HAL Id: jpa-00233328
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Étude calorimétrique du rayonnement gamma du Ra (B
+ C)
I. Zlotowski
To cite this version:
ÉTUDE
CALORIMÉTRIQUE
DU RAYONNEMENT GAMMA DURa (B
+
C)
Par I. ZLOTOWSKI.Sommaire. 2014 Une méthode calorimétrique de haute sensibilité a été appliquée aux mesures de
l’énergie des rayonnements émis par les sources de radium.
On a effectué deux séries des mesures : 1° Étude de l’effet calorifique total du rayonnement du radium (en équilibre avec ses descendants jusqu’au RaC inclus) en fonction de l’épaisseur des écrans absorbants
en plomb; 2° Mesures directes de l’énergie du rayonnement 03B3 absorbé par les écrans en plomb en
élimi-nant, grâce à un dispositif, décrit précédem nent par Swietoslawski et Zlotowski, l’influence des
rayons 03B1 et 03B2 émis simultanément par la source utilisée.
Les mesures ont été exécutées par une méthode adiabatique au moyen du calorimètre de Swietoslawski
et MIle Dorabialska dans sa forme améliorée dernièrement par Swietoslawski et MIle Bartoszewicz. Cette méthode nous a permis d’évaluer l’effet thermique total du rayonnement du radium avec une précision
de 0,2 pour 100 et l’énergie des rayons 03B3 avec celle de 2 à 3 pour 100. Résultats numériques :
a) Effet calorifique total du radium (en équilibre avec ses produits de désintégration de courte durée) :
139, 6 ± 0,3 cal/g R a, h.
b) Énergie
du rayonnement 03B3 du Ra (B + C) : 9,1 ± 0,15 cal/g Ra, h.c)
Énergie
des rayons 03B2 du Ra (B + C) est supérieure à 6,1 cal/g Ra, h.Nous avons tracé une courbe d’absorption du rayonnement 03B3 par le plomb. Il résulte de l’allure de cette courbe que les rayons 03B3 du Ra (B + C) filtrés par 2 cm de plomb se comportent comme pratiquement
homogènes. Leur coefficient d’absorption est 03BCPb = 0,61 cm-1 (ce qui correspond à (hv) = 13,5.105 eV. En
outre la courbe d’absorption nous a permis de conclure que la limite supérieure du rapport :
E03B3RaB/E03B3RaC
est égale à 0,138.Nos valeurs numériques nous ont permis de calculer la distribution absolue de l’énergie dans le spectre du rayonnement 03B3 du Ra (B + C) en nous servant de la répartition relative soit d’après Ellis et Aston
soit d’après Skobelzyn. On a comparé les résultats obtenus dans ces deux cas.
Enfin en nous basant sur les coefficients d’absorption interne des rayons 03B3 indiqués par Ellis et Aston
nous avons calculé l’énergie et le nombre d’électrons secondaires émis par le Ra (B + C). Le résultat de ce
calcul est en accord très satisfaisant avec les évaluations faites par d’autres auteurs.
1. Introduction. - L’intérêt que
présente
la solu-tion des différentsproblèmes énergétiques
concernant lerayonnement
y des corps radioactifs s’est accrusensiblement
depuis
les récents travaux de Gamoxi.sur l’association des groupes des rayons a et y émis
par un même élément. Dans le
présent
travail nous avons voulu déterminer au moyen d’une méthodecalorimétrique
très sensiblel’énergie
des rayons y du radium(en
équilibre
avec ses descendantsjusqu’au
RaC
inclus)
et en mêmetemps,
profitant
desqualités
particulières
de cetteméthode,
exécuter une série de mesures en vue d’étudier la courbed’absorption
durayonnement
y par leplomb.
Jusqu’à
présent
l’étude del’absorption
des rayons y(de
même que laplupart
des déterminations de leur effetthermique)
se basait à peud’exceptions près
surles mesures d’ionisation
(1).
On a en outreessayé
de calculerl’énergie
durayonnement
yd’après
les don-nées fondées soit sur sonspectre
de diffraction(1)
soit sur la distribution des raies dans lespectre
naturel desrayons ~
secondaires(3).
On sait
qu’en
étudiantl’absorption
des rayons y parune méthode d’ionisation il est nécessaire de faire intervenir dans les calculs définitifs une série de
coeffi-cients
qui
caractérisent la sensibilité dudispositif
enfonction de la
longueur
d’onde durayonnement
émispar la source. En
principe
la détermination de cescoefficients rencontre des difficultés considérables
(l).
De
plus,
pour déduire de ces mesures les valeursd’énergie
durayonnement
y il faut encore définir trèsexactement
l’énergie indispensable
à la formation d’unepaire
d’ions. Or cettevaleur,
déterminéejus-qu’à présent
par de nombreuxauteurs,
varie entre des limites relativement étendues suivant la méthodeemployée
et les conditions de mesure(1).
D’autre
part,
les évaluations del’énergie
des rayons y basées sur les mesuresspectrographiques
sont très incertaines. Les éléments de ces calculs étant encoreimparfaitement
connus, l’écart entre les résultatsobte-nus par différents auteurs atteint environ 50 pour 100. Pour éviter toutes les difficultés mentionnées
ci-dessus, on a
essayé
àplusieurs
reprises
d’évaluerl’énergie
desrayonnements
émis par des corps radio-actifsd’après
les données fournies par les mesurescalorimétriques
directes(6).
Il fautpourtant
souligner
que dans laplupart
des méthodescalorimétriques
adaptées jusqu’à présent
aux déterminations de l’effetthermique
des rayons y, les calculsd’énergie
totales’appuient
sur les coefficientsd’absorption
du rayon-nement étudié par le matériel absorbant du calorimètreproprement
dit,
et parconséquent
ils se basent endernière
analyse
aussi sur les mesuresd’ionisation,
étant donné que c’est par cette voie que l’on évalue ces
coefficients.
