HAL Id: jpa-00242128
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242128
Submitted on 1 Jan 1905
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
To cite this version:
L. Matout. Étude sur la Phosphorescence. Radium (Paris), 1905, 2 (4), pp.124-130. �10.1051/ra- dium:0190500204012400�. �jpa-00242128�
Étude sur la Phosphorescence 1
IV. - La thermoluminescence.
La production de phosphorescence par élévation de
température est une propriété que possèdent à diffé-
rents degrés un grand nomhre de substances, natu- relles, préparées artificiellement, ou ayant subi des
influences physiques préalables.
Les diamants, les différentes variétés de spath fluor,
la
leucophane,
quelques minéraux u base de chaux, les sulfures phosphoresceuts artificiels, peuvent être considérés comme les corpspossédant
auplus
haut degré cette propriétés. D’autres tels que la craie, quiLorsque les corps therlnoluminescents possèdent également la propriété de phosphorescence persistante après l’action de la lumière ou d’autres radiations, leur émission lumineuse dans ces derniers cas est géné-
ralement semblable à celle provoquée par la chaleur.
àl. H. Becquerel 2 ,
qui
a étudié ces divers effets surdes mêmes substances, donne un tableau des longueurs
d’onde comparées de la lumière émise par drivers échan- tillons de fluorine, sous l’influence de la chaleur, et
ensuite de la lumière solaire ou de l’arc électrique,
dans le phosphoroscope. On peut se rendre compte par l’examen de ce tableau, que nous
reproduisons,
Tahieau indiquant les longueurs d’onde des raies ou bandes composant les spectres d’émission de différents échantillons de fluorine.
(Les chiffres reunis par une accolade indiquent les longueurs d’onde extrêmes d’une seule bande).
chauffée vers 450° donne une lueur orangée trop faible pour être analysée au spectroscope,
le phosphate
de chaux naturel et surtout les minéraux à base de métaux alcalins et alcalino-terreux, possèdent cette propriété à un degré beaucoup plus faible.
Les premiers savants qui aient étudié ces phéno-
mènes d’une façon assez coml)lète sont Wedwood 1, Schpele, Saussurp, Brugnatelli, Fourcroy, Delametrie, Haüy. Dessaigne 2, Heinrich3, Grothus, Brewster 4, Pearsal5
1. Philosophical Transactions. LXXXII. p, 28.
2. Journal de Physique. t. LXVIII, p. 444, et LXIX. p. 169.
3. Journal de Physique. t. LXXI. p. 307
4. Journal philosophique d’Edimbourg. t. 1. p. 383, - An- nales de Chimie et de Physique. 2e série. t. XIV, p 289,
3. Annales de Chimie et de Physique. 2 série. t. XLIX.
P. 337 et 346.
de l’intérêt que peut présenter la fornle turfs caracté-
ristique des spectres de ces substances.
Les corps qui ont fait l’objet de cette étude sont
certainement les plus riches au point de vue de l’in-
tensité du phénomène et des variations successives des teintes pendant les différentes phases de
l’expérience,
sur un même échantillon.
Si l’on regarde par exemple la
chlorophane
verte au phosphoroscope quand on tourne très lentement, la lumière émise est bleu verdâtre: en augmentant laN la teinte passe an jaune orangé. pour aboutir au vert clair avec la vitesse maximum.
Par l’action de la chaleur, on voit d’abord apparaître
d la température la plus basse ou l’action commence,
1. Bun- le Radium. t. IL n° 2. 13 février 1903.
2. C. R. Académie des Sciences. t. CXII. p. 337,
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190500204012400
puis, que la température s’élève. les raies et bandes 331-497 et
373-478, la lueur terminal parait violacée.
U comblerait, d’après M. H. Becquerel, qu’en ces
cas les différentes émissions lumineuses se manifes-
tant à la lumière et a la chaleur, avec des persistances
et dt’· températures différentes, soient dues à la pré-
Sl’llCC de différentes traces d’impuretés chimiques, qui,
au sein même de la matière, manifestent leur pré-
sence par des sensibilités inégales aux actions qui pro-
voquent le phénomène.
