFORD, PhU. Mog., IQIO. 24 i CIIAPITRi: X. inclus (zircone, apatite). Leur formation a été expliquée par l'action des rayons a du radium contenu dans les cristaux ('). Le halo peut se composer de zones successives qui correspondent à des rayons a de parcours différents. On peut-, par exemple, observer un halo constitué par une sphère intérieure sombre et par une couronne concentrique moins colorée, les rayons des deux surfaces sphériques (o""",():i>. et ()""",o34) correspondant respectivement aux parcours du radium A et du radium C. Le papier est altéré et coloré par l'action du radium. Il devient fragile, s'effrite et ressemble enfin à une passoire criblée de trous. Une action analogue a lieu sur les feuilles des plantes. Dans certaines circonstances il y a production d'ozone dans le voisinage de composés très actifs. Les rayons qui sortent d'une ampoule scellée, renfermant du radium, ne produisent pas d'ozone dans l'air qu'ils traversent. Au contraire, vme forte odeur d'ozone se dégage quand on ouvre l'ampoule. D'une manière générale l'ozone se produit dans l'air, quand il y a communication directe entre celui-ci et le radium. La communication par un conduit même extrêmement étroit est suffisante; il semble donc que l'action de l'émanation du radium est efficace pour la production d'ozone et que l'action des rayons pénétrants ne l'est pas. Dans diverses expériences avec de l'émanation du radium, j'ai très souvent cons- taté une forte odeur d'ozone lors de l'ouverture d'un appareil où l'émanation avait séjourné pendant quelque temps. L'observa- tion relative à la production d'ozone a été d'abord faite par Demarçay et a été confirmée ensuite par P. Curie ('-). Cette obser- vation était très intéressante parce que l'on avait constaté ainsi pour la première fois que les corps radioactifs déterminent des réactions chimiques qui demandent une dépense d'énergie. Diverses transformations chimiques qui se produisent sous l'action de la lumière ont aussi été obtenues par l'action des rayons du radium. Telles sont : la transformation de phosphore blanc en phosphore rouge par les rayons [i du radium, observée par II. Becquerel ('); la précipitation du calomel dans une solulion de (') JoLY, Phil. Ma g., 1910. (-) Curie, Comptes rendus, 1899. ( -^ ) Becquerel, Comptes rendus, 1901. DIVIÎHS PIIEXOMKNES OBSERVES EN PRESENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 'l^J bichlorure de mercure en présence d'acide oxalique; la mise en liberté d'iode dans une solution d'iodoforme dans du chloro- forme (') (action des rayons pénétrants); décomposition de l'acide iodique et de l'acide azotique {-), etc. Les rayons a du radium déterminent la coagulation de la globu- line de la même manière que les ions métalliques des clectrolytes liquides ('); l'effet est dû à l'action des rayons a seulement, qui agissent en ce cas comme corpuscules de dimensions atomiques, portant une charge positive. Les composés radifères semblent s'altérer avec le temps, sans doute sous l'action de leur propre radiation. On a vu (§ 4-3) que les cristaux de chlorure de baryum radifère qui sont incolores au moment du dépôt prennent peu à peu une coloration tantôt jaune ou orangée, tantôt rose; cette coloration disparaît par la dissolution. Le chlorure de baryum radifère dégage des composés oxygénés du chlore : le bromure dégage du brome. Ces transfor- mations lentes s'affirment généralement qvielque temps après la préparation du produit solide, lequel, en même temps, change d'aspect et de couleur, en prenant une teinte jaune ou violacée. La lumière émise devient aussi plus violacée. Les sels de radium purs semblent éprouver les mêmes trans- formations que ceux cjui contiennent du baryum. Toutefois les cristaux de chlorure, déposés en solution acide, ne se colorent pas sensiblement pendant un temps qui est suffisant, pour que les cristaux de chlorure de baryum radifère, riches en radium, prennent une coloration intense. Une solution de chlorure de radium pur contenue dans un vase de platine attaque celui-ci avec dissolution de platine; cette réaction est probablement due à la mise en liberté de chlore dans la solution ('). Les rayons pénétrants du radium déterminent la combinaison lente du chlore et de l'hydrogène, avec formation d'acide chlorhy- drique; cet effet est analogue à celui de la lumière ( '). ( ') Hardy et .Miss Wilcuck, Proc. Boy. Soc, 1900. (^) Bkrthelot. Comptes rendus, igm. (') Hardy, Proc. phys. Soc, i()oo. (') M. CuRiK, Le Radium, 1907. (*) JoRissEX et RiNGER, Deutsch. chem. Ges., 1906. o46 niAPiTRp: \. Les substances radioactives sont capables de produire des effets chimiques qui demandent une dépense d'énergie. On en a vu un premier exemple dans la formation d'ozone aux dépens de l'oxygène de l'air. Mais un autre exemple très important peut être signalé; c'est la décomposition de l'eau en présence des corps radioactifs. Cet effet a été constaté à la suite d'observations faites sur les dégagements des gaz en présence des sels de radium. P. Curie et M. Debierne (') ont constaté que si l'on a fait le vide sur un sel de radium contenu dans une ampoule^ le vide ne se main- tient pas^ et la pression augmente par suite d'un dégagement de gaz par le composé de radium. M. Giesel ("-) a observé qu'une solution de bromure de radium dégage des gaz d'une manière continue. Ces gaz sont principalement de l'hydrogène et de l'oxygène, et la composition du mélange est voisine de celle de l'eau; on peut admettre cfu'il y a décomposition de l'eau en présence du sel de radium. Le même effet est obtenu avec les solutions des autres sels solubles. Les gaz qui se forment dans un sel solide (chlorure^ bromure) remplissent les pores du sel et se dégagent abondamment quand on dissout celui-ci. On peut aussi les extraire au moyen d'une trompe à mercure, en chauffant le sel pour faciliter le dégagement. Le mélange de ces gaz contient aussi principalement de l'hydrogène et de l'oxygène. Bien que le dégagement de gaz ne soit pas très rapide, il est cependant suffisant pour qu'il soit nécessaire d'en tenir compte pour le maniement et la conservation des sels de radium. On peut attribuer à des dégagements gazeux deux accidents qui se sont produits dans les expériences de P. Curie ('). Une ampoule de verre mince scellée, remplie ])resque complètement par du bromure de radium solide, a fait explosion deux mois après la fermeture, sous l'effet d'un faible échaulTement ; rexjilosion était probablement due à la pression du gaz intérieur. Dans une autre expérience une ampoule, contenant du chlorure de radium préparé depuis longtemps, communiquait avec un réservoir d'assez grand volume (') Curie el Dkiîikuni;. CddiiiIcs rendus. 1907. ■-) Giesel, Derichlc cl. il. clwrn. Gcs.. ii)0!. •') M""" CuruE. Thèse tic doctorcil. l'aris, wyil. DIVKRS PHKNOMÈNES OBSEUVKS KN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. '47 dans lequel on maintenait un vide très parfait. L'ampoule ayant été soumise à un échaufïement assez rapide vers 3oo", le sel fit explosion; l'ampoule fut brisée, et le sel fut projeté à distance; il ne pouvait y avoir de pression notable dans l'ampoule au moment de l'explosion. L'appareil avait d'ailleurs été soumis à un essai de ehaulTage dans les mêmes conditions en l'absence du sel de radium, et aucun accident ne s'était produit. Ces expériences montrent qu'il y a danger à chauffer du sel de radium préparé depuis longtemps, et qu'il y a aussi danger à conserver longtemps le radiuin en tube scellé. M. Alîbe (') a décrit de même un accident où une ampoule scellée qui contenait 5o'"^ de bromure de radium pur et desséché et qui était restée fermée pendant 3 mois, fit explosion violemment à la suite d'une pression légère exercée sur la pince qui la tenait; le sel pulvérisé a été projeté à l'état de nuage. Il est vraisemblable que le sel n'était pas parfaitement sec dans cette expérience. Les ampoules scellées contenant du sel de radium pur doivent être préparées avec beaucoup de soin. Le sel sec étant introduit dans l'ampoule, on laisse celle-ci longtemps à l'étuve avant de la fermer; il est bon aussi de souder dans le verre de l'ampoule un fil de platine fin cjui pénètre à l'intérieur et c{ui facilite la dissi- pation vers l'extérieur des charges électriques qui s'accumulent à l'intérieur de l'ampoule. Les données quantitatives sur le volume des gaz dégagés en un temps donné par une quantité connue de radium sont peu précises. P. Curie a observé une production d'environ o*^™', 2 par gramme de bromure de radium et par heure ; la production observée par M. Ramsay (-) varie entre t)*^'"'. 2 et o*^^'"', \ par gramme et par heure, soit en moyenne environ o*^"'', 3 par gramme de radium et par heure. M. Debierne {^) a obtenu o'^"'',5/| de gaz tonnant par gramme de radium et par heure, comme résultat moyen de plusieurs expériences concordantes. La production de gaz tonnant par le radium en solution est du même ordre de grandeur que celle qu'on obtiendrait, si le nombre (') Médical Record, mio^. (-) Ramsay, Soc. chini.. Londres, 1^107. (') Debierne, Comptes rendus. 1909. 9./,8 CIIAPITRK X. des molécules d'eau, dissociées par les rayons a émis, était égal au nombre d'ions que ces mêmes rayons peuvent produire dans l'air. Les gaz dégagés par les sels de radium contiennent des traces de gaz hélium. Ce fait extrêmement important sera étudié dans la suite de ce Chapitre. M. Debierne a montré que les solutions d'actinium donnent lieu à une production d'un mélange d'oxygène et d'hydrogène; la production très régulière était évaluée à o""',ou- par heure pour la solution utilisée; elle correspondait donc à celle qui aurait été obtenue avec y/" environ de radium. Si les gaz dégagés proviennent de la décomposition de l'eau, la composition du mélange gazeux doit être celle du gaz tonnant; toutefois l'analyse a montré que l'on constate toujours un excès d'hydrogène sur cette proportion. M. Ramsay a indiqué que cet excès est de .) à i () pour i oo ; il a donc une valeur importante. Quand on extrait par la chauffe le gaz occlus dans le bromure solide préparé depuis longtemps et fortement altéré dans son apparence et sa couleur, il peut même arriver que le gaz extrait soit presque entièrement de l'hydrogène. On peut donc se demander ce que devient l'oxygène qui a été formé. On peut penser que ce gaz a été utilisé pour la formation de composés oxygénés; toutefois M. Ramsay n'a pu mettre en évidence dans la solution de bromure de radium ni la formation de brome, ni celle d'ozone ou d'eau oxygénée, ni celle d'un bromate. M. Ramsay (') a réalisé la décomposition de l'eau par l'action de l'émanation du radium. L'eau était contenue dans un ballon de verre dans lequel on introduisait de l'émanation; les autres gaz étaient éliminés. Le ballon était alors scellé et conservé pendant un mois avec agitation fréquente. Après ce temps, M. Ramsay constatait dans le ballon la présence d'un mélange d'oxygène et d'hydrogène, dont le volume dans les diverses expériences était de i*^"', 8 à i''"', la quantité d'émanation employée étant égale environ à l'émanation saturée de i'"" de radium. Dans le mélange il y avait un excès d'hydrogène de > à i \ pour loo par rapport à sa proportion dans le gaz tonnant. L'examen de l'eau n'a pas révélé la présence de l'eau oxygénée, (') Uamsay, Soc. chi/n. Londres. 1907. DIVERS I'HÉNOMÈm:S OHSKIiVÉS EN PHKSKNCK DES CORPS RADIOACTIFS. u/JO La décomposition de l'eau en présence de l'émanation du radium constitue, d'après M. Ramsay, un phénomène réversible, et il y aurait en même temps recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène avec formation d'eau. Les gaz extraits d'une solution de sel de radium ont été séparés en deux portions; l'une a été soumise à l'action de la décharge électricjue, et l'on a observé un volume restant d'hydrogène d'environ 5 , (j pour i oo. L'autre portion dont le volume était l>/"'', i 2 a été conservée en tube scellé pendant un mois; le volume après ce temps n'était plus cjue de i""Y'i<^, il y ^ donc eu recombinaison de 00 pour 100 du mélange tonnant; on a d'ailleurs constaté que l'excès d'hydro- gène constituait 5 pour 100 du volume initial. L'expérience a été Eau distillée f^- Bojfjfs^^//;; ~ . )0 CHAPITRK X. du radium est suffîsante pour donner lieu à la décomposition de l'eau, l'effet étant cependant beaucoup plus lent que celui qui est obtenu par l'action du radium en solution. L'expérience était réalisée de la manière suivante : Une ampoule de verre scellée, contenant une quantité impor- tante de chlorure de radium pur, était placée dans un tube de verre plongeant dans de l'eau distillée [fig. i'Î7); celle-ci était contenue dans un récipient de verre communiquant avec un manomètre à mercure. Les rayons agissant sur l'eau avaient déjà traversé le verre de l'ampoule et le verre du tube, soit une épaisseur totale d'environ o ,5. L'épaisseur d'eau autour du tube était de i"", a. Pour faire une expérience, on commençait par éliminer complètement l'air du récipient contenant l'eau, puis on plaçait l'ampoule à radium, et l'on observait la pression indiquée par le manomètre à des intervalles de temps déter- minés. L'augmentation de pression était parfaitement régulière et presque exactement proportionnelle au temps. Dans une expé- rience ayant duré plusieurs mois, on a pu cependant observer vers la fin une légère diminution progressive du débit. Le déga- gement s'arrêtait complètement lorsqu'on retirait l'ampoule à radium. Le gaz obtenu, mis en présence de cuivre et d'oxyde de cuivre chauffés et d'anhydride phosphorique, était complètement absorbé. Le débit a été en moyenne de o'"'', i i5 par jour et par gramme de radium, soit un peu moins de i pour i oo de celui de la solution de chlorure de radium. Si tout l'appareil est entouré d'une gaine de plomb de plusieurs centimètres d'épaisseur, le débit est un peu augmenté et l'augmentation est d'environ .> pour loo. Cette augmentation du débit doit être attribuée à l'action des rayons secondaires émis par le plomb. La très légère diminution du débit qui se produit au bout d'un certain temps peut être attribuée à une absorption du gaz par des produits secondaires formés dans l'eau, ou à une petite recombinaison du mélange gazeux sous l'influence des rayons du radium. Dans cette expérience, l'énergie nécessaire ne peut être em- pruntée qu'au rayonnement absorbé par l'eau. Cette énergie représente approximativement la dix-millième partie de l'énergie totale émise par le radium. Cependant comme les rayons a sont DIVERS l'HKNOMKMiS OiiSIZRVKS EX PRESENCE DES CORPS RADIOACTIFS. ■. >- J I complètement absorbés par le verre ainsi qu'une partie importante des rayons 3^ on peut penser que l'énergie dvi rayonnement, absorbée par l'eau, est seulement de l'ordre de i pour loo de l'éneroie totale. Il en résulte qu'environ i pour i ou de l'énergie absorbée par l'eau a été transformé en énergie chimique. L'étude de la composition du gaz, mis en liberté par l'action des rayons [j du radium sur l'eau pure, a montré que ce gaz est constitué uniquement par de l'hydrogène et que l'oxygène est absent ( ' ). Par contre on constate après l'expérience la présence dans l'eau de petites quantités d'eau oxygénée, et en dosant celle-ci on arrive à rendre compte de l'utilisation de l'oxygène. La décomposition de l'eau par les rayons pénétrants semble donc se produire suivant la formule Le même mode de décomposition a été oJDservé pour l'action sur l'eau de la lumière ultraviolette émise par un arc au mercure. Il est probable d'après ces résultats que la décomposition de l'eau en présence du radium est due surtout à l'action des rayons a et, dans une mesure moindre, à l'action des rayons ^1 On peut d'ailleurs remarc[uer que l'énergie dégagée par le radium, me- surée par le dégagement de chaleur, est d'environ iiH'-'^ par gramme de radium et par heure: cette énergie correspond à la formation d'environ ST/'"' de gaz tonnant par heure; la pro- duction réelle de gaz tonnant dans une solution de sel de radium est très éloignée de cette valeur, et n'en constitue qu'environ I pour loo. D'après les expériences de M. Ramsay, l'utilisation de l'énergie de l'émanation pour la décomposition del'eavi est bien meilleure. On verra plus loin que l'émanation saturée qui est en équilibre avec un gramme de radium peut dégager en tout une quantité de chaleur égale à iiooo'"' environ (§ 16J ), ce qui correspond à la formation de ."i-oo'"'"' de gaz tonnant. Si l'éma- nation saturée de f"^ de radium peut fournir 4'"" de ce gaz, l'énergie utilisée pour la réaction chimique constitue i- pour loo de l'énergie totale. Il est facile de comprendre que la production de gaz tonnant, (') IvEUNDAUM, Comj>lcs rendus, 11)09. CHAPITRE \. observée pour les solutions de radium^ ne se soit pas montrée la même dans tous les cas. En effet, cette production doit dépendre de la manière dont les rayons sont utilisés^ elle dépend donc du dispositif expérimental employé. D'ailleurs, les gaz naissants peuvent être soit utilisés pour des réactions chimiques^ soit par- tiellement recombinés^ soit occlus dans le liquide à l'état de disso- lution sursaturée; pour obtenir leur dégagement il est bon de faire bouillir le liquide, mais cette opération peut paraître dan- gereuse. Enfin il est possible que, même avec une absorption totale du rayonnement dans l'eau, l'énergie du rayonnement ne serait pas complètement utilisée pour la décomposition de celle-ci. La décomposition de l'eau par l'action du polonium a été con- statée par M. Curie et M. Debierne ('); la décomposition, doit être attribuée en ce cas, à l'action des rayons a seulement. Il n'est plus douteux que par l'action du radium on peut réaliser des réactions chimiques de nature diverse. On peut notam- ment utiliser l'émanation du radium, ce qui dispense de faire intervenir les propriétés chimiques des sels de radium. Des expé- riences à ce sujet ont été faites par MM. Ramsay et Cameron (-); les effets suivants ont été observés : Décomposition du gaz carbonique en carbone, oxygène et oxyde de carbone. Décomposition de l'oxyde de carbone en carbone et oxygène avec formation de gaz carbonique. Décomposition du gaz ammoniac en azote et hydrogène, limitée par la réaction inverse. Décomposition de l'acide chlorhydrique en chlore et hydrogène; nous avons vu que la réaction inverse se produit par l'action des rayons pénétrants. La décomposition de la vapeur d'eau à j3oO sous l'action de l'émanation n'a pu être observée. D'après MM. Ramsay et Cameron, la vitesse de réaction est proportionnelle à la quantité d'émanation présente, et diminue avec celle-ci en fonction du temps. L'émanation du radium ]>roduit en présence de l'air des effets oxydants énergiques; le mercure est attaqué, et sa surface est rapidement ternie; il en est de même du cuivre. Les matières organiques sont oxydées. Les gaz extraits des solutions de sel de (') .M. CuHiK CL A. Debikiînk, Comptes rendus, 191 (■-) Ramsay et Cameron, Proc. C/tein. Soc.. i[io~. DIVICRS IMIKNO.MKNES ORSKUVKS KN PRKSEXCI': DES CORPS RADIO VCTII-S. 9.j3 radium contiennent presque toujours des gaz carbonés qui pro- viennent probablement de l'oxydation de traces de matière organique ou de l'attaque de la graisse des robinets faisant partie de l'appareil. Il est possible cjue les phénomènes d'oxydation soient liés à la formation d'ozone. 157. Dégagement d'hélium par les corps radioactifs. — La pré- sence constante de l'hélium dans les minéraux radioactifs est un fait qvii avait été remar([ué dès le début des recherches ayant en vue l'extraction des substances radioactives nouvelles. MM. Ruther- ford et Soddy, en formulant leur théorie de désintégration des éléments radioactifs, ont émis l'opinion que l'héliuin peut cons- tituer l'un des produits de cette désagrégation ( 1 902), Peu de temps après, en kjoo, MM. Ramsay et Soddy ont observé la production d'hélium en présence du radium, et cette découverte importante confirmée bientôt de div^ers côtés, a apporté un argument très sérieux en faveur de l'hypothèse d'après laquelle l'hélium se forme aux dépens du radium. Quelque temps après M, Debierne obser- vait la production d'hélium par l'actinium. Les travaux qui ont été effectués sur les rayons a et qui sont dus principalement à M. Rutherford^ ont prouvé que les particules a émises parles corps radioactifs sont probablement toutes de même nature et sont con- stituées par des atomes d'hélium portant des charges positives. D'après cela l'hélium doit être un des produits de désagrégation de tous les éléments radioactifs qui émettent des particules a. Les nouveaux moyens de recherche fournis par la découverte des corps fortement radioactifs ont ainsi permis de pénétrer dans un domaine entièrement nouveau de la Chimie, où nous assistons à la formation d'un élément chimique ordinaire. Ce cas remar- quable est encore le seul qui soit connu jusqu'à présent avec certitude, mais on peut espérer que de nouvelles découvertes pour- ront se produire et augmenter nos connaissances relatives à la structure des atomes. La première expérience de MM. Ramsay et Soddy ( ' ) a été faite avec les gaz extraits d'une solution de 00"'" de bromure de radium, pré])arée depuis ) mois; ces gaz ont été soumis à l'action (') Kamsay et Soddy. Aature, i!)'>>; Pi oc. Roy. Soc, 190.Î et 1904. ■r>.\ CllAPITRK X. du cuivre et de l'oxyde de cuivre au rouge^ ce qui a pour effet d'absorber l'oxygène et l'hydrogène; la vapeur d'eau a été absorbée par de l'anhydride phosphorique; le gaz restant a été refoulé dans un tube capillaire communiquant avec un tu]:)e en U très petit; ce dernier étant immergé dans un bain d'air liquide^ l'éma- nation s'y condensait ainsi que le gaz carbonique présent {fi g. -i). En examinant alors le spectre du gaz dans le tube capillaire, on a pu observer la ligne jaune principale Du de l'hélium. En répétant cette expérience avec les gaz accumulés pendant 4 mois dans une solution de même teneur en radium, on a observé le spectre prescjue complet de l'hélium. Dans d'autres expériences on utilisait l'émanation saturée de iM»'"^ de bromure de radium; cette émanation était transportée avec de l'oxygène clans un petit tube en U refroidi dans l'air liquide; on introduisait dans ce tube de l'oxygène^ et l'on faisait le vide; finalement le vide était fait sur l'émanation condensée. Quand on retirait l'air liquide^ le spectre observé tout d'abord n'indiquait pas la présence d'hélium ; ce spectre présentait des raies inconnues qui ont été attribuées à l'émanation. Après 4 jours le spectre de l'hélium était apparu avec toutes ses lignes caractéristiques^ indiquant que ce gaz s'était formé cians le tube qui contenait l'émanation. Dans diverses expériences faites en vue de déterminer le volume de l'émanation, MM. Ramsay et Soddy ont pu observer la présence de l'hélium dans les gaz extraits de la solution du sel de radium. Un essai a été fait en vue de déterminer la cjuantité d'hélium obtenue; pour cela le spectre de l'hélium extrait de la solution de bromure de radivim était comparé au spectre observé avec une cjuantité connue d'hélium contenu dans un tube semblable. MM. Ramsay et Soddy ont conclu que la quantité d'hélium formée était de 20"""' par gramme de radium et par an. Les belles expériences de MM. Ramsay et Soddy onl été répétées par d'autres expérimentateurs, et le fait fondamental de la produc- tion d'hélium a été confirme de divers cotés. P. Curie et M. Dewar (') ont placé 0^,4 de bromure de radium dans un tube de cpiartz et onl fait le vide parfait siu' le sel en (') Curie el Dhwau, Coinples rendin;, i\\'>'\\ Chein. \c\vs, h)(i'|. DIVERS l'HENOMKXES OBSERVES EN PRESENCE DES CORPS RADIOACTIFS. > ) ) fusion. Le tube a été ensuite scellé sous le vide. Après 20 jours le spectre du gaz contenu dans le tube a été examiné par M. Deslandreï qui a observé le spectre complet de l'hélium. La lumière émise par le tube donnait un spectre continu. MM. Himstedt et Meyer ( ' ) ont fait des expériences avec du radium enfermé dans le vide dans un tube scellé; l'apparition du spectre de l'hélium a été également observée dans leurs expériences. AL Debierne ( - ) a opéré avec o'^^ i environ de jjromure de radium. La solution de ce sel était contenue dans un vase de verre ; on la faisait bouillir pour extraire les gaz formés. Un tube en U rempli de mercure {fig. ~'i) séparait la solution de l'appareil d'absorption. Le vide étant fait dans ce dernier, on lais- sait descendre le mercure, et on laissait pénétrer les gaz dans l'appa- reil qui contenait du cuivre et de l'oxyde de cuivre pour l'absorp- tion de l'oxygène et de l'hydrogène, de l'anhydride phosphorique pour l'absorption de la vapeur d'eau, du lithium pour l'absorption de l'azote. Quand l'absorption était achevée, on laissait monter le mercure dans l'appareil d'absorption, et l'on refoulait le résidu gazeux non absorbé dans un tube capillaire sous forme de fourche ; la moitié du gaz était réservée pour l'étude du spectre; l'autre moitié pour la mesure du volume. La production de gaz tonnant et d'hélium s'est montrée proportionnelle au temps. La produc- tion d'hélium par an et gramme de radium était évaluée à , ).>"""' environ. Ce nombre, supérieur à celui de MM. Ramsay et Soddy, est encore très inférieur à la valeur prévue par AL Rutherford, et il y a lieu de penser qu'en opérant avec des solutions on n'extrait qu'une partie de l'hélium produit, la plus grande partie restant occluse dans la paroi de verre du vase qui contient la solution. M. Debierne a montré que l'actinium donne également lieu à un dégagement d'hélium. Le dégagement de gaz tonnant et d'hélium s'est montré régulier; la proportion d'hélium par rapport au gaz tonnant était moitié moindre que dans les expériences avec le radium. AL Dewar ( ') a fait une détermination de la ([uantité d'hélium (•) Himstedt et Meyer. Aii/i. de P/ns., ujo\. (-) Debierne, Comptes re/idiis, ii)0.'). (') Dewar, Pjoc. Poy. Soc. 1908 cl 1910. •iJG CHAI'ITHE X. produite par le radium en un temps donné. L'expérience a été faite avec un sel solide. Il y a à cela un grand avantage, parce que l'émanation, au lieu de se répandre dans le récipient qui contient le radium, reste occluse dans le sel, et il en est de même de la plus grande partie de l'hélium produit, les particules a se trouvant émises dans la masse du sel et étant en forte proportion absorbées par celui-ci. En chauffant ensuite le sel on obtient le dégagement de l'hélium occlus. On employait ^o"'^ de chlorure de radium pur (poids atomique du métal, 2i>JJ) ; ce sel était contenu dans une petite ampoule placée dans un récipient de verre muni d'un tube en U contenant un gramme de charbon de noix de coco ; le récipient était aussi relié à vme ampoule contenant une plus grande quantité de charbon. On faisait le vide dans tout l'appareil et l'on immergeait la plus grande des ampoules à charbon dans l'air liquide, pendant que l'ampoule à radium et la petite ampoule à charbon étaient chauffées ; on obtenait ainsi après quelque temps un vide très parfait, et alors on séparait l'ampoule à charbon froide de l'appareil. La petite ampoule à charbon étant constamment maintenue dans un bain d'air liquide, pour déterminer l'absorption de gaz étrangers qui auraient pu se former, on mesurait l'augmen- tation de pression dans le récipient, en fonction du temps, l'am- poule à radium étant chauffée au rouge faible pour chaque observation afin de faciliter le dégagement de l'hélium occlus. Pendant un temps voisin de /\0 jours une production continue d'hélium a été constatée. Cette production était régulière; elle était évaluée à o"'"', 5t) par gramme de radium et par jour, La pureté du gaz a été contrôlée par l'apparence de son spectre; on n'y voyait, en dehors des raies de l'hélium, que celles du mercure, et l'on pouvait constater la présence d'une trace de gaz carbo- nique. Dans une autre expérience, la quantité d'hélium accu- mulée pendant ç) mois dans le sel de radium a été mesurée: le nombre obtenu correspond à une production d'hélium de (»"""', '(() par gramme de radium et par jour. La production d'hélium par an et par gramme de radium, d'après les expériences de M. Dewar (environ i -o"""'), est en accord avec la valeur i 58"""', prévue par M. Rutherford à la suite de la détermination expérimentale du nombre des particules a émises par le radium (§ 131). L'accord entre la théorie et DIVERS PHÉNOMÈNES OBSERVÉS EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 257 l'expérience pour des mesures aussi délicates est tout à fait remarquable. La production d'hélium, étant considérée comme résultant de l'émission de particules a. doit être une propriété commune à toutes les substances radioactives qui donnent lieu à une telle émisssion. Cette production a été récemment mise en évidence pour le polo- nium (' ). Le polonium était en solution^ et les particules a émises étaient presque entièrement absorbées dans le liquide. L'hélium contenu dans les gaz dégagés était séparé par la méthode de M. De- bierne. Le volume d'hélium obtenu (i^^V^) était en bon accord avec celui qu'on pouvait prévoir d'après l'activité du produit. M. Soddy (-) a réussi à prouver la production d'hélium par l'uranium et le thorium. Cette production est nécessairement très faible^ ainsi qu'on peut en juger d'après l'émission de rayons a par l'uranium et le radium. En comparant l'activité de ces deux élé- ments dans des conditions où la couche radiante est assez mince pour ne pas donner lieu à une absorption appréciable, on trouve que l'ionisation produite par le rayonnement a d'un gramme de radium au minimum d'activité est à l'ionisation produite par le rayonnement d'un gramme d'uranium dans le rapport i,3.io'''. Les parcours des particules a du radium et de l'uranium étant peu différents, ce nombre mesure aussi le rapport des nombres des particules a émises pendant le même temps. Par conséquent un gramme d'uranium émet par an une quantité d'hélium 5,2.10" fois plus petite que celle qui est émise par un gramme de radium en équilibre radioactif, soit environ 3. lo"* centimètre cube. Le dispositif expérimental permettant de voir une quantité d'hélium égale à lo"" centimètre cube, la production d'hélium devait pouvoir être décelée en quelques mois avec la quantité de matière employée, égale à ooos environ. Pour le thorium on peut prévoir une production du même ordre. La solution d'uranium ou de thorium était enfermée dans un récipient dans lequel on avait fait un vide aussi parfait que possible ; on faisait bouillir la solution pour en chasser les gaz ; les gaz autres que ceux de la famille de l'argon étaient absorbés par le calcium (') M°" Curie et A. Debierne, Comptes rendus, 1910. {"-) Soddy, Nature, 1908. C. - II. 258 CHAPITRE X. porté à une température voisine de celle de la volatilisation. On a constaté qu'après 35 jours on ne pouvait encore apercevoir les raies de l'hélium dans le spectre du résidu gazeux provenant de la solution de thorium, mais après 20! jours on observait dans ce spectre la présence de la raie jaune de l'hélium avec les raies très fortes de l'argon. La production d'hélium par le thorium était évaluée comme étant de l'ordre de 2. io~'- gramme d'hélium par gramme de thorium et par an. En employant i85o" d'uranium (4"^^ de nitrate d'urane), M. Soddy a trouvé que l'hélium peut être observé après 27 jours mais non après 12 jours d'accumulation; la produc- tion était évaluée d'après cela à 2.10"*- gramme d'hélium par gramme d'uranium et par an. Les nombres trouvés sont du même ordre que le nombre prévu qui est égal à 5_,3.io~"*- gramme d'hélium par gramme d'uranium et par an. La production d'hélium par des atomes radioactifs variés prouve que l'atome d'hélium est probablement l'un des constituants fréquents des atomes plus complexes, l'un des éléments qui entrent dans la constitution des édifices atomiques. On peut d'ailleurs remarquer que la différence de 4 unités se rencontre fréquemment entre deux poids atomiques. La destruction de l'atome de radium est accompagnée de l'émis- sion de 4 faisceaux de particules a qui contiennent probablement le même nombre de particules. Ces 4 faisceaux correspondent aux 4 transformations atomiques successives de l'atome de radium en atome d'émanation, de radium A et de radium C. La série de ces transformations rapides est suivie de la formation de polo- nium qui émet aussi des particules a et qui en se détruisant ne laisse aucun résidu actif. Il est donc possible que la série des transformations du radium s'arrête à une matière inactive qui résulte du polonium. Si l'on admet que la destruction de chacun des atomes intermédiaires comporte l'émission d'une seule par- ticule a et qu'aucun autre fragment d'atome n'est détaché, alors la différence entre les poids atomiques du radium et de l'atome résultant est égale à 4 X .^ = 20 ; cet atome aurait donc un poids égal à 226,5 — 20 =: 206, 5. M. Rutherford a supposé que l'atome résultant pourrait être le plomb, dont la présence dans les miné- raux radioactifs peut toujours être constatée. Le poids atomique de l'uranium est 289; on verra plus loin que, DIVERS PHÉNOMÈXES OBSERVES EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. ^59 selon toute probabilité-, le radium dérive de l'uranium par une série de transformations atomiques. La différence entre les poids atomiques de ces corps étant 12, 5, la transformation peut se faire par l'émission de trois particules a. On sait actuellement que le parent direct du radium, l'ionium. émet des rayons a; l'uranium en émet également; mais on ne sait pas quelle est la provenance de la troisième particule. Il est possible que l'atome d'uraniuin émette deux particules a lors de sa destruction, et cette suppo- sition est d'accord avec l'activité relative de l'uranium dans les minéraux (§ ;2l!2). Toutefois, il est possible aussi que l'uranium contienne un élément radioactif dérivant de lui et très voisin par ses propriétés chimiques, et que l'une des particules v. soit attribuable à cet élément. io8. Essais de transformations atomiques par l'action des corps radioactifs. — A la suite des belles recherches de M. Ramsay sur la production d'hélium par le radium, plusieurs autres expé- riences ont été faites par le même savant, en collaboration avec M. Cameron, pour examiner si d'autres éléments que l'hélium pouvaient être produits. Les résultats obtenus semblaient extrê- mement importants, toutefois ils n'ont pas été confirmés et ne peuvent être considérés comme établis. MM. Ramsay et Cameron ( ' ) ont étudié l'action de l'émanation du radium sur l'eau pure et sur les solutions des sels de cuivre. Ils ont cru pouvoir conclure de leurs expériences qu'en présence de l'eau, l'émanation ne forme pas d'hélium, mais seulement du néon, et qu'en présence de solutions de sels de cuivre il ne se forme pas d'hélium, mais surtout de l'argon avec un peu de néon. De plus, en présence du cuivre il y aurait formation de petites quantités de métaux alcalins : sodium, potassium et lithium. MM. Ramsay et Cameron avaient admis que dans ces conditions on ne saurait consi- dérer l'hélium comme résultant de la projection de particules a, et que l'émanation se détruit d'une manière c|ui dépend des corps avec lesquels elle se trouve en présence; suivant le degré de sa dégradation elle peut produire de l'argon, du néon ou de l'hélium. La dégradation est d'autant moins complète que le travail chi- (/) Ramsay et Camerox. Cliem. Soc, 1907; Xature, 1907. ■>.C)0 CIIAPITRf: X. mique demandé à l'émanation est plus grand; en agissant sur le cuivre, l'émanation lui fait suljir une dégradation en éléments de sa famille, de poids atomique inférieur : potassium, sodium, lithium. Les résultats signalés paraissaient d'une importance fondamen- tale. En effet, dans la manière de voir généralement admise, l'hé- lium était produit par l'émanation du radium indépendamment de toute intervention de l'expérimentateur, et son identité avec les particules a paraissait très probable bien qu'elle ne fût pas encore démontrée d'une manière aussi probante qu'actuellement. La con- ception de MM. Ramsay et Cameron était contraire à l'opinion généralement établie au sujet des phénomènes radioactifs, d'après laquelle ces phénomènes ne semblaient pas pouvoir être influencés par les conditions de l'expérience et semblaient échapper tota- lement à l'influence de toute intervention étrangère. Il était donc très important de décider si les phénomènes signalés avaient lieu effectivement, car leur confirmation nécessitait un changement profond des théories de la radioactivité. Voici en quoi consistent les expériences principales : i" Action de V émanation du radium sur les solutions des sels de cuii're. — Une solution de sel de cuivre (sulfate ou azotate) est placée dans un petit ballon de verre dans lequel on introduit une forte quantité d'émanation qu'on laisse s'y détruire spontanément. Ensuite on sépare le cuivre; la solution restante est évaporée à sec et l'on examine le résidu. Les mêmes opérations sont effectuées avec une solution du même sel de cuivre qui n'a pas subi l'action de l'émanation. Les expériences ont été répétées plusieurs fois. Le résidu consistait surtout en sel de sddium (avec un peu de potassium et de calcium); dans les quatre ex^É*iences décrites, où l'on a fait agir l'émanation, la présence cm lithiuip était observée à l'aide du spectroscope; dans les expériences témoins, le résidu était notablement inférieur, et l'on ne constatait pas la présence du lithium. MM. Ramsay et Cameron ont fait un essai de détermination de la quantité de lithium observée et ont indiqué la présence d'environ o"'^,oooi^ de lithium dans le résidu qui pesait i'"^,C)- pour 0^^,27 de cuivre employé (0*^,815 d'azotate de cuivre), tandis que dans l'expérience témoin correspondante le résidu était seulement de ()"'^,-(j. DIVERS PHE.NOMKNES OBSERVES EN PRESENCE DES CORl'S RADIOACTIFS. 'bl 'i" Gaz obtenus par l'action de Vémanation sur Veau et sur d'autres liquides. — Les expériences étaient faites dans un ballon de quartz de 5"" à ()"" de volume. L'émanation était introduite dans ce ballon avec de l'hydrogène; le ballon étant plongé dans un bain d'air liquide^ on enlevait l'hydrogène et l'hélium en faisant le vide parfait, tandis que l'émanation restait condensée. Le ballon était alors fermé, et on laissait l'action se produire; après quelque temps on extrayait les gaz formés et on les examinait. Quand le liquide employé est l'eau, la composition des gaz est, par exemple, la suivante : cm ' H3 8,84 02 3,5i Az 4- CO - o ,M) La partie du gaz considérée comme étant principalement de l'azote était soumise à l'absorption par le charbon refroidi dans un bain d'air liquide. Le résidu gazeux obtenu donnait le spectre de l'hélium et du néon, les deux gaz étant en quantité comparable et occupant un volume de o'""'',8. L'argon était certainement pré- sent dans le gaz avant l'absorption, mais comme MM. Ramsay et Cameron ne pensaient pas avoir pu éviter complètement toute rentrée d'air dans l'appareil d'expérience, ils n'attachaient pas d'im- portance à la présence de ce gaz qui est relativement abondant dans l'atmosphère. Par contre ils considéraient comme certain que le néon est produit par l'émanation. Avec des liquides autres que l'eau la présence de néon n'a pu être constatée. Dans les gaz extraits des solutions de sels de radium on constatait la présence d'hélium et de néon. Des expériences ont été faites en vue de vérifier les résultats de MM. Cameron et Ramsay. Si en présence du radium, le cuivre donne lieu à la formation de lithium, on peut espérer de trouver du lithium dans les minéraux du radium qui contiennent du cuivre. Les recherches faites à ce sujet ont mis en évidence la présence du lithium dans les minéraux radioactifs ('), (-) (chalcolite, autunite. (') M. CoY, A'ature, 1(107. (-) E. Glkditsch, Comptes rendin, 1907 et 1908. ^62 CHAl'lTRK X. pechblende, etc.). Toutefois en dosant le lithium dans les miné- raux au moyen du spectrocope^ on ne constate aucune relation entre les proportions de cuivre, de radium et de lithium; de plus la gangue dans laquelle se trouvent les cristaux est souvent plus riche en lithium que le minéral lui-même ; si donc le lithium est présent à l'état de trace, on ne peut affirmer que cette trace n'appartient pas à la gangue plutôt qu'au minerai. On constate, par exemple, que la thorite qui ne contient presque pas de cuivre contient beau- coup de lithium, que l'autunite qui ne contient pas de cuivre con- tient incontestablement du lithium ; il en est de même de la gummite. La chalcolite contient beaucoup de cuivre, et à peine une trace de lithium qui peut provenir de la gangue. Ces résultats n'apportent donc aucune confirmation des expériences de M. Ramsay. En collaboration avec M"" Gleditsch, j'ai cherché à reproduire les expériences de MM. Ramsay et Cameron sur les solutions des sels de cuivre dans des conditions de sécurité aussi grandes que possible (' ). L'expérience est, en effet, délicate et comporte plusieurs causes d'erreur dont la principale est l'emploi d'un vase de verrez ainsi que M. Ramsay l'a fait remarquer lui-même. Nos expériences préliminaires ont montré qu'il est extrêmement difficile d'avoir des produits chimiques exempts de lithium. On en trouve dans l'eau distillée, dans presque tous les réactifs; si un réactif n'en contient pas et qu'on le laisse séjourner dans un vase de verre, il en contient des traces après quelque temps. L'expé- rience suivante a été faite : l'eau qui a été distillée dans un alambic en platine et conservée dans une bouteille de platine ne laisse aucun résidu visible après évaporation de udo''"' dans une capsule de platine, et la dernière goutte résultant de la concentration ne donne pas le spectre du lithium. Mais si de l'eau obtenue de la même ma- nière est conservée dans un flacon de verre pendant ai heures, on peut constater après évaporation l'existence d'un petit résidu constitué principalement par un sel de sodium, mais contenant aussi une trace de lithium. Il était indispensable de remplacer le verre par une autre matière. Cependant il est également dangereux d'employer le quartz, parce que les vases de quartz du commerce contiennent ( ') M. Curie et E. Gledistch, Comptes rendus, igof^. DIVERS PHÉNOMÈNES OIÎSKUVÉS EX PaÉSENCE DES CORPS RADIOACTIIS. v.f)> du lithium. Quand on traite par de l'acide fluorhydrique exempt de lithium un débris d'une capsule de quartz opaque et un morceau d'un tube de quartz transparent^ on obtient un résidu qui contient du lithium en proportion notable; le quartz transparent en con- tient bien plus que le quartz opaque. L'expérience a donc été faite dans un récipient en platine^ et le dispositif expérimental était tel que la solution de sel de cuivre ne se trouvait à aucun moment en contact avec le verre de l'appareil. L'eau et les acides nécessaires pour l'expérience étaient redistillés dans un alambic en platine et conservés dans des bouteilles en platine. Le sel de cuivre a été soigneusement purifié par cristalli- sation^ afin d'éliminer autant que possible le lithium qui s'y trouve toujours en quantité notable. L'émanation utilisée était fournie par une solution contenant o^, 19 de radium, et l'émanation intro- duite dans l'appareil était mesurée directement par le rayonnement pénétrant du récipient. Le volume du récipient était de i 3""', et le volume de la solution de sulfate de cuivre était de -"'"'. Deux expé- riences ont été faites, en même temps que deux expériences témoins sur une solution qui n'a pas subi l'action de l'émanation. Après l'expérience, le cuivre était séparé; le résidu de l'évaporation du liquide était pesé et étudié au spectroscope. Bien que la quantité de cuivre employée ait été voisine de celle employée par M. Ramsay, et que la quantité d'émanation utilisée ait aussi été approximativement la même, les résidus finalement obtenus ont été beaucoup plus faibles (o%ooo4 et o^,ooo5 pour les expé- riences directes et de o^,ooo3 et 0^,000:2 pour les expériences témoins). L'examen spectroscopique a montré que le résidu contient principalement du sodium et un peu de potassium; la présence de lithium n'a pu être constatée. Par comparaison avec des solutions contenant du lithium en proportion connue, on a pu juger que la quantité de métal lithium présente était inférieure à 0,6. 10^^ milligramme. Avec les mêmes quantités de cuivre et d'émanation, MM. Ramsay et Cameron ont indiqué la présence de i , 7 . i o~ ' milh- . gramme de lithium. La différence des poids des résidus obtenus par nous dans les expériences directes et les expériences témoins est très faible (o™s,i à o'"?..)) ; elle s'explique probablement par le fait que, dans l'expérience faite avec l'émanation, la rentrée de celle-ci peut amener l'introduction de traces de matières étran- 264 CHAPITRE X. gères. Dans l'expérience la plus complète de MM. Ramsay et Cameron cette même différence est o"'^,88 et peut être attribuée à l'attaque plus énergique du verre par la solution en présence de l'émanation. Les résultats de MM. Ramsay et Cameron n'ont donc pas été confirmés et doivent être attribués à l'attaque des vases sous l'action de l'émanation, MM. Rutherford et Royds (') ont entrepris l'examen des gaz c|ui se forment dans un récipient contenant de l'eau et de l'émana- tion du radium. La principale cause d'erreur, relativement à la production de néon, consiste en ce fait que le néon se trouve en petite proportion dans l'air atmosphérique; la réaction spectrale du néon dans le mélange des gaz inertes de l'air n'est pas sensible parce que son spectre est masqué par celui de l'argon; mais quand l'argon est absorbé par le charbon à la température de l'air liquide, la sensibilité de la réaction spectrale du néon est considérablement augmentée. Une expérience directe a montré cju'on peut dé- couvrir le néon provenant de l'introduction dans l'appareil d'expé- rience de -^ de centimètre cube d'air, et cju'avec le néon provenant de { de centimètre cube d'air on obtient le spectre presque complet et brillant. La quantité de néon qui peut être observée représente lo"" centimètre cube. Les expériences étaient faites avec ri""' d'eau dans un ballon de verre de 4'"' de volume. Le vide parfait étant fait sur l'eau congelée^ on introduisait dans le ballon l'émanation purifiée de oS, 1 5o de radium. Après 3 jours on plongeait le ballon dans l'air liquide, et l'on séparait les gaz non condensables dont le volume était environ 4""'. L'hydrogène était éliminé par explosion avec de l'oxygène intro- duit en faible quantité; le résidu gazeux privé de gaz condensables, au moyen de charbon maintenu à la température de l'air liquide^ était examiné au spectroscope; ce résidu était constitué par de l'hélium, et aucune raie du néon n'était observée. En introduisant alors dans l'appareil le résidu gazeux de o'''"',i d'air après absorp- tion par le charbon, on constatait que, dans le mélange d'hélium et de néon, les spectres des deux gaz étaient visibles avec un éclat comparable, ce qui prouve que la présence de l'hélium ne masque pas celle du néon. Cj HUTHERFOHD Cl HoYDS, l'Iul. Milg., KJOS. DIVKKS r'IIKNO.MKMCS OBSEUVlis KN PRKSICNCK DES COUPS HADIOACTIFS. 2G5 MM. Rutherford et Royds ont conclu de leurs expériences que la quantité de néon qui pouvait être présente avec l'hélium était certainement inférieure à i pour loo du volume gazeux. Ils n'ont pas constaté non plus la présence de néon dans les gaz provenant d'une solution de 0^,2 de radium dans l'eau, et ils ont attribué les résultats obtenus par MM. Cameron et Ramsay à la rentrée d'air dans leur appareil d'expérience. Dans plusieurs expériences, faites sur les gaz extraits des solu- tions de sel de radium, M. Debierne n'a jamais observé la présence du néon dans le résidu gazeux obtenu après absorption des gaz autres que l'hélium. L'appareil utilisé ne comportait pas de robinets dans sa partie essentielle, et quand le vide avait été fait très com- plètement, aucune rentrée d'air n'était possible ni pendant l'accu- mulation, ni pendant l'absorption des gaz. Ces expériences montrent qu'il est très diflicile de prouver la production dans l'appareil d'expériences de l'un des gaz inertes qui se trouvent dans l'atmosphère. A la suite d'expériences plus récentes, MM. Ramsay et Gray ont annoncé la production de gaz carbonés dans des solutions de sels de thorium, de zirconium, etc., soumises à l'action de l'émanation du radium ('). La production de gaz carbonés ayant toujours lieu en présence de l'émanation et de traces de matières organiques, il est difficile de prouver que le carbone a été produit par une transformation atomique. En résumé, on peut considérer qu'il n'y a pas encore actuellement de raisons suffisantes pour admettre que la formation de certains éléments puisse être provoquée à volonté en présence de corps radioactifs. La production d'hélium reste acquise; mais elle est reliée à une propriété essentielle des éléments radioactifs et n'est pas influencée par l'intervention de l'expérimentateur. 159. Effets physiologiques. — Les rayons du radium exercent une action sur l'épiderme. Cette action a été d'abord observée par M. Walkhofï (-) et confirmée ensuite par M. Giesel (■^) par H. Bec- querel et P. Curie ('). (■) Ramsay et Gray, Cliem, Soc. 1907. (-) Walkhoff, Phot. ftundscliau, ii)Oo. (3) Giesel, Ber. d. d. c/ieni. GeselL. t. XXIII. (*) Becquerel et Curie. Comptes rendus, t. CWXII. •>6() CHAPITRK \. Si l'on place sur la peau une capsule en celluloïd ou en caoutchouc mince^ renfermant un sel de radium très actif^ et qu'on l'y laisse pendant quelque temps^ une rougeur se produit sur la peau^ soit de suite^ soit au bout d'un temps c[ui est d'autant plus long que l'action a été plus faible et moins prolongée ; cette tache rouge apparaît à l'endroit qui a été exposé à l'action; l'altération locale de la peau se manifeste et évolue comme une brûlure ; dans certains cas il se forme une ampoule. Si l'exposition a été prolongée, il se produit une ulcération très longue à guérir. Dans une expérience^ P. Curie a fait agir sur son bras un produit radiant relativement peu actif pendant i o heures ; la rougeur se manifesta de suite, et il se forma plus tard une plaie qui mit 4 mois à guérir; l'épiderme a été détruit localement et n'a pu se reconstituer à l'état sain que lentement et péniblement avec formation d'une cicatrice très marquée. Une brûlure au radium avec exposition d'une demi-heure apparut au bout de i ') jours, forma une ampoule et guérit en I 5 jours. Une autre brûhire, faite avec une exposition de 8 minutes seulement, occasionna une tache rouge qui apparut au bout de ■>. mois seulement, et son effet fut insigniliant. L'action du radium sur la peau peut se produire à travers les métaux, mais elle est affaiblie. Pour se garantir de l'action, il faut éviter de garder trop longtemps le radium sur soi autrement qu'enveloppé dans une feuille de plomb. Les brûlures complè- tement guéries peuvent laisser subsister des taches rouges qui de temps en temps redeviennent sensibles, ainsi cjue cela m'est arrivé. Les extrémités des doigts peuvent devenir rouges et douloureuses et subir la desquamation. Aussitôt après la découverte de l'action physiologique des rayons du radium, on a cherché à en réaliser des applications médicales. Les premiers essais à ce sujet ont été faits par le D'" Danlos, à l'hôpital Saint-Louis, en vue d'utiliser les rayons du radium, comme procédé de traitement de certaines maladies de la peau, procédé comparable au traitement par les rayons Rcintgen ou la lumière ultraviolette. Le radium donne à ce point de vue de très bons résultats ; son action est plus profonde cjue celle de la lumière, et son emploi est plus facile que celui de la lumière ou des rayons Rontgen. L'étude des conditions de l'application est nécessairement un peu longue, parce qu'on ne peut se rendre compte immédiatement de l'effet de l'application. DIVKRS PHÉNOMÈNES OBSERVÉS EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 2(17 M. Giesel a remarqué l'action du radium sur les feuilles des plantes. Les feuilles soumises à l'action jaunissent et s'effritent. M. Giesel a également découvert l'action des rayons du radium sur l'œil ( ' ), Quand on place dans l'obscurité un produit radiant au voisinage de la paupière fermée ou de la tempe^ on a la sensation d'une lumière qui remplit l'œil. Ce phénomène a été étudié par MM. Himstedt et Nagel ( -). Ces physiciens ont montré que tous les milieux de l'œil deviennent fluorescents par l'action du radium, et c'est ce qui explique la sensation de lumière perçue. Les aveugles, chez lesquels la rétine est intacte, sont sensibles à l'action du ra- dium, tandis que ceux dont la rétine est malade n'éprouvent pas la sensation lumineuse due aux rayons. Les rayons du radium empêchent ou entravent le développe- ment des colonies microbiennes, mais cette action n'est pas intense (^). Les rayons du radium agissent énergiquement sur la moelle et sur le cerveau. Après une action d'une heure, des paralysies se pro- duisent chez les animaux soumis aux expériences, et ceux-ci meurent généralement au bout de quelques jours ( '). M. Bohn ( ■' ) a montré que l'action des rayons se produit surtout sur les tissus en voie de formation. L'émanation dvi radium à forte dose introduite dans les pou- mons des animaux produit des effets toxiques (•*). Mais l'émanation à faible dose peut produire des effets stimulants, ainsi que cela a été constaté dans le cas du développement des têtards. On a constaté de même que les rayons émis par le radium peuvent exercer une action stimulante sur la respiration des plantes. La littérature relative aux effets physiologiques du radium est déjà considérable, et il ne serait pas possible de décrire ici tous les résultats obtenus. Au point de vue des applications médicales les recherches effectuées sont également très nombreuses, et il (') Giesel. Xaturforscherversanimlung, Mûnchen, jî^qq. (-) Himstedt et Xagel, Ann. der Physik, t. IV, 1901. (^) AscHKiXASS et Caspari, Ann. der Phrsik. t. VI. tgoi. p. 570. (') Danysz, Comptes rendus. 16 février i()o3. ( = ) BoHX. Comptes rendus, igoS. (*) Bouchard, Curie, Balthazard, Comptes rendus, igo'i. •i68 CIlAI>ITIUi- X. n'est pas douteux que le radium peut rendre en ce sens des ser- vices importants. Les résultats les mieux établis et couramment obtenus sont ceux relatifs au traitement des cancers superficiels, des lupus, des taches de lie de vin, des granulations des paupières. CHAPITRE XL DÉGAGEiMlîNT DE CHALEUR PAR LES SUBSTANCES RADIO VCTIVES. 100. Dégagement de chaleur par le radium en équilibre radio- actif. Méthodes de mesures. — Le dégagement de chaleur par les substances radioactives et, en particulier^ par le radium est un des phénomènes les plus importants observés avec ces substances. La découverte de ce dégagement de chaleur et l'ordre de grandeur du débit de chaleur dans le cas de radium ont fourni une preuve directe de ce fait qu'une quantité considérable d'énergie est mise en jeu dans des phénomènes de la radioactivité. La découverte du dégagement de chaleur par les sels de radium a été faite par P. Curie en collaboration avec M. Laborde ( ' ), au courant de recherches relatives à l'effet balistic|ue des rayons pénétrants du radium. Le dispositif expérimental était constitué par une boîte en plomb à trois compartiments; dans le comparti- ment du milieu était suspendu, au moyen d'un fil très fin^ un levier portant à l'une de ses extrémités une palette en plomb^ et à l'autre un contrepoids. L'ampoule à radium^ introduite alternativement dans l'un des compartiments voisins, agissait sur la palette au travers d'une fenêtre percée dans la cloison de séparation et fermée par une feuille d'aluminium mince. Les effets observés n'étaient pas ceux que l'on comptait observer; les mouvements du levier étaient irréguliers et absolument analogues à ceux qu'on aurait obtenus par l'approche d'un corps plus chaud que le milieu exté- rieur, et cela malgré les précautions prises pour éviter des effets de ce genre. Il semblait donc utile de s'assurer par une expérience directe si l'ampoule à radium constituait une source de chaleur ( ' ) Curie et Laborde, Comptes rendus, 1903. CHAPITRK XI. Le dispositif expérimental était organisé en vue de mesurer une différence de température deo",oi ; mais on s'aperçut aussitôt que le phénomène était bien plus important qu'on ne l'avait prévu, et l'on a été amené à réduire la sensibilité de l'appareil. Voici la description du premier dispositif expérimental : deux petites ampoules de verre étaient placées dans deux vases de verre plus grands^ dans lesquels elles étaient maintenues par des bouchons. L'une des ampoules contenait i ^ de chlorure de baryum radifère dont la teneur en chlorure de radium était environ l 'j pour I oo ; l'autre ampoule contenait du sel de baryum ; les deux soudures d'un couple thermo-électrique pénétraient dans les deux ampoules. Les vases de verre étaient installés dans une caisse de plomb contenue dans une caisse de bois^, bourrée de coton. Quand l'équilibre de température était établi, le couple thermo- électrique indiquait un excès de température de i",5 dans l'am- poule à radium. Il était ainsi prouvé qu'un sel de radium donne lieu à un déga- gement de chaleur spontané et continu. Le dégagement de chaleur par le radium a pour effet de main- tenir les sels de radium à une température plus élevée que la tem- pérature ambiante; mais l'excès de température dépend de l'isole- ment thermique de la substance. Cet excès de température peut Cuton Corps oue/con/jue être mis en évidence par une expérience grossière faite au moyen de deux thermomètres à mercure ordinaires [fig. i 48)- On utilise DEGAGEMENT DE CHAI.El U PAR LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 2" 1 deux vases isolateurs thermiques à vide^ identiques entre eux. Dans l'un des vases on place une ampoule de verre contenant plusieurs décigrammes de sel de radium pur; dans le deuxième vase on place une autre ampoule de verre toute pareille qui contient une substance inactive quelconque, par exemple du chlorure de baryum. La température de chaque enceinte est indiquée par un thermomètre dont le réservoir est placé au voi- sinaiïe immédiat de l'ampoule. L'ouverture des isolateurs est fermée par du coton. Quand l'équilibre de température est établi, le thermomètre qui se trouve dans le même vase que le radium indique constamment une température supérieure à celle indiquée par l'autre thermomètre; l'excès de température observé était de > degrés. Dans une expérience analogue faite avec i^' de bro- mure de radium. M. Giesel a observé un excès de température stationnaire de o degrés. La donnée expérimentale importante à connaître est le débit de chaleur par unité de masse de radium et par unité de temps. P. Curie et M. Laborde ont entrepris une détermination de ce débit de chaleur. L'expérience a été faite par deux méthodes différentes : 1° La première méthode est basée sur l'emploi du premier dispo- sitif expérimental perfectionné {fig. i^g). Les ampoules se trou- vaient dans des cavités ménagées dans des blocs de laiton, lesquels étaient placés à l'intérieur de vases isolateurs à vide installés dans un vase plein d'eau; ce vase était placé dans une enveloppe de calorimètre remplie d'eau. Un certain excès de température étant établi entre les deux ampoules, on enlevait le radium et on le rem- plaçait par une spirale de fd chauffée au moyen d'un courant élec- trique dont l'intensité était réglée de manière à obtenir le même excès de température que dans le cas précédent. La quantité de chaleur dégagée par i" de chlorure de baryum radifère contenant I ^ pour I oo de chlorure de radium était de 1 4 calories par heure. 2° La deuxième méthode consistait à évaluer la quantité de chaleur dégagée par le radium à l'aide du calorimètre à glace de Bunsen [fig. i5o). En plaçant dans ce calorimètre une ampoule de verre qui contient le sel de radium, et qui a été préalablement refroidie dans la glace fondante, on constate un apport continu CIIAPITRI-: XI. de chaleur qui s'arrête quand on éloigne le radium. Le calorimètre à o-lace était installé dans un vase isolateur à vide^, rempli de glace fondante et protégé lui-même de l'extérieur contre la perte de chaleur. Le déplacement de la colonne de mercure était de l'ordre de i*^"' pour ;V"', et l'on observait des déplacements de quelques centimètres pendant une heure. L'équilibre du calori- Fig. 14.). (Àcx lunnonuUix mètre doit être observé avant et après chaque expérience; si l'eau contenue dans le vase isolateur et celle contenue dans le calori- mètre n'est pas absolument pure, on observe un mouvement continu de la colonne dans le tube capillaire; il est nécessaire de réduire ce mouvement au minimum et d'en tenir compte. Quand on a mesuré è\ l'aide du calorimètre à glace la chaleur dégagée par un sel de radium contenu dans une ampoule de verre, certains rayons pénétrants du radium traversent l'ampoule et le calorimètre sans y être absorbés. Pour voir si ces rayons emportent une quantité d'énergie appréciable, on faisait une mesure en entourant l'ampoule d'une feuille de plomb de :^>.""" DKCAGKMIi.NT OK CHALELU PAU UiS SUBSTANCES RADIOACTIVES. J.- i d'épaisseur; dans ces conditions_, le dégagement de chaleur était augmenté de 4 pour loo environ de sa valeur; l'énergie émise par le radium sous forme de rayons pénétrants ne semblait donc nullement négligeable. Voici les résultats obtenus avec du radium préparé depuis longtemps et ayant atteint l'équilibre radioactif; l'ampoule était entourée d'une feuille de plomb de 2""" à 3""" d'épaissevir; on utilisait oS, /[ i j de bromure de radium. Le dégagement de chaleur observé était de :-»4"'. 