En
effet,
à cause de la sensibilité insuffisante des méthodescalorimétriques
élaboréesjusqu’ici
it était nécessaire d’utiliser des massifscalorimétriques
decapacité calorifique
laplus petite possible
et par suitel’épaisseu.r
des écrans absorbants(par
ex. enplomb)
nedépassait
presquejamais
2 cm. Etant donné lapéné-tration des rayons ,;, il est
impossible
de déterminer dans ces circonstancesl’énergie
totale de ces rayonsautrement
qu’en
extrapolant
les résultats mesurés pour lesépaisseurs
relativement fortes(1).
Il va sansdire que ces calculs
peuvent comporter
une erreur assezconsidérable,
car ils se basent sur lerapport
de deuxgrandeurs
du même ordre et déterminées tout à faitindépendamment
l’une de l’autre : Feffptcalorifique
dû àl’absorption
durayonnement
y par unécran donné et l’abaissement d’effet ionisant du
fais-ceau initial
provoqué
par le même écran.Il est à noter que
l’application
de la méthodecalo-rimétrique
à l’évaluation del’énergie
totale des rayons; peut
se faire suivant deux modesopératoires
diffé-rents : ou bien on mesure directement l’effet
calorifique
dû à
1 énergie
d’une fraction des rayons y absorbés par l’écranutilisé,
en enlevant autant quepossible
l’in-fluence des rayons aet ~
émis simultanément par lasource radioactive
(par
ex. Ellis etWooster)
ou bien ~on utilise undispositif d’absorption
telqu’avec
unefraction des rayons ; sont absorbés totalement lns rayons x et
~.
Dans ce dernier cas les mesures doivent êtreparticulièrement précises,
étant donné que l’on détermine dans ces conditions l’effetthermique
des rayons y ensoustrayant
de l’effet total mesurél’énergie
des rayons aet fi
qui
constituéeplu~s
que 90 pour 100 de la chaleurdégagée.
L’application
du calorimètreadiabatique
de wietos-law3ki, et 3fiiie Dorabialska(),
adapté
spécialement
selon l’idée de M. SBvietosiaBvski à-L’étude del’absorp
-tion durayonnement
de corps radioactifs apermis
d’augmenter
laprécision
de mesure de sortequ’il
est devenupossible
d’utiliser des écrans enplomb
dontvarie de
quelques
millimètres à 11 cm(~).
D’autre
part,
la méthode directe de détermination del’effet
thermique
des rayons y, décrite récemmentpar Swietoslawski et
Ziobowski
(9)
et dont nous nous sommes servis dans la deuxièmepartie
de nosrecherches,
apermis
de vérifier les résultats obtenusprécédemment
au moyen de la méthode indirecte pourune
absorption
pratiquement
totale durayonnement
y des sources utilisées-.(*) Signalons que tout dernièrement SNvietoslawski et
Salv,ewiez (C. R. (i93t),199,p ’)313> ont ponr da;mesures
calorimétriques une métho le isottlt->rmique exll èmeméUllJL’édse,
ba~ée sur la loi de refroidissement de llwvtoa.
Dans la deuxième partie de notre travail nous avons eu recours à cette méthode pour contrôler les résultats de nos mesures aliabaliqiies. Ayant t constaté à plusieurs reprises une
concordances parfaite entre tes valeurs clélci-iniri-es suivant ces
deux modes opératoires nous avons admis dans tous les cas les
données obtenues dan» les expériences adiabatiques.
Nous avons utilisé
quelques
sources du radium très strictement étalonnée" aupréalable
etd’àge
bienconnu. lous avons pu évaluer l’effet
calorifique
dii àl’abso,rption
derayonnement -
du radium(en équilibre
avec ses
produits
dedésintégration
de courte durée)par les couches Ele
plomb
jusqu’à
6 cmd’épaisseurs
avec uneprécision
de 2 à a3 pour 100. Nous avonsessayé
de tirer de nos mesuresquelques
conclusions d’un caractèreplus généralB
concernant la distributiond’énergie
entre les différents groupes de ra)"ol1s émis par une souree de radium.Méthode de mesure.
D:escription
desappareils.
-Nous avons exécuté dans le
présent
travail deux séries de mesures. Dans lapremière
nous avionsmesuré les effets
calorifiques globaux
desrayonne-et ;
pour les écrans absorbants enplomb
de
0,~ jusqu’à
6 cmd’épaisseur,
et àpartir
des ré-sultatsexpérimentaux
nous avons calculél’énergie
dueaux rayons y
(méthode
indirecte).
Parcontre,
dans la deuxièmesérie,
nous avons déterminéexpérimentale-ment
l’énergie
des rayons y absorbés par les écransen
plomb
de 2jusqu’à
10 mmCC),
en enlevant totale-ment 1~ chaleurdégagée
par les rayons aet ~
(mé-thode direct~).
Le
dispositif
des mesures par la méthode indirecteest
représenté
sur lafigure
1. Le calorimètrepropre-ment dit se compose de deux
parties
principales :
(1)
unrécipient
rnétalUque A fermé hermétiquementpar
un couvercle B et(2)
un certain nombre desphères
concentriques
enplomb
Csuspendues
au centre tlurécipient
etqui
constituent un écran absorbant pour les rayons émis par la source S.Chaque
écranabsol’-(et) Malheur usement, par suite des circonstances. nous n’avons
pas pu d’ans cette série exécuter des mesures pour le~ écrans
bant se compose de deux
hémisphères
munies dans lapartie
supérieure,
ainsi quel’indique
lafigure,
d’un orifice fermépendant
l’expérience
au moyen d’uncuu-vercle strictement
adapté
etqui
sert en mèmetemps
à introduirel’ampoule
contenant la source radioactive De cette manière il estpossible
de réaliser un écranépais
enréunissant
plusieurs
écrans minces cequi simplifie
con-sidérablement la détermination des
capacités
calorifi-ques des massifs absorbants utilisés dans les sériesparticulières
des mesures.Les
capacités
calorifiques
mentionnées tout àl’heure,
nous les avons déterminées
expérimentalement
pour toutes lessphères
utilisées dans nos mesures de la manière suivante :après
une séried’expériences
onintroduisait à la
place
de la source radioactive unespirale
de constantan et on y faisait passer un courant d’une .intensité telle que l’élévation de latempérature
(par
unité detemps)
soit strictementégale
à celle que l’on avait mesuréeprécédemment
au cours del’expé-rience réelle exécutée avec le même écran
(la
résis-tance de la
spirale
était choisie defaçon
que le courant reste de l’ordre dequelques
dizaines demA).
