Sur les radioéléments formés dans l'uranium irradié par les neutrons. II

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Sur les radioéléments formés dans l’uranium irradié par

les neutrons. II

Irène Curie, Paul Savitch

To cite this version:

SUR LES

RADIOÉLÉMENTS FORMÉS

DANS L’URANIUM

IRRADIÉ

PAR LES NEUTRONS. II Par IRÈNE CURIE et PAUL SAVITCH.

Institut du Radium. Laboratoire Curie.

Sommaire. 2014 Il se forme dans l’uranium irradié par les neutrons lents ou _rapides, un radioélément de _période

3,5 h _{qui possède} des _{propriétés chimiques} semblables à celles du lanthane. Ce radioélément est produit en

quantité comparable à celle des corps transuraniens déjà connus ; c’est probablement aussi un _corps

transu-ranien mais on ne _{peut décider pour le moment le nombre atomique qu’il} convient de lui attribuer.

Nous avons

_rappelé

dans un article

_{précédent (1)}

les résultats obtenus par

Hahn,

Meitner et Strass-mann

₍₂₎

sur les radioéléments formés lors de l’irra-diation de _{l’uranium par les}

_neutrons,

résultats dont nous avons vérifié une

_partie.

Ces auteurs classent les radioéléments

_qu’ils

ont observés en trois séries de _noyaux isomères. Nous les

_désignons

ici par la lettre R avec l’indication de leur nombre

_atomique

présumé

et de leur

_période.

Le processus

(III)

est

_produit

_{par les} neutrons lents : neutrons

_thermiques

et niveaux de résonance de 25 eV. Les _processus

_(I)

et

_(II),

dont

_{l’importance}

est du même

_ordre,

sont

_produits

_{par les} neutrons lents et _{par les} neutrons

_rapides,

ce

_qui

est assez inusité. Il est

_probable,

_néanmoins,

_qu’il

_s’agit

toujours

d’un processus de

capture

de neutron.

Rappelons

que le travail sur les radioéléments

produits

dans l’uranium est très

_difficile,

_{pour les} raisons suivantes : 10 la formation d’uranium

X,

qui oblige

à

_purifier

l’uranium avant

_chaque

expé-rience ;

20 le

grand

nombre de radioéléments

_{f ormés ;}

30

_{l’impossibilité}

_{d’avantager}

la formation d’une série de radioéléments par

rapport

aux

_autres,

les conditions de

_production

de tous les transuraniens étant les

_{mêmes ;}

40 la difficulté d’effectuer des

séparations

complètes

entre ces _corps,

_homologues

supérieurs

du rhénium et _{des corps de la famille} du

platine,

dont les

_{propriétés chimiques}

sont _peu diffé-rentes.

(1) Sirène CURIE et PAUL SAVITCH. Journ. de Phys. et Rad., 1937, 7, p. 385.

(2) 0. _HAHN, L. 1~ZEITNER et F. STRASSMAN. Chem. _{Ber., 1937,}

70, p. 1374. - L.

MEITNER, O. HAHN et F. STRASSMANN. Z. f . Physik, 1937, 106, p. 249. - L. MEITNER. Ann.

Physik, 1937,

29, p. 246.

Nous avons

_utilisé,

comme

_appareils

de _mesures, des

_compteurs

_{Geiger-Müller}

_ayant

des

_parois

d’alu-minium mince de

_0,15

mm

_{d’épaisseur}

_environ,

et

une chambre d’ionisation reliée à un électromètre

Hoffmann,

fermée par une feuille d’aluminium de

~ j10

mm.

Dans notre

_précédent

_article,

nous avions montré

qu’en

étudiant l’uranium irradié à travers des écrans assez

épais

_pour arrêter le

_{rayonnement ~}

de l’ura-nium

_X,

on n’observe

_{plus, après}

la destruction des corps de

période

très

courte,

que deux

radioéléments,

Rie

min et un

_autre,

de

_période

3,5 h,

qui

n’était _pas connu.