Il est u remarquer cluc’ les fluorines ont des colora- tions propres, très différentes, selon leur provenance, cette coloration ne semble avoir aucun rapport avec la
nature de la lumière qu’elles émettent1 par thermo- luminescence ou par
phosphorescence
ordinaire.Après calcination, quand ces substances ont rendu toute la somme de lumière qu’elles possédaient
elles deviennent complètement incolores et conservent
leur forme cristalline, mais restent pour toujours inca- pables de devenir phosphorescentes par la chaleur, si
une influence extérieure ne leur rend de nouveau la
somme
d’énergie qu’elles
avaient emmagasinée depuisleur formation.
On peut néannioins, tl un échantillon quelconque de fluorine, ne fairc rendre qu’une partie de la lumière
qu’il possède en ne le chauffant qu’à une température déterminée; si un temps quelconque après l’avoir
laissé refroidir, on le chauffe de nouveau, il commen- cera à émettre de la lumière au moment précis oil il
atteindra la température maximum à laquelle il avait
été chauffé précédemment; en continuant de chauffer, il émettra le reste de la lumière qu’il avait conservée lors de la première expérience. On voit que de cette
façon on peut, en quelque sorte, doser la fraction de lulnière que l’on veut faire rendre à la suhstance ; on peut même, si l’on veut, en élevant très rapidement la température, lui faire émettre une vive lumière pen- dant un temps très court ; ait contraire, si l’élévation de température est lente, 1 émission est faible mais dure plus longtemps.
Les fluorines décolorées par la chaleur et ayant per- du leur propriété de thermoluminescence, sont encore sensibles à l’action de la lumière dans le phosphoro-
scope, mais avec des lacunes dans le spectre d’émis- sion : la persistance a également diminué.
M. H. Hecquerel a constaté que l’étincelle électrique
éclatant au contact d’un échantillon de fluorine épuisé,
lui communiquait du nouveau la propriété d émettre
de la lumière par calcination: si t’l’tte action est assez
prolongée, le corps prend une coloration bleue ou vio- lacée. suivant sa nature. Cette coloration artificielle
disparaît également par l’échauffement.
D après M. H. Becquerel. ce fait que l’élévation de i. Il. BECQUERREL. Lu lumière. ses causes et ses effets. t. I.
p. 43
température rendre à différents corps de la lumière.
permet de supposer que ces corps ne sont pas dori- gine ignée, il en conclut que le diamant étant thermo- luminescent doit avoir une origine aqueuse. 1 l’appui
de cette hypothèse, l’auteur cite une expérience qui
consiste à dissoudre dan:-, de l’acide chlorhydrique du spath fluor incolore et préalablement calciné: en lais-
sant lentenlent cristalliser la solution on obtient des cristaux de spath fluor légèrement thermolumines- cents.
En réalité cette hypothèse. trés ingénieuse à l’époque
à laquelle elle a été conçue, trouve aujourd’hui un argument oppose dans les phénomènes de radioactivité
atmosphérique.
M. H. Becquerel a montre en effet que le raBo))ne- ment des corps radioactifs rendait an spath fluor épuise la propriété de redevenir thermoluminescent et augmentait dans de notables proportions la per- sistance de sa phosphorescence à la lumière, fil serait donc
permis
de supposer que la radioactivité de l’air des couches souterraines’, plus forte que celle de l’air ambiant, a pu, maigre la faiblesse de son action, dé-velopper
cette propriété chez les minéraux eu question :cette action s’exerçant vraisemblablement depuis des temps dont il est difficile de se faire une conception.
Le rayonnement des corps très radioactifs est, du reste,
capable
dedévelopper
la thermoluminescence chez un grand nombre d’autres substances, en leurcomn1uniquant en même tell! p..; des colorations di-
verses qui se détruisent à la chaleur et souvent a la lumière.
La
lcucohhan e
possède des propriétés très voisinesde celles de la fluorine pour la sensibilité à la chaleur
et aux actions qui lui font récupérer ses propriétés.
Un corps paraissant particulièrement intéressant,
quoique peu étudié, est la fluorine de Thompson conte-
nant des terres rares2, qui émet une l’elle tueur oran-
gée en dégageant de l’hélium sous l’influence d’une élévation de température.