La quan-tité de chaleurdégagée
par le courantélectrique
(chaleur
deJoule)
étant bien connue, il estpossible
dedéduire de ces mesures les valeurs des
capacités
calo-rifiques
pour tous les écransemployés.
Par suite de l’adiabaticité de nos mesures, l’élévation de la
température
dessphères
absorbantescorrespond
toujours
exactement à l’accroissement dans le mèmetemps
de latempérature
du bain extérieurR,
déter-minée à l’aide de deux thermomètres de Beckmann7°1
et
T20
La marcheadiabatique
del’appareil
a étérigou-reusement contrôlée au moyen de deux
thermocouples
(cuivre/constantan)
dont les soudures se trouvaientrespectivement
à la surface de l’écran donné et dansune
éprouvette correspondante
durécipient
A.Il est à noter que toutes les
sphères
absorbantes ont été examinéespendant plusieurs jours
pours’as-surer de l’absence d’un débit de chaleur dû au
plomb
lui-même. Dans nos recherches nous n’avons utilisé
que~ les
écrans absolument sûrs àl’égard
de leur «neu-tralité o
thermique.
Par suite d’un écart assez
grand
descapacités
calo-rifiques
dessphères
absorbantes enplomb,
dontl’épaisseur
deparois
varie de 2 à 60millimètres,
il estindispensable
de se servir deplusieurs
sources de radium(préalablement
très strictementcomparées
entreelles)
en les choisissant pourchaque
série demesures de telle sorte que l’élévation moyenne de la
température
soitcomprise
dans les limites de0,060
à 0,300°C
par heure. Dans ces circonstances l’erreurmoyenne de toutes les séries de mesures ne
dépassait
jamais
0,2
à0,3
pour100 ;
parconséquent
nous avions lapossibilité
de déterminer l’effetthermique
dû aurayonnement y
avec uneprécision
de 3 pour 10Uen-viron.
Dans
chaque
séried’expériences
nous avons effectuétour à tour des mesures au moyen de l’un ou de l’autre des deux
thermocouples.
Enoutre,
dansquelques
séries nous avons exécuté des mesuressup-plémentaires
à l’aide d’un troisièmethermocouple
dont une soudure était installée à l’intérieur de lasphère
absorbante au lieu d’êtreplacée
à sa surface. Pour mettre en évidence laprécision
de nos mesures nous avonsprésenté
dans les tableaux suivants(ta-bleaux 1 et
II)
la marche d’uneexpérience
exécutée en~) heures ainsi que les résultats obtenus pour le même écran
d’après
les indications de différentsthermo-couples.
Fig. 2.
Pour les mesures de l’effet
thermique
du ra yonn ement y
par voie directe nous avonsemployé
ledispositif
décritprécédemment (’),dans
lequel
(fig. 2)
les rayons y émis par la source S sont absorbés par les écrans enplomb
Q
dontl’épaisseur
varie de0,2
jusqu’à 1
cm.La source radioactive S est
placée
à l’intérieur d’unlabyrinthe
(a, b)
danslequel
on fait circuler uncourant d’eau en vue d’enlever la chaleur
dégagée
par les rayons aet ~,
absorbéspratiquement
en entierpar (1)
une mincegaine
enargent
entourantl’ampoule
utilisée,
(2)
quelques
couches d’eau traversantcons-tamment le
labyrinthe
et enfin(3)
lesparois
en verrede ce dernier. Tous ces absorbants réunis sont
équi-valents à
0,6
mm deplomb.
On
voit,
ainsi que le montre lafigure (fig. 2),
que dans notredispositif
il étaitimpossible
d’entourer lasource de tous les côtés par l’écran
absorbant,
commec’était le cas dans la
première partie
de nos mesures.Par
conséquent,
il étaitindispensable
d’exécuter pourchaque épaisseur
de l’écran deux séries de mesures :dans l’une on avait déterminé l’effet
calorifique
dû àl’absorption
des rayons y par unegaine
de la formeprésentée
sur lafigure
et clans l’autre on avaitabsorbé
TABLEAU I. -
F,,ri)éîieiice
du 9Epaisseur
de l’écran :,, 6’
cn1.Capacité
calori fique
de.~~,90
TABLEAU II. -
Epaisseur
de -- .~, 6 cm.l’analyse
des résultats obtenus dans ces deux sériesd’expériences
nous apermis
d’évaluer danschaque
casparticulier
l’effetcalorifique
total. Le tableau suivant(tableau
III)
résume les résultatsrespectifs.
TABLEAU 111.Dans le tableau
Q2
désigne
la chaleur due àl’ab-sorption
par un écrancylindrique
etQi
par celuipré-senté sur la
figure.
Les valeurs de la dernière colonne confirment lesprévisions d’après
lesquelles
la fraction durayonnement y
qui
passe parl’appareil
après
avoiréchappé
àl’absorption
par l’écran montré sur lafigure
doit être constante pour tous les écrans utilisés. Il est à noter quecompte
tenu des dimensions inté-rieures de nos écrans(qui
ne varient pas avecl’aug-mentation de leur
épaisseur),
un calculapproximatif
donne pour cetteperte
durayonnement
une valeur de~1,4
pour100,
cequi
reste en accord satisfaisant avecnos résultats
expérimentaux.
Pour délerminer les
quantités
de chaleurdégagées
nous nous sommes
servis,
ainsi que dans les mesuresindirectes,
de la méthodeadiabatique,
en mesurant l’élévation de latempérature
du baincalorimétrique
pendant
les intervalles detemps
bien déterminés.(Le
spot
dugalvanomètre
branché dans le circuitthermoé-lectrique
reste auzéro.)