1 par heure, soit oS*"''' par gramme de bromure et heure, et 98"' par gramme de radium et heure. Fis;. i5o. .')" Une troisième méthode de mesures a été employée par P. Curie et M. Dewar ( ' ) ; elle consiste à utiliser la chaleur dégagée pour faire bouillir un gaz liquéfié sous la pression atmosphérique, et à mesurer le volume de gaz qui se dégage. Les gaz essayés sont : l'oxygène liquide ( — i^o"), l'hydrogène liquide ( — 25;^"), l'éthy- lène et l'azote. L'hydrogène liquide convient particulièrement bien pour réaliser l'expérience. Une éprouvette A, entourée d'un isolateur thermique à vide, contient de l'hydrogène liquide H {fig. 1 Ji); elle est munie d'un tube de dégagement t qui permet de recueillir le gaz dans une éprouvette graduée E remplie d'eau. L'éprouvette A et son isolateur plongent dans un bain d'hydrogène liquide H'. Dans ces conditions aucun dégagement gazeux ne se produit dans l'éprouvette A. Lorsqu'on introduit, dans l'hydro- (') CuniE et Dewaiî, Proc. Roy. Inst., 190 '(. C. — II. 18 CHAPITRE XI. gène liquide contenu dans cette éprouvette^ une ampoule qui contient un sel de radium, il se fait un dégagement continu de gaz; avec la quantité de sel utilisée on recueillait -A''"^' de gaz par minute. La chaleur fournie au gaz est égale à hm, si l'on désigne par m la masse de gaz dégagé et par L sa chaleur latente de vaporisa- tion à la température de l'expérience. On détermine la chaleur latente L en laissant tomber dans le calorimètre un corps étalon, par exemple une petite masse de plomb (oo, 5). La chaleur spéci- fique du plomb varie peu avec la température et peut être consi- dérée comme une fonction linéaire de celle-ci. Sa valeur moyenne, 0,0295, déterminée directement pour l'écart de température de — iST)'* à i5", est peu différente de sa valeur moyenne entre 18" et 100° qui est égale à o, 0008. La température du gaz liquéfié peut être contrôlée au moyen d'un couple étalonné avec un ther- momètre à air. Voici les volumes de gaz formés par calorie et mesurés dans les conditions normales de température et de pression : cm' lùlivltne 7 O xygonc i î . •>. Hydrogène S8,() Azote I Î.Q DEGAGEMENT OE CHALEUR PAR LES SURSTANCES RADIOACTIVES. 273 L'expérience avec l'hydrogène offre la plus grande sensibilité. A défaut d'iiydrogène ou d'oxygène pur on peut employer l'air liquide ayant longtemps bouilli, et dont la température est — i85". Certaines causes d'erreur peuvent intervenir : des gouttelettes liquides entraînées peuvent se vaporiser dans l'éprouvette et augmenter le volume du gaz mesuré; ou, au contraire, il peut y avoir condensation de gaz dans le calorimètre A^ si la tempé- rature du liquide intérieur est plus élevée que celle du liquide extérieur. Des expériences faites avec o", 42 de bromure de radium ont donné les résultats suivants : Calories à riieure. Calorimètre à oxygène liquide ti2,8 (Curie et Dewar) Calorimètre à hydrogène liquide 3i,G » » Calorimètre à glace j^,! (Curie et Larorde) Le nombre élevé fourni par le calorimètre à hydrogène a été attribué à un effet d'entraînement de gouttelettes^ le calorimètre ayant eu des dimensions trop petites. Les nombres obtenus pour les calorimètres à glace et à oxygène sont de yS''"' et gS'"' par gramme de radium et par heure. On pouvait conclure de l'ensemble de ces expériences que la quantité de chaleur dégagée par gramme de radium et par heure est voisine de 100"'''. D'après cela un gramme de radium dégage pen- dant chaque heure une quantité de chaleur supérieure à celle qui est nécessaire pour fondre son poids de glace. Un atome-gramme de radium (ao.fi^) dégage en une heure une quantité de chaleur comparable à celle qui est produite par la combustion d'un atome-gramme d'hydrogène. P. Curie a fait remarquer cju'un débit de chaleur aussi considérable ne saurait être expliqué par aucune réaction chimique ordinaire, et cela d'autant plus que l'état du radium semble rester le même pendant des années. On peut plutôt attribuer le dégagement de chaleur à une transfor- mation de Fa tome de radium lui-même, transformation nécessai- rement très lente, et l'on a ainsi une raison expérimentale pour penser que les quantités d'énergie mises en jeu dans la formation et dans la transformation des atomes sont considérables et dépas- sent tout ce qui nous est connu. •.>.7G CIIM'ITHE XI. Les mesures du dégagement de chaleur par le radium aux basses températures offrent un intérêt particulier; elles montrent que le débit de chaleur est sensiblement le même à la température ordi- naire et aux plus basses températures que nous sachions atteindre. Aucune réaction chimique ne se comporte de cette manière., et à la température de l'hydrogène liquide, toute activité chimique semble suspendue. P. Curie ( ' ) a constaté que le débit de chaleur dû au radium dépend du temps qui s'est écoulé depuis la préparation du sel étudié. Un sel de radium solide qui vient d'être préparé dégage une quantité de chaleur relativement faible; mais le débit de chaleur augmente continuellement et tend vers une valeur déterminée qui n'est pas encore tout à fait atteinte au bout d'un mois. Quand on dissout dans l'eau un sel de radium et qu'on enferme la solution en tube scellé^ la quantité de chaleur dégagée par la solution est d'abord faible; elle augmente ensuite et tend à devenir constante au bout d'un mois; le débit de chaleur est alors le même que celui dû au même sel à l'état solide. Ces changements dans la valeur du débit de chaleur indiquaient que ce débit est en relation avec l'équilibre radioactif du sel, et qu'il est dû pour la plus grande partie à l'émanation accumulée. Ce fait a été bientôt constaté expérimentalement par M. Rutherford, Les expériences précédemment décrites ont établi avec certitude par des méthodes diverses le fait du dégagement de chaleur par le radium^ et en ont indiqué la grandeur approchée. D'autres observateurs sont venus confirmer les résultats obtenus, et ont effectué la mesure du débit de chaleur (-), Cette mesure a pu être faite, dans certains cas, avec une bonne précision. Les expériences de M. Angstrftm étaient effectuées avec o^, ()8<î5 de bromure de radium pur, enfermé dans une ampoule de verre. Les calorimètres sont deux blocs métalliques pareils [fig. i 32), dont chacun constitue un cylindre creux à parois épaisses ; l'un contient l'ampoule à radium, l'autre une spirale de fil de manganine; les (') Curie, Soc. de Pliys., i()0.'5. (-) Angstrom, Phys. Zeit., 190.5. — Uunge et Prech^, Acad. de Berlin, \\)0-'>. — Preciit, />e/'. d. d. phys. GeselL, u)o\. — Rutherford et Barnes, Phil. Mcii,'., DÉGAGEMENT DE CHALEUR PAU LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. S477 cavités sont remplies de pétrole. Les blocs sont installés dans une enceinte métallique protégée contre les variations de température; dans une petite cavité de chaque bloc se trouve l'une des soudures d'un couple thermo-électrique ; l'intensité du courant est réglée de telle manière que le couple n'accuse aucune différence de tem- pérature entre les deux cavités; ensuite l'on intervertit la spirale et l'ampoule et l'on recommence l'expérience; on élimine ainsi l'influence d'une petite dissymétrie qui peut exister entre les deux blocs. La constance du débit de chaleur a été vérifiée pendant i5 mois^ et ce débit était de 68*^'^ 5 par gramme de bromure et par heure^ soit i i-''"' par gramme de radium et par heure. Les con- ditions de l'expérience ont été variées; on employait des calo- rimètres en cuivre^ en aluminium et en plomb. Les dimensions étaient 2*^'", 5 de hauteur, l'^'^ô de diamètre extérieur et o'^"', 5 de diamètre intérieur. Les rayons c[ui sortaient du verre devaient donc traverser o"'\ j 5 de métal. On a aussi employé un calorimètre en plomb de 4"'" de hauteur et de 2"", 5 de diamètre extérieur avec le même diamètre intérieur que précédemment; l'épaisseur de métal traversée était en ce cas égale à i*"". Tous les calorimètres ont donné sensiblement le même résultat^ les écarts des expé- riences ne dépassant pas 2 pour 100. La mesure la plus récente du débit de chaleur est celle de MM. V. Sclnveidler et Hess ( ' ), effectuée sur un gramme de chlorure (') V. ScinvEiDLER et Hess, Acad. de Vienne, 1908. 278 CHAPITRE XI. de radium appartenant à l'Académie de Vienne. La pureté de ce sel était garantie par la détermination de son poids atomique, (jui a donné le nombre 223. La méthode de mesures était la même ([ue dans les expériences de M. Angstrr)m, avec les dimensions suivantes des calorimètres en cuivre : diamètre extérieur, 2"'",;'); liauteur, 6"'"; épaisseur des parois, o''"',5. Le métal était poli et doré ; un couvercle épais était posé sur chaque calorimètre. L'élé- vation de température, due au radium, atteignait 5", 5. Une spirale de fil de manganine d'environ 1 8 ohms de résistance servait pour la comparaison. Le nombre trouvé est 1 18'^^ par gramme de radium et par heure, les mesures individuelles étant concordantes à la précision de o, 5 pour 100. La concordance avec le résultat de M. Angstrom est très remarquable, et le nombre obtenu est celui qui mérite le plus de confiance actuellement, étant données la quantité relativement grande de radium employée et la précision des mesures qui en résulte. On verra plus loin que la vie moyenne du radium est probable- ment voisine de 2800 ans. La quantité de chaleur dégagée par un gramme de radium jusqu'à destruction complète serait en ce cas de l'ordre de 2, 9. 10'' calories; pour fovu'nir cette quantité de chaleur, il faudrait brûler environ 5oo''8 de charbon ou bien environ -o'^" d'hydrogène. 101. Chaleur dégagée par l'émanation du radium et par la radio- activité induite. — Les expériences de P. Curie, relatives à l'augmen- ta tion du débit de chaleur du radium solide à partir du moment de sa préparation, ont montré qu'une grande partie de ce débit est due à l'émanation accumulée. Des recherches à ce sujet ont été faites par MM. Rutherford et Barnes ( ' ) qui ont chauffé le sel de radium de manière à en chasser l'émanation; celle-ci était con- densée dans un petit tube de verre immergé dans l'air liquide. L'émanation et le sel dont elle était séparée étaient étudiés sépa- rément au moyen d'un calorimètre différentiel, représenté dans la figure i53. Deux ballons de verre, de 5ou'"'' de volume cha- cun, étaient fermés par des bouchons. Les ballons étaient réunis par un tube en U contenant du xylène et servant de mano- (') KuTiiERi'OKD et Baunes, PkU. Mag., 1904. DKGAGKMENT DE CH.VLELR PAR LKS SUBSTANCES RADIOACTIVES. ^.JiJ mètre différentiel. Un tube de verre bouelié en bas pénétrait au travers du bouchon dans l'intérieur de chacjue ballon. Quand on introduisait au fond de ce tube une source de chaleur, l'air du ballon était chauffé et la pression augmentait. La différence de pression était lue au microscope. Les ballons étaient placés dans un bain d'eau cju'on agitait. On constate c[ue le débit de chaleur du sel_, dont on vient de chasser l'émanation^ diminue d'abord pendant cjuelques heures et atteint un minimum dont la valeur est environ 2. j pour 100 du débit qui correspond à réc[uilibre radio- octif^ puis le débit augmente et tend vers la valeur de régime. Fig. i53. Le débit dû à l'émanation augmente, au contraire_, pendant quel- ques heures, et décroît ensuite suivant une loi qui est approxima- tivement la même que la loi de décroissance de l'émanation. On pouvait estimer que l'émanation et le dépôt actif en équilibre avec le radium fournissent -j pour 100 environ du débit total de chaleur du radium. Pour suivre plus rapidement les variations de la chaleur dégagée, MM. Rutherford et Barnes ont employé un thermomètre différentiel en platine. Lne bobine formée par o.V'" de fil de platine fin était placée dans un tube de .V'"" de diamètre, où elle occupait •>"" de longueur; les tubes contenant le radium ou l'émanation pouvaient pénétrer dans cette spirale. On mesurait la variation de la résistance de la spirale lors de réchauffement. On a trouvé que pour le radium qui vient d'être privé d'émanation le débit de chaleur après i :^ minutes constituait j.j pour 100 du débit limite, et le débit minimum constituait aa pour 100 du débit limite. Pour l'émanation condensée dans un tube de o"" de longueur et de .)""" de diamètre, le débit maximum était atteint après 3 heures; à ce moment on chassait l'émanation et l'on 9.80 CIIAPITnE XI. observait la baisse du débit; après lo minutes celui-ci était égal à ^7 pour loo de sa valeur maximum^ et la loi de diminution rappelait la loi de la disparition de la radioactivité induite après exposition longue (intensité du rayonnement total). D'après MM. Rutherford et Barnes^ les proportions relatives du débit de chaleur sont approximativement les suivantes : Pour 100. Iladiuin 7.5 limanalion -H radinin A 4 4 l^acliuiii G 3i Le dégagement de chaleur par l'émanation du radium a été aussi observé par M. Ramsay ( ' ) qui a pu suivre pendant 1 5 jours au thermomètre l'excès de température dû à une ampoule conte- nant l'émanation; l'excès initial était égal à o"_,5 environ. M. Debierne a mesuré le dégagement de chaleur en fonction du temps pour l'émanation contenue dans une petite ampoule de verre a. Les mesures étaient faites au calorimètre à glace. On mesurait dans le même appareil le débit de chaleur dû à une ampoule de verre b contenant une quantité connue de sel de radium en équilibre radioactif. Le rayonnement pénétrant des deux ampoules était comparé^ et l'on pouvait ainsi se rendre compte à quelle quantité de radium correspondaient à l'état d'équilibre l'émanation et la radioactivité induite dans l'am- poule a. On pouvait en déduire pour le radium en équilibre radio- actif les proportions du débit de chaleur attribuables respecti- vement au radium et à l'émanation accompagnée de la radioac- tivité induite. Ces proportions sont iS pour loo et 82 poiir 100^ soit 2 i"-'' et 97*^"' par gramme de radium et par heure. La quantité de chaleur dégagée par unité de temps par l'éma- nation en équilibre de régime avec la radioactivité induite décroît très exactement suivant la loi exponentielle qui caractérise la décrois- sance du rayonnement. Dans la figure 1 54 la ligne I a été obtenue en portant en abscisses le temps et en ordonnées le logarithme de l'intensité du rayonnement de l'ampoule o; la ligne II a été obtenue en portant en ordonnées le débit de chaleur de la naême (') Ramsay. Chem. Soc, i<)0-. DEGAGEMENT DE CHALELR l'AR LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. •.>8i ampoule. On voit que les lignes I et II sont deux droites parallèles. La vie moyenne de l'émanation étant de loo heures environ^ on peut déduire de ce qui précède que l'émanation saturée^ séparée d'un gramme de radium^ pourra pendant sa vie dégager une quan- tité de chaleur égale à 97 X iv^>>^ calories^ soit environ i?, 900*^^^^ Le volume de l'émanation saturée d'un gramme de radium étant Fi y. IJ4- m \l \ V, 0.8 s \ \ \ ^ 0.6 \ ^ nV \ \ N 0.4 ^ V X N \ . 0.2 N, s \ s \ N 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Temps en heures 180 200 220 2'hO 260 environ o™"''_,6, sa masse^est environ o'"^, 01, si l'on admet c{ue le poids moléculaire est voisin de 200; le dégagement de chaleur total d'un gramme d'émanation pendant toute sa vie serait alors environ lo'-* calories, nombre de même ordre que celui qui mesure la chaleur accompagnant la destruction d'un gramme de radium. Ce résultat n'a rien qui doive étonner, parce que si l'on considère des atomes de poids peu différents, leur nombre dans un gramme de matière est peu différent également, et l'on peut penser que les quantités de chaleur mises en liberté lors de la destruction des atomes sont de même ordre. Mais le débit de chaleur pour divers corps radio- actifs pourra être extrêmement différent, car il dépend essentiel- lement de la vitesse de destruction. Un gramme d'émanation, en 282 CHAI'ITRI': XI. équilibre avec le dépôt actif^ fournirait pendant la première heure une quantité de chaleur environ 80000 fois plus grande que celle fournie dans le même temps par un gramme de radium en équi- libre radioactif. 162. Énergie cinétique des rayons v. et chaleur dégagée. — Les rayons a étant absorbés dans une couche très mince de inatière solide, leur énergie cinétique doit se trouver convertie en chaleur. M. Rutherford a indiqué que la chaleur dégagée par le radium pouvait provenir principalement de cette source. D'après les résultats numériques obtenus par M. Rutherford, l'énergie cinétique w des particules a du radium peut facilement être calculée. On a en effet pour l'énergie cinétique des particules provenant d'un gramme de radium pendant l'unité de temps e étant la charge d'une particule, m sa masse, v sa vitesse et N le nombre des particules émises par unité de temps par un gramme de radium. On suppose que la charge e a la même valeur pour les parti- cules des quatre faisceaux; la valeur du produit — est connue pour chaque faisceau d'après les mesures de déviation électro- statique (§ 130); on peut de plus admettre que le nombre N a dans tous les cas la même valeur 3, i. 10'" par seconde. Par suite Ne '^ /»('2 w = > •}. jm^ e Or, 2, -^- = ioi''^(4,78 + :),63 -i- (),r>. + 8,07) ■= 24,9. lo''* imités E. M. () 3 10-'" Ne = '),i. 10'" X ^^^—^ = 10,5. 10 1" unité E. M. .3 . 1 o ' " et IV = I },i . ro-j ergs pour i seconde ou 4,73. lo'-' cri;s pendant i heurt; D'autre part un gramme de radium dégage par heure une quantité de chaleur égale à 1 1 8'^' environ, et cette quantité de chaleur équivaut à 1 18 x 4, '<)• 10^ ©rgs, soit ^,9'). lo" ergs. On voit donc que la différence entre la chaleur réellement dégagée et celle qui correspond à l'énergie cinétique des rayons a constitue DKGAGIÎMENT DE CHALEUR PAR LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. v.83 seulement environ 5 pour loo du débit total. Cette différence peut s'expliquer soit par un manque de précision des données expérimentales, soit plutôt par cette considération cju'en dehors de l'énergie cinéticiue des rayons a, il faut envisager celle des rayons j et celle des atomes radioactifs projetés en vertu du phénomène de recul (§ 84). On peut prévoir que l'énergie d'un atome radioactif projeté est de l'ordre de 2 pour 100 de celle d'une particule a. D'autre part, d'après différents expérimentateurs (Curie, Laborde, Runge et Precht), l'augmentation du débit de chaleur qu'on obtient en entourant le radium d'une enveloppe de plomb afin d'absorber très complètement les rayons |j, est de l'ordre de 5 pour 100 du débit mesuré. Quant aux rayons y, leur effet calorifique doit être faible par rapport à celui des rayons ^p, parce que l'effet calorifique total ne semble pas augmenter pour des épaisseurs de plomb supérieures à 3""". Il semble, d'après ce qui précède, que lors de l'explosion des atomes de radium, l'énergie mise en liberté est presque entièrement utilisée pour communiquer aux particules expulsées leur vitesse d'émission, résultat c|ui n'était pas évident a priori, car on aurait pu penser que les parties restantes de l'atome exécutent à la suite de l'explosion de celui-ci des vibrations qui s'amortissent avec dégagement de chaleur. Quand le radium est en écjuilibre avec l'émanation et la radio- activité induite, l'énergie cinétique du groupe de rayons a du radium et celle de tous les quatre groupes de rayons a sont entre elles, d'après les mesures de M. Rutherford, comme les nombres 4,78 et 24,9, dont le rapport est 0,192. D'après les expériences de M. Debierne les débits de chaleur du radium seul et du radium accompagné de l'émanation et de la radioactivité induite sont proportionnels aux nombres 18 et 100. Si l'on évalue à 5 pour 100 le débit de chaleur dû aux causes autres que l'absorption des rayons a, la proportion du débit de chaleur dû au radium seul serait 1 9 pour 1 00 du débit total attribuable aux rayons a. Ces deux résultats sont en très bon accord. On peut prévoir que, pour les substances radioactives ayant des poids atomicjues voisins, les quantités de chaleur dégagées par gramme de matière détruite sont de même ordre, si la destruc- tion d'un atome entraîne l'expulsion d'une seule particule a. ■284 CHAPITUE XI. Quant aux débits de chaleur^ à vitesse d'émission égale des parti- cules a. ils seraient entre eux comme les inverses des vies moyennes et comme les nombres des particules a émises par unité de temps par gramme de matière. Mais si la destruction d'un atome entraîne l'expulsion de plusieurs particules a, comme dans le cas du radium^ alors les débits de chaleur restent approximative- ment proportionnels aux activités totales mesurées par les rayons a, mais ce sont les quotients des débits de chaleur par les nombres des particules a provenant de l'atome qui sont entre eux comme les inverses des vies moyennes^ à vitesse égale des par- ticules a émises. Le dégagement d'énergie totale pour une matière radioactive qui n'émet que des rayons ^j est probablement une petite fraction du dégagement d'énergie totale fourni à masse égale par une matière émettant des rayons a. 1()3. Effet calorifique du thorium, du polonium. — On peut, d'après ce qui précède, se rendre compte a priori de l'ordre du débit de chaleur qu'on doit prévoir pour le thorium ou l'uranium. L'activité du radium est à celle de l'uranium dans le rapport d'environ 7,3. lo^ (Boltwood); le dégagement de chaleur d'un gramme d'uranium doit donc être de l'ordre de 1,6. lo"'' calorie à l'heure; pour un gramme de thorium on trouverait un ordre de grandeur analogue. Pour mettre en évidence un dégagement de chaleur aussi faible^ il est nécessaire d'employer une quantité de matière importante. En opérant avec 4''''^ d'oxyde de thorium, MM. Pegram et Webb ( ' ) ont réussi à mettre en évidence un excès de température de cet oxyde sur le milieu ambiant. La matière active était contenue dans un vase isolateur à vide de 5 litres de volume, suspendu dans un cylindre métallique plongeant dans un bain de glace fondante. On mesurait la différence de température entre l'oxyde de thorium et le bain de glace au moyen d'un couple thermo-électrique. On produisait ensuite au sein de l'oxyde un dégagement de chaleur constant au moyen d'un fil dans lequel circulait un courant élec- trique, et l'on déterminait la valeur de l'excès de température (') PiCGUAM et Wkbb, Science, kjo'i; Le Radium, 1908. DEGAGEMENT DE CIIVLEL'U PAR LES SUBSTANCES It ADIOACTIVES. iO > qui s'établissait dans ces conditions. Comme les différences de température étaient très faibles^ on les considérait comme propor- tionnelles aux débits de chaleur. Le récipient dans lequel se trouvait le vase isolateur était étanchc;, et la pression y était réduite à o""",4 de mercure. La masse d'oxyde n'était pas par- tout à la même température^ la région centrale était plus chaude. L'excès de température observé était 3,4. io~'^ degré^ et le débit de chaleur était évalué à (),6. io~o calorie par gramme d'oxyde et par heure. Ce nombre est de l'ordre de grandeur prévu ; toutefois l'oxyde considéré n^était pas dans un état d'équilibre radioactif, et son activité n'était que 46 pour 100 de celle de l'oxyde à l'état d'équilibre dans les minéraux de thorium. On peut juger, d'après cela, qu'avec de l'oxyde en équilibre radioactif, on aurait obtenu un débit de chaleur de :>. ,i.io~' calorie par heure et par gramme. Pour mettre en évidence des débits de chaleur faibles provenant de sources de chaleur de petites dimensions, M. Duane (') a utilisé un calorimètre très sensible, au moyen duquel on peut con- stater avec certitude la production de ^hl ^^ gramme-calorie à l'heure, la durée de l'expérience n'étant que de quelques minutes. La méthode est basée sur l'augmentation rapide de la tension de vapeur d'un liquide très volatil lors d'un accrois- sement de température. Deux récipients de verre A et A' [fig. i^.t) sont réunis par un tube capillaire B. La moitié du volume des récipients est remplie d'éther sulfurique; l'air étant presque complètement retiré de l'appareil, celui-ci est ensuite scellé à la flamme. On peut arriver à placer une petite bulle d'air de longueur convenable dans le tube B et l'on observe le déplacement de cette bulle avec une lunette ou avec une lentille et une échelle. Si l'on introduit dans le tube D une substance S qui dégage de la chaleur, la tension de vapeur dans le récipient A augmente, et la bulle d'air est poussée vers le récipient A'. Le déplacement de la bulle dû à une petite quantité de chaleur est très grand, de sorte que l'appareil est très sensible. Pour protéger ce calorimètre contre les variations de la température extérieure, on le plaçait à l'inté- rieur d'un bloc de plomb E dont il était isolé en bas par un support (') Duane, Comptes rendus, 190g. 286 CHAPITRE XI. de paraffine et en haut par de la ouate. Le bloc de plomb était supporté par deux tiges à l'intérieur d'une boîte de laiton G enveloppée de ouate et placée dans une boîte de zinc qui était elle-même installée dans un thermostat à réglage électrique. Au lieu de mesurer le déplacement maximum de la buUc;, pro- voqué par l'introduction d'une source de chaleur dans le tube D, on peut utiliser une métliode de compensation et faire absorber la chaleur en même temps (ju'elle se dégage. La compensation était Fis. i55. obtenue par l'emploi de l'effet Peltier : le tube D renfermait un couple P de fer-nikel;, et l'on cherchait quelle était l'intensité du courant électrique pouvant absorber la chaleur produite à chaque instant. L'expérience a montré que la vitesse d'absorption de la chaleur est proportionnelle à l'intensité du courant si celle-ci ne dépasse pas 0,06 ampère et que 8'"', 2 sont absorbées par heure et par ampère. Un essai fait avec o"'S,8 de chlorure de radium a donné, pour le débit de chaleur du radium par gramme et par heure, 1 20' "' ; DKGAGlîMIÎNT DE CHAI.KIR PAR LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. '.Sj ce noiTibre est en bon accord avec les résultats obtenus par d'autres méthodes sur des quantités relativement grandes de radium. Au moyen du calorimètre qui vient d'être décrit, M. Duane a mesuré le débit de chaleur d'un échantillon de radiothorium et d'un échantillon de polonium. Les débits de chaleur mesurés étaient de l'ordre de o' '',01 par heure. En mesurant de plus l'ionisation totale produite par le polonium en couche très mince, on a trouvé que le polonium et le radium_, en quantités qui produisent la même ionisation, dégagent à peu près les mêmes quantités de chaleur. Ce fait est conforme à l'hypothèse d'après laquelle la chaleur dégagée représente approximativement l'équivalent de l'énergie cinétique des rayons a^ car l'ionisation semble propor- tionnelle à cette inême éneroie. CHAPITRE XII. URANIUM ET SA FAMILLE. I6i. Rayonnement de l'uranium. — L'uranium est la substance sur laquelle la propriété radioactive a été observée pour la première fois. L'uranium est un métal dont le poids atomique 2 38,5 est le plus élevé de tous ceux que nous connaissons actuellement. La radioactivité de cette substance se montre tout à fait constante au cours de plusieurs années (§ 31). L'ionisation au voisinage de l'uranium est due principalement à un rayonnement absorbable cjui est considéré comme rayonne- ment rj., bien qu'aucune preuve directe n'ait encore été obtenue à ce point de vue. L'effet du champ magnétique sur ces rayons n'a pas été observé, et l'on rencontre à ce point de vue quelques difficultés; en effet, l'effet radiographique des rayons n'a encore pu être obtenu, et l'effet ionisant est trop faible pour qu'on puisse employer un dispositif semblable à celui dont M. Rutherford s'est servi pour mettre en évidence Faction du champ magnétique sur les rayons a du radium. La courbe d'ionisation caractéristique des rayons a n'a pas non plus été construite pour ces rayons, car il est difficile d'employer dans ce cas un diapliragme pouvant isoler des rayons parallèles. D'autre part, la limite du rayonne- ment dans l'air semble assez bien définie et, de plus, des rayons ,j aussi facilement absorbés par l'air seraient très sensibles à l'action du champ magnétique; enfui la production d'hélium dans une solution de sel d'uranium a été oljservée par M. Soddy. Les rayons dont il s'agit serait donc désignés ici comme rayons a, bien que leur nature ne puisse être considérée comme établie avec certitude. Le parcours des rayons a de l'uranium n'a pas encore été déter- miné expérimentalement avec précision. Quand on examine l'ioni- riiAMiM i:t sa fa.milli:. '89 satioii dans un espace d'air compris entre deux plateaux paral- lèles dont l'un est recouvert d'une couche d'oxyde d'uranium, on constate que^ pour une distance entre les plateaux supérieure à '6''"\ le courant de saturation ne varie plus guère avec la distance. En conservant une valeur fixe de la distance des plateaux et en faisant varier la pression de l'air ionisé, on peut déterminer la pres- sion pour laquelle l'absorption des rayons a de l'uranium est totale ('). On trouve ainsi que le parcours des rayons dans l'air sous la pression atmosphérique, déduit de leur parcours dans l'air sous une pression dilïérente^ est compris entre 3'"' et 4""- Oi^^ peut aussi utiliser un dispositif avec lequel les rayons ne peuvent pénétrer dans la chambre d'ionisation qu'au travers d'une toile métallique et observer l'accroissement du courant qui a lieu quand on rapproche progressivement la source radiante de la toile. Le nombre ainsi trouvé pour la distance maximum à laquelle s'étend dans l'air l'action des rayons est environ 3 '"'^5 (-). M. Braggv, par des considérations indirectes_, a trouvé pour le parcours la valeur 3 ""^26 (§ lî27). D'après ces résultats^ il est probable que la vitesse initiale des rayons a de luranium est peu différente de celle des rayons a du radium. L'intensité des rayons a de l'uranium est réduite de moitié quand les rayons traversent une couche d'air de 4"""?^j Is coefficient d'absorption de l'aluminium pour ces rayons est environ 2-00. L'uranium qui est à l'état d'équilibre radioactif émet aussi des rayons 3 et des rayons ^'. Les rayons ^j sont attribuables à l'uranium X c{ui est un produit de la désagrégation de l'uranium et qui l'accompagne pour cette raison. L'ionisation due aux rayons pénétrants^ dans les chambres d'ionisation de dimensions usuelles^ n'est que de cjuelques pour 100 quand on emploie une couche active épaisse^ et moins de 1 pour 1 00 quand on emploie une couche active très mince. Les rayons y de l'uranium ont une intensité très faible, et proviennent, de même que les rayons j. de l'uranium X. J'ai montré dans un travail déjà ancien que l'activité des com- (') Lacy, Le Radium, 1907. (-') Bloch, Le Radium, 'O^T- C. - II. ago CIIAIMTUE Xll. posés d'urane augmente avec leur teneur en uranium et que le courant de saturation obtenu avec de l'oxyde d'urane en couche assez épaisse est environ 5. io~''' ampère par centimètre carré, les rayons a étant presque complètement utilisés dans l'appareil de mesures. M. Rutherford a indiqué la valeur 4v^-'o~' ' ampère pour le courant de saturation obtenu par centimètre carré d'une couche assez épaisse d'oxyde U'O**. Ces résultats sont très comparables. M. Me Coy ( ' ) a fait une étude détaillée de la relation qui existe entre l'activité des composés d'uranium et leur teneur en urane, et a prouvé que ces quantités sont proportionnelles. A cet effet, il a utilisé des couches actives très minces, pour lesquelles l'absorp- tion des rayons par la matière pouvait être négligée. Pour préparer une pellicule active, on délaye la matière finement pulvérisée avec du chloroforme ou de l'alcool, on verse la bouillie ainsi obtenue sur un disque métallique et on laisse le liquide s'évaporer lentement; la couche active obtenue est homogène et adhérente. Soient m la masse de matière employée, c la proportion d'uranium dans cette matière, K l'activité d'un gramme d'uranium évaluée sans tenir compte de l'absorption; l'activité i d'une couche très mince, dont on utilise totalement le rayonnement émis par une face, est donnée par la relation « = - K m c . Il est dilTicile de préparer des couches suffisamment minces pour r{ue l'activité soit rigoureusement proportionnelle à la masse, mais en construisant la courbe d'accroissement du rapport — avec m, on peut déduire par extrapolation la valeur limite de ce rapport pour les valeurs très faibles de m, et l'on peut en déduire la valeur du coefficient K; celui-ci se montre constant pour les différents composés d'uranium. L'activité limite qui est obtenue avec une couche suffisamment épaisse peut être calculée en admettant que le rayonnement est absorbé par la matière suivant une loi exponentielle caractérisée par le coefficient [jl. Si l'on désigne par p la densité de la matière, l'intensité ^ du rayonnement émis par une face d'une couche C) Me Cov, P/til. M a g., njoG. UIUMl.M KT SA FAMIM.E. 29I d'épaisseur totale x et de masse m est donnée par la relation I /^ , - , K rs z -■> = -/ K c 0 s (Ir e-V-'^ ~ ( i — e--\^-^ ). Pour une valeur suffisante de x la limite est approximativement atteinte, et l'on a alors K es p 5 00 = • Par suite ,^ =1 — e-R- d'où ou I , T so , I [JL = — loijg -— = -^ io^e .r " -> /» " ^ On en déduit K = loge . me -> Ainsi la valeur de K peut aussi être obtenue par la comparaison de l'activité d'une couche dont la masse est 7n avec l'activité d'une couche du même composé et de même surface et d'épaisseur suffisante pour que l'activité limite soit atteinte. En utilisant ce mode de comparaison^ on trouve que le coefficient K est constant pour les différents composés d'uranium et égal à celui qu'on obtient en utilisant des couches très minces. L'épaisseur des couches n'était d'ailleurs jamais bien grande ; l'expérience montre C{ue la valeur limite de l'intensité est atteinte pour des couches d'oxyde U'O** qui contiennent environ o'^, 02 de matière par centimètre carré de surface. MM. Me Coy et Ashman ( ' ) ont proposé comme étalon de radioactivité une pellicule d'oxyde U'O* d'environ o'^,02 de matière par centimètre carré. En chauffant un oxyde d'uranium très pur à l'air vers -00" on obtient l'oxyde U^O'' avec une com- position parfaitement définie. On peut mesurer en valeur absolue l'intensité du courant de saturation qu'on obtient avec une pellicule préparée au moyen de cet oxyde, en utilisant entièrement (') .Me Coy et Ashman, Le RadiuDi, :90s. V><)'2 CHAPITRE XII. les rayons a et en faisant une correction relative aux rayons [ii, La mesure était faite au moyen d'un électroscope avec adjonction d'un condensateur absolu formé par deux sphères concentriques; on mesurait le temps nécessaire pour la production d'une baisse de potentiel déterminée^ d'abord sans capacité supplémentaire, puis avec une capacité supplémentaire. Les nombres obtenus avec diverses pellicules dont la masse totale variait entre o^,() et 0^,8 sur une surface d'environ .^o"^"^' sont très concordants. On trouve^ par centimètre carré de la pellicule^ un courant égal à 5,^9. io~''' ampère. D'autre part, ^L Me Coy a montré que le coefiicient K^ qui repré- sente la valeur de l'activité totale d'un gramme d'uranium, est numériquement égal au produit par 798 du courant de saturation dû à 1""' de la pellicule étalon en U'O". Par conséquent on obtient K = 3,79.10 '3 X 79J = 4ît)i-io~'" ampère. La même méthode de recherches a été appliquée à la détermi- nation de l'activité totale des minerais d'uranium par gramme d'uranium qui s'y trouve contenu. On déterminait la valeur limite du rapport — de la masse de la couche active à son activité^ pour des masses très faibles; on déterminait^ d'autre part, la propor- tion p d'uranium dans le minerai. Les résultats obtenus sont repré- sentés dans le Tableau suivant : — limite. ' — xp. i pour lOU. i Pechblende du Colorado o,o472 Ji,i -241 » de Bohême 0,0394 4o,^ '^f^ » inconnue . o,o4oo 61 , i '244 Gummile de la Caroline o,o41*> ^4,7 244 Carnotite du Colorado o,o6r>, 39,9 '>44 D'après ces résultats l'activité totale K' par gramme d'uranium aurait la même valeur pour les minéraux examinés ; cette activité est beaucoup plus grande que l'activité totale d'un gramme d'uranium^ et l'on trouve -rr =: 4i • 3- Ce nombre doit subir une correction si l'on K ' tient compte de la perte d'activité qu'éprouvent les minéraux par suite du dégagement de l'émanation du radium ( ' ). On trouve (') .Me Coy et Moss, Jourii. ani. Chein. Soc, 1907. LKAMl.M ET S,\ l'A.MII.I.F.. -P.gi ainsi ^ = 4,54. Si l'excès d'activité était entièrement attribué à la présence dans les minerais d'uranium de radium accompagné des produits de sa désagrégation, il existerait donc un rapport constant entre les activités totales de l'uranium et du radium dans les minerais d'urane, et par suite aussi un rapport constant entre les teneurs des minerais d'urane en uranium et en radium. Cette relation de proportionnalité qui permet de prévoir une relation de parenté entre l'uranium et le radium a été annoncée indépendamment par M. Boltwood à la suite de recherches faites par une méthode différente. l6o. Uranium X. Préparation et rayonnement.— Les premières recherches sur les propriétés radioactives des composés d'uranium avaient montré que la radioactivité semble être une propriété atomique de l'élément uranium. Toutefois, si le rayonnement que l'on observe avec l'uranium provenait en réalité d'un élément fortement radioactif très voisin de l'uranium par ses propriétés chimiques et mélangé à celui-ci en faible proportion;, les résultats expérimentaux obtenus auraient pu être les mêmes. Après la découverte du j)olonium et du radium^ des essais ont été faits en vue de priver l'uranium de ses propriétés radioactives par voie chimique. Les expériences faites à ce sujet ont donné un résultat négatif en ce sens que le rayonnement le plus important au point de vue de l'effet ionisant, c'est-à-dire le rayonnement a, s'est montré jusqu'à présent inséparable de l'uranium; toutefois, les recherches dont il est question ont conduit à des conséquences importantes. On a vu (§'oo) comment M. Crookes, en traitant une solution de sel d'urane par le carbonate d'ammoniaque en excès, a réussi à séparer un résidu insoluble qui contenait toute l'activité radio- graphique de l'uranium utilisé ; ce résidu dans lequel se trouvent réunies les impuretés, telles que le fer, qui accompagnent l'ura- nium, contient aussi en quantité probablement minime une sub- stance active nommée uranium X. H. Becquerel a obtenu la sépa- ration de l'uranium X par une méthode d'entraînement dans la 204 CHAPITRE XII. précipitation avec le sulfate de baryum. Cette inétliode qui avait été tout d'abord utilisée par ]M, Debierne pour l'entraînement de l'actinium, est devenue depuis d'un usage courant pour la sépa- ration de certains corps radioactifs faisant probablement partie du groupe du fer. H. Becquerel a montré que l'activité de l'ura- nium X disparaît dans l'intervalle d'un an, tandis que celle de l'uranium se régénère pendant le mcme temps. Le rayonnement séparé avec l'uranium X est le rayonnement [j et le rayonnement •' de l'uranium en équilibre radioactif, tandis que le rayonnement a de l'uranium n'est pas modifié par la séparation. Nous pouvons admettre que l'uranium donne lieu à une for- mation continue et constante d'uranium X, et que celui-ci se détruit en fonction du temps. Un équilibre de régime est atteint quand la quantité d'uranium X qui se produit en un temps donné compense exactement celle qui est détruite pendant le même temps. L'activité de l'uranium X décroît suivant une loi exponentielle simple, caractérisée par une période de désacti- vation primitivement évaluée à 22 jours ( ' ). La variation de l'activité de l'uranium X avec le temps est, d'après cela, donnée par la relation (1) r3 = ,3o e-"'-', où X = 3,6â.io-" — • sec D'autres observateurs ont obtenu pour la période des valeurs voisines. Une détermination récente, due à MM. Soddy et Rus- sell (-), conduit à assigner à la période une valeur plus élevée, soit 24,6 jours. Les expériences étaient faites avec de l'uranium X extrait de 45^' d'azotate d'urane, et les observations ont pu être poursuivies pendant plus de 200 jours. Pour suivre la reprise de l'activité en rayons |j de l'uranium dont on a séparé l'uranium X, on emploie un écpan très mince en aluminium cjui supprime l'effet des rayons a. L'augmentation de l'activité 3 de l'uranium avec le temps est représentée par la relation (2) .1 =.->,(i — e->-'), (') RUTIIERFOUD et SoiJDY, Pllil. Mci^., I()03. (^) Soddy el Rcssell, Phil. Mcii^., l'jio. VRAM l M ET SA FAMILLE. 29*5 A«, étant l'intensité finale et a le coefficient qui caractérise la destruction de l'uranium X, Les courbes représentatives des relations (i) et (a) sont complémentaires^ ainsi qu'on peut le prévoir^ si l'uraniuin X est produit par l'uranium avec une vitesse constante. Les méthodes employées pour la séparation de l'uranium X sont les suivantes : Précipitation d'une solution de sel d'uranium par une solution de carbonate d'ammonium en excès (Crookes); il est utile d'em- ployer une solution très concentrée chaude de ce réactif (Schlundt et Moore ( ' )]. Dissolution de l'azotate d'uranium dans l'éther (Crookes); le liquide se sépare en deux couches dont l'une est plus riche en éther et l'autre en eau; la première contient un excès d'ura- nium, et la seconde un excès d'uranium X ; la séparation n'est pas complète. Entraînement de l'uranium X par un précipité de sulfate de baryum, dont on détermine la formation dans la solution du sel d'uranium (Becquerel). Le précipité obtenu est transformé en sel soluble, et en précipitant la solution par l'ammoniaque, on obtient dans le précipité l'uranium X séparé du baryum. Ebullition d'une solution d'azotate d'uranium avec du noir de fumée ou du noir animal; ces corps entraînent l'uranium X; en calcinant le précipité obtenu avec de l'azotate d'ammonium, on obtient un résidu très faible contenant l'uranium X. Dissolution de l'azotate d'uranium dans divers solvants orga- niques : alcools, acétone, etc. [Moore (-)]. La solution trouble est filtrée ; la liqueur contient l'uranium, le résidu l'uranium X. Cette séparation réussit très bien en présence d'une petite quantité d'hydrate ferrique [Hess ('')]. Entraînement de l'uranium X par l'hydrate de fer qui se forme dans une solution bouillante d'acétate d'urane additionnée d'acétate ferrique ('). (') ScHLLXDT et MooRK, Pliys. Zcit., 1908. (^) Moolu;, Pliil. Ma g., 1906. (■'') Hess, Acad. f'ienne, 1907. (*) SziLARD. Le Radium, 1909. agô CHAPITRE MI. Les réactions de l'uranium X se présentent comme des réactions d'entraînement ; ce corps appartient vraisemblablement au groupe du fer. Le rayonnement de l'uranium X comprend en premier lieu le groupe principal des rayons [j homogènes^ observé pour les composés d'urane en éc{uilibre radioactif et caractérisé par le coefficient d'absorption ul = i4 pour l'aluminium. Nous avons vu toutefois que l'uranium X émet aussi des rayons [i beaucoup plus absorbables formant un groupe probablement homogène, et dont le coefficient d'absorption par l'aluminium est a= ôio (§ lli). Pour les deux groupes, l'intensité du rayonnement décroît en fonction du temps suivant la loi de destruction de l'uranium X, l'intensité dimi- nuant de moitié en une période de :iv< jours environ. L'activité des préparations d'uranium X ne disparaît pas complè- tement, mais laisse toujours un résidu faible de rayons très peu pénétrants ( ' ); cette activité résiduelle reste constante pendant un temps supérieur à une année. La nature de ce rayonnement n'a pas encore été précisée; on peut penser c[ue c'est un rayonne- ment a émis par un produit de désintégration de l'uranium X; on peut aussi supposer que l'activité résiduelle est due à une petite quantité d'ionium contenue dans l'uranium et entraînée dans la séparation de l'uranium X avec ce dernier. 1(56. Diffusion de l'uranium X. — En séparant partiellement l'uranium X de l'uranium par la méthode c|ui consiste à secouer avec de l'éther la solution aqueuse d'azotate d'urane, MM. Meyer et von Schweidler (-) ont constaté que l'uranium contenu dans la portion riche en éther augmente d'activité régulièrement, mais que la portion riche en eau donne lieu à des effets irréguliers. Si on laisse cristalliser dans cette portion l'azotate d'urane conte- nant un excès d'uranium X, l'activité des cristaux mesurée en rayons [i diminue d'abord beaucoup plus rapidement qu'il ne résulte d'une loi de diminution de moitié en 'A'à jours. De môme des cristaux d'azotate d'urane qui viennent de se former dans une solution aqueuse manifestent d'abord une baisse relativement (') Danm:, Le Hadiitni, ii)Oi). — Soddy, \alurc, i(>o(). ( - ) .MiiYKK cl V. Scii\VKn)i.k,ii, Wicu. Ber., 190^. IIIANIIM KT SA FAMILLE. 2g7 rapide de l'activité j ; cette baisse aboutit à un minimum suivi d'un accroissement d'activité qui dure plusieurs mois. ]\I. Godlewski ( ' ) a montré que les effets indiqués sont dus à la diffusion de l'uranium X dans la masse du cristal. Les cristaux d'azotate d'urane formés en solution aqueuse, avec ou sans addi- tion d'éther, contiennent une quantité d'uranium X inférieure à celle qui convient à l'équilibre radioactif, ce corps ayant été retenu dans la dissolution. Mais la cristallisation ayant lieu dans le fond du vase, le liquide enrichi en uranium X se trouve à la surface, et quand la cristallisation est terminée, la face supérieure de la plaque solide est plus riche en uranium X que la face inférieure. L'uranium X diffuse alors dans la plaque solide dans le sens de la chute de concentration, d'où résulte une baisse progressive de l'activité 3 de la face supérieure et une augmentation d'activité de la face inférieure. Ainsi dans une expérience les deux faces de la plaque avaient au début les activités io35 et 196 et ont atteint la même activité après un intervalle de temps de 48 heures. Quand la diffusion est terminée, on observe un accrois- sement d'activité ou une activité constante suivant qu'on a séparé de l'uranium X ou qu'on n'en a pas séparé. 107. Radiouranium. — L'existence d'un produit intermédiaire entre l'uranium et l'uranium X a été signalée par ^L J. Danne (-) à la suite de recherches faites sur l'uranium X extrait d'une solution de '20^'^ d'azotate d'urane. Cette solution d'un sel de commerce contient de l'acide sulfu- rique. En l'additionnant de petites quantités de sel de baryum on obtient un précipité de sulfate de baryum qui entraîne de l'ura- nium X en même temps que de l'uranium et du fer. Ces substances sont séparées du baryum, par la méthode analytique ordinaire, à l'état d'hydrates qu'on dissout dans l'acide azotique; les azotates sont traités par l'acétone qui dissout l'azotate d'urane tandis que l'uranium X reste avec l'azotate de fer insoluble dans ce réactif. Le sel de fer actif évaporé à sec et calciné a été traité à chaud par de l'eau additionnée d'acide chlorhydrique. La partie insoluble (') Godlewski. Rutherfokd, fiadioactivity. (-) Danne, Comptes rendus, février iiiO): Le Radium, février 1909. 29^ CHAPITRE XII. contenait l'uranium X; l'activité de ce produit était 63 fois plus grande que celle de l'uranium à poids égal^ et son poids était o^, 5. La liqueur acide^ évaporée à sec^ contenait un peu de fer; le poids de cette matière était o^', ^\, et son activité était moitié moindre que celle de l'uranium à poids égal. Toutefois, en examinant ce produit après un intervalle de plusieurs mois, M. Danne a constaté que son activité était devenue lo fois plus grande, et que l'augmentation d'activité était due à la formation d'uranium X, En effet, en répétant sur le produit considéré un lavage à l'eau chaude on a obtenu une liqueur et un résidu insoluble; ce dernier contenait l'uranium X, caractérisé j^ar sa période de décroissance et par la nature de son rayonnement; la liqueur était agitée avec de l'hydrate de fer qui entraînait l'uranium X restant qu'on séparait; l'eau mère évaporée à sec a fourni un produit dont l'activité s'est montrée régulièrement croissante et a augmenté dans un rap- port 9.y/\ dans l'intervalle de 44 jours, l'accroissement d'activité étant dû à une production continue d'uranium X. Comme le pro- duit ne pouvait contenir que des traces d'uranium, et que son activité en rayons [j était supérieure à masse égale à l'activité totale de l'uranium, on pouvait penser qu'il contient une sub- stance qui n'est pas l'uranium et qui donne lieu à la production d'uranium X; cette substance intermédiaire entre l'uranium et l'uranium X a été nommée radiouranium. L'activité en rayons [i de l'uranium X formé par le radiouranium isolé dans cette expé- rience était faible par rapport à celle de l'uranium X retiré de la solution primitive de sel d'urane; on doit donc penser que la quantité de radiouranium entraîné par le sulfate de baryum était une partie seulement de la quantité de radiouranium présent avec l'uranium. Il est probalîle que le radiouranium ne peut que difficilement être séparé de l'uranium. Ainsi s'expliquerait ce fait qu'après séparation chimique de l'uranium X, l'activité de l'ura- nium s'accroît suivant la même loi que celle qu'on obtiendrait si l'uranium X était produit directement par l'uranium. Il suffit, en effet, d'admettre que lors de la séparation de l'uranium X, le radiouranium reste avec l'uranium, et que l'équilibre radioactif entre ces deux corps n'est pas altéré. La vie moyenne du radiou- ranium serait beaucoup plus grande que celle de l'uranium X. L'activité initiale du produit qui contenait le radiouranium n'était UnANIUM ET SA FAMILLE. 299 qu'une faible fraction de l'activité finale; il est donc probable que le radiouranium n'émet pas de rayons a et ne pourrait émettre que des rayons |i. 168. Famille de l'uranium. — Voici, en résumé, comment est composée^ suivant nos connaissances actuelles^ la famille de l'ura- nium dans l'ordre des transformations successives : Vie moyenne. Uranium De l'ordre de 9 X (o^ ans rayons a Radiouranium .... ? ? Uranium X De l'ordre de 35, 5 jours rayons [î et -; CHAPITRE XIII. RADIUM ET SA FAMILLE. — POLOMUM. 169. Rayonnement du radium. — Le radium est une substance fortement radioactive^ caractérisée par une émission de rayons et par le dégagement d'une émanation radioactive dont la période de destruction est T = 3,85 jours environ. Le radium est un métal alcalino-terrevix dont le poids atoinicjue est 226^6. L'émanation radioactive à laquelle il donne naissance est un gaz monoato- mique de poids atomique élevé, probablement égal à 222,5 ('). Le radium privé de l'émanation et de la radioactivité induite qui en résulte est ramené à son activité minimum; il émet alors des rayons a ainsi qu'un rayonnement [i très faible et très absor- bable. On peut mesurer l'activité totale minimum pour une quan- tité connue de radium en utilisant le sel en couche suffisamment mince pour que l'absorption du rayonnement par la matière active soit négligeable, et en se servant d'une chambre d'ionisa- tion dans lacfuelle les rayons a du radium au minimum d'activité sont complètement absorbés par l'air. Dans ces conditions l'effet ionisant total des rayons émis par un gramme de radium est mesuré par un courant de saturation de 6,0 . 10^ ' ampère suivant une déter- ("] Tandis ciue la mesure du coefdcient de difïusioii d'tuis l'air avait conduit à prévoir pour rémanation un poids moléculaire et atomique d'environ loo seule- ment (§ (jî), uue valeur très voisine de celle que prévoit la théorie des transfor- mations radioactives a été obtenue récemment par M. Debierne qui appliquait la méihode d'effusion, c'est-à-dire d'écoulement par un orifice en paroi mince, à l'émanation contenue dans un mélange gazeux de très faible |)ression totale {Comptes rendus, 1910); le nombre ainsi trouvé est environ :!-2o, la précision étant évaluée à 2 ou 3 pour mu. Plus récemment encore, M. Iliiuisav a ellectué la pesée directe de minimes quantités d'émanation au moyen d'une balance de sensibilité très grande, spécialement construite, et (mi a déduit pour l'émanation un pi)iils iitomique de r.H) {Comptes rendus, 1910). RADll.M KT SA FAMlLLt;. — PoLOML.M. 3oi mination directe (Rutherfoi-d)^ et de 8^0. io~'' ampère suivant une détermination plus récente mais moins directe (Geiger). Si l'on utilise pour l'activité totale d'un gramme d'uranium le nombre 4.^>i • io~'" ampère (Me Coy et Ashman). le rapport des activités totales du radium au minimum d'activité et de l'uranium est égal à i , 3 . 1 o^ dans le premier cas et à i , 74- 1 o** dans le second cas. Le premier nombre est en accord avec les résultats des expé- riences sur l'activité du radium et de l'uranium dans les minerais d'urane (Boltwood). Quand le radium est en équilibre avec l'émanation et la radio- activité induite^ son rayonnement a est fortement augmenté^ et l'on constate de plus l'émission de rayons ^ et de rayons "'; ces rayons pénétrants proviennent du dépôt actif, tandis que des rayons a sont émis aussi bien par l'émanation que par le dépôt actif. Le rayonnement a du radium en équilibre radioactif se compose de quatre groupes homogènes dont les parcours dans l'air sous la pression atmosphérique sont respectivement 3"", 5, i''"'.2'd. 4''"'.f^o et 7"'", 00. Nous avons vu que le groupe de rayons, dont le parcours est 3"", 5 doit être attribué au radium lui-même. Le groupe, dont le parcours est le plus long, 7*^"',o3, doit être attribué au dépôt actif, parce qu'on peut l'observer avec un fil activé. Parmi les trois substances qui composent le dépôt actif, la première, le radium A, décroît très rapidement et son effet ne peut être ob.-ervé sur le fil activé que pendant environ 10 minutes; les deux autres disparaissent plus lentement et peuvent être observées pendant quelques heures. De ces deux substances plus stables, une seule émet des rayons a, et nous verrons que cette substance est le radium C. ^L Me Clung (') a construit la courbe d'ionisation pour les rayons x émis par un fil activé au moyen de l'émanation du radium; les rayons utilisés étaient ceux du radium C après destruction du radium A. Comme l'activité diminue avec le temps, les valeurs de l'ionisation à diverses distances de la substance active doivent être rapportées à un même moment, ce qu'on peut faire facilement si la loi de variation de l'activité a été préalablement déterminée. La courbe d'ionisation obtenue (fig. i 5(3) indique que le rayonnement a du (') Me Cluxg, Phi/. Mag., igoG. 302 CHAPITIU: XIII. radium C est homoi^ène et que son parcours est environ *> ""^7. Les expériences relatives à la réduction du parcours des rayons a du radium C par la traversée de feuilles d'aluminium (§ l^O) conduisent aussi à la conclusion que les rayons forment un l-'i^. i5fj. 20 30 40 Ionisation groupe homogène dont le parcours clans l'air est très voisin de 7"""'. On peut donc identifier ce groupe de rayons avec celui des quatre groupes émis par le radium en équilibre radioactif dont le parcours est le plus long et égal à 7'"', 00. Les deux autres groupes de rayons a appartiennent à l'émanation et au radium A. On doit attribuer à ce dernier le groupe dont le parcours est 'î"",'^'^;, conformément aux expériences de M. Ruther- ford sur la déviation magnétique de ce groupe de rayons; on a vu en effet que la valeur du produit — > fournie par la mesure de cette déviation, est en accord avec la valeur de la vitesse v calculée d'après le parcours 4"'\83. Des mesures directes relatives à l'absorption du rayonnement du dépôt actif par les écrans minces conduisent à la même conclusion ('). C) 11. -\V. Scii.MiDT, Ann. de Pliys., njnG. RADIL.M ET SA FAMILLi:. — POLOMUM. 3o3 Les rayons j et" appartiennent à la partie du dépôt actif dont l'évolution est plus lente, c'est-à-dire au radium B et C. Quand le radium contient de l'émanation et de la radioactivité induite, son activité a est augmentée. Si le sel est sec, il est peu perméable à l'émanation; son activité limite, qui est atteinte un mois après la préparation, est environ cinq fois plus élevée que l'activité initiale. En eiïectuant une détermination plus précise sur un sel de radium en couche très mince, dont les rayons a sont totalement absorbés dans l'air de la chambre d'ionisation, on trouve un rapport 5,6 entre l'activité limite qu'aurait eue le sel, s'il n'avait éprouvé aucune perte d'émanation, et l'activité minimum du mcme sel (Boltwood). On en conclut que l'activité a totale d'un gramme de radium en équilibre radioactif avec l'émanation et la radioactivité induite est i ,3 x 5,0- lo", soit 7,3.10'' fois plus grande que l'activité totale d'un gramme d'uranium. L'activité due aux rayons pénétrants était négligeable dans ces expériences. 170. Analyse de la radioactivité induite. — Nous avons vu que la radioactivité induite due au radium suit une loi d'évolution complexe en fonction du temps, et que cette loi dépend du temps pendant lequel la substance activée a été soumise à l'action acti- vante de l'émanation du radium. Quand la substance activée a été soustraite à l'action de l'émanation, son activité mesurée par le rayonnement total va en diminuant; mais la loi de diminution n'est pas une loi exponentielle simple. Nous avons vu aussi que, dans le cas d'une exposition longue, la courbe de désactivation a pu être représentée par P. Curie et M. Danne par une différence de deux exponentielles, pour des temps supérieurs à 20 minutes à partir du début de la désactivation. Voici comment a été effectuée cette analyse qui a servi de modèle pour l'interprétation des nombreux cas analogues qui se sont présentés dans l'étude de la radioactivité. Considérons la courbe représentative du logarithme de l'inten- sité -> du rayonnement total en fonction du temps. La forme de cette courbe, qvii a déjà été décrite précédemment (§ 76), est représentée dans la figure \:)~. Pour des temps supérieurs à 20 minutes environ, la courbe conserve une courbure de même 3o4 CHAPITRK XlII. sens^ constamment décroissante, la concavité étant tournée vers les axes. Une telle courbe ne saurait être représentée par une somme d'exponentielles simples alîectées de coefficients différents suivant la formule A , e -'m A.,e-' = parce que^ dans ce dernier cas, la courbe qui représente -"^ ou log ^ en fonction du temps reste convexe vers les axes. La courbe pro- posée^ examinée dans la région qui correspond à i >> 20 minutes, ne 2.0 -2.0 Fig. • ^ \\ \ 100 200 Temps en minutes peut donc pas représenter la disparition de deux (ou ])lus de deux) formes de radioactivité indépendantes entre elles, et caracté- risées chacune par une loi de destruction exponentielle simple. Après plusieurs heures^ la covu^be proposée se confond très approximativement avec une droite dont l'équation peut s'écrire lûgj ^p — qt. haoium et sa i vmii.le. — polomlm. 3o5 Cette droite représente un rayonnement dont l'intensité J décroît suivant une loi exponentielle simple; soit Jq l'intensité du rayonnement qu'on obtiendrait par extrapolation de la formule pour t = o; on aura J = Joe->', en posant P = logJo, g = 1 loge. Le rayonnement réellement observé A évolue suivant une loi qui tend asymptotiquement vers la loi d'évolution du rayonnement fictif J. Formons la différence J-'i et examinons comment elle varie en fonction du temps. On trouve que cette différence décroît suivant une loi exponentielle simple, de sorte qu'on peut écrire log(J _ A)=//— r//, J — A = ( Jo— Au)e-A'', les valeurs de -^^ et de )/ étant définies par les relations /j'=log(Jo — Au), <7'= À'ioge. On aura par suite ■'(I \ '■-'o !• ou^ en posant ^ = K, "Ml Cette formule est celle qui a été indiquée par P, Curie et M. Danne; r^o n'est pas l'intensité initiale du rayonnement total^ mais l'intensité initiale extrapolée d'après la loi numérique qui représente la courbe pour des temps supérieurs à 20 minutes; la région de la courbe obtenue par extrapolation est représentée sur la figure en traits ponctués. Il résulte du mode de détermination du coefficient K que celui-ci est supérieur à l'unité, puisque Jo ^ -"^o- La courbe est donc convenablement représentée par une différence de deux exponentielles. Les valeurs trouvées pour les coefficients étaient les suivantes : K = 4,i, X = oooo,|ij — > À' = o,ooo538 — • sec sec C. — II. 20 3o6 CIIAPITKE Mil. Après /\ heures environ la deuxième exponentielle est devenue peu importante par rapport à la première. L'intensité du rayonne- ment décroît alors suivant une loi exponentielle simple caracté- risée par le coefficient A; elle décroît de moitié en une période d'environ 28 minutes. 