Fig. 1. - Mesures

au _compteur à travers un écran de 0,48 g/em2

de cuivre

La

_figure

1

_représente

la courbe obtenue en mesu-rant une

_préparation

de 4 g d’uranium

_{purifié disposé}

en couche

_épaisse

et irradié

_pendant

15 h dans la

356

paraffiné, près

de la source de neutrons

_(Rn

+

Be,

650

_mc).

La mesure est faite à travers un écran de cuivre de

_0,48

_{g ~cm2 qui}

absorbe _presque

complète-ment les

_{rayons p}

de l’uranium X. Grâce à

_cela,

il a été

_possible

de faire une irradiation

_longue

sans avoir une activité

_exagérée

due à l’uranium X. Au

début,

on voit la décroissance de

_R16

min ; 2 h

après

la fin de l’irradiation on observe encore une inten-sité

_{considérable,}

due à

_R3,5

h. 24 h

après

la fin de

l’irradiation,

l’activité de la

_préparation

irradiée

est redevenue

_égale

à celle d’une

_préparation

iden-tique

non irradiée.

Si l’on

_précipite

du

_platine

_par

_{l’hydrogène}

sulfuré en solution acide dans l’uranium

_irradié,

on entraîne

tous les éléments

_homologues

de

_Re,

_{Os, Ir,}

Pt.

Or,

si l’on mesure les sulfures à travers l’écran

précédemment employé,

on n’observe

_qu’un

faible résidu d’activité

_après

la destruction de

_R16

min. Les

_{rayons p}

de tous les transuraniens là

_{période plus}

longue

mentionnés dans le tableau sont arrêtés _par l’écran et

_R3,5

h ne

précipite

pas dans les sulfures. Nous avons établi _{que le} radioélément nouveau

R3,5

h

peut

être

précipité

comme

_{hydrate quand}

on a éliminé les _corps

_{précipitables}

_par

_H2S

en solution acide et

_séparé

l’uranium. Nous avions cru, tout

d’abord,

qu’il s’agissait

d’un

_isotope

du thorium formé _par

_capture

du neutron et

_départ

d’une

parti-cule oc.

Hahn et Meitner nous ont

_signalé

_par lettre

_qu’ils

n’étaient pas d’accord avec nous sur l’existence d’un tel

_isotope

du thorium.

Nos

_expériences

nous ont _{montré par la} suite _que

Rs,5

h n’est pas

isotope

du

thorium,

mais

présente

des

_propriétés

semblables à celles des terres rares

.(1).

Après

un

_grand

nombre

_{d’expériences,}

extrêmement difficiles au

_début,

_{tant que} nous n’avons _pas eu de bonne méthode pour

séparer R3,5 h

de l’uranium

et de l’uranium

_X,

voici les

_{propriétés chimiques}

que nous avons établies _pour ce radioélément.

R3,5

h ne

précipite

pas par

H2S

en solution HCI 2 normale ou même demi-normale. Il

_précipite

_par

NH3,

par le sulfure

d’ammonium,

par l’acide

oxa-lique

en solution

_acide,

_{par le} carbonate d’ammo-nium. Il

_précipite

_par l’acide

_{fluorhydrique}

et ne

pré-cipite

pas par

H~O~

en solution faiblement acide

(différences

avec le

protactinium). Mélangé

avec du

lanthane,

on

_peut

le

_séparer

_presque

_{complètement}

du thorium en

_précipitant

l’iodate de thorium en solution

_nitrique

très

_acide,

ou en

reprécipitant

le lanthane par addition d’eau dans une solution

d’oxa-lates dans l’oxalate d’ammonium. Il se

_sépare

aussi du cérium

_quand

on

_précipite

ce _{corps par} le

perman-ganate

de

_potassium

en solution neutre. Il

_précipite.

par le sulfate de

potassium

dans une _{solution presque}

neutre saturée de ce sel.

Dans

_{l’ensemble,}

les

_propriétés

de

_R3,5

h sont (1) IRÈNE CURIE et PAUL SAVITCH. C. R., 1938, 206, 906.

celles du

_lanthane,

dont il semble

_jusqu’ici

_qu’on

ne

puisse

le

_séparer

_{que par} fractionnement.

