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La vitesse et le rapport e/m pour les rayons primaires et secondaires du Radium

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Academic year: 2021

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HAL Id: jpa-00242200

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Submitted on 1 Jan 1906

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S.-J. Allen, Léon Bloch

To cite this version:

S.-J. Allen, Léon Bloch. La vitesse et le rapport e/m pour les rayons primaires et secondaires du

Radium. Radium (Paris), 1906, 3 (10), pp.292-298. �10.1051/radium:01906003010029200�. �jpa-

00242200�

(2)

La vitesse et le rapport e/m pour les rayons

primaires et secondaires du Radium

Par S.-J. ALLEN

Professeur de physique à John Hopkins University (Baltimore)

ON sait la grande importance théorique qui s’at-

tache aux mesures de déviation électrique et magnétique des rayons p du radium. Ces me- sures nous font connaître les valeurs simultanée de la vitesse v et du rapport - pour les différentes sortes

de rayons. On peut tirer de la la loi qui relie e/m à v,

et si, comme on a toutes raisons de le croire, la charge e est la luéme pour tous les rayons, ces me-

sures nous fournissent les valeurs de la masse en

fonction de la vitesse. On a lal un moyen expérimental

de vérifier les prévisions de la théorie, savoir que la

masse matérielle n’est constante qu’aux faibles vites-

ses. Pour un électron (particule p) animé d’une vi-

tesse voisine de celle de la lumière, la niasse appa-

rente devient une fonction rapidement croissante de la vitesse, l’onction qui prend une valeur infinie quand la

vitesse atteint la vitesse de la lumiére.

Les premièrcs lesures de déviation des rayons du radium sous l’iniluence ’d’un champ électrique et ma- gnétique sont dues à Becquerel. Il a trouvé pour v une valeur voisine de 1, (j. 10 Il ct pour le rapport e/m un

nombre égal a 1,107. Mais ces valeurs ne doivent être

regardées que colnme approximatives. Becquerel opé-

rait dans l’air ii la pression atmosphérique, et dans

ces conditions l’ionisation de l’air entre les deux pla-

teaux d’un condensateur modifie considérablement le

champ qui règne dans cette région. Il est alors impos-

sible d’avoir la valeur vraic du gradient de potentiel

utilisé. La méthode de Kauflllann est à l’abri de cette

objection. Les délations électriques et magnétiques

se font simultanément dansle vide; on isoleunfaisceau étroits de raisons hétérogènes et, par une méthode qui rappelle celle des spectres croisés, on reçoit sur une plaque photographique la courbe formée par les traces,

inégalement déviées, des différents rayons. Cette courbe

correspond li des valeurs de v variant de 2,56 à 2,85, 10 10 et à des rapports e/m allant de t,51 à 0,63.107.

Elle est exactement superposable aux courbes théo- riques.

1B1. Allena pensé qu’il serait important de reprendre

des mesures aussi délicates au moyen d’une méthodes différente, et il a employé une méthode d’ionisation;

il a reçu les rayons déviés ou non déviés dans une

chambre d’ionisation reliée à un électroscope, et il

a mesuré les courants de saturation correspondants.

Mais ses premiers essais ont été longtemps infructueux.

Il lui a été longtemps impossible de mettre en évi-

dence la déviation électrostatique des rayons B, et lors qu’il l’a observée il a longtemps constaté qu’elle était trop faible. L’étude systématique de ces anomalies l’a amené d’une part, à modifier ses dispositifs au point

de faire des mesures exactes et très précises, d’autre part, à faire une analyse complète des rayonnements secondaire et tertiaire du radium. Il n’est donc pas

sans intérêt de passer d’abord rapidement en revue ces

premières expériences.

M. Allcn a fait d’abord quelques mesures d’ionisa-

tion en présence e en l’ab-

sence de champ électrique.

Une première expérience a

eu lieu dans l’air à la pres- sion atmosphérique et avec l’appareil de la figure 1.