171. Interprétation théorique. — Si l'on admet qu'une matière radioactive simple est caractérisée essentiellement par une loi de destruction exponentielle simple, la loi observée pour la disparition de la radioactivité induite du radium après exposition longue ne peut s'interpréter par la présence d'une seule matière radioactive; nous avons vu aussi qu'elle ne peut s'interpréter par la présence de plusieurs matières radioactives indépendantes. On arrive à une interprétation satisfaisante en admettant que pour t^ 20 minutes deux matières radioactives sont présentes sur le corps activé, mais que ces deux matières ne sont pas indépendantes, l'une d'elles se produisant aux dépens de l'autre. Cette théorie, dans le cas du dépôt actif du radium, ne s'applique pas rigoureusement, même pour t >> ao minutes. Elle sera cepen- dant exposée avec quelques détails parce qu'elle donne une première représentation approchée des phénomènes. Son application est plus rigoureuse dans d'autres cas connus, de sorte que les résul- tats obtenus ici seront utilisés plus loin. Soient B et C les deux matières. Nous admettrons que chacvme d'elles se détruit spontanément suivant une loi exponentielle simple, les coefficients caractéristiques de la destruction étant respectivement b et c. De plus, en se détruisant, la matière B donne lieu à la formation de matière C, un atome de B pouvant fournir lors de sa destruction n atomes de C. On peut convenir que les lettres B et C représentent les nombres d'atomes des deux ma- tières sur le corps activé. Nous aurons, en ce cas, en désignant par Bo et Co les valeurs deB et de C au début de la désactivation, B = Bo e-^', c — V \ c — V J (§92). Le rayonnement à un instant c[uelconque pourra être la somme de deux termes, dont l'un provient deB et l'autre de C. Soient /lo nADIL'.M ET SA 1 AMILLK. — l'OLONllM. Soy le nombre d'ions formés par atome détruit de B et kj le nombre d'ions formés par atome détruit de C^ et mesurons le rayonnement -3 par le nombre d'ions obtenus au total. Nous aurons d'où — = K e-f't — r K — I ) e-ct, ''0 avec nbc Bn A-, 6 Bo -^ A-3 - , _ c — ù A'ibbo^ A':icCo Une formule de cette forme peut représenter le phénomène observé à condition que le coefficient K ait une valeur convenable. Pour K compris entre o et i la formule obtenue représente une somme d'exponentielles; pour K <^o ou K ^ i elle représente une différence d'exponentielles. La valeur de K est déterminée par la valeur relative des constantes radioactives b et c, par la proportion initiale -r^ des deux substances et par leur activité relative, c'est-à-dire par le rapport des nombres d'ions A'o et nk:^ créés respectivement lors de la destruction d'un atome de B et de la destruction des atomes C provenant d'un atome de B. La discus- sion complète donne des résultats différents suivant qu'on a b ^c ou b > o, et pour que K soit supérieur à l'unité, on devra avoir b /tBn c—b C ce qui arrive d'autant plus facilement que les valeurs de è et de c sont plus rapprochées et que Bo est plus important par rapport à Cu. L'équation se réduit à une exponentielle simple pour K = o ou K = I . La première condition se trouve évidemment réalisée si Bo = o^ parce que la matière C existe alors seule sur le corps activé. Mais on peut aussi obtenir une loi exponentielle 3o8 CHAPITRE XHI. simple ( K = i) en supposant c ^ 5 si l'on a en même temps Co _ nb B^ ^ c — b' En ce cas les deux matières B et C se trouvent simultanément sur le corps activé^ et si l'on obtient néanmoins une loi exponen- tielle simple, c'est que l'accroissement de C qui provient de B^ s'ajoutant à la destruction spontanée de C^ reproduit exactement la loi de diminution plus lente qui caractérise la matière B. Il est utile de se souvenir qu'un tel cas est possible. Il est particulièrement intéressant d'examiner le cas où la matière C sur le corps activé provient uniquement de la matière B qui s'y est déposée précédemment. Supposons que cette dernière se dépose avec une vitesse constante A sur le corps qui s'active. Si à l'origine du temps les quantités B et C étaient nulles, à l'instant t elles seront données par les formules (§ 93) B=y(i-e-''M, C=—(y l_e-/'/H ^ g-r/V b c \ c — b c — b I Pour un temps suffisamment long^ t = x, les valeurs de B et de C tendent vers les valeurs limites B^ et C„ b c Ces valeurs limites sont celles qu'on obtient sur le corps activé après exposition longue. En introduisant ces valeurs à la place de Bq et de Cq dans l'expression calculée pour le coefficient K de la formule de désactivation, on trouve k.b + n/..^^ K = /.■ , b -^ n X.i b Examinons en particulier le cas où la matière B ne donne pas lieu à un rayonnement appréciable, et où le rayonnement ne pro- vient que de C. On devra faire k-, = o, et il en résulte (I) K= -, K-i== j- c — h c — b RADIUM ET SA FAMILLE. — POLOMLM. SoQ La formule de désactivation devient en ce cas — p—ht Ao c — b c — ù et l'on constate que_, pour / = o, c'est-à-dire que la courbe de désactivation après exposition longue est tangente à l'origine à la direction de l'axe des temps. Le coefficient K peut alors être calculé d'après les valeurs de 6 et c seulement. Si l'on se reporte à la loi trouvée expérimentalement par P. Curie et M. Danne, et si l'on fait A =: b, a' = c, on trouve K = 4.3. L'expérience ayant donné pour ce coefficient la valeur K= '[,i, on pouvait en conclure que^ dans les conditions de l'expérience^ le rayonnement de la matière B était très peu important par rapport à celui de la matière C. Si l'on avait posé >. = c, }.' = 0, le résultat eût été le même. La formule (i) est, en efîet_, symétrique par rapport aux coefficients 6 et c et ne se modifie pas quand on inter- vertit ces deux coefficients. On ne peut donc pas conclure d'après cette formule lequel des coefficients ). et a' doit être attribué à la matière B et lequel à la matière C. Cependant l'interprétation physique du phénomène est très différente dans les deux cas. Si À = c, alors vers la fin de la désactivation la matière C se trouve seule sur le corps activé^ et c'est pour cela que la loi de décrois- sance devient à la limite une exponentielle simple caractéristic[ue de la matière C. Si a = b, alors les deux matières B et C restent constamment présentes sur le corps activé^ mais comme la matière inactive B décroît plus lentement que C et entretient celle-ci^ la proportion de la matière C par rapport à la matière B tend à devenir constante, et c'est pour cela que la loi de décroissance devient à la limite une exponentielle simple, caractéristique non pas de la matière C mais bien de la matière B, quoique celle-ci ne participe guère directement à la production du rayonnement. A la suije d'expériences sur la distillation du dépôt actif du C1IAPITRI-: XIII. radium^ P. Curie et M. Danne avaient adopté la valeur de A pour le coefficient c, mais des expériences ultérieures plus complètes ont prouvé qu'on doit admettre X = b, /,'= c, c'est-à-dire que la matière dont le rayonnement est négligeable, ou tout au moins peu important relativement au rayonnement total^ est celle qui décroît le plus lentement. 17!2. Application de la théorie de deux substances à l'étude de l'évolution du rayonnement pénétrant d'un corps activé. — Nous avons vu que si la substance B est produite avec une vitesse con- stante 1^, et si les quantités de B et C présentes à l'origine du temps sont nulles, les quantités de ces matières présentes après un temps d'exposition - sont données par les formules Bt= r (I — e-''- ), C- b ' " c \c ■ — b c — b Si, après le temps -, on arrête Factivation, et si l'on aban- donne le corps activé à lui-même, les quantités des matières B et C sur ce corps évoluent à partir de ce moment suivant les formules T^ T^ ,. ,-, »/> l'o , /^ nh\i,t\ B = Yi,e-f", C = }e-'"-^ ( C, f e"'"'- c — b \ c — b / Si dans ces formules on donne à Bo et à Cu les valeurs B- et C- indiquées ci-de5sus, on trouve B =: j(i — e-''')e-f", C = r{i — c-''' ) , , b{\ -, e-''' — c — b J Dans le cas général le rayonnement est de la forme mais si le rayonnement de la matière B est négligeable par rapport à celui de la matière C, le rayonnement est simplement propor- tionnel à la quantité de C. On peut remarquer que dans ce dernier cas on retrouve pour t ^ oc la formule caractéristique de la désac- tivation après exposition longue. Pour un temps--: très court les expressions ( i * — e '') et RADIUM ET SA FAMILLE. — POLONIIM. 3ll (i — e~'') se réduisent approximativement à bz et c-, et l'on obtient c — o Quand cette formule est applicable^ la matière B existe seule sur le corps activé pour t = o, c'est-à-dire immédiatement après la fin de l'exposition supposée suffisamment courte. Il en résulte que si cette matière est inaetive^ on aura à ce moment un rayonnement nul -"^ = o. Le rayonnement s'accroît ensuite en fonction du temps par suite de la formation de la matière C ; un maximum est atteint quand la quantité de C passe elle-même par un maxinuim^ ce qui a lieu à un instant x déterminé par la relation p c — b]x — . _ , b Après avoir atteint ce maximum^ le rayonnement représenté par la formule commence à décroître_, et la loi de décroissance limite est une loi exponentielle simple caractérisée par le coeffi- cient h dont la valeur est inférieure à celle du coefficient c. Cette loi est la même que la loi limite après exposition longue. Si le temps ~ n'est pas très court, la quantité de matière C pré- sente à la fin de l'exposition n'est pas nulle; toutefois elle com- mence jîar croître et passe par un maximum pour un temps x tel que gic—o X ^^ . 1 — 6'-^" Le temps x est d'autant plus court que -: est plus grand et tend vers o quand t tend vers x. Le maximum est alors reporté à l'ori- gine et l'accroissement initial de l'activité ne se produit plus. La valeur maximum de la quantité C est donnée jjar la formule L,n= — ;-c' '■•'-■(I — e '•-; ; elle devient^ pour les petites valeurs de ~, C,„ ^^ n^-:e~^'''. Si l'on désigne par A,„ l'intensité maximum correspondant à la valeur maximum de C- on trouve A _ C _ r e-''t b e-'' '^/H C,,, c — b e^''-*-' c — b e'-^ 312 CHAPITRE XIII. Quand -: est très court^ cette formule devient :S f, — lit g et On peut encore remarquer que si l'on compte le temps à partir de l'instant où se produit le maximum de C^ et si l'on nomme t' le temps ainsi compté, on a f = i' + .r : C = ( I — e-'- )c'-^-^' e-'" e'' ] . c — o \ c / On voit, en ce cas. qu'à un facteur d'intensité près la même équation s'applique quel que soit le temps d'activation -:. Par suite, à partir du maximum les courbes qui représentent l'évolu- tion de la matière C ont toutes la môme forme qui ne dépend que des constantes b et c, et il en sera de môme des courbes représen- tatives de l'intensité du rayonnement, si celle-ci ne dépend que de la matière C. On trouve, d'ailleurs, pour la matière B, .. -A ; - lî = y ( I —€-'•')€ -''■^'C-'" . b Si donc cette matière rayonne également et cju'on ait par suite à exprimer le rayonnement par la formule :s = A, IjB-+- A-3 c g, la forme de la courbe à partir du maximum est encore indépen- dante du temps t, mais dépend en ce cas des valeurs de i et de c et de l'activité relative des substances B et C. La loi de désactivation après activation longue et la loi d'acti- vation sont représentées par des courbes complémentaires (§ 93). Si l'on désigne par J l'intensité du rayonnement pendant l'acti- vation, par J^ l'intensité limite, on trouve ^-^^ = Ke-/"-(K-.)e-'-', le coefficient K étant le môme que celui qui caractérise la désactivation après exposition longue, donnée par la formule -•> = A„[Kc-'"- ( K — i)e '-'J. On a de plus ^"^,i = J^ et, par suite, -"> + J = J^, relation qui RADIUM ET SA FAMILLE. — POLONIUM. 3l3 exprime que les courbes qui représentent "^ et J sont complémen- taires. Nous avons vu que la formule A c . b 5o c — b c — b représente avec une certaine approximation la variation avec le temps de l'intensité totale du rayonnement d'un corps qui a subi une activation longue par le radium, le temps étant compté depuis la fin de l'exposition. Toutefois la formule ne s'applique pas à un intervalle de temps qui comporte environ 20 minutes depuis la fin de l'exposition^ et pendant lequel se produit une chute brusque de l'activité, non prévue par la formule, A„ ne représente pas l'intensité initiale réelle, mais l'intensité initiale extrapolée d'après la formule. Si, au lieu de mesurer le rayonnement total, on mesure seulement le rayonnement [i et ■'. on trouve que la même courbe représente approximativement la désactivation après exposition longue dans toute l'étendue des mesures à partir du début. L'évolution du rayonnement jîi et y est donc expliquée par l'hypothèse de deux substances B et C composant le dépôt actif, et dont la première qui entretient la seconde a un rayonnement peu important dans les conditions de l'expérience par rapport à celui de cette der- nière. Cependant la concordance n'est pas rigoureuse. L'étude . des courbes obtenues pour des temps d'exposition variables (/ïg. 78) confirme l'interprétation théorique proposée. Pour un temps d'exposition très court, le rayonnement [i et y est d'abord très faible et commence par croître, il passe par un maximum environ 35 minutes après la fin de l'exposition et décroît ensuite suivant une loi qui tend vers la loi exponentielle simple de diminution de moitié en 28 minutes, loi caractéris- tique de la substance B, Fn utilisant des temps d'exposition différents, on constate que le maximum prévu par la théorie se trouve en position sur l'échelle des temps et qu'à partir du maximum les courbes correspondant aux différentes valeurs de T sont superposables, à condition d'attribuer la même valeur à l'intensité maximum. Pour obtenir ces courbes on laisse péné- di4 ciiuMTRn: XIII. trer l'émanation par aspiration brusque dans le vase qui contient la lame qu'on veut activer; on laisse séjourner l'émanation dans le vase pendant un temps déterminé^ puis on retire rapide- ment la lame et l'on commence les mesures le plus tôt possible, Fis. i5S. 8 I 100 90 80 70 60 50 40 30 20 to 10 20 30 40 50 60 70 80 Temps en minutes "90 100 110 120 en utilisant comme écran une lame d'aluminium d'épaisseur supérievire à o""",i. Supposons que le rayonnement de la substance B soit nul, et considérons la courbe de désactivation après exposition longue. L'intensité du rayonnement est proportionnelle à la quantité de la matière C. On a, d'ailleurs, ou <: = c, + c„ c — b RADUAI ET SA FAMILLr:. — l'OI.OMUI. Le terme Cj représente la décroissance de la matière C qui était présente sur le corps activé au début de la désactivation. Le terme C| représente l'évolution de la matière C qui provient de la matière B présente sur le corps activé au début de la désactiva- tion. La somme des ordonnées des courbes C| et C^ [fig. i "«S) repro- duit les ordonnées de la courbe C qui représente approximative- ment l'évolution du rayonnement total après exposition longue, non compris un intervalle initial de ao minutes^ et l'évolution du rayonnement •' et j depuis le début de la désactivation ('). 173. Théorie des trois substances. Radium A, radium B, ra- dium C. Activation. — La théorie précédemment exposée ne rend pas compte de la baisse initiale rapide du rayonnement total du dépôt actif. Cette baisse, déjà importante après une exposition longue, devient considérable quand on utilise un temps d'expo- sition d'une minute seulement {fig. ~5, II). Pour expliquer complètement le mécanisme de l'évolution du dépôt actif, il faut admettre que celui-ci se compose de trois sub- stances radioactives distinctes^ désignées par les lettres A^ B^ C. Chacune de ces substances se détruit suivant une loi exponentielle simple c|ui la caractérise^ et la destruction du radium A, très rapide, est achevée pratiquement en un temps d'environ 'lo minutes. Le radium A n'émet que des rayons y., et sa présence n'intervient pas beaucoup pour modifier les courbes relatives aux rayons j et y. On admet, de plus^ que l'émanation produit directement le radium A^ lequel, en se détruisant, donne lieu à la formation du radium B. lequel à son tour se détruit en formant du radium C. Nous conviendrons que les lettres A. B, C désignent respectivement les nombres des atomes des trois substances. (') Les courbes de la fif;iire ijS ont été tracées en utilisant les valeurs b ^ !\,'io .i']~^ — , c = 5.q3.io~^ — I sec sec qu'on adopte actuellement comme valeurs probablement les plus exactes des constantes radioactives b et c. Conformément à ces valeurs, on trouve c „ . - — —r = K = 0.700. c—b 3l6 CHAI'ITHK XIII. Supposons que le corps activé se trouve en présence de l'émana- tion du radium dont la concentration est maintenue constante^ et que^ dans ces conditions, il y ait dépôt.de radium A avec une vitesse constante A sur le corps activé. Soient a la constante radioactive du radium A^ ^i le nombre d'atomes de radium B provenant d'un atome de radium A^ et k^ le nombre d'ions produits lors de la destruction d'un atome de radium A dans les conditions de l'expé- rience^ ou coefficient d'activité du radium A. Soient de même h la constante radioactive du radium B^ no le nombre des atomes de radium C provenant de la destruction d'un atome de radium B et Ao le coefficient d'activité du radium B. Soient enfin c la constante radioactive du radium C et A\, son coefficient d'activité. Si l'on suppose qu'à l'origine du temps on avait A = B = G = o, les quantités des trois substances présentes à l'instant t sur le corps activé sont les suivantes (§ 93 j : A A = -Cl — e-'"), a B = -f- H c " — e-'" o \ (i — b (t ~ b n I /r> A br {a — b ) I a — c ) ac -ht^ a — b ) i c — b ) ( c — b ) { a — c ) •\ Ces formules ont été écrites de manière que les différences des constantes radioactives soient toutes positives. L'expérience a montré en effet qu'on a a ^ c ^ 6. Les valeurs limites de A, B et C pour f = x sont les suivantes : •Vac ~> i>x = ; ' ^00 — a b c Il est facile de vérifier que^ pour un temps d'activation - très court, on a A = \-, et que les rapports -r et t- tendent vers o avec t. Il en résulte que, pour un:' valeur de t suffisamment petite, la matière A existe seule UADIL'M KT SA FAMILLE. — POLOMIM. ûl7 sur le corps activé^ et que la loi de décroissance initiale du rayon- nement total peut, par suite, fournir la valeur du coefficient a. L'intensité du rayonnement J pendant l'activation se compose de trois termes J = AiaA-^/..2^B-+-/.-3cG, et la valeur limite du rayonnement est donnée par la relation J„ = /,-[ a Ajo -+- />"2 i B^ -H /.:) c C„ = A ( /il + k-i /i| -+- Af iii n, }. Il se forme alors sur le corps activé autant d'atomes de chaque matière qu'il s'en détruit pendant le même temps, de sorte que les activités relatives des matières A, B et C en équilibre radioactif avec l'émanation sont représentées par les nombres Al, k-, /il, /.j /Il n-j. En remplaçant A, B et C par leurs valeurs dans l'expression de J nous obtenons la formule (ï) J^ — J = A( Pe-'"-4- Qe-'^'-H Re-c') avec i6 bc r = A I — A 2 n \ -, — h A3 n 1 n> a — b ' ( a — b 1 ( a — c ) ac Q = A-2/i, ^ _^ A- .)«,/;.>— , a — b i a — 0 } { c — ij ) ab K = — A j n 1 n^ ' [ c — b){a — c ) 174. Désactiva tion. — Soit -z le temps d'activation. Les quan- tités Ao, B,„ C,, des matières A, B, C qui se trouvent après la fin de l'exposition sur le corps activé, sont obtenues en remplaçant t par -: dans les formules qui donnent les valeurs de A, B, et C pendant l'activation. On a donc Ao= -('I — e-"^), a Bo '"^ Co = b \ a — b n I « ., A (a — b ) { a — c ) ac , ab '] (a — b \ { c — b ) ' { c — b ) { a — c ) J * 3i8 CHAPITRE XIII. Les quantités des trois substances présentes sur le corps activé au temps t à partir du début de la désactivation sont ensuite données par les formules A = Aoe-«', G = /il /?2 Al, a — b J b { a — b ) { a ~ c ) b e "'" -f- Ho Go — n.. Bu /ii/îjAo — b ab n 1 Au a — b I [a — c ) [ c — b) Ces relations peuvent aussi s'écrire, en mettant en évidence la proportion de chaque matière qui provient de l'une des trois matières iDrésentes au début de la désactivation. A = A,e-«', B = Boe-'"-H/i,Ao G = Got'-'''-i- n-2^0 -r- /Il /î.,ab A-a ( e-''-' — e- "'), (e- e-^'; {a — b) {a — c ) {a — b } ic — b ) c)(c — b) _ On voit ainsi que la matière B se compose d'une partie B^, restant de la matière B présente à l'orioine^ et d'une partie B, provenant de la matière A présente à l'orioine. De même la matière C se compose de trois parties d), C^, C| qui proviennent respectivement de C,,, de B,, et de Ao par l'intermédiaire de B, En remplaçant Ao, Bo et C„ par leurs valevu^s en fonction de t on trouve A=-\. G = b n 1 /; > A ■( I — e-''') c-'" ( (/ — b ) i it — c) . a -/," e- a . )e- t 1 acii — e- -U- '} (a — b) ( c — ^) ab{\ — e c~ ) [a — Ole — b ) J * On obtient ensuite pour la valeur du rayonnement -'s pendant UAPIIM I;T sa lA.MILLK. — l'OI.OMlM. SkJ la désactivntion et pour la valeur -"^o du rayonnement initial A = kl a A -r- /.-2 ^ B -4- A-j c G, -■>„ = A-, a Ao + /io <^ B., -+- /.:j c Co, (II) A = A| Ti I — e-"~)e-"'+ Q( i — e^''' )e-''i -\- Rfr — e-f')e-'''J, P, Q et R étant les mêmes coefficients que ceux de la formule (I) (§ 1-3). Si ^>o7^ o on peut mettre la valeur de '3 sous la form3 Si en particulier t^cc, la valeur du rayonnement pendant la désactivation après activation saturée devient La comparaison des formules (I) et (II) montre qu'on a con- stamment La courbe d'activation et la courbe de désactivation aj^rès exposition longue sont donc complémentaires^ et nous avons vu que ce résultat reste exact quel que soit le nombre des substances qu'on est amené à faire intervenir (§ 93); la relation con- sidérée se trouve^ en efïet^ réalisée pour les nombres d'atomes de chaque substance séparément^ ainsi qu'on peut le vérifier sur les formules indiquées plus haut^ donnant les valeurs de A^ B et C pendant l'activation et pendant la désactivation; pou? la vérification on doit donner à t la valeur t := ce. Les quantités P^ Q, R qui se présentent dans les formules d'ac- tivation et de désactivation comme facteurs des exponentielles sont fonctions des constantes radioactives a, b, c et aussi des coeffi- cients /i|, A.j, /.".i qui caractérisent l'activité relative des trois substances dans l'appareil de mesures employé. La valeur de ces coefficients dépend essentiellement de la manière dont les rayons son utilisés pour l'ionisation du gaz. c'est-à-dire de la forme et des dimensions de la chambre d'ionisation^ de la forme et des dimen- sions de la source radiante, de l'emplacement de celle-ci, de la distribution du dépôt actif dans la source, des écrans qu'on peut utiliser pour la mesure du rayonnement. Il en résulte que, d'une 3-20 CHAPITRE XIII. manière générale^ la forme des courbes qui représentent l'intensité du rayonnement en fonction du temps^ pendant la désactivation, dépend nécessairement du dispositif expérimental employé et peut varier beaucoup avec celui-ci ; ces courbes ne jouissent donc pas d'un caractère de fixité absolue relativement à la série de transformations radioactives considérée. Seule se maintient invariable cette propriété^ que dans tous les cas la loi d'évolution tend finalement vers une loi exponentielle simple_, qui correspond à celle des trois exponentielles dont la décroissance est la plus lente, car après un intervalle de temps suffisant à partir de la fin de l'exposition, les termes qui contiennent les deux autres expo- nentielles sont devenus négligeables par rapport au terme qui contient l'exponentielle considérée. Quand ce résultat est atteint, la forme de la courbe devient évidemment indépendante du dispo- sitif expérimental On peut cependant remarquer que si le dispositif expérimental est tel que les rayons a sont entièrement utilisés dans la chambre d'ionisation, sans que les dimensions de celle-ci dépassent de beaucoup la valeur nécessaire pour obtenir ce résultat, l'ionisation due aux rayons [ii reste peu importante par rapport à celle qui est due aux rayons a, et les courbes qui représentent l'intensité du rayonnement total en fonction du temps, pendant la désacti- vation, conservent alors sensiblement la même forme pour les dispositifs expérimentaux qui réalisent la condition indiquée. Nous avons vu que la première analyse de la courbe de désac- tivation après exposition longue a conduit à la conclusion que le rayonnement total de la matière B est négligeable par rapport à celui de la matière C. Si cette supposition était vérifiée d'une manière rigoureuse, on pourrait poser /..j = o. D'autre part, la décroissance de la matière A étant très rapide, le terme qui contient l'exponentielle e~" devient négligeable, par rapport aux termes qui contiennent les deux autres exponentielles, en un temps inférieur à une demi-heure. La formule (II) qui représente le rayonnement, pour /,-2= o, peut être mise sous la forme è = A/.ani /?2 nu i — e-"' ) e-«' H ■ — ; ;— ( i — e-''' ) e-'" ' i a — ù ){c — ù ) (i — e^-)e <=i (a — c){c — b) r.AUlLM ET S.V FAMILLE. — POLOMIM. 321 avec Al hc k, nin-2 { (( — b ) ( a — ci Par conséquent, pour des temps supérieurs à 3o minutes^ la forme de la courbe qui représente le rayonnement total en fonction du temps ne dépendrait plus^ en ce cas_, du dispositif expérimental, mais seulement des valeurs des trois constantes radioactives. 175. Détermination des constantes radioactives. — Puisqu'au début de la désactivation^ après un temps d'activation suffisam- ment court, la matière A se trouve seule sur le corps activé; on pourra détei miner approximativement la constante a en observant la baisse initiale du rayonnement qui a lieu suivant la loi expo- nentielle caractéristique de la matière A. On trouve ainsi que la matière A se détruit de moitié en un temps voisin de 3 minutes. La détermination né comporte pas une très grande précision, mais la valeur de a ainsi obtenue est contrôlée par l'accord général des courbes expérimentales avec la courbe théorique. Les valeurs de a indiquées par divers expérimentateurs sont les suivantes : a = o,oo4or ; diminution de moitié en :>..() minutes (Curie) a = o,oo385 » » 3,0 » (Bronson) a = o,oojS5 » • » 3,0 » (Schmidt) L'exponentielle dont la décroissance est la plus lente_, est connue par la loi de baisse finale du rayonnement. P. Curie et M. Danne ont trouvé que, 4 heures après le début de la désactivation, le rayonnement décroît de moitié en une période T =: :^8 minutes, ce qui correspond à une constante radioactive 0,000 4 13 Cependant en utilisant des corps fortement activés et en prolon- geant la courbe de désactivation, on observe que la vitesse de décroissance augmente encore un peu. Les deux exponentielles relatives aux matières B et C ont, en effet, leurs coefficients 6 et c peu différents, et c'est seulement après un intervalle de 10 heures que l'exponentielle e ^'^ est réduite à la fraction 0,01 de l'expo- nentielle e *^ Avec des mesures faites 0 heures après le début de la désacti- vation, M. Bronson a trouvé T = 26 minutes. Cette valeur est C. —II. 21 322 CHAPITRE XllI. probablement un peu trop faible. Des mesures faites dans mon laboratoire donnent le résultat suivant : Décroissance entre 5 et 7 heures après le début.. T= 27,2 min. » 7 et 10 heures » 26,8 )> La valeur qui convient probablement le mieux est T = 26,8 mi- nutes. Elle est en très bon accord avec la valeur 26,- minutes indiquée par M. Lerch à la suite d'expériences qui seront décrites plus loin. On en déduit pour la constante radioactive la valeur 0,000433 — • sec Le coefTicient de la deuxième des exponentielles qui interviennent dans la désactivation pour des temps supérieurs à une demi-heure a été déterminé par P. Curie et M. Danne par la méthode indiquée plus haut (§ 170). La période de décroissance de moitié a été trouvée égale à 21 minutes, ce qui correspond à une constante radioactive 0,000 538 Nous verrons toutefois que la valeur de ' sec ^ cette constante est probablement un peu plus forte et égale à 0,000,593. La théorie approchée ayartt montré que le rayonnement de la matière B est^ en première approximation^ négligeable par rap- port à celui de la matière C^ on peut représenter approximative- ment la courbe de désactivation après exposition saturée, pour des temps pour lesquels l'exponentielle e""' est devenue négligeable, par la formule ^ L ( a — 6 ) ( c — b ) ui — c ne — b) J ' où (§ 174). Désignons par -3' la valeur de ^ extrapolée d'après cette formule pour t = o. On pourra écrire — =Ke-'"—(K — \)e ^'^ avec ,- ac(a — c] ,,. ab\(a — b) 1^=^71- ^ 777777. TT' (K->)- uc{a — C) — abia — b) ac{ a — c) — ab{a — b) RADIUM ET SV FAMILLE. — POLOMUM. La formule obtenue diffère peu de la formule primitive Curie et Danne^ parce que le rapport "' _ n'étant pas très différent de l'unité, le coefTicient K ne diffère pas beaucoup de la valeur ^__ ^- Si l'on pose a = o,oo385, 6 = o,ooo433, c = 0,000593; on trouve a — b . ,, , = r,o:>; K = -i,"^-7- a — c La valeur de K ainsi calculée concorde bien avec la valeur 4î2 trouvée expérimentalement, mais les coefTicients des exponentielles dans la formule Curie et Danne ont dû être un peu augmentés. La formule ainsi modifiée représente avec une bonne approxi- mation la courbe obtenue expérimentalement par la mesure du rayonnement total. Cette formule étant d'ailleurs symétrique par rapport aux constantes b et c, ne peut servir pour décider à laquelle de ces constantes on doit attribuer la valeur la plus élevée. Cette question a été résolue par des expériences faites sur la distillation du dépôt actif et sur l'électrolyse de ses solutions. 176. Distillation du dépôt actif et expériences délectrolyse. — Miss Gates (') a montré que, quand on chauffe un corps activé, celui-ci perd par suite de la chauffe une partie de son activité. Toutefois l'activité n'a pas éprouvé en réalité une destruction anormale. On constate_, en effet, que les corps froids placés au voi- sinage s'activent aux dépens du corps chauffé ; tout se passe donc comme si le dépôt actif passait par distillation du corps chaud sur les corps froids voisins. P. Curie et M. Danne (-) ont chauffé des fils activés à des tempé- ratures comprises entre i5" et i35o" et ont examiné la nature du dépôt actif qui reste sur le fil et de celui cjui est transporté par distillation ; la durée de chauffe était de quelques minutes. Ils ont constaté que le dépôt qui reste sur le fil après chauffe présente une décroissance plus rapide que celle qu'on aurait obtenue avec le C) Miss Gates, Phys. Rev., igoS. (-) Curie et Danne, Comptes rendus, 1904. 324 CHAPITRE Xin. fil non chauffé. Quand la température de chauffe dépasse (S3o", la loi de décroissance affecte une forme exponentielle avec diminution de moitié en 28 minutes. Au contraire, l'activité qui a distillé présente une loi d'évolution qui ne peut se représenter par une exponentielle simple, mais bien par une différence de deux exponen- tielles ; l'activité passe par un maximum suivi d'une décroissance dont la loi limite est la même que pour le fil non chauffé. Ces expé- riences ont conduit à la conclusion que la substance active est celle dont la vie moyenne est plus longue, et c[ue cette substance est moins volatile que la substance inactive. Cette dernière était en grande partie volatilisée vers (mo", tandis que la matière active n'est pas complètement volatilisée à i Soo", bien qu'elle commence à distiller vers Goo";, ainsi qu'il résulte de l'activité initiale des lames activées par distillation. La figure 1 oc» indique les résultats des expériences; on a représenté en fonction du temps le loga- lOCJ. l^^J 2 TieuJ^ej 3 rithme de l'activité du dépôt resté sur le fil après la chauffe. La courbe obtenue après chauffe à 6.)o° est sensiblement une droite; pour des températures plus élevées on obtient une série de droites dont l'inclinaison augmente d'abord pour diminuer ensuite. Pour interpréter ce changement d'inclinaison, P. Curie et M. Danne avaient supposé que la constante radioactive de la substance RADIUiM ET SA FAMILLE. — POLONIUM. 3î5 active, radium C, était fonction de la température. Cependant cette dernière supposition n'est pas nécessaire^ et l'on peut expli- quer complètement les résultats expérimentaux en admettant que la substance active est celle dont la vie moyenne est la plus courte (') (-). M. Schmidt a indiqué que, si l'on construit en représentation logarithmique les courbes 1- = Ke--^'— (K — I) e-'-', en utilisant les valeurs de K comprises entre /\/o et o, on trouve que, pour K = 2, la courbe s'écarte peu d'une droite; pour K == i elle se confond avec la droite caractéristique de la baisse finale, cette droite pouvant d'ailleurs correspondre à une seule substance, on a un mélange des deux substances en proportion convenable (§ 1712); pour K = o on obtient une droite correspondant à l'exponentielle dont la baisse est plus rapide. On peut donc expli- quer les résultats expérimentaux en admettant que jusqu'à 1 100" on a principalement volatilisation du radium B, mais que cette substance décroît plus lentement que le radium C. Après une chauffe à des températures au-dessous de i 100" on a sur le corps activé une proportion , qui va en décroissant quand la température de chauffe augmente^ ce qui revient à faire varier le coefficient K en le faisant décroître depuis 4 ^ ^ jusqu'à o. On obtiendra alors des portions de courbes cjui diffèrent peu de portions de droites d'inclinaison croissante, et parmi lesquelles se trouvent deux vraies droites dont les coefficients caractéristiques sont b pour K = I et c pour K = o. Quand la température de chauffe dépasse 1 1 00% le radium C commence à se volatiliser plus rapi- dement; le coefïicient K pourra alors être augmenté et l'inclinaison de la courbe diminuée, sans qu'il soit nécessaire d'admettre que la constante c ait été modifiée par l'action de la température. En étudiant l'activité de fils chauffés, M. Bronson a obtenu comme baisse la plus rapide une baisse de moitié en u) minutes. Il a admis que ce nombre caractérise la décroissance du radium C, Ces résultats ont été entièrement confirmés par les expériences (') Schmidt, Phys. Zeil.. 190.1. (-) Bronsox, Phil. Ma g., 190(1. 3-2G CHAPITRE XIII. de M. Lerch (') sur les solutions du dépôt actif. En traitant un fd métallique activé^ par l'acide chlorhydrique étendu à l'ébullition, on peut obtenir la dissolution du dépôt actif. Dans cette dissolution on peut plonger des lames ou fils métalliques sur lesquels vient se déposer la matière active^ par un phénomène c|ui semble analogue au déplacement d'un métal par un autre dans la solution d'un de ses sels. Les dépôts ainsi obtenus sur le cuivre ou sur le nickel manifestent une activité qui décroît suivant une loi exponentielle caractérisée par une baisse de moitié en 19,5 minutes; la loi de décroissance reste la même quand on recouvre la matière active d'écrans d'épaisseur variable; on peut donc admettre cfu'on a ainsi séparé une matière radioactive simple^ le radium C. Le plomb et le fer précipitent un mélange de matières B et C, le platine reste inactif. En électrolysant la solution on obtient sur la cathode^ pour une faible densité du courant, un dépôt de radium C ne contenant que peu de radium B. La constante du radium C étant connue^ on déterminait celle du radium B, en construisant la courbe de désactivation pour un temps d'activation connu et en cherchant quelle valeur il faut donner à b pour que la courbe expérimentale soit en bon accord avec la courbe théorique. Adoptant pour c la valeur c = 5,024 ' io * ■ — sec qui correspond à une diminution de moitié en 19,5 minutes, on trouve ainsi 0 = A,3-2-7 .10 * > sec ce qui correspond à T = 26,7 minutes. Pour faire la comparaison des courbes théoriques et des courbes expérimentales, on utilisait la loi de désactivation pour les temps pour lesquels l'exponentielle e"''^ est négligeable et l'on con- sidérait comme négligeable le rayonnement du radium B. On peut C) Lercii, Anii. de Pftys., ifjo'i. RADIUM ET SA FAMILLE. — POLONIUM. 3l~ alors écrire la formule de désactivation sous la forme suivante : 5 = ■^^' , ^( ,_^-/'T,g-6; '. ,-, _ ç-C- )g et _ c — o l a — /> a — c J Cette courbe prolongée vers l'origine par extrapolation offre un maximum pour un temps x tel cjue Si l'on compte le temps t' à partir de l'instant du maximum, on trouve que le rayonnement est de la forme d = g' (ce-'"'— be-ct). La position du maximum peut être calculée avec une exactitude suffisante en adoptant des valeurs approchées des constantes a, V'r^. iT, 100 50 A 50 Temps en minutes h et c. Dans le cas de l'exposition longue;, le maximum est très 3.î8 CHAI>ITRE XI II. voisin de l'origine [x = 5 minutes environ). La l'elo lion indiquée fait intervenir seulement les constantes h et c; elle est de plus indépendante du temps d'exposition. Mais en négligeant le rayonnement du radium B on peut introduire une petite erreur dans la détermination de la constante ('). On peut obtenir du radium B à peu près exempt de radium C (-). En ajoutant de l'azotate de baryum à la solution chlorhydrique du dépôt actif et en précipitant le baryum un instant après par l'acide sulfurique à chaud, on entraîne le radium B tandis que le radium C reste dissous. En précipitant par la potasse une solu- tion chlorhydrique du dépôt actif additionnée de sulfate de cuivre^ on entraîne du radium B et tout le radium C, tandis que la solution ne contient de suite après cette opération que du radium B. Ces séparations ne peuvent servir pour caractériser le radium B comme substance simple par une loi exponentielle; il est vrai que le radium B possède en réalité une certaine activité^ mais comme la formation de radium C se produit aussitôt, on ne peut observer l'activité propre du radium B séparément. • 177. Représentation graphique. — Il est utile de considérer la représentation graphique des courbes d'évolution de l'activité due aux trois constituants du dépôt actif. Ce genre de représentation a été utilisé par M. Rutherford dans son Traité sur la radioactivité. Nous envisagerons séparément chacune des trois substances à partir du moment où l'activation a été arrêtée. I. Radium A. — Le nombre des atomes A décroît suivant une loi exponentielle simple avec diminution de moitié en 3 minutes^ [fig. i6o). II. Radium B. — Nous posons 13 = Bi^B,, (') L'origine de teuips adoptée [lar M. Lerch n'esl pas celle qui convient an temps d'exposition utilisé (t= i heure). iMais la différence n'étant pas très grande et l'inclinaison de la courbe dans la région utilisée se modifiant très lentement, ce déplacement du maximum ne doit pas entraîner d'erreur notable sur la valeur de 6. (^) Lerch, loc. cil. RADIUM lîT SA 1 AMIU.K. .>29 B^ étant la partie de B qui reste à l'instant t de la matière B,j présente au début de la désactivation sur le corps activé et B, étant la partie de B qui se forme aux dépens de la matière A. On a, par suite. B2=Boe-'", B,= «,A„ a — I) (e-i>i — '■)- La loi de décroissance de Bo est une loi exponentielle simple caractérisée par une période de -A'),- minutes {fig. 161). La loi Fig. itii. 100 50 \ x^ \in Pi B2 \^ - B, ^== ^ 50 100 Temps en minutes d'évolution de B, est complexe. Cette cjuantité^ nulle au début^ croît avec le temps jusqu'à un maximum qui est atteint en un temps a; = 10,- minutes. Ensuite B, diminue et la loi de décrois- sance limite est la loi exponentielle caractéristique de la ma- tière B (T = 2(3.7 minutes). L'importance relative de B, et Bo dépend du temps d'exposition. Le rapport de l'ordonnée initiale B,, CHAPITRE XIII. à l'ordonnée maximum (B,)a- de la courbe représentative deB, est nul pour un temps d'exposition très court; ce rapport croît avec le temps d'exposition et tend vers une valeur limite pour les temps d'exposition longs. Si l'équilibre a été atteint, on a a — u Bo = [ 1 ,7 environ. 'Bl).,: Dans la figure i6i les valeurs relatives des ordonnées corres- pondantes des courbes B| et B^. sont celles qui conviennent au cas de l'exposition longue. Pour rendre plus visible la forme de la courbe B, on l'a aussi représentée à une échelle différente, en multipliant par lo toutes les ordonnées (courbe lo B,). m. Radium C. — Nous posons G = Cl-T-C,^-G;,, c, étant la partie de C formée à partir de Aq par l'intermédiaire de B; C2 étant la partie de C formée à partir de Bo ; C3 étant la partie de C qui reste de Cq. Par suite c — b r V / r ^^"' , ^-'" ___£l!i__l L] = «1 /?o Ao 00 -, -, — ■ -, 7— • - l( a — ô ) i a — C) (a — b } (c — b \ (a — eu c — b)] Après exposition longue on a bïi„ cC. a Ao = «1 ni «2 Par suite, en ce cas, les formules s'écrivent C3=Coe-'-', _ , , r .' "' ^ (-'" c '■> 1 '"" " '' lia — b ){a — C) ' ( a — b){c — b) {a—c){c — b)] RAOIIM ET SA I AMILI.E. POLOMV.M. La courbe représentative de C3 est une exponentielle simple dont la période est uj.o minutes [fvg. 162). La quantité Co. nulle au début, passe par un maximum pour un temps x = .)■>. minutes et diminue ensuite suivant une loi qui tend vers la loi de destruction de la matière B. Le rapport de 100 50 Fi g. iGj. \ \ \ \ \ ^ ^ ~~~^ c, A \ \, c: c^ \^ / // / \ \ "^ // \ \C3^ ::::; // c, /^ -^ v""^ F=— 1 50 100 Temps en minutes l'ordonnée C,, à l'ordonnée maximum de la courbe Co augmente avec le temps d'exposition depuis zéro jusqu'à une valeur égale à 2,34 environ pour l'activation saturée. La quantité C|, nulle au début, passe par un maximum pour X = 38 minutes. La courbe C, est tangente à l'origine à l'axe des temps, ce qui n'a pas lieu pour les courbes B| et Co ; ce fait résulte du retard apporté par la formation de la matière intermédiaire B. La loi de décroissance limite est celle de la matière B. Le rapport de l'ordonnée Cq à l'ordonnée maximum de la courbe C, croît 3) '2 CHAPITRE XIII. avec le temps d'exposition, depuis zéro jusqu'à une valeur égale à 2 I environ. L'importance relative attribuée aux courbes C,, C^, Ci dans la figure 162 est celle qui convient au cas de l'exposition longue. La courbe C| a aussi été représentée à une autre échelle^ les ordonnées étant multipliées par 10 (courbe 10 C|). Dans le cas de l'exposition longue, la valeur maximum de C| constitue environ 7 pour lou de la valeur de (C;, + C2) au même instant (t = 08 minutes). Le rapport ''' -, va en augmentant et atteint une valeur constante L,0 -T- L13 égale à -, soit environ o,!'^^, pour les temps longs. La pro- portion de radium C qui provient du radium A. présent sur le corps v\-. 11,.;. lUU \ ^. 1 \ \ \ \ < 50 \ \ 1 \ cC n, Rj \ \ ! \ bB ^ N ■\ , \ iA ni M r— — , 50 Temps en minufes 100 activé au début de la désactivation, est donc loin d'être négligeable, même dans le cas de l'activation saturée. L'activité des substances est déterminée par les nombres RADIIM ET SA FAMILLE. 33; d'atomes qui se détruisent par unité de temps. Ces nombres aA bB, cC varient avec le temps suivant les mêmes lois que les nombres A, B, C auxquels ils restent proportionnels. Si l'on se donne le temps d'exposition et la valeur de A (vitesse de forma- r p p tion du radium), les quantités a A, — et peuvent être cal- iii ni Hi culées en fonction du temps pendant la désactivation. Ces quantités sont égales entre elles quand les trois substances sont en équilibre radioactif. La figure i(J3 représente la loi de variation de ces quantités en fonction du temps pendant la désactivation après activation Vii 100 50 50 '" ! 1 1 1 1 1 i 1 1 1 1 1 1 [ ; i 1 1 , ' 1 \ 1 1 , \ : i i \ 1 i \ bB ^ f — --^'^ ^ i^T=f=T= 100 Temps en minutes saturée, à partir d'un état d'équilibre radioactif. Les ordonnées initiales des trois courbes sont les mêmes( A == 100), Les ordonnées de la courbe relative à la matière B sont les sommes des ordonnées correspondantes des courbes B, et Bo dans la figure 161. Les 334 ciiAi'iTui; \iu. ordonnées de la courbe relative à la matière C sont les sommes des ordonnées correspondantes des courbes C,, C^ et Cj dans la figure 162. La figure 164 représente la loi de variation des mêmes quan- tités dans le cas où la matière A est seule présente au début de la désactivation sur le corps activé. Ce cas est réalisé approximative- ment quand l'exposition a été très courte. La courbe relative à la matière B est ici la même que la courbe Bi de la figure 161 et la courbe relative à la matière C est la même que la courbe C| de la figure 162. Pour obtenir la courbe de désactivation d'une laine^ il faut faire la somme des ordonnées correspondantes des courbes x\, B,, B2- C|, Co, C:)^ affectées de coefficients convenables pour tenir compte de l'utilisation des rayons et du temps d'exposition. Si, par exemple, on considère le rayonnement total et qu'on néglige le rayonnement du radium B, la courbe considérée sera construite en utilisant seulement les courbes A, C|, Co, C3. S'il s'agit d'une activation saturée, l'ordonnée initiale de la courbe A pourra être un peu plus grande ou un peu plus petite que l'ordonnée initiale de la courbe C = C| + Co -[- C;j. laquelle est la même que celle de la courbe C^; ces deux ordonnées pourront aussi être égales; en ce cas le rayonnement à l'état d'équilibre radioactif est dû par moitié au radium A et au radium C. S'il s'agit d'une exposition très courte (t = I minute) et qu'on néglige le rayonnement de B, la courbe représentative est construite au moyen des courbes A et Ci seule- ment. Si l'on tient compte du rayonnement de B, ce qui est nécessaire dans certaines expériences où l'on utilise les rayons ,3 absorbables sans utiliser les rayons y., il y a lieu de faire intervenir les courbes B, et Bo. On peut remarquer que le rapport des ordonnées corres- pondantes des courbes A, B, et C, est indépendant du temps d'exposition et qu'il en est de même pour les courbes Bo et Co. Toute construction graphique qui utilise le rayonnement de plus d'une matière est valable seulement pour un dispositif de mesures déterminé. Les figures i65 et 166 donnent l'exemple de la composition du rayonnement dans le cas de la désactivation après exposition longue et dans le cas de la désactivation après exposition très RADIUM ET SA FAMILLE. J35 courte. Dans les deux cas le rayonnement utilisé est le rayonne- ment total^ et l'on néglige le rayonnement du radium B. Dans l'appareil de mesures, auquel la construction est applicable, ce rayonnement ne devait pas produire plus de i pour loo de l'effet Fiî i6j. 100 50 ■0 _^ \ 0> ^ \ ^ ^ \ ^ ^^ \ /- 1 ^/- ^^c , \J\ ^^ \^ I N ^ Oj ^ ^^ \^ ^ H ^-^ ■ ^-- ■ — — -. /l L Cl 1 , ^ """ ^ ^"^^ ^"^ 50 100 dû au radium C. Dans ce mêm:> appareil l'ionisation due au radium A était dans le rapport i ,3 à celle produite par le radium C^, les deux substances étant en équilibre radioactif (§ 178); ce rapport a été utilisé pour la construction. La formide qui donne l'intensité du rayonnement est la sui- vante : Si l'on pose /m =1,0, -3o=XOO, A;j «1 »2 on trouve^ pour le cas de l'exposition longue^ -3 = 56,5 C ^0 336 CJIU'ITRK MU. La construction revient à utiliser les covirbes relatives à A et à C dans la figure i63 et à ajouter les ordonnées correspondantes multipliées respectivement par les nombres o,565 et o,435 dont le rapport est i ,3. Dans le cas de l'exposition courte (t < i minute) il suffit d'uti- liser les courbes relatives à A et à C dans la figure 164 et à ajouter eurs ordonnées correspondantes multipliées respectivement par les nombres i et 0,77 dont le rapport est i ,3. On a désigné sur les figures i(i5 et 166 par A, C,,Co,C;î les courbes dont les ordonnées sont respectivement proportionnelles à ces quantités. On a désigné par C la courbe dont les ordonnées sont les Fii 166. i 1 ! 5n 1 '■ 1 ' \ \^ \i 1^ 5^ % c u 50 W Temps en minutes sommes des ordonnées correspondantes des courbes C,, Cj, C:i. Enfin l'on a désigné par A + C les courbes dont les ordonnées sont les sommes des ordonnées correspondantes de toutes les courbes utilisées. Ces courbes représentent la loi d'évolution du rayonne- UADIUM ET SV FAMILLE. — POLOXILM. 337 ment en fonction du temps, avec l'appareil de mesures consi- déré. Pour construire les courbss qui représentent l'intensité du rayonnement du dépôt actif pendant l'activation, on peut se baser sur ce fait que ces courbes sont complémentaires des courbes de désactivation après activation saturée, les mesures étant faites avec le même dispositif expérimental. C'est ainsi que dans la figure i65 la courbe loo — (A 4- C) représente la loi d'activation l'activité limite étant posée égale à 100^ et les mesures d'activité étant faites avec le même dispositif pour lequel la courbe de désactivation après activation saturée est représentée sur la même figure par (A +X). Les nombres qui ont servi pour la construction des courbes représentées dans les figures 160-166 sont réunis dans les Tableaux qui suivent. On a posé r<=o,no38a •> 6 = 0,000433 ; c = 0,000 joj • ' sec. sec. sec. C. j')8 CIIVI'ITRK Mil. ro r* 3~- r^ ce ^c c ' ^ C •.~ _- c ^ "■ 2- ^ ^ ' ro ■^-7 ^-îT ^^ ^~" T2 I ^ -^ -x - ^' îc •-:: vo ^; -■ r^ - - O ■ - — -^1 ^ r^ ^l ^^ v^r c^ GO es I % CO 5C ~ r^ ' ~ — --^ i-^ ^~. .: — y ~. c ~ — ~ i -^ c ■-: ~ t^ en i ^ o r^ oc ^^ y^ •^— vz ~. -^ ~- — :c v: — i ^ c c oc f- •" '^ •- v: ^ ^-r ?o '^ '.-^ — ^: r O r- r- — r: •-- ■— - ^— ..-' co — ^— ~. ^~ 'O C '."" r< ~ 1 ^ ■ et ■ pendant la desactivation ■' A /?! A iiyn.2\ api'ès acti\a(io/i saturée, à pa/-tir de l'équilibre radioarti f. Temps en minute?. aX n,\ cC "1 "; -^ 0 I , 0000 I ,0000 I ,0000 I 0.7937 0,9972 0,9999 •>. o,63oo 0,9898 0,9998 3 0 , 5ooo 0,9789 o,999'2 4 0.3969 0,9652 0,9983 5 0 , 3 1 J I 0,949^ 0,9968 S 0, 1 373 0,8953 0,9894 10 0,0993 o,8564 0,9815 lî 0,0625 0,8170 0,9716 I j o,o3i3 0 , 7 59 1 0,9329 20 0,00985 0 , 6689 0,9135 2 j o,oo3io o,568i 0,8706 3o 0,00098 0, 5167 o,8i33 35 o,ooo3i 0,4538 0,7612 40 0.00009 0,3985 0,7064 45 » o,3 3oo 0 , 65 1 1 jo » 0,3074 0,5992 Go )> 0,2370 0,5002 70 )' 0, 1828 0 , 4 1 2 5 80 » o,i4io o,3368 90 » 0,1087 0.2729 100 » o,o838 0,2196 no » 0,0647 0,1738 120 » 0.0499 0, i4i I i5o )i 0,0229 0,0694 180 » o,oio5 o,o336 ■240 " 0,0022 0 . 0079 On voit quie l'activité due au radium A a pratiquement dis- . o • T 1 . , bB cC paru après 00 mmutes. Le rapport des quantités et qui est au début égal à \, décroît ensuite constamment et tend c — b vers la valeur limite soit 0^069, Il en résulte que le rapport 34o CIIAPITUE XIII. de l'activité du radium C à celle du radium B augmente avec le temps en se rapprochant d'une valeur limite. Les Tableaux I et II permettent de calculer l'activité induite à un moment quelconque jDcndant l'activation ou la désactiva - tien. Pour cela on peut mettre la formule qui donne le rayon- nement „-^ sous la forme suivante (I) r^ = nin,k:,\^ — ^;J,e-"-^v^^^(e-/^' — e-«') + 6c {a — b ) i a — c ) [a — b ) (c — b ) [ a — c ) [ c-b))\ c — b (g-bt _ e-''' ) /Il ri 2^ Dans cette formule A,,, B„ et C^ sont les quantités de A^ B et C présentes sur le corps activé à l'instant t = o où le corps est soustrait à l'action activante; |j. et v sont des coefTicients respec- tivement égaux à — '-^—r- et à — ^- ; ces coefficients mesurent les rapports des activités du radium A et du radium B à l'activité du radium C^ les quantités des substances qu'on compare étant celles qui dérivent l'une de l'autre par transformation radioactive, et la comparaison étant valable pour un appareil de mesures déterminé. Les lois d'évolution pour chaque substance pendant l'activa- vation et pendant la désactivation à partir de l'activation saturée , , , . , . , a \n /> B|i c C(| étant complémentaires, les quantités > — - et sont ^ ^ ^ A «1 A /iini\ obtenues, pour chaque valeur du temps d'activation -, en prenant les compléments à i des valeurs correspondantes des quantités — ^, — • et dans le Tableau II. Si donc on suppose connus A //] A /Il AI2 A les coefficients 'j. et v, l'intensité du rayonnement après un temps d'activation t est donnée par la formule A = «1 /«o/'.i A r/ A,i bH„ cCn A n i 1 /Il /i >\ Si par exemple, on pose |j. = !,.>; v = o, comme cela a été fait pour la construclion des courbes {fig. H)') et 1 <)()), on trouve que l'intensité initiale du rayonnement total après i minute d'exposition constitue 11, S pour 100 de l'intensité de ce même liADir.M KT SA lAMII-Lt:. — l'Ol.OML.M. 34l rayonnement après activation saturée dans les mêmes conditions; mais une heure après le début de la désactivation^ la proportion n'est plus que 1,9 pour 100. Pour calculer l'intensité du rayonnement pendant la désacti- vation à l'instant t, il suffit de faire la somme des termes qui interviennent dans la formule ( I) et qui sont tous obtenus à l'aide des Tableaux I et 11^ en tenant compte des coefficients 'x et v. Les cruantités —^i ■ — - et '-^ doivent être déduites du Tableau II, ^ A /i, A /^i /io A ' ainsi qu'il a été dit plus haut^ pour le temps d'activation t; les valeurs de toutes les autres fonctions sont relatives au temps t. Il est évident cju'on peut aussi disposer les calculs de manière à utiliser la formule générale qui fait intervenir directement le temps d'activation - (§ 173). 178. Vérification des formules théoriques. — Admettons comme connues les valeurs des constantes radioactives a, h et c. A l'aide de ces constantes on doit pouvoir représenter les courbes d'activation et de désactivation dans toute leur étendue et pour un temps d'exposition quelconque. L'accord entre la théorie et l'expérience peut servir comme preuve de l'exactitude des prévi- sions théoriques, d'après lesquelles il y a transformation succes- sive de la matière A en matière B^ de la matière B en matière C Cette vérification de la théorie a été entreprise par divers expéri- mentateurs; elle est rendue difficile par ce fait que les facteurs des exponentielles dans les formules dépendent, en général, de l'activité relative des trois substances au point de vue de l'effet ionisant dans l'appareil de mesures employé, et cjue, par suite, la forme des courbes dépend du dispositif expérimental utilisé. M. Duane (') a étudié la loi d'augmentation de l'activité dans une chambre d'ionisation à partir du moment où l'émanation du radium a été introduite dans cette chambre. L'ionisation due à l'émanation seule était considérée comme constante et égale à Iq. Dans ces conditions l'ionisation due à l'émanation et à la radio- activité induite s'exprime par la formule / = ?■„ -;- A-, a A — /.., h?>— k^ c C. (') Dlane. Comptes rendus, igoS. 34'i CHAPITRE XIII. L'ionisation maximum qui est approximativement obtenue en 3 à 4 heures, étant désignée par i^, on peut écrire (§ 173) i^ = i(,-i- A(7ri-:- Ao«i-l- /lani lu), On étudie le rayonnement total et l'on suppose k-, = o. Dans ces conditions la formule peut être mise sous la forme • l ,, , r . <""" ; ab 1 / ( L (a—b){c — b) {a — c){c--b) \\ 31 = —j N = , -, / 0 k.i 'i i "i [d — b ) ( a — c) Les constantes M et N ne sont pas indépendantes, elles son reliées par la relation Les valeurs admises pour 6 et c étaient b = o,ooo4i3, c = o,oooj3S, et l'on cherchait à déterminer a, M et m de manière que la courbe obtenue par l'expérience fût bien représentée par la for- mule. L'accroissement du courant était observé pendant 3 heures ; l'émanation était introduite dans un vase cylindrique dont le diamètre était 6"" , 7, la hauteur i 2'"% G et le volume environ ^\^o''"^, et dans lequel pénétrait une tige formant électrode, reliée àl'élec tromètre^ tandis que le vase était porté à un potentiel suffisant pour assurer la saturation. Les valeurs trouvées pour les con- stantes étaient les suivantes : IM = 2,37; N = o,()0 ; m = i,3o; a = o,t)o4oi ; et en utilisant ces valeurs on trouvait une bonne concordance entre la théorie et Texpérience. Le courant dû à l'émanation seule constitue d'après cela, avec le dispositif employé, la fraction 0,42 du courant total dû à l'émana- tion et à la radioactivité induite en éfpiilibre avec l'émanation^ RXDIUM ET SA F\.MII,I,E. — POI.OMIM. 343 hc On peut remarquer de plus que le terme étant très ^ ^ ^ ^ {a— b) (a — c) petit, m représente sensiblement le rapport des ionisations dues au radium A et avi radium C, tandis que N est le rapport de l'ioni- sation due au radium C à celle due à l'émanation. On trouve donc, pour les proportions de l'ionisation due à chaque substance quand la radioactivité induite a atteint l'équilibre de régime avec l'éma- nation, les valeurs sviivantes : Éinanalion. Radium A. Pvadium C. 4'2 pour loo 33 pour loo 25 pour loo Si la transformation s'eiïectue de telle manière que chaque atome d'une substance donne lieu à la formation d'un seul atome de la substance suivante, on a 7i| = n^ = i, et l'activité relative du radium A par rapport au radium C, quand l'équilibre de régime avec l'émanation est atteint, est alors égale au rapport ~ des nombres d'ions créés lors de la destruction d'un atome de radium A et d'un atome de radium C dans la chambre d'ionisation. Si la destruction d'un atome entraîne l'expulsion d'une seule parti- cule a, on peut penser que dans une chambre d'ionisation, dans laquelle le parcours des particules a est complètement utilisé, le nombre d'ions produit par une particule croît avec le parcours- de celle-ci et peut lui être approximativement proportionnel. Le rapport des activités du radium A et du radium C serait, en ce cas, voisin du rapport des parcours des particules a émises par ces deux substances, et l'on aurait ^ = — — ^ o,685. Une déter- . ^3 :,o(. ' mination plus exacte du même rapport, faite en tenant compte de la forme de la courbe d'ionisation, conduit à la valeur o, -g (§ 13S). Le rapport trouvé clans les expériences de ]\L Duane est égal à i ,■> et l'on peut penser que les rayons a du radium A sont en ce cas beaucoup mieux utilisés dans la chambre d'ionisation que les rayons a du radium C. On doit à ^L Schmidt ('") une étude très détaillée des courbes (') Schmidt, .-i/z/i. d. Phys., 190']. 344 CIIAPITIIE XIII. de désactivation dans des conditions très variées. Cette étude a montré tout d'abord que le radium B n'est pas inactif^ mais qu'il donne lieu à un rayonnement qu'on peut mettre en évidence par l'emploi d'écrans d'épaisseur convenable. M. Schmidt a construit la courbe de désactivation pour un temps d'exposition très court, t = i minute, en utilisant des écrans absorbants. La figure i(3- montre le résultat des expériences; on y voit Fie;. 1G7 Temps en minutes la courbe obtenue sans écran et une série de courbes obtenues avec des écrans en aluminium d'épaisseur variable. La courbe relative au rayonnement total présente un maximum à peine marqué pour ï = 35 minutes; dan^ les courbes suivantes on voit s'atténuer l'efTet des rayons du radium A, à mesure qu'augmente l'épaisseur de l'écran utilisé; en même temps le maximum s'ac- centue, se déplace vers l'origine des temps et finit par atteindre une position limite i= i3 minutes; pour des épaisseurs d'écran encore plus grandes, le maximum s'éloigne à nouveau de l'origine. La loi du déplacement du maximum en fonction de l'épaisseur de l'écran utilisé a été représentée par une courbe dans la figure 168. Ce déplacement est très rapide au voisinage de l'épais- seur pour laquelle les rayons a du radium C sont absorbés, et c'est pour cette épaisseur que le minimum est atteint; le déplace- KADILM ET SA lAMILLK. — POLONIl.M. 3.(5 ment du maximum a lieu ensuite progressivement clans le sens opposé. Pour un temps d'exposition t = i minute les nombres d'atomes des matières A, B et C^ présents pendant la désactivation sur le corps activé, sont approximativement représentés en fonction du temps par les courbes de la figure i ()(). En adoptant les valeurs a = o,(>o']83, b = 0,000433, c = 0,000593, on trouve que le nombre des atomes de la matière B passe par Fi g. iGS. 40 DJ QZ 03 fl.V 0.5 Epaisseur d aluminium en mm. un maximum pour i = \ o minutes e t celui des atomes de la matière C pour i =^ oo minutes. On peut donc expliquer les phénomènes obser- vés en admettant que le rayonnement est clù à l'effet simultané des trois substances, et que le rayonnement du radium B est plus pénétrant que les rayons y. du radium A et du radium C. mais moins pénétrant que le rayonnement [j du radium C. On constate, par exemple_, que l'effet du radium B est très marqué pour un écran d'épaisseur o™'",oj, mais devient beaucoup moins important pour un écran d'épaisseur ()"""_, i; dans les deux cas, d'ailleurs, les rayons a n'interviennent plus, étant supprimés par l'écran. M. Schmidt a cherché à déterminer l'activité relative du radium A, du radium B et du radium C dans la chambre d'ionisa- tion qui servait pour ses expériences. Cette chambre cylindiùque, mimie d'une électrode centrale sous forme de tige, avait un diamètre de y'""/2 et une hauteur de y""-^- La lame active occupait 340 CHAPITRE XIU. la base du cylindre. On cherchait d'abord à interpréter la courbe obtenue avec un temps d'activation d'une minute^ pour des temps supérieurs a t= io minutes^, cfuand l'elfet du radium A est sup- primé; il est nécessaire pour cela de faire intervenir un coefficient v qui caractérise l'activité relative du radium B et du radium C à l'état d'éc{uilibre de régime avec l'émanation. Ensuite on déter- minait l'activité due au radium A par la différence de la courbe expérimentale avec la courbe précédente extrapolée, et l'on fixait ainsi le facteur d'intensité 'j. relatif au radium A, c'est- à-dire le rapport des activités du radium A et du radium C pour l'équilibre de régime. On a Ht /?.>/,.7 A ( ,u « A V 6 B c C A /i 1 A n, n-^\ Les coefficients 'j. et v étaient choisis de manière à assurer l'accord entre la courbe calculée et la courbe observée. La déter- mination de ces coefficients ne comporte pas une grande précision : d'une part, parce que le radium A décroît trop vite pour que la portion initiale de la courbe soit connue avec exactitude; d'autre part, parce que dans la région utilisée pour la détermination de V, pour tj;> oo minutes, le rapport — ne varie pas assez pour cju'il soit facile de déterminer v quand la valeur de cette constante n'est pas élevée. On trouve, par exemple, que les courbes obtenues pour V = o_,i se distinguent peu de celles qu'on obtient pour V = o, c'est-à-dire en admettant que la substance B est inac- tive. Les valeurs qui ont donné le meilleur résultat pour l'inter- prétation des courbes obtenues avec le dispositif utilisé étaient : ;JL = 0,75 ; V = o,\i3. En utilisant ces valeurs, on obtenait une bonne concordance entre la théorie et l'expérience pour l'ensemble des courbes obtenues avec des temps d'activation différents, la mesure portant sur le rayonnement total. La courbe relative à -= lôo minutes diffère à peine de celle relative à t = a:. Les activités relatives des substances A, B et C à l'état d'équi- nAniuM i;t sa famille. — polomum. 