En ce
qui
concerne les résultats de mesures nousavions dans ce cas la
possibilité
de déterminer direc-tement la chaleur due àl’absorption
des rayons ,, avec uneprécision
de 2 à 3 pour100,
soit uneprécision
égale
à celle de nos mesures indirectes. Parcon-séquent,
les résultats de ces deuxparties
duprésent
travail sont biencomparables
entre eux.Considérations concernant
l’énergie
des rayons aet fi
émis par les sources utilisées dansnos mesures. - Pour nos recherches nous avons
employé,
suivant le cas(voir
leparagraphe
précé-dent),
quatre
sourcesradioactives,
étalonnées avecprécision
par la méthode duquartz
piézoélectrique
et dont
l’àge
fut déterminé leplus
exactement pos-sible.a)
Énergie
des rayons x. - Les mesuresprécises
de la vitesse des
particules
a émises par lesdiffé-rentes sources radioactives exécutées tout
dernière-ment par
quelques
auteurs(1°)
ainsi que les détermi-nations directes de l’effetthermique
durayonnement
a
(111
permettent
de calculerl’énergie
de cerayonne-ment avec
une précision
dequelques
dixièmes pour 4 00 .Voici les valeurs
correspondantes
pour le radium ainsi que pour sesdescendants,
calculéesd’après
les données deRosenblum et celles deBriggs (tableau IV).
TABLEAU IV.
La dernière colonne ;4u tableau IV montre que l’effet
thermique
durayoI1ne,ment (J.
du Ra enéquilibre
avec sesproduits
dedésintégration
de courte durée s’élève ài23,6cal/g
Ra,
h, valeurqui d’après
les auteurs cités ci-dessuspeut
être encore un peutrop
faible,. En effetles mesures extrêmement
précises
de Rutherfordjfi2)
ont donnéi24,4 cal/g Ra,
h. Dans nos calculs nous avons admis cette dernière valeur.Tenan,t
compte
de des sourcesutilisées,
nous avons calculé l’effetcalorifique
dû au Po accumulé dans lesampoules,
par la formules suivante(*) :
b)
Énergie
des rayons~.
- Contrairement auxdonnées sur
l’énergie
durayonnement Y.
les valeurs actuelles de l’effetthermique
desrayons ~
sont pour laplupart
très inexactes.D’après
lesexpériences
deGurney
(t ~),
exécutées en19~5, l’énergie
desrayons
(primaires
etsecondaires)
du Ra(B
-~-
C)
est t de (’) Pour les périodes 7pjD et l’po nous avons admisrespecti-vement : 22 a et ~3a,~ j
5,6 cal/g Ra,
h. Cette valeur est sans aucun doutetrop
faible.Rutherford,
Chadwick et Ellis ont admis(~~)
pour cet effet :6,3
cal/g
Ra,
h ;
c’est cette va.leur . que nous avons introduit dans nos calculs.Nous avons calculée l’effet
thermique
dû au RaE accumulé dans nos sourcesd’après
une jormuteana-logue
à celle donnéeprécédemment
pour l’effet des rayons a duPo,
en nous basant sur la valeur del’énergie
desrayons ~,
du déterminée assezexac-tement aussi bien par la voie
calorimétrique
(1Ç})
qued’après
lespectre
continu de cerayonnement
1’°). La
valeur admise actuellement est
1,7
cal/g
Ra,
h.(*).
Endéfinitive,
nous avons obtenu les valeurs sui-vants pourl’énergie
des rayons aet fi
émis par lessources utilisées
(tableau V).
TABLEAU V.Dans Fla, deuxième série de nos mesures nous
nous-sommes servis d’une seule source radioactive
(am-poule
n°II),
étant donné que dans cesexpérience
l’accroissement de la
température
varie très peu enpassant
d’un écran à l’autre et restetoujours
de l’ordre dequelques
centièmes dedegré
par heure.Résultats des mesures. - Les résultats de nos
mesures indirectes de l’effet
thermique
des rayons y ont étépubliés
précédemment (2’)
sous forme d’une courbed’absorption
de cerayonnement
par leplomb.
L’allure de cette courbe a montré
qu’au
far et à mesurede l’accroissement de
l’épaisseur
des écrans absor-bants l’effetthermique
mesuré tend vers une limite que l’on atteint vers 7 cm deplomb.
Le tableau VI résume les résultats de cette série de mesures. Les valeursindiquées
ont été obtenues en retranchant deseffets déterminés
expérimentalement
la somme des effetsthermiques
dus au Po et au RaE accumulés dansles
ampoules,
de sortequ’elles représentent
lesquanti-tés de chaleur
dégagées
parl’absorption globale
dcs rayons x,fi et
y émis par une source du radium enéquilibre
avec ses descendantsjusqu’au
RaC inclus.La concordance entre les valeurs déterminées au moyen
des trois sources différentes prouve que l’erreur de nos calculs concernant les débits de chaleur du Po et du RaE reste de l’ordre de nos erreurs
expérimentales.
On arrive donc à cette conclusion que l’effet
calorifique
total du radium
(avec
ses desc.jusqu’au
RaC;inclus)
est
égal
àVL
Rappelons
que dans nos mesures indirectes nousavons calculé l’effet
thermique
des rayons y ensous-tiavant
des valeursindiquées
dans le tableau VIl’énergie
desrayonnements
a etj3,
pourlaquelle
nous avons admis le nombre :130,7
(= 12~, 4
+
6,3)
cal/g
Ra,
h. Il est donc évident que laprécision
de-nos résultats
dépendait
directement de l’exactitude de cette dernière valeur. Pour nous en rendrecompte
nous avons exécuté une série de mesures directes. Nousavons
déjà
ditqu’au
cours de ces mesures on adéter-miné les effets
calorifiques
durayonnement
’Y absorbé par les différents écrans enplomb
(dont
l’épaisseur
àcause des raisons
techniques
nepouvait
pasdépassera
10
mm) après
un affaiblissementpréalable
par unfiltre
équivalent
à0,6
mm deplomb.