Les lames de zinc A et B sont les électrodes servant à établir le champ, le radium

est placé au-dessous de B de façon que les rayons qui en émanent rencontrent B sous l’incidence rasante;

la préparation est recou-

verte d’une feuille de mica

mince, et l’électroscope séparé du condensateur par

une cloison d’aluminium mince. Le voltage employé atteignait 5000 volts. Avec

Fig. 1.

le voltage et les dimensions de l’appareil, on pouvait prévoir une déviation des ray.ons p parfaitement obser-

vable à l’électroscope : une partie notable du faisceau devait étre déviée vers le platcau A, et comme il n’cntrc

pas de nouveaux rasons vers B, l’ionisation devait dimi-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01906003010029200

(3)

extrêmes trouvés par KaufmanI1 pour v et e/m, la dimu- nution du rayonnement devait atteindre une fraction très notable. Malgré cela, l’expérience n’a donné aucune

déviation électrostatique, et quant à la déviation ma-

gnétique observée, elle n’était nullement en accord

avec les prévisions de la théorie.

Une seconde expérience a alors été faite dans le vide,

Fig. 2.

avec l’appareil de la ligure 2. Le

radium recouvert de mica de façon

à éviter la diffusion de l’émana- tion est placé symétriquement

entre les lames très rapprochées du

condensateur a b. Ce dernier est enfermé dans une enveloppe de

verre où l’on fait le vide et sé-

paré de l’électroscope par une feuille de zinc mince ne laissant passer que les rayons de moyenne et grande vitesse. Un voltage de

5000 volts, correspondant à un champ de 17 000 volts, a donné

ici une diminution d’ionisation voisine de 10 pour 100. Le calcul appliqué aux rayons de vitesse, maximum conduirait à une dé- viation de 80 pour 100. Il y a donc

encore contradiction entre l’ex-

périence et la théorie, et ce désaccord se reproduit

dans les mesures magnétiques, car la valcur appa-

rente du produit H R est plus de trois fois supérieure

à celle qu’on devrait observer.

Une troisième expérience, destinée à éliminer toutc possibilité d’un transport d’émanation, a été j’aile sui- vant le schéma de la figure 5. Le radium est cette fois-

Fig. 3.

ci entièrement extérieur à l’appareil et le condensa-

teur est à lames niultiples, ce qui permet d’augmenter

la sensibilité de la méthode. En employant toujours la

différence de potentiel de 5000 volts on n’a observé

aucune déviation électrique. La déviation magnétique

elle aussi était beaucoup plus petite qu’on ne prouvait

la prévoir. L’absorption totale par le verrede l’ampoule

Ces résultats peu satisfaisants sont restés longtemps inexplicables. Mais on finit par se rendre compte que l’effet des rayons secondaires, qu’on avait cru négli- beahlcs a priori, pomait être prédominant dans ces expériences. C’est ainsi qu’en isolant un pinceau étroit

de rayons et en le faisant pénétrer dans la cage de

l’électroscope à travers une ouverture supposée beau-

coup plus large que le faisceau, on fut surpris de

constater qu’un diaphragme de plomb recouvrant en

partie l’ouverture interceptait une même fraction du

rayonnement quelle que fut sa position par rapport au

centre du trou. Il s’ensuivait que le faisceau, loin d’ètre resté étroit, s’était diffusé énormément par la superposi-

tion d’un rayonnement secondaire. Cettehypothése devint

une certitude lorsqu’on constata qu’une plaque photo- graphique, placée sur l’ouverturc, loin de donner une image ponctuelle du faisceau, offrait une large tache

d’éclat unit’orme sur toute la surface du trou. Il deve- nait clair alors clue l’influence des rayons B et y secon- daires pouvait arriver à masquer l’action directe des rayons du radium, et le premier problème à résoudre

était l’étude de ce rayonnement secondaire.

