HAL Id: jpa-00205298
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00205298
Submitted on 1 Jan 1927
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.
Sur les rayons β de grande vitesse des corps radioactifs
D.-K. Yovanovitch, J. d’Espine
To cite this version:
D.-K. Yovanovitch, J. d’Espine. Sur les rayons β de grande vitesse des corps radioactifs. J. Phys.
Radium, 1927, 8 (6), pp.276-283. �10.1051/jphysrad:0192700806027600�. �jpa-00205298�
SUR LES
RAYONS 03B2
DE GRANDE VITESSE DES CORPSRADIOACTIFS
par MM. D.-K. YOVANOVITCH et J. d’ESPINE.
Sommaire. 2014 Les auteurs ont étudié les rayons 03B2 rapides de plusieurs corps radioac-tifs par la méthode du
spectre
magnétique. Ils ont montré pourquoi l’emploi de l’appareilà déviation directe, muni de nombreux perfectionnements, s’est trouvé particulièrement favorable pour cette étude. Des rayons 03B2 rapides ont pu être ainsi décelés pour MsTh2,
Th B + C, Ra B + C, et Ra E. Pour chacun de ces corps, les résultats obtenus avec l’ap-pareil à déviation directe ont été comparés à ceux trouvés par d’autres expérimentateurs
employant des méthodes différentes, notamment celle de l’appareil à foyer.
L’énergie élevée atteinte par certains de ces rayons (par exemple, 8 000 000 volts pour
MsTh2) est du même ordre que celle de certains rayons 03B1 (par exemple, les rayons 03B1 de
ThC, qui atteignent 8 825 000 volts).
i. Introduction. - Le but de
ce travail est de rassembler les résultats
expérimentaux
d’une étude faite au laboratoire de Mme
Curie,
au cours des années 1924 et1925,
sur l’exis -tence desrayons ~
degrande
vitesse des corps radioactifs. Cette étude fut faite par la méthodebien
connue duspectre magnétique.
Dans cetteméthode,
deux genresd’appareils
sont utili-sés pour réaliser laséparation
des différents groupes derayons fi
:l’appareil
à déviation directe etl’appareil
àfoyer.
C’est
l’appareil
à déviation directequi
futprincipalement employé
au cours de notretravail,
qui
a débuté par l’étudegénérale
desrayons à
du mésothorium 2. Lespremiers
résultatsindiquèrent
l’existence d’une bande derayons fi
de trèsgrande
vitesse,
très voisine de la vitesse de la lumière. Nous avons alors concentré notre effort sur cepoint
et avons réussi à obtenir une preuve certaine de l’existence de ces rayonsrapides.
Nous avons ensuiterecherché si d’autres corps radioactifs ne
possédaient
paségalement
desrayons ~ rapides.
Des rayons degrande
vitessepurent
aussi être mis en évidence dans lerayonnement
du thorium B+
C et du radium B+
C. Le RaE fut étudié par l’un de nous en collaborationavec MI’, Curie
et,
là encore, l’existence d’une bande de rayonsrapides
put
être montrée. Dans cetravail,
nous décrivons lesappareils
employés
par nous, ainsi que le détail de la méthodeexpérimentale
utilisée pour déceler cesrayons ~ rapides.
Nous donnonségale-ment les résultats obtenus par d’autres auteurs en les
comparant
aux nôtres.MÉTHODB EXPÉRIMENTALE.
2. Méthode du
spectre
magnétique
des rayonsfi.
-Rappelons
brièvement leprincipe
de la méthode deséparation
desrayons ~
par lechamp
magnétique :
Un électron de masse in, de
charge
e, et devitesse v,
soumis à unchamp magnétique
uniforme H normal à sa
trajectoire,
décrit un cercle de rayon277
Si l’on
adopte
la formule de Lorentz-Einstein donnant la valeur del’énergie
L’ del’élec-.
tron :nio, masse de l’électron au
repos ; fi
= v
(où
c est la vitesse de lalumière);
cla valeur du
produit
HRpermet
de connaître immédiatementl’énergie
de l’électron et savitesse.
Dans un
champ magnétique
uniforme,
les rayons de différentes vitesses décriront des circonférences de différents rayons. Les électronsqui
décrivent destrajectoires
circulairessont canalisés par un
dispositif géométrique
et reçus sur uneplaque photographique.
Deux genresd’appareils
sont utilisés pour cetteséparation
desrayons l’appareil
à déviation ’directe et
l’appareil
àfoyer.
3.