En d’autres ter-mes, les résultats obtenus dans ces conditions sontcomparables
avec les valeurs déduites de la courbed’absorption,
tracéed’après
les données de nos mesu-resindirectes,
pour les écrans de la mêmeépaisseur,
rnais en admettant comme
point
zéro la valeurcorres-pondant
à0,6
mm deplomb.
Dans le tableau suivant ( tableauVII)
sontindiquées
les valeursqui
ont été mesuréesexpérimentalement
(Q -
voir le tableau111,
colonne
5)
à côté de ceux délermii-iées par calculindi-rect
(Q‘),
Comme on voitbien,
il existe un écart à peuprès
constant entre les résultats de ces deux séries demesures. Cet
écart,
dont la valeur relative atteintjusqu’à
23 pour ton de lAeffet mesuré nepeut
pas êtreimputé à
l’inexactitude de nos mesures, étant donné que leur erreur moyenne nedépassait
jamais 3
pour 100.Par contre, tenant
compte
de la constance de sa valeurabsolue pour
n’importe quel
écran absorbant on est amené à supposer que dans nos calculs indirects nouesavons
adopté
une valeurtrop
forte pour l’effetcalori-fique
desrayonnernents a
et~.
Conformément à cette conclusion il faut attribuer à cet effet la valeur :TABLEAU
Par
conséquent, l’énergie
totale durayonnement
y par Ra(le
+
(’)
(*) est égale
à(*) L’effet thermique iiï aux rayons ,, du Ra seul confor-mément aux donuées plus recrntes (/i,1 - 1k~,3 kYe:
.Y = 10.1011 quanta.’g Ra. 11) ne dépasse pas 0,102 cal/g Ua, 11 ’(. ~’;).
~.u introduisant une correction
analogue
dans tous les résultats obtenus par la méthode indirecte onarrive aux valeurs suivantes des effets
thermiques
dus àl’absorption
durayonnement -,,
par les différents écrans enplomb.
(Tableau VIII).
TABLEAU VIII.
ordonnées au lieu des valeurs
indiquées
dans letableau
leurs
logarithmes
décimaux.Fig. 3.
Discussion des résultats. - Nous avons
déjà
souligné
lesavantages
présentés
par la méthodecalo-rimétrique
vis-à-vis des autresprocédés
utilisés pour la détermination del’énergie
desrayonnements
émis par les corps radioactifs. Mais lacaractéristique
prin-cipale
de cette méthode consiste en ceciqu’elle
donnecomme résultats des mesures les valeurs absolues de
l’énergie indépendamment
de la nature des rayons .absorbés. Parconséquent,
dans l’effetthermique
totaldéterminé dans ces
circonstances,
les quotes-parts
dues aux différents groupes des rayons émis par la sourceutilisée
correspondent
exactement auxénergies
cédées par les groupesparticuliers
à la masse du calorimètrequi
joue
le rôle d’un écran absorbant.Comme
l’indique
la courbeprésentée
sur lafigure
3,
]"effet
thermique
durayonnement
;~ absorbé par les écrans enplomb
atteintpratiquement
sa valeur limitepeur une
épaisseur
de 7 cm environ. En d’autres ter-mes, si l’onemploie
les écransplus épais,
l’accroisse-ment de l’effet mesuré nedépasse
pas0,15
cal/g
Ra,
h.,
cequi
représente
la valeur absolue de laprécision
de nos mesures.
D’après
tout cequi précède
il résulte que laréparti-tion
d’énergie
durayonnement
du radium(en
équilibre
avec ses descendants
jusqu’au
RaCinclus)
est la sui-vante :Cette valeur de l’effet total se montre en accord
par-fait avec la valeur moyenne
(140 cal/g
Ra,
h.)
déduite de nombreuses déterminations effectuées par différents auteurs(2+).
Mais cequi
est encoreplus important
c’estune concordance non moins satisfaisante que l’on observe entre
l’énergie
des rayons "’( déterminéeprécé-demment et cel!e calculée
d’après
les mesuresd’ioni-, sation
effectuées tout récemment parGray ~11).
Comme dans ces mesures le nombre depaires
d’ionsproduites
par les rayons y a été déterminé avec une
grande
pré-cision,
il s’ensuit quel’énergie
nécessaire pour la for-mation d’unepaire
d’ions n’est pas trèséloignée
du nombre déterminé par Eisl(16)
etqui
s’élève à _3~~±:
0,5
volts. Eneffet,
en se basant sur nos ré-sultatsexpérimentaux
et en admetlant conformément aux résultats deGray :
.lT=2,13.1011) paires d’ions/g
Ra,
sec., on obtient pour une valeur de31,2
±U,5
volts.passé
un filtre de 2 cm deplomb
secomportent
commepratiquement homogènes.
Le coefficipntd’ab-sorption
de cerayonnement,
déterminéd’après
lediagramme,
estFig. 4.
Signalons
qued’après
les données de Iiohlrausch(27)
le coefficientd’absorption
durayonnement y
du Ra(B
-~-
C)
filtré par une couche deplomb
de 2 cmd’épaisseur
doit êtreégal
à0,65
cm-1 + 5 pour 100. D’autrepart
Gray
et Cave donnent(?g)
pour le coeffi-cient,d’absorption
durayonnement
filtré par2,2
cmde
plomb
une valeur de0,60
à0,(;,-)
cm-’ .Si l’on veut calculer
d’après
notre valeur de ppb lalongueur
d’onde moyenne durayonnement
y du Ra(B
-~-
C)
filtrépar 2
cm deplomb,
il faut d’abord serendre
compte
des conditionsd’absorption
de cerayonnement
dans notredispositif
absorbant.Or,
il semble bienjustifié
d’admettre(19)
que les effetsthermiques
déterminés au moyen des écransabsor-bants
sphériques
enplomb
dontl’épaisseur
varie de2 à 6 cm
correspondent -
dans les limites de lapréci-sion de nos mesures - à la relation :
En admettant les coefficients de diffusion
(ecs
-~-e
d’après
la formule de Klein etNishina (30),
celui del’absorption photoélectrique
(g’)
d’après Inéquation
desGray
(31)
et enfin celui del’absorption
nucléaire(~v.)