347 libre de régime avec l'émanation sont donc données dans l'appa- reil de mesures utilisé par les nombres o^-5; 0^120; i, ce qui cor- respond aux proportions : Radium A. Radium B. Radium C. 40 pour 100 6,7 pour 100 ;)3,j pour 100 On constate que les rayons a du radium C sont en ce cas bien mieux utilisés par rapport à ceux du radium A qu'avec l'appareil de M. Duane, et ceci résulte de l'augmentation du diamètre de la chambre d'ionisation; le rapport des activités du radium A et du radium C est ici inférieur à i et égal à 0,7'). Ainsi que nous l'avons vu précédemment, le rapport des ionisations dues au radium B et au radium C, qui est égal à v pour i = o^ après acti- vation saturée^ croît avec le temps pendant la désactivation et devient égal à 0,2- v pour t = ce. Puisque avec le dispositif de M. Schmidt le rayonnement dû au radium B n'est pas négligeable^ le rayonnement total pour i >■ 3o' n'est pas. en ce cas^ exactement représenté par la formule I_ -_ '_.;>- g-0, 000 i33< 3 r,_- g- 0-000 593< dans laquelle -V est le rayonnement extrapolé d'aprè? cette for- mule pour f = o. On trouve_, dans le cas général, pour le facteur de l'exponentielle e~*', ri l>in\ n^ac /. 0 n i T -, — — 1— (I — I) I .7 — 0 ) { c - h ^ Iv ss a — ù i a — ù ) { c — 0 ) { (L — c ) yc — b ) d'où V -^ 3,71 K V -1- 0,87 Par suite la valeur de K dépend de l'activité relative des subs- tances B et C. En posant v = 0,1 20, on trouve K= 3,85. Pour v= 1 , on aurait K = i,h'i.- M. Schmidt a effectué une série d'expériences sur le rayonne- ment qui traverse des écrans absorbants et qui ne se compose que de rayons j et -'. Les courbes théoriques correspondent à 348 ciiAPiTHi: \iii. la formule A = n[ «2 A's A /; 1 A /^i/ioA La valeur du coefficient v dépend de l'épaisseur de l'écran utilisé ; ce coefficient était déterminé de manière à obtenir le meilleur accord entre la courbe obtenue expérimentalement pour un temps d'exposition d'une minute et la courbe calculée. La détermination ne comporte pas une grande précision. Quand l'épaisseur de l'écran d'aluminium croît depuis o"""^()3 à j""", la valeur de v passe de i^aS à o^i ; le rayonnement du radium B devient donc de moins en moins important par rapport à celui du radium C. Toutefois même pour des écrans d'épaisseur supérieure à i '"'"^ le rayonnement du radium B semblait intervenir et la valeur du facteur K restait inférieure à i/^j. Ces rayons pénétrants du radium B seraient influencés par les écrans de la même manière que ceux du radium C^ parce que la valeur de v ne variait plus quand l'épaisseur de l'écran variait entre i""" et 2""". Le temps pour lequel est obtenu le maximum du rayonnement varie depuis 1 3 minutes jusqu'cà 35 minutes {fig. 1 (38). L'importance du rayonnement du radium B et du radium C est comparable pour les écrans très minces (o""",().j d'épaisseur), si les substances sont en équilibre radioactif avec l'émanation; mais le rayon- nement de la substance B peut être prédominant pendant le début de l'évolution qui suit une exposition courte, parce qu'alors la matière B se trouve sur le corps activé en bien plus forte proportion que la matière C. ' L'ensemble des expériences de M. Schmidt conduit à la con- clusion que la vérification de la théorie est satisfaisante, que le radium A se dépose seul sur le corps activé et se transforme en radium B, lequel se transforme à son tour en radium C. L'acti- vation était réalisée dans un grand vase contenant l'émanation dans lequel on n'étal)lissait pas de champ électrique. L'émission de rayons par le radium B a aussi été mise en évi- dence par M. Bronson qui a constaté que, pendant la désactivation après activation saturée, le rapport de l'activité [i à l'activité a, pour des temps supérieurs à 3o minutes, n'est pas constant mai^ diminue avec le temps, ainsi que cela doit avoir lieu si le radium B émet des rayons [j; si l'on chasse par la chauffe la majeure partie UADllM KT SA FA.MIM.K. — l'Ol.OMlM. [) \Ç) du radium B, le rapport des activités a et [i reste constant. Dans les conditions de l'expérience l'ionisation due au radium B n'était que 1 à \ y) pour loo de l'ionisation due aux rayons a du radium C^ les deux substances étant en équilibre radioactif avec l'émanation. L'ionisation due avix rayons ^j du radium C constituait i pour loo de l'ionisation due aux rayons a de la même substance. Pour comparer la théorie à l'expérience, M. Bronson utilisait une chambre d'ionisation cylindric[ue de lo"" de hauteur et de 5*^'" de diamètre. L'émanation y était introduite, elle y séjournait pendant un temps déterminé, puis elle était brusquement chassée. Une tige axiale servait d'électrode; elle pouvait être enveloppée par un écran. Les courbes qui représentent le rayonnement total présentent un bon accord avec les courbes calculées pour lesc|uelles on a admis cjue l'ionisation due au radium B constitue 2 pour i 00 de l'ionisa- tion totale due au radium B et au radium C à l'état d'écjuilibre radioactif. Le rapport des activités du radium A et du radium C est dans les mêmes conditions i,35, nombre voisin de celui obtenu par ^L Duane avec une chambre d'ionisation peu différente. Quand on utilise le rayonnement p [fi g. i6()), le radium B inter- Fii l'ig. 2.0 -5 5 1 ^^ \ ^ ^ \^ .^"' 25 50 75 Temps en minutas 100 125 vient d'une manière plus efficace. Quand les rayons traversent o""",o,) d'aluminium, la courbe peut être interprétée en prenant 1 ,2 pour la valeur du rapport des ionisations dues au radium B et au ClIAI'lIRl!; Mil. radium C à l'état d'équilibre (courl^e II); ce nombre est en accord avec celui indique dans les mêmes conditions par M. Schmidt, v= 1/^5. Quand les rayons traversent (y"',o47 de plomb, la loi de décroissance est modifK'e, et il faut poser V = t)_,2 (courbe III). On se rapproche alors du résultat qu'on aurait si la substance B était inactive (courbe I). Ainsi les expériences décrites tendent toutes à confirmer la théorie des trois substances consécutives dont la première seule- ment se dépose sur le corps activé. On doit cependant remarquer que l'accord individuel obtenu par chaque expérimentateur est certainement ineilleur que l'accord général. Les constantes ra- dioactives utilisées ne sont pas^ en effet^ les mêmes dans chaque cas, et la divergence entre les valeurs de ces constantes amène des écarts supérieurs à ceux qui sont observés dans chaque série d'expériences. Mais comme, en dehors de ces constantes, on a encore à faire intervenir les coefficients de l'activité relative des substances le nombre des paramètres se trouve augmenté, et leurs valeurs peuvent subir certaines variations sans que l'accord des courbes théoriques avec les courbes expérimentales soit détruit. On peut aussi se demander si les conditions réalisées dans les expériences sont toujours de nature à permettre une vérification exacte de la théorie suivant laquelle le radium A se dépose seul sur les corps activés, et si le résviltat obtenu ne dépend pas dans une certaine mesure des conditions d'activation. Nous savons cjue le dépôt actif doit être considéré comme se formant au sein du gaz qui contient l'émanation; celui-ci renferme donc toujours à la fois du radium A, du radium B et du radium C, et le dépôt qui se fait sur le corps activé peut en principe se composer de ces trois substances, la proportion relative dépendant du dispositif expé- rimental employé. S'il en était ainsi, les courbes de désactivation pourraient avoir, dans différents cas, une forme différente, la différence étant surtout sensible dans la portion initiale de la courbe. Il est fort remarquable que, d'une manière générale, la forme des courbes ne varie que très peu avec le mode d'activation, celle-ci pouvant être faite dans des vases de forme différente et avec l'emploi du champ électrique ou sans l'aide de celui-ci. Nous avons RMIIL'M I;T sa KAMIU.K. — l'OLOXILM. VU qu'en absence du champ, clans un gaz sous la pression ordinaire, l'activation doit avoir lieu par suite de la diiïusion vers les parois conductrices des particules qui, après avoir été projetées au sein du gaz ont perdu leur vitesse par suite des chocs contre les molé- cules gazeuses; l'attraction des ^Darticules par les parois est déter- minée par ce fait cjue les particules sont chargées, et le fait c[ue les particules portent une charge négative est prouvé par la con- centration de l'activité à la cathode cjuand l'activation se fait dans un champ électrique. Nous avons vu aussi que les courbes de désactivation obtenues, soit avec l'aide d'un champ électricjue, soit sans champ électrique, dans un gaz privé de poussières, avec différentes concentrations de l'émanation, n'offrent entre elles cjue peu de différence et conduisent à la conclusion cju'en première approximation, seul le radium A subit la diffusion vers les parois et le mouvement sous l'influence du champ électricjue. Les parti- cules de radium A sont donc celles qui doivent être considérées comme portant une charge négative. Il ne résulte pas de là cju'il en soit ainsi pour toutes ces particules, et il n'en résulte pas davantage c{ue les particules de radium B et de radium C ne puissent être chargées au moment de leur expulsion. Ce dernier fait paraît, au contraire, prouvé par des expériences dont la description va suivre. Mais le gaz chargé d'émanation contient à la pression atmosphérique un nombre d'ions des deux signes c|ui est considé- rable par rapport au nombre des atomes de radium A, de radium B et de radium C présents en même temps. Par conséquent, des phé- nomènes de recombinaison doivent avoir lieu entre les particules de dépôt actif qui ont perdu leur grande vitesse initiale et les ions contenus dans le gaz; ces phénomènes sont de nature à expliquer la loi suivant lacj[uelle l'activation d'une lame varie en fonction de l'espace libre situé devant la lame. Les particules de dépôt actif peuvent donc, d'une part, perdre leur charge initiale par suite d'une recombinaison ; d'autre part, elles peuvent perdre leur mobilité par suite d'une agglomération avec des particules sem- blables ou avec des molécules ou particules de nature différente contenues dans le gaz. Aussi bien la perte de charge que la perte de mobilité peuvent avoir pour effet d'empêcher la diffusion des particules vers les parois solides en présence ou en absence du champ. Il est peu probable qu'un atome de dépôt actif émis avec CHAPITRE Xni. une charge électrique puisse séjourner dans un gaz sous la pression atmosphérique sans subir une agglomération. On a vu, en effet, que lors de l'ionisation d'une molécule de gaz, les deux fragments chargés s'entourent probablement chacun d'un cortège de molé- cules maintenues par attraction électrostatique, et c'est sur les ions ainsi formés que porte ensuite le phénomène de recombi- naison. Il est possible que, dans le cas des atomes de dépôt actif émis avec charge, l'agglomération précède également la recombi- naison et peut faciliter cette dernière. Si pour un certain atome de radium A l'agglomération a été poussée assez loin, et si l'agglomération n'est pas détruite au moment oîi cet atome se transforme en atome de radium B, ce dernier, au moment même de sa formation, se trouve dans des con- ditions qui l'empêchent d'intervenir pour l'activation des parois solides, et il en sera de même pour l'atome de radium C qui résultera de la destruction de l'atome de radium B considéré, à condition que l'agglomération subsiste lors de cette deuxième transformation. On aperçoit ainsi vme cause qui peut intervenir régulièrement pour donner une importance prépondérante au mouvement vers les parois solides du radium A seulement, ce dernier étant émis par les molécules d'émanation qui ne sont ni chargées ni agglomérées. Il est évident, d'ailleurs, que certains atomes de radium B peuvent provenir d'atomes de radium A qui n'ont pas subi d'agglomération importante; si alors, dès la formation du radium B, ces particules se trouvent chargées, elles pourront subir pendant un certain temps le mouvement de diffusion vers les parois et aussi obéir à l'action du champ élec- trique. Le même phénomène peut avoir lieu pour le radium C. On doit donc s'attendre à observer dans certaines conditions le dépôt simultané de radium A, de radium B et de radium C sur le corps activé; le phénomène doit dépendre de la pression et de la tempé- rature du gaz, de la concentration de l'émanation, de l'espace ménagé devant la paroi qui s'active et du champ électrique qui existe dans cet espace. On conçoit, en particulier, que si l'espace libre devant la paroi est très faible, i""" par exemple, il ne reste guère d'atomes de radium A séjournant dans le gaz, et que, par suite, le gaz ne renfermant pas non plus de radium B ni de radium C, le radium A se dépose seul sur le corps activé. Le même résultat RADIUM ET SA KAMILLK. — POLOMV.M. 353 est obtenu pour des distances plus grandes dans un gaz sous une pression réduite. Les particules de dépôt actif qui représentent de grosses agglo- mérations ne peuvent se déposer sur les parois verticales^ mais elles peuvent être déposées sur les parois horizontales ou sur les parois inclinées en vertu de l'action de la pesanteur (§ 86). Le dépôt obtenu se compose en ce cas de radium B et de ra- dium C. et les courbes de désactivation sont très différentes pour deux surfaces activées horizontales qui se trouvent pendant l'activation l'une en regard de l'autre et dont l'une^ étant tournée vers le haut, reçoit le dépôt qui tombe, tandis que l'autre, tournée vers le bas, ne le reçoit pas. Ces grosses parti- cules qui subissent l'action de la pesanteur mais qui n'intervien- nent pas pour l'activation par diffusion, ne se forment pas dans un espace gazeux compris entre deux parois très rapprochées, par lesquelles le radium A est totalement absorbé; il est probable qu'elles ne se forment pas non plus dans un espace dans lequel est établi un champ électrique intense qui contribue à extraire le radium A à mesure de sa formation; dans ce dernier cas, en effet, le phénomène de chute du dépôt actif est supprimé, et il n'est guère possible d'attribuer cet effet à l'entraînement d'aussi grosses particules par le champ électrique en vertu de la charge qu'elles pourraient avoir; il est probable que leur formation est elle-même empêchée. On a vu, d'ailleurs, qu'en absence du champ, ces gTOsses agglomérations ne se forment pas dans tous les cas. Leur forma- tion est d'autant plus facile que la concentration de l'émanation est plus grande, mais d'autres conditions sont nécessaires, même dans un gaz parfaitement privé de poussières. La présence d'une petite quantité de vapeur d'eau, insuffisante pour saturer l'enceinte activante, détermine, ainsi que je l'a: montré, la for- mation de ces particules pesantes. L'écart qui est obtenu entre les courbes de désactivation, suivant qu'on utilise ou qu'on élimine l'action de la pesanteur, est très important et facile à remarquer. Des écarts de moindre impor- tance ont été observés par quelques expérimentateurs dans d'autres conditions. M. Rutherford indicjue qu'avec un même temps d'exposition très court dans un champ électrique, l'activité ■ obtenue sur la cathode est plus petite quand on a eu le soin de C. — II. 20 354 CIIAIMTIU; Mil. soumettre préalalilenient l'émanation à Tact on du champ élec- trique^ que quand cette précaution a été négligée; dan? ce dernier cas une certaine quantité de dépôt actif a pu s'accumuler dans le gaz, et ces particules peuvent être ensuite entraînées par l'action du champ électrique vers le corps activé. D'après le même savant, la courbe d'activation obtenue dans une chambre d'ionisation dans laquelle ou introduit de lémanation du radium n'est pas exactement complémentaire de la courbe de désactiva- tion après exposition longue^ si l'émanation utilisée est restée long- temps en repos avant d avoir été entraîné' dans la chambre; on observe en ce cas que l'émanation contient un peu de radium B et de radium C ('). Des phénomènes du même genre ont été observés pour l'acti- vation par l'émanation du thorium; ils sont favorisés par la présence, dans le gaz, de poussières ou de particules en suspension. M. Schmidt (-) a observé une petite différence entre les courbes de désactivation obtenues pour un fil activé pendant un temps court et à l'aide d'un champ électrique, avec de l'émanation qui avait été purgée de dépôt actif par l'emploi d'un champ électrique, ou de l'émanation qui n'avait pas été soumise à ce traitement. Dans le second cas la proportion de radium B et de radium C était un peu plus forte sur le fil activé. En ce qui concerne les conditions d'activation, il serait donc utile d'établir une courbe de désactivation normale répondant à des conditions parfaitement définies. Les conditions les plus favorables semblent être les suivantes : activation sans champ électrique, avec distance libre très petite devant la lame activée; gaz privé de poussières et d'humidité ; émanation purgée de dépôt actif par l'emploi d'un champ électrique immédiatement avant l'exposition. L'emploi du champ pendant l'activation peut amener sur le corps activé le radium B et le radium C qui ?e trouvent dans le gaz. Malgré les précautions de ce genre, certaines difficultés pourront encore subsister. Les lames qui s'activent absorbent un peu d'émanation, el il faut chcrclier à les aérer le mieux possible avant {') RuTHERFor.D, liadioactisity . (-) SciiMiDT, Phys. Zeit., 1908. UADILM ET SA FAMILLE. l'expérience, alors qu'il est nécessaire^ d'autre part_, cle com- mencer les mesures aussitôt c|ue possible ; on diminue cet incon- vénient en employant des lames métallic[ues très propres et bien polies. Le dépôt actif n'adhère pas complètement au métal^ et l'on doit prendre des précautions spéciales pour ne point en enlever; la partie utilisée ne doit être soumise à aucun contact. Enfin le phénomène de projection des constituants du dépôt actif^ en particulier du radium B, peut aussi troubler dans une certaine mesure les résultats de l'expérience, surtout quand le corps activé porte une charge positive (§ 180). 179. Charge des particules de dépôt actif. Dimensions des parti- cules. — Nous avons vu c[ue^ parmi les particules de radium A^ il en est au moins un certain nombre qui portent une charge posi- tive. La présence de particules chargées négativement n'est pas exclue^ même si l'on admet ciue tous les atomes de radium A ont au moment de leur production une charge positive. Si, en eiïet, une particule matérielle est formée autour d'un atome de ra- dium A^ cette particule, après avoir été déchargée par recombinai- son pourra être attirée à nouveau par un des ions négatifs du gaz. Ce phénomène ne semble pas se produire d'une manière appréciable, et le nombre des particules de radium A à charge négative ne semble pas prendre une valeur appréciable, peut- être parce que la vie moyenne de cette substance est très brève. Un fd chargé positivement s'active dans une enceinte activante donnée à peu près autant qu'un fd semblable non chargé; l'acti- vité acrjuise constitue quelcjues pour i oo de celle qui est obtenue quand le fd est porté à un potentiel négatif élevé. Les expériences faites sur les fds servant d'électrode n'admettent pas d'interprétation simple. En efîet^ le champ électricjue est, en ce cas, très éloigné d'être uniforme. Dans un tel champ toutes les particules non chargées suspendues dans le gaz se trouvent entraînées vers le fd, quel que soit le sens du champ; un phéno- mène de ce genre extrêmement marqué se produit, par exemple, sur les gouttelettes du ])rouillard formé en présence de l'émanation. Seules les expériences faites dans un champ uniforme permettent d'obtenir des conclusions précises, et cette condition n'a pas, en général, été observée. 356 ciiAPiTniî xiii. Il semblerait naturel d'admettre que l'atome de radium A est toujours émis avec une charge positive. La même conclusion est rendue probable pour le radium B à la suite d'expériences ^ur sa projection par une lame activée. La possibilité d'un transport de charge électrique avec les atomes radioactifs projetés doit être prise en considération dans les expériences faites en vue de mesurer la charge électrique émise avec les particules a du dépôt actif du radium. On a encore peu de renseignements sur les dimensions des parti- cules de dépôt actif contenues dans le gaz^ et il est d'ailleurs probable que divers degrés d'agglomération peuvent se produire. Nous avons vu que M. Rutherford a fait un essai de détermi- nation de la mobilité pour les véhicules du dépôt actif qui transportent une charge positive; ces expériences étaient proba- blement relatives aux particules de radium A dont dépend^ en général, le transport de l'activité induite. La mobilité trouvée est voisine de celle que possèdent dans l'air les petits ions ordi- naires (§ 83). M. Schmidt (') est arrivé à la môme conclusion par l'étude de la loi suivant laquelle varie l'intensité de l'activation sur la cathode d'un condensateur en fonction du champ électrique, le temps de l'exposition restant toujours le même. La courbe obtenue rappelle très exactement la courbe qui représente l'inten- sité du courant d'ionisation en fonction du champ dans le même conden<^ateur contenant de l'émanation. On a vu plus haut les résultats des expériences de M. Debierne, qui a étudié avec différentes concentrations de l'émanation, la manière dont varie l'activité d'une lame en fonction de la distance libre ménagée devant la lame, pour un temps d'exposition donné. La courbe obtenue se déforme quand la concentration de l'émana- tion augmente, et ce changement de forme peut s'expliquer soit par une agglomération croissante, soit par l'importance croissante de la recombinaison. M. Debierne a calculé que si l'on ne tenait compte (jue du radium A et si le régime était déterminé unique- ment par la vitesse de la diffusion et par celle de la destruction spontanée, on arriverait à la conclusion qu'une particule qui diffuse a une masse 20 000 fois plus grande que celle d'une molécule (") Scn.MiDT, l'Iiys. Zeit., lyoS. UVDIIM ET SA FAMILLE. — POLOMIM. 33; d'émanation. Si toutefois on tient compte de la recombinaison^ le résultat doit devenir complètement différent^ et la grosseur des particules qui diffusent peut se trouver beaucoup plus petite, ainsi que l'indiquent les résultats précédemment mentionnés; elle peut même être indépendante de la concentration de l'éma- nation. Xous n'avons donc pas encore de données suffisantes pour fixer les dimensions des particules cjui diffusent^ et pour décider dans quelles limites ces dimensions sont variables. Il est seulement certain que les particules qui obéissent à l'action de la pesanteur^ et dont la formation n'est pas inévitable^ ont des dimensions beaucoup plus grandes que celles des particules qui diffusent vers les parois. L'ordre de grandeur de ces dimensions est fourni par la connaissance approchée de la vitesse de chute, et celle-ci est elle-même connue par l'observation de la distance limite à laquelle l'effet de la pesanteur se trouve épuisé. La grosseur des particules pesantes semble dépendre de la quan- tité d'eau disponible^ et l'on peut calculer que les plus petites des particules observées ont un diamètre de l'ordre du dixième de micron (Chap. VII). Il est possible c[ue ces particules soient formées par agglomération de molécules d'eau sur des centres formés par les molécules de composés chimiques avides d'eau produits en présence de l'émanation ; les gouttelettes formées peuvent recueillir les atomes de radium B et de radium C formés dans le gaz, par suite d'un phénomène de diffusion. Ce serait alors le même phénomène que celui de la formation de brouillards en présence de l'émanation, l'air et la vapeur d'eau pouvant être remplacés en ce cas par d'autres substances. 180. Phénomène de recul pour le radium A, le radium B et le radium C. ■ — ■ Lors de la formation du radium A et du radium B, les atomes de ces substances se trouvent projetés avec une vitesse considérable (§ 8i). La première observation relative à ce phé- nomène est déjà assez ancienne. Miss Brooks a observé que le radium B se comporte comme s'il était légèrement volatil à la température ordinaire ( ' ). Quand une lame activée est en- fermée dans une enceinte, un peu de radium B se dépose sur les (') Miss Brooks. Aature, igo^j. 358 CIIAPITIŒ XIII. parois de l'enceinte et y produit une activité dont la nature peut être contrôlée par la loi de son évolution. Ce phénomène ne se produit qu'au début de la désactivation, alors qu'il y a encore du radium A sur la lame activée. M. Rutherford a supposé qu'il ne s'agit pas là d'une volatilisation, mais bien d'une projec- tion, le radium A émettant une particule a, et la partie restante de l'atome éprouvant le mouvement de recul correspondant. La projection des atomes du dépôt actif du radium a été ensuite clairement mise en évidence par MM. Russ et Makower ( ' ) dont les expériences ont été décrites antérieurement (§ 8i) et par M. Hahn et M'^*! Meitner (-). Les expériences de Miss Brooks n'avaient pas décelé d'action du champ sur le phénomène, mais une telle action a été mise en évidence par M. Hahn et M"'' Meitner, qui ont montré qu'un disque placé parallèlement en face d'une lame portant du radium A reçoit loo fois plus de radium B quand il est chargé négativement que quand il est chargé positivement. Les atomes de radium B portent donc, comme ceux de radium A, une charge positive. L'effet du champ est d'ailleurs épuisé pour une différence de potentiel de 5o volts entre la lame activée et la lame placée en face; les atomes de radium B doivent donc être arrêtés dans le gaz et subissent ensuite l'action du champ électrique. On constate qu'au contraire dans un gaz sous faible pression (2''" de mercure environ), les particules projetées ne sont guère sensibles à l'action d'un champ électrique intense et peuvent atteindre une lame chargée positivement placée en face de la lame activée. En mesurant dans ces conditions la quantité de radium B cjui est recueillie par une lame placée à distance variable de la lame activée, M. Wertenstein a pu conclure que les parti- cules de radium B ont dans l'air un parcours assez bien déterminé qui varie en raison inverse de la pression et c[ui serait de o""",ii à la pression atmosphérique ('). Dans ces expériences, les parti- cules de radium B absorbées dans le gaz n'interviennent pas pour activer la lame qui reçoit la projection; elles sont entraînées par l'action du champ électrique vers la lame opposée. Des expé- (') Russ et Makower. Proc. Jioy. Soc, igoc); l'/ul. Mag., 11)10. (-) Hahn et L. Meitneu, Deulsck. pliys. Gesell., njoy. (^) Wertenstf-iv, Comptes rendus, 1910. RADIIM ET SA F.A.MILLi;. — POLOMIM. SSq riences analogues^ effectuées dans l'hydi^ogène, ont mis en évi- dence l'existence d'un parcours c[ui serait d'environ o"""^7 à la pression atmosphéricjue. Si l'on porte en abscisses la distance des lames et en ordonnées la cjuantité de radium B recueillie, on trouve que celle-ci décroît suivant une loi approximativement linéaire quand la distance augmente; une telle loi est conforme à l'hypothèse d'un parcours déterminé, si l'on suppose que l'émis- sion des particules a lieu inditTéremment dans toutes les directions. Ce résultat conduit à établir une analogie entre les propriétés des particules a et celles des atomes radioactifs projetés. Les atomes de radium B projetés peuvent traverser une couche très mince de matière solide, par exemple une couche d'argent dont l'épaisseur ne dépasse pas lo''-'^- ; l'expérience peut être faite avec une lame activée sur lacjuelle on détermine la formation d'un dépôt d'argent avant c{ue la destruction du radium A soit achevée. Le rapport de l'épaisseur limite à la valeur du parcours dans l'air n'est pas éloigné du rapport des densités de l'air et de l'argent. Le phénomène de projection du radium B offre un moyen simple pour obtenir cette substance sensiblement exempte de radium C, au moins pendant un temps court. Pour étudier la projection du radium A, M. Wertenstein a mesuré l'activité que prend une lame chargée positivement et placée en face d'une autre lame à une distance déterminée, dans un récipient contenant de l'air chargé d'émanation à une pression d'environ 2'" de mercure. L'activité accpiise croît avec la distance des lames, d'abord rapidement, ensuite plus lentement. Si l'acti- vation n'était due cju'à la projection, une activité limite devrait être atteinte pour une distance égale au parcours du radium A dans les conditions de l'expérience. En réalité on n'observe pas de valeur limite constante, mais une loi limite d'accroissement linéaire, relativement lente, correspondant probablement à un mécanisme d'activation autre que la projection et relativement peu important. Si l'on admet cette interprétation, on trouve c{ue le parcours du radium A, déduit de la première portion de la courbe, est très voisin du parcours du radium B à la même pression. D'après la théorie des transformations radioactives, les masses des atomes de A et de B sont peu différentes et les vitesses de projection ne doivent pas dilîérer beaucoup, puisque 360 CHAPITRE XIII. les particules a émises lors de la formation de ces atomes ont des parcours assez voisins. En admettant qu'au moment de la projec- tion les quantités de mouvement initiales de la particule a et de l'atome radioactif projeté sont égales^ et en attribuant aux atomes A et B une masse atomique d'environ 200, on trouve que la vitesse de projection est environ 5o fois plus petite que celle de la particule a et qu'elle est^ par conséquent, de l'ordre de 10' cm : sec. Des expériences faites avec une lame activée sur laquelle il n'y a plus de radium A indiquent qu'une très faible quantité de radium C peut aussi être recueillie sur le disque chargé négativement. Il est donc possible que les atomes de radium C soient aussi chargés positivement lors de leur formation. Mais si les atomes ne sont pas projetés en dehors de la lame activée à une distance suffisante, ils sont immédiatement réabsorbés par celle-ci en vertu de la diffusion, et ne peuvent être entraînés par le champ. C'est ce qui arrive probablement dans le cas actuel; le radium B n'émettant que des rayons [i, le mouvement de recul de la partie restante de l'atome est beaucoup moins important que lors de l'expulsion d'vme particule a dont l'énergie cinétique dépasse, en général, de beaucoup celle d'une particule [i. On observe dans certains cas qu'une lame activée, sur laquelle le radium A n'existe plus, peut néanmoins donner lieu non seule- ment à une projection de radium C, mais aussi à une projection de radium B. Ce fait a été interprété par MM. Makower et Russ comme un arrachement de radium B par les atomes réellement projetés en vertu du phénomène de recul (atomes C ou plutôt atomes D qui dérivent des atomes C et dont la projection est plus violente que celle de ces derniers, puisqu'elle accompagne l'émission d'une particule a de grande vitesse). Il n'est cependant pas possible d'assigner au dépôt actif une épaisseur uniforme compor- tant plusieurs couches de molécules; on serait donc conduit à admettre que ce dépôt est disposé sur la lame en amas ou grains séparés. On peut se demander si les atomes radioactifs projetés se com- portent comme des rayons doués de pouvoir ionisant. Une telle supposition paraît naturelle, par analogie avec ce qui a lieu pour les rayons positifs des ampoules à vide. En étudiant, sous faible pression, l'ionisation produite par une lame activée, M. Wer- RADIIM ET SA FAMILLE. — POLO.MLM. S6r tenstein a constaté l'existence d'un rayonnement ionisant extrê- mement absorbable qui pourrait être constitué par la projection des atomes résultant de la destruction du radium C (radium D), L'action ionisante des atomes radioactifs projetés ne saurait être importante dans les gaz à la pression atmosphérique, mais il deviendrait nécessaire d'en tenir compte dans les expériences faites à des pressions réduites. 181. Volatilité du radium A, du radium B et du radium C. — Nous avons vu que le radium B distille plus facilement que le radium C. Tandis que ce dernier ne commence à se volatiliser que vers i i oo"^ le radium B est fortement volatilisé à la tempé- rature de 600". Le radium A semble encore plus volatil que le radium B, ainsi qu'il résulte des expériences de M. Duane (') rela- tives à l'efTet de la chaufïe sur un fil activé pendant 00 minutes et contenant les trois substances, radium A, radium B et radium C, en proportions convenables. On examinait la loi d'évolution de l'activité du dépôt actif qui reste sur le fd et de celui qui distille sur les parois de l'enceinte dans laquelle le fil est placé, en même temps qu'on le chauffe au moyen d'un courant électrique. On constate que, jusqu'à ce qu'on ait atteint la température de 3oo", l'effet de la chauffe est peu sensible; c'est d'ailleurs le radium A qui distille seul dans ces conditions, la courbe de désactivation de la matière active recueillie par distillation étant la même que la courbe qu'on obtient après une exposition de très courte durée. Tant qu'on ne chauffe pas au rouge, le radium A domine dans la matière qui distille, mais pour une chauffe à -oo"-8()o" une forte proportion de radium B distille également. La matière A est donc plus volatile que la matière B. Au-dessous de i.hV l'effet de distillation est très faible, et la matière qui distille se compose de radium B seulement. Toutefois la distillation à température aussi basse ne peut être obtenue pour la matière B qu'avec un fil activé qui contient encore du radium A; le phénomène ne se produit pas, si après avoir activé un fil, on le laisse en repos pendant 20 minutes avant de commencer le chauffage; ce phénomène doit donc être rapproché du phé- (') Duane. Journal de Physique, igoô. 302 CIIAPIÏIIE XIII. nomène de projection de radium B à la température ordinaire^ et il n'est pas certain que l'élévation de température ait une influence réelle. Certaines observations tendraient cependant à assigner à la température de volatilisation de radium A une valeur bien plus élevée. M. Makower a activé pendant i o minutes un fil chauffé dans un four contenant de l'émanation ('). On admettait que la température de volatilisation complète du radium A est atteinte quand le fil ne s'active plus. On trouve ainsi que le radium A commence à se volatiliser à 800'.' et que sa volatilisation est complète à <)oo". On trouve par la môme méthode que la volati- lisation du radium C commence vers ■jod^-Hoo"^ mais que la température de volatilisation complète peut dépendre de la nature du corps activé et semble plus élevée avec le quartz (i3oo") qu'avec le platine ou avec le nickel (lioo"). Quand une tige de platine portée à un potentiel élevé est chaulfée à qoo" dans un four contenant de l'émanation^ elle ne récolte aucun dépôt actif, et cela quel que soit le signe de la charge. Donc môme dans ces conditions où le radium A reste dans le gaz_, il n'y a pas d'arrivée appréciable de radium C^ moins volatil^ sur la tige. Les phénomènes d'activation faible à température peu élevée en présence d'un corps activé qu'on chauffe peuvent ôtre produits par l'émanation occluse dans ce corps; on peut être amené ainsi à une évaluation trop peu élevée de la température de volatili- sation du radium A. D'autre part l'activation à chaud en présence de l'émanation est un phénomène complexe qui fait intervenir la mobilité des particules du dépôt actif^ et celle-ci peut décroître quand la température s'élève. 1(S2. Effet de la température sur la constante radioactive du radium C. — Dans leurs expériences relatives à l'effet de la chaulTe sur le dépôt actif. P. Curie et M. Danne ont été amenés à admettre que la constante du radium C subit une influence par l'effet de la chauffe. Cette interprétation des résultats expérimentaux a été discutée par M. Bronson et par M. Schmidt qui ont montré, ainsi que nous l'avons vu plus haut, que la conclusion, précédemment (') Makowkh, le Iiar/itt/n, 1901). RADILM liT SA lAMILLE. — POLOMIM. 3G3 indiquée, n'est pas nécessaire. La question présente, d'ailleurs, un grand intérêt, parce que les constantes radioactives :e sont montrées, jusqu'à présent, indépendantes de la température, et que si celle-ci pouvait avoir une action, il y aurait là un fait d'une grande importance. M. Bronson n'a pu constater aucun effet de ce genre. MM. Ma- kower et Russ ('), au contraire, en soumettant à une chauffe intense un tube de quartz contenant de l'émanation ou un fil activé, ont constaté des effets qu'ils ont attribués à l'action de la température sur le dépôt actif. Le tube actif agissait par son rayonnement extérieur sur une chambre d'ionisation à l'aide de laquelle on mesurait l'activité. Si le tube contenait de l'émanation, l'activité après une chauffe d'une heure éprouvait une baisse de 6 pour loo; cette baisse n'affectait pas la loi de destruction de l'émanation, parce que, ■! à .') heures après la fin de la chauffe, le rayonnement reprenait la valeur normale déduite de cette loi de destruction. En comparant la loi de variation de l'activité pour deux fils activés scellés dans des tubes de quartz dont l'un était chauffé à looo" pendant que l'autre n'était pas chauffé, on a con- staté de môme une diminution de l'activité par la chauffe et une altération de la loi de décroissance. Des résultats de même nature ont été obtenus par M. Engler (-) cjui a également observé de petites variations d'activité povu' les fils activés soumis en vase clos à l'action d'une température élevée. Les expériences de ^I. Schmidt (') sont, au contraire, défavo- rables à l'existence d'un phénomène de ce genre dans les limites de précision des expériences. On opérait soit avec le dépôt actif, soit avec du radium C préparé par dépôt sur nickel dans une solution chlorhydrique du dépôt actif. Les corps activés étaient scellés dans des tubes de quartz et chauffés dans un four élec- trique. Aucune variation n'a été constatée jusqu'à la température de I 5no" quand la mesure du rayonnement était faite en utilisant les rayons -'• Mais en utilisant les rayons 3 du tube chauffé, on constatait une diminution d'activité semblable à celle remarciuée par d'avitres observateurs. (') Makower et Russ, Le Badiu/ii, 1907. (-) ExGLER, Ann. d. Phys., 1908. (■^) ScH.MiDT, Phys. Zeit., 1908 (deux Mémoires). 364 ciiAi'iriuc \iii. Si la variation se fait sentir sur les rayons [ii et non sur les rayons ^', elle ne peut guère provenir d'une modification des constantes radioactives. Il est plutôt vraisemblable qu'elle résulte de causes d'importance secondaire^ telles qu'une pénétration pos- sible du dépôt actif dans le quartz par suite d'un phénomène de diffusion dont l'importance augmenterait avec la température, ou encore une modification dans le pouvoir pénétrant du quartz par suite d'une altération de cette matière à température élevée. 1S3. Ionisation produite par l'émanation et la radioactivité induite. • — Le nombre d'ions qui est produit par l'émanation seule dans une chambre d'ionisation dépend non seulement de la quantité d'émanation contenue dans la chambre, mais aussi de la forme et des dimensions de celle-ci. Si le courant de saturation est obtenu, l'intensité de ce courant augmente pour des vases de forme semblable avec les dimensions de ces derniers, parce que les rayons émis par l'érnanation se trouvent mieux utilisés dans les récipients dans lesquels ils sont absorbés par le gaz plutôt que par les parois. Des expériences quantitatives à ce sujet ont été faites par M. Duane ('). Ce physicien a admis que la radiation absorbée par la paroi et la radiation secondaire qui peut en provenir, sont propor- tionnelles à la densité de l'émanation et à la grandevir de la sur- face. Dans ces conditions, l'intensité du courant i obtenu dans une chambre déterminée s'exprime par la formule où ^> désigne le volume de la chambre en centimètres cubes, s la surface des parois en centimètres carrés, k un coefTicient con- stant et ^ le courant qu'on obtiendrait avec la même quantité d'émanation, si tous les rayons émis étaient complètement utilisés. L'expérience consistait à comparer les courants de satu- ration obtenus avec une même quantité d'émanation dans trois chambres cylindriques dont les dimensions sont les suivantes : Hauteur 58"", G '>-3''"',() i9/"\C> Diamètre 33'"'. \ lo^^^SS ^'^'",7 (') Duane, Comptes rendus^ 190.'). UADILM ET SA FAMILLE. — POLOMLM. 36") Ou a trouvé que ces courants peuvent être représentés par la formule précédente, dans laquelle on pose A- = o""", 5i. La formule ne peut évidemment se vérifier pour de petits volumes pour lesquels elle donnerait un courant négatif. Elle doit cependant s'appliquer^ au moins approximativement, tant que la plus petite des dimensions de la chambre est supérieure au par- cours des particules a de l'émanation dans le gaz intérieur à la chambre. Quand cette condition n'est plus réalisée_, le coeffi- cient /.■ doit évidemment décroître. On peut d'ailleurs admettre cfue l'émanation n'émet que des rayons x, et que ceux-ci sont absorbés par la paroi sans production de rayons secondaires susceptibles d'ioniser les gaz. La formule indiquée permet de calculer le courant de saturation limite A que pourrait fournir une certaine quantité d'émanation dont les rayons seraient complètement utilisés_, connaissant le courant de saturation produit par cette même quantité d'éma- nation dans une chambre dont les dimensions sont connues. On trouve, par exemple, en se reportant aux mesures qui ont été décrites précédemment {§ 09), que l'émanation dégagée en une heure par un gramme de radium produit, dans une chambre cylin- drique de I ^."",5 de hauteur et de 6"", 7 de diamètre, un courant maximum égal à ■',62 X i o' unités E. S. D'autre part, dans le même appareil, le courant dû à l'émanation seule constitue jo pour 100 du courant maximum; il a donc la valeur i = \,\oj) x 10'' E. S. On ^^en déduit P>'^=^ i,8() x 10'' E. S. et le courant produit par l'émanation saturée d'un gramme de radium aurait la valeur 1,86 X 10'' X i33,'i; soit 2,:"). lo" unités E. S. Si, d'autre part, on admet que l'émanation saturée d'un gramme de radium émet par seconde un nombre de particules a égal à 3,4.10"* et que chaque particule a produit 1,70. lo^ ions, la charge de chaque ion étant 4^7. io~"' E. S., on^trouvejpour le'cou- rant qui peut être obtenu avec cette quantité d'émanation, indépen- damment de la radioactivité induite qui l'accompagne, la valeur 2,8. To""' E. S. Ce nombre est assez voisin de celui qui résulte de la mesure du courant, l'écart pouvant être attribué à la connaissance imparfaite des nombreuses données qu'on a dû faire intervenir. 36() CHAPITRE XIII. Si l'on utilise les données numériques ci-dessus^ la formule [l] permet d'effectuer le dosage de l'émanation par le courant initial qu'elle produit clans une chambre d'ionisation de forme quelconque. Si l'on prend comme unité d'émanation la quantité qui est dégagée en une seconde par un gramme de radium^ la quantité .r d'émana- tion qui produit un courant initial de i unités E. S. est donnée par la formule 3,7, I O, J). - La mesure du courant initial présente c{uelques difficultés et il est plus commode de mesurer le courant maximum i,n qui est atteint 3 heures après l'introduction de l'émanation. MM. Duane et Laborde ( ' ) ont montré que la quantité d'émanation peut aussi être déterminée par la mesurecle i,„; la formule utilisée pour tenir compte de la forme de la chambre est en ce cas la suivante : 13 , I I — O, ^■A - Quand l'émanation est répandue dans l'espace compris entre deux plateaux parallèles, le courant / dû à l'émanation seule est bien représenté en fonction de la distance des plateaux cl par la formule — --(i — e-\^'') Cette formule est obtenue en supposant que le rayonnement de l'émanation est absorbé par le gaz suivant une loi exponentielle caractérisée par le coefTicient u. et que /' est le courant que four- nirait l'émanation répandue sur i"^^'" de hauteur, si son rayon- nement était totalement utilisé. On trouve approximative- ment 'J. = I pour l'air à la pression atmosphérique. 18 i. Rayonnement du dépôt actif. Nature complexe du radium C. Rayons ,'j du radium. — Nous avons vu que le radium A ne semble émettre que des rayons a, et que le parcours de ces rayons dans (') Duane el LAnoncr:, Le Radiiini, 1910. UADILM ET SV FAMIl.Li:. — POLONIU.M. 867 l'air à la pression atmosphérique est égal à /\'"\,So. Il n'est pas facile de constater si cette substance émet aussi des rayons |j très absorbables. Le radium C émet des rayons y., ^ et v^ le parcours des rayons a étant égal à -"",()(). Le radium B donne lieu à un rayon- nement absorbable ainsi qu'en témoignent les expériences qui ont été décrites précédemment. La nature des rayons du radium B a été mise en évidence par M. Schmidt (') au moyen d'un diaphragme à cloisons parallèles analogue à c lui qui avait servi pour déceler la déviation magné- tique des rayons y. [fig. i i ~), mais ayant ses cloisons plus écartées. Une plaque activée pendant un temps très court servait de source, et les rayons a étaient supprimés par un écran d'épaisseur mi- nimum. En établissant un champ magnétique qui déviait les rayons vers les cloisons, on observait une diminution du rayon- nement au delà du diaphragme; la valeur de la diminution dépen- dait du sens du champ, et l'on pouvait conclure qu'il s'agissait de rayons Tj. La proportion des rayons déviés pour le radium B et le radium C était appréciée d'après la forme des courbes de désactivation, obtenues avec ou sans champ magnétique, et l'on a trouvé ainsi cjue les rayons du radium B sont en moyenne plus déviables que les rayons [i du radium C. L'étude de l'absorption des rayons ,3 du radium C isolé par l'électrolyse a montré que le coefficient d'absorption va en dimi- nuant quand croît l'épaisseur de matière traversée. Ce coefficient semble tendre vers une valeur constante, et l'on trouve à la limite environ u. = lo pour l'aluminium. D'après M. Schmidt le rayonne- ment peut être considéré comme composé de deux groupes homo- gènes dont les coefficients d'absorption pour l'aluminium sont respectivement 5.) et i 3. Le coefficient d'absorption des rayons [j du radium B était déduit de la comparaison des résultats obtenus sur le radium C pur avec les résultats obtenus au moyen d'une lame activée contenant les deux substances ; le rayonnement du radium B semblait aussi hétérogène; le coefficient d'absorption moyen pour l'aluminium est voisin de 8o (§ 1 1-i). Les courbes qui représentent le logarithme du rayonnement en fonction de l'épais- seur d'aluminium traversée ont été reproduites dans la figure i i o. (') Schmidt, Ann. cl. Phys., 1906. 368 CIIAPITRK Mil. M. Duane (') a étudié l'émission de charge électrique par le dépôt actif du radium et en a conclu que le radium B donne lieu à une émission d'électrons lents et de rayons |j. L'appareil était constitué par deux électrodes cylindriques coaxiales très rapprochées; l'électrode intérieure qui portait le dépôt actif était reliée à l'élec- tromètre. Un bon vide était fait dans l'appareil et_, en raison du faible espace ménagé entre les électrodes, on admettait que l'ionisation du gaz résiduel ne donnait lieu à aucun courant appréciable quand l'électrode extérieure était portée à un poten- tiel V variable. On mesurait le courant avec une faible valeur de V, soit, par exemple, 2,2 volts; on constatait que le sens du cou- rant de charge de l'électromètre dépend du signe de V, Si V >> o, l'électrode se charge positivement, le courant de charge étant i, ; si V <^ o, l'électrode se charge négativement, mais le courant de charge io est beaucoup plus faible que i| en valeur absolue. Si l'électrode extérieure est reliée au sol, on obtient un courant de charge positive plus faible que i| et correspondant non pas à un champ nul, mais au champ créé par la force électromotrice de contact entre les électrodes. La demi-somme des courants i| et io est peu différente du courant positif obtenu quand l'électrode intérieure est reliée au sol, et M. Duane a admis que c'est cette demi-somme qui mesure l'émission de charge négative par l'élec- trode intérieure, diminuée de la charge négative renvoyée par l'électrode extérieure par suite de diffusion de rayons primaires ou d'émission de rayons secondaires. Les charges émises sont très sensibles à l'action du champ élec- trique, ce qui prouve qu'il y en a beaucoup dont la vitesse d'émis- sion est faible. Ces charges semblent être émises en quantité à peu près égale par les surfaces des deux électrodes, et peuvent repré- senter, d'après M. Duane, les rayons [i secondaires émis sur les deux électrodes par le choc des rayons a ou des rayons ^ de grande vitesse. La loi de décroissance avec le temps pour la charge émise par l'électrode ne correspond pas à la loi de décroissance de l'ionisation obtenue dans le même appareil quand on y rétablit la pression atmosphérique; aucune des deux courbes n'est d'ailleurs en accord avec l'hypothèse que le radium B est inactif, mais la première (') Duane, Le liadim», lyoS. RADir.M ET ?A FAMILLE. — l'OLOMLM. 869 des deux courbes présente un écart plus important que la seconde. La courbe qui représente la variation de la charge correspond plutôt à la supposition que le radium B et le radium C émettent chacun la même quantité d'électricité négative par seconde, quand ils sont en équilibre radioactif avec l'émanation. Le rapport des courants obtenus avec les deux sens du champ élec- trique dépend du métal des électrodes. Parmi les charges émises il en est qui sont arrêtées par une différence de potentiel inférieure à 4o volts. En examinant l'effet d'un champ magnétique parallèle à l'axe des électrodes, on peut juger de la vitesse avec laquelle se déplacent les charges négatives. Cette vitesse est de l'ordre de '1. 10** — ; les électrons observés sont donc des électrons lents. sec Le nombre des électrons peut être comparé au nombre des par- ticules 7. émises dans le même temps par le dépôt actif. Pour cela on détermine d'une part le courant de charge dans le vide, d'autre part le courant d'ionisation obtenu avec la même électrode active dans un grand volume d'air. Le rapport du second courant au pre- mier était environ 36oo. En admettant que le nombre d'ions par particule est environ 200 000 on en conclut que le nombre des électrons lents est supérieur a -^7-: » c est-a-chre a ()o. Les '■ .ifaoo expériences tendent donc à prouver que l'émission d'une particule a est accompagnée de l'émission d'un nombre considérable d'élec- trons lents. Il résulte d'expériences récentes faites par M. Hahn et M^'" Meitner que le radium C est probablement une substance complexe ('). En utilisant une plaque recouverte de radium C séparé par l'électrolyse, on peut obtenir sur une plaque disposée en face une faible activation par projection; l'activité de la substance projetée disparaît en quelques minutes, et il semble probable que c'est cette substance qui est la source des rayons a, tandis que la substance caractérisée par la période de it),5 mi- nutes n'émettrait que des rayons [t. Cette manière de voir est en accord avec la théorie d'après laquelle une substance radio- active simple ne peut émettre qu'une seule espèce de rayons. D'après les mêmes auteurs les rayons 3 du radium ne proviennent (•) O. Hahx et L. Meitner, Phys. Zeit., 1909. C. - II. 24 SjO CHAPITRE XIII. pas entièrement du dépôt actif; le radium au minimum d'acti- vité donne aussi lieu à une faible émission de rayons [j très absor- bables qu'on peut observer en utilisant un sel privé aussi com- plètement que possible d'émanation et de dépôt actif, par l'action d'une chauffe intense et prolongée. L'intensité de ce rayonnement est de l'ordre de i pour loo de celle du rayonnement [i émis par le radium en équilibre radioactif; le coefficient d'absorption pour l'aluminium de l'ordre de 3oo. La présence de rayons ,j et de rayons a dans l'émission du radium conduirait à penser que ce corps est complexe. Certains faits expérimentaux sont en faveur de cette manière de voir, La série des descendants du radium dont l'évolution est rela- tivement rapide comprend l'émanation, le radium A, le radium B et le radium C. On trouve le prolongement de cette série dans l'étude de la radioactivité induite à évolution lente, 185. Loi d'évolution de l'activité induite restante du radium. Radium D, E et F. Leur relation avec le radioplomb et le polonium. — Nous avons vu qu'après une longue activation en présence d'une émanation concentrée, le corps actif manifeste, après la disparition de la radioactivité induite composée de radium A, de radium B et de radium C, un résidu d'activité de nature différente. Cette activité restante va, en effet, en augmentant en fonction du temps, suivant une loi de variation lente (§ 77), L'étude de cette acti- vité résiduelle a été faite par M, Rutherford (') qui a montré que le résidu est de nature complexe et se compose de plusieurs matières radioactives. En particulier l'évolution de l'activité due aux rayons [i» n'était pas la même que celle de l'activité due aux rayons a. L'intensité du rayonnement |îi augmentait avec le temps, mais tendait vers une limite constante qui était atteinte après un mois. Au contraire, l'intensité du rayonnement a conti- nuait à augmenter pendant i8 mois, et l'on constatait une dimi- nution de la vitesse d'accroissement indiquant qu'une limite serait atteinte dans quelque temps. L'accroissement de l'intensité des rayons [ii avait lieu suivant (') Rutherford, Phil. Mag.^ ^\p'\', J\ciita(Foo) 3. se. .. , ^a(G) 7,ob /T .3a(G) = -3a(:FO '. (i o.bi j - a \ '■^a(G,) o.Gi j -. d { i J'- Les expériences étaient effectuées ainsi qu'il suit. Une plaque de platine était activée pendant 264 jours en vase clos en présence de 0*^,5 de bromure de baryum radifère contenant 60 pour 100 de bromure de radium. Après ce temps on enlevait la plaque, et l'on 376 ciiapithe xiii. mesurait le rayonnement d'abord 9.5 minutes après la fm de l'expo- sition, puis 2 4 heures après la fin de l'exposition. La deuxième mesure fournissait le rayonnement du radium E présent sur la plaque; le rayonnement du radium C était déduit par différence et extrapolé pour le moment initial de la désactivation. La valeur trouvée pour c/ conduit à une valeur de 35,- ans pour la période de destruction de moitié quand on utilise le rayonnement [j et à une période de 1 -j. ans seulement quand on utilise le rayonnement a. Cette deuxième valeur était considérée comme plus correcte^ la divergence du nombre obtenu par la mesure du rayonnement [i pouvant s'expliquer par la supposition que le radium C est une substance complexe qui émet plus d'un groupe de rayons ^i, chaque groupe correspondant à une substance radioactive simple. En observant au moyen du nombre des scintillations produites l'accroissement du radium F à partir d'une quantité donnée' d'émanation, M. Antonolf a obtenu pour la période du radium D une valeur d'environ i6,5 ans ( ' ). Le radium D est entraîné avec le plomb que l'on extrait de la pechblende. On n'a pas encore réussi à l'obtenir à l'état concentré, de manière à essayer de l'isoler, Li progrès de la concentration est d'ailleurs difficile à suivre, parce c[ue la substance n'est pas active par elle-même et que l'activité limite en rayons pénétrants n'est atteinte qu'en un mois, tandis que l'activité en rayons a demande encore bien plus da temps pour se développer complè- tement. D'autre part, les procédés qu'on essaie pour concentrer le radium D ont, en général, pour effet de concentrer le radium E et le radium F dans les diverses parties du traitement; la valeur limite qui esl ensuite atteinte pour ces substances peut donc seide caractériser la proportion de radium D. Des essais de concentration du radium D ont été décrits par divers auteurs (-) ('). Voici quelques-uns des résultats obtenus : lors de la cristallisation du chlorure de plomb radioactif en solution aqueuse ou chlorhydrique, le radium D se concentre dans les cristaux. Dans la distillation du chlorure en présence du chlorure (') Antonoff, Pldl. Mag., 1910. (-) HoFMANN et WoLFL, lieiic/ite d. cliem. GeselL, 1907. (■■') SziLAiiD, Le Jiadium, kjoH. RADlliM ET S\ l'AMlLLE. — POLONIUM. 877 d'ammonium^ le radium D se concentre dans la partie plus volatile. Quand on fait agir du zinc sur le chlorure f ondu^ le radium D s'ac- cumule dans le métal. En précipitant la solution du chlorure par riiyposulfite de sodium, on obtient l'entraînement du radium D avec le précipité formé au début, et l'on peut ainsi obtenir du plomb radioactif 5 à 7 fois plus riche en radium D que celui qui a servi de point de départ. Un bon résultat est obtenu en trans- formant le chlorure en tétraphénylplomb qui cristallise à peu près exempt de radium D. On peut obtenir ainsi un sel dont l'activité limite en rayons a est 200 fois plus grande que celle de l'uranium, mais la réaction n'est pas assez simple pour pouvoir servir comme procédé de fractionnement régulier. Le radium D est entraîné avec le baryum dans la précipitation de ce dernier par l'acide sulfurique; il peut ainsi être séparé du radium E et du radium F qui restent en solution ('). 187. Radium E, et E.. Radium F. — Le radium E est une sub- stance qui émet des rayons '■j sensiblement homogènes dont le coefTicient d'absorption par l'aluminium est environ a = 44- Un rayonnement ^' faible semble aussi exister ; le coefTicient d'absorption par le plomb est égal à 0,8 (-) et l'intensité n'est que 0,016 pour 100 de celle des rayons [i. Le radium E n'est pas volatil à 1000". MM. Meyer et von Schweilder (•') ont obtenu pour la décrois- sance du radium E des périodes variables avec les conditions de l'expérience. Ils en ont conclu qu'entre le radium D et le radium F il existe non pas une, mais deux substances intermédiaires; le radium E, et le radium E,. La substance E, serait inactive, volatile au rouge et soluble dans l'acide acétique à chaud; elle aurait une période de () à 6,5 jours. La substance Eo serait celle qui émet des rayons 3, elle ne serait ni volatile au rouge, ni soluble dans l'acide acétique à chaud et aurait une période de 4,8 jours. En électrolysant une solution de dépôt actif, on peut, pour une densité de courant convenable, recueillir sur la (•) Antonoff, P/iil. Mag., 1910. (-) ScHiiiDT, P/i_75. Zeit., 1907. {') Meyer et von Schweidler, Acad. Vienne, 1906. 378 CIIAI'ITRi: Mil. cathode du radium E, et Eo avec du radium F, mais sans radium D. Le rayonnement [j d'une plaque ainsi activée décroît en général suivant une loi qui n'est pas d'abord simple; la vitesse de destruc- tion augmente avec le temps pour atteindre une loi limite qui est une exponentielle simple correspondant à une période de (i jours. Mais si la plaque a été chauffée ou bien traitée par l'acide acétique à chavid^ son rayonnement |îi décroît dès le début suivant une loi exponentielle simple correspondant à une période de 4,8 jours. Les conclusions relatives à l'existence du radium E, et E2 ont été contestées par M. Antonoff qui a observé l'accroissement du rayonnement [i à partir du radium D pur_, obtenu par une acti- vation de courte durée en présence d'émanation très concentrée; la loi d'accroissement n'indiqviait l'existence d'aucune substance inactive intermédiaire; elle conduisait à considérer le radium E comme une substance simple ayant une période de 5 jours. On obtient une période de 4," jours pour la substance qui émet le rayonnement [i en observant l'accroissement d'activité d'un chlorure de radioplomb préparé à l'état inactif au moyen de la cristallisation répétée par refroidissement ( ' ). Le radium F (polonium) émet des rayons a et aussi des électrons lents. Le parcours des rayons a est égal à 3'^"',8() (-); ces rayons sont absorbés par une épaisseur d'aluminium égale à o'''",oo28. Le radium F est identique avec le polonium et le radiotellure. La période du polonium a été déterminée par de nombreux expéri- mentateurs. Voici les nombres obtenus : Période en jours. Dépôt actif i38,2 \ ,. Substance extraite du plomb ladioactif. . i34,5 f > et Radiotellure... i3G,5 l „ , ... ' 1 V. bchweidler. Bismutb poloniiere. i')8,G / Dépôt actif i.'i3 ) ,, , r 1 V ,, U Riitlieiford. nadiotellure 14^ 1 T. ■ 1, ^ i Alarckwald Radiotellure ijii.o -, ^^ • , I cl (Trcinacher. Polonium • • • • i4'>,o ^'- Curie. (') Danysz, Comptes rendus, i()oG. (^) Levin, yVys. Zeii., i()o6. flADIlM ET SA TAMILLE. — POLONIl'.M. 879 Dans ce Tal)leau on a désigné par radioteUure la substance préparée par M. Marckwald, et par polonium celle préparée par M. Curie. La période du polonium peut être prise égale à i io jours, nombre voisin de la moyenne des résultats expérimentaux. Le polonium dans le dépôt actif est volatil à looo". Il se dépose sur les métaux plongés dans la solution chlorhydrique du dépôt actif et même sur le platine. Les propriétés chimicjues de ce corps ont été exposées précédemment. Quand on soumet à l'électrolyse une solution de dépôt actif ou de radioplomb^ le polonium se dépose seul pour des densités de courant d'environ 4 . lo"" ampère; avec une densité de courant de io~5 ampère on obtient un mélange de radium F et de radium E, et avec ro~'' ampère et au-dessus on a en plus un dépôt de radium D. La loi de l'accroissement de l'activité du radium D est repré- sentée dans les figures l 'jo et i 7 i . Le radium D utilisé était préparé à l'état inactif par cristallisation répétée d'une solution de chlorure de radioplomb extrait de la pechblende. La figure 1 70 représente ^^^-^ ' X ■S / / i S 'ï / 1 :§ 1 Temps en jours la loi d'accroissement de l'intensité ^ du rayonnement pénétrant. Une intensité limite ^^ est atteinte en un temps d'environ un mois. La période déduite de la diminution du logarithme de (-■^^ — >i) en fonction du temps est T = 4 , 7 jours. La figure i-i représente la loi d'accroissement de l'intensité A du rayonnement total (courbe III); celle-ci augmente pendant ■>. ans et atteint après 760 jours une valeur qui ne varie pas sensi- blement pendant l'année suivante. La courbe I a été obtenue en observant l'accroissement du rayonnement total d'une lame de 38o CHAl'IlRi; XIII. verre qui avait subi une acLivation d'un mois en présence d'une grande quantité d'émanation du radium. La courbe II est une courbe théorique qui représente l'accroissement de la quantité de polonium en fonction du temps^, la période du polonium étant Fi g. 171. Temps en Jours supposée égale à 1 fo jours, et la vitesse de formation étant sup» posée constante. On voit que les trois courbes ont une allure analogue. D'après la forme de ces courbes et d'après les résultats obtenus jusqu'à présent, relativement à la décroissance du radium D en équilibre avec E et F, il semble que la période du radium D dépasserait i5 ans et pourrait être plutôt de l'ordre de 4o ans. 188. Vie du radium. Évolution de l'activité du radium. — Le radium est une substance dont la vie moyenne est probablement très longue. La durée de la vie moyenne peut être prévue par des considérations théoriques. Admettons qu'un gramme de radium au minimum d'activité émette par seconde un nombre de particules a égal à 11. Si l'on admet qu'un atome de radium émet en se détruisant une seule particule a, le nombre d'atomes de radium détruits en une seconde est aussi égal à n. Si l'on désigne par N le nombre d'atomes de radium contenus dans un gramme de cette substance, la constante radioactive a KMlllM ET SA I AMILLi:. — l'OLOML.M. o8l est donnée par la formule N sec Le nombre N se détermine d'après la connaissance de la charge d'un atome d'hydrogène dans l'electrolyse. Soit e cette charge. I ^ d nyarogene contient atomes^ soit — atomes ; en prenant e = 4 ? 