Appareil
à déviation directe. - Leprincipe
de cetappareil
est le suivant : un faisceau étroit derayons ~
déterminé par une source linéaires et une mince fenteparallèle,
formant
diaphragme,
enplomb,
tombe sur uneplaque
photographique
placée
àquelques
centimètres au-dessus.L’appareil
estplacé
dans lechamp magnétique,
parexemple
entreles
pièces polaires
d’unélectro-aimant,
leslignes
de force étantparallèles
à la source. Pen-dant lesexpériences,
on maintient dansl’appareil
un vide trèspoussé.
Dans un
champ magnétique
d’intensitéappropriée,
les rayons y viennentimpression-ner la
plaque
photographique
suivant une raie finequi
est uneimage géométrique
de lafente,
et les différents groupes derayons ~
viennent inscrireparallèlement
à la raie ~;~ une série de raies d’autantplus éloignées
de celle-ci que la vitesse des rayonscorrespondants
estplus
faible. De la distance de ces raies à la raie y, on déduit le rayon de courbure7?,
une fois connues les dimensions del’appareil (i).
>4.
Appareil
àfoyer. -
On connaît leprincique
de cetappareil
maintes fois décrit(2),
danslequel
une fente relativementlarge, placée
au-dessus d’une fente linéaire etparallèle-ment à
elle, permet
aux rayons de même vitesse- qui
décrivent dans lechamp magnétique
uniforme des circonférences de même rayon R - de venir conyerger sur uneplaque
photo-graphique
en une raie trèsétroite,
parallèle
à la source et aux bords de la fente.Il se
produit, grâce
à l’ouverture de lafente,
une focalisation des rayonsqui
renforce l’intensité de la raie.’
5.
Avantages
del’appareil
à déviation directe pour l’étude des rayons degrande
vitessesL’appareil
à déviation directe se trouveposséder
plusieurs
avantages,
de par ses
propriétés géométriques,
surl’appareil
àfoyer,
pour la recherche desrayons ~
degrande
vitesse. Eneffet,
sil’appareil
àfoyer
donne uneplus grande
dispersion
desrayons 8,
cequi
permet
uneplus
grande
exactitude dans les mesures des vitesses de ces rayons;si,
en
outre,
avec cetappareil,
du fait de lafocalisation,
les groupes de vitessehomogène
setrouvent renforcés sur la
plaque,
l’appareil
à déviation directeavantagera,
parcontre,
les groupes de raiesrapprochées
ou les bandes continuesqui
seront ramassées sur unpetit
espace de laplaque,
alorsqu’avec
l’appareil
àfoyer
elles seraient étalées sur ungrand
espaceet,
de cefait,
deviendraientbeaucoup
moins visibles. Cetavantage
est encoreplus
marqué
lorsqu’il s’agit
d’impressions
faibles derayons 8
trèsrapides,
dans levoisinage
de la raie y. Près decelle-ci,
un ensemble de radiations très faibles de différentesénergies
pourra être condensé sur unepetite
largeur
deplaque photographique
etdonner,
sur cetteplaque,
uneimpression
relativement forte. Les mêmes limites de vitessecorrespondent
à un étalement deplusieurs
centimètres sur laplaque
d’unappareil
àfoyer
etl’impression
pho-tographique
pourracomplètement
disparaître
si les raiesséparées
ou les différentes bandes de cetterégion
sonttrop
faibles pourimpressionner
individuellement laplaque.
C’est cette(1) 0. YON BAETER r./ahrb. d. Radioakf , (1914), p. 66].
-278
propriété géométrique qui
donnel’avantage
àl’appareil
à déviation directe surl’appareil à
foyer
pour l’étude desrayons ~
trèsrapides.
6. Perfectionnements du
dispositif
expérimental
pour déceler lesrayons fi
rapides. -
L’appareil
à déviation directe utilisé pour cette étude était muni deplusieurs
perfectionnements
nécessaires pour déceler les rayonsrapides.
Eneffet, malgré
lesavan-tages
géométriques
de la méthode de déviationdirecte,
lesimpressions
photographiques
correspondant
auxrayons ~
degrande
vitesse situées dans levoisinage
immédiat de la raie y sont excessivement faibles. Deplus,
cesrayons ~,
en raison de leurgrande
vitesse,ont une faible action
photographique.