conformément aux considérationsthéoriques
publiées
tout récemment par Heitler et Bethe 32. on obtient :
d’où
et
Notre courbe
d’absorption
permet
de tirer une autre conclusion. Il est bien certainqu’une
couche deplomb
de 2 cmd’épaisseur
suffit pourl’absorption
pratique-ment totale du
rayonnement
y émis par le RaB. Parconséquent,
la différence entre les valeursQ,
etQ2
dont leslogarithmes
sontreprésentés
par les ordon-nées OB et OA(fig. 4)
estégale
à la somme del’énergie
du
rayonnempnt
y du RaB avec celle des rayons peupénétrants
du RaC(~).
Les valeursQi
etQ2
étantres-pectivement égales
à9,1
et8,0
cal/g
Ra, h,
on arrive àcette conclusion que le
rapport ’
doit être en toutA;
RaC cas inférieur 19’ R’0
0 =0 138
D, .11 ce ’ 1 cas inférieur a20132013201320132013
8,0
= 0, 138.
D’ailleurs cerésul-tat reste en accord avec le travail de Chalmers selon
lequel
cerapport
estégal
à0,12
±0,02
(33).
Pour terminer
ajoutons
quelques
mots surl’énergie
des rayons
~.
Il résulte de nos mesures que l’effetthermique
dû aux rayons xet ~ pris
ensemble estégal
à130,5
cal/g
Ra,
h. D’autrepart, d’après
cequi
a étédit
plus
haut,
l’énergie
des rayons x du Ra avec sesdescendants
jusqu’au
Ra6’ inclus n’est certainement passupérieure
à124,4
cal/g
Ra,
h. Il est donc facile deconclure que
l’énergie
desrayons ~
(primaires
etsecon-daires)
émis par le Ra(B
~-
C)
est au moinségale
à6,1 cal./g. Ra,
h.(ayant
en mêmetemps probablement
pour sa limite
supérieure
la valeur de6,5
cal/g Ra, h.).
Eneffet,
selonl’appréciation
deRutherford,
Chadwick et Ellis(31~)
la valeurcorrespondante
est6,3
cal/g
Ra,
h.,
c’est-à-dire d’environ 12 pour 100plus
forte que celle déterminée parGurney (5,6 cal/g
Ra,
h.).
La distribution
d’énergie
dans lespectre
desrayons ; du
Ra(B
--
C).
- La distributiond’inten-sité des groupes
particuliers
dans lespectre
des rayons du Ra(l~
-+- C)
a été déterminée par deux voies différentes. Ellis et Aston(J5)
ontcomparé
dans cebut les intensités
(mesurées photométriquement)
des. raies duspectre
naturel desrayons ~
secondaires aveccelles des
photoélectrons
émis duplatine
sous l’action de rayons y de mêmelongueur
d’onde. D’autrepart,
Skobelzyn (11)
a établi unestatistique
des rayons y dediverses
fréquences
émis par le Ra(B
+
C) en étudiant lestrajectoires
des électrons de chocproduits
par cesrayons dans l’air d’une chambre de Wilson.
(’) La valeur Q2 correspond aux rayons - d’une énergie
moyenne de 13,5.d0~ eV, tandis que le quantum moyen de
l’énergie totale du rayonnement y émis par le RaC est évalué à
11,2 , 105 eY environ (voir plus loin).
D’après
nos résultatscalorimétriques,
l’énergie
moyenne durayonnement
-j du Ra(B -E-
C’) estégale
à1 par atome transformé.
Tenant
compte
de cette valeur ainsi que de la distri-bution duspectre
des rayons ~r soitd’après
Ellis etAston. soit
d’après
Skobelzyn
(*),
onpeut
établir lesnombres absolues de
quanta
pour tous les groupes des rayons y émis par la source(3~)
et de là lesénergies
correspondantes
à ces groupes. Les données ainsiobtenues sont
indiquées
dans le tableau suivant(tableau
IX).
TABLEAU IX.
Les données d’Ellis et Aston et de
Skobelzyn
con-duisent donc aux résultats très
rapprochés
en cequi
concerne la
répartition d’énergie
dans lespectre
desrayons y; par
contre,
on constate une différence d’en-viron 10 pour 100 entre le nombre dequanta
émis par atome transformé. Dans le tableau X sont résumés les résultats dequelques
autres calculs basés sur les mêmes donnéesspectrographiques;
à titre de coinpa-raison nous avons donné dans la troisième colonne dece tableau les valeurs
correspondantes
déterminées directement parSkobeizyn
d’après
sondiagramme
énergétique.
TABLEAU X.
Ce
qui
frappe
leplus
dans cetableau,
c’est laconcor-dance des valeurs de
quanta
moyens dnrayonnement
y du Ra B ainsi que de cellescorrespondant
au Ra C.tandis que l’on constate un écart assez
considérable,
mentionné
déjà plus
haut,
entre les valeurs du nombre dequanta
émis.Ce dernier étant encore
imparfaitement
connu, on nepeut
pas direquel
est celui des deux chiffresindiqués
dans le tableauqui
s’approche
davantage
de la valeur réelle. Il fautpourtant
souligner
la concordanceparfaite
entre la valeur de déterminée parSko-belzyn
et celle calculéed’après
ses donnéesstatistiques
sur la base de nos résultats
calorimétriques.
Deplus,
lerapport
ERaB/ ERaC
déduit des données deSko-belzyn,
bien queprobablement
trop
élevé encore, estplus
voisin de notre valeur limite que celui calculéd’après
la distribution d’Ellis et Aston.D’autre
part,
en tenantcompte
des donnéesindi-quées
dans le tableauIX,
nous avons calculé lequantum
moyen durayonnement y
du Ra(8
-~-
C)
filtré par ~ cm deplomb.