Beaucoup de composés organiques ou naturels, tels
que la houille, la tourbe, la plombagine, le jayel, le soufre, les fécules, le papier. les os, les coquilles, le corail, le sulfate de quinine3. etc., sont thermolumi-
nescents, pourvu toutefois que la température à la- quelle on les soumet ne soit pas assez élevée pour ame-
ner leur combustion ou leur carbonisation
parmi les liquides, les huiles essentielles telles que les essences de térébentine et de citron. l’huile de
naphte. etc., émettent une faible lumière a la tempé-
rature de l’ébullition.
En général les liquides qui distillent sans trace de
décomposition, comme l’eau, l’alcool et les acides, ne
1. Voir les travaux de MM.
de l’air extrait du sol
2. Ce mineral se trouve à Julian
3. Annales de Chimie et de Physique
possèdent
pas cette propriétés, ce qui semble indiquerque dans les cas oû elle se manifeste elle est due u des
phénomènes d’ordre chimique.
Quelques corps combustibles, un peu avant d’at-
teindre la température d’ignition deviennent très fai- blement luinineux ; cet effet semble rentrer dans la catégorie des phénomènes de thermoluminescence or-
dillairc, car il se produit même dans le vide ou dans
un gaz inerte;
cependant
rien ne prouve qu’il n’y aitpas des actions chimiques intimes et mettant en
jeu
des quantités de matières assez minimes pour ne pas laisscr de traces apparentes de destruction dans la substance totale.
Un phénomène de
phosphorescence
par la chaleur,d’un autre ordre que ceux que nous venons d’exami- ner, est l’action vive
qui
se produitquand
on chauffedes sulfures de zinc, ou alcalino-terreux préparés arti-
ficiellement.
L’action de la chaleur n’a d’autre effet ici ilue de faire émettre â ces corps toute la lumière qu’ils ont absorbée, dans un temps très court et avec une très
grande
intensité.Si l’on chauffe du sulfure
phosphorescent
â 100° et qu’onl’expose
à la lumière vive, en rentrant immé-diatement dans l’obscurité, on constate qu’en se refroi-
dissant il n’est pas lumineux, il faut alors le chauffer de nouveau et ce n’est qu’a
partir
de la température qu’il avait au momentdel’exposition
à la lumière, que l’éllission dephosphorescence
con1112ence.Ces faits semblent avoir quelque ressemblance avec ceux que nous avons déjà cités sur les fluorines, seu- lement dans le cas des sulfures artificiels il n’y a pas conservation illimitée de la propriété acquise par inso-
lation, elle
s"épuise
en un temps relativement courtaprès
l’impression
de la lumière,probablement
parune émission trop faible pour être perçue par l’oeil.
Y. - Phosphorescence par les radiations nouvelles.
RAYONS CATHODIQUES.
Les
premiers
effets de phosphorescence cathodiqueont été observés sur le verre des ampoules de Crookes ;
la persistance de cette phosphorescence paraissant
plus
grande que celleproduite
llar la lumière, M. Sandrucci 1 chercha si cette persistance était réelle, ou si elle étaitdue simplement à la continuation de l’émission catho-
diqtiu lul certain temps après l’arrêt du courant ali-
mentant l’ampoule; il constata que les deux cas sc
produisent, c’est-à-dire qu’il v a encore émission de rayons cathodiques, pendant quelques instants, mais après l’extinction de on observe encore quelque
temps de la phosphorescence. Maintes expériences
ont montré, depuis, que les persistances d un même
1. Il nuovo Cimento, t. VI, 2e semestre. p. 322.
corps sensible séparément à la lumière et aux rayons
cathodiques peuvent être très différentes suivant rem-
ploi de l’un ou de 1 autre de ces modes d’excitation; le
mécanisme de cette excitation n’est donc pas apparem- ment le même quoique la lumière d’émission soit
identique dans les deux cas.