Avant de passer aux expériences faites sur ce sujet,

M. Allen croit devoir signaler

encore deux tentatives in- fructueuses d’enregistrement photographique dc la dévi-

ation des rayons du radium

sous l’action d’un champ électrique intense. La pre-

mière, dont le dispositif est représenté par la figure 4,

est calquée sur l’expérience classique de Becquerel. Le

radium est enfermé sous une

lamelle de mica dans un petit

bloc de plomb. Il est placé Fig. 4.

dans le plan de symétrie du condensateur, a b, et surmonté d’une lamc de mica verticale destinée à

partager en deux parties le champ de l’appareil. Lors-

que le champ électrique n’agit pas, cette lame de

Fig. 5.

mica donne sur la plaque sensible une image recti-

ligne. Quand on applique le champ électrique, une

partie des rayons est déviée et arrêtée par la lalne; on

doit donc observer d’ un côté de celle-ci unc ombre

(4)

assez large. L’expérience a donné un résultat tout

did’érent. Les clichés de la figure 5 ne présentent

aucune ombre de ce genre. Les deux images A et Il

ont été prises avec un réglage défectueux du l’appareil,

le radium n’étant pas exactement au milieu de l’inter- valle des plateaux. Cela explique que les deux plages

soient d’inégale intensité, mais on voit que leur ligne

de séparation est aussi nette dans le cas où le champ

existe (B) que dans celui ou il n’existe pas (1). Lu couple C I) correspond à un réglage parfait et présente

la même particularité.

M. Allen n’a pas eu plus de succès dans la tentative

qu’il a faite pour répéter une expérience analogue à

celle de Kauffmann dans le vide (fig. 6). Le radium

Fig. 6.

placé imméâiatement au-des-

sous des plateaux chargés

émet des rayons qui sont dia- phragmés par une plaque

d’ébonite percée d’un trou

et viennent faire image sur

une plaque photographique

a la partie supérieure de l’ap- pareil. Lorsque le champ est appliqué, on doit s’attendre u retrouver avec Kauffmann

une inégale déviation des

rayons selon leur vitesse, c’est-à-dire qu’on doit obser-

ver une courbe nette sur le cliché. Au lieu de cela on a toujours obtenu des voiles

généraux plus ou moins intenses. Ces insuccès doi- vent probablement, eux aussi, tenir à une action d’un rayonnement secondaire.

Pour l’étude systématique du rayonnement secon- daire, M. Allen a adopté le dispositif de la figure 7.

Fig. 7.

500 milligrammes de bromure de radium d’activité voisine de 50000 sont scellés dans un petit tube de

verre mince qu’on place au fond d’une boîte de plomh

encadrée de deux boîtes d’ébonite épaisses. Le faiscean de rayons B limité par ces lames est reçu sur le corps dont on veut étudier le rayonnement secondaire. Ce

rayonnement est réfléchi d’une manière plus oii

moins diflûse vers l’électroscope D ou il pénètre par

une large ouvcrture rectangulaire. Cette ouverture est

pratiquée dans un écran très épais formé de carton et rempli de ll1ercnre. Il a pour objet d’arrêter la plus grande partie du rayonnement y, et bien qu’il de-

vienne lui-même source de rayons secondaires, cet

effet est plus que compensé par l’accroissement de sensibilité obtenue par élimination des rayons y. En l’absence d’écran jouant le rôle de radiateur secon-

daire, les lectures de l’électroscope font connaître l’ionisation due aux rayons’y et aux rayons secondaires

qu’ils produisent. Quand le radiateur secondaire est en position, l’augmentation de l’ionisation est due essentiellement aux rayons B et y secondaires de ce der- nier, rayons qu’on peut isoler et étudier par inter-

position d’écrans absorbants.

Voir le résultat de nombreuses séries d’expé-

riences (Tableau I).