Voici les résultats de nos calculs encomparaison
avec les valeurs déterminéesd’après
la courbed’absorption
présentée
surlafigure
4(tableau XI).
(*) En récalculant les données de Skobelzyn nous avons
admis pour les coefficients d’absorption les valeurs suivantes : r -
d’après Klein et lishina; T -
Etant donné que la
précision
aveclaquelle
onpeut
déterminer les coefficients (J.Pb
d’après
une courbed’ab-sorption
nedépasse pas 2
pour100,
l’accord des valeursindiquées
peut
être considéré co,mme satisfaisant.(La
coïncidence des chiffres calculésd’après
Ellis et Astonavec n,os résultats
expérimentaux
semble être dueplu-tôt au
hasard).
_ TABLEAU XI.
L’énergie
desrayons P
secondaires émis par le Ra(l~
+
G’)
- Il est bien connuque les rayons y sont absorbés
partiellement
par l’atomequi
leur a donnénaissance. Les
photoélectrons
secondaires sont desproduits
de cetteabsorption
interne. On adéjà
essayé
à
plusieurs reprises
de déterminer les valeurs descoef-ficients
d’absorption
interne pour les divers groupes des rayons y émis par le Ra(IJ -~-
C).
Les résultats desconsidérations
théoriques
(3g)
setrouvent
encore endésaccord avec les données
expérimentales,
surtout en cequi
concerne lerayonnement
du Ra B. Parconsé-quent,
dans cequi
suit,
nous avons admis les valeurscalculées
d’après
les résultatsexpérimentaux
d’Emiset Aston
(~9).
Or,
si l’on tientcompte
de ces valeurs pour ar ainsique de la distribution
d’énergie
durayonnement
y du Ra(11
~-
C)
indiquée
dans le tableauIX,
il est facile de calculerl’énergie
totale desrayons p
secondaires extraits des atomes transformés. Ce calcul nous a donné les nombresindiqués
ci-dessous :soit
On voit donc que cet effet ne
représente
que 5
pour100 environ de
l’énergie
des rayons y émis simultané-ment par le Ra(B
+
C).
D’autrepart,
la distribution d’intensité dans lespectre
naturel linéaire desrayons
du Ra(f~
+
C),
donnéeégalement
par Ellis etAston,
conduit aux valeurs suivantes pour lesénergies
moyennes des électrons secondaires :
Par
conséquent,
on trouve que le nombre de photo-électrons dus au Ra(B
-~-
C)
estégal
à0, ~~ par atome transformé.
Ce résultat reste en accord
parfait
avec la valeurcorrespondante
adoptée
par Rutherford(4’°) :
0,30
± 0,06.
Conclusions. - Les résultats de notre travail ne
sont pas tous nouveaux. Pour la
plupart,
nous avionsconfirmé,
dans les limites de laprécision
de nos mesures, les valeurs déterminées par d’autresexpérimentateurs
au moyen de diverses méthodes tout à fait différentes de celle utilisée dans notre recherche. Dans
quelques
cas seulement on constate desécarts,
d’ailleurs relati-vementfaibles,
entre les valeurs données par les expé-riences antérieures ou évaluéesd’après
les considéra-tionsthéoriques
et celles que nous avons calculées àpartir
de nos mesurescalorimétriques.
Parconséquent,
compte
tenu de la sensibilité dudispositif
calorimé-trique adopté
dans notreétude,
onpeut
affirmer que :1. La méthode
calorimétrique,
conformément d’ail-leurs auxprévisions
théo.riques,
seprésente
comme laplus
qualifiée
pour les mesuresénergétiques
concer-nant les
rayonnements
des corps radioactifs.2. Les valeurs déterminées au moyen de cette
mé-thode, eu tant que fondées toutes sur une base
expéri-mentale comulunr et déduites directement de
l’expé-rience,
constituent une preuveappréciable
de lajus-tesse d’un certain nombre de
conceptions théoriques
et une confirmation 11011 moins sérieuse d’une série derésultats obtenus dans les différentes conditioiis et p,ar les différentes voies.
3. Etant donné la
précision
de nos résultatscalori-métrique,
il semble que dans les cas où l’on constateun désaccord entre les déterminations d’autres auteurs
avec les
nôtres,
ces dernièrespeuvent
servir commebase de
comparaison
pour les recherches ultérieuresdans ce
çlomaine.
,Ce travail a été effectué à l’Institut du Radium à Paris.
Qu’il lne
soitpermis
de m’inclinerrespectueusement
devant la mémoire de M"’c P. Curie
qui
a mis à madisposition
tous les moyens de son laboratoire etqui
aporté
constamment un vif intérêt à mes recherches. Jetiens à remercier 1VI. Debierne
qui
a bien voulu s’intéresser à ce travail.J’exprime
aussi maprofonde
reconnaissance à M. et Joliot
pour leurs précieuses
indications ainsi que pour la bienveillancequ’ils
m’onttémoignée
en toute occasion.Je me fais un devoir
agréable d’exprimer
toute magratitude
à NI. Vl. 5wietoslawcki, Directeur de l’Insti-tut de ChimiePhysique
à l’EcolePolytechnique
deVarsovie,
pour avoir bien voulum’indiquer
lesujet
duprésent
travail et me donner enprêt
en vue de cesrecherches le
dispositif calorimétriques
avec tous lesappareils
de mesures.Enfin,
j’exprime
mesplus
vifs remerciements à la Fondation « Radocha » de l’EcolePolytechnique
deVarsovie,
dont l’intervention m’apermis
d’effectuer cesBIBLIOGRAPHIE
(1) Voir en particulier :
A. S. EVE. Phil. Mag. (1914), 27, 394 ; H. G. J. MOSELEY et H.
ROBIN-SON. Phil. Mag.