Ces radiationsrapides
sont donc très difficiles à mettre en évidence et c’estpourquoi
nous avonsapporté
à la méthode de déviation directedécrite ci-dessus une série d’améliorations :
a)
Nous avonsemployé
unappareil
à déviation directe de dimensions notablement1
Fig, i.
plus grandes
que celles desappareils
précédemment
employés ;
il était doncsusceptible
de donnerplus
dedispersion
et la clarté des clichés en étaitégalement
beaucoup
améliorée,
car l’action nuisible des rayons secondaires sur laplaque
étaitbeaucoup
diminuée. Pour atténuer encoreplus
l’action nuisible de ces rayons, toutl’appareil
était enaluminium,
àl’exception
dudiaphragme
enplomb
délimitant la fente fine.Dans notre
appareil (voir figure
9 ),
les distances courammentemployées
étaient de i cm environ entre laplaque
et lediaphragme,
et de 5 cm entre lediaphragme
et la279 source S. Nous avons
également employé,
dans certains cas, unappareil
à déviationdirecte de dimensions
beaucoup plus
grandes,
où la distance de laplaque
à la fente était de2,5
cm et celle de la fente à la sourcepouvait dépasser
15 cm. Cetappareil, qui
nécessiteune
région
très étendue dechamp magnétique
uniforme,
n’est utilisablequ’avec
des sourcestrès
fortes,
mais il donne desuperbes
clichés trèsclairs,
danslesquels
laséparation
des différents groupes de raies est excellente.’
b)
Nous avons mis sur letrajet
des rayons deuxdiaphragmes
en aluminiumC,
qui
canalisent les rayons utiles et arrêtent une
grande
partie
des rayonsparasites.
c)
Nous avons fait construire avec un soinspécial
lediaphragme
enplomb (D)
consti-tuant la fente fine. Un destypes
dediaphragmes
que nous avons courammentemployé
était formé de deux morceaux deplomb
antimonié taillés en doubles biseaux arrondis et montés sur unsupport
en aluminium. Onpeut
réaliser ainsi des fentes trèsrégulières
de moins deU,1
mm delargeur.
Nous avons étudié aussi d’autres formes dediaphragmes
(’).
c~)
Lesplaques photographiques
étaient souvent recouvertes de feuilles minces demétal
(d’aluminium
principalement)
de0,0i
à0,05
mmd’épaisseur.
Lesrayons ~ rapides
traversent très aisément de tels écrans et le voile dû aux rayonsparasites
en est atténué.e)
Lesplaques
étaientdéveloppées
dans des bains révélateurs extrêmements lents.f)
Des poses decontrôle,
sanschamp,
furenttoujours
prises
de manière à s’assurerque le
diaphragme
enplomb
(D)
et lesdiaphragmes
canaliseurs(C)
neproduisaient
pasd’impressions photographiques
nuisibles sur laplaque.
C’est l’ensemble de ces
perfectionnements qui
nous apermis
dedéceler,
avecl’appa-reil à déviation
directe,
desrayons ~
degrande
vitesse.
7. Résultats
expérimentaux. -
Il estimportant
de remarquer quel’exactitude des nombres que nous donnons pour les valeurs des
rayons ~ rapides
est rela-tivement faible et quel’appareil
à déviation directe donnesurtout,
pour cesvaleurs,
un ordre degrandeur.
Eneffet,
il est difficile de lire avecprécision,
sur laplaque
photogra-phique,
la distancequi
sépare
les groupes de rayonsrapides
de la raie centrale et d’en déduire le rayon de courbureR,
d’abord parce quel’impression
photographique
de cesgroupes est faible et
floue,
ensuite parcequ’étant
situés dans levoisinage
immédiat de la raiey, ils
sont dans larégion
deplus
faibledispersion
del’appareil
à déviation directe.Mentionnons
également
quel’aspect
de ces radiationsrapides
sur nos clichés montre que ce sont surtout des groupes de radiations et non des raies isolées.RAYONS ~
RAPIDES DU MÉSOTHORIUM 28. Nous avons utilisé de fortes sources de Ms Th
2,
préparées
par l’un de nous,équi-valentes au
rayonnement j
d’environ 35 mg de radium-élément enéquilibre. Avec
l’appa-reil à déviationdirecte,
nos clichés ont montré l’existence d’une bande de rayonsrapides
dont
l’énergie, exprimée
enproduit
1IR(gauss-centimètres),
étaitcomprise
entre les limites HR = 10 000 et HR = 28000.L’emploi
dechamps magnétiques
convenables nous apermis
de dissocier cette bande en
plusieurs
groupes de radiationsfaibles,
dont lesplus rapides
atteignaient
8 000 000 volts.Ces radiations traversaient très facilement des écrans minces d’aluminium
(de
0,05
mmd’épaisseur)
que nous avions mis sur laplaque
photographique.