L’inspection de ce tableau montre que les diffé-

rentes substances frappées par les rayons B émettent

des rayons secondaires très variables en nombre et en

pénétration. Pour obtenir l’effet secondaire maximum,

il faut que la substance soit assez épaisse pour absorber tous les rayons B. Tant que l’épaisseur n’est

pas beaucoup plus grande encore, l’effet secondaire des rayons y est négligeable. Si l’on ne fait tomber

sur le radiateur que les rayons 8 les plus pénétrants,

on recueillera aussi les rayons secondaires les plus pénétrants (mélangés d’une petite quantité de rayons y).

Plus une substance est dense, plus les rayons secon- daires qu’elle produit sont nombreux et pénétrants. La figure 8 contient diflérentes courbes d’absorption pour

Fig. 8.

(En partant de la courbe supérieur e, ou a, de haut en bas, les

courbes A, B, C, D et E).

les rayons primaires et secondaires. A est la courbe des rayons primaires, B celle des rayons secondaires du zinc,

C celle des rayons secondaires du papier, D et E celles

des rayons secondaires du zinc, quand les rayons

primaires ont traversé, 28 feuilles de papier ou une

feuille de zinc. Il est visible sur ces courbes que les

radiations tant primaires que secondaires sont hétéro-

(5)
(6)

gènes et possèdent des vitesses différentes. Des expé-

riences de déviation magnétique faites avec le dispo-

sitif de la figure 9 ont montré que les rayons secon-

Fig.9.

daires, aussi bien ceux des métaux que ceux des isolants, se composent principalement d’une émission de particules négatives. Ceux des isolants sont plus

facilement déviables que ceux des conducteurs, mais la différence n’est pas grande. La proportion desrayons

non déviables dans le rayonnement secondaire est plus grande pour le papier que pour le zinc.

On sait que les rayons secondaires, en frappant un obstacle, y suscitent un rayonnement tertiaire.

hI. Allcn a pu étudier ce rayonnement au moyen d’un

dispositif presque identique au précédent (fig. 10).

Fig. 10.

Le radium est disposé de façon qu’aucun rayon pri-

maire ne puisse émerger. De l’ouverture que laissent entre elles les deux lames de plomb épaisses a et b, il

sort alors un faisceau de rayons secondaires qu’on peut

recevoir sur un radiateur quelconque et ensuite dans

un électroscope. Le pouvoir de pénétration de la

radiation tertiaire a été étudié dans les cas du plomb,

du zinc et du cuivre. On trouve les nombres suivants

(Tableau II).

On voit que le pouvoir de pénétration des rayons tertiaires est beaucoup plus faible que celui des

Tableau II.

rayons secondaires. Ceci concorde avec l’idée qu’on peut se faire de leur vitesse au moyen de l’étude de la déviation magnétique. Ges dernières mesures se font le plus aisément en disposant des écrans et e de

façon que le rayonnement tertiaire arrive ,juste au

bord de la feuille d’aluminium mince donnant accès dans l’électroscope B. Si alors on appliquc un champ magnétique convenable perpendiculairement au plan

de la figure, on pourra amener les rayons a pénétrer

dans l’électroscope ou au contraire les en éloigner davantage. On constate d’ailleurs toujours dans de

semblables expériences de faibles perturbations qu’on peut mettre sur le compte d’un rayonnement quater- naire. L’existence de ce dernier peut se démontrer

par l’emploi d’un second radiateur placé en f, et l’on

s’assure sans peine que ces rayons quaternaires,

comme les rayons tertiaires, se composent de parti-

cules négatives en mouvement, leur vitesse étant d’au- tant moindre qu’ils résultent d’une transformation

plus lointaine des rayons primaires.