(1914),
28, 327 ; N. AHMAD. Proc. Roy. Soc.(London) (1925), A 109, 206; K. W. F. KOHLRAUSCH. Wien. Ber. (1917), 126, 887 ; Physik Z. (1927), 28, 1; J. S. ALLEN. Phys. Rev.,
(1927),
29, 918; L. H. GRAY, d’après Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS. « Radiations from radioactive Substances », p. 418(Cambr 1930); H. KETELAAR, A, PICARD et E. STAHEL. J.
Phys.
(1934), 5, 385.
(2) J. THIBAUD. C. R. (1925), 180, 1165.
(3) L. MEITNER. Naturwiss. (1924), 12, 1146.
(4) Voir J. A. CHALMERS. Phil. Mag. (1928), 6, 745.
(5) Comp. H. KULENKAMPFF. Ann. Physik. (1926), 79, 97 et
J. F. LEHMANN et T. II. OSGOOD. Proc. Roy. Soc. (London) (1927),
A 115, 608.
(6) C. D. ELLIS et W. A. WOOSTER. Proc. Cambr Phil. Soc.
(1925), 22, 385; Phil. Maq. (1925), 50, 521; A. DORABIALSKA et D. K. JOWANOWICZ. Rocz. Chemji (1926), 6, 569; A. DORABIALSKA. Ibid. (1928), 9, 475; D. K. JOWANOWITCH et P. SAWITCH C. R. (1931), 193. 1006.
(7) Comp. C. D. ELLIS et W. A. WOOSTER, loc. cit.
(8) W. SWIETOSLAWSKI et A DORABIALSKA. C. R. (1927), 185, 763;
W. SWIETOSLAWSKI. Ann. de Chim. (1931), 16, 251; W. SWIETOS-LAWSKI et E. BARTOSZEWICZ. Bull. de l’Ac Sc. Pol. A (1931), 336;
W. SWIETOSLAWSKI. Ibid. A (1934), 80.
(9) W. SWIETOSLAWSKI et I. ZLOTOWSKI. C R (1935), 200, 660. (10) S. ROSENBLUM. C. R. (1932), 195, 317; S. ROSENBLUM et G. DUPOUY. J. Phys. (1933), 4, 262; G. H. BRIGGS. Proc. Roy. Soc. (London) (1928), A 118, 549; (1934), A 143, 604; G. MANO.
Ann.
dePhys. (1934), 1, 504.
(11)
E. RUTHERFORD et H. ROBINSON Phil. Mag (1913), 25, 312 ; comp. S. H. WATSON et M. C. HENDERSON. Proc. Roy. Soc.(Lon-don) (1928), A 118, 318.
(12) Voir Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc. cit.,
p. 161.
(1) S H. WATSON et M. C. HENDERSON, loc. cit.; I. CURIE-JOLIOT et F. JOLIOT, C. R (1928), 187, 43; Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et
C. D. EILIS, loc. cit., p. 63.
(14) Voir Mme P. CURIE et D. K. JOWANOWITCH. J. Phys. (1925),
6, 33.
(15) I. CURIE-JOLIOT. J. Phys. (1929), 10, 388; E SCHWEIDLER. Wien. Ber. (1929), 138, 743.
(16) Mme P. CURIE. J.
Phys. (1929), 10,
?37, 329.(17) R. W. GURNEY. Proc. Roy. Soc. (London) (1925), A 109, 540.
(18) Voir Sir E. RUTHERFORD. J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc. cit. p. 161.
(19) C. D. ELLIS et W. A. WOOSTER. Proc. Roy. Soc. (London).
(1927), A 117, 109; L. MEITNER et W. ORTHMANN. Z. Physik. (1930),
60,143.
(20) E. MADGWICK. Proc. Cambr. Phil. Soc. (1927), 23, 970;
F. C. CHAMPION. Proc. Roy. Soc. (London) (1932), A 134, 672. (21) L. F. CURTISS. Phys. Rev. (1926), 27, 672; (1927), 30, 539. (22) I. ZLOTOWSKI. C. R. (1934), 199, 284.
(23) O. HAHN et L. MEITNER. Z. Physik (1924), 26, 161; E. STAHEL et W. JOHNER. J. Phys. (1934), 5, 97.
(24) Voir Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc. cit.,
p. 161 et suiv.
(25) L. H. GRAY, d’après Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc. cit., p. 498.
(26) A. EISL. Ann. Physik. (1929). 3, 379.
(27) D’après Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc.
cit., p. 480.
(28) J. A. GRAY et H. M. CAVE, Trans. Roy. Soc. Canada (1927), 21, 163.
(29) Comp. E. STAHEL et H. KETELAAR. J. Phys. (1934), 5, 512.
(30) O. KLEIN et I. NISHINA. Z.
Physik. (1929),
52, 853(31)
L. H. GRAY. Proc. Cambr.Phil.
Soc. (1931), 27, 103.(32) H. BETHE et W. HEITLER. Proc. Roy. Soc. (London) (1934),
A 146, 83; voir aussi: W. GENTNER. J. Phys. (1934), 5, 49.
(33) J. A. CHALMERS. Phil. Mag. (1928), 6, 745; Comp. Sir E.
RU-THERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc. cit , p 483.
(34) Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc. cit., p. 161.
(35) C. D. ELLIS et G. H. ASTON. Proc. Roy. Soc. (London) (1930), A 129, 180; C. D. ELLIS, Ibid. (1934). A 143, 350.
(36) D. SKOBELZYN. Z. Physik. (1927), 43, 354; (1929), 58, 595;
(1930) 65, 773.
(37) Comp. L. H. GRAY et G. T. P. TARRANT. Proc. Roy. Soc. (London) (1932). A 136, 662.
(38) H. R. HULME. Proc. Roy. Soc. (London) (1932), A 138, 643;
H. M. TAYLOR et N. F. MOTT. Ibid. (1932), A 138, 665; (1933), A 142,
215.
(39) C. D. ELLIS et G. H. ASTON, loc. cit.
(40) Voir Sir E. RUTHERFORD, J. CHADWICK et C. D. ELLIS, loc. cit. p. 398.