La

_{précipitation}

de sulfate

_double,

_{par le} sulfate de

_potassium

est la réaction que nous avons trouvé de

_beaucoup

la

_plus

commode à utiliser _pour la

sépa-ration de

_R3,5

h.

On

_procède

de la manière suivante : l’uranium

est

_privé

d’uranium X

_(en

le faisant

_précipiter

plu-sieurs fois _par l’acétate de sodium en solution

acé-tique), précipité

par

H,O,

et séché.

L’hydrate

ainsi obtenu est irradié.

Après

l’irradiation on dissout l’uranium dans

l’acide

_{sulfurique, puis}

on

ajoute

à la solution du

lanthane _pour entraïner

_{R3,5 h}

et du

_platine

_pour faciliter la

_séparation

des

_{homologues supérieurs}

de

Re, Os, Ir,

Pt. On neutralise avec de la

_potasse

et on

ajoute

des cristaux de sulfate de

_potassium.

Le lanthane

_précipite

sous forme d’un sulfate double

cristallin très facile à filtrer. On redissout dans l’acide

chlorhydrique,

on neutralise par

_l~rH3

et on

_précipite

par le sulfure d’ammonium pour

séparer

le sulfate de

_potassium

_{(on peut}

aussi

_précipiter

_par

_NI-I3,

mais la filtration est moins

_rapide).

Dans cette

_opération,

on a

_séparé

l’uranium et

tous les transuraniens semblables au

_platine,

mais l’uranium X a été entraîné avec

_R3,5

h.

Pour

_séparer

l’uranium

X,

isotope

du

_thorium,

la méthode la meilleure que nous _{ayons trouvée}

jus-qu’ici

consiste à

_{précipiter plusieurs}

fois de

_petites

quantités

de thorium par l’eau

oxygénée

en solution peu acide. L’inconvénient de cette méthode c’est que le thorium contient

_toujours

du radiothorium

_et,

Fig. 2 - Mesures _au

compteur à travers un écran de 0,73 g/cm2

par

conséquent,

du thorium X et du

dépôt

actif

qu’il

faut éliminer par une

_purification

convenable avant de

_pouvoir

utiliser ce _corps comme entraîneur On termine en

_précipitant

le lanthane _{par le} carbo_ nate d’ammonium

_mélangé

de

_sulfhydrate

d’ammo-nium,

ce

_qui

_sépare

les restes

_d’uranium,

d’ura-nium X et _{de corps transuraniens.}

L’extraction et la

_purification

_prennent

en _moyenne 1 h

_1j2.

On donne dans la

_figure

2 la courbe de

décrois-sance d’une telle

_préparation

mesurée à travers un écran.

L’analogie

des

_{propriétés chimiques}

de

_R3,5

h avec celles des terres rares étant bien

_établie,

la

question importante

qui

se

_posait

était de savoir

_s’il

s’agissait

d’un

_isotope

de l’actinium

_(nombre

ato-mique 89).

Pour

_cela,

nous avons fait subir à ce radioélément un fractionnement semblable à celui

_qui

a servi à Marie Curie

₍₁₎

pour la concentration de l’activité du lanthane actinifère. Cette

_opération

consiste en une

précipitation

fractionnée des oxalates en solution

nitrique.

L’actinium se concentre très fortement en queue par

rapport

au lanthane.

Nous avons effectué une

_{précipitation}

de ce _genre sur

_La--R3,5

_h,

_puis

nous avons

_{répété l’expérience}

sur

_{La+R3,5 h--~Ac ; l’actinium,}

étant

introduit

sous forme d’une faible

_préparation

de lanthane

actinifère

_privée

de RAc et

_AeX,

reste _presque inactif

pendant

2

_jours.

On mesure la décroissance de

_R3,5

h dans la tête et la queue de fractionnement tout de suite

_{après l’opération,}

et l’accumulation de

_dépôt

actif de Ac par l’intermédiaire de RAc et AcX décèle

au bout de

_{quelques jours}

la

_présence

de l’actinium.

R3,5

h se

_sépare

nettement de

Ac,

allant en tête de

fractionnement,

alors _que Ac va en _queue

_(2).