Après cette étude du rayonnement secondaire et des

rayonnements subséquents, M. Allen est revenu à la

mesurc de la vitesse v et du rapport e/m pour les

rayons 8 primaircs du ra-

dium. Nous savons d’après

ce qui précède qu’un fais-

ceau quelconque de rayons B ayant traversé une séric

d’écrans absorbants est né- cessairement hétérogène :

il se compose d’un më-

lange de rayons primaires, secondaires, tertiaires, etc.,

qui, après déviation ma- gnétique, présentera un

bord net correspondant

aux rayons de moindre

vitesse, juste capables de

franchir les écrans et d’io- niser l’air dans l’électros- cope. Si alors on dispose

un appareil comme celui

de la figure 11 , avec une

Fig. 11.

parcelle de radium symétriquement placée au-dessous

des plateaux chargés, et si on laisse pénétrer le fais-

(7)

l’appareil, on n’observera que des effets confus du genre de ceux qui ont été relatés ci-dessus ; mais si

on règle les bords de l’ouverture de façon que les rayons incidents soient juste arrêtés par l’écran

(comme c’est le cas sur la figure), et si, à partir

de cette position, on crée les champs électriques ou magnétiques croissants, on constatera d’abord un

accroissement de l’ionisation produite dans l’élec-

troscope ; cet accroissement sera suivi d’un maximum et d’une diminution lorsque des rayons les plus

fortement déviés commenceront à rencontrer le

champs électrique et magnétique X max. et H max., correspondant au maximum d’ionisation. Les résultats

sont résumés dans le tableau II1.

Comme on l’a déjà dit les nombres de ce tahleau se

rapportent aux rayons tant primaires que secondaires

qui sont juste capables de franchir une certaine épais-

seur d’écran absorbant. Les valeurs les plus grandes

de la vitesse conviennent aux rayons primaires seuls,

car les rayons secondaires sont presque complètement

absorbés par 55 feuilles de papier. Les valeurs de la vitesse pour les particules B avant traversé 0,8 milli-

Tableau III.

Tableau IV.

bord opposé de l’ouverture. On peut admettre

alors que les rayons les plus fortement déviés sont ceux qui, après traversée des écrans, ont la vitesse la plus petite leur permettant d’ioniser les gaz. Si l’on réalise le maximum d’ionisation pour l’appli-

cation simultanée d’un champ électrique et d’un champ magnétique, on conçoit qu’il devicnne possible

de calculer à l’aide de ces champs les valeurs simulta- nées de v et de e/m pour les rayons les plus lents capa- bles de franchir les écrans interposés. Quand le nomhre de ceux-ci augmente, on constate que la valeur des champs augmente, ce qui est naturel,

puisque, au point maximum, des rayons de plus en plus rapides devront avoir subi la même déviation.

Des calculs très simples, indiqués par M. Allen,

mètres et 1,2 millimètres de zinc ont dù être obtenues par estime car on ne disposait pas dans ce cas d’un

voltage suffisant. Mais la valeur de m V/e montre

que la masse apparente de la particule augmente

rapidement quand on approche de la vitesse de la lumière. La limite inférieure de la vitesse des rayons B

ne peut s’obtenir avec certitude, mais elle est probable-

ment supérieure à 2,3 10" cm./scc.

Ces résultats sont en excellent accord avec les der- nières expériences de Kaufinann, faites suivant une

méthode bien différente. Ils sont favorables à la théorie,

qui veut que l’inertie de l’électron soit d’origine

entièrement électromagnétique et que la masse appa- rente augmente rapidement quand la vitesse devisent voisine de la vitesse de la lumière.

Des mesures analogues ont été faites par M. Allen

(8)

pour déterminer la vitesse v et le rapport e/m pour les

rayons secondaires. Les dispositifs employés sont

faciles à comprendre d’après les figures données pré-

cédemmcnt. Les résultats obtenues sont résumés dans le tableau IV.

On voit que les rayons secondaires onf des vitesses

légèrement infcrieurcs â cellcs des rayons primaires.

Les valeurs de e/m et par suite celles de e et de 11l .

1

semblent identiques pour les deux sortes de rayons.