7 • ' o~ '" unité E. S. on trouve 6 ,2x1 o-' atomes. Par conséquent i> = — = ï,73. lo^i. En prenant pour n la valeur récemment indiquée par M. Ru- therford^ n = .'),4- 10'", on trouve I an /,=i,25.io-" — ou À = 3,04. 10-^ sec '' d'où-, pour la période de destruction de moitié^ T = 1760 ans, et pour la vie moyenne 2^40 ans. Le volume de l'émanation qui est en équilibre avec un gramme de radium permet aussi une évaluation approchée de la vie moyenne du radium. En effet, soit p ce volume; le poids correspondant peut se déduire en admettant que le poids moléculaire de l'émanation est connu. En prenant ce dernier égal à 200 on trouve, pour le premier, 0,001 3 X 0,069 -^ ioo«', et si l'on désigne par W la constante de l'émanation^ le poids de l'émanation qui se forme par seconde est égal au produit de ).' par la quantité précédente. D'autre part^ on peut supposer que le poids de l'émanation diffère peu du poids du radium dont elle provient Dans ces conditions on aurait approximativement À =^ 0,001 3 X 0,069 ^ looÀ'r. Les mesures du volume les plus récentes donnent des résultats qui sont bien en accord avec ceux déduits de la numération des particules a. Ces résultats se trouvent de plus confirmés par les 38.2 i:HAPiTRt: xiii. expériences de M. Boltwood sur la formation du radium dans les minerais d'urane; la période indiquée est égale à jiooo ans. Lors de l'extraction du radium du minerai, cette substance se trouve séparée du radium D et du polonium, et les traitements de purification et de concentration ont pour effet de séparer les traces de ces substances qui peuvent encore être présentes. Le radium ainsi préparé augmente d'activité et atteint un premier équilibre de régime avec l'émanation et la radioactivité induite. Mais l'accu- mulation de radium D se poursuit pendant longtemps, et si l'on admet que les périodes du radium et du radium D sont respecti- vement 1760 ans et i ■>. ans, l'équilibre avec le radium D est atteint en un temps voisin de i)0 ans; pendant ce temps l'activité en rayons a et en rayons |j du radium va en augmentant par suite de la formation de radium E et de polonium. Quand l'équilibre est atteint, l'activité obtenue doit décroître ensuite très lentement suivant la loi de destruction du radium. M. Rutherford (') a dissous un sel de radium anciennement pré- paré, a fait bouillir la solution pendant 6 heures pour chasser l'émanation et laisser disparaître la radioactivité induite. Dans ces conditions le sel conservait encore 8 pour 1 00 de son rayonne- ment [i tandis qu'un sel fraîchement préparé et traité de même en conserve moins de i pour 100. On peut aussi extraire du polonium d'une solution de sel de radium anciennement préparée qui n'en contenait pas primitive- ment. Pour cela il suffit de plonger une plaque de bismuth dans la solution et de laisser le polonium s'y déposer. Quand on précipite par l'acide sulfurique une solution ancienne de sel de radium, le radium est précipité, mais le radium D, le radium E et le polo- nium restent en solution. Nous avons vu qu'à l'état d'équilibre de régime radioactif, il existe une relation simple entre les nombres d'atomes de différentes substances qui se trouvent en présence. Si, en particulier, un atome d'une substance produit un seul atome de la substance (jui résulte de sa transformation, les nombres d'atomes en équilibre sont proportionnels aux vies moyennes. S'il s'agit d'atomes dont les poids ne sont pas très différents, les poids des matières accumulées (') HuTiiEiiFORD, HadioaclUity. RADIUM ET SA FAMILLE. — POLONIUM. 383 sont aussi proportionnels aux vies moyennes. Ces considérations permettent de se rendre compte des difficultés qu'on peut 1 encontrer en essayant d'isoler les diverses substances. Ainsi la porportion de radium D dans le minerai serait plus de i /jo fois plus petite, et la proportion de polonium 4-300 fois plus petite que la proportion de radium. On comprend en ce cas combien il est difTicile d'isoler le polonium. Par contre on peut admettre que l'activité du polonium par atome détruit est comparable à celle du radium au minimvim d'activité également par atome détruit; c'est ce qui aura lieu si la destruction de chaque atome entraîne l'expulsion d'une seule particule a; donc, à poids égaille polonium aurait une activité a 4'J'ûo fois plus grande que celle du radium au minimum d'activité, et environ looo fois plus grande que celle du radium en équilibre radioactif un mois après la préparation, 189. Émission totale d'énergie par le radium. — La quantité~de chaleur qui est dégagée par un gramme de radium est égale à i i 8' '' par heure ou i ,o34. lo^ calories par an. Si la vie moyenne du ra- dium est 2 540 ans, un gramme de radium pourra dégager pendant toute sa vie une quantité de chaleur égale à i ,o3. 10'' x 254o, soit 2,6.10^ calories. La quantité de chaleur qui correspond à la formation d'un gramme d'eau est égale à 4 • lo^ calories environ. Le rapport des quantités d'énergie mises en jeu est donc de l'ordre lo", pour deux transformations effectuées sur des masses égales de matière, mais dont la première est une transformation atomique et la seconde une transformation moléculaire. Nous voyons donc par là que les quantités d'énergie qui interviennent dans la formation et dans la destruction des atomes sont consi- dérables par rapport à celles qui interviennent dans la formation des molécules, et c'est ce qui explique la stabilité relative des atomes par rapport à nos moyens d'action, stabilité qui forme la base de la Chimie. Il est probable que la destruction d'un atome radioactif quelconque met en liberté une quantité de chaleur du même ordre que celle dégagée lors de la destruction d'un atome de radium, la faiblesse du débit de chaleur par gramme de corps faible- ment radioactifs résultant uniquement de la lenteur de leur destruction. 384 ciiApnnK mil 190. Perte de poids du radium. — D'après la conception actuelle du mode de transformation du radium^ une quantité donnée de cette matière peut éprouver avec le temps une perte de poids très lente par suite de la destruction spontanée. Toutefois cette perte de poids n'aura lieu que si les produits de la destruction du radium peuvent s'échapper ou se trouver séparés. La perte de poids attein- drait en ce cas o"'s.4 par gramme de radium et par an^ en admettant pour la constante du radium la valeur ). = 4-i<'~' — ^ an Dans un sel de radium solide l'émanation se détruit principa- lement à l'intérieur même du sel et y produit le dépôt actif dont le dernier terme est le polonium. La perte de poids ne porte alors que sur une petite proportion d'émanation dégagée et d'hélium émis sous forme de particules a; cette perte insignifiante pour un gramme de radium et une année serait très difficile à observer, parce que le sel solide ne se conserve pas dans un état chimique invariable. Pour constater la perte totale^ il faudrait priver le sel du radium D et du polonium qui s'y sont accumulés et le ramener toujours à un état défmi_, par exemple à l'état de chlorure anhydre ; les opérations chimiques nécessaires pour cela pourraient difficile- ment être effectuées avec une précision suffisante pour l'expé- rience considérée. On rencontrerait des difficultés analogues en conservant une solution de radium en vase ouvert^ de manière à laisser échapper l'émanation. Il serait nécessaire de peser le sel à l'état sec et avec une composition bien définie. Si un sel est enfermé dans une ampoule scellée, les pesées peuvent être faites avec précision, mais les produits de décompo- sition restent dans l'ampoule ; seuls peuvent s'échapper les rayons [i et les rayons *', et il n'en résulte probablement aucune perte de poids appréciable ; on pourrait, en employant du verre très mince, laisser sortir les rayons a; toutefois la perte d'hélium qui en résulte représente une perte de poids extrêmement minime par gramme de radium et par année. Si la destruction du radium se fait conformément à la théorie d'évolution de ce corps, on ne pourrait avoir à ce sujet une bonne expérience qu'en immobilisant pendant quelques années une quan- tité assez importante de radium. Des essais faits dans cette voie UADIU.M ET SA KAMILI.K. — POI.OXILM. 385 n'ont permis d'observer aucune variation pouvant mettre en doute la théorie admise. Aucune perte de poids n'a été observée par P. Curie pour le radium enfermé en tube scellé. Les expériences portaient sur une ampoule scellée contenant o^,5 de chlorure de radium et observée pendant /\ mois; l'épaisseur du verre était de o"""^46. Des observations signalées par M. Heydweiller et M. Dorn, indiquant une légère perte de poids^ n'ont pas été confirmées. D'après certaines observations un sel de radium en couche extrêmement mince obtenue par évaporation d'une solution très diluée, perdait son activité très rapidement (Voiler) ; la vie moyenne du radium, en ce cas, aurait été si fortement réduite c[ue l'activité disparaissait en un temps de l'ordre d'un mois. Ces résultats n'ont pas été confirmés par M. Eve c^ui a montré cju'il s'agissait simple- ment d'un entraînement de parcelles de matière par les courants d'air, et qu'en évitant cette cause d'erreur on trouvait pour ces pel- licules minces une activité constante et proportionnelle à la masse. Les mesures d'activité par rayons -' pour des sels de concentra- tion différente prouvent c{ue l'activité est indépendante de la concentration; l'ionisation obtenue est proportionnelle au poids de radium utilisé, pourvu que l'absorption des rayons par la matière qui accompagne le radium puisse être considérée comme négligeable. 191. Famille du radium. — La composition de la famille du radium, suivant l'ensemble de nos connaissances actuelles, est la suivante : Vie moyenne. Radium environ aqoo ans ravons a et ^ . ^ Ennanation fj.ij jours » a Radium A 4î3 mm. » a Radium R 38,5 min. » p Radium G 28, i min. » a, % y Radium D environ 20 ans? Radium lîi? 8,9 jours Radium Eo (),9 jours » ? et •; Radium 1' 202 jours » a C. — H. 25 386 CHAPITRE \III. L'existence d'une substance intermédiaire entre le radium et son émanation n'est pas impossible. J'ai eu^ dans diverses expé- riences, des indications à ce sujet, sans pouvoir acquérir une certitude. J'ai observé pour certaines solutions radifères ime décroissance progressive du débit d'émanation; dans d'autres cas le débit semble avoir éprouvé une faible augmentation. Ces anomalies pourraient indiquer l'existence d'une substance inter- médiaire très difficile à séparer du radium et se détruisant en quelques mois. Des observations du même genre ont été signalées en ce qui concerne la reprise d'activité du radium après disso- lution ( ' ). (') O. Hahn et L. iNlEiTNEit, Phys. Zeit., 1909. CHAPITRE XIV. THORIUM ET SA FAMILLE. 192. Activité du thorium. — Le thorium^ métal de poids ato- miqvie 2} 2, 4^ possède une radioactivité permanente. La vie moyenne de cette substance^ évaluée par des considérations théo- riques_, est de l'ordre de 10'" ans. Le thorium est une substance faiblement radioactive; l'intensité de son rayonnement est compa- rable à celle du rayonnement de l'uranium, mais la nature de la radioactivité est très différente. Les composés du thorium émettent des rayons a, [j et y en proportion différente de celle qu'on trouve pour l'uranium. Le rapport des activités des azotates de thorium et d'urane utilisés à poids égal est égal à i,~ quand la mesure est faite par les rayons a^ à o, i '- quand elle est faite par les rayons [i et à 10 quand elle est faite par les rayons y (Eve). Le rayonnement du thorium dans son ensemble est plus péné- trant que celui de l'uranium, ce qui est dû surtout à la présence dans le rayonnement du thorium de rayons a de parcours relative- ment long. Les composés de thorium émettent une émaii^tion caractéris- tique de courte durée (période de 54 secondes environ). Cette éma- nation produit une radioactivité induite qui décroît, en première approximation, suivant une période de 1 1 heures. L'émanation n'émet que des rayons a, le dépôt actif émet des rayons a, [i et y. Les recherches faites en vue de s'assurer si le thorium est une substance qui possède une activité primaire n'ont pas encore reçu de solution définitive. D'après MM. Hofmann et Zerban (') le thoinum extrait de minéraux contenant de l'uranium serait toujours plus actif que celui qu'on extrait de minéraux exempts (') Hofmann et Zerban, Ber. cl. d. chein. Ges.. 190.3. 388 CHVPITRE XIV. d'uranium; en particulier du thorium extrait de la gadolinite se serait montré à peu près inactif. MM. Baskerville et Zerban (') ont aussi extrait du thorium inactif d'un certain minéral brésilien. Ces résul- tats demandent confirmation et ne sont pas en accord avec d'autres recherches sur l'activité du thorium dans ses minerais (Dadourian^Boltwood). Nous verrons dans la suite que le thorium est toujours accompagné de substances qui dérivent de lui et dont la vie moyenne est longue. La présence de ces substances vient compliquer l'étude de la radioactivité propre du thorium. 193, Thorium X. — En précipitant par l'ammoniaque une solu- tion de sel de thorium^ on sépare de ce corps une substance active qui reste dans la solution ammoniacale et qui a reçu le nom de thorium X. Un mois après sa préparation le thorium X a prati- cjuement perdu son activité, tandis que le thorium a repris son activité normale (§ o5). L'activité du thorium X après la préparation commence par aug- menter; elle passe par un maximum qui est atteint en i jour environ, ensuite elle décroît; 2 jours environ à partir du début, la loi de décroissance devient une exponentielle simple avec décrois- sance de moitié en un temps voisin de 3,6 jours. En employant à plusieurs reprises la précipitation par l'ammo- niaque, on peut extraire tout le thorium X qui est contenu dans le sel de thorium. L'activité du thorium c[ui a ainsi été privé de thorium X par quelques opérations effectuées aussi rapidement' que possible, commence par décroître, passe par un minimum après un jour et augmente ensuite de manière à reprendre en un mois la valeur normale. L'excès de l'activité limite sur une activité minimum qui serait d'environ 20 pour 100 de l'activité limite, décroît suivant une loi exponentielle avec diminution de moitié en 3,6 jours environ, mais cette loi ne s'applique que pour des temps supérieurs à '\ jours. Les lois d'évolution de l'activité du tho- rium X et du thorium en fonction du temps sont respectivement représentées par les courbes I et II dans la figure 1 j2. MM. Rutherford et Soddy ( - ) ont prouvé que le thorium X est (') Baskerville et Zkhban, Antcv. clieni. Soc, 1907. (') Rutherford et Soddy, Phil. Mof;., i|)o-.>. TIIOIULM ET SA KAMILLE. SSg j)roduit régulièrement par le thorium avec débit constant. Pour cela ils extrayaient complètement le thorium X du thorium à des intervalles de temps déterminés. En admettant pour la constante radioactive du thorium X la valeur ).= 0,0072 ^ "" lieure , on doit trouver après i heure la fraction -~ de la teneur limite en Fis. I-'. ^ -^ / \ \ ! Ji— ! V^ / \ 1 ' \î — 8 TernL 1 jours thorium X, après 1 jour la fraction { de la valeur limite^ après 4 jours la fraction ^ de la valeur limite. L'expérience a vérifié approximativement ces prévisions. Après i mois on retrouvait la valeur limite qui était la même que celle qu'on obtenait avec la même quantité d'une autre portion du même sel^ qu'on sou- mettait au traitement pour la première fois. MM. Rutherford et Soddy ont montré que l'émanation du tho- rium provient de ce corps non pas directement, mais par 1 mter- médiaire du thorium X. En effet le thorium privé de thormm X ne dégage pas d'émanation, même quand il est dissous; au con- traire, le thorium X est une source de l'émanation du thorium. SgO CHAPITRE XIV. Mais^ en même temps que le thorium X se reforme dans le thorium, celui-ci recouvre la propriété de dégager de l'émanation ; pour le thorium X isolé, le débit d'émanation décroît suivant la même loi que l'activité. C'est dans ces faits qu'on trouve l'explication de la forme que présentent à leur début les courbes de la figure i--2. Quand le thorium X vient d'être préparé, il est exempt de dépôt actif, ce dernier ayant été précipité avec le thorium. Le dépôt actif ainsi entraîné décroît avec le temps et de là provient la baisse ini- tiale de la courbe II; mais à mesure que le thorium X se reforme, l'émanation et le dépôt actif se reforment à leur tour, et l'activité, après avoir passé par un minimum, recommence à augmenter. Quant au thorium X qui a été séparé, son activité augmente d'abord par suite de la formation de. l'émanation et du dépôt actif, puis l'activité passe par un maximum et commence à décroître par suite de la destruction progressive du thorium X. La constante du thorium X a été déterminée par divers expé- rimentateurs qui observaient la loi exponentielle limite de la décroissance de cette substance ( ' ). Voici les valeurs obtenues pour la période : Rutherford et Soddv T = 4 jours Lerch... T = 3,()4 » Leviii T=3,(ij » Elster et Geiiel. T = 3,(i » Les expériences ont été faites avec du thorium X extrait du tho- rium ou duradiothorium. On peut adopter la valeur T =^ 3,64 jours. D'après M. Lerch le thorium X peut être déposé par électro- lyse en solution alcaline, mais non en solution acide; il se dépose principalement à la cathode, mais quelquefois aussi à l'anode. Le thorium X se dépose aussi sur des métaux plongés dans une solution alcaline, en particulier sur le fer et le zinc, mais aussi sur le plomb et le nickel. On a pu déterminer le coefficient de diffusion du thorium X en solution et sa mobilité ionique dans le transport électrolytique (-). (') PiUTHKIU'OUD el SoDUY, /'kll. Mug., 1()<)2. — r.KHClI, WLcil liCf., irpj. Levin. Phys. Zeit.^ igofi. — Elsïkr et Geitel, J'hys. Zeit.^ ii)o6. (-) HoFMANN, Phys. Zeit., 1907. THOKIIM ET SA lAMII.LK. Sgi Le déplacement du thorium X était observé dans un tube plusieurs fois recourbé en U; ce déplacement était contrôlé par l'activation de lames disposées le long du tube au sein de la solution. Les nombres trouvés sont : cm'" o,5o4 . pour le coefficient de clilfusion à 10°, I o u r o,S() pour la mobilUe clans un cliainn de a 10 . heure ' cm Le rapport de ces deux nombres est conforme à celui qu'on déduit d'après la théorie de M. Nernst pour un ion monovalent, et l'on serait ainsi conduit à considérer le thorium X comme un métal alcalin. Cependant, en faisant cristalliser divers sels en présence du tho- rium X, on a constaté que ce corps cristallise surtout avec le baryum et pourrait pour cette raison être assimilé à un métal alcalino- terreux ( ' ). 194. Composition du dépôt actif. — Le thorium X en se détrui- sant produit l'émanation du thorium, laquelle, à son tour, donne lieu à la formation du dépôt actif. Les courbes qui représentent en fonction du temps l'évolution du dépôt actif après différents temps d'exposition {flg. 82) peuvent s'interpréter en admettant que ce dépôt se compose de deux substances distinctes : le thorium A et le thorium B. L'analyse de ces courbes peut s'effectuer par des procédés en tout point analogues à ceux qui ont été utilisés pour l'étude du dépôt actif du radium. Elle a été tout d'abord établie par M. Rutherford, Le thorium A se forme à partir de l'émanation. Il n'est pas actif par lui-même d'une manière appréciable; en effet, l'activité induite après une exposition courte est d'abord très faible et augmente seu- lement ensuite en fonction du temps. Cette augmentation corres- pond à la transformation du thorium A en thorium B, lequel est actif. Les nombres d'atomes de thorium A et de thorium B pendant l'activation et pendant la désactivation sont donnés par les formides (') Strômiiolm et Svedbeuo, Zeit. fur anorg. Cheinie, 1909. 392 CHAPITRK \IV. suivantes, dans lesquelles les notations utilisées au Chapitre pré- cédent ont été conservées. Activation pour un débit constant A de thorium A : A = -(i — e-"'), B = -]- l I— e"'^ e~'" a 0 \ b — a u — a Désactivation après un temps d'exposition t : A = -(\ — e-«!-)e-«', a B = — -^ — - — \b{{—- e-'^^)e-"'—a(i — e^''')e-'" 1. Si la substance B est seule active_, le rayonnement évolue en fonction du temps proportionnellement à B. En particulier^ pour une exposition courte, le rayonnement évo- lue suivant la formule B — ni\z .— (e-«' — e-'" ). b — a Le rayonnement, nul au début, passe en ce cas par un maximum qui a lieu au temps x, tel que // > ^ a Pour les temps longs^ la loi de décroissance limite est une loi exponentielle simple qui correspond à celle des deux exponentielles dont la décroissance est moins rapide. Il n'est pas possible de décider d'après la formule si la matière A décroît plus vite que la matière B ou inversement. Nous verrons toutefois qu'on a dans le cas actuel ù >» a. M. Rutherford ayant trovivé que la loi de décroissance finale est caractérisée par la constante a= i.^j.io"' — (décroissance de ' sec ^ moitié en i i heures), en a déduit d'après la formule et d'après la courbe expérimentale la valeur b = 2,08. io~'' — (diminution de moitié en 5,") minutes). On a en ce cas pour l'époque du maxi- mum a; = 220 minutes, et pour des temps supérieurs à 5 heures la loi de décroissance finale est sensiblement atteinte. Quand l'exposition a été suffisamment longue pour que la limite de l'activation ait été atteinte, le rayonnement pendant la désac- TIIOIULM ET SA FAMILLE. SQj tivation évolue suivant la formule \o — a b — a j La courbe représentative a sa tangente à l'origine parallèle à l'axe des temps. La loi finale est la même que dans le cas de l'expo- sition courte. La courbe expérimentale caractéristique de l'expo- sition longue peut servir à calculer les constantes a et 6 par la méthode exposée plus haut ( § 1 70)^ et à établir que le rayonnement de la matière A est négligeable par rapport au rayonnement de la matière B. Les courbes qui correspondent à des temps d'exposition diffé- rents (§ 78, ^g. 82) sont conformes à la théorie qui leur est appliquée. Cependant, d'après des expériences plus récentes, la constante a devrait être un peu augmentée. On trouve, pour la période, T= io,() heures comme moyenne de plusieurs expé- riences concordantes ( ' ) ; la valeur correspondante de la constante radioactive est I .s> . 10 '" — sec 193. Attribution des constantes a et h. — En effectuant l'élec- trolyse de la solution du dépôt actif, M. Pegram (-) et M. Lerch (■') ont obtenu à la cathode le dépôt d'une matière active dont la loi de décroissance était variable avec les conditions des expériences; la vitesse de dimiaiutiou' était généralement intermédiaire entre celle qui correspond à une période de t 1 heures et celle qui cor- respond à une période d'environ 1 heure. Le même résultat est obtenu en étudiant la loi de décroissance de la matière active qui se dépose sur des métaux plongés dans une solution chlorhydrique de dépôt actif. Dans certains cas on obtient une matière qui décroît de moitié en une heure; ce résultat est, en particulier, obtenu quand on laisse déposer la matière active sur le nickel. Ces expé- riences prouvent que la matière active, le thorium B, est celle qui décroît le plus rapidement. (') Hahn, Jalirbuck d. Rad., 1905. — Li;ncn, Wien Der., iç)o3. (-) Pegram, Phys. fiei\, iqoS. {■'') Lerch, Ann. de Phys., i<)o3; Wien Ber.. ir)o5. $94 CHAPITRE \1V. Les courbes représentatives de la loi de décroissance de l'activité^ pour la matière séparée d'une solution chlorhydrique de dépôt actif par électrolyse ou par immersion d'un métal^ peuvent^ en général, être interprétées par la superposition de deux lois de décroissance dont l'une correspond à une période de io,t) heures et l'autre à une période de jj minutes. Ces deux périodes caractérisent respecti- vement le thorium A et le thorium B. On peut donc admettre que dans les expériences considérées on obtient le plus souvent un excès de thorium B par rapport à la proportion de cette substance qui serait en écjuilibre de régime avec la quantité de thorium A qui se trouve en présence. Cet excès de thorium B disparaît suivant la période de cette substance, en même temps que le thorium A, accompagné du thorium B avec lequel il est en équilibre de régime, décroît suivant la période de io,(3 heures. Le thorium A et le thorium B se forment dans une solution de thorium X. M. Lerch a constaté cjue clans une telle solution les quantités de thorium A et thorium B sont proportionnelles à la cjuantité de thorium X. Pour doser le thorium X on évaporait un volume donné de la dissolution et l'on mesurait l'activité totale du résidu. Pour doser le thorium A on plongeait, dans un volume de solution déterminé, une lame de zinc qui récoltait le thorium A et le thorium B. Pour doser le thorium B seul on laissait déposer cette substance sur une lame de nickel. On peut montrer de môme que, dans une solution de dépôt actif, les quantités de thorium A et de thorium B sont propor- tionnelles. On précipite le thorium B sur du nickel à des intervalles de temps égaux dans des volumes égaux de la même solution. La quantité du thorium B ainsi obtenue décroît suivant la période du thorivim A, Les résultats qui viennent d'être exposés ont reçu une con- firmation par l'étude de l'influence d'une température élevée sur le dépôt actif. Cette étude a été faite par Miss Slater ('). Un fil activé avec exposition longue était chauffé au moyen d'un courant électrique; un cylindre qui entourait le fil recevait le dépôt qui distillait. Quand on chauffe le fil pendant un temps court au rouge sombre, on trouve c[u'immédiatement après la chauffe l'activité du (') Miss Slater, Phil. Mag., igoô. THORIUM ET SA FAMILLE. 3g5 fil n'a pas subi de variation notable, mais que la loi de décroissance du dépôt restant est devenue plus rapide. Quant à la matière qui a distillé sur le cylindre^ son activité est d'abord très faible, mais elle augmente avec le temps, passe par un maximum qui est atteint en 4 heures et décroît ensuite suivant la loi de décroissance normale qui correspond à une période d'environ i i heures. La svibstance qui a distillé est donc le thorium A. Quand on chaulïe le fil activé à 700", son activité diminue par la chauffe, il y a donc en ce cas aussi volatilisation de thorium B. Une chauffe de cjuelques minutes à 1 000" détermine la volatilisation complète du thorium A, et l'activité du fil après la chauffe décroît en ce cas suivant la période d'une heure. Une chauffe d'une minute à I 200" suffit pour volatiliser complètement la totalité du dépôt actif. On peut conclure de ces expériences cjue le thorium A est plus volatil cjue le thorium B et que c'est cette dernière substance qui possède la période la plus courte. Le thorium A peut être obtenu sensiblement exempt de tho- rium B en additionnant la solution du dépôt actif d'une quantité suffisante de noir animal qui entraîne le thorium B; deux préci- pitations suffisent pour obtenir du thorium A pur et, si l'on emploie peu de liquide, on peut évaporer la matière à sec en un temps assez court pour que la proportion de thorium B formé soit encore négligeable ('). 196. Rayonnement a du dépôt actif. Thorium B, thorium C, thorium D. — Les courbes de décroissance du dépôt actif du thorium sont, ainsi que nous l'avons vu, approximativement les mêmes cjuand la mesure est faite en utilisant le rayonnement total ou les rayons pénétrants. Les rayons des trois espèces 7, ''■!) et y étaient donc tout d'abord attribués au thorium B, tandis que le thorium A était considéré comme une matière inactive. Cependant, en comparant l'absorption du rayonnement par l'aluminium, pour une plaque ne portant que du thorium B et pour une plaque portant du thorium A en équilibre avec le thorium B, M. Lerch (-) a (•) Levix, Phys. Zeit., 1907. — Hahn et Mkitnek, P/iys. Zei(., 1908. (-) Lerch, Phys. Zeit., 1906. SgO CHAPITRE XIV. trouvé que le thorium A n'est pas inactif^ mais donne lieu à une émission de rayons [i très absorbables ; les expériences étaient faites en mesurant le rayonnement à une distance de la source active oiî n'arrivent plus les rayons a. Conformément à ces résultats on a pu observer (') que les lois d'évolution du rayonnement a et du rayonnement [i, pour le tho- rium A primitivement dépourvu de thorium B^ sont difl'érentes si l'on utilise les rayons [i transmis par un écran d'aluminium très mince, d'épaisseur juste suffisante pour l'absorption des rayons a. L'augmentation de l'activité avec le temps est représentée par les courl:>es de la figure i-3. La courbe I représente l'accroissement du rayonnement a; elle est tout à fait conforme à la courbe qui représente l'évolution du rayonnement total de la radioac- Fi,L>-. I-:!. ^ 100 I 80 ç' GO "^ 40 § 20 II / / 100 200 Temps en minutes. MO tivité induite après une exposition très courte [fi g. H i ) ; l'intensité initiale est sensiblement nulle, et l'intensité maximum est atteinte en 222 minutes. La courbe II est relative à l'évolution du rayon- nement [j dont l'intensité n'est pas nulle au début; on trouve par extrapolation de la courbe expérimentale que cette intensité initiale constitue environ \?> pour loo de la valeur maximum atteinte après i 70 minutes. La constitution du dépôt actif du thorium n'est pas aussi simple (jue l'indique la théorie des deux matières, et des recherches (') IIahx et IMeitneu, PIi^s. Zeil.. i;)()8. THORIUM ET SA FAMILLE. 3<)7 plus approfondies ont indiqué la présence d'un plus grand nombre de substances. M. Hahn (') a étudié le rayonnement a du dépôt actif de l'éma- nation du thorium. Pour obtenir ce dépôt il utilisait comme source d'émanation le radiothorium, dont les échantillons très actifs préparés par lui fournissaient l'émanation du thorium en grande quantité. L'analyse du rayonnement a était faite par la méthode de Bragg. La courbe d'ionisation obtenue {fig. 174) indique très nettement la présence de deux groupes de rayons a dont les parcours très différents sont égaux à 5''" et 8"", G. Le thorium A ne donnant pas de rayons y., et les expériences relatives à la famille du radium étant favorables à la supposition qu'une sub- Fix. 1-4. 1 *~~~~ ^ 1 /( / / 1 1 1 / 7 / / / / / / 2 3 lonisatiin stance simple n'émet qu'un groupe de rayons v., M. Hahn a conclu que le thorium B est une substance complexe composée de tho- rium B proprement dit et de thorium C^ chacune de ces substances correspondant à l'un des groupes de rayons. M. Hahn a essayé de séparer ces deux substances par électrolyse ou par dépôt sur métal^ mais n'a pu observer aucune d'elles séparément. On peut supposer que le thorium C a une période très courte et ne peut pour cette raison être séparé du thorium B ; en vertu de cette supposition on est conduit à attribuer au thoriuin C celui des (') Haiin, Phys. Zeit., igo'j. SgS CHAPITRE XIV. deux groupes de rayons a dont le parcours est le plus long. On constate, en effet, quelle plus souvent, le parcours d'un groupe des rayons a est d'autant plus long que la transformation est plus rapide. Pour séparer le thorium C du dépôt actif, M. Hahn et M"'' Meit- ner (') ont essayé la méthode qui leur a permis de recueillir le radium B projeté sur une placjue activée portant du radium A. Cette méthode consiste à établir un champ électrique entre la plaque active et une plaque parallèle placée en face et chargée négativement. Les particules projetées sont arrêtées dans l'air à une très petite distance de la plaque active ; si elles sont chargées positivement, elles sont entraînées par l'action du champ électrique sur la plaque opposée. En utilisant ce procédé avec une plaque por- tant le dépôt actif de l'émanation du thorium, on n'obtient aucune substance émettant des rayons a, mais on obtient, par contre, une substance émettant des rayons pénétrants. Cette substance est caractérisée par une loi de décroissance, dont la période est 3,1 minutes. Elle doit être considérée comme consécutive au tho- rium C, parce que, s'il en était autrement, elle donnerait lieu en se détruisant à la formation d'une matière qui émet des rayons a. La substance considérée a reçu le nom de thorium D. On l'obtient en quantité proportionnelle au thorium A présent sur la plaque. On peut aussi la séparer par des procédés chimiques : entraînement dans la précipitation par l'hydrogène sulfuré ou entraînement par le noir animal. On peut toutefois remarquer que, pour une subs- tance dont la vie moyenne est courte, le procédé de séparation par projection est particulièrement favorable, parce qu'il n'en- traîne aucune perle de temps pour les opérations à effectuer. 1U7. Rayonnement [i du dépôt actif. — Ce rayonnement a été étudié en détail par M. Hahn et M"'" Meitner (-) qui ont examiné séparément les rayons du thorium A et ceux du thorium (B+C+D). La séparation était obtenue en précipitant la solution du dépôt actif par le noir animal qui entraîne les matières B, C et D et laisse en solution la matière A; on peut ainsi obtenir cette dernière à (') IIahn et L. MiciTNER, Soc. de Pliys. ail., 1909; Phys. Zeit.. 190S. C) Jbid. TIIORHM KT SA FAMILLE. 899 l'exclusion des autres. Le dépôt actif provenait de l'émanation émise par des échantillons de radiothorium. Les rayons émis par la partie (B -[- C + D) du dépôt actif forment un groupe homogène caractérisé par une loi d'absorption exponentielle simple^ le coeffi- cient d'absorption pour l'aluminium étant i 5,-. Ces rayons doivent être attribués au thorium D. Les rayons du thorium A forment aussi un groupe homogène caractérisé par une loi exponentielle beaucoup plus rapide, le coefficient d'absorption pour l'aluminium étant ^= 1^5. Pour mettre en évidence cette loi_, il est nécessaire de tenir compte de la formation des matières cjui succèdent au thorium A et faire la correction relative à l'apparition graduelle du groupe des rayons [> plus pénétrants provenant du thorium D. La loi d'absorption des rayons 'p du dépôt actif du thorium est représentée par des courbes dans les figures i-j et iy<). On a Fiu. I-'.. 1 i \ V \ ^^ \ \l ►x ' ' \ m 20 30 Epaiiseur dalummium traversée porté en ordonnées le logarithme de l'intensité et en abscisses le nombre de feuilles d'aluminium interposées sur le trajet des rayons. La courbe I {fxg. 170) est relative au thorium A accom- pagné de ses dérivés B, C et D ; on voit, au début, une baisse rapide du rayonnement par suite de l'absorption des rayons |j du tho- rium A, ensuite la loi d'absorption est une exponentielle simple, et les rayons cjui interviennent sont ceux du thorium D, La 4o() CIIAPITRK XIV. courbe II (/ig. i ~d) est également relative à un mélange de tous les composants du dépôt actif; elle est construite à une autre échelle pour les al)scisses que la courbe I et a été prolongée jusqu'à ce qu'on ait obtenu un résidu de rayons y. La courbe III est relative au thorium A seul et a été obtenue en appliquant aux mesures des corrections qui éliminent l'eiïet de petites quantités de thorium (B+C+D) formées pendant les opérations; pour cette courbe l'échelle des abscisses est de o""",:^') pour une grande division; l'intensité du rayonnement baisse de moitié sur une épaisseur d'aluminium de o""",o5. Dans la figure 17G les courbes l, \l, III^ IV, V indiquent com- ment se modifie la loi d'absorption à mesure que se produit la formation de thorium B. Pour chaque courbe l'intensité initiale a été adoptée la même; la quantité de thorium B présente est indiquée au-dessus de chaque courbe en pour 1 00 de la quantité i"is. i-n. faeissei/r d aluminium traversée qui correspond à l'équilibre avec le thorium A; l'épaisseur totale d'aluminium utilisée est la même pour chaque courbe (o""",iS). L'évolution du thorium C et du thorium D étant très rapide, on peut admettre ciue ces substances sont en équilibre avec le thorium B. La théorie' de l'évolution de l'activité peut donc, en général, se faire en tenant com])te de deux substances seulemciil, TIIOIULM ET SA FAMILLE. 4<'I le thorium A et le thorium B, mais en attribuant une certaine activité en rayons [j au thorium A^ primitivement considéré comme inactif, tandis qu'on attribuera., comme antérieurement^ une acti- vité a et une activité |j et y au thorium B accompagné des matières qui lui succèdent. 198. Évolution de l'activité du thorium X et du thorium privé de thorium X. — Le thorium contient d'ordinaire une certaine quantité limite de thorium X qui se reforme en i mois quand le thorium X a été extrait. L'émanation et le dépôt actif sont alors également en éc[uilibre avec le thorium X et le thorium. Lors de la séparation du thorium X^ le dépôt actif reste avec le thorium^ mais si l'on procède à des précipitations répétées du thorium par l'ammoniaque^ le dépôt actif en excès se détruit progressivement, et l'on obtient alors le thorium privé de dépôt actif et ayant une activité mini- mum qui est environ ■î.t pour loo de l'activité de régime. Pour le thorium ainsi préparé, MM. Rutherford et Soddy(') ont observé une loi d'évolution de l'activité plus simple, manifestant un accrois- sement continu sans baisse initiale; l'accroissement correspond à la formation de thorium X, de l'émanation et du dépôt actif. Une théorie simplifiée peut être faite en admettant que l'émana- tion, dont la vie moyenne est courte, est constamment en équilibre avec le thorium X, et que tout se passse comme si le dépôt actif se formait directement à partir du thorium X. Si l'on ne tenait pas compte du dépôt actif, l'accroissement de l'activité -3 aurait lieu suivant la formule ^n étant l'activité initiale minimum du thorium privé de thorium X, '3^ l'activité limite atteinte après i mois, ). la constante radio- active du thorium X. La formation du dépôt actif demandant un certain temps, apporte une perturbation à la forme de la courbe. On peut tenir compte de cette perturbation en admettant, en première approximation, que le dépôt actif est représenté par une seule substance ayant la période du thorium A. On aura alors pour le nombre N d'atomes (') RcTHEnFORD et SoDDY, P/iil. Mag., 1902. — RuTHKRFORD, Badioactivity . C. — II. 2G /{Oî CIIAIMTRE \IV. de thorium X présents après un temps t N = i(i — e~''-'), A étant la vitesse de formation supposée constante, et^ pour le nombre A d'atomes de dépôt actif. n étant le nombre d'atomes de thorium A qui proviennent d'un atome de thorium X. Quand le thorium X a été séparé, les nombres d'atomes de tho- rium X et de dépôt actif^ qui sont présents à l'instant t après la séparation^ sont donnés par les formviles N = No «->■', A = n \o — ^ (e-'-'~ e-^'). a — A Dans les deux cas le rayonnement ^ est donné par une équa- tion de la forme A = /,,ÀN + A-2«A, et le rapport des activités du thorium X accompagné de l'émana- tion, d'une part, et du dépôt actif en équilibre de régime avec le thorium X, d'autre part, est mesuré par le quotient x-'- ' soit— • On trouve alors pour l'évolution de l'activité A du thorium X P>o \ a — kj a — t. '■^0 étant l'intensité initiale. La courbe représentative, après avoir passé par un maximum, tend vers une loi de décroissance exponentielle caractéristique du thorium X; cette loi est sensiblement atteinte en 4 jours. On peut alors, en extrapolant cette courbe limite vers l'origine, obtenir l'ordonnée initiale Jq qui vérifie la relation Jo \\a r3o a — A THORIUM ET SA FAMILLE. 4o3 M. Rutherford a obtenu ainsi K = o^4 î^ pour le rayonnement total dans l'appareil utilisé, La loi d'accroissement de l'activité du thorium qui a été privé Fi ^- • 77- ^ --- ^^^ / / 0 4 8 12 IB 20 Temps en jours de thorium X et de dépôt actif est représentée par une courbe 100 80 r\ \ \ \ \ ■c: 60 ' \ \ s \ \ 1 \ s" X. \^ 20 /" ^^"-^ III ~""~^ ^^ -^ / ^^ ^-^ Temps en jours dans la figure 177; en comparant cette courbe à celle de la figure 172, on constate que la baisse d'activité initiale est sup- 4o4 ClIAPITlli; \IV. primée et que_, pour des temps supérieurs à 'i jours^ les deux courbes sont pratiquement confondues. La loi d'évolution du thorium X initialement exempt de dépôt actif est représentée par la courbe I (/ïg. 178). Cette courbe est obtenue par la superposi- tion des ordonnées des courbes II et III dont la première est relative à la décroissance de l'activité du thorium X et la seconde à l'évolution de l'activité du dépôt actif. La courbe expérimentale concorde avec la courbe théorique I au degré de précision des expériences. 199. Radiothorium. Mésothorium. — On a vu plus haut que le radiothorium est une substance très active qui est contenue dans le thorium du commerce. Cette substance donne lieu à la produc- tion de l'émanation du thorium. Il a aussi été démontré qu'elle produit le thorium X. Sa constante radioactive est A = 1 .ocj.io"*^ — ; ^ ' ^ sec sa période T= 70- jours et sa vie moyenne io()4 jours. Le radiothorium se sépare très difficilement du thorium; l'activité du thorium est due au moins en grande partie au radiothorium qui y est contenu et aux substances qui en déri- vent. Le radiothorium exempt de thorium X et des produits consécutifs possède une activité qui lui appartient en propre et ne peut en être séparée. D'après ce qui précède le radiothorium se présente comme une substance intermédiaire entre le thorium et le thorium X_, et l'on peut penser qu'il est produit constamment par le thorium. Cette hypothèse^ qui a été faite aussitôt après la découverte de cette nouvelle substance^ est rendue très vraisemblable par les travaux de M. Dadourian (') et de M. Boltwood (-) sur l'activité des sels de thorium. M. Dadourian a mesuré l'activité d'un sel de thorium par la radioactivité induite que ce sel communique à une lame métal- lique dans des conditions déterminées. Le sel était utilisé à l'état de solution; celle-ci occupait toujours la même hauteur dans une cuve plate contenue dans une enceinte fermée; la lame était placée (') Daduuiuan, Pliys. Zeit., 1906. (-) Coi,T\vooD, l'hys. Zcit., 1906. THOKILM ET SA FAMILLK. ^o'j au-dessus de la solution, toujours à la même distance et dans la même position. L'exposition était toujours d'une même durée de 1 c) heures. On utilisait soit les solutions des sels du commerce, soit les solutions de minéraux de thorium. On trouve qu'à quan- tité égale d'oxyde de thorium, les minéraux thorite, monazite, thorianite, donnent la même activité, mais que les sels du commerce donnent une activité moitié moindre. Si, au contraire, on prépare du nitrate de thorium à partir de la monazite, ce sel possède par gramme d'oxyde la même activité que le minéral dont il provient. M. Boltwood a obtenu le même résultat, en mesurant l'activité de couches de matière extrêmement minces (5'"^ à lo'"'^' sur une surface de 60''"''). Dans ces conditions l'activité est supposée proportionnelle à la quantité de matière utilisée. Les minéraux de thorium contenant généralement de l'uranium, les deux substances étaient dosées. L'activité par gramme d'uranium ayant été déterminée pour des minerais sensiblement exempts de thorium (Me Coy, Boltwood), on peut calculer par différence l'activité d'un minerai de thorium par gramme de thorium. Les minéraux utilisés étaient la thorite, l'orangite, la monazite, la thorianite. L'activité du thorium dans tous ces minéraux s'est montrée la même, tandis que l'activité du thorium contenu dans les sels du commerce s'est montrée moitié moindre. Ces résultats obtenus par deux méthodes différentes se confirment mutuellement et ne sont pas favorables aux conclusions de ^DL Hofmann, Strauss et Zerban en ce qui concerne l'existence d'une relation entre l'activité du thorium dans les minéraux et la présence de l'uranium dans ces mêmes minéraux. Par contre, on croyait pouvoir conclure que la différence entre l'activité du thorium clans les minéraux et dans les sels du commerce provenait de ce que, pendant la préparation des sels, une partie du radiothorium qui accompagne le thorium s'était trouvée séparée et que, pour cette raison, la teneur des sels du commerce en radiothorium est, en général, inférieure à la teneur normale atteinte dans les minéraux. Le fait que les minéraux ont la même activité par gramme de thorium prouve que la proportion de radiothorium dans le thorium des minéraux est constante, et ce fait est en faveur de la supposition que le radiothorium est une substance dérivée du thorium et avant une ■ioG CHAPITRE MV. vie moyenne beaucoup plus courte que celle du thorium ; dans ces conditions^ en effet^ un équilibre de régime a pu s'établir dans les minéraux entre le thorium et le radiothorium. On pouvait aussi se demander si l'activité du thorium n'est pas entièrement due au radiothorium accompagné des substances consécutives. M, Hahn (') a modifié en un point important ces conclusions relatives aux sels de thorium. Étant donnée la grande difficulté qu'on éprouve à extraire le radiothorium du thorium du com- merce^ il semblait peu vraisemblable que la séparation du radiothorium ait lieu pendant la préparation des sels de tho- rium. M. Hahn a suivi la préparation de ces sels à partir du minerai et a pu s'assurer c{ue les sels préparés avec la monazite possèdent par gramme de thorium une activité normale. De même la puri- fication du thorium brut commercial n'entraîne aucune variation d'activité. Mais si l'on compare des sels de thorium préparés à des époques différentes_, on constate que leur activité n'est pas la même^ et l'on peut conclure de la comparaison que l'activité d'un sel^ d'abord normale_, diminue après la préparation pendant trois ans environ et passe par une valeur minimum qu'elle conserve pendant quelque temps pour augmenter légèrement dans la suite. Ces observations ont permis de conclure que la substance qu'on sépare^ pendant la préparation des sels du thorium_, n'est pas le radiothorium^ mais une substance intermédiaire entre le thorium et le radiothorium. Cette substance^ à peu près inactive par elle- même^ serait de longue durée; elle a reçu le nom de mésothorium. Quand le mésothorium se trouve séparé du thorium^ l'équilibre entre le thorium^ le mésothorium et le radiothorium est troublé^ et comme la production de radiothorium ne compense plus sa destruction_, la proportion de cette substance va en diminuant; mais comme en même temps le mésothorium se reforme à partir du thorium, la production de radiothorium augmente à nouveau, et ainsi s'explique l'augmentation d'activité consécutive au minimum. M. Hahn a réussi à séparer du thorium une substance qui ne contient pas de thorium et qui cependant manifestait pendant (') Pliys. Zeit., 1907. THORIUM ET SA FA.MILLK. ^OJ plusieurs mois une activité croissante^ de même nature que celle du thorium. Cette substance contenait du mésothorium^ et l'activité était due à la production de radiothorium_, suivi des produits consécutifs. Ces résultats ont été confirmés par M. Boltwood qui a trouvé aussi que le mésothorium accompagne le thorium X lors de la précipitation par l'ammoniaque d'une solution de sels de thorium. En traitant ainsi un sel de thorium (azotate) anciennement préparé, on obtient par évaporation de la solution ammoniacale un résidu qui diminue d'activité pendant un mois par suite de la destruction du thorium X, mais dont ractivité_, après avoir passé par un mini- mum, augmente ensuite progressivement^ par suite de la formation de radiothorium. Un milligramme d'un tel résidu avait après 2 ans une activité égale à celle de plusieurs grammes d'oxyde de thorium. D'après M. Boltwood^ la précipitation de sulfate de baryum dans une solution d'azotate de thorium est accompagnée d'un entraînement de thorium X et de mésothorium et non de thorium ou de radiothorium. L'activité du précipité diminue d'abord pendant i mois^ passe pas une valeur minimum très faible et augmente seulement ensuite par suite de la formation du radio- thorium et des substances consécutives. Il semble^ en résumé^ que le radiothorium et le thorium se séparent très difficilement entre eux^ mais que le mésothorium et le thorium X peuvent facilement être séparés du thorium et du radiothorium. Le mésothorium n'est pas inactif; une étude plus attentive a montré que cette substance émet des rayons p. Le mésothorium n'est pas une substance simple. Ayant préparé du mésothorium exempt de radiothorium et des substances déri- vées,, M. Hahn (') a effectué la précipitation de la solution par l'ammoniaque en présence de chlorure de zirconium. Dans ces conditions le précipité entraîne une matière qui donne lieu à une émission de rayons |j, et dont l'activité décroît suivant une loi exponentielle simple, caractérisée par une période de 6,2 heures. La matière restée en solution, primitivement inactive, augmente d'activité; la courbe qui représente cette augmentation est com- (') Haiin, Phys. Zcit., 1908. 4o8 CHAPITRE XIV. plémentaire de la courbe de destruction de la matière active entraînée avec le zirconium. On peut en conclure que le mésotho- rium se compose de deux substances dont la première^ inactive et ayant une période très longue, donne lieu à la production d'une substance émettant des rayons [j et caractérisée par une période de 6/i heures ; cette dernière est probablement la substance pro- ductrice du radiothorium. Les deux substances sont désignées par la notation mésothorium 1 et mésothorium 12. On a proposé aussi la notation suivante (Hahn) : Thorium, Mésothorium 1 ou thorium 1, Mésothorium 2 ou thorium 2, Radiothorium ou thorium 3, Pour se rendre compte de la période du mésothorium i , M. Hahn a étudié la variation d'activité des sels de thorium du commerce d'âges différents. Une étude préliminaire a montré que l'activité d'un sel récemment préparé est exactement la même par gramme de thorium que l'activité d'un minerai de tho- rium par gramme de thorium. L'activité était mesurée pour des couches très minces de matières qui avaient atteint leur teneur de régime en thorium X et qui avaient été fortement calcinées pour ne point dégager d'émanation. Le résultat obtenu montre qu'au cours du traitement de préparation des sels du commerce le radiothorium reste intégralement avec le thorium. Ce résultat est confirmé par l'étude des résidus du traitement; ces résidus ne contiennent pas de radiothorium, mais contiennent du méso- thorium. Un sel qui vient d'être préparé augmente d'abord d'activité par suite de la production de thorium X ; ensuite se manifeste la décroissance d'activité due à la destruction du radiothorium. En comparant l'activité de sels préparés à des époques connues, on constate cjuc le minimum d'activité est atteint environ /\, 5 ans après la préparation. L'accroissement d'activité qui vient ensuite dure longtemps; l'activité est encore croissante 12 ans après la préparation. La loi de l'évolution de l'activité n'est pas la môme suivant qu'on mesure l'intensité du rayonnement total ou le débit d'émanation, et l'écart des deux lois peut s'interpréter en TIIORIIM ET SA FAMILLE. 409 attribuant un rayonnement a au thorium exempt de radiothorium et des substances consécutives . Pour mesurer le débit d'émanation^ on fait passer dans la solution de sel de thorium un courant d'air de vitesse constante C{ui traverse ensuite la chambre d'ionisation; les mesures n'offrent pas une très grande précision. Le débit d'émanation étant propor- tionnel à la quantité de radiothorium, on peut admettre que l'acti- vité ainsi mesurée se compose de deux termes : l'un qni correspond au radiothorium présent à l'origine et se détruisant progressive- ment suivant une loi caractérisée par la constante z.^, l'autre cjui correspond au radiothorium formé à nouveau à partir du tho- rium, par l'intermédiaire du mésothorium dont la constante est /.,. Le mésothorium peut être considéré comme formé avec une vitesse constante par le thorium^ et l'on peut faire abstraction de sa composition complexe; on peut, de plus, supposer cjue le méso- thorium a été complètement séparé du thorium au moment de la préparation. Avec ces suppositions le nombre N d'atomes de radiothorium est représenté par la formule ),.i p~'i' — /, (>-i..t\ Al — A r No étant la valeur deX de suite après la préparation du sel pour ï=o ; cette valeur est en même temps celle cjui correspond à l'éc^uilibre de régime avec le thorium. La courbe construite expérimentale- ment s'accorde bien avec la courbe théorique^ construite en posant A 1 = o , I -lU — 1 A .1 = o '3 4 ; — au au Ces constantes correspondent aux périodes Ti=5,5ans, T2=: 737 jours. Pour les sels les plus vieux, la concordance n'est pas très bonne. Si l'on suit l'activité des sels par la mesure du rayonnement total, on peut admettre que l'activité est due au thorium et au radiothorium accompagné de ses dérivés. Or, nous verrons cjuau radiothorium et aux substances consécutives correspondent cinq groupes de rayons a; si un groupe de ces rayons est aussi émis par le thorium, l'activité inséparable de cette substance pourrait 4 10 CHAPITRE XIV. constituer environ la sixième partie, soit 1 6,- pour i oo de l'activité du thorium en équilibre de régime avec le radiothorium et ses dérivés. L'activité varierait alors suivant la formule <5 = 1 6 , 7 -4- 83 , 3 g- '-^' -+- 83 , 3 I — ' A, -Ai Cette formule semble convenir pour représenter les résultats de l'expérience. On peut enfin étudier la loi d'augmentation de l'activité du mésothorium qu'on extrait des résidus de traitement des sables monazités ou des sels de thorium du commerce anciennement préparés. L'activité mesurée par le débit d'émanation est due au radiothorium^ et il en est sensiblement de même pour l'activité mesurée par le rayonnement total^ parce que l'activité du méso- thorium intervient à peine par rapport à celle du radiothorium et de ses dérivés. L'activité reste en ce cas proportionnelle au nombre N d'atomes de radiothorium présents^ et celui-ci est donné par la formule nO A2 — A| OÙ Q est le nombre d'atomes de mésothorium à l'origine et n le nombre d'atomes de radiothorium qui proviennent d'un atome de mésothorium. Des observations faites pendant près de 2 ans confirment la formule théorique; le maximum de l'activité doit avoir lieu après 4,6 ans. 200. Rayonnement des substances de la famille du thorium.— ^ On pouvait prévoir pour la famille du thorium l'existence d'au moins cinq groupes de rayons a (radiothorium^ thorium X^ émana- tion, thorium B, thorium C). L'étude de cette question a été faite par M. Hahn (') qui utilisait du radiothorium de forte activité. La courbe d'ionisation du radiothorium en équilibre radioactif ne présente que deux coudes marqués [fig. i ^9, I), l'un qui correspond au thorium C (parcours^ 8"", G) et un autre moins net, voisin de (3"". Il est donc nécessaire d'étudier les diverses substances séparément. C) IIaiix, Phys. Zeit., 1906. THORIUM ET SA FAMILLE. 4ll Le radiothorium a été privé de thorium X au moyen de précipi- tations répétées par l'ammoniaque^ qui permettent aussi la destruc- tion du dépôt actif. Ce radiothorium libre de thorium X et de dépôt Ï79- \ \ \ ^ "^ ^ _J_^ ^ Ml ^ 2 3 4 Ionisation actif_, utilisé en couche très mince_, donne avec le dispositif de M, Bragg une courbe d'ionisation correspondant à un seul groupe de rayons a homogènes^ caractérisés par un parcours de 3''"', 9 (^g. 17;)^ II). Si l'on continue les mesures pendant quelques jours^ la courbe change d'aspect; on voit apparaître un groupe de rayons de parcours très long (S' '",()) et un autre groupe de parcours d'environ (S"'". Comme l'opération est faite en entraînant constam- ment l'émanation par un courant d'air^ celle-ci ne peut s'accu- muler dans le produit ; on en conclut que le groupe dont le parcours est égal à 6"" est dû au thorium X. Le radiothorium utilisé pour les expériences n'est certaine- ment pas exempt de thorium; toutefois l'activité propre du tho- rium est en ce cas bien trop faible pour que le parcours de 3''"', g puisse être considéré comme correspondant aux rayons du tho- rium. Le thorium X séparé du radiothorium a également été étudié. La précipitation du radiothorium par l'ammoniaque était faite en présence d'une trace de sel de fer^ ce c|ui rend l'opération plus complète. La solution était évaporée et le résidu calciné pour chasser 4r2 CHAPITllE XIV. les sels ammoniacaux; ayant redissous le résidu, on évaporait la solution sur une lame de platine et on la chauffait très fortement pour chasser le thorium A; on attendait ensuite pendant quelques Fi". iSo. 8 6 2 3 4 Ionisation heures que la destruction du thorium B et du thorium C fût complète, La lame était alors utilisée comme source de rayons, et l'on balayait constamment par un courant d'air l'émanation qui se produisait, pour empêcher son accumulation. La courbe d'ioni- sation obtenue indiquait toujours la présence du thorium C qui peut difficilement être évitée, mais on constatait de plus la pré- sence d'un groupe de rayons caractérisés par un parcours de 5''"', 7 (^g. 180). Ce groupe appartient au thorium X. Pour mesurer le parcours des rayons a émis par l'émanation, on faisait passer un courant d'air chargé d'émanation au travers d'un vase plat dont la face supérieure était formée par une lame mince de mica de pouvoir d'arrêt connu (^g. 62). On observait les scintillations produites par les rayons sur un écran phos- phorescent placé au-dessus de la lame de mica à distance variable. La précision de ces mesures est médiocre, et l'on ne peut utiliser que les observations faites au début tant que le trouble apporté par la formation du dépôt actif n'est pas trop important. Le parcours trouvé en tenant compte de l'abaisse- ment produit par la lame de mica était égal à .V '",•> mais, comme TllOHll.M ET S.V FAMILLE. 4 10 le parcours évalué par la méthode d'ionisation aurait été un peu plus long, à cause de la sensibilité plus grande de cette méthode_, le nombre adopté pour le parcours est 5"", 5. Voici, en résumé, les longueurs des parcours observés: cm Radiothorium 0.9 Thorium X ') .~ Emanation 5,3 Tlioiium B 5,0 Thorium C 8,6 Nous avons vu que pour les quatre groupes de rayons a appar- tenant au radium et à ses trois dérivés : émanation, radium A et radium C, le nombre des particules émises par unité de temps est probablement le même quand les substances sont en équilibre radioactif (§ 124). Il ne semble pas en être ainsi clans le cas de la famille du thorium. On trouve, en effet, que le rapport des activités de l'émanation et du dépôt actif en équilibre radioactif est environ quatre fois plus grand que celui qu'on peut prévoir dans l'hypothèse où les nombres des particules a émises par l'éma- nation, par le thorium B et par le thorium C seraient les mêmes, et où l'ionisation produite par une particule y. serait proportion- nelle au parcours ('). Les mesures étaient faites avec un con- densateur cylindrique dans lequel on envoyait un courant d'air chargé d'émanation, pendant qu'un champ électrique était établi entre les électrodes. Quand l'équilibre était atteint, on mesurait l'ionisation c|ui était due à l'émanation et au dépôt actif; ensuite on arrêtait le courant d'air, on attendait cpie l'éma- nation fût détruite et l'on mesurait l'ionisation due au dépôt actif seul. Pour interpréter les résultats on tenait compte de l'utilisation des rayons a dans l'appareil de mesures. Ainsi l'on peut supposer qu'un atome d'émanation du thorium produit lors de sa destruction quatre particules a, tandis qu'un atome de thorium B ou de thorium C ne produit qu'une particule. Mais on pourrait aussi admettre que l'émanation est un corps complexe, se composant de quatre termes successifs, à évolution très rapide, chaque transformation comportant l'émission d'une (') Broxsox, Pliil. Mag., 1908. 