Une

_expérience

de

_{précipitation incomplète}

_par

l’ammoniaque

dans La ₊

_R3,5

h

indique

aussi que

R3,5

h se concentre dans la

première portion

préci-pitée,

et serait donc moins

_basique

_{que le} lanthane.

Or,

on sait que l’actinium est

_{plus basique.}

Il

_paraît

donc certain _que

_R3,5

h n’est pas un

iso-tope

de l’actinium.

Nous avons _{constaté que}

_lorsqu’on

mesure une

prépa-ration de

_{R3,5 h}

à travers un écran de

_0,73

_{g /cm2}

de

cuivre,

il ne reste aucune activité

_après

la destruc-tion

_complète

de cet élément

_(fig.

_2).

Si l’on effectue les mesures à travers un écran

_{beaucoup plus}

mince

ou sans

_écran,

il y a

toujours

un résidu d’activité assez

_important.

Nous avons

_pensé

tout d’abord que c’était un _peu d’uranium X. En

_réalité,

il

s’agit

de radioéléments artificiels à vie

_plus

_longue.

Nous n’avons _pas encore _pu déterminer les

_périodes

de ces radioéléments ni établir s’ils dérivent de

_R3,5

h ou en sont

_{indépendants.}

(1) Mme Pierre CuRIE, J. Chim. Phys., 1930, 27, 1.

(2) IRÈNE CURIE et PAUL SAVITCH. C. R., 1938, 206 p. 1643.

Conditions de formation de

_R3,5

h. - Il est

assez facile d’étudier les conditions de formation de

R3,5

h

comparativement

à celles de

R16

min, en me-surant comme ci-dessus les

_{préparations}

irradiées à travers des écrans suffisamment

_épais

pour que le

rayonnement

de ces deux radioéléments soit seul à

agir

sur le

_compteur.

Nous n’avons _pu déceler aucune

différence dans les conditions de formation de ces

deux _corps.

Par

_exemple,

on a irradié deux

_{préparations}

iden-tiques,

de 4 g d’uranium dans une boîte de

_paraffine

de

_quelques

centimètres

_{d’épaisseur}

de

_parois.

Les

préparations

étaient

_placées

_{symétriquement}

tout

près

de la source de Rn +

Be,

mais l’une des deux était enfermée dans une boîte de cadmium de

_0,5

mm

d’épaisseur. Après

irradiation de 15

_h,

les deux

pré-parations

ont été mesurées à travers un écran de

0,73

g /cm2

de cuivre. Les courbes obtenues avec les deux

_{préparations}

étaient semblables dans la limite des erreurs

_{expérimentales,}

l’intensité étant réduite d’un facteur

_2,5

par

l’absorption

des neutrons

dans le

_cadmium,

_{pour la}

_période

de 16 min et _pour

la

_période

de

_3,5

h. Un absorbant de bore assez

épais

a donné le même résultat.

Il est donc intéressant d’évaluer le rendement de

production

de

_R3,5

h

comparativement

à celui de

Rie

min

puisque

le

_rapport

des rendements ne semble pas

dépendre

des conditions

_{expérimentales.}

Pour évaluer ces rendements on a irradié

pendant

16 min une

_préparation

d’uranium

_purifié

d’où l’on a extrait les corps

_{précipitables}

_par

_{l’hydrogène}

sulfuré,

pour les mesurer ; on a irradié ensuite dans les mêmes conditions une

préparation

semblable

pendant

3,5

h et on a extrait et

_{purifié R3,5}

h. On _{trouve que} le

_rapport

des activités de

_{R3,5 h}

et

_R16

min à saturation est environ

2 /3

(mesurées

au

compteur,

sans

_écran).

Ce

_rapport

serait peu différent

si on tenait

_compte

de

_{l’absorption}

_{des rayons} dans la

_paroi

du

_compteur.

La

_production

de

_{R3,5 h}

est

donc un

_{phénomène d’importance comparable}

à celle des _{processus I} et II. On

_peut

estimer

_qu’en

irradiant l’uranium

_purifié

dans les conditions les

_plus

favo-rables,

contre la source et à l’intérieur d’une boîte de

_paraffine,

la

_production

horaire de

_R3,5

h est de l’ordre de deux fois la

_production

naturelle d’ura-nium X

_(période

_24,5

_jours),

si la source est de 1 000 millicuries de Rn + Be. De la

_production

de

R3,5

h, la moitié environ est attribuable aux neutrons

thermiques

et la moitié aux neutrons

_rapides.