Tout porte â croire que les rayons secondaires ne sont

autre chose que des particules négatives, arrachées à l’atome par le choc des rayons primaires : on conçoit qu’ils dirent être d’autant plus nombreux et plus pénétrants que les rayons B générateurs sont eux-

mêmes animés de vitesses plus grandes. Comme pour les rayons primaires, leur inertie augmente, jusqu’à

l’infini quand leur vitesse devient voisine de celle de la lumière, et cette inertie se comporte de toutes façons comme si elle était d’origine purement électro- magnétique.

Traduit de l’anglais par Léon BLOCH.

Les propriétés de l’Actinium.

Par J. GODLEWSKI

Professeur à l’Université de Cracovie.

PREIIIËRE PARTIE

Les méthodes de préparation chimique.

Tout le monde connaît la méthode dont se sont ser-

vis et Mme Curie pour séparer le radium de la pechblende. Une fois la pechblende débarrassée de l’uranium au moyen du carbonate de soude et de l’acide

sulfuriquc, les sulfates insolubles sont transformés en

carbonates par le carbonate de soude concentré et bouillant, puis trailés par l’acide chlorhydrique qui

les transforme en majeure partie en chlorures. Le ré- sidu insoluble fournit le radium par purification ulté-

rieure. Si les chlorures en solution acide sont âécoln-

posés par l’hydrogène sulfuré, le précipité contient du

polonium et du bismuth, mais une partie des corps

présents reste encore dans la liqueur filtrée. En 1899,

M. DcbierneB guidé par l’idée de rechercher une substance radioactive nouvelle, s’est préoccupé spécia-

lement des corps qui sont précipités de la solution acide non par l’hydrogène sulfuré, mais par l’ammo-

niaque.

La plus grande partie des produits précipités par

l’ammoniaque étaient des hydrates de fer et d’alumi-

nium. mais on trouvait aussi en plus petite quantité :

Zn, Mn, Cr, Va, Ur, Ti, Ni, Ta, et dans le groupe des terres rares La, Di, Ce et les terres yttriques. La radio-

activité d’abord très faible a fini par se concentrer, à l’aide de méthodes convenables, de façon que l’on ait

une substance possédant les caractères analytiques du

titane, mais manifestant une activité intense d’envi-

ron 105 unités d’uranium. De nouvelles recherches2

ont fait voir que cette substance ne suit pourtant pas le titane dans toutes ses réactions. Outre les réactions

usuelles, communes au groupe du fer, 1)ebierne a encore indiqué les méthodes suivantes comme parti-

culièrement favorables à la concentration de la nou-

velle substance :

1. Précipitation des solutions bouillantes , faible-

ment acidulées par HCI, au moyen de l’hyposulfite de

soude en excès. Le précipité contient la totalité de l’activité.

2. Action de l’acide fluorhydrique et du fluorure

de potassium sur les hydrates fraîchement précipités

et en suspension dans l’eau. La partie soluble est fai-

blement active, on peut en séparer le titane.

5. Précipitation des solutions neutres par l’eau

oxygénée. Le précipité entraîne avec lui la substance

radioactive.

4. Précipitation des sulfates insolubles ; à chaque opération le sulfate précipité (p. ex. SO4 Ba) entraîne

le corps radioactif, de sorte que le précipité parait

actif.

L’acide oxalique précipitait la substance active avec

les terres rares, surtout quand celles-ci étaient pré-

sentes en grande quantité.

L’emploi de ces méthodes, qui doivent être regar- dées comme caractéristiques du corps plutôt que les

procédés employés à sa purification, a conduit De- bierne à une séparation assez complète de la nouvelle substance d’avec la pechblende. Les recherches spec-

troscopiques de Denia1-çay ont montré qu’elle consiste

principalement en thorium, dont elle se rapproche

également au point de vue de l’analyse, bien qu’elle

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tration des rayons p ne peut dépendre que de leur vitesse, il suit de la constance du coefficient d’absor-. ption qu’a la traversée de la matière les

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