4l4 ClIAlMTIlh; \IV. seule particule. Cette dernière manière de voir est appuyée par l'observation des scintillations produites sur deux écrans phos- phorescents très rapprochés par l'émanation contenue entre ces écrans; les éclairs observés semblaient produits par groupes, les éclairs de chaque groupe étant plutôt successifs que simul- tanés ('). En considérant l'ionisation produite par une particule comme approximativement proportionnelle au parcours et en admettant qu'un atome de thorium X émet une seule particule a, on trouve cjue, si le thorium X est en équilibre avec l'émanation et le dépôt actif_, le rapport de l'activité du dépôt à celle du thorium X accompagné de l'émanation doit être approximativement égal - ^" ' j soit o, 4;)- L'expérience indique pour ce même 5,7 -1- 4 X 5,3 rapport la valeur o,41 (§ 1^^) ^pi diffère peu de la précé- dente. Le rayonnement Jj des substances de la famille du thorium a également été étudié en détail. Ce rayonnement provient prin- cipalement du dépôt actif et du mésothorium; le thorium au minimum d'activité (contenant du radiothorium), le thorium X et l'émanation du thorium n'interviennent pas d'une manière sensible. Quand le thorium X a été privé de dépôt actif par la chauffe, le rayonnement initial total constitue environ 6o pour loo de la valeur maximum atteinte dans la suite, tandis que le rayon- nement initial mesuré au travers d'un écran d'aluminium de o""",o6 d'épaisseur est inférieur à 3 pour loo de la valeur maxi- mum (-). Cependant, en comparant le pouvoir pénétrant des rayons ^i pour le dépôt actif et pour le thorium X ne contenant que très peu de dépôt actif, on a pu constater que le thorium X donne lieu à une émission de rayons [j extrêmement absor- bables(''). Quand on ramène le thorium au minimum d'activité, par sépa- ration du thorium X et extinction temporaire du dépôt actif. (') Geigeh et iMat.sdkn, P/iys. Zeil., loio. (-) Lewin, Pliys. Zeil., ii|<)(i. (^) Haiin el L. Meitneu, l'hys. Zcil., njio. TIIOKIIM KT SA FAMILLE. 4l5 on supprime presque complètement le rayonnement pénétrant. Pour le thorium ainsi préparé l'intensité initiale du rayonnement total constitue environ 23 pour loo du maximum atteint après 1 mois^ tandis que l'intensité du rayonnement [i constitue moins de 3 pour loo du maximum atteint après le même temps. On peut donc penser que le thorium accompagné de radiothorium n'émet pas de rayons p', quant au mésothorium^ il se trouve séparé en même temps que le thorium X et n'intervient pas dans les mesures. M. Hahn et M'^" Meitner (') ont montré que les rayons 3 du mésothorium sont complexes. La loi d'absorption n'est pas une exponentielle simple. Le coefficient d'absorption observé pour l'aluminium variait entre a = 38^5 et ul = 20^2. On voit qu'en résumé le rayonnement p des substances de la famille du thorium se compose ainsi qu'il suit : deux groupes de rayons homogènes appartenant respectivement au thorium A et au thorium D (§ 197)^ un groupe complexe appartenant au méso- thorium et un groupe appartenant au thorium X. Les coefficients d'absorption pour l'aluminium ont pour valeurs : Mésothoiium 38,5 à 20,2 Thorium X rayons très absorbables Thorium A i~5 Thorium D i5)7 L'analyse du rayonnement [it, faite par la méthode radiogra- phique^ à l'aide du champ magnétique, a donné des résultats entièrement conformes à ceux qui viennent d'être indiqués (§ 111). L'existence d'un rayonnement "' a été constatée avec certitude pour le dépôt actif; ces rayons appartiennent probablement au thorium D. 201. Famille du thorium. — Voici la série des dérivés du thorium actuellement connus : (') Hahx et L. Meitxer, Phys. Zeit., 1908. 4i6 ciui'iTRi: \iv. Vie moyenne Thorium de l'ordre de lo'^ ans rayons a i . Mésotliorium 1 7,9 ans Mésotliorium i 8,9 heures » [i Radiolliorium ioG3 jours » a Tliorium X 5,35 jours >> a, ji Emanation 76 secondes » a Thorium A i5,3 heures » ^ Thorium B 79 minutes » a Thorium G \ie très courte » a Tliorium D 4,3 minutes » [i, Y CHAPITRE XV. ACTLMUM ET SA FAMILLE. 20!2. Activité de l'actinium. — L'actinium est une substance d'activité permanente; elle donne lieu à une émission de rayons %, 3, *', et elle déoaoe une émanation radioactive de très courte durée, dont la période est 5, y secondes. Cette émanation produit une radioactivité [induite caractérisée par [une période de décroissance de .5(3 minutes. Relativement à la constance du rayonnement de l'actinium, nous n'avons encore c|ue des données restreintes. En mesurant le rayonnement pénétrant de l'actinium contenu dans une ampoule de verre mince ( échantillon préparé depuis 4 ^ns ), on a constaté cjue l'activité est restée sensibleinent constante pendant l'intervalle de temps de r '^i) l-^ K La limite est atteinte en \ mois environ. On obtient une bonne concordance entre la théorie et l'expérience en posant K = 3,j, Xi = 4,r.io-' — j Ao=7,S.io-" •. sec - /' gec d'où pour les périodes Ti = 19 , 5 jours, Ti = 10,2 jours. 2O0. Composition du dépôt actif. — Les courbes représentatives de l'évolution du dépôt actif de l'émanation de l'actinium sont caractérisées par une loi de décroissance limite qui correspond à une période de 36 minutes. En première approximation^ les courbes obtenues en mesurant le rayonnement [i ne sont pas différentes de celles obtenues par la mesure du rayonnement a. Pour 424 CHAPITRE XV. des temps supérieurs à i 5 minutes la loi limite est atteinte quel que soit le temps d'exposition. La courbe d'évolution qui correspond à un temps d'activation très court [fig. 83) manifeste une intensité initiale très faible; cette intensité croît et passe par un maximum qui est atteint en (j minutes; la décroissance s'établit alors suivant une loi qui tend rapidement vers la loi limite. La courbe est bien représentée par la formule Dans cette formule^ A désigne l'activité mesurée en rayons a, ?>,n la valeur maximum de cette activité^ x le temps qui correspond au maximum; ).i et À^ sont deux constantes radioactives dont l'une A, caractérise la loi de décroissance limite^ tandis que l'autre )v2 a une valeur plus élevée. On trouve Ti = Sf) minutes, Xi = 3,'>. ,io-^ To = 2, i5 minutes, X-i = 5,37. lo -^ sec I sec L'interprétation de cette courbe peut se faire suivant la méthode ordinaire^ en admettant que le dépôt actif se compose de deux substances_, dont la première^ actinium A, produite directement par l'émanation, est inactive, mais se transforme en une deuxième substance, actinium B, laquelle est active. Les deux constantes radioactives caractérisent respectivement les vitesses de destruc- tion des deux substances. Des expériences d'électrolyse effectuées sur une solution de dépôt actif ont montré qu'on peut recueillir à l'anode une sub- stance active dont l'activité décroît de moitié en i,5 minute environ ( ' ), MM. Meyer et v. Schweidler ( - ) ont chauffé des plaques activées. Ils ont constaté que jusqu'à la température de 200" la chauffe restait sans effet. Au rouge vif l'activité est en partie volatilisée, et la matière qui reste sur la plaque décroît de moitié en un temps de i,5 minute environ. On conclut de ces expériences (') Miss Brooks, Phil. Mag., 190'f. (-) Meyer et Schweidler, Wien. Ber., i()o5. ACTINIIM ET SA FAMILLE. 4^3 que la matière qui émet des rayons a est celle dont la décroissance est la plus rapide. Voici les valeurs obtenues pour la période de l'actinium A par divers expérimentateurs (') : Debierne 4^^ iiiinutes. Miss Bfooks \i » Elster et Geitel 3i,4 " Bronson 35,7 " Godlewski . Sfi » Mever et v. Schweidler 35,8 » Hahn et Sackur 36,4 " Le désaccord des valeurs individuelles est assez important. Les valeurs voisines de 4o minutes ont été obtenues pour des lames activées par un courant gazeux entraînant l'émanation. En activant des lames par simple exposition au voisiliage de l'acti- nium^ M. Debierne a obtenvi une période de 3(3 minutes. Il est fort probable que ce sont les valeurs voisines de o<) minutes qui se rapprochent le plus de la valeur exacte. M. Hahn et M"'' Meitner (-) ont montré que le dépôt actif de l'actinium se compose de plus de deux substances. Ces observateurs ont étudié en fonction du temps le rayonnement a de plaques activées qui avaient été soumises à une forte chauffe pendant une demi-minute. Le rayonnement y. décroît régidièrement ; la loi de décroissance {fig. i85^ courbe I) devient une loi exponen- tielle pure quand on tient compte de la correction apportée par une activité de décroissance plus lente provenant de ce que l'actinium A n'a pas été complètement chassé; l'activité due à l'actinium B en équilibre de régime avec l'actinium A ne constitue qu'au plus \ pour i oo de l'activité initiale totale. Après avoir effectué la correction correspondante^ on trouve, pour la période de décroissance du rayonnement a^ le nombre 2,1 5 minutes comme moyenne de plusieurs expériences. Cette période caractérise l'acti- (') Debierne, Comptes rendus, 1904. — Miss Brooks, P/tiL Mag., 1904. — Elster et Geitel, Arch. Se. Phrs. et Mat., igoj. — Broxson, Atn. Journ. of Se, 1900. — Godlewski, Phil. Mag., igoS. — Meyer et v. Schweidler, Wiener Ber.. 190.5. — Hahn et Sackur, Cheni. Ber., igoS. (-) Hahx et M"= Meit.n'ER, Phys. Zeit., 1908. 426 CHAPITRE XV nium B et se trouve en accord excellent avec la valeur déduite de la courbe d'évolution de l'activité induite après une très courte exposition. La valeur correspondante de la constante radioactive est A = 0,0220 Le rayonnement [i de plaques soumises au même traitement Fig. i85. 160 IZO ^ 80 40 ■ V Temps en minutes 20 1.6 4 08 1 ■^ OA 0 \ \ \ \ \ 20 '^ 0 \ \ \ \ ^--^ Temps en minutes évolue d'une manière toute différente. On observe un accroisse- ment initial rapide [fig. iS5^ 11)^ et l'on obtient un maximum, suivi d'une décroissance moins rapide que celle de l'actinium B; la loi finale est, comme dans le cas précédent, la loi exponentielle qui convient à l'actinium A, mais en extrapolant cette courbe limite vers l'origine, on trouve que le rayonnement correspondant ne constitue à l'origine que .\ pour loo au plus du rayonnement |j total; cette partie du rayonnement est considérée comme corres- pondant à l'actinium A qui n'a pas été chassé par la chauffe et qui se trouve en équilibre avec les substances de courte durée qui en ACriMCM ET S\ FAMILLK. 4^7 dérivent. En retranchant l'activité correspondante^ on trouve que^ quelques minutes après le maximum^ le rayonnement ^ décroît suivant une loi exponentielle caractérisée par une période de Kl minutes et une constante radioactive /, ^ o, 1 3C) ^— • On admet ' Ullll. que cette constante caractérise un troisième constituant du dépôt actif^ l'actinium C, qui émet des rayons ^^ tandis que l'actinium B, auquel on attribuait antérieurement la totalité du rayonnement a_, |3 et "' du dépôt actif^ n'émet que des rayons a. L'aspect des courbes expérimentales s'explique alors en admettant que la chauffe a pour effet de chasser presque totalement l'actinium A et l'acti- nium C^ et que l'augmentation du rayonnement [ii à l'origine pro- vient de la formation d'actinium C à partir de l'actinium B. L'acti- nium B se détruisant plus rapidement que l'actinium C^ ce dernier reste finalement seul sur la plaque, et l'on observe sa loi de décrois- sance. Le logarithme de l'intensité du rayonnement |^ qui reste après soustraction de l'intensité attribuable à la présence de l'ac- tinium A est représenté en fonction du temps dans la figure 1 85. II. La courbe c[ui représente l'évolution du rayonnement [ii après chauffe^ en tenant compte de la correction indiquée, correspond à la formule bien connue Àl— A, avec Xi = 0,32iJ ^1 Ào^O.IoGo : iiijii " mm Cette formule indique que le rayonnement |j est dû à une sub- stance qui se forme à partir d'une autre substance laquelle n'émet pas de rayons 3 et se trouvait seule à l'origine du temps sur le corps activé. On peut faire la théorie qui rend compte de l'évolution du rayonnement v. et du rayonnement 3 du dépôt actif obtenu après différents temps d'exposition. Il faut tenir compte de ce fait que seul l'actinium B émet des rayons a tandis que l'actinium A et l'actinium C émettent des rayons |j. Mais comme les rayons de l'actinium A sont très absorbables^ on peut faire une théorie approchée du rayonnement j obtenu au travers d'un écran qui absorbe les rayons de l'actinium A. Les courbes qui repré- 42S CIIAPITUI-: XV. sentent le rayonnement a et le rayonnement |j sont évidemment de formes différentes. C'est ainsi qu'après une exposition suffisamment longue pour que l'équilibre radioactif ait été atteint_, les courbes qui représentent la décroissance du rayonnement a et du rayonnement ^ prennent la forme indiquée dans la figure i SG. La décroissance du rayonne- Fii 80 60 40 ^-^ a^ "^ ^ l 16 Temps en minutes 2it 32 ment [j est d'abord plus lente que celle du rayonnement y., mais la loi limite qui est celle de l'actinium A est là même dans les deux cas. Quand l'exposition est courte^ les courbes diffèrent encore davantage; toutefois il est très difficile d'éviter des perturbations dues au dépôt d'actinium B et d'actinium C sur le corps activé. Quand l'exposition est de lo minutes^ la valeur maximum du rayonnement a est atteinte pour un temps d'environ 5 minutes^ alors que pour le rayonnement [B le maximum est atteint en un temps d'environ i i minutes. Les résultats expérimentaux sont en accord approximatif avec la théorie. L'actinium C a pu être séparé d'une solution chlorhydrique du dépôt actif au moyen de l'entraînement par le noir animal ou la mousse de platine maintenus en ébullition avec la solution. Un procédé très avantageux pour obtenir l'actinium C pur consiste, d'après M. Hahn et M"*^ Meitner^ à utiliser l'action du champ électrique sur l'actinium C projeté par une plaque qui porte le dépôt actif de l'actinium. L'actinium C se révèle comme portant une charge positive et se trouve entraîné vers une électrode chargée négativement placée en face de la plaque active. Le rende- ment est très bon^ et l'on obtient ainsi en i o minutes la proportion 20 pour I oo de l'actinium C qui se trouvait au début sur la plaque ACTINUM KT SA FAMILLE. 429 activée. La substance ainsi préparée a exactement une période de décroissance de 5,i minutes. On a des raisons pour penser que l'actinium B n'est pas une substance simple et se compose de deux matières B, et Bo dont chacune émet un groupe de rayons a; cette supposition résulte de l'examen de la courbe d'ionisation obtenue avec le dépôt actif de l'actinium (§ 130). Conformément à cette manière de voir^ la matière active projetée par une plaque activée manifeste^ tout à fait au début,, une décroissance plus rapide que celle qui caractérise l'actinium C; ce fait pourrait s'expliquer par la pré- sence d'un actinium B-, ayant une période de l'ordre de lo se- condes ( ' ). L'actinium Bo dans la série de l'actinium correspon- drait au thorium C dans la série du thorium. 206. Propriétés des substances de la série de l'actinium. — L'actinium^ le radioactinium et l'actinium X ne sont pas volatils tandis que le dépôt actif peut être volatilisé. D'après M. Lewin ('-) l'actinium A est volatil à partir de 4oo"^ et à -jo" il est presque entièrement chassé en i o minutes. L'actinium B est volatil vers 700". L'actinium C est plus volatil que l'actinium B. M. Hahn (•^) a constaté que l'actinium X est projeté dans le gaz comme le radium B ou l'actinium C^ et qu'étant chargé positive- ment il est entraîné par un champ électrique. Cette projection donne sur des plaques placées en face de l'actinium une appa- rence d'activité induite à évolution assez lente^ phénomène anté- rieurement observé par MM, Meyer et v. Schweidler. En électrolysant une solution chlorhydrique du dépôt actif ou d'actinium X on peut obtenir à la cathode l'actinium B et^ pour un voltage plus élevé, aussi l'actinium A, mais on n'obtient pas d'actinium X, Ce dernier peut, au contraire, être obtenu à la cathode par Félectrolyse d'une solution ammoniacale; il se dépose alors en même temps que l'actinium B et l'actinium A (Lewin). Dans une solution azotique d'actinium on obtient par électrolyse un dépôt d'actinium A et d'actinium B. Si la solution est peu acide, (') .M"" Blanquies, Comptes rendus, igio. (-) Lewin, Phys. Zeit., igo6. (') Haiix, Phys. Zeit., 1909. 43o ClIAlMTRl!: XV. on peut aussi obtenir du raclioactinium à la cathode. En solution alcaline l'actinium \, le radioactinium et l'actinium peuvent être déposés. Les métaux peuvent précipiter l'actinium A en solution acide ou alcaline; la précipitation de l'actinium B n'a pas été constatée. En solution alcaline on peut obtenir la précipitation de l'actinium X. Ce dernier est aussi précipité par le plomb en solution acide. L'actinium C est retenu avec le noir animal et la mousse de platine- Une partie du dépôt actif produit par l'émanation de l'actinium se trouve dans le gaz au voisinage de la substance active. Ce fait est mis en évidence par les expériences de M. Debierne sur la distribution de l'activité induite le long d'un tube traversé par un courant d'air qui entraîne l'émanation (§ 60) et par les expé- riences relatives à la projection de l'actinium C. 207. Rayonnement des substances de la famille de l'actinium. — Le rayonnement a des substances qui forment la série de l'actinium Fij;. 1S7. ^ ^■"-^41 — -~^^l>.,,_^ 1 -^ / lanisâban à été analysé par M. Hahn ('). Les courbes d'ionisation relatives aux diverses substances sont représentées dans les figures 1 .o . lo--» 47, o 2,56.io-" Autunile du Tonkiii i ,22 » 47, i '^■t^9 " Cainotite 0,373 » 16,0 '-^,34 » Pechblende d:' Saint-Joacliinisi liai . . 1,48 " 46, o 3, 21 » Cleveite de iMoivége i!7<^ » ^4)9 3,23 » Bro<ïi;eiite de Norvège 2,o3 » 63,9 3,22 » Chalcolite du F'ortugal ij^j » ^9,8 3,24 " Thorianite de Ceylan o,655 » '7)4 3,-6 » Pechblende de Gornouailles 1,07 » -8,7 3,74 » Le nombre des minéraux étudiés n'est pas encore suffisant pour qu'on puisse savoir dans quelle mesure la valeur du rapport dépend de la nature du minerai. Cependant on peut remarquer que parmi les minéraux examinés la thorianite est probablement le plus anciennement formé et l'autunite le plus récemment formé. On peut donc penser que la relation de genèse entre l'uranivim et le radium existe effectivement^ mais que le rapport du radium et de l'uranium dépend de l'âge du minerai; tel pourrait être le cas, s'il existait entre l'uranium et le radium une substance intermédiaire de vie moyenne très longue et ne pouvant être considérée comme insignifiante par rapport à l'âge des minéraux, de sorte que l'équilibre radioactif entre l'uranium et le radium ne serait pas nécessairement réalisé. On pourrait aussi penser que le rapport du radium à l'uranium peut avoir été influencé par des causes extérieures agissant sur ces minéraux après leur formation, ces causes pouvant, par exemple, dans certaines conditions, modifier les constantes radioactives. Les résultats obtenus sont importants et prouvent que l'étude des minéraux radioactifs doit être continuée par des méthodes précises. Les premières expériences relatives à la constance du rapport entre 44i CHAPITRE XVI. l'uranium et le radium dans les minéraux radioactifs paraissaient appuyer l'hypothèse que le radium dérive de l'uranium. Si le radium était j^roduit directement par l'uranium, sa vitesse de formation A serait donnée par la relation q^ = Af), où 0 est la vie moyenne du radium et q,^ la quantité de radium qui est en équi- libre avec un gramme d'uranium. La vie moyenne de l'uranium étant siqDposée beaucoup plus longue que celle du radium, le nombre d'atomes de radium formés est toujours égal (ovi propor- tionnel) au nombre d'atomes d'uranium détruits dans le même temps, et par suite constant pendant de nombreuses années. La quantité de radium qui se formerait par an dans i ^^ d'uranium, si f) = aSoo ans et q^ = 3,4- io~^ gramme, serait environ i,3.io~' gramme, et pourrait facilement être observée. Des expériences directes faites à ce sujet par M. Soddy (') et par MM. Soddy et Mackenzie (-) n'ont pas donné le résultat prévu. La solution d'azotate d'urane qui servait pour l'expérience était conservée en vase clos ; la quantité d'émanation qui s'y accumulait était chassée par l'ébullition dans le vide et mesurée à des intervalles réguliers au moyen d'un dispositif très sensible. Le sel d'urane avait été préalablement privé de radium aussi parfai- tement que possible. MM. Soddy et Mackenzie n'ont pu mettre en évidence aucun accroissement de la quantité de radium dans une solution contenant '^5o^ d'uranium observée pendant (ioo jours; étant donnée la sensibilité des mesures, l'accroissement final était certainement inférieur à io~' ' gramme tandis que l'accroissement prévu était de l'ordre de io~** gramme. Mais des observations por- tant sur quatre années ont permis de mettre en évidence un accroissement de la quantité de radium ; cet accroissement était évalué à 5,i. lo '' gramme de radium par kilogramme d'uranium et pendant 4 ans. La quantité de radium produit semblait pro- portionnelle au carré du temps ('). Les résultats des expériences pouvaient s'interpn'-ter en ad- mettant que le radium dérive bien de l'uranium, mais qu'il n'en {') Soddy, Nature, 1904 cl 190'). (-) Soddy et Mackenzie, Phil. Mag., 190- (^) Soddy, Phil. Mag., 1909. MINÉRAUX RADIOACTIFS. — PRODICTIOX DU RADIUM. — lO.MUM, ETC. 44^ est pas le descendant direct. On peut admettre qu'abstraction faite de l'uranium X^ pour lequel un équilibre de régime radioactif avec l'uranium est atteint rapidement, il existe entre l'uranium et le radium une substance intermédiaire dont la vie moyenne est longue et qui se sépare de l'uranium pendant les traitements qui ont pour objet l'extraction de ce corps du minerai. S'il existe une telle substance et qu'elle soit le parent direct du radium, la for- mation de ce dernier corps dans l'uranium extrait du minerai doit se trouver retardée. D'autre part, si le rapport entre l'ura- nium et le radium était constant, la vie moyenne de la substance hypothétique devrait être courte par rapport à celle de l'ura- nium. Supposons que le nombre d'atomes d'uranium détruit par unité de temps reste constant et que ),,, ).o soient les constantes radioactives de la substance intermédiaire et du radium. Le nombre R d'atomes de radium formé en un temps t, à partir de l'uranium primitivement exempt des deux substances, est donné pour les petites valeurs de t par la formule ou R^ est le nombre d'atomes qui correspond à l'équilibre avec l'uranium; dans le cas d'une filiation directe la loi de formation aurait été au début représentée par la formule R= R^)j. Les expériences de M. Soddy laissent supposer que la vie moyenne de la substance intermédiaire pourrait être, au minimum, de 35ooo ans. Si, au lieu d'une seule substance intermédiaire, on en avait deux ayant des vies moyennes compasables, chacune de ces substances pourrait avoir une vie moyenne beaucoup plus courte cjue celle calculée dans l'hypothèse précédente. 210. Découverte de l'ionium. — Les expériences relatives à la production du radium par l'uranium ayant rendu vraisemblable l'existence d'une substance intermédiaire entre ces corps, la recherche de cette substance a été aussitôt entreprise par M. Ru- therford et AL Boltwood. Ces recherches ont été couronnées de succès et ont conduit à la découverte d'un nouvel élément radioactif, Vionium. 4^ ! CHAPITRE XVI. Les recherches de M. Debierne avaient montré que l'actinium dégage toujours de petites cjuantités d'émanation de radium. D'autre part^ ce corps est extrait des minerais d'urane, et sa liaison avec l'uranium semble probable. On pouvait donc supposer que l'actinium, dont la vie moyenne est certainement longue, constitue un intermédiaire entre l'uranium et le radium. A la suite d'un travail fait sur la carnotite^ M. Boltwood(') a annoncé qu'efl'ectivement l'actinium donne lieu à la production de radium. Un kilogramme de carnotite était dissous dans l'acide chlorhy- drique étendu; la solution était traitée par l'hydrogène sulfuré et^ après la séparation des sulfures_, additionnée de sel de thorium et précipitée par l'acide oxalique. Lesoxalates obtenus étaient dissous, et dans cette solution on mesurait le débit de l'émanation du radium. Ce débit augmentait régulièrement pendant 19) jours, et l'augmentation observée correspondait à la production de I ,(j. 10^^ gramme de radium par an. M. Rutherford (-), examinant la même question, se servait d'actinium préparé par M. Giesel (émanium). Avec 0^,82 de ce produit dont l'activité à masse égale était '^5o fois plus grande que celle de l'uranium, il observait une augmentation du débit d'émanation correspondant à la production de 2 ,9. lo'"^ gramme de radium par an. Pour priver la solution du radium qui pouvait y être contenu à l'état de traces, M. Rutherford a précipité l'actinium par le sul- fure d'ammonium, et cette opération a été répétée plusieurs lois. La liqueur séparée et précipitée ensuite par l'ammoniaque donnait encore un précipité d'actinium très actif. Le précipité I obtenu -par le sulfure d'ammonium et le précipité II obtenu par l'ammo- niaque étaient redissous et examinés séparément pendant ■^^o jours- Dans la portion I, d'activité ()900, on constatait un accroisse- ment du débit d'émanation correspondant à la production de 2,55. 10' gramme de radium par an. Dans la portion II, d'acti- vité ()()()o, on ne constatait aucune production de radium. Puisque les activités des deux portions étaient dues à l'actinium et étaient du même ordre, ce résultat ne pouvait s'expliquer qu'en admet- (') BoLTWOOD, Phrs. Zeif., 190G. {■) lîin'iiKiu'ORD, Pliil. Mag., 1907. MINKRAUX RADIOVCÏIKS. — PRODLCTION ItV RADIUM. — lOMTJAI. ETC. j 4 ') tant que le radium n'est pas produit par l'actinium^ mais par une substance qui se trouve mélangée à celui-ci. M. Rutherford a d'ailleurs vérifié directement qu'on n'obtient pas de production de radium sur une lame exposée pendant longtemps à l'émanation de l'actinium. La production de radium s'est montrée la méme_, avec le produit étudié^ en absence ou en présence de l'actinium X qui pouvait être séparé par l'ammoniaque. La substance mère du radium ne faisait donc pas partie des dérivés de l'actinium et l'on pouvait penser qu'elle fait partie du même groupe que l'actinium et le thorium. Cette supposition a été confirmée par les travaux de M. Boltwood ( ' ) qui a montré qu'on peut séparer de l'actinium la substance mère du radium en précipitant la solution des deux substances par l'hyposulfite de sodium. Dans ces conditions la substance cherchée précipite avec le thorium^ tandis que l'actinium, d'après M, Boltwood_, ne précipiterait pas. Le produit précipité ne donnait plus l'émanation de l'actinium, et sa teneur en radium avigmentait régulièrement pendant ()oo jours. La substance nouvelle a été caractérisée par une émission de rayons a dont le parcours mesuré par la méthode des scintillations est environ 2*"", 8; ce parcours est donc plus petit que ceux qui ont été observés pour tous les autres groupes de rayons a connus. Cette substance a reçu le nom d^ionium. L'ionium se rapproche surtout du thorium par ses propriétés chimiques. Sa présence dans les sels de thorium du commerce est rendue probable par les expériences de M. Hahn (-), d'après lesquelles la teneur de ces sels en radium augmente avec le temps. Les ininerais de thorium contenant toujours de l'uranium, l'ionium qui accompagne ce dernier se trouve entraîné avec le thorium dans le traitement. D'après M. Hahn l'ionium précipite complètement par l'acide oxalique en présence du thorium, mais n'est pas entraîné dans la précipitation du baryum par l'acide sulfurique. Les propriétés chimiques de l'ionium sont extrêmement voisines de celles du thorium ; plusieurs modes de fractionnement ont été ( ') ttoLTWOoD, Ann. Joiir/i. of Se, 1907. (-) IIaiin, Berichte, 1907. 44'' CHAPITRE XVI. essayés en vain pour mettre en évidence une différence entre les deux substances ('). Il y a aussi une grande analogie de propriétés entre l'ionium et l'uranium X, de sorte que les deux substances sont séparées ensemble. Pour séparer le thorium et l'ionium con- tenus dans une solution chlorhydrique des terres rares extraites du minerai d'urane, on peut précipiter ces substances par l'hydrate de zinc; la séparation est beaucoup plus complète que celle que l'on obtient par l'hyposulfite de sodium^ et la séparation du zinc s'obtient en précipitant par la soude la dissolution acide du pré- cipité obtenu. Quand une grande quantité de sel d'urane est traitée pour l'extraction de l'uranium X, on constate qu'après destruction de ce dernier la matière qui le contenait conserve une faible activité constante pouvant être attribuée à l'ionium; cette substance se trouve donc en faible proportion dans les sels d'urane purifiés. Cette circonstance rend difficile l'interprétation des expériences de M. Soddy sur la formation du radium dans les sels d'urane. 211. Vie moyenne du radium et de l'uranium. — La connais- sance de la vitesse de production du radium dans un minerai d'urane et de la quantité de radium qui correspond à l'équilibre avec l'ura- nium, permet de déterminer la constante radioactive du radium. Si, en effet^ on désigne par )> cette constante, par //.^ la quantité de radium associée à l'uranium dans le minerai, par A la quantité de radium produite par unité de temps, on a la relation La valeur de ^^ peut être calculée pour une certaine quantité de minerai d'urane d'après la teneur en uranium, en supposant connu le rapport entre le radium et l'uranium. La valeur de A a été l'objet d'une détermination directe faite par M. Boltwood (-). On ne peut déterminer A directement sur le minerai puisque celui-ci a atteint l'équilibre de régime; il est donc nécessaire d'extraire tout le radium du minerai, tout en laissant intégrale- (') KiiKT.MAN, Thèse de doctorat, Berlin, 1909. (-) Boltwood, Amer. Journ. of Se., 1908. MIXKKAIX UADIOACTIFS. — PRODUCTION DL HADll.M. — lO.Ml.M, ETC. 44; ment rionium. On peut encore extraire^ aussi complètement que possible, l'ionium contenu dans une quantité donnée de minerai et, sur cet ionium à peu près dépourvu de radmni^ observer la vitesse de production de ce dernier corps. C'est cette méthode qui a été utilisée. Il est difficile d'obtenir une séparation très complète de rionium. Dans le traitement du minerai on obtient fréquemment des précipités et des résidus insolubles. Voici la description de l'expérience qui a donné à ce sujet le meilleur résultat. Le minerai utilisé était une uraninite très pure et exempte de traces de produits d'altération secondaires (provenance de North Carolina). Une quantité de ce minerai de 4o= a été chauffée avec de l'acide azotique étendu_, et la solution a été évaporée à sec. Le résidu humecté par quelques gouttes d'acide azotique étendu était repris par l'eau chaude^ et la solution était fdtrée. Le résidu inso- luble ne pesait que 0^0660, soit 0.17 pour 100 de la matière totale; il se composait principalement de silice, et son activité ne dépassait pas celle de 1'"^' d'uranium. La solution a été traitée par l'hydrogène sulfuré, et les sulfures ont été séparés; l'hydro- gène sulfuré était alors chassé par l'ébullition, et une solution de los d'acide oxalique était ajoutée. Après dépôt complet, les oxalates formés ont été séparés; l'eau mère a été évaporée à sec, et le résidu calciné jusqu'à destruction de l'acide oxalique; ce ré- sidu a été dissous dans l'acide azotique, la solution a été évaporée à sec, et le résidu de nitrates a été repris par l'éther pur et sec pour extraire l'azotate d'uranium. La partie insoluble dans l'éther était traitée par l'acide chlorhydrique étendu, et à la solution on ajoutait une solution de 5? d'acide oxalique ; les oxalates ains obtenus ont été réunis avec ceux obtenus dans la première pré- cipitation. Les oxalates ont été ensuite transformés en oxydes, puis en chlorures, et la solution de ces derniers a été précipitée par l'ammoniaque. La dissolution des hydrates et leur précipitation à nouveau par l'ammoniaque ont été répétées trois fois. Les hydrates ainsi purifiés ont été dissous dans l'acide chlorhydrique étendu, et la solution a été soumise à l'examen au point de vue de la production du radium. Si la vitesse de production du radium est constante et égale à A, si g,, est la quantité de radium qui se trouve dans la solution à l'origine du temps et ).', la constante de l'émanation que l'on 44S CHAPITRE XVI. considère comme très grande par rapport à celle du radium, la quantité d'émanation accumulée dans la solution après un temps i est proportionnelle à l'expression ^o(i - e->^'t)-^ M[ I 'k' t En effectuant la mesure pour différentes valeurs de t, on obtient des relations entre r/,, et A^ et l'on peut déterminer ces deux quantités. La valeur de la constante A du radium est ensuite donnée par la formule q^ ^ — i où q „ est la quantité de radium associée à l'ionium et à l'uranium dans la portion de minerai utilisée pour l'expérience. Si l'on a dosé l'uranium contenu dans le minerai, la quantité de radium peut se calculer en admettant une teneur connue en radium par gramme d'uranium. Toutefois la connais- sance de cette teneur n'est pas nécessaire_, car pour connaître le rapport — : il suffit de comparer ces deux quantités à une même quantité de radium en valeur relative ; par conséquent la valeur obtenue pour À n'est pas affectée par les erreurs possibles sur l'étalonnage de la solution de comparaison, dont la teneur en radium est supposée connue, mais qui ne sert qu'à indiquer la sensibilité de l'appareil de mesures en valeur relative. Voici les résultats expérimentaux obtenus dans l'expérience dans laquelle l'extraction de l'ionium du minerai était considérée comme la plus complète. La quantité de radium contenue au début dans la solution était o , 06- , 1 o"'-* gramme; l'accroissement de la teneur en radium, observé pendant une période de i /j- jours, était de 3,^2. io~^ gr. par an. La teneur du minerai en uranium était de'y8,5 pour 100; 4oS de ce minerai contenaient i ,0- . io~'' gr. de radium. On obtient ainsi X — 3,4^-10^* — 9 T = iqqo ans. ' an ^-^ Plusieurs autres expériences, faites avec des minéraux moins bien choisis, ont donné des valeurs de T plus élevées, dont la plus grande est 3 1 00 ans. On considérait que l'extraction de l'ionium, en ce cas, n'était pas complète, et cette supposition était confirmée par la comparaison de l'activité de l'ionium, contenu MINKRAIK RADIOACTIFS. — PRODUCTION Df RADILM. — lOML'M, KTC. 449 dans les solutions qui ont servi pour les expériences^ à l'activité de l'uranium avec lequel cet ionium se trouve associé dans le minerai. Quand l'équilibre de régime radioactif est atteint_, le rapport des activités doit être constant. La comparaison a été faite dans des conditions bien définies, et les expériences^ dont la des- cription va suivre^ ont montré que l'activité de l'ionium constitue dans les conditions de l'expérience la fraction o,.>.^) de celle de l'uranium avec lequel il est associé. En mesurant l'activité de l'ionium pour les solutions utilisées^ on peut donc en déduire îa quantité d'uranium qui correspond dans le minerai à cette quantité d'ionium, et par suite aussi la quantité de radium correspondante. Dans les solutions^ l'ionium se trouve avec le thorium; en tenant compte de l'activité de ce dernier^ qui est proportionnellement faible^ et en calculant pour chaque solution, d'après l'activité ainsi corrigée, la quantité q ^ de radium^ on trouve des valeurs de ). assez voisines^ et dont la moyenne). = 3, ia. lo '' est en bon accord avec la valeur qui résulte de la meilleure détermination expé- rimentale. M. Boltwood a conclu de ses expériences que la valeur de ). est environ . :> , iS.m^' — > d'où pour la période T enviion an ^ ^ '2000 ans et pour la vie moyenne environ 2()oo ans. La valeur de la période ainsi trouvée par voie expérimentale est peu éloignée de celle qui a été prévue par M. Rutherford à la suite de considérations théoriques sur l'émission de particules a par le radium (§ 188). Cette concordance constitue une confirmation remarquable des hypothèses faites sur le mode de la désintégration atomique.'^ La connaissance de la vie moyenne du radium permet de prévoir celle de l'uranium. Puisque l'activité du radium au minimum d'ac- tivité est à masse égale i.o.io*' fois plus grande que celle del'u anium^ et que les parcours des particules a du radium et de l'uranium sont peu différents, le nombre i . 3 . i o" mesure aussi le rapport des ncm- bres de particules a émises respective ment par un gramme de radium et par un gramme d'uranium pendant le même temps. Si l'émission d'une particule y. correspondait à la destruction d'un atome, la période de l'uranium serait donc égale à 2000 x ijS'J'^'^; soit 2,6. 10® ans. On peut aussi évaluer la période T de l'uranium, en admettant qu'à l'état d'équilibre radioactif avec le radium, les nombres C. - II. 20 jJO ClIAl'ITRfC XVI. d'atomes des deux substances sont entre eux comnie les inverses des constantes radioactives ou comme les périodes. Le rapport des poids de radium et d'uranium est donc alors égal à ^ ' • Si l'on admet que ce rapport est égal à 3 , 5 . io~'^ on trouve T = 5, 5. lo^ ans. Ce nombre est à peu près le double de celui trouvé par la méthode précédente^ ce qu'on pourrait expliquer en admettant qu'un atome d'uranium donne lieu à la production de deux particules %, soit directement^ soit par l'intermédiaire de dérivés encore inconnus. 2 1 ^. Activité des minerais d'urane. — L'activité relative des diffé- rentes substances dans un minerai d'uranium a été déterminée par M. Boltwood ('). On mesurait l'ionisation produite par une pellicule très mince de matière; l'activité était proportionnelle à la masse de matière employée. Les dimensions de la chambre d'ionisation étaient telles que^ dans tous les cas^ les rayons a étaient com- plètement absorbés par l'air de la chambre. Une première série d'expériences a été faite pour évaluer la proportion d'uranium dans les minerais et l'activité des minerais par gramme d'uranium. Comme les minerais contiennent aussi du thorium^ il était nécessaire de doser celui-ci et de faire une correc- tion correspondante. Une autre correction résulte de ce que les minéraux perdent de l'émanation du radium, et qu'il faut ramener leur activité à la valeur qu'elle aurait si l'émanation restait entiè- rement occluse. L'uranium était séparé suivant les méthodes ordinaires de l'analyse. La principale partie de l'opération consiste à dissoudre le minerai dans l'acide azotique étendu, à séparer les corps préci- pitables par l'hydrogène sulfuré et à traiter les azotates restants secs par l'éther pur et sec afin d'extraire l'azotate d'urane. L'ura- nium était dosé à l'état d'oxyde U^0^ Le thorium se trouve avec les azotates insolubles dans l'éther et peut être précipité de leur solution par l'acide oxalique. Ces oxalates contiennent aussi les autres terres rares et l'ionium. Le thorium était séparé en vitilisant la solubilité de son oxalate dans l'oxalate d'ammonium en excès. (') Boi.TWooD, Amer. Journ. of Science, 1908. MIXÉRAIK RADIOACTIFS. — PRODLCTIOX DU RADIUM. — lONIU.M, ETC. 45l L'activité de l'uranium pur était évaluée en utilisant une pellicule étalon préparée avec de l'oxyde U* O* très pur en quantité connue. L'activité du thorium contenu dans les minéraux était évaluée en utilisant une pellicule préparée avec une thorite qui contenait Sa pour I oo d'oxyde de thorium et o.o-j pour loo d'uranium seu- lement. Sachant qu'un gramme d'uranium dans le minerai a une activité environ \.o fois plus grande qu'un gramme d'uranium pur^ on peut calculer la fraction de l'activité totale qui est due à l'uranium et qui n'est égale qu'à 3 pour i oo dans le cas de la thorite considérée. On peut alors déduire l'activité qui^ par gramme de minerai, est attribuable au thorium accompagné de ses dérivés. La proportion de l'émanation qui s'échappe à l'état solide était déterminée pour chaque minerai. Il en résulte une correction qu'on peut calculer, quand on connaît l'activité minimum du radium contenu dans le minerai et la loi suivant laquelle varie l'activité du radium avec la quantité d'émanation accumulée. Ce dernier point a fait l'objet d'une recherche spéciale. Les minerais examinés ont été plusieurs uraninites, la carnotite, la thorianite. Toutes corrections faites, l'activité par gramme d'ura- nium s'est montrée constante et 4,; fois plus grande que celle d'un gramme d'uranium dans un sel pur. Ce nombre diffère de 4 pour i oo environ du nombre indiqué par MM. Me Coy et Ross. La valeur trouvée pour la carnotite est inférieure aux autres, mais pour ce minerai les conditions ne sont pas bonnes, parce qu'étant très perméable il perd beaucoup d'émanation et qu'il est exposé à l'action de l'infiltration des eaux. Les résultats obtenus sont représentés dans le Tableau suivant : Correction pour Activité par s.v. U l'émanation Uranium. Thorium. Actnilégr. U perdue, pour ion pour loo pour loo Uraninite 77,2 6,o 4,7o o,G » 77:7 6,1 4,68 1,1 » 78,5 1,9 4 767 6,2 » 75,8 1,9 4,73 6,1 u 66,7 ^'O 4,68 2,8 Carnotite 49,o 0,0 4,33 16,2 » 43,1 0,0 4,5o 5,5 Thorianite 12, 5 78,8 4 ,72 0,4 452 CIIAPITRK \VI. L'activité d'une quantité connue de radium dans le même appareil de mesures a été évaluée en utilisant comme source de rayons une pellicule très mince de sel de radium^ obtenue par éva- poration d'une solution de teneur connue. Connaissant d'autre part la quantité d'uranium qui correspond dans les minéraux à cette quantité de radium^ on trouve que le rapport de l'activité minimum du radium à celle de l'uranium dans un minerai est égal à o^4'- Dans le même appareil l'activité du radium en équilibre avec l'émanation et le dépôt actif est 5,(34 fois plus grande que l'activité minimum, ainsi qu'il résulte de mesures faites en tenant compte de la perte d'émanation par le sel solide. Par conséquent l'acti- vité du radium dans les minéraux qui n'éprouvent pas de perte d'émanation appréciable doit être dans le rapport o,45 X 5,64, soit '2,54 à celle de l'uranium, et sur ce rapport la partie o,45 correspond au radium seul, et la partie 2,09 à l'émanation accom- pagnée du radium A, du radium B et du radium C. M. Boltwood a essayé de récolter le dépôt actif d'une quantité donnée d'émana- tion et de déterminer son activité; le dépôt actif était reçu pendant 4 heures sur une plaque chargée négativement, et son activité était ensuite mesurée en fonction du temps ; cette activité ne constituait que 60 pour 100 environ de celle qui pouvait être prévue d'après les parcours des particules a, ce qui résulte de ce fait que le dépôt actif n'a pu être complètement extrait du gaz dans lequel il était formé. Pour évaluer l'activité du polonium, M. Boltwood séparait ce corps des sulfures précipitables par l'hydrogène sulfuré dans la solution acide du minerai. Ces sulfures ayant été dissous dans l'acide azotique, on séparait le plomb à l'état de sulfate; la so- lution restante était précipitée par l'ammoniaque; les hydrates obtenus étaient redissous dans l'acide chlorhydrique, et dans la solu- tion on laissait plonger un bouton de bismuth qui récoltait le polo- nium pendant plusieurs jours. Si le bismuth est maintenu en rota- tion, le dépôt est fait en quelques heures. Dans d'autres expériences la solution était versée dans un vase au fond duquel on plaçait une plaque de cuivre; on agitait la solution et le polonium se déposait sur la plaque. Un peu de polonium est entraîné avec le sulfate de plomb. La séparation du polonium ne se fait pas facilement d'une manière complète; elle est meilleure c|uand on additionne MINKRAIX RADIOACTIFS. — PRODUCTION DU RADIUM. — lONIU.M, ETC. 4^3 la solution du minerai d'un peu de bismuth. Les nombres obtenus pour le rapport de l'activité du polonium à celle de l'uranium dans les minéraux varient entre o,o3 et o,4 >-> en -p se in "o '^ -> — •^ (. J ^ z W 3 C8 fi -1 C3 -^3 aj ^ o tD ^J H c •_ = •:: ^= H .-ri u 2 •= « 3 m _C '^ c/^ .ti ^ -2 S O ï: p 5 J o ic 0- ■^ 3 J. 3 .- -3 -, ~ ra b C3 ^ p p o o -c co — >-^ -es -:3 — S ç £ p H ii: — o t: - -2 .i o £ c; - — -O "^ o = fi , — .- O) : s s = -= .= E ^ w 5 — ^«^3 ~-cre C-Cn - o -3 p "3 S n S . - : 'c « = - 3 -= ■*■ C -a Cm MINÉRAUX RADIOACTIFS. — PRODUCTION DU RADIUM. — lONIUM, ETC. ^{6} U •H ■o r: — — ^ ^ — 3 — o ô s 1 1 -^ c C3 ^J >-l ;_ 3 c ~ c O o = O ^ o o -O Q_^ 3 c "^ 5 5 3 a- o o S u m O o 3 O 3 3 w Ç^ ^ ■^ 3 •^ • X ^ 'il O 'rf S -n m O C8 '/Z *^ 3 ^^ — C5 O "3 o O 3 s V « b 3 S S -3 ^ ç C 3 i i — OjoSv^N 476 CHAPITRE XVII. La concentration des particules de radium A qui correspond ). N à l'équilibre avec l'émanation est -^- La concentration des parti- cules non chargées est donc ^1 I -t- o,3î y/N Le nombre des particules non chargées est à celui des particules chargées dans le rapport o,35 y/N. En ce qui concerne les particules chargées, tout se passe comme si la recombinaison avait pour effet d'augmenter la constante radioactive A, dans le rapport (1 + 0,35 v/n). Ce rapport se trouve augmenté si le gaz est soumis à l'action d'un rayonnement pénétrant provenant d'une source éloignée et donnant lieu à une production d'ions appréciable; l'augmen- tation est proportionnelle à cette production. Quand le gaz contient des poussières, les particules chargées de radium A diffusent vers celles-ci et sont absorbées par elles; il en résulte une nouvelle cause de disparition de particules chargées mobiles. Cet effet se traduit par un nouvel accroissement apparent de la constante )m proportionnel au nombre des poussières présentes par unité de volume. L'importance de ce phénomène par rapport à l'effet de recombinaison dépend de la concentration de l'émana- tion. Quand cette concentration est grande, l'effet de recombinaison est, en général, prépondérant. Nous avons vu que cet effet est suffisant pour expliquer les résul- tats obtenus par M. Debierne dans l'étude de l'activation des lames par diffusion (§ 80). Ces expériences ont montré que le radium A contenu dans le gaz est puisé à une distance qui dépend de la concentration de l'émanation et qui, pour les con- centrations utilisées, est comprise entre i*"'" et 4""- La théorie qui néglige l'effet de recombinaison conduit pour cette même distance à une valeur indépendante de la concentration et égale à environ iG*^'",'), si l'on attribue au radium A le coefficient de diffusion des ions positifs (environ o,o3). La distance donnée par l'expérience se trouve comprise entre une limite inférieure obtenue en exagé- UADIOACTIVITK DU SOL KT DE l'aTMOSPHKRK. l^-J- rant l'influence de la recombinaiscn et la limite supérieure i6'''"^5 obtenue en négligeant l'elTet de recombinaison. Quand la concentration de l'émanation est faible^ ainsi que cela a lieu dans l'air atmosphérique, la recombinaison est négli- geable devant l'effet des poussières, bien que le rayonnement des substances radioactives contenues dans le sol intervienne aussi comme cause ionisante. :2^(). Théorie de l'activation des fils chargés négativement et exposés dans l'air contenant de l'émanation. — L'activation est due aux particules de dépôt actif qui se déposent sur le fd. Si la distribution des émanations dans une certaine région est uniforme, on peut admettre qu'il en est de même pour la distribution des dépôts actifs en suspension dans l'air, et que chacune des matières qui composent le dépôt est en équilibre radioactif avec l'émana- tion. Admettons, en première approximation, que les particules de radium A et de thorium A se déposent seules sur le corps activé; parmi ces particules interviennent principalement celles qui portent une charge positive et qui ont une mobilité assez grande. Supposons d'abord que toutes les particules jouent le même rôle. Soient N et N les nombres d'atomes des émanations du radium et du thorium présents par centimètre cube de l'air atmosphérique dans la région utilisée ; soient A et a' les constantes des deux émanations. Si la destruction d'un atome correspond à la forma- tion d'un seul des atomes consécutifs, les nombres N, et N', de particules de radium A et de thorium A par centimètre cube à l'état d'équilibre radioactif sont tels que NX = NiA,, i\'à'=n;x;, À, et À', étant les constantes radioactives du radium A et du tho- rium A. Si dans la région considérée se trouve un fd chargé néga- tivement, ce fil est la cause d'une perturbation locale et modifie la distribution du dépôt actif. Sous l'influence du champ électrique une particule chargée est entraînée vers le fil suivant les lignes de champ avec une vitesse hh, si k est la mobilité de la particule et h l'intensité du champ. Un dépôt de particules a lieu sur le fil, et en même temps certaines des particules déposées se détruisent. Quand l'équilibre de régime est atteint pour l'activation, le 478 CHAPITRE XVII. nombre <ï> des atomes de radium A qui se détruisent par unité de temps sur le corps activé est égal au nombre des atomes reçus; ce nombre est encore le même que celui des atomes de radium B et de radium C détruits dans l'unité de temps. L'équilibre de régime pour le thorium A et le thorium (B + C) s'établit de la même manière, et nous désignerons par ^I^ le nombre d'atomes détruits par unité de temps. Si alors on interrompt l'activation et si l'on mesure l'activité du fil en fonction du temps^ l'ionisation initiale est due presque totalement au radium A et au radium C d'une part^ au thorium (B -\- C) d'autre part. Désignons par -"> et ^' les activités dues à ces substances extrapolées pour l'origine de la désactivation^ par 7i, et ?i:i les nombres d'ions produits par une particule y. du radium A et du radium C^ par n'.^ et ti'^ les nombres d'ions produits par une particule a du thorium B et du thorium C. Si la destruction d'un atome entraîne l'expulsion d'une seule parti- cule a, nous obtenons ^' 4»' n'n ^ «3 -■) rii-T- «3 Pour calculer la quantité 0 nous examinerons d'abord le cas où le fil est placé suivant l'axe d'un cylindre dont la longueur est grande par rapport au rayon et à l'intérieur duquel un certain volume d'air se trouve limité. La différence de potentiel V est établie entre le cylindre et le fil; à la distance r de l'axe le champ h a la valeur V h = /•Loî ^oe- a et b étant les rayons du fil et de la paroi intérieure du cylindre. Dans la couche comprise sur l'unité de longueur entre deux cylindres coaxiaux de rayons r et r -(- d}\ le nombre des particules de radium A qui traversent les deux surfaces latérales par unité de temps sont respectivement •27i//7 des particules reçues par unité de temps et par unité 48o CHAPITRE XVII. de longueur du fil est * = (2TrA-/7iN),.=a = = "^\ b À V i^[,_,-^"-'i. Le nombre des particules qui sont produites pendant le môme temps^ dans le volume du cylindre^ est Posons On trouve _ I — ei' *o ~ P Le rapport — de l'activité induite recueillie à celle qui est pro- duite ne dépend ainsi que d'un seul paramètre p qui varie propor- tionnellement au volume du cylindre et en raison inverse du voltage employé. Quand p est petit, le rapport — est voisin de l'unité, et l'on recueille alors presque totalement l'activité produite, ce qui est facile à concevoir si l'on utilise un voltage élevé dans un espace restreint. L'activité du fil en régime permanent est alors celle qui est en équilibre avec l'émanation contenue dans le gaz. A mesure que p augmente, le rapport — diminue et tend vers zéro. La mesure de l'activité recueillie par le fil, c'est-à-dire de , permet de se rendre compte de la quantité d'émanation contenue dans le volume utilisé par comparaison avec l'effet produit dans les mêmes conditions par une quantité d'émanation connue. Le cas le plus simple à ce point de vue est celui où les conditions sont telles qu'on recueille sur le fil presque totalement l'activité induite à mesure de sa production. L'expérience peut être réalisée avec l'émanation du radium dont la vie moyenne est assez longue par rapport à celle du dépôt actif pour qu'un régime permanent puisse s'établir. En appliquant la théorie précédente on trouve que, si le voltage est d'environ loooo volts et si le fil a .>.""" de diamètre, le rayon h du cylindre peut augmenter jusqu'à :>.'" sans que la perte sur l'activité recueillie dtpasse quelques pour i oo ; mais diverses causes qui seront examinées plus loin interviennent RADIOACTIVITE DU SOL ET DE L AT.MOSPHERE. 48l pour abaisser cette valeur limite du rayon. On peut remarquer que, si tout le dépôt actif est recueilli^ la forme du récipient n'a pas d'importance^ pourvu que la distance de l'électrode à la paroi reste inférieure au rayon limite du cylindre circulaire. Des expériences de ce genre ont été faites par M. Eve (') qui a étudié l'activation d'une électrode dans un vase clos rempli d'air atmosphérique^ la durée de l'activation étant de a heures. Le récipient était en fer et avait ^So""' de hauteur; sa section était un carré de i 54"'" de côté. L'électrode centrale était portée au poten- tiel de 1 G ooo volts. Ces expériences ont montré que la quantité d'émanation contenue dans un kilomètre cube de l'air atmosphé- rique est environ celle qui est en équilibre avec o^,5 de bromure de radium. L'activité induite du fil dans ces expériences était consi- dérée comme entièrement due à l'émanation du radium. La même méthode ne peut être utilisée avec l'émanation du thorium dont la décroissance est trop rapide. Si la concentration de cette émanation était maintenue constante et uniforme^ le rayon limite du cylindre extérieur dans les conditions d'expérience indiquées plus haut serait d'environ oo'". La différence avec le cas du radium tient à ce que la vie moyenne du thorium A (période io,6 heures) est environ 200 fois plus longue que celle du radium A (période o minutes). Dans la formule théorique une même valeur de p est obtenue dans le cas du thorium pour des valeurs de b environ 1 5 fois plus grandes que dans le cas du radium. La théorie faite précédemment n'est pas complète : elle ne tient pas compte de ce fait que certaines particules du dépôt actif perdent leur charge par recombinaison avec des ions négatifs contenu dans le gaz et cessent d'être sensibles à l'action du champ. On a vu que ce phénomène joue probablement un rôle très impor- tant dans le cas de l'activation par diffusion. Dans le cas actuel le rôle de la recombinaison doit être beaucoup moins important; en effet^ d'une part^ la concentration du dépôt actif dans l'air atmosphérique est très faible et il en est de même pour l'ionisation; d'autre part^ le déplacement des particules de dépôt actif est rendu beaucoup plus rapide que dans le cas de la diffusion par suite de l'existence du champ électrique ; le temps disponible pour la recom- (') Eve, Phil. Mag., igoS. C. — II. 3i 4*^'- CHAPITRE XVII. binaison se trouve donc fortement diminué. Une perturbation résulte aussi de ce fait que les particules chargées diffusent vers les poussières en suspension dans le gaz et perdent ainsi leur mobilité. Enfin^ ces poussières chargées de dépôt actif et les agglomérations qui peuvent se former autour des particules de dépôt actif (par exemple, en présence de la vapeur d'eau), peuvent être entraînées vers l'électrode par suite du phénomène connu de déplacement de particules non chargées dans un champ non uniforme vers les régions de champ intense. Nous avons vu que quand le rayon b du cylindre extérieur .... . . , augmente, le rapport — de l'activité induite recueillie à celle qui est produite va en diminuant. Mais la quantité <ï> va d'abord en augmentant; cette quantité passe par un maximum, décroît ensuite et tend progressivement vers zéro. Cette loi de variation résulte de ce que varie proportionnellement au produit de la concentration de l'activité induite par l'in- tensité du champ dans le gaz au voisinage immédiat du fil; la concentration augmente avec b et tend vers la valeur limite ^ — qui correspond à l'équilibre avec l'émanation, tandis que l'in- tensité du champ 'diminue constamment quand b augmente. D'après la théorie approchée le maximum est atteint pour une valeur de b telle qu'on ait e/>—i ^ b = I-H 2 Loge -' ou kiù- Loge - ' a P = Dans le cas de l'émanation du radium on trouve que, si le dia- mètre du fil est égal à 9™'" et le voltage utilisé à lo ooo volts, le maximum de <ï> est atteint pour une valeur de b comprise entre i 5'" et i()"\ En réalité la valeur de b qui correspond au maximum est abaissée par les effets de recombinaison et d'agglomération, dont la théorie ne tient pas compte. Par suite de ces phénomènes, la distance à laquelle un fil, chargé à un potentiel donné, peut puiser l'activité induite dans le gaz environnant, se trouve diminuée; RADIOACTIVITh: DU SOL ET DK l'aTMOSP1II-:RIÎ. 483 certaines expériences indiquent que cette diminution peut être importante et que l'eiïet d'augmentation de l'activité du fil avec b est épuisé pour une valeur de b inférieure à i'" (Eve). La valeur limite de b, au-dessous de laquelle l'activité est presque complètement recueillie^ éprouve évidemment une diminution correspondante. On peut remarquer que plus le rayon du cylindre est grand_, plus l'effet de recombinaison devient important en raison de l'accroissement da la concentration aussi bien pour les particules actives que pour les ions négatifs. Quand le rayon b prend la valeur qui correspond à la valeur maximum de ^ la concentration N, au voisinage du fil est très voisine de la concentration qui correspond à l'équilibre avec l'émanation^, et il en est ainsi à plus forte raison pour les valeurs supérieures de b. On peut utiliser cette remarque pour se rendre compte si l'effet de recombinaison peut donner lieu à un abaisse- ment important de la valeur de b qui correspond au maximum. On peut appliquer ici un raisonnement analogue à celui qui a été utilisé pour apprécier l'influence de la recombinaison sur le phéno- mène de diffusion. On exagérera certainement cette influence si dans le calcul on remplace la constante À| par (■-^) n étant la concentration des ions et a le coefficient de recombi- naison. La valeur de n pour l'air atmosphérique est voisine de i ooo ; elle conduit à augmenter X, dans le rapport i,4- D'après cela la distance b qui correspond au maximum serait comprise entre i 2™ et i3"'; ce nombre est peu différent de celui qu'on calcule en négligeant la recombinaison dont l'influence a pourtant été exa- gérée. Mais la distance dont il s'agit peut encore éprouver un abaissement par suite de la présence de poussières. On peut de même évaluer dans quelle proportion l'activité recueillie par le fil pour de grandes valeurs de b est diminuée par suite de la recombinaison. Si la concentration au contact du fil est voisine de la concentration d'équilibre, on a '.-k\ XN * = , b X, On exagérera l'influence de la recombinaison en remplaçant )m 4?4 CHAIMTKH Wll. par i /\ A,- La valeur de sera donc comprise entre la valeur approchée indiquée par la formule et la fraction o_,- de cette valeur. Une nouvelle réduction de fl> pourra être amenée par la présence des poussières. 2:21. Activation de fils à l'air libre. — De nombreuses expé- riences ont été effectuées sur l'activation de fils tendus à une assez grande distance du sol (plusieurs mètres) à l'air libre. Si l'air atmosphérique pouvait être soustrait à l'action de remous et de vents^ l'activation d'un fd à l'air libre serait assimilable à l'activation dans un récipient de grand volume^ dont la paroi est représentée par le sol et les bâtiments environnants. L'analyse effectuée précédemment serait donc directement applicable. Si le ii\ est suffisamment écarté de parois solides et si la distribution de l'émanation est uniforme dans la région considérée^ la concen- tration de la radioactivité induite dans le gaz au voisinage du fil serait voisine de celle qui correspond à l'équilibre avec l'émanation. En réalité l'air est en mouvement^ et ces mouvements doivent avoir pour effet d'égaliser la concentration de l'émanation et de la radioactivité induite dans l'espace au-dessus du sol. Les parti- cules de dépôt actif qui se trouvent assez loin du fil pour ne pas être soumises à l'action d'un champ intense^ sont soumises surtout à l'action des courants d'air, et l'on peut concevoir qu'il en résulte un renouvellement continu qui maintient la concentra- tion de la radioactivité induite dans le gaz, à une certaine distance du fil, à la valeur qui correspond à l'équilibre avec l'émanation. S'il en est ainsi il résulte de la théorie que cette même valeur de la concentration s'établira dans l'espace voisin du fil, ainsi qu'on peut s'en assurer en remplaçant dans le calcul la condition à la limite, précédemment admise, par cette condition nouvelle. On voit donc que par suite du renouvellement on peut se trouver dans les mômes conditions que si le volume d'air disponible en repos était très grand, alors qu'en réalité la distance entre le fil et le sol n'est pas très grande. La quantité <1> de dépôt actif reçue par le fil par unité de temps et de longueur est alors donnée par la formule * = iT^altk - — , Al h étant l'intensité du champ au contact du fil. RAniOACTIVITK DU SOL KT DE L ATMOSPIIKIIK. 4^5 Ce résultat n'est pas modifié par le mouvement de l'air au voisinage du fil^ bien que les trajectoires des particules cessent d'être radiales. On peut montrer que le flux 4> des particules reçues par le fil est indépendant de la vitesse de déplacement de l'air. La valeur de peut être influencée par le phénomène de recom- binaison et par l'action des poussières. Nous avons vu que, dans le cas de l'activité induite du radium et dans l'air dont l'ionisation est normale, la valeur depeut être réduite par l'eiïet de la recom- binaison de moins de 3o pour loo de sa valeur. La réduction pro- portionnelle est beaucoup plus importante pour la valeur <ï>' de l'activité induite du thorium. On trouve que pour obtenir une limite inférieure de ^ il faut remplacer la constante ).', du tho- rium A par un nombre environ 90 fois plus grand, ce qui con- duirait à réduire ' à une petite fraction (i pour 100 environ) de la valeur donnée par la formule. On peut en conclure que la recombinaison a pour effet d'avantager fortement l'activation du type radium par rapport à celle du type thorium, ainsi qu'on pouvait le prévoir à cause de la différence des vies moyennes du radium A et du thorium A. La quantité de dépôt actif, recueillie sur un fil chargé exposé à l'air libre, doit aussi être influencée par l'effet des poussières. Cette influence est même plus importante dans le cas actuel que dans le cas d'un récipient clos, parce que dans ce dernier les poussières, si elles n'ont pas été éliminées d'avance, se trouvent éliminées ensuite par l'action du champ qui les entraîne vers l'électrode (effet de déplacement de particules non chargées dans un champ non uniforme). Si donc l'expérience a une durée suffi- sante, tout se passe comme si elle était faite en l'absence de poussières. A l'air libre, au contraire, les poussières sont constam- ment renouvelées dans le volume d'air utilisé. Ces poussières fixent certaines des particules chargées de radium A ou de tho- rium A dont la mobilité est ainsi très fortement diminuée, de sorte que leur mouvement vers l'électrode sous l'action du champ électrique devient très lent. Parmi ces poussières, il en existe aussi qui portent des particules de dépôt actif sans être chargées, soit qu'elles aient éprouvé la recombinaison après avoir absorbé une particule active, soit que la charge de cette particule soit venue neutraliser la charge négative d'un ion déjà fixé sur la poussière. Ces ao-alomérations actives non chargées sont entraînées vers la 486 CHAPITUIÎ XVII. région de champ intense et viennent se fixer sur l'électrode; on voit donc que^ chargées ou non chargées, les particules actives de dimensions relativement grandes se dirigent vers l'électrode. Le problème qui consiste à se rendre compte de la part qu'elles peuvent prendre à l'activation de l'électrode présente quelque analogie avec le problème qui consiste à évaluer la proportion dans l'atmosphère de petits ions ordinaires et de gros ions formés par suite de la diffusion de petits ions vers les poussières, et à examiner la part qui revient à ces deux espèces d'ions en ce qui concerne la conductibilité de l'air atmosphérique. On peut prévoir, en se basant sur cette analogie, que si dans l'air privé de poussières les particules mobiles actives chargées positivement ont la même mobilité que les ions positifs, dans l'air atmosphérique ordinaire ces particules seront en très forte proportion fixées sur les pous- sières; mais que, néanmoins, l'activation du fil sera due presque exclusivement aux particules actives chargées mobiles, la propor- tion de grosses particules recueillies par le fil étant négligeable. L'ab- sorption par les poussières est donc équivalente à une destruction des particules actives utiles et se traduit en résumé par une même augmentation apparente des constantes radioactives )., et '/.\ : l'augmentation relative étant beaucoup plus grande pour a , que pour A, . Les quantités