9.
Résultats d’autres auteurs. - Black(2),
par la méthode defocalisation,
est arrivé à déceler des rayonsjusqu’à
F1R = 6604,
cequi
correspond,
avec notreappareil
direct,
à larégion
de la fin durayonnement
principal
de Ms Th2,
qui
se marque sur nos (1) Voir YovANOviTCH Paris (1925), p. 29].280
clichés obtenus avec
l’appareil
à déviation directe en une tête-de bande vers HR = 6 800.Il est
important
de remarquerqu’il
utilisait des sources relativementfaibles,
équivalentes
à environ 3 mg de Ra en
ra-vons
y. Nous avons rassemblé ces résultats dans le tableau I.TABLEAU I.
rapides
du nlésothoriurn 2.1 ,
RAPIDES DU THORIUM B
+
C.10. - Nous avons décelé deux groupes faibles de
rayons a
degrande
vitesse de7~==ii000 et HR = 9 8 000 ainsi
qu’un
groupeprobable
extrêmement faible vers 40 000. Les sources radioactives utilisées -qui
étaient des filsd’argent
activés dans l’émanation du thorium - étaient relativementfaibles, équivalentes
à environ 10 mg de radium élément.Autres résultats. - Peu
après
lapublication
de cesrésultats,
Blacksignalait
ungroupe de
ray-ons fi
degrande
vitesse de HR = 10080,
HR = 10 340 et BR = 10 380(1),
décelé avec un
appareil
àfoyer.
Ce résultat est en bonne concordance avec notre groupeHR = 11 000 pour
lequella
précision
est relativement faible(Black signale
aussi l’existenced’un fort fond continu s’étendant
jusque
vers2,2
X 106volts).
Nous avons
également repris
l’étude de cesrayons 8 rapides
avec unappareil
àfoyer,
presque entièrement construit enaluminium,
qui
nous a montré l’existence de la raie de 10 080 avec un faible doublet vers 10 350. Nous avonségalement
trouvé,
avec cetappareil
àfoyer,
que le fond continuprincipal
cesse vers BR = 8 600 etqu’un
fond con-tinu très faiblepersiste jusque
vers Hl~ =13 000. Audelà,
les clichés semblentporter
l’indication de radiations très faiblesjusque
vers = 20 000.Toutefois,.
nous n’avons pupoursuivre
notre étude pour avoir une preuve décisive sur ce dernierpoint.
(1) Nos résultats furent publiés dans les Comptes rendus de l’Acadenzie des Sciences du 19 février 1925. Le résultat de Black parut immédiatement après, dans le numéro du 13 février 1925, p. 34, du journal
anglais Nature.
CLICHÉ I 1 lùAYoNs fi RAPIDES DE Ra B + C.
(Petit appareil à déviation directe). (Agrandissement).
~
CLICHE 11. DE Ra B ~- C.
(Grartd appareil à déviation directe).
e Agrandissemen t). ..
(Plaque photographique recouverte d’un écran de 0.05 mm d’aluminium). CLICHÉ 111 RAYOnS RAPIDES DE Th B + G. (Appareil à foyer). CLICHÉ IV
RA>-oxs fi LEXTS
DE Th B + C. (Appareil à foyer). (Cliché 432).NOTA. - lous avons mis sur la planche ci-contre un cliché représentant la bande de rayons rapides
de Ra B + C, malgré l’extrème difficulté de reproduire de si faibles impressions photographiques (cliché 1). A titre de comparaison, nous donnons un autre cliché où ressortent principalement les raies lentes et fo,rtes de Ra B+C (cliché II).
Nous avons également essayé de reproduire un groupe de rayons rapides de Th B+C (cliché III), avec
lequel nous donnons aussi un autre cliché des rayons lents du même corps (cliché IV).
281
Les résultats antérieurement connus étaient ceux de L.
Meitner,
qui,
avec unappareil
à déviationdirecte,
avait trouvé l’existence d’une bande de rayonsrapides
du thorium C+
C’’ de HR == 5 460(1)
et ceux dePohlmeyer,
qui,
par une méthoded’ionisation,
admettait la limite extrême duspectre
vers = 7 000(2).
Ce dernier utilisait des sourcesextrêmement
faibles,
équivalentes
àlmg
de radium élément. Nous avons rassemblé ces différente résultats dans le tableau Il.TABLEAU TI.