Comme pour la lumière nous n’énumérerons pas le nombre trop grand des corps susceptibles de
phospho-
rescence par l’action de ces rayons, il est mèmc cer- tain que nous ne pourrions y
parienir,
étant donne la grande quantité de ceux qui n’ont pas encore étéobservées ; nous nous contenterons donc de
signaler quelques
cas suffisanlment intéressants.Citons en
première
ligneparmi
ces corlls, la Wille- mite (silicate de zinc na-turel) qui
mérite unemention tt part par l’in- tensité anormale de sa
phosphorescence;
unfrag-
ment de ce minéral pré-
sentant aux rayons catho-
diques
une surface de 5 ou 4 centimètres carrés émet une lumièrejaune
Ycrdatredont la puis-
sance éclairante est con-
sidérable.
Le rubis dans les mè-
mes conditions donne une
très belle phosphorescence
d’un rouge velouté très
agréable
à l’oeil, les rubisartificiels de MM. Frémy
et Verneuil sont parti-
culièrenient beaux.
Beaucoup de minerais
Fig. 1. - Ampoule a vide dis- posée pour l’dUlie de la
phosphorescence dcs duré-
rentes substances soumiscs a faction des rayons cathodi- quels.
naturels, surtout a base de chaux, sont rendus lumi-
neux par les rayons
cathodiques.
Pour l’exalnen des différentes substances, on peut utiliser unappareil
analogue à celui qui est représenté par la figure 1.Les corps maintcnus dans une coupelle C reçois ont
le flux
cathodique
éllanant de l’électrode B.C’est par un
procédé
de ce genre que Crookca’ ct Swinton 2, et depuis d’autres observateurs, ont étudiéeles spectres caractéristiques de la
phosphorescence
cathodique des sels de terres rares.Les rayons cathodiques semblent produire sur les
corps phosphorescents soumis à leur influence, des
actions destructives; ainsi les diamants finissent par
se couvrir d’une couche noiràtre ayant l’apparence du graphite, les substances préparées artificiellement,
comme les sulfures de zinc. de calcium, de baryum et
de strontium, les platiné-cyanures, les sels d’ura-
nBIe, etc. paraissent subir une transformation chi- 1. Journal de Physique, série 3, t. IV. p. J03.
Il. Id.. série 3. t. IV, P. 297.
priété d(, phosphorescence.
I) autres corps, cristallises, de complexion simple.
se désagrègent comme sous une Influence mécanique produisant la pulvérisation des arêtes t’t des surfaces cristallines, ces corps ne perdent pas toujours leur propriété.
Comme on peut le v oir par ces quelques observa- tions, l’excitation par les rayons cathodiques est diffé-
rente de celle produite par la lumière, non au sujet
de l’émission phosphorescente, mais par le mécanisme intime de cette excitation et les transformations par- ticulières qu’elle peut produire sur les corps.
RAYONS X.
OH trouve de nombreuses analogies entre les effets
de la phosphorescence excitée par les rayons X et de celle excitée par les rayons cathodiques, en ce sens
que, l’on1me pour ces derniers, leur action prolongée
ne laisse pas indemncs les substances soumises a leur influence.
Le plus connu des corps sensibles a l’action des
rayons X est le plalinocyanure de baryum dont l’c111ploi s’est répandu dans la fabrication des écrans
radioscopiques employés dans les
cliniques
chirurgi-cales.
On sait que la matière de ces écrans s’altère après
un certain temps de service, le sel prend peu à peu
une coloration brune et devient impropre aux obser-
vations. Une exposition prolongée u la lunlière solaire lui rend en partie sa coloration prinitive et ses pro-
priétés phosphorescentes.
Les platinocyanures en général sont lumineux par l’action des rayons X avec des diflérences d’intensité
et de couleur d’émission; le
plus
lumineux de cessels parait être le
platinocyanure
de lanthane ; sonéclat semble un peu plus vif que ceL:i du platillo-
cyanure de baryum; son emploi dans la fabrication des écrans radioscopiques présenterait peut-être un cer-
tain avantage sur celui de ce dernier sel, quoique son prix soit un peu plus élevé.
TABLEAU DL QUELQUES SELS PHOSPHORESCENIS PAR LI.... RAYONS X.
ne pouvant citer tous les corps impressionnables
par les rayons X, nous donnons ci-dessus un
un certain nombre de sels de métaux alcalins et alca- lino-terreux doues de cette propriété.