' de dépôt actif recueillies par le fil par unité de temps et de longueur éprouvent une diminution relative correspondante, beaucoup plus importante pour *ï>' que pour 4>. Les expériences d'activation de fils à l'air libre ont généralement pour but d'évaluer la concentration des émanations du radium et du thorium dans l'atmosphère. On peut mesurer l'ionisation initiale produite par le fil activé dans une chambre d'ionisation aussitôt après la fin de l'exposition et distinguer les nombres d'ions A et A' qui sont dus respectivement aux dépôts actifs du radium et du thorium. La limite de l'activation est atteinte en quelques heures pour la radioactivité induite du radium et en '.i jours pour celle du thorium; si donc l'on utilise des temps d'exposition au-dessous de j jours, l'activité induite du radium se trouve ivantagée. Si ■^a limite a été atteinte^ on a les relations 5 = *(«, -f- /?.-,), A' = <\^'( n'., -+- n'^), r>' _ ' n'., -4- n'. RADIOACTIVITK DU SOL ET DE LATMOSPIIKRE. 487 Si nous admettons^ d'autre part^ que nous sommes en droit d'appliquer les formules <ï> = •', - rt/?/>- ^ N , ']>'=i- ahk' ~ N', A, A, qui conviennent au cas où le volume d'air utilisé est très grand^ nous aurions le moyen de calculer les quantités N et N et leur rapport à condition de connaître les coefficients k et A' qui mesurent respectivement les mobilités du radium A et du tho- rium A. Si les mesures de l'ionisation ne sont pas absolues_, le rap- port ^ pourra seul être calculé; la valeur de ce rapport devient d'ailleurs indépendante des valeurs adoptées pour les mobilités, à condition que l'on considère comme égales les mobilités du radium A et du thorium A. On trouve N' -')' //, -i- «3 1^ À' Al k iN >> n 2 -H n 3 /.' Si l'expérience pouvait être faite dans un récipient clos de volume assez restreint pour que l'activité induite soit totalement extraite du gaz_, on aurait simplement A' -■>' /il — «i X IN 0 nô H- Il ^ À' C'est la première de ces formules qui s'applique selon toute vraisemblance au cas de l'activation à l'air libre, quand le fil est à plusieurs mètres du sol et quand on tient compte de l'influence du renouvellement d'air. L'émanation du radium est répandue uniformément dans l'at- mosphère aux distances qui interviennent dans les expériences. ir n'en est' pas de même de l'émanation du thorium dont la destruction est très rapide ; cette émanation se trouve à l'état plus concentré au voisinage immédiat du sol, et ne pourrait se propager qu'à des distances assez faibles (de l'ordre de i""), si les courants d'air ne venaient faciliter son déplacement ; en tout cas, on ne peut s'attendre à l'observer avec une concentration uniforme dans le volume utilisé. Par contre, la radioactivité induite du thorium, qui est assez persistante, peut se trouver répandue dans l'air à une assez grande distance du sol, soit qu'elle se soit propagée 488 CHAPITRE XVII. par diiïusion^ soit qu'elle ait été entraînée par les courants d'air ou encore produite sur place par de l'émanation entraînée. La distribution de la radioactivité induite du thorium dans l'air peut être beaucoup plus uniforme que cela n'a lieu pour l'émanation; l'activité de ce type recueillie par le fil ne donne probablement pas une mesure correcte de la concentration de l'émanation dans la région voisine; elle correspond plutôt à la concentration moyenne de l'émanation dans les régions qui peuvent être atteintes par celle-ci et par le dépôt actif. Le rapport ^-1 j peut être calculé en admettant qu'en première approximation l'ionisation produite par une particule a est pro- portionnelle au parcours. On trouve ainsi pour ce rapport la valeur o^S8. Des expériences sur l'activation des fds à l'air libre ont été effectuées par divers physiciens ('). On emploie pour ces études des fils de grande longueur (lo"' à loo'") tendus à une distance de quelques mètres du sol et chargés à un potentiel négatif plus ou moins élevé. Après la fin de l'activation le fil est enroulé sur un cadre et introduit dans la chambre d'ionisation. L'ionisation obtenue peut être loo fois plus grande que l'ionisation spontanée de l'air dans la chambre utilisée. Le rapport — croît avec le temps d'exposition. La valeur de ce rapport à Rome est environ o,25 pour une exposi- tion de 3 heures; environ 0,7 pour une exposition de u4 heures^ et peut atteindre 2 ou 3 pour une exposition de 3 jours (Blanc), Voici les valeurs du rapport — après une exposition longue^ d'après différents auteurs : Dadourian (New Haven) — -=o,3 l'iaiic ( Rome j i , 5 Wilson (Manchester). . i ,6 Le rapport — doit être d'autant plus grand que le voltage utilisé est plus faible. Si l'on considère que le cas limite, où la concentration près du fil est la concentration d'équilibre, n'est pas, en général, (') Dadouiuan, Le Radium, 1908. — Blanc, Phys. Zeit.. 1908. — Harvey, Pliys. Rev., 1909. — N. Wilson, Phil. Mag., igog. RADIOACTIVITK DU SOL ET DE l'AT.MOSPIIÈRE. 4^9 parfaitement réalisé^ et si l'on se reporte à la théorie générale^ on constate qu'une augmentation du voltage produit un effet dans le même sens qu'une diminution du volume utilisé^ et que la pro- portion d'activité du type thorium est avantagée par l'utilisation d'un grand volume et d'un faible voltage. Un fait de ce genre a été observé par M. Harvey. Le rapport ^ calculé d'après la valeur — = i ,() par application de la formule relative aux grands volumes, et dans l'hypothèse A" = k' , est égal à environ lo"" ('). M. Blanc a fait un essai de mesure de la concentration du dépôt actif dans l'air par la méthode Sella, qui consiste à ramasser brus- quement la totalité du dépôt actif contenu dans un volume limité, en faisant passer la décharge disruptive sous forme d'aigrette entre une pointe et une plaque. Ce procédé est aussi susceptible d'amener sur la plaque toutes les poussières actives, on peut donc prévoir que l'extraction de la radioactivité induite du gaz par ce procédé peut être assez complète. Si l'équilibre radioactif était établi dans le gaz avant l'expérience, on peut s'attendre à recueillir sur la plaque la radioactivité induite qui correspond à cet équilibre, N' de sorte que le rapport y se calculerait d'après l'activité de la plaque comme dans les expériences d'activation de fds dans un petit volume avec exposition longue. On aurait ^' _ A' nx — n,. A l\ ^ ^ 7^2 ^ «;j À' En utilisant cette méthode, M. Blanc a trouvé que l'activité du type thorium ne constitue que 5 à 7 pour 1 00 de l'activité initiale totale. D'après la théorie on a, dans le cas du petit volume, A' _ À'N' II'., -+- n!, et, dans le cas d'un grand volume, avec l'hypothèse /.' ^ /.' A' __ a'A" >.i n\ — n'f, (') La valeur indiquée ici n'est pas celle qu'on trouve dans les IMémoires ori- ginaux, où l'on a utilisé soit la formule relative aux petits volumes, soit d'autre modes de calcul qui ne me semblent pas corrects. 490 CHAPIIRE XVII. Le rapport — se trouve donc multiplié par ^, soit environ 210, -) /, , quand on passe d'un petit volume à un grand volume_, l'exposition étant longue dans les deux cas. Dans les expériences décrites_, le sens du phénomène est conforme à la théorie, puisque le rapport — est environ 2;") fois plus grand dans les expériences d'activa- tion à l'air libre que dans les expériences faites par la méthode Sella. De plus_, on devait s'attendre à ce que le rapport ^ pour les expériences à air libre soit très inférieur à celui que prévoit la théorie qui ne tient compte ni de la recombinaison ni de l'effet des poussières^ ces deux causes ayant pour effet de diminuer ce rapport. Il est donc naturel de constater que le rapport — pour l'air libre est seulement 2 5 fois plus grand que celui qu'on obtient par la méthode Sella et non 2 i o fois plus grand comme le prévoit la théorie approchée. Le rapport ,rr ' calculé d'après les expériences faites par la méthode Sella, serait d'environ io~\ Dans certaines expériences la nature de la radioactivité induite acquise parle fil n'a pu être complètement expliquée parla super- position des types radium et thorium ('). Des faits de cette nature conduisent à envisager l'existence d'une radioactivité induite de provenance inconnue. On peut cependant aussi remar- quer que l'interprétation complète des résultats expérimentaux peut présenter des difficultés. En dehors du dépôt de radium A et de thorium A il peut être nécessaire de tenir compte d'un dépôt des substances dérivées des précédentes. Enfin des perturbations peuvent être occasionnées^ si le maniement des fils très longs couramment utilisés entraîne une perte de dépôt actif^ dont cer- taines parties se détachent facilement. 222. Dosage direct de l'émanation du radium dans l'air atmo- sphérique. Variations de la radioactivité atmosphérique. — Des essais de détermination directe de la quantité d'émanation du radium contenue dans l'atmosphère ont été faits par M. Eve (-) qui (") RuNGE, Gott. Nachr., lyo-^. — Pacgim, Nuovo Cimento, 1908. (M Eve, Phil. Mag., 1906. nADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE I/ATMOSPUÈRE. 49 1 faisait passer très lentement un volume connu d'air atmosphérique au travers d'un tube contenant du charbon qui absorbait l'éma- nation. Celle-ci était ensuite chassée du charbon par la chauffe et recueillie dans une chambre d'ionisation. La quantité d'émanation contenue dans i'"' d'air était très variable et en moyenne égale à celle qui correspond à Oo.io"'- gramme de radium. Cette valeur est du même ordre que celle obtenue par la méthode d'activation d'une électrode dans un récipient fermé. Des résultats absolument analogues ont été obtenus par la méthode qui consiste à faire passer l'air dans un serpentin immergé dans un bain d'air liquide ('). La teneur d'un mètre cube d'air en émanation était variable suivant les expériences^ bien que la con- densation fût complète. Cette teneur correspondrait à l'équilibre avec (O à 200. 10"'- gramme de radium; la valeur moyenne étant environ 90. io~'^ gramme. Le nombre ç, des atomes d'émanation qui sont en équilibre avec un gramme de radium est égal à \h, si A est le nombre des atomes d'émanation formé par unité de temps à partir d'un gramme de radium^ et 0 la vie moyenne de l'émanation. En posant A = o_,4. 10"^ et h = 5. 10^ sec, on trouve ç^ = 1,7. 10"'. Il en résulte que le nombre d'atomes ou de molécules d'éma- nation dans l'air atmosphérique est environ i_,7. i o" par mètre cube et environ i,- par centimètre cube. En appréciant la teneur en émanation par l'intensité d'acti- vation d'un fil chargé, on trouve_, comme par les méthodes de dosage directes, des résultats qui varient dans de larges limites, aussi bien en un même endroit que d'un endroit à l'autre. Pour suivre la teneur de l'air en émanation au voisinage du sol, M. Ebert (-) a utilisé un dispositif qui consiste à mesurer et à enregistrer l'ionisation de l'air dans un condensateur contenu dans un grand récipient placé sur le sol; l'émanation qui s'échappe du sol peut pénétrer librement dans le récipient et dans la chambre d'ionisation. L'électrode, qui est réunie au système électromé- trique, est chargée négativement et recueille le dépôt actif; on peut apprécier l'ionisation produite à un moment donné par (1) AsHMAN, Amer. Journ. 0/ Se, 1908. — Satterly, Phil. Mag., 1908. (') Ebert, Phys. Zeit., 1909. 4()i CHAPITRE XVII. celui-ci^ en remplaçant l'électrode par une électrode inactive. L'ionisation restante est due aux émanations radioactives et au rayonnement pénétrant du sol. La radioactivité atmosphérique est variable avec les conditions météorologiques. Les émanations radioactives se dégagent du sol. et, conformément à cette circonstance, la teneur du sol et de l'atmosphère en émanation dépend de la perméabilité du sol, de son humidité et de la pression barométrique. Un sol gelé ou humide contient plus d'émanation qu'un sol poreux et sec ('). La teneur en émanation dans l'atmosphère augmente à la suite d'une baisse de pression qui permet le dégagement de l'émanation accu- mulée dans les pores du sol. Une variation diurne a été signalée pour la radioactivité de l'atmosphère (-). La quantité de dépôt actif recueillie semble être plus grande à basse température qu'à température élevée; elle augmente aussi quand la pression s'abaisse. Au bord de la mer Baltique on recueille en moyenne i seulement de l'activité obtenue à Wolfen- bûttel, en Allemagne. Dans l'air contenant une pluie fine au voisinage des chutes du Niagara, on trouve beaucoup moins de dépôt actif qu'à Toronto (Me Lennan), l'air étant probablement purgé de radioactivité par les gouttes qui tombent. La relation de la radioactivité atmosphérique avec les con- ditions météorologiques est encore très peu connue, bien qu'un nombre assez grand d'observations ait été publié à ce sujet. Pour préciser nos connaissances à ce point de vue, il serait nécessaire d'effectuer des séries de recherches dans des conditions bien déterminées, en se laissant guider par une théorie dans le genre de celle qui a été exposée ici. Diverses observations s'expliquent bien par cette théorie. Ainsi, par exemple, l'activation des fils à l'air libre paraît plus intense aux hautes altitudes; ce fait pourrait être attribué à l'absence de poussières, de même que le fait connexe de l'augmentation de conductibilité de l'air à ces altitudes élevées. Une forte activation a été obtenue dans certains cas en présence d'un brouillard; l'activation pouvait être due à l'entraînement (') GocKEL, Phys. Zeit., 1908. (^) Simpson, PAiï. Trans., 1906. — Ebkrt, Phys. Zeit., 1909. RADIOACTIVITK DU SOL KT DK LATJIOSPIIKRE. \i)3 vers le fil chargé de gouttelettes relativement grosses qui avaient absorbé toute la radioactivité induite de l'air et qui sont attirées vers le fil plus rapidement que les poussières ordinaires de dimen- sions plus petites, Î^SS. Radioactivité du sol et des eaux. — La présence de matières radioactives a été mise directement en évidence dans le sol, les roches et les minéraux, dans les eaux de diverses sources et dans l'eau des mers. On peut dire actuellement que les substances radioactives, et, en particulier, le radium, sont répandues partout à la surface de la terre; ce dernier corps s'y trouve, en général, à l'état de dilution extrême. Les recherches de ^L Curie sur les minéraux avaient montré que seuls les minéraux radioactifs proprement dits ont une activité qui peut dépasser la fraction 0,0 1 de celle de l'uranium. Dans les recherches dont la description va suivre, il s'agissait de radio- activité tout à fait minime. Afin d'interpréter la conductibilité de l'air des cavernes, MM. Elster et Geitel (') ont examiné l'activité des divers terrains. On observait, au moyen d'un appareil de mesures très sensible, l'augmentation de conductibilité communiquée à l'air d'une chambre d'ionisation par la présence d'une certaine quantité de terre. Les divers terrains étudiés ont manifesté une radioactivité permanente extrêmement faible; certaines argiles se sont montrées relativement très actives ; les roches inattaquées de l'intérieur du sol semblaient moins actives ; les calcaires purs se montraient presque inactifs, ainsi que les sables quartzeux. Les activités les plus fortes étaient comparables à la fraction j-p— 5 de l'activité de la pechblende. Une terre particulièrement active est le fango, argile à base de chaux et de fer, constituant un limon déposé par les sources chaudes de Battaglia, dans l'Italie du Nord; cette terre est 4 fois plus active que la plus active des ajgiles ordinaires. En la traitant par l'acide chlorhydrique étendu bouillant, en ajoutant \in peu de baryum à la solution et en précipitant ce baryum par l'acide sulfurique, on a pu entraîner la substance active contenue dans le fango et obtenir une matière 100 fois plus active que le (') Elster et Geitel, Phys. Zeit., 190 '|. 494 CllAPITUE XVII. fango primitif, mais encore 120 fois moins active que le sulfate d'uranyle et de potassium. Il a été prouvé que cette matière émet l'émanation du radium. MM. Elster et Geitel (') ont ensuite constaté la présence de matières radioactives dans les sédiments des sources de Bade. Ces sédiments ont une activité comparable à celle des sels d'urane; ils se composent de carbonate de chaux, et l'activité est due au thorium et au radium. Les observations sur la radioactivité de dépôts de sources sont actuellement très nombreuses. On peut citer l'extraction du radiothorium des dépôts des sources d'Echaillon et de Salin-MoutierS;, par M. Blanc, et l'extraction du même corps des dépôts de Kreuznach par MM. Elster et Geitel (-). La présence du radium a été mise en évidence par M. Strutt dans les dépôts des sources de Bath. Quand l'air atmosphérique barbote dans de l'eau de source, sa conductibilité spontanée se trouve, en général, augmentée. Ce fait a été mis en évidence par MM. Pochettino et Sella (') et par M. J.-J. Thomson ('). L'accroissement de conductibilité a été attribué à la présence d'une émanation radioactive, et l'émanation contenue dans les eaux de Cambridge a été reconnue semblable à l'émanation du radium (*'). Presque simultanément, M. Himstedt (•^) a établi la présence de l'émanation du radium dans les eaux de Freiberg et dans les sources de pétrole. L'eau de pluie et l'eau distillée ne contiennent pas d'émanation. L'eau des ruisseaux, fleuves et lacs et celle de la mer sont moins actives que l'eau des sources. Les sources thermales contiennent souvent plus d'émanation que les sources ordinaires, et leurs dépôts sont quelquefois riches en matières radioactives. Le nombre des sources dont l'eau a été soumise à l'étude est actuellement très grand, et l'émanation observée est généralement celle du radium. On peut examiner : i" la quantité d'émanation contenue dans un litre d'eau de suite après extraction de la source; 2^ la quantité (') Elster et Geitel, Pliys. Zeit., 1904. {-) Elster et Geitel, Phys. Zeit., 1906. (^) Pochettino et Sella, Acad. Lincei. 1902. (*) J.-J. Thomson, Phil. Mag., 1902. (') Adams, Phil. Mag., 1908. (^) Himstedt, Ann. d. Phys., 1904. RADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE l' ATMOSPHÈRE. 495 d'émanation contenue dans un litre de gaz s'échappant de la source ; 3" la quantité de radium contenue dans un litre d'eau de source. Certaines eaux contiennent^ en effet, du radium, tandis que d'autres ne contiennent que son émanation. Dans le premier cas l'émana- tion se reforme dans le liquide après en avoir été complètement chassée ; dans le deuxième cas, l'eau privée d'émanation et conservée en vase clos reste inactive. Quand l'eau de source contient du radium ou du thorium, les sédiments sont, en général, actifs et contiennent les mêmes matières. La quantité d'émanation contenue dans les eaux et les gaz des sources, recueillis et conservés pour l'examen, diminue avec le temps ; si l'étude n'est pas faite aussitôt, il faut tenir compte de cette diminution. De plus la quantité d'émanation observée peut dépendre dans une certaine mesure de la manière dont l'eau et les gaz ont été recueillis. Enfin la radioactivité des sources n'est pas constante, mais éprouve des oscillations spontanées importantes. Quand une eau de source ne contient pas de radium, l'émanation du radium qu'elle renferme doit provenir des terrains traversés par les eaux. On observe, en général, que les gaz dégagés au griffon d'une source sont plus actifs que les eaux, ce qui tient à la valeur peu élevée du coefficient de solubilité de l'émanation du radium. Des sources très voisines peuvent avoir une radioactivité très différente. Il ne semble pas exister de relation entre la radioactivité d'une source et la température de ses eaux; parmi les sources radioactives, il en est de chaudes et de froides. Les sources les plus actives se rencontrent dans les terrains formés par les roches éruptives anciennes ; telles sont par exemple les sources de Bad Gastein, de Baden-Baden, de Plombières, La quantité d'émanation extraite d'une quantité donnée d'eau de source, ou contenue dans un volume donné de gaz de source, peut être mesurée dans une chambre d'ionisation à gaz par les méthodes ordinaires; s'il s'agit de l'émanation du radium, la mesure se fait le plus exactement 3 heures après l'introduction de l'émanation, quand le courant a atteint sa valeur maximum. Pour extraire l'émanation contenue dans les eaux on fait bouillir un volume donné d'eau, et l'on recueille les gaz chassés par l'ébul- lition. On peut aussi agiter un volume donné d'eau avec un volume donné d'air; l'émanation se partage entre l'eau et l'air, et si l'on 496 CHAPITRK XVII. connaît le coefficient de solubilité^ la mesure de la concentration de l'émanation dans l'air ainsi activé permet de déduire la valeur de sa concentration primitive dans l'eau qui a servi pour l'expé- rience (§ 03). Pour rendre comparables les diverses mesures, le meilleur procédé consiste à comparer l'ionisation observée à celle qui serait obtenue dans le même appareil de mesures avec l'émanation dégagée en un temps connu par une solution titrée de sel de radium pur. On peut aussi indiquer en valeur absolue le courant de saturation obtenu avec l'émanation provenant d'un volume donné d'eau ou de gaz, mais en ce cas les nombres obtenus dépendent de la forme de la chambre d'ionisation. La quantité d'émanation contenue dans un litre d'eau ou de gaz d'une source fortement radioactive est de l'ordre de celle qui est produite en une minute par un milligramme de radium. L'unité du milligramme- minute a été couramment employée par P. Curie et M. Laborde dans l'indication de la radioactivité des sources. Le nombre des sources qui ont été étudiées est déjà considérable, et les études ont porté sur des endroits très différents ('). Le Tableau suivant indique en milligrammes-minutes la quan- tité q d'émanation du radium contenue dans 10 litres de gaz ou d'eau de source. (') J.-J. Thomson, Eaux de Cambridge {Phil. Mag., 1902). — Adams, Phil. Mag., igo'i. — PocHETTiM et Sella, Bend. Accad. Lincei., 1902. — Elster et Geitel, Phys. Zeit., 1902, igoS. — Bumstead el Wheeler, Sources de New Haven {Amer. Journ. 0/ Se, 1908). — Strutt, Eaux de Bath {Phil. Mag.. 1904). — Curie el Laborde, Sources de France {C. B. de VAc, 1904 et igofi). — Mâche et Meyer, Sources de Gastein et de Bohême, 1904 {Wiener Ber., 1904, et Phys. Zeit., 1905). — Engler et Sievecking, Sources de Baden-Baden {Chem. Zeit., 1907). — H.-W. ScHMiDT el Kurz, Sources de Hesse {Phys. Zeit., igoS et 1906). — BoLTWOOD, Sources des Etats-Unis {Amer. J. 0/ Se, 1904)- — Mu.noz del Castillo, Sources d'' Espagne {Soc. Esp. de Fisic, 1907). — Battelli el Dechiali, B. Ac. Lincei, t. XV. — Engler, Zeit. fiir anorg. Chemie., t. LUI. HADIOVCTIVITE Df SOL KT UE LAT.MOSIMIÉRE. 497 — -^ --ri -i -Si .r, J^ 7 ^ 7^ ce r^ r- l ^ r- «; -^ K î^^ - ro J > £ -3 /- w X -J x 6 — t^ s: 7^ r. ^ Z' — < < — Sji:_;^<-< 2 ■-/: s - CI t« . C. — II. .igS CHAPITRK XVII. L'appai^eil de mesures utilisé a reçu chez divers auteurs des formes différentes^ tous les modèles étant d'ailleurs analogues; la figure 26 représente un appareil qui a été établi par MM. Chéne- veau et Laborde pour la mesure de l'émanation des eaux minérales. Les nombres du Tableau ont été calculés par M. Laborde d'après ses propres expériences et celles des autres auteurs. Quand la comparaison avec une solution titrée de radium n'avait pas été directement faite_, on déduisait cette comparaison de la valeur du courant mesuré^ et des dimensions de la chambre d'ionisation. La nature des gaz qui s'échappent des sources a fait l'objet de recherches spéciales. Ces gaz sont : le gaz carbonique^ des traces d'oxygène^ l'azote et les gaz rares : hélium^ argon^ néon. La pré- sence de ces gaz rares dans les gaz émis par les sources a été reconnue et signalée par Lord Raleigh_, par M. Ramsay et M. Dewar pour les sources de Bath, par M. Bouchard et M. Troost pour les sources des Pyrénées. M. Moureu (') a fait une étude des gaz dégagés par les sources de France et a dosé les gaz rares dans leur ensemble ; ces gaz étaient ensuite mis en présence de charbon refroidi dans un bain d'air liquide; dans ces conditions^ l'hélium et une partie du néon restent libres, tandis que les autres gaz sont absorbés. L'argon et l'hélium sont surtout présents; on trouve beaucoup moins de néon et des traces seulement de crypton. L'hé- lium est dégagé dans toutes les sources^ sans que le débit soit cepen- dant en relation avec la radioactivité de la source. Ainsi la source du Lymbe, à Bourbon-Lancy, dont la radioactivité est très modérée, donne lieu au débit maximum d'hélium^ dont la valeur atteint 10 000 litres par an dans i()ooo litres de gaz rares. On peut penser que l'hélium est en ce cas mis en liberté par l'action des eaux ther- males sur les minerais de radium traversés par ces eaux. Quant à l'argon et au néon, ces gaz peuvent provenir de l'air atmosphérique. La découverte des propriétés radioactives des sources a conduit à la supposition cjue l'action physiologique des eaux thermales pourrait s'expliquer par leur radioactivité. On sait cjue l'émanation du radium agit sur l'organisme. On a aussi souvent remarqué que certaines eaux thermales auxquelles on attribue des effets physio- logiques très marques, ne révèlent aucune composition chimique (') MouuKU, Comptes rendus, 1904 el 1906. UADIOACTIVITÉ Df SOL ET DE LAT.MOSPIIÈRE. 499 particulière (Bad Gastein^ Plombières). Enfin, on jJeut rappeler l'opinion généralement répandue, d'après laquelle certaines eaux thermales perdent leur efficacité quelque temps après leur extrac- tion de la source; ce fait pourrait s'expliquer par la destruction de l'émanation radioactive à laquelle serait due l'efficacité des eaux. L'émanation qui a été observée le plus souvent est celle du radium. Le dégagement de l'i-manation du thorium a également été constaté. On a signalé de plus certains cas où l'émanation dégagée avait une constante radioactive différente de celles qui caractérisent les émanations connues. Ainsi MM. Mâche et Adams ont signalé une émanation dont la période est de 3,^ jours, tandis que MM. Bat— telli, Occhialini et Chella ( ' ) ont constaté [dans les eaux de S. Giuliano (Toscane) la présence d'une émanation dont la période était de 6 jours et qui produisait une radioactivité induite diminuant de moitié en 3- minutes. 221. Teneur en radium à la surface de la terre. Teneur en ura- nium et thorium. — Nous venons de voir que le radium est répandu à la surface de la terre, dans la croûte et dans les eaux, en quantité minime. La concentration en radium a pu être mesurée; la méthode employée consiste à doser le radium par son émanation dans une quantité connue de substance. M. Strutt ('-) a fait à ce sujet de nombreuses recherches et a soumis à l'examen un grand nombre de roches qui forment la croûte terrestre. Les roches étaient mises en dissolution soit directement par les acides étendus, soit à la suite d'une fusion avec des carbonates alcalins ; dans ce dernier cas, on étudiait séparément la solution aqueuse du produit fondu et la solution acide du résidu insoluble dans l'eau. L'émanation s'accumulait dans la solution envase clos pendant un temps connu; elle était ensuite chassée par ébullition de la solution et recueillie dans l'appareil de mesures. Les réactifs utilisés étaient préalable- ment essayés au point de vue de leur teneur en radium. D'après les résultats de ces recherches, les roches les plus riches en radiuin sont les roches ignées granitiques. La teneur en radium des roches ignées varie entre i o. i o~' - et o,6. i o~' - gramme de radium (') Battelli, Occhialim et Chella. // .Yuovo Ciniento, 1906. (-) Strutt, Proc. Roy. Soc, ignG. :)00 CHAPITRE XVII. par gramme de roche^ avec une valeur moyenne i , j . i o ' - gramme. La teneur moyenne en radium pour les roches sédimentaires est un peu inférieure; elle est de i,i.io~'- gramme de radium par gramme de roche. Les résultats numériques obtenus sont reproduits dans les Tableaux suivants : Boches iffiiées. Espèce minérale. Localité. Densité. Granit Rhodésie 2,63 » Lamorna (Cornouailles) 2,6.2 Syénite à zircon Brevig (IVorvège) 2,74 Granit Roseniorran ( Cornouailles) 2,62 )) Cap de Bonne-Espérance 2 ,67 » Saint-Yves (Cornouailles ) 2,61 » Sliap Fell (Westnioreland ) 2,63 Eléolite Laurdal ( Norvège) 27/0 Granit Mayton (Devonsliire) 2,61 Blue ground Kimberley 3, 06 Leucite Somma du Vésuve 2 ,72 Granit à hornblende. Assouan 2,64 Syénite à augite ... . Laurvig (Norvège) 2,73 Péridot Ile de Rum 3 , 1 5 Pitschlone Ile de Eigg 2,41 Diorite à hornblende. Schriesheim (près Heidelberg) 2,89 Basalte à olivine .... Jalisker Bay, Skye 2,89 Euchiste à olivine ... Ile de Rum 2,97 Basalte . \'ictoria Falls 2,73 Granit à hornblende. M. Sorrel ( Leicestershire) 2,71 Dolérite Ile de Canna 2,93 Greenstone Garrik Dû Saint-Yves 2,99 Basalte Giants Causeway Antrim 2,80 Serpentine. ......... Cadgwith, Lizard 2,60 Granit Ile de Rum 2,61 Olivine » 3,22 Dunite L. Scaivig 3,34 Basalte Ovifak Groenland 3, 01 Ha en gramme. Par yraninie. Par cent cube. 9. 56 X lo-i- 2>,2 X IO-'2 9i'jJ •i\ , 5 )) 9,3o 2>,:1 I) 8,43 22 , 1 )) 7,iJ 19,1 y- 6,90 18,0 ). 6,63 ■7, G » 4,88 l3,2 )> 3,69 9,<'4 » 3,37 10,3 )> 3,33 9,07 u 2,45 G, 47 )> 1,86 5,07 » ',''7 4,32 )> 2 , 0() 4,97 )> 1,98 3,73 » 1,32 3,82 )> 1 , 28 3,80 )) 1 ,26 3,46 ,. 1,2 5 3,38 )) 1,24 3,65 )l 1,14 3,41 )) i,o3 2,89 » I ,00 2,60 » 0,723 1,89 » 0 , 676 2,18 » 0,664 2,22 » o,()i3 1,84 » Rad ium par gran)me, en gramme. 5,84X10-1 4,o5 » 3,8; )> 3,77 » 3,o4 )) •2,5; 1) •2,5o )) •2,1 3 » ',73 » 1,68 )) 1,42 )) i,o7 » I ,o6 » 0,54 » 0,32 » UADIOACÏIMTK DU SOL ICT DE LATMOSl'UÈRK. 5oi Boches scdinientaires. Roches. Provenance. Oolite Bath » Saint-Albans Ilead Marbre. liast Lothian Argile de Kimmeriilge. . ..... Ely Gaillaise Galicie Ardoise Wales (?) Ardoise silioifiée Saint-Yves (Cor noua il les) Argile de Gaiilt Cambridge Argile Terling, Esse\ Cailloux East Lothian Graviers Terling Essex Craie rouge Hunslanton Gros cailloux Terling, Essex Marbre blanc Deccan, Inde Marbre East Lothian Craie Fond du puits Cherry Hinton, Cambridgeshire 0,78 Craie Partie supérieure du même puits 0,25 Minéraux. Zircon Oural 865 x i » Caroline du Nord 658 » Brevig 189 » Kimberley 74,8 Perofskite ^lagnes Cove, Arkansas 197 Sphène (?) 1 02 Apatite Suède 29,7 » Californie 11,0 Hornblende (?) 4,27 Tourmaline . Devonshire 8,82 Labradorite Labrador i , i (?) FeUlspath blanc Nellore (Inde) 0,6 (?) Mica blanc Nellore (Inde) 1,0 (?) Mica brun Deccan (Inde) ',o(?) » I) (?) o , 00 Quartz blanc Xellore ( Inde) 0,00 Rutile (?) 0,00 Ilinénite (?) 0,00 302 CHAPITRi: XVII. Des recherches faites par JMM.' Eve et M. Me Intosh ( ' ) sur les roches au voisinage de Montréal (Canada) ont conduit à une valeur moyenne de i , i . i o ~ ' - gramme de radium par gramme de roche. La méthode utilisée était analogue à celle dont s'était servi M. Strutt. Des essais d'évaluation de la teneur en radium par l'utilisation des rayons pénétrants émis par les roches ont conduit à une teneur 10 fois plus grande^ et ce résultat a été attribué à la présence dans les roches de thorium et de radiothorium dont le rayonnement pénétrant s'ajoute à celui du radium. La teneur de l'eau de mer en radium a été examinée par divers savants. Cette teneur est très faible; de plus les résultats obtenus varient dans de larges limites. M. Strutt (-) a indiqué la valeur 0,08. io~'- gramme de radium par gramme de sels extraits de l'eau de mer^ ce qui correspond à 2,3. 10"'^ gramme de radium par gramme d'eau de mer. M. Eve (') a trouvé 9.10 "' gramme de radium comme valeur moyenne par gramme d'eau dans l'Atlan- tique du Nord. AL Joly (') a trouvé en moyenne 3,4- io~''' gramme de radium par gramme d'eau de mer au voisinage des côtes et 1,1. io~'^ gramme par gramme d'eau prise loin des côtes (océan Atlantique^ océan Indien^ Méditerranée) ; la teneur indiquée est très supérieure à celle indiquée par M. Eve. L'ionisation de l'air au-dessus de l'océan n'étant pas, d'après M. Eve^ sensiblement différente de celle qu'on observe sur le continent_, on pourrait penser que cette ionisation ne peut s'expliquer par la présence de radium dans l'eau de mer^ mais plutôt par la présence dans l'atmosphère marine de l'émanation du radium amenée par les vents venant des continents. Cependant il faut remarquer que l'émanation du radium se dégage bien plus facilement de l'eau que du sol^ et que, pour cette raison, la proportion de radium qui est nécessaire pour assurer une certaine ionisation dans l'atmosphère est moins élevée dans le cas de l'eau que dans le cas du sol. De plus, l'air marin ne contient pas de poussières susceptibles d'absorber les ions formés. Les roches anciennes qui contiennent du radium doivent con- (') Eve et. Me Intosii. Pkil. Mag., n^)-. {') Strutt, Proc. Boy. Soc, t. LXXXVIII. (^) Eve, Phil. Afag., 1907 et 1909. (*) Joly, Phil. Mag., 1908 et 1909. RADIOACTIVITÉ DU SOL ET UE LATMOSIMlÈllE. 5o3 tenir une proportion correspondante d'uranium. A une teneur en radium de io~'- gramme correspond une teneur en uranium d'en- viron .:'). 10"" gramme par gramme de roche. Les granits riches en radium se trouvent souvent au voisinage de gisements de minerais d'urane. Un essai d'évakiation de la teneur du sol en thorium a été fait par M. Blanc (')^ par la méthode suivante : un fil chargé néga- tivement était placé sous une cloche au voisinage immédiat du sol; on déterminait l'activité induite du type thorium acquise par le fil après une exposition longue; cette activité pouvait atteindre dans ces conditions (So pour loo de l'activité totale. L'expérience était ensuite recommencée en plaçant le fil sous une cloche^ recou- vrant un mélange de terre et d'hydrate de thorium en proportion connue. On trouve ainsi que l'effet du sol indique une propor- tion 0,00 1- pour 100 d'hydrate de thorium_, soit une teneur d'environ i ,5. io~^ gramme de thorium par gramme de sol. Des déterminations directes de la teneur en thorium à la surface de la terre ont montré que cet élément est très répandu dans la croûte terrestre et se trouve dans les roches t'-ruptives^ les laves^ les roches sédimentaires et l'eau de l'Océan. Dans des expériences faites par M. Joly(-)^ime quantité connue de roche était mise en dissolution. On faisait bouillir la dissolution pour chasser l'émana- tion du radium qu'on dosait dans certains cas, puis on faisait passer dans le liquide un courant d'air qui entraînait l'émanation du thorium dans un appareil de mesures. L'efl'et obtenu était comparé à celui que fournit clans les mêmes conditions une solution cjui contient une quantité connue de thorium. M. Blanc (') séparait des roches les hydrates de terres rares contenant le thorium; l'activité de ces hydrates était mesurée et comparée à celle d'une quantité connue d'hydrate de thorium; on s'assurait par une étude préalable cjue l'activité ne pouvait être due au radium ou à l'actinium. Les résultats de ces recherches ont été résumés dans le Tableau ci-après : (') Blanc. PItys. Zeit., 190S. (-) JoLY, Phil. Mag., 1909 et 1910. (') Blaxc, Phil. Mci_^., 1909. JU4 CHAPITRE XVII. Teneur Teneur en llioriuni en radium en ijininiiie, en yraninie, par gramme jiar gramme de matière. de matière. I Syénite (La Balma, Biella) . . . . 8,28. io-5 Tji 1 » n>afrni, Biella) 6,3o » Blanc ( 01 / 1 Granit ( Baveno, Lake iMajor ). 3, 14 " » (Vosges, France) '^,07 » Granits et gneiss du massif du . Finsleraarliorn i,85 >• 7,7.10-12 1^ 1 1 Boclies sédinientaires, TJrsein- Koclies ' , , , ' mulde 0,0- » /,,() » du tunnel 1 ,, •<• o • . /- 1 1 .' •> ^, ^ , i iMassit Saint-Gotliard 1,18 » 3,q » S'-Gothard./ n 1 ■ r . • t- . f noclies seunnenlaires, lessin- mulde o,'Ji » 3,4 » Lave du ^'ésuve de igoG 2,6 )> Basait, Giants, Canseway 0,9 » Gneiss, tunnel du Simplon 1,1 » Calcaire carbonifère, Armagh < 0,2 » Argile rouge du Pacifique 0,4 » Eau de mer, océan Indien 0,9 » » » Atlantique du Sud < 1,1 « D'après ces résultats la radioactivité de la croûte terrestre n'est pas due seulement au radium^ mais peut provenir en grande partie du thorium et de l'uranium. La présence de l'actinium a aussi été mise en évidence dans certains cas. M. Giesel a extrait de l'actinium de la terre végétale de l'île Capri(')^et certains observateurs ont signalé la production d'une radioactivité induite du type actinium sur des fds exposés dans l'air au voisinage du sol [Dadourian^ Gockel (-)]. On peut chercher à se rendre compte de la correspondance qui existe entre la teneur du sol en radium et la teneur de l'atmo- sphère en émanation du radium. Si un mètre cube d'air atmosphérique contient l'émanation qui est en équilibre avec 80. 10"'- gramme de radium^ et si un gramme de roches superficielles contient en moyenne 1,4.10"'- gramme de radium_, (io- de roches pourraient fournir l'émanation contenue dans (') Giesel, Phys. Zeit., 190.5. (-) GocKV.h, Phys. Zeit., 1907. lUDiOAcrn iTii ui sol kt i»k l'ai.mospiikiu:. 5o5 un mètre cube d'air, à condition que toute l'émanation produite puisse s'échapper. Si l'on admet que la proportion de l'émanation dégagée est d'environ ■> pour i oo pour une épaisseur de sol d'un mètre, on peut explicjuer la teneur de l'atmosphère en émanation sur une hauteur de ■)}'" à o'^'"'. On peut remarquer que l'émanation ne se dégage pas seulement de la masse du sol, mais qu'elle se déverse aussi par des fissures et avec les eaux de source; par ce moyen l'émanation produite dans les couches profondes du sol peut également atteindre l'atmosphère. On voit donc qu'il n'y a aucune difficulté à expliquer la teneur de l'atmosphère en éma- nation au voisinage du sol par la présence du radium dans la croûte terrestre. l22o. Procédés de mesures de l'ionisation de l'air atmosphérique. — Ainsi qu'il résulte de l'étude de la radioactivité de l'atmosphère, du sol et des eaux, l'ionisation de l'air atmosphérique est due à la présence dans l'air des émanations radioactives et de leurs dépôts actifs, et aux radiations pénétrantes provenant du sol. Il est peu probable qu'il existe une ionisation appréciable de l'air indépendante de la radioactivité de l'atmosphère et de la croûte terrestre. L'étude systématique de l'ionisation de l'atmosphère offre un grand intérêt; la présence des ions intervient, en effet, dans divers phénomènes météorologiques, tels que l'existence d'un champ électrique à la surface de la terre et les variations de ce champ, et la production des nuages par condensation de la vapeur d'eau sur les centres chargés. MM. Elster et Geitel (') observaient l'ionisation de l'air atmo- sphérique en mesurant la vitesse de décharge d'un cylindre chargé exposé à l'air et relié à un électroscope. Cette méthode très simple fournit des résultats c|ui varient beaucoup avec les conditions de l'expérience telles cjne le vent ou la protection du conducteur de déperdition. Une méthode plus précise indiquée par M. Ebert (-) consiste à faire passer un volume d'air connu dans un condensateur cylindrique dont l'électrode centrale est reliée à un électroscope , (') Elster et Geitel, P/hs. Zeit., 1899. (-) Ebert, Ph^■s. Zeit., 1901. JoG CHAPITRE XVII. tandis que le cylindre extérieur est porté à un potentiel convenable. Si la vitesse du courant d'air est convenablement réglée^ tous les ions d'un signe contenus dans le volume d'air considéré pourront être recueillis par l'électrode (§7); en renversant le sens du champ on recueille les ions de signe contraire. Cette méthode qui est actuellement utilisée de préférence, se prête aussi à l'enre- gistrement automatique des résultats obtenus; un dispositif enre- gistreur des ions de l'atmosphère a été établi par MM, Langevin et Moulin ('). Pour que tous les ions d'un certain signe et de mobilité /." puissent être recueillis par l'électrode centrale, la longueur l de celle-ci doit avoir une valeur suffisante. Si V est la différence de potentiel entre les deux armatures du condensateur, C la capacité de celui-ci par unité de longueur et Aie débit d'air en volume, on doit avoir A L'air atmosphérique contient des ions de deux espèces : i " les petits ions, absolument comparables à ceux qui sont créés dans l'air exempt de poussières par les rayons Riintgen ou les rayons Becquerel; ces petits ions doivent vraisemblablement tous leur origine à la radioactivité du sol et de l'atmosphère; leur mobilité est de l'ordre de i ""^ 5 par seconde dans un champ de i volt par cen- timètre; ?/' les gros ions, véritables particules ou gouttelettes char- gées dont le diamètre est de l'ordre du centième de micron, et la mobilité i ooo à 3ooo fois plus petite que celle des petits ions. La charge qu'ils représentent par unité de volume peut être beaucoup plus grande que celle représentée par les petits ions, le rapport pouvant atteindre 5o, mais la conductibilité qu'ils communiquent à l'air atteint à peine quelques pour i oo de la conductibilité totale, parce que cette conductibilité dépend du produit de la densité en volume des charges par leur mobilité. jLa formation des gros ions a été expliquée par M. Langevin (-) par la diffusion des petits ions vers les particules neutres suspendues dans l'atmosphère ; il s'établit un régime d'équilibre entre le nombre des gros ions ainsi formés (') LvNOKvix et Moulin. Le Radium, 1907. (■■') Langevin, Soc. de Phys., 190J. RAlilOACTIVlTÉ Df SOL ET DE l'aTMOSPHÉRE. JOJ et le nombre de ceux qui reconstituent des particules neutres par recombinaison avec les petits ions de signe oppose. La proportion de gros ions dans l'atmosphère croît avec le degré d'impureté de celle-ci^ et cet accroissement se fait aux dépens de la proportion des petits ions simultanément présents. On peut considérer comme vraisemblable que les gros ions et les particules neutres de l'air jouent le rôle de centres de conden- sation de la vapeur d'eau pour les nuages qui se forment à des altitudes au-dessous de 2000'". Ces particules peuvent^ en efîet^ condenser la vapeur d'eau à peine sursaturante^, et en leur présence la condensation dans une masse d'air humide qui s'élève peut être déterminée par un refroidissement faible. En raison de sa pesanteur, le nuage ainsi formé peut se trouver abandonné par la masse d'air qui s'élève; celle-ci ne pourra alors former de nouvelles gouttes qu'à une altitude beaucoup plus élevée_, quand le refroidis- sement aura donné lieu à une sursaturation suffisante pour que la condensation puisse avoir lieu sur les petits ions; les couches de nuages élevées (jusqu'à io'^"'ou 12''"') sont probablement formées dans ces conditions. Dans l'appareil de M.M. Langevin et Moulin les petits ions sont recueillis dans un condensateur dont l'électrode a une longueur de 20"" et un diamètre de r"'.S, tandis que le tube extérieur a 5' '" de diamètre et 3o"" de longueur; le débit d'air est d'environ i ,3 litre par seconde et la différence de potentiel entre l'électrode et le tube est de oS CHAl'lTHE XVII. donné d'air a passé, l'électromètre est automatiquement remis au zéro^ le sens du champ est renversé_, puis l'électromètre est à nouveau isolé; l'enregistrement des charges de signes contraires est ainsi rendu automatique et alternatif. Connaissant en valeur absolue la charge d'un signe contenue dans un volume donné d'air^ on peut en déduire le nombre des ions du même signe si la charge d'un ion est connue. En admettant que la charge d'un ion est voisine de4-io~'" unité électrostatique, on trouve que le nombre des petits ions d'un signe est de l'ordre de I ooo ions par centimètre cube dans l'air peu chargé de poussières. Le nombre d'ions mesuré directement par la méthode d'Ebert peut être susceptible d'une correction appréciable provenant de l'accumulation du dépôt actif sur l'armature négative du conden- sateur. En raison de cette accumulation, le courant de charge de l'électrode croît en fonction du temps pendant l'aspiration de l'air; quand l'aspiration est arrêtée, on observe dans le condensateur un courant décroissant. Les ions recueillis par l'électrode ne sont donc pas seulement ceux qui étaient contenus dans l'air admis dans le condensateur, mais aussi ceux C[ui se forment à l'intérieur du condensateur par suite de l'activation des parois de celui-ci. En observant la loi de variation du courant en fonction du temps, on peut évaleur l'importance de cet effet ; en opérant ainsi M. Kurz ( ' ) a trouvé cjue la correction est de l'ordre de 4 pour i oo pour le dispositif expérimental employé. L'ionisation de l'air atmosphérique au voisinage immédiat du sol est beaucoup plus grande que celle qui est observée à une certaine distance. MAL Ebert et Kurz ont mesuré et enregistré la conductibilité qu'on peut obtenir entre le sol et une plaque métallique placée à :V"' de distance (-). Il résulte de ces expé- riences que le nombre d'ions produits dans i ''"' d'air contenu dans le sol est d'environ îoo par seconde. Les mesures faites avec l'appareil enregistreur de M. Ebert (§ '222), ont conduit à un résultat très analogue. 220. Origine de l'ionisation de Fair atmosphérique. Ionisation en (') Kurz, Phys. Zeit., 1908. (-) Kl'uz, Phvs. Zeit., 1910. RADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE LATMOSPIIÈRE. , 5oi) vase clos. — La dissémination des substances radioactives connues dans le sol et la présence de leurs émanations radioactives et des dépôts actifs dans l'atmosphère sont des causes cjui entretiennent dans l'air atmosphérique une ionisation permanente. On peut se demander si ces causes interviennent seules et si^ en dehors de leur action, il existe encore une ionisation supplémentaire des gaz de l'air. Le nombre d'ions présents dans l'unité de volume de l'air est déterminé par un équilibre de régime entre la production, la recombinaison et l'effet du champ électrique terrestre; ce nombre est de plus constamment influencé par les conditions météoro- logiques et ne constitue pas une donnée numérique simple et constante. Des résultats de signification plus simple peuvent être obtenus par la mesure de la production d'ions dans un vase clos, cette production étant évaluée par l'intensité du courant de satu- ration qu'on peut obtenir dans une chamljre d'ionisation entière- ment close. Toutefois, en utilisant cette méthode, on introduit une nouvelle cause d'action possible : l'effet des parois. Celles-ci peuvent intervenir soit par les rayons secondaires qu'elles émettent sous l'influence des rayons primaires qui pénétrent dans la chambre, soit par une radioactivité qui leur serait propre, ainsi que le sup- posent certains auteurs qui ont interprété dans ce sens les résultats de leurs expériences. L'ionisation en vase clos peut être déterminée directement par les causes suivantes : I " Rayons pénétrants qui entrent dans la chambre d'ionisation au travers des parois et qui sont émis soit par les substances radio- actives présentes dans le sol, soit par les particules de dépôts actifs suspendues dans l'atmosphère (rayonnement extérieur) ; Rayons secondaires émis par les parois de la chambre sous l'action des rayons pénétrants primaires; 2" Rayons émis par des émanations radioactives contenues dans la chambre et par les dépôts actifs formés sur la face interne de la paroi, et rayons secondaires accompagnant ces rayons pri- maires ; les émanations radioactives peuvent avoir été introduites avec l'air extérieur; on peut aussi envisager le cas où les parois dégageraient de telles émanations ; o" Rayons provenant de la paroi elle-même, si celle-ci est 5lO CIIAl'ITRli: XVII. radioactive^ et rayons secondaires accompagnant ces rayons primaires. La radioactivité de la paroi peut être attribuée à la présence d'impuretés radioactives connues; ou bien elle peut être considérée comme une propriété caractéristique de la matière qui constitue la paroi. Chacune de ces trois catégories peut, comporter des rayons pénétrants et des rayons absorbables^ de sorte que l'ensemble des radiations actives constitue^ dans le cas général, un rayon- nement hétérogène. L'expérience a montré que la production d'ions dans des vases clos dont la paroi ne semble pas contenir d'impuretés radioactives est de l'ordre de i o ions par centimètre cube et par seconde et dépend de la nature de la paroi. Ce dernier résultat peut en ^Drincipe s'expliquer soit par une radioactivité générale très faible propre à toute matière et variant avec la nature de celle-ci^ soit par ce fait que chaque matière se comporte d'une manière diffé- rente en ce qui concerne l'absorption du rayonnement extérieur et l'émission de rayons secondaires sous l'action de ce rayonnement extérieur primaire. Il est utile de se rendre compte du nombre des ions qui peuvent être produits dans l'atmosphère par la radioactivité de la croûte terrestre et de l'air atmosphérique. Nous avons vu que l'air con- tient par mètre cube une quantité d'émanation du radium qui serait en équilibre avec environ io~'" gramme de radium; la quantité d'émanation par centimètre cube d'air correspond donc à lo"'" gramme de radium et le nombre des particules a de chaque groupe émises dans un centimètre cube est 3^4 -lo"'' par seconde. La production d'ions correspondante est donnée par la formule q = J ;4 • lo^''' ''l -^ ''i -+- "■'3 ,1- ^'\-,'''-2} '■'a étant les nombres d'ions produits respectivement par une particule a de l'émanation^ du radium A et du radium C. En posant v, -r V2 + v-j = (i . 1 1)^ , on trouve (] ^ 2,5 par cin^ ol sec. On peut montrer cjue la production d'ions attribuable aux rayons pénétrants du dépôt actif du radium répandu dans l'atmosphère est bien moins importante que la production due aux rayons a. RADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE l'ATMOSI'HÈRE. 5[I Examinons d'abord le cas des rayons [ii. L'expérience a montré que^ dans l'air sous i'"™ de pression^ une particule [î de grande vitesse émise par le radium produit environ un ion d'un signe sur une longueur de i o"" (Durack) ; le nombre d'ions produits par centimètre dans l'air sous la pression atmosphérique est donc -6^ et le nombre d'ions produits le long du parcours total est —, li. si 0O 000 tions dues aux ravons y. et aux rayons i est environ -. — , soit i(), "^ ' ri ()Oo Ce calcul s'applique aux rayons 3 de grande vitesse; les électrons plus lents, tels qu'ils sont produits parle radiuniB^ont un pouvoir ionisant plus élevé que les électrons rapides; en revanche leur coefficient d'absorption est beaucoup plus grand, et l'ionisation totale doit être inférieure à celle produite par une particule rapide. Pour évaluer l'ionisation due aux rayons *', désignons par p la quantité de radium qui se trouverait en équilibre avec l'émanation contenue dans l'unité de volume, et soit K le nombre d'ions qui seraient produits par seconde dans l'unité de volume par un gramme de radium placé à l'unité de distance, si le rayonnement n'était pas absorbé; soit y. le coefficient d'absorption des rayons par l'air. Considérons l'ionisation en un point P comme produite par les rayons V émis par des couches comprises entre des sphères ayant leurs centres en P. L'ionisation i en P, attribuable au radium distribué uniformément dans la couche comprise entre les sphères de rayons r et /• + dr et rapportée à l'unité de volume, est donnée par la relation i = '- — e-\^'-= 4 - p K e-\^'' dr, r- et l'ionisation totale I obtenue en P par unité de volume est SlO, CIIAPIÏUE XVII. donnée par la formule /" °° , 1 ~ l> K A = / 4 -p K e-V-'- (Ir = -^— Y • 0 ' Dans le cas actuel tout se passe comme si l'on avait /) = 8o. 10 '^ -^ — environ. ^ C M 1 " Le coefficient d'absorption ;j. déduit de celui qui a été déterminé pour l'eau^ par application de la loi des densités, est égala o,oooo4 1. La constante K a été déterminée par M. Eve qui a fait agir une quantité connue de radium sur une chambre d'ionisation placée à une distance convenable ; on trouve K— 3 X i o% pour un gramme de bromure de radium, soit 5,i3.io^ pour un gramme de radium. On déduit de ces données A = 0,12, nombre environ 20 fois plus petit que celui qu'on obtient pour les rayons a. Les expériences faites par la méthode Sella indiquent que l'ioni- sation produite dans l'atmosphère par l'émanation du thorium et ses dérivés est moins importante que celle qui est produite par l'émanation du radium et ses dérivés et constitue probablement quelques pour 1 00 de cette dernière. On peut donc prévoir que la production totale d'ions, par les émanations et les dépôts actifs contenus dans l'atmosphère, est d'environ 3 ions par centimètre cube et par seconde. Il reste à examiner l'ionisation attribuable au rayonnement pénétrant de la matière radioactive contenue dans le sol. On peut admettre que cette ionisation est la moitié de celle qui serait produite dans une cavité placée dans le sol à une profondeur suffisante. Le nombre ^ d'ions produits dans une telle cavité par unité de volume et de temps peut être calculé par la formule où p est la teneur en matière radioactive par centimètre cube du sol, 'J. le coefficient d'absorption des rayons par le sol et Iv la même constante que celle qui a été utilisée pour le calcul de l'ionisation due aux rayons pénétrants de l'atmosphère. On peut aussi écrire RAPIOACTIVITK DL' SOL ET DE LATMOSPHKRE. ') l'i OÙ 0 est la densité du sol et po la teneur en matière radioactive par gramme de sol. Si l'on pose pi = 2.IO-12 gr, ^ = 0,04 (rayons y), 0 on trouve — = 1 ,3 environ. Par conséquent les rayons y du radium présent dans le sol avec la concentration indiquée peuvent fournir dans l'atmosphère environ i.5 ion par centimètre cube et par seconde. Les rayons j du radium ne pénètrent pas aussi loin dans l'atmosphère que les rayons ", mais dans la région voisine du sol ils peuvent fournir une ionisation du même ordre. Le thorium contenu dans le sol est une source importante de rayons pénétrants. D'après M. Eve l'effet ionisant des rayons -' du radium est à celui des rayons y d'un même poids du thorium dans le rapport -.10''' ('). D'après cela une teneur en thorium^ d'environ \o~' gramme par gramme de sol, aurait pour effet de produire dans l'air atmosphérique une ionisation par rayons -' égale à celle que produit le radium contenu dans le sol. Cette teneur est précisément celle qu'indique en moyenne l'expérience pour les roches du tunnel de Saint-Gothard (Joly). La valeur moyenne qui résulte des recherches de M. Blanc est plus élevée et conduirait à attribuer aux rayons y du thorium un effet ionisant 5 fois plus grand qu'à ceux du radium. On voit donc qu'en résumé on peut prévoir^ à une certaine distance du sol_, une production de quelques ions (6 à 10)^ par centi- mètre cube et par seconde. Le nombre réellement observé dans un vase clos de grand volume^ dans lequel l'effet des parois est peu important^ est environ q = 10. Ces nombres sont du même ordre de grandeur, le nombre observé étant plutôt supérieur au nombre prévu. La teneur moyenne du sol en matière radioactive n'est pas connue assez exactement pour permettre des conclusions défi- nitives. Il est cependant extrêmement probable que l'ionisation ') Eve, Phys. Zeit., 1907. C. — II. 01 I ciiAi>iTnii XVII, de l'air atmosphérique peut recevoir une explication suffisante par la présence dans le sol et dans l'atmosphère de matières radio- actives. Il semble aussi très probable qu'à une distance modérée du sol le rayonnement pénétrant des matières contenues dans le sol joue un rôle prépondérant, le rayonnement du thorium pouvant d'ailleurs être plus important que celui du radium. Les varia- tions de l'ionisation dans l'atmosphère peuvent s'expliquer par les oscillations de la teneur de l'air en émanations et en dépôts actifs; celles-ci peuvent être occasionnées par des variations de pression, par le vent, par le passage de pluies, etc. La production de i o ions par centimètre cube correspond à une densité d'équilibre des ions, n = iàoo, si l'on ne tient compte que de la recombinaison et si l'on donne au coefficient de recom- binaison la valeur i,(3. lo"". Mais la valeur de n est en réalité abaissée par suite de la présence de poussières. Le nombre réelle- ment observé dans une atmosphère peu chargée de poussières est environ looo petits ions par centimètre cube. Au voisinage immédiat du sol, l'ionisation est plus intense (production d'environ oooions par centimètre cube et par seconde). Cet accroissement d'ionisation peut être attribué au rayonne- ment a des émanations qui se dégagent du sol et des dépôts actifs formés à la surface du sol. Les particules de dépôt actif (radium A, thorium A), formées près de la surface, doivent être, en effet, entraînées vers celle-ci par l'action du champ électrique terrestre dirigé vers cette surface. En particulier le dépôt actif de l'éma- nation du thorium doit être ainsi retenu en forte proportion, la destruction de l'émanation ayant lieu très près de la surface. Quelques expériences ont été faites en ballon en vue de mesurer l'ionisation de l'air aux grandes altitudes (jusqu'à (kioo'"). Les résultats obtenus sont encore peu nombreux; il semble cependant que la concentration en petits ions dans ces régions élevées est du même ordre que celle cju'on observe dans les couches infé- rieures de l'atmosphère. Parmi les causes ionisantes qui inter- viennent aux altitudes élevées, on a reconnu la présence de l'éma- nation du radium et de ses dérivés; quant à l'elîet du rayonne- ment pénétrant du sol, il doit être considérablement affaibli à ces distances. On peut donc se demander si les régions supé- rieures de l'atmosphère ne sont pas soumises à l'action d'une UAiiioAGTivrrK nu soi, i;t de i/atmosimikrk. 