Si l’on irradie avec la même source _{presque à}

saturation,

pendant

12

_h,

la

_quantité

d’uranium X formée

_pendant

l’irradiation est _{du même ordre que}

la

_quantité

de

_R3,5.h.

En

_pratique,

_{il y} a

toujours

une bien

_plus

_{grande proportion}

d’uranium X à sé-parer, d’abord parce que la

purification

de l’uranium n’est pas, en

_{général, parfaite,}

ensuite _parce

_qu’il

s’écoule

_toujours

un certain

_temps

entre la dernière

l’ura-358

nium est

_précipité,

séché et mis à

_irradier,

enfin parce que la source est d’ordinaire de moins de 1 000 millicuries.

Nous avons vérifié aussi par des irradiations de durées variées

_{(0,5 h;}

1

_{h; 3,5 h;}

15

_h)

suivies de l’extraction de

_R3,5

_{h, que} ce _corps

_paraît

se former directement à

_partir

de

_{l’uranium ;}

ces

expériences

ne sont _pas très

_précises.

Elles sont pour-rant _{suffisantes pour affirmer}

_{qu’il n’y}

a _{pas de corps} intermédiaire de

_{période supérieure}

à une demi-heure

_environ,

entre la transmutation de l’uranium

et la

_production

de

_R3,5

h.

h’ature du rayonnement. - Nous avions étudié le

_rayonnement

de

_R3,5

h par la méthode

d’absorp-tion avec un

_compteur

_{simple. Malgré}

la correction

apportée

pour l’effet du

rayonnement

y, ces

expé-riences nous avaient donné des valeurs de

_l’énergie

maximum que nous avons reconnues comme

_trop

élevées.

En étudiant _{le parcours} des

_{rayons p}

_par la mé-thode des

_{coïncidences,}

nous trouvons _{pour le parcours}

maximum des

_{rayons ~}

_(dans

l’aluminium ou la

baké-lite),

en tenant

_compte

de

_{l’épaisseur}

du

_{compteur :}

Admettant 2 100 ekV pour la limite

supérieure

d’énergie

de

_{U(X1 +}

_{X2) (1)}

ou 2 250 ekV _pour celle de

_Th(B

-~- C -~-

C"),

on _{trouve pour les}

_énergies

maximum des

_{rayons p :}

Le

_spectre

de

_{B3,5 h}

a été étudié aussi à

_l’appareil

Wilson avec

champ

_magnétique.

Ces

_expériences

faites en collaboration avec M. da Silva sont en accord

avec cette évaluation. Le

_spectre

de

_R3,5

h est

cons-titué

_{principalement}

d’électrons

_négatifs,

mais _{il y} a

aussi

_quelque

_pour cent d’électrons

_positifs.

D’après

des

_expériences

faites par la méthode de la

trochoïde,

avec l’aide de M.

Monadjémi

_que nous remercions

ici,

la

_proportion

d’électrons

_positifs

serait de l’ordre de 6 _{pour 100. Il}

_{s’agit peut-être}

d’une matérialisation interne

_{particulièrement}

in-tense du

_rayonnement

_y.

Discussion. - Nous

reproduisons

ici les trois dernières

_lignes

du tableau de

_{Mendéléieff,}

en

indi-quant

les

_places

attribuées _par Hahn et Meitner aux

radioéléments

_qu’ils

ont étudiés. Nous _{voyons que}

ces éléments se

_placent

de manière à continuer

nor-malement _{le tableau. Il y} a _{pour les}

_{places 92, 93,}

94,

plusieurs

radioéléments,

probablement

isomères

plutôt

qu’isotopes.

°

Nous apercevons tout de suite la difficulté

_{qu’il r}

y a à

_placer

R3.5 h dans ce tableau.