Cette nomenclature est évidemment incomplète. le
tungstate de calcium, un des corps les plus lumiueux
aux raons X, y manque néanmoins elle fournit déjà quelques utiles renseignements.
Comme par les rayons cathodiques. certains miné-
l’aux tels que la kunzite2. la scheelite, la willemite. la
leucophane, la ihiorine, sont excites par les rayons X.
Ce dernier corps, la fluorine, possède même en cette
circonstance une propriété (pli jusqu’à présent n’a
jamais été observée sur un corps phosphorescent c’est
démettre de la lumière ultra-violette en même temps
que de la lumière visible. MM. Winkelmann et R. Strau-
bel j ont ainsi obs ervé dans lu spectre de quinze échan-
tillons diilerents de fluorine tlte radiations allant jus- qu’à la longueur d’onde 08233, ce qui est près de la
limite extrême de 1 ultra-piolet.
On ne sait encore si la
phosphorescence
tut’int’alternativement sur un même corps par ln lumière et par les rayons X, possède dans ces deux (’,h ta moue persistance.
La question serait facile a résoudre par lemploi du phosphoroscopc, les dis(pies des modèles courants de cet appareil sont assez opaques pour que leurs sec- leurs pleins puissent intercepter complètement les rayons X: on pourrait donc opérer avec ces raBous
comme avec la lumière.
RAYONS DES COUPS RADIOACTIFS. RADIUM, POLONIUM.
ACTINIUM, ETC.
Le premier des corps sur lesquels la phosphores-
rence produite par les ravons du radium n été observée est le radium lui-même. M. Curie a d’abord montré que les sels de baryum radifères sont auto- phosphorescents; il a ensuite reconnu cette propriété
aux sels de radium pur.
L’intensité et la nature de cette phosphorescence dépendent surtout du degré de dessication de corsets,
plus ils sont secs, plus ils sont lumineux : lorsqu’ils
sont récemment préparés, ils émettent une lumière propre, mais au bout de quelque temps cette limière
se transforme par suite d’une altération progressive
des cristaux sous l’influence de leur propre rayonne- ment Quand cette altération est complète, la lumière émise ne donne plus que le spectre de phosphores-
cence cathodique de l’air: cette phosphorescences,
comme n’llt, de LI première période. disparait quand
les sels sont exposés à l’humidité: une nouvelle cris-
1. C. R. Andonne 2. Le Radium. t. II.
3. Annalen der Physih, 1904.
4. Société de Physique, 3 mars 1899.
.
tallisation leur rend leur première propriété pour un
tcnlps égal des mêmes périodes.
Le rayonnement du radium provoque la phospho-
rescence de la plupart des corps sensibles aux autre, radiations en général (lumière, ravons X et catho- diques) ; cependant
d’après
quelques observations de M. H. Becquerel, on pourrait enplusieurs
cas excepterde cette généralité les substances qui ne sont lumi-
neuses que sous l’influence de la partie visible du spectre 2. Ainsi par exemple, les rubis qui ne sont pas sensibles aux rayons du radium, le sont aux rayons
cathodiques
et seulement à la partie visible du spectre solaire ou de l’arcélectrique.
Les rayons du radium, de même que les rayons X
et cathodiques, altèrent la
plupart
des substances, surlesquelles
s’exerce leur action, les effets de destructionproduits
semblent de même nature que ceux résultant de l’action de ces derniers rayons.Les effets de
phosphorescence
précités ont été ob-servés avec le rayonnement total du radium ; on sait
cependant
que certaines substances sontplus
oumoins sensibles a1 l’une ou l’autre des trois sortes de rayons (a, B, y)
qu’il
émet.Lcs rayons B et y SCI2lblellt exciter une phosphores-
cence unifornlc, on
pourrait
dire i1nmobile, alors que les rayons oc produisent en général une sorte de scin-tillation.
Cette scintillation a été observée par MM. Elster et Geitel3 sur la blende
hexagonale,
qui, très sensible auxrayons x, ne manifeste
qu’une phosphorescence
trèsfaible solls l’influence des deux autres sortes de rayons.