5i5 cause ionisante d'origine non terrestre, par exemple à raction d'un rayonnement pénétrant venant du Soleil, qui ne se ferait plus sentir que faiblement dans les régions inférieures. Cependant il n'est pas certain qu'une hypothèse de ce genre soit nécessaire. En effet, si aux grandes altitudes les causes ionisantes connues sont affaiblies, la perte d'ions par recombinaison ou par diffusion vers les poussières y est également diminuée. L'air des hautes régions ne contient pas de poussières, et sous une pression réduite le coefTicient de recombinaison a une valeur plus faible qu'à la pres- sion atmosphérique; une même concentration en petits ions peut donc être obtenue avec une production bien moindre. Nous verrons plus loin que dans certaines conditions l'ionisation en vase clos peut devenir très faible; toutefois elle reste obser- vable et, étant donné la complexité de ses causes, aucune ophiion définitive n'a encore pu s'établir en ce c|ui concerne la possibilité d'une ionisation spontanée de l'air indépendante de phénomènes radioactifs, ou d'une ionisation attribuable à une radioactivité générale de la matière. Cependant, d'après ce qui précède, l'expli- cation complète de l'ionisation de l'atmosphère par la présence, dans l'atmosphère et dans le sol, de matières radioactives connues paraît parfaitement possible. 227. Rayonnement pénétrant à la surface de la terre. — Nous avons vu que l'ionisation qu'on observe en vase clos est un phénomène dont la nature peut être très complexe. L'étude de ce phénomène présente un grand intérêt, parce qu'elle est en relation avec un problème très important : celui de l'exis- tence d'une radioactivité générale de la matière. Les matières radioactives connues sont très répandues à la surface du globe terrestre; il peut aussi exister des matières radioactives encore inconnues. Les recherches faites sur l'ionisation spontanée en vase clos ont montré que cette ionisation dépend de la nature de la paroi du vase; il est important de distinguer si la paroi inter- vient comme source de rayons, quelle que soit la matière dont elle est formée, ou bien si son rôle peut s'expliquer sans faire intervenir cette hypothèse. Les causes qui peuvent, en principe, provoquer l'ionisation en vase clos ont été énumérées dans le paragraphe précédent. Ces 5l6 CllAl'lTKK WII. causes permettent de prévoir que l'ionisation doit^ en général, être attribuée en partie à l'action de rayons absorbables et en partie à l'action de rayons pénétrants. L'existence d'un rayonne- ment très pénétrant à la surface de la terre a, en effet, été constatée par de nombreux observateurs, et tout d'abord par M. Me Lennan et MM. Rutlierford et Cooke ( ' ). M. Me Lennan mesurait la conductibilité de l'air dans un récipient métallique qui se trouvait à l'intérieur d'un récipient jdIus grand, l'espace intermédiaire pou- vant être rempli d'eau, dont la couche avait 2 à*"" d'épaisseur. Lors de l'introduction de l'eau, l'ionisation dans le vase intérieur se trouvait réduite à ()) pour 1 00 environ de sa valeur initiale ; cette ionisation était donc due en grande partie à une radiation extérieure qui s'est trouvée totalement ou partiellement supprimée. MM. Rutherford et Cooke ont constaté de même qu'on pouvait réduire l'ionisation dans un vase clos en entourant celui-ci d'écrans absorbants, par exemple d'écrans de plomb. Avec un écran de 5"'" d'épaisseur, l'ionisation était diminuée de 00 pour 100 environ; le même résultat était obtenu avec des écrans de fer. L'effet des écrans semblait épuisé pour des épaisseurs de quelques centimètres. En disposant convenablement les écrans. M. Cooke a pu s'assurer que la radiation pénétrante vient indifféremment de tous les côtés. Des résultats semblables ont été obtenus avec des vases placés en plein air loin de tout bâtiment, de sorte qu'il est certain que la radiation pénétrante n'est pas due uniquement aux substances radioactives présentes dans les laboratoires, mais doit être considérée comme provenant du sol et de l'atmosphère. Le rôle des écrans est complexe. S'ils absorbent le rayonnement pénétrant extérieur, ils peuvent aussi émettre eux-mêmes un tel rayonnement. Conformément à cette remarque, on a pu aussi observer l'accroissement de l'ionisation dans un vase clos par l'action de parois solides placées au voisinage. Ainsi une radiation pénétrante vient de la brique; quand on place un électroscope à l'intérieur d'vme cage en brique, l'ionisation peut se trouver augmentée de ^o pour 100, et l'effet n'est épuisé que pour de grandes épaisseurs. On doit donc attribuer aux briques une ra- (') McLennan. Phys. Rev.. 190!. — ItUTiiEUFORD et Cookv.^ Amer. Pins. Soc.., 190».. — CooKii. Phil. Mag., UJo'^. UAOIOVCTIVITK DU SOI, I-T DR I.' ATMOSPIIKUIC. Si; dioactivité appréciable^ et ce fait est en accord avec les observa- tions de MM. Elster et Geitel sur la radioactivité des argiles. Le rayonnement émis par la brique était absorbé par une épaisseur de plomb de ■>.'""'. D'après les observations de MM. Elster et Geitel, l'air des cavernes et des grottes est, en général, plus fortement radioactif que l'air extérieur; ce fait est dû à l'accumulation des émanations dans ces espaces confinés dont les parois contiennent des matières radioactives. On peut donc penser qu'en introduisant une chambre d'ionisation close dans une caverne, on observera, en général, un accroissement d'ionisation, le rayonnement pénétrant venant de l'air ambiant étant plus intense qu'à l'air libre et le rayonnement pénétrant des parois étant reçu de tous côtés. Dans certains cas on constate, en effet, un tel accroissement [Wulf, expériences faites dans le tunnel du Simplon (')],mais le phénomène inverse a aussi été observé. Ainsi, en mesurant l'ionisation dans un vase clos, d'abord à la surface de la terre et ensuite dans une caverne contenue dans une mine de sel gemme, MM. Elster et Geitel ( - ) ont constaté une diminution de l'ionisation d'environ 28 pour 100; cette dim.inution était due à la suppression de rayons pénétrants, et, conformément à ce fait, l'ionisation de l'air dans la caverne était aussi beaucoup plus faible que l'ionisation dans l'air normal. Une diminution de l'ionisation de 4^ pour 100 a été observée dans des cavernes de craie (Wulf). On peut supposer que le sel gemme et la craie sont pauvres en matière radioactive et que les parois des cavernes peuvent pour cette raison fonctionner d'une manière efficace comme écrans protecteurs contre la radiation extérieure. Le rayonnement pénétrant qui intervient pour produire l'ioni- sation en vase clos peut provenir en partie du sol, en partie de l'atmosphère. Il est probable que la part venant de l'atmosphère est moins importante; c'est cependant à cette part du rayonne- ment que doivent être probablement attribuées certaines varia- tions régulières ou irrégulières de l'ionisation observée. 228. Variation de l'ionisation en vase clos. Relation avec la (') Wulf, Phys. Zeil., 1909. C) Elster et Geitel, PAys. Zeit., 1903. 5l8 CIIAPITRK XVII. pression et la nature du gaz. — L'ionisation qu'on observe dans un vase clos présente, en général_, des variations en fonction du temps. La nature de ces variations dépend en partie des condi- tions de l'expérience. Pour obtenir des résultats comparables, il est nécessaire de se rendre compte des causes qui peuvent donner lieu aux variations signalées. On observe souvent que le courant obtenu dans une chambre d'ionisation donnée diminue pendant cjuelque temps à partir du moment où le champ électricjue a été établi dans la chambre. Si celle-ci est de petites dimensions, la diminution est rapide, et une valeur limite est atteinte en c|uelques minutes. Si, au contraire, le volume est grand, la décroissance peut persister pendant un temps plus long (quelques heures). Cet effet est dû à la présence dans l'air intérieur d'une certaine cjuantité de gros ions qui ne sont pas recueillis par les électrodes aussi rapidement que les petits. Quand on applique un champ intense, les petits ions sont recueillis à mesure de leur production, mais les gros ions ne sont utilisés qu'en un temps appréciable. Leur proportion dans l'air est en relation avec celle des poussières; si le récipient a été vidé et rempli ensuite d'air soigneusement fdtré, les gros ions sont absents. Dans un grand récipient contenant des gros ions, le courant de saturation ne peut être obtenu; mais à mesure cjue les gros ions sont éliminés par l'action du champ électrique, la saturation devient plus facile, et l'on peut la réaliser même dans un grand volume. Les chambres d'ionisation à gaz, utilisées dans les laboratoires de radioactivité, peuvent contenir de petites quantités de matières radioactives; quand une telle chamljre a été remplie d'air exempt de poussières, elle peut néanmoins, après cjuelque temps, contenir un petit nombre de gros ions ; la présence de matières radioactives et surtout de leurs émanations dans l'air donne lieu, en effet, à des réactions chimiques, et les produits de réaction (composés nitrés) peuvent former, surtout en présence de vapeur d'eau, des particules susceptibles de fournir de gros ions par absorption des ions ordinaires. Le vase contient alors une certaine provision de gros ions qui se trouve épuisée lors de l'application du champ et qui ne se reforme ensuite que lentement. Indépendamment de toute présence de gros ions, on peut observer une décroissance initiale de l'ionisation dans une chambre qui a été RADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE LATMOSPIIliRIi. 319 fermée après avoir été remplie d'air frais. Cette décroissance peut être due à la diminution de la radioactivité induite des parois. Les parois exposées à l'air libre se recouvrent d'une couche de dépôt actif qui diffuse vers elles de l'atmosphère. La radioactivité induite ainsi acquise peut être plus grande que la radioactivité induite de régime due à l'émanation enfermée dans le vase. S'il en est ainsi^ on doit observer une décroissance dont la durée ne dépend pas de la forme de la chambre. On peut réduir^ fortement l'ionisation dans une chambre en soumettant les parois de celle-ci à un nettoyage très parfait par des moyens mécaniques et par des moyens chimiques. La paroi est grattée et frottée; elle est aussi nettoyée aux acides, à l'ammoniaque, à l'alcool, à l'eau distillée. La réduction de l'ioni- sation par ce procédé a pu atteindre 60 pour 1 00 (Cooke). Le rôle du nettoyage consiste certainement à enlever la couche de dépôt actif qui recouvre la surface. Si d'ailleurs la surface a été longtemps au contact d'air contenant de l'émanation, elle peut porter aussi une proportion appréciable du dépôt de radioactivité induite à évolution lente; ce fait peut se produire dans l'atmosphère et encore plus facilement dans l'air riche en émanation du radium des laboratoires de radioactivité. Quand les parois ont été complètement nettoyées et que la chambre a été remplie d'air exempt de poussières, on ne prévoit phis aucune cause de décroissance initiale de l'ionisation. On peut s'attendre, au contraire, à voir l'ionisation augmenter en fonction du temps par suite du développement sur les parois de la radio- activité induite, l'air qu'on introduit contenant généralement de l'émanation du radium et pouvant contenir aussi de l'éma- nation du thorium. Divers observateurs ont constaté que l'ionisation en vase clos observée dans ces conditions bien définies augmente, en effet, régulièrement et tend vers une valeur limite qui n'est atteinte qu'après quelques jours (') (Campbell et Wood, Me Lennan, Eve, Wright). Quand la limite a été atteinte, on abaisse l'ionisation à nouveau en aérant le récipient et en le remplissant d'air frais; mais la valeur obtenue immédiatement après reste néanmoins (') Campbell et Wood, Phil. Mag., 1908. — Me Lennan, Phil. Mag., 1907. — Wright, Phil. Mag., 1909. CIlAlITRi: xvn. supérieure à la valeur initiale, laquelle ne peut être obtenue à nouveau qu'à la suite d'un nettoyage des parois. L'augmentation de l'ionisation en fonction du temps à partir du début^ l'effet d'un remplacement d'air et l'accroissement consécutif ont été repré- sentés dans la figure 190 pour deux récipients en plomb diffé- Fi;;. i,,o. 53 3 — * ! ^ — ' ~^ ' ! ry ^^„— — ' ' ' ! 1 §^ y^ ^--^ $ 1 / i n ._ . 1 10 t jours é 10 Temps enjours rents. On voit que l'accroissement du courant est dû en partie à une modification superficielle des parois et en partie à une cause localisée dans le gaz; cette cause pourrait, par exemple, consister en un dégagement très lent par les parois d'une émana- tion radioactive. Ces mêmes phénomènes ont été observés en remplissant la HAUIOACTIVITK I)L SOI. KT I)K I. ATMOSPHÈRE. 521 chambre d'ionisation de gaz autres que l'air (hydrogène, gaz car- bonique, oxyde de carbone). L'augmentation de l'ionisation en fonction du temps dépend de la nature de la paroi; elle s'est mon- trée importante pour les vases d'étain ou de plomb et sensiblement nulle pour le zinc. La connaissance de l'allure générale de la variation de l'ionisa- tion en vase clos permet de faire des mesures dans des conditions bien définies, en utilisant soit la conductibilité initiale de l'air frais dans un récipient qui vient d'être nettoyé, soit la conductibilité limite. Mais on doit encore tenir compte des variations irrégulières et des variations diurnes. Des variations irrégulières dont l'importance peut atteindre 5o pour loo sont de temps en temps observées (Campbell, Strong); la cause de ces variations n'a pas été élucidée. De plus il se produit des variations lentes périodiques, avec 2 maxima et 2 minima en 24 heures [Campbell et Wood, Wulf (')]. Cette variation diurne est surtout observable par le beau temps, et les courbes de varia- tion rappellent celles qui représentent en fonction du temps la variation du potentiel dans l'atmosphère. Il semble naturel d'attribuer aux rayons pénétrants de l'atmosphère la variation périodique diurne de l'ionisation en vase clos, et probablement aussi les variations irrégulières qui peuvent être occasionnées par des déplacements de dépôts actifs dans l'air extérieur au voisinage du vase. Cette opinion a été soutenue par M. Strong (-) qui attribue aux dépôts actifs dans l'atmosphère une importance prépondé- rante parmi les causes d'ionisation en vase clos. L'ionisation en vase clos augmente avec la pression du gaz contenu dans la chambre. D'après les expériences de plusieurs observateurs [C.-T.-R. \Yilson, Me Lennan, W. Wilson (■')], l'ionisation est approximativement proportionnelle à la pres- sion pour des pressions comprises entre 4'>""" '^^ mercure et 4o atmosphères. D'après ^L Patterson ('), au contraire, l'ionisation (') WuLF, Phys. Zeit., 1909. (-) Strong. Amer. Phys. Soc, 1908. (») C.-T.-R. Wilson, Proc. Roy. Soc, 1901. — Me Lennan et Burton, Phys. Rev., 1903. — W. Wilson, Phil. Mag., 1909. (') Patterson, Phil. Mag., 1903. 022 CLIAPITRE XVII. dans le très grand vase utilisé n'aurait été proportionnelle à la pression que pour des pressions inférieures à 80""" de mercure et aurait été constante pour des pressions supérieures à ooo'""' de mercure. L'ionisation produite dans différents gaz est approximativement proportionnelle à la densité relative [C.-T.-R. Wilson, Jaffé(')]; cette loi s'applique aux gaz suivants : air, oxyde de carbone, gaz sulfureux, chloroforme, nickel carbonyle), mais, ne se trouve pas vérifiée pour l'hydrogène. On peut remarquer que si l'air introduit contient une certaine proportion d'émanation, la cjuantité d'émanation introduite dans le vase varie proportionnellement à la cjuantité d'air utilisée, c'est-à-dire à la pression. Il n'en est plus de même en ce qui con- cerne la conductibilité attribuable à l'action de rayons pénétrants venant de l'extérieur. Celle-ci varie n:ioins rapidement que la pression, pour des pressions comprises entre i et \o atmosphères, ainsi cju'il résulte d'expériences faites sur la conductibilité pro- voquée dans un vase clos par les rayons y du radium placé à l'extérieur (W. Wilson). L'ionisation peut, en ce cas, être repré- sentée par la superposition de deux termes, dont l'un, propor- tionnel à la pression, est attribuable aux rayons y eux-mêmes, tandis que le second terme qui augmente aussi avec la pression, mais tend vers une limite, est attribuable aux rayons secondaires émis par la paroi et absorbés par le gaz plus fortement que les rayons "'. En ce qui concerne l'ionisation clans un vase clos conte- nant de l'air atmosphérique, la pression intervient des deux ma- nières indiquées: T'en modifiant la cjuantité d'émanation intro- duite; 2° en modifiant l'ionisation due aux rayons pénétrants exté- rieurs. De plus, si les parois de la chambre sont radioactives, l'utilisation des rayons émis dépend aussi de la pression du gaz dans la chambre, et si les rayons émis sont en partie absorbables, en partie pénétrants, la loi de variation de cette part de la conduc- tibilité avec la pression sera représentée par une somme de deux termes, dont l'un est proportionnel à la pression et l'autre augmente avec celle-ci, mais tend plus ou moins rapidement vers une limite constante. Suivant que l'un des effets indiqués domine, la (') Jafkiî, Phil. Mag., 1904. RADIOACTIVITE DU SOL ET DE L ATMOSPHERE. ^20 loi de variation peut s'écarter plus ou moins d'une loi de propor- tionnalité et affecter une tendance plus ou moins marquée vers une valeur limite. "l'-ld. Influence des parois sur l'ionisation en vase clos. — Le nombre d'ions produits par centiinètre cube et par seconde dans un vase clos dépend de la nature de la paroi. Ce fait a été mis en évidence par M. Strutt (') qui a indiqué pour l'ionisation dans des vases de nature différente les valeurs relatives suivantes : Etain. . 3,3 Etain (autre échantillon i 2,3 Zinc 1,2 Plomb 2,2 Cuivre 2,3 Aluminium 1,4 Platine, divers échantillons 2,0 à 3,9 Ainsi l'ionisation varie avec la matière utilisée et, de plus, elle est variable pour divers échantillons d'une même matière. Plusieurs autres observateurs ont trouvé des résultats analogues, et parmi les divers métaux le plomb s'est montré particulièrement actif^ sans que cependant les divers échantillons de plomb manifes- tent des effets bien comparables. M. Eve (-) a trouvé une production d'environ ((.j ions par centimètre cube dans un vase en plomb et une production d'environ ai ions par centimètre cube dans des vases en cuivre, zinc, aluminium, fer, fer étamé ; entre ces métaux on ne constatait pas de différence nette. M. Me Lennan (^), opérant avec des récipients cylindriques de 24"'" de diamètre et de ôo*^" de longueur, a trouvé une production de 1 3,6 ions par centimètre cube dans le cas de l'aluminium et une production de 28 à 160 ions par centimètre cube dans le cas du plomb. Des expériences ultérieures ont donné, comme valeurs minima de la production dans une même chambre d'ionisation transportée à des endroits différents, les valeurs suivantes : (') Strutt, P/iil. .Uag., 190'j. {-) Eve, P/u7. Mag., 1908. (3) Me Le.\n.\x, Phys. Zeit., 1908 ; Phil. Mag., 1907. 5'24 CHAPITRE XVII. Sur la ylace de Toronto Bai, Laboratoire de Toronto. sur le lac Ontario. Plomb i5,3 Plomb 8,C) Zinc i3,4 Zinc (l.o Aluminium 17., 3 Aluminium '>, J"' Les nombres obtenus en un même endroit pour des métaux différents n'offrent pas entre eux de différences bien grandes, et ces différences sont de l'ordre de grandeur de celles obtenues avec les divers échantillons d'un même métal. Les nombres obtenus sur le lac Ontario sont notablement plus faibles que ceux obtenus à Toronto et comptent parmi les ionisations les plus faibles qui aient été observées en vase clos. Ce fait est attribué par M. Me Lennan à l'action des eaux du lac qui^ étant exemptes de matières radioactives^ forment écran contre la radiation pénétrante du sol ; dans ces eaux la présence de l'émanation du radium n'a pu être décelée, et l'on a vérifié par une expérience directe cju'une pro- fondeur d'eau de 3"'^65 ne laisse passer que 0,2 pour 100 de l'in- tensité des rayons y émis par une ampoule à radium immergée. Ces expériences montrent que le rayonnement pénétrant de la croûte terrestre joue un rôle important dans la production d'ions en vase clos, et que cette production peut se trouver fortement réduite quand on supprime ce rayonnement dans la mesure du possible. Il reste cependant une ionisation résiduelle qui varie un peu avec la nature du vase. Les différences observées entre les métaux peuvent provenir soit d'une radiactivité propre de ces derniers, soit d'effets secon- daires variables d'un métal à l'autre et dus à l'action des rayons pénétrants extérieurs. Les résultats indiqués ci-dessous montrent que le nombre d'ions produit dans des récipients de même forme mais de nature différente, par les rayons y du radium agissant de l'extérieur, dépend de la nature du métal utilisé autrement que par suite de l'absorption exercée par les parois : Substance. Ions par cm' et sec. mm Eve. , Plomb, épaisseur 1,60 jjo Zinc, » 0,57 35 1 Cuivre, » Oj'JJ 345 Fer, " 0,0 32o Aluminium, » o, | '97 Fer étamé, » 0,4 44'*^ RAI)IOAi;T[VITÉ du sol et de l'atmosphère. 325 On voit que. par exemple, l'ionisation due à l'action des rayons y est plus intense dans le récipient en plomb que dans celui en alu- minium, la différence ne pouvant être attribuée qu'à un effet secondaire. Il est^ d'autre part, naturel d'attribuer à la radioactivité des parois les différences de l'ionisation qui reste après que l'effet du rayonnement pénétrant extérieur a été fortement diminué, et aussi les grands excès d'ionisation tels qu'on les observe quel- quefois avec des vases en plomb. M. Campbell (') a fait une étude des différents métaux en me- surant l'ionisation entre deux plateaux parallèles dont on pouvait faire varier la distance. La nature des phénomènes observés est mise en évidence par les courbes de la figure igi. Quand on 0 't 8 12 Distance en an. entre /es parois mobiles augmente la distance des plateaux, l'ionisation croît d'abord rapidement, puis plus lentement et la loi d'accroissement limite est une loi linéaire. Cette loi de variation est analogue à celle qu'on observe quand on fait varier la pression du gaz dans le récipient ; (') Campbell, Phil. Mag., 1906. 5>.6 CHAPITHE XVII. elle indique la présence de deux types de radiation; un rayonne- ment absorbable et un rayonnement pénétrant. En diminuant dans la mesure du possible l'influence du rayonnement pénétrant extérieur par des écrans absorbants convenablement disposés^ on 11)2 a. 5 l« 15 20 25 Distance des plateaux mobiles en cm. constatait que cette diminution n'avait pas pour effet de modifier la forme des courbes obtenues. Ces courbes sont reproduites dans Fig. 192 b. 10 15 20 25 D/stance des plateaux mobiles en cm. les figures 192 a et h. Les courbes tracées en traits ponctués représentent la différence des ionisations obtenues sans écran et lUDiovcnviTK i)L SOI. i:t ue l'vtmosphèhk. 627 avec écran^ c'est-à-dire l'ionisation, attribuable au rayonnement extérieur et aux rayons secondaires produits par ce rayonnement; ces courl:)es indiquent que le fer émet des rayons secondaires absorbables^ tandis que l'aluminium n'en émet pas. Des essais d'interprétation de ces résultats ont conduit M. Campbell à admettre que chaque métal émet un rayonnement propre qui comporte l'émission de rayons 7. d'un parcours déterminé et variable avec la nature du métal. 230. La radioactivité des métaux est-elle une propriété spécifique du métal? — Les expériences exposées dans le paragraphe précé- dent prouvent que les métaux possèdent^ dans certains cas^ une faible radioactivité. Cependant il ne résulte pas de là que cette radioactivité appartienne en toute certitude au métal lui-même, et non à des traces de matière radioactive qui y sont contenues. Si la radioactivité des métaux était une propriété atomique, on aurait là un argument très puissant en faveur d'une radioactivité générale de la matière. Rappelons d'abord qu'il s'agit ici d'une radioactivité très faible, représentée au plus par la production de quelques ions par cen- timètre cube et par seconde. Dans un récipient de forme cubic[ue et d'un litre de volume, comptons, par exemple, 6000 ions produits par seconde, soit 1 o ions pour chac[ue centimètre carré de surface de la paroi. Une particule a produisant environ 200 000 ions, on voit que l'émission d'une particule a par centimètre carré de surface en 5 heures 00 minutes suffirait pour produire la conductibilité con- sidérée. La radioactivité ainsi observée est 100 000 fois plus faible que celle de T uranium, et l'on voit combien il est difficile d'établir qu'elle n'est pas due à la présence de traces de matières radio- actives qui sont si répandues à la surface de la terre. A la suite de diverses expériences exécutées au laboratoire Cavendish, M. J.-J. Thomson et MM. Campbell et Wood se sont montrés favorables à l'opinion que la radioactivité est une pro- priété atomique des métaux ('). On vient de voir que, d'après M. Campbell, chaque métal émet des rayons a d'un parcours déterminé. Dans d'autres expériences (-). ce même physicien ( ' ) /.e ItacUitm, 1904. (■-) Campbell, Soc. Phil. Çamb., 1906. 5'28 CHAPITRK WII. introduisait dans une chambre d'ionisation une coupelle contenant la matière étudiée^ et mesurait l'accroissement de l'ionisation déterminé par l'introduction de la substance. L'effet des métaux était apprécié par différence avec celui du verre, car cette matière bien nettoyée se montrait très peu active par rapport aux mé- taux. Le plomb et les sels de plomb se sont montrés particulière- ment actifs ; une faible activité était ainsi observée avec les com- posés d'étain et du bismuth. L'activité semblait proportionnelle à la teneur en métal, et l'on en concluait qu'elle était une propriété atomique de ce dernier. Diverses expériences ont été faites pour mettre en évidence un dégagement d'émanation radioactive par les substances étu- diées. Ces expériences n'ont pas conduit à des résultats bien établis. On a constaté, en particulier, que le plomb, qui est par- ticulièrement actif, ne contient pas de traces de radium suscep- tibles d'être décelées par son émanation. Des travaux effectués ultérieurement ont toutefois mis hors de doute que la radioactivité élevée du plomb est due à la présence dans ce métal d'une impureté radioactive. MM. Elster et Geitel (') ont soumis le plomb à un traitement chimique et ont prouvé que ce corps contient du radium D, du radium E et du radium F. La radioactivité du plomb est donc due principalement au polonium qui y est contenu à l'état de trace. En utilisant les procédés de séparation applicables au polonium (par exemple, la cristallisation du chlorure de plomb dans l'eau additionnée d'acide chlorhydrique), on peut obtenir une substance 3oo fois plus active que l'oxyde de plomb primitif. L'identité de cette substance avec le polonium a été établie par l'étude de la loi de décroissance avec le temps et par la mesure approchée du parcours des rayons a. Conformément à ces résultats, M. McLennan (-) a constaté que le rayonnement du plomb est très absorbable et que les échantil- lons de sources différentes donnent des effets très différents, de sorte que la radioactivité n'est pas proportionnelle à la teneur en métal et ne peut être considérée comme une propriété de ce der- nier. L'impureté radioactive est répandue dans le volume de la ( ') Elster el Geitkl, Phys. Zeit., 1907. (-) Me Lennan, l'hil. Mag., 1907. RADIOACTIVITÉ DU SOL KT DE L ATMOSPHÈRE. SîQ substance en proportion variable suivant les échantillons. M. Me Lennan a trouvé, de plus, que l'ionisation dans des récipients clos peut être réduite à des valeurs très faibles et très peu différentes pour les différents métaux (§ !221)) et a conclu de ces expériences que les métaux ne doivent pas émettre de radiation intrinsèque appréciable. Le plomb étant le plus actif des métaux étudiés^ et l'expé- rience ayant montré que ce métal ne peut être considéré comme actif par lui-même, la démonstration de l'activité propre des autres métaux denses paraît douteuse et ne saurait être considérée comme établie. Cependant, au cours de leurs expériences, MM. Campbell et Wood ont aussi annoncé l'existence d'une faible radioactivité des sels alcalins, et ce fait a été confirmé en ce qui concerne le potassium et le rubidium. 231. Radioactivité du potassium et du rubidium. — MM. Camp- bell et Wood (') ont constaté que les sels de potassium sont environ lo fois plus actifs que le plomb. L'activité des sels de diverses provenances s'est montrée très comparable ; elle est environ i ooo fois plus petite que celle de l'uranium. Les rayons émis semblaient du genre 3, étant bien plus pénétrants que ceux du plomb, mais moins pénétrants que les rayons 3 du thorium. Ces résultats ont été confirmés par MM. Levin et Ruer (-) qui ont obtenu avec les sels de potassium des impressions photographiques. L'impression obtenue en K)0 jours sur une plaque enveloppée de papier noir est comparable en intensité à celle qu'on obtient avec l'oxyde d'uranium en 5 heures. Tous les sels de potassium donnent des effets comparables, environ i ooo fois plus faibles que que ceux produits par l'uranium. De nombreuses mesures effectuées par M. Campbell (■') ont montré que la radioactivité des sels de potassium peut être considérée comme proportionnelle, au moins approximativement, à la teneur en potassium. Ce fait est favorable à la supposition que la radio- activité est une propriété atomique du potassium ou d'un métal qui (') Campbell et Wood, Soc. Phil. Camb., 1906. (-) Levin et Ruer, Phys. Zeit., 1908. (^) Campbell, Froc. Camb. Phil. Soc, 190S. c. — II. 34 5:i0 CIlAl'ITltK XVII. lui est étroitement associé. Pour contrôler cette dernière hypothèse, divers essais de fraetionnement ont été entrepris par M. Campbell, MM. Me Lennan et Kennedy (') et MM. Henriot et Vavon (-). Aucun de ces essais n'a donné de résultat positif. Les procédés de séparation utilisés sont les suivants : cristallisation fractionnée des sels, chauffe prolongée du sulfate, traitement par l'éther, précipitation par le carbonate d'ammoniaque, entraînement dans la précipitation avec le sulfate de baryum, précipitation du chlorure par l'acide chlorhy- drique gazeux, électrolyse des solutions. Après un certain nombre d'opérations, on ne pouvait remarquer aucune différence d'activité entre les produits séparés, au degré de précision des expériences. Il est donc possible que le rayonnement des composés de potassium soit réellement une propriété atomique de ce métal. Le rayonnement des sels de potassium a été étudié par les physi- ciens cités précédemment. D'après MM. Me Lennan et Kennedy, ce rayonnement serait hétérogène, et le coefficient d'absorption pour l'étain varierait entre i()o et io4 quand l'épaisseur de matière varie entre o*^"', 00089 ®* o"",o283q. D'après M. Henriot ('), ce rayonnement est, au contraire, sensiblement homogène si l'on fait abstraction d'une baisse initiale plus rapide due à une petite proportion de rayons très absorbables qui pourraient constituer un effet secondaire. La loi d'absorption du rayonnement a été représentée dans la figure 1 93. Le poids de l'écran par centimètre carré de surface a été porté en abscisses, et le logarithme de l'intensité du rayonnement en ordonnées. Pour deux échantillons de sels étudiés (sulfate et chlorure), les lignes obtenues après la baisse initiale sont des droites sensiblement jjarallèles. Le coefficient d'absorption pour l'étain est environ 1 00 et le rapport de ce coefficient à la densité est égal à i4. Les rayons du potassium sont, d'après cela, plus absorbables que ceux de l'uranium. Bien que l'activité soit faible, les mesures peuvent être faites avec une bonne précision au moyen d'un dispositif sensible. L'activité de la chambre d'ionisation avant l'introduction du potassium constituait environ a;") pour 100 {') iMc Lknnan et Jvennkdy, Pliil. Mag., 1908. (-) Hen'iuot et Vavon, Comptes rendus, 1909. (') Henriot, Comptes rendus, 1909 et 1910. UADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE l'ATMOSI'IIÈUE. 53i de l'activité en présence du sel sans écran absorbant. Une pertur- bation se produit quand on ouvre la chambre d'ionisation et que l'air se trouve renouvelé; mais après quelques minutes on retrouve une valeur bien déterminée. Les rayons du potassium sont déviés dans un champ magnétique Fi g. i|,3. hcriln i<-' comme les rayons cathodiques (Henriot et Vavon). Pour s'en assurer on disposait le sel de potassium en dehors d'une chambre d'ionisation cylindrique, placée verticalement; la direction moyenne des rayons émis était verticale et les rayons passaient en grande partie à côté de la chambre quand le champ n'était pas établi; lors de l'établissement du champ, le faisceau incurvé pénétrait à l'intérieur de la chambre, le sens du champ indiquant que les rayons se comportent comme des rayons [j. Pour les composés du potassium on n'a pu constater aucun dégagement d'émanation radioactive. MM. Levin et Ruer ( ' ) ont fait une étude systématique de la radio- activité des éléments chimiques par la méthode radiographique. Une plaque sensible enveloppée de papier noir était exposée à l'action des substances étudiées pendant environ 6 mois. Des précautions minu- (') Levin et Ruer, Phys. Zeit., 1909. 53'2 ciivprniE xvn. tieuses étaient prises contre l'influence de la lumière. On pouvait espérer ainsi découvrir des substances radioactives qui donnent lieu à une émission de rayons [j. En dehors des sels de potassium, les sels de rubidium ont donné un efTet positif. Des effets faibles ont aussi été obtenus dans certains cas^ mais l'interprétation restait douteuse ; parmi les substances qui ont donné ces effets^ le béryl contient des traces de radium^ le lanthane_, le caesium^ l'erbium^ le néodyme contiennent du thorium^ l'antimoine contient du potas- sium_, le niobium et le tantale ont une activité à peine appréciable. L'action des sels de rubidium s'est montrée plus intense que celle des composés de potassium. Les rayons du rubidium sont environ lo fois plus absorbables que ceux du potassium (Henriot). Les sels de sodium_, de lithium^ de caesium^ d'ammonium ne montrent pas de radioactivité régulière et appréciable. Il résulte de l'ensemble des recherches qui ont été exposées que l'on peut ajouter à la liste des corps radioactifs deux substances faiblement radioactives : le potassium et le rubidium. Mais, en ce qui concerne la radioactivité des autres substances ordinaires, aucune conclusion ferme ne peut être énoncée, et l'on peut seu- lement affirmer que, si cette radioactivité existe, elle est encore bien plus faible que celle du potassium. 232. Chaleur solaire et chaleur terrestre. — MM. Rutherford et Soddy ( ' ) ont indiqué que le dégagement de chaleur qui accompagne les transformations radioactives doit intervenir dans les phéno- mènes thermiques solaires et terrestres. On peut chercher quelle devrait être la teneur du Soleil en radium pour que l'énergie rayonnée puisse s'expliquer entièrement par la présence de cette matière (-). Le flux d'énergie reçu du Soleil sur 1"°'' de la surface terrestre sous incidence normale est connu; sa valeur est d'environ 3''^' par minute. On peut en déduire l'énergie totale rayonnée par le Soleil, et en divisant celle-ci par le volume du Soleil, on trouve un dégagement d'énergie deo'"',i2 par seconde et par mètre cube, soit 43()'^^''' par heure et mètre cube. Ce débit correspond à une teneur de 3^,6 de radium par mètre cube. (') HcTiir.iU'OHD et SouuY, Phil. Mag., iijo3. (-) AN'. AN'iLSON, Nature, 1903. RADIOACTIVITÉ DU SOL KT DE l" ATMOSPHÈRE. 533 La densité moyenne du Soleil étant i ,4 b ^^ teneur correspondante en poids est 2,5. lo""; cette teneur est 7 à 8 fois plus grande que celle qui correspond à l'équilibre entre l'uranium et le radium; de sorte que^ même si le Soleil était constitué entièrement en uranium, l'énergie rayonnée serait encore très inférieure à celle qu'indique l'expérience. Ce résultat pourrait cependant être modifié si d'autres matières radioactives étaient contenues dans le Soleil, ou si la valeur des constantes radioactives était modifiée aux températures ou aux pressions très élevées. L'examen du spectre du Soleil n'a pas révélé jusqu'ici la pré- sence du radium, mais celle de l'hélium a été constatée. L'hélium étant un des produits de la désagrégation des éléments radioactifs, et en particulier du radium, il est possible que le radium soit présent dans les régions centrales du Soleil. On sait d'ailleurs que les mêmes matières entrent dans la constitution du Soleil et de la Terre. Le rayonnement solaire au voisinage du sol ne contient pas de rayons analogues à ceux qui sont émis par les corps radioactifs; ce fait n'est pas contraire à l'hypothèse envisagée. Les rayons émis doivent traverser l'atmosphère solaire, puis l'atmosphère terrestre qui à elle seule exerce la même absorption qu'une couche de mercure de -6""\ On conçoit que même les rayons " puissent être complètement absorbés dans ces conditions. D'autre part l'énergie du Soleil peut être considérée comme de l'énergie de gravitation mise en liberté pendant la contraction. Dans cette hypothèse Lord Kelvin a calculé que la durée du régime actuel ne dépasse vraisemblablement pas loo millions d'années. Une valeur bien inférieure encore (environ 12 millions d'années) résulte des évaluations de M, G.-H. Darwin ( ' ). Cette valeur est très inférieure à la durée présumée des époques géologiques. Il semble donc probable qu'il existe des sources de chaleur qui tendent à maintenir le Soleil à une température élevée, et il est naturel de voir l'une d'elles dans la radioactivité des matières solaires. En ce qui concerne la Terre, le point de vue adopté jusqu'ici était celui d'une masse primitivement incandescente soumise à un refroidissement progressif. Dans cette hypothèse. Lord Kelvin a (') G.-H. Darwin, Nature, 1903. 534 CIIVPITRR XVII. estimé que le gradient de température observé actuellement à la surface de la Terre s'explique en admettant que le nombre des années écoulées depuis que la Terre a été fondue est de l'ordre de 1 oo millions. On sait maintenant qu'un tel calcul n'est pas appli- cable, étant donnée la teneur de la Terre en matières radioactives. La quantité Q de chaleur émise par seconde par la surface de la Terre est donnée par la relation Q = 4 - R- K(^ où R est le rayon terrestre, K la conductibilité thermique moyenne et Ç le gradient de température à la surface. Soient d'autre part Q' la quantité de chaleur produite par seconde par les matières radioactives contenues dans la Terre, et q la pro- duction moyenne par centimètre cube et par seconde. On a 0'= -'ttRV/. 0 Si l'on suppose que la Terre est en équilibre thermique, on a Q = Q'; d'où, en posant K = o,oo4, Ç = OnOoSj flepré : centimètre, ^=-.10"'' calorie par centimètre cube et par seconde, soit 2,2. io~' calorie par centimètre cube et par an. Une teneur moyenne en radium d'environ 2 . i o~ ' •' gramme par centimètre cube serait suffisante pour donner lieu à cette production de chaleur. Or, d'après les déterminations directes effectuées par M. Strutt, la teneur de la croûte terrestre en radium est égale en moyenne à 4-'o~'- gramme par centimètre cube, valeur environ 20 fois plus grande. La présence dans le sol d'autres matières radioactives, en particulier du thorium, ne fait qu'exagérer l'écart entre le gradient actuel et celui qui correspondrait à l'équilibre. D'après le teneur des roches superficielles en thorivim, on peut prévoir que le dégagement de chaleur dû au thorium pourrait être deux fois plus grand cjue celui dû au radium également dans les roches superficielles ('). (') Bi.ANC, P/iil Mag., 1909. R.VniOACTIVITli DU SOL ET DE 1.' ATMOSPHÈRE. 535 On arrive donc à cette conclusion que, si la distribution des matières radioactives dans le volume de la Terre est uni- forme, le globe terrestre doit éprouver un réchauffement pro- gressif. Pour éviter cette conclusion, M. Strutt a admis que la teneur en radium est uniforme seulement^dans une couche superficielle et que le noyau central ne renferme pas de matières radioactives. On est amené ainsi à assigner à la croûte active une épaisseur de '-5''"', en tenant compte seulement du radium. Dans cette hypothèse la température du noyau central serait constante, et il est facile de la calculer. En admettant la valeur déjà indiquée pour la conductibilité thermique des roches, on trouve que cette température est d'environ 1 5oo". Cette température ne parait pas absolument incompatible avec les données déduites des phéno- mènes volcaniques; ainsi la température de la lave de l'Etna est environ io()o". En tenant compte de l'activité du thorium on obtiendrait une température interne d'environ 5oo", et l'hypo- thèse de l'équilibre thermique ne semble plus admissible. On ne voit, d'ailleurs, a priori, aucune raison pour maintenir cette hypothèse.'!; Le réchauffement de la Terre, en vertu des phénomènes radioactifs, est nécessairement ti^ès lent. On peut calculer que, si la Terre est d'abord supposée tout entière à la température ordinaire et que la distribution des matières radio- actives soit uniforme, un temps de l'ordre d'un milliard d'années sera nécessaire pour que le gradient actuel soit établi à la sur- face. Les considérations précédentes supposent que les phénomènes radioactifs ne sont pas modifiés par les conditions de tempé- rature et de pression à l'intérieur du globe. De toute façon il n'est pas douteux que la radioactivité joue un rôle important en ce qui concerne les conditions thermiques de la Terre. Ainsi, on a signalé que les régions particulièrement riches en matière active se distinguent en même temps par une valeur anormale et particulièrement élevée du gradient ; cette observation a été faite pour le tunnel du Simplon dans lequel l'ionisation de l'air présente une valeur élevée ('). (') WuLF, Pliys. Zeit., 1909. 536 TABLEAU DES DONNEES NUMERIQUES. TaiîLEAU des données NUMÉRIQUE! ' — y SUBSTANCE. Uranium CONSTANTK radioactive en sec~'. (Je l'ordre de de l'ordre de 6. lo' ans VIE MOYENNE. de l'ordre de 9.10' ans N.\TURE du rayonnement. PARCOURS des raTons a dans l'air ' en cm. environ 3cm Radiouranium I I Uranium X. 3,26. io~' 24,6 jours 35,5 jours pi, y lonium de l'ordre de 1 3oooo ans col 2,8 Radium environ 2000 ans environ 290Û ans 3,5 Émanation du r;idium ., 2 .000. io~ 3,85 jours 5.55 jours 4,23 Radium A.. 3,85.10-3 I 3,0 minutes | 4.3 ininulcs | a | 4)83 Radium B. 4 ,00. 10 ' if).-; minutes 38,5 minutes TABLKAU DES DONNKKS NUMERIQUES. RELATIVES AUX SUBSTANCES RADIOACTIVES. 537 COEFFICIENT irahsiirpliDii des rayons [5 ilans l'aluiniiiiiim en ciii— ' . COEFFICIENT d'ahsorplion des rajoiis y dans le iilnnih en cm '. DONNEES DIVERSES. Métal. Pi)i(h atomique 2.3!^, 5 S «1 / oux SI-OU pes f 010 \ environ 3oo 118 cal. 1 Mêlai alcalino-terreux. Poids atomique 22fi,5 Dégagement de clialeur par §ramme \\a en équilibre radioactif et par heure. / l'roductioii d'iiélium par eramine Ra en 1 . 1,-r ■ 0,5 mm' équilibre i-adioaclit et par jour. ) lta|)port de l'ionisation totale par rayonsa j à l'ionisation lolale de l'uranium à ' 7,0.10'' masse égale. ' Gaz inerte. l'oids atomique environ 220 Te m |>é rat lire d'ébullition à la [jiession ) atmosphérique. i Température de solidification — 71" Température de condensation de l'éma- \ nation diluée au contact de parois j vers— i5o' froides. / \dliime en équilibre avec un gramme de 1 ,. , ' , o,() mm^ radium. ) Coefficient de difTusion dans l'air 0,1 Coefricienl de soliibiliti' dans l'eau à i')". ', o,a \'olatil vers Boo^-rioo". Hayons hétérogènes. So c Volatil vers 6oo''-70o°. 34. 538 TABLEAU DKS DOMNKKS NliMKHIQUKS. Tauleau diîs donnéks numériques ! SDHSTANCK. Radin m C probablement CDiiiplexe. CONSTANTK radioiiclivc :),9J. 10" 19.5 minutes VIE MOYENNE, 0. 28, 1 minutes NATUHE (lu riivoTiiicmenl . a, p, y l'AHCOURS lies layons a dans l'air en cm. 'j,oG Radium D | | i5 ans (y ) | 21 ans ( ?) | | Radium E, (?)• Radium E.j 1,7.10^'' 4)^ jours 6,9 jours ji ' Polonium (radium F).. | ^,78 10 '^ | i.'jo jours | aoa jours | a | 3,S6 de l'ordre de de l'ordre de de l'ordre de fi.io" '^ 3.10'" ans 4-'o'" ans a 4,0.10'^ 1 .'),.'"> ans 1 7,9 ans | | Mésotiiorium 2 v..o-^ (i,2 heures 8,9 heures ?. T Radiothorium | 1,09.10 '^ | J,oaiis | !,9 ans | a | ,1,9 1'hniinm X | 2^0. lo'' | 3, (> jours | .'j, 2.5 jours | a, jî | .'),7 iMiianalion du thorium. . 1 ,3 1 . in - .53 seecnrlcs 7(1 secondes a .') , . > Thorium A | i,s.ii) '• | 10, (] heures | ij,3 heures | p | ■lliorimn H 2,1.10 ' .")5 iiiiiiulcs 79 minutes a 5... TABLEAU DES DONNEES NUiMËRIQlES. RELATIVES AUX SUBSTANCES n\DIOACTIVES (silife). 539 COEKririKNT COKKFICIENT (1 absorption (li's rayons y 'l'alisorpliiiii ilrs ray< nsfi dans 1 nliiniiiiiuiu ilniis le plomi) en iiii-i. rn ini~'. iJ. [).■. Rayons i 10 liétcrogénes. 1 r)3 DONNKES DIVERSES. Volatil vers 8oo°-i3(io" Volatil au-dessous de looc". /,o Volatil à 1000° Métal, poids atomique aSa. Hayons \ I hétérogènes, j , \ envirfin o, > lî.iyoïis ir. absfirbal)les.| 1^0 Gaz. Température de condensation sur des | parois froides. ) Coefficient de diffusion dans l'air — iriD" o, i 51o TAHI.EAII DKS nONNKIÎS NIÎMKRIQIJKR. TaBLKMI niîS DONNÉES NUMÉRIQUES SUBSTANCE. CONSTANTE radioactive en sec" ' . X. pÉmoriE. T. VIE MOYENN'E. f). NATUliE r.iyoïiiicincMl . PARCOURS (le.s rayons a .l:ins liiir en ,() secomles 5,') secondes a :),s ■ \cliniiiin \ '>,>.io '' .il), i m in ni es S:> .1 mi unies jï \rliiuiiiii \i '),4 'o ' coni|ilc\e ( i*) 2, 1 ") minutes .■), 1 minutes a ,S,.") Acliniiiin C | T,a6.io~'' | '>, i miiiiiU^s | 7,3(> miiiiiles | Pi T | 1 Potassium 1 1 1 i^ 1 1 I^uhidiuni . . . ? aT = loge 3 = o,6;)i'>. aO =1. ' ■' illoo L'épaisseur de l'écran absorbant (]iii (léterminc une réiluclion de moiiié de l'inlensili' Pour des ma li ères difl'ére nies les eoeflicienls [x et |j.'sonl approximalivemenl proporlionnoN TABLEAL' DES DONNEES NUMERIQUES. RELATIVES AUX SUBSTANCES RADIOACTIVES (suite). 541 COEFFICIENT d'absorption des rayons ,3 dans l'aluminium en cm~'. y- COEFFICIENT d'absorplion des rayons y dans le plomb en cm~'. DONNEES DIVERSES. i5.7 1 (1,5 1 1 1 Mêlai du groupe des terres rares. ,70 1 1 I 1 Gaz. Température de condensation sur des ) environ .... — IDO" parois iroides. ) Coefficient de diffusion dans l'air 0,11 Rayons très absorbables. Volatil depuis 4<)o°. Volatil depuis 700° 2 à 4 environ 3o | Métal, poids atomique Sg,! . 1 de Rayons très \ ,, 1 u u ui ■ ' ordre absorbables. / , „ ' de Doo .Métal, poids atomique ^^,^ ;u rayonnement étant égale à D, on a [xD =. loge 2 = o,693". la densité. APPENDICE. Parmi les travaux qui ont paru après l'impression de ce Traité, il est intéressant de signaler les suivants : I. Le radium a été obtenu à l'état métallique à partir de l'amalgame préparé par l'électrolyse du chlorure ; pour cela l'amalgame a été chauffé dans l'hydrogène sous une pression convenable, de manière à éliminer le mercure par distillation. Le métal obtenu est blanc, brillant, fond vers 700" et com- mence à se volatiliser à cette température; il est extrêmement altérable à l'air et détermine la décomposition de l'eau. Les propriétés radioactives du métal sont celles qu'on avait pu prévoir; l'activité mesurée par le rayonnement pénétrant aug- mente avec le temps par suite de l'accumulation de l'émanation; la loi d'accroissement est la même que pour un sel de radium et l'activité limite est égale à l'activité de la quantité de sel correspondante ('). IL Une étude du phénomène de projection du radium B a montré que, conformément aux prévisions, ces atomes sont émis avec une charge positive ; on a pu, en effet, obtenir la déviation de ces projectiles dans un champ magnéticjue et dans un champ électrique. Ces expériences ont permis de conclure que chaque particule porte probablement une charge égale à la charge élémentaire et possède sans doute une masse atomique d'environ 200, ainsi que le prévoit la théorie ('-). (') M. Curie et A. Debikhne, Comptes rendus, 1910. (^) Makoweb, Russ et Evans, Le Radium, 1910. FIN DU TOME II. 1M"'° CuiiiE. — Traité de Hadioactivité. PL III. Fig. 2. AcLion du champ niai;nélic|ue sur les rayons du radium. Hayons non déviés a et y. Rayons déviés [i. Fig. I. Epreuve obtenue avec un til activé de section triangulaire. Fig. 3. Action du champ magnétique sur les rayons du radium. Plaque recouverte par des écrans. a écran en platine, épaisseur o^^jS. b » » aluminium, » o"",!. c » » papier noir. M'"" Curie. — Traite de ftadioaclivite. PL IV. Fi g. .. Dispositif de Becquerel pour isoler des rayons p simples. Fi g. ■>. Epreuve obtenue avec le dispositif" de la (igure Fi g. 3. Fprouve relative à la mesure 1 '^1 r du rapport — par les rayons li m d u ra (1 i u m ( K a u f m an). m Fig. 4. Déviation magnétique des rayons de l'uranium. Fig. 5. Passage de rayons p simples au travers d'une couche de paraffine (épaisseur 2°°"). M°" CiRiE. — Traité de Radioactn'ité. PL V Fis. Passage des rayons [Si simples au Iravers d'un écran en aluminium (épaisseur o""°,i). Fig. >. Raj^ons secondaires produits par les rayons pénétrants du radium. M"- Curie. — Traité de Radioactivité. PL VJ. Fi g. 1. Déviation niagnélique des rayons a. Dévialion magnétique des rayons a. Au-dessous : impression obtenue sans écran. Au-dessus : impression obtenue au tra- vers d'une feuille d'aluminium d'épais- seur G""'", 01 5. Fig. 3. Action du cliamp magnétique sur les l'ayons du radium. Rayons non déviés y. Rayons déviés ^. M""" Curie. — T voilé de lindionrtivilé. PL Vil. Photographie Épreuve obtenue au du sel de radium. moyen delà lumière émise par le sel. Pig. 2. Radiographie d'une médaille obtenue par l'action des rayons de l'uranium. Fig. .3. Radiographie obtetTuc au moyen des rayons du radium. TABLE DES MATIERES. CHAPITRE IX. NATURE DES RADIATIONS. 99 . Procédés d'étude du rayonnement 1 100 . Energie du rayonnement 2 101 . Nature complexe du rayonnement 3 102. Propagation rectiligne des rayons, réflexion, polarisation, réfrac- tion, émission 6 103. Action du champ magnétique sur le rayonnement des corps radio- actifs 10 104. Pouvoir pénétrant du rayonnement des corps radioactifs 17 Rayons 3. 105 . Définition du rayonnement 3 19 106. Complexité du rayonnement 3. Action du champ magnétique. ... 20 107 . Charge des rayons '^ du radium 24 108. Action du champ électrique sur les rayons i 33 109. Rapport de la charge à la masse pour une particule chargée néga- tivement émise par le radium 35 110. Distribution des rayons ^ du radium entre différentes vitesses. . . 45 111 . Action du champ magnétique sur les rayons des autres substances radioactives 47 112 . Passage des rayons 3 au travers de la matière 51 113. Mesure du pouvoir pénétrant des rayons 3. Loi exponentielle 54 114. Loi d'absorption des rayons 56 115. Forme générale des courbes d'absorption. Changement de vitesse au passage des écrans dans le cas des rayons 2 67 116. Relation entre la vitesse des rayons ,3 et leur pouvoir pénétrant. . . 70 117. Relation entre l'absorption et la nature de la matière absorbante. . 71 118. Augmentation de l'intensité des rayons 3 avec l'épaisseur de la couche active 77 119. Dispersion des rayons 3. Production de rayons secondaires par les rayons Çt . 77 120. Théorie du passage des rayons |i au travers de la matière 88 544 TABLE DES MATIÈRES. Rayons a. 121 . Nature des rayons a. Déviation magnétique et électrique 93 122 . Étude des rayons a par la méthode des scintillations 96 123 . Absorption des rayons a 98 124. Méthode de MM. Bragg et Kleemann pour l'étude des rayons a . . . 104 125 . Courbe d'ionisation des rayons a 112 126. Passage des rayons a au travers des écrans métalliques minces. Pouvoir d'arrêt IIV 127. Absorption par des écrans pour un rayonnement émis dans toutes les directions 121 128. Relation entre l'absorption et la densité 128 129. Changement de vitesse des rayons a au passage de la matière 129 130. Mesure du rapport de la charge à la masse et de la vitesse pour les rayons a 138 131. Nature des particules a ; 147 132. Charge des rayons a 150 133. Numération directe des particules a. Mesure de la charge d'une particule a. Valeur de la charge élémentaire 159 134. Volume de l'émanation en équilibre avec 1" de radium. Vitesse de production d'hélium par le radium 165 135 . Nombre d'ions produit par une particule a le long de son parcours. . 166 136. Production de rayons secondaires par les rayons a. Diffusion des rayons a 170 Rayons y. 137. Découverte des rayons y . Pouvoir pénétrant 178 138. Dosage des substances radioactives par les rayons y qu'elles émettent 185 139 . Nature des rayons ■; 186 140. Rayons secondaires des rayons y 193 141 . Comparaison des propriétés des rayons a, [ïi et y. Pouvoir ioni- sant des radiations 198 142 . Pouvoir pénétrant comparé 201 143 . Ionisation et absorption 202 144. Ionisation totale 204 145 . Courant de saturation dans le gaz ionisé par les rayons a, 'i et y. . . . 209 146 . Rayons S ou électrons de faible vitesse 213 147 . Action de la température sur le rayonnement des corps radioactifs. 213 CHAPITRE X. DIVERS PHÉNOMÈNES OBSERVES EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 148. Effets lumineux. Excitation de substances phosphorescentes 216 149. Luminosité propre des sels de radium 221 TABLE DES MATIÈRES. Ô45 l'agcs. 150. Spectre de la lumière émise par les composés de radium et d'acti- nium 222 151 . Production de thermoluminescence 223 152 . Effet radiographique 224 153. Effets de charge des rayons. Action sur la décharge électrique. Applications de l'effet ionisant dans les gaz 226 154. Condensation de la vapeur d'eau sursaturée. Formation de brouil- lards en présence de l'émanation du radium. Influence sur le phénomène de cristallisation 229 155 . Action ionisante des rayons du radium sur les liquides et les solides isolants 234 156 . Colorations. Effets chimiques 242 157. Dégagement d'hélium par les corps radioactifs 253 158. Essais de transformations atomiques par l'action des corps radio- actifs 259 159 . Effets physiologiques 265 CHAPITRE XI. DÉGAGEMENT DE CHALEUR PAR LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 160. Dégagement de chaleur par le radium en équilibre radioactif. Méthodes de mesures 269 161 . Chaleur dégagée par l'émanation du radium et par la radioactivité induite 278 162. Energie cinétique des rayons a et chaleur dégagée 282 163 . Effet calorifique du thorium et du polonium 284 CHAPITRE XII. URANIUM ET SA FAMILLE. 164. Rayonnement de l'uranium 287 165 . Uranium X. Préparation et rayonnement 295 166. Diffusion de l'uranium X 296 167 . Radiouranium 297 168 . Famille de l'uranium 299 CHAPITRE XIII. RADIUM ET SA FAMILLE. POLONIUM. 169 . Rayonnement du radium 300 170 . Analyse de la radioactivité induite 303 171 . Interprétation théorique 306 172. Application de la théorie de deux substances à l'étude de l'évo- lution du rayonnement pénétrant d'un corps activé 310 T-^G TAIil-E t)i:S MATIÈRES. Pages. 173. Théorie des trois substances. Radium A, radium B, radium C. Activation 315 174. Désactivation 317 175. Détermination des constantes radioactives 321 176. Distillation du dépôt actif et expériences d'électrolyse 323 177. Représentation graphique 328 178. Vérification des formules théoriques 341 179. Charge des particules de dépôt actif. Dimensions des particules. 355 1 80 . Phénomène de recul pour le radium A, le radium B et le radium C. 357 181 . Volatilité du radium A, du radium B et du radium C 361 182. Effet de la température sur la constante radioactive du radium C. 362 1 83 . Ionisation produite par l'émanation et la radioactivité induite .... 364 184. Rayonnement du dépôt actif. Nature complexe du radium C. Rayons ^ du radium 366 185. Loi d'évolution de l'activité induite restante du radium. Radium D, E et F. Leur relation avec le radioplomb et le polonium 370 186. Radium D. Essai de détermination de la période et propriétés. . . . 372 187. Radium Ei et E.. Radium F 377 188. Vie du radium. Evolution de l'activité du radium 380 189. Emission totale d'énergie par le radium 383 190. Perte de poids du radium 384 191 . Famille du radium 385 CHAPITRE XIV. THORIUM ET SA FAMILLE. 192. Activité du thorium 387 193. Thorium X 388 194. Composition du dépôt actif 391 1 95 . Attribution des constantes a et i 393 196 . Rayonnement a du dépôt actif; Thorium B, thorium C, thorium D . 395 197. Rayonnement 3 du dépôt actif 398 198. Evolution de l'activité du thorium X et du thorium privé de thorium X 401 199 . Radiothorium. Mésothorium 404 200. Rayonnement des substances de la famille du thorium 410 201 . Famille du thorium . 415 CHAPITRE XV, ACTINIUM ET SA FAMILLE. 202 . Activité de l'actinium 417 203 . Actinium X 417 204 . Radioactinium 420 205 . Composition du dépôt actif 423 206. Propriétés des substances de la série de l'actinium 429 TABLE DES MATIÈRES. 547 Païcs. 207. Rayonnement des substances de la famille de l'actinium 430 208 . Famille de l'actinium 434 CHAPITRE XVI. MINÉRAUX RADIAOCTIFS. PRODUCTION DU RADIUM. lONIUM. ANALOGIES ET LIAISONS ENTRE LES FAMILLES d'ÉlÉMENTS RADIOACTIFS. 209 . Origine du radium 435 210. Découverte de l'ionium 443 211 . Vie moyenne du radium et de l'uranium 446 212. Activité des minerais d'urane 450 213. Produits extrêmes de la destruction des éléments radioactifs. Age des minéraux 455 214 . Liste des minéraux radioactifs 459 215. Remarques sur les familles de radioéléments 464 CHAPITRE XVII. RADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE l'aTMOSPHÈRE. 216. Dissémination des poussières radioactives et radioactivité induite du laboratoire 467 217 . Ionisation spontanée de l'air 469 218. Présence, dans l'atmosphère, d'émanations radioactives et de leurs dépôts actifs 470 219 . État de la radioactivité induite dans le gaz 474 220. Théorie de l'activation des fils chargés négativement et exposés dans l'air contenant de l'émanation 477 221 . Activation de fils à l'air libre . 484 222. Dosage direct de l'émanation du radium dans l'air atmosphérique. Variations de la radioactivité atmosphérique 490 223 . Radioactivité du sol et des eaux 493 224. Teneur en radium à la surface de la terre. Teneur en uranium et thorium 499 225 . Procédés de mesures de l'ionisation de l'air atmosphérique 505 226 . Origine de l'ionisation de l'air atmosphérique. Ionisation en vase clos 509 227 . Rayonnement pénétrant à la surface de la terre 515 228. Variation de l'ionisation en vase clos. Relation avec la pression et la nature du gaz 518 229 . Influence des parois sur l'ionisation en vase clos 523 548 TABLE DES IIATIÈKES. l'ascs. 230. La radioactivité des métaux est-elle une propriété spécifique du métal ? 527 231 . Radioactivité du potassium et du rubidium 529 232 . Chaleur solaire et chaleur terrestre 532 Tableau des données numériques 536 Appendice 542 PLANCHES. PL III. Fig. 1. — Épreuve obtenue avec un fil activé de section trian- gulaire. Fig. 2. — Action du champ magnétique sur les rayons du radium. Fig. 3. — Action du champ magnétique sur les rayons du radium. Plaque recouverte par des écrans. PL IV. Fig. 1. — Dispositif de Becquerel pour isoler des rayons ^ simples. Fig. 2. — Epreuve obtenue avec le dispositif de la figure 1. Fig. 3. — Epreuve relative à la mesure du rapport — par les m rayons P du radium (Kaufman). Fig. 4. — Déviation magnétique des rayons de l'uranium. Fig. 5. — Passage de rayons [3 simples au travers d'une couche de paraffine (épaisseur 2™™). PL V. Fig. 1. — Passage des rayons p simples au travers d'un écran en aluminium (épaisseur 0°^™,!). Fig. 2. — Rayons secondaires produits par les rayons pénétrants du radium. PL VI. Fig. 1. — Déviation magnétique des rayons a. Fig. 2. — Déviation magnétique des rayons a. Fig. 3. — Action du champ magnétique sur les rayons du radium. PL VII. Fig. 1. — Photographie du sel de radium. Épreuve obtenue au moyen de la lumière émise par le sel. Fig. 2. — Radiographie d'une médaille obtenue par l'action des rayons de l'uranium. Fig. 3. — Radiographie obtenue au moyen des rayons du radium. 44005 Paris. — Imprimerie Gauthier-Villahs, 55, quai des Grands-Augustins. LIBRAIRIE GAUTHIER-VILLARS, QUAI DES GBANDS-AUGUSTINS, 55, A PARIS (6*"). CHÂPPUIS (J.), Agrégé, Docteur es sciences, Professeur de Physique générale à l'Ecole Centrale, et BERGET (A.), Docteur es sciences, attaché au laboratoire des Recherches [)livsiques de la Sorbonne. — Leçons de Physique générale, Cours professé à l'Ecole Centrale des Arts et Manufacture < et complété sun-ant le programme du certificat de Physique générale. 2* édition, entièrement refondue. 4 volumes in-8 (-25-16). ToMK I : Instruments de mesure. Pesanteur. Élasticité. Statique des lif/uidcs et des gaz. Chaleur. Avec 3o6 figures; 1907 18 fr. Tome II : Électricité et Magnétisme. Avec 400 figures; 1900... i5 fr. ToAiE III : Jcousfif/ue. Optique. Avec ioS figures; 1909 i4 fr. TcME IV : Ondes électriques. Radio-activité. Électro-Optique. (Enprép.) DUHEM (P.), Chargé d'un Cours complémentaire de Physique maihéma- lique et do Cristallographie à la Faculté des Sciences de Lille. — Leçons sur l'Electricité et le Magnétisme. 3 volumes in-8 (25-i(;) avec 21 5 figures, se vendant séparément : Tome I : Conducteurs à l'état permanent, avec \\i fig.; 1891 . i6 fr. Tome II : Les aimants et les corps diélectriques, avec 32 figures; 1892 i4 fr. Tome III : Les courants linéaires, avec 71 figuies; 1892 i5 fr. &£RARD(£ric), Directeur de l'Institut électrolechniqueMonlefiore, annexé à l'Université de Liège. — Leçons sur l'Electricité, professées à l'In- stitut électrotechnique. 8' édition, refondue et complétée. 2 volumes in-8 (25-16), se vendant séparément : Tome I : Théorie de l'Électricité et du Magnétisme. Élecirumétrie. Théorie et construction des générateurs électriques. Volume de xii-975 p. avec 458 figures; 1910 12 fr. Tome II : Transformateurs électriques. Canalisation et distribution de l'énergie électrique. 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