La case de

_{l’actinium,}

Z =

89,

était une

_place

possible

pour un radioélément

_ayant

des

propriétés

analogues

à celles des terres rares et formé à

_partir

de l’uranium. Cela aurait

nécessité,

il est

_vrai,

l’expul-sion de trois

_charges

_positives

_(un

_rayon oc et un

_proton,

par

exemple).

Mais nous avons vu _que

_R3,5

h n’est pas un

_isotope

de l’actinium.

Si le tableau de Mendeléieff se continuait

normale-ment,

on ne devrait

_plus

trouver aucun élément

semblable aux terres rares dans toute la

_ligne

sui-vante du tableau.

Mais si l’on admet _que les

_{règles changent}

_après

Z =

96, l’interprétation

n’en devient pas

pour cela

beaucoup

plus

facile.

Nous savons, en

_effet,

_que

_R3,5

h se forme à

partir

de l’uranium directement ou _par l’intermédiaire de corps à vie

courte ;

en tout cas il ne dérive _{pas des} corps de

période

59 min ou

_5,7

h.

_Donc,

si cet élément est de nombre

_{atomique supérieur}

à

_96,

il faut

mettre l’existence de

_plusieurs

_{corps intermédiaires} à vie courte inconnus.

Essayons

d’attribuer à

_R3,5

h un nombre

atomique

plus

voisin de celui de l’uranium. On

_pourrait

ima-giner,

par

exemple,

que ce _corps a le nombre

ato-mique

93 et _{que les corps étudiés par}

_Hahn,

Meitner

et Strassmann ont des nombres

_atomiques

de 94 à 97

_{(homologues supérieurs}

de

_{Os, Ir, Pt, Au)}

et se formeraient tous _{par l’intermédiaire de corps} de nombre

_atomique

93 à vie courte

_(isotopes

ou isomères de

_R3,5

_h)

_que ces auteurs _{n’auraient pas}

observés à cause de leurs

_propriétés

de terres rares.

On

_pourrait

faire une

_{supposition analogue}

en attri-buant à

_R3,5

h le nombre

atomique

94 et aux

transu-raniens connus les nombres

_atomiques

_{93, 95, 96,}

97.

Il ne semble pas _{que les} connaissances actuelles

s’opposent

à une telle

_hypothèse,

mais elle

_implique

des

_{irrégularités}

assez

_singulières

dans les

_propriétés

chimiques.

On

_peut

aussi se demander si

_{R3,5 h}

ne se

_place

pas,

malgré

les apparences, dans l’une des cases

déjà

occupées

par les

transuraniens,

comme

_homologue

supérieur

de Re ou d’un corps de la famille du

platine

se trouvant dans un état de valence

plus

faible

parti-culièrement stable. Ceci

_paraît

assez

_improbable,

car nous n’avons

jamais

observé ce radioélément se

comportant

comme les autres transuraniens et

Hahn,

Meitner et Strassmann ne

_signalent

_pour aucun des transuraniens un

_comportement

occa-sionnel

_analogue

à celui d’une terre rare.

Il nous reste encore

_{l’hypothèse}

_que

_R3,5

h soit

isotope

ou isomère de l’uranium ou de l’un des

tran-suraniens connus, mais que son état de valence infé-rieur soit un état

_permanent

dû à une distribution-différente des électrons entre les couches

périphé-riques

et les couches intérieures de l’atome.

Suppo-sons _{que pour} un certain nombre

_atomique,

il _y ait instabilité du

_système

_{électronique,}

de sorte que

plusieurs

électrons aient des chances à _peu

_près

égales

de se

_placer

en électrons de valence ou dans une couche

_{électronique}

_{ïntérieure ;}

une

petite

différence dans la structure _{du noyau aurait}

_peut-être

pour résultat de déterminer l’une ou l’autre des

dis-positions,

de sorte _{que deux noyaux}

_isotopes

ou

isomères

_pourraient

avoir des

_{propriétés chimiques}

radicalement différentes. Une telle

_hypothèse

est évidemment difficile à

_admettre,

mais il ne semble pas que l’on doive l’exclure a

priori

L’étude du résidu d’activité observé

_après

la des-truction de

_{R3,5 h}

_apportera

_{peut-être quelque}

donnée nouvelle

_permettant

de choisir entre les diverses

_hypothèses.

_