Ils ont reconnu en même temps que les radiations rouges et
infra-rouges
qui provoquent l’extinction decette substance cxcitéé par la lumière ultra-violette, n’ont aucune action sur le phénomène de scintil- lation.
Sir W. Crookes 4 a
imaginé un petit appareil
auquelil a donné le nom de spinthariscope, qui montre d’une façon
particulièrement suggestive
ce phénomène.Le
spinthariscope
se compose d’un grainimpercep-
tible d’un sel de radium pur, maintenu a l’extrémité d’un Îil métallique fin et placé à un demi-millimètre environ d’un écran enduit de blende hexagonale. Au
moyen d’une très forte
loupe
on examine la partie del’écran soumise au rayonnement du grain de matière
active, et l’on aperçoit nne agitation extraordinaire
produite par des milliers d"étincelles qui apparaissent
et disparaissent avec une extrême rapidité.
Lorsque les rayons x frappent normalement un
écran sensible et qu’ils sont émis par une source puis-
sante, les points lumineux produits sont en si grand
t. Mme CURH, Thèse du doctorat.
2. ’1. II. BECQUERFI. Recherces sur une propriété nouvelle
de la matiere, p. 117.
ï. Physihalsche Zeitschrift, L IV, p, 439.
-4, Proc. Roy. Soc.. l. LXXI, p 403. Elctrician, 3 avril 1903.
nombre qu’ils n’apparaissent plus séparés les uns des
autres ; le phénomène prend alors l’aspect d’une sur-
face lumineuse agitée de mouvements tourbillonnaires continus.
M. H. Becquerel 1 a reconnu qu’un écran de diarnant
en
poudrc
était trés scintillant sous l’influence des rayons x; le sulfate doubled’uranyle
et de potassium,le
platinocyanure
de baryum, manifestent égalementce phénomène, mais avec ces deux dernières substances il est masqué par l’action des rayons B et ’Y qui domine
en provoquant une phosphorescence
générale.
Pourobserver la scintillation dans des cas semblables,
on est obligé
d’employer
un artifice qui consiste à limi-ter un faisceau de rayons émis par une source R de radium
(fig.
2) au moyen d’une fente Fpratiquéc
dans une lame de
plomb
L. Au-dessusde la fente se trouve un
écran transparent E, cnduit de la substance à examiner qui est placée en dessous, et exposée au rayonne-
ment. En
produisant
un
champ magnétique
normal à la
disposition
de la figure, les rayons
Fig. 2. - Etude due l’at:tion phos- phorogénique individuelle des rayons a et B du radium.
a continuent leur
trajectoire
à peu près dans lamême direction alors que les rayons 8 déviés, se sé- parent, et vont
ilnpressionner
la substance un peuplus loin.
En examinant avec une
loupe
très grossissante lesplages 7.
et B au travers de l’écran, on voit lapartie a
présenter l’agitation caractéristique, alors que lapartie
B est éclairée uniformén1cnt sans manifeste le moindre mouvement.Il. II. Becquerel attribue lc
phénomène
de scintil- lation à unclivage
des cristaux dont sont formés lescorps
phosphorescents ;
ce clivage serait dù à une actionmécanique des rayons a.
A
l’appui
de cettehypothèse,
)1. Becquerel a montréque l’on peut reproduire un phénomène analogue à
celui du spinthariscope en écrasant de la blende hexa-
gonale ou du nitrate d’urane entre deux lames de
xerre. Quelques expériences de M. Thon1masina sem- blent très bien confirmer cette supposition, c’est pourquoi nous sommes partisans de l’hypothèse de
)I. H. Becquerel à l’exclusion de toute autre.
Le dispositif décrit a la figure 2 peut servir à sépa-
rer également les rayons des rayons Y et a examiner leurs ellèts respectifs sur n’importe quelle substance.
Si dans le premier cas nous avons négligé de parler
des rayons y qui se trouvaient nécessairement mélan-
gés aux rayons 7., c’est que par suite de leur extrême 1. C. R. Académie des Sciences. t. CXXXVII, p. 629.
9. f:. R. Académie des Sciences. L CXXXVII, p. 743.