Rayons fi rapides
du thorium B+
C.DE GRANDE VITESSE DU RADIUM B
+
C. 12. -L’emploi
de sources radioactives extrêmement fortes constituées par desampoules
minces deradon,
de l’ordre de 100millicuries,
apermis
d’utiliser,
enplus
del’appareil
habituel,
l’appareil
à déviation directe degrandes
dimensions citéplus
haut.L’emploi
de ces deuxappareils
apermis
deconstater,
sur lesclichés,
une tête de bande derayons
versHA - 10 700
(marquant
la fin durayonnement
principal
ducorps)
et une faible banderapide comprise
entre = 15 000 et llR = 27 000.L’emploi
due feuilles mincesd’alumi-nium,
de l’ordre de0,05
mmd’épaisseur,
mises sur lesplaques
photographiques,
a été très utile pour faire ressortir cette bande faible sur les clichés.(~) L. MEITNBR [Z1s, f. Phys., t. 11 (1922), p. 35]. (2)POHLMHYER f.
Phys.,
t.28 (1’924),
p. 216J.282
13. Résultats d’autres auteurs. - Rutherford et Robinson
(1),
en se servant d’unappareil
àfoyer
et en utilisant desplaques
très sensibles pour rayonsX,
avaient trouvé destraces de radiations faibles
jusqu’à
BR = 20 000.Danysz
(2),
enemployant
une modification de la méthode habituelle de focalisation(emploi
d’une fente relativemen t étroite et d’uneplaque placée parallèlement
auxtrajectoires
des rayons~3,
inscrivant directement lestrajectoires circulaires),
et en utilisant des sourcesradioactives extrêmement
intenses,
est arrivé à déceler des radiations faiblesjusqu’à
Ber == 26 000(dont
deux groupes faiblesnotamment,
de BR = li 200 et HR .-: 18100).
Chadwick,
par une méthode de numération deGeiger
et par la méthode d’ionisation(~),
est arrivé à déceler des radiations faiblesjusqu’à
14 000.Tout
récemment, Lewis,
par l’action combinée deschamps électrique
etmagnétique,
suivant la méthode de Buchererr’~),
en arrivait à conclure à l’existence derayons
. extrêmement
rapides supérieurs
comme vitesseà fi
= 0,99,
de l’ordre des rayons trèsrapides
observés parDanysz.
Ces
résultats,
obtenus par différentesméthodes,
sont très intéressants à comparer avecceux que nous avons obtenus ici. Il fallait s’attendre à ce que ce soit pour Ra B
+
C que l’on trouve les confirmationsexpérimentales
lesplus
nombreuses desrayons ~ rapides. Elle
effet,
c’est le corps radioactif que l’onpeut
préparer
leplus
facilement en sources radioactives très fortes.TABLEAU III.
Rayons fi
rapides
du radium B+
C.
RAYONS
DE GRAPlDE VITESSE DU RADIUM E(Cette partie du travail a été faite par l’un de nous en collaboration avec Curie (J).
14. - Avec
l’emploi
de fortes sourcespréparées
par Mlle Curie(équivalentes
enrayons N
à environ 20 mg de radiumélément),
il a étépossible
dedéceler
pour le radium Eune très faible bande de rayons
rapides comprise
entre
BR = Z 000 etBR
(1) RUTHERFORD et RoBir;iorî
[Phil.
t. 26 (i913), p. 717].1’) J. DANY8Z [C. R., t. 153 {t9!!), p. 1 066].
(3) CHADwicK
l Verhandl.
Deutsch. Phys.Gesellsch.,
(30 avril i914), p. 383, no 8].(’’’) LEWIS rProt:. Roy. Soc., t. i07 (2 mars i925), p. 544, n° .§ î43 ).
(5) Irène CuM et J. D’EsPINB [C. R., t. 48i (t925), p. 3iJ. °
283
Comme on le
voit,
l’ordred’énergie
de ces rayons est sensiblement moins élevé quepour les autres corps étudiés
plus
haut.Le
rayonnement
principal
se termine en une forte tête de bande vers /f/?==:4 500. Làencore,
l’emploi
d’écrans très minces d’aluminium mis sur laplaque photographique
abeaucoup
amélioré la clarté du cliché en éliminant les radiationsparasites provenant
des traces depolonium
ayant
contaminél’appareil.
15. Résultats d’autres auteurs. -
Danysz
(’ ),
par la méthodedéjà employée
pour lesrayons ~
de RaB+C,
a trouvé sur ses clichés l’indication d’une bande très faible derayons ~
rapides
comprise
entre les limites devitesse ~
=0,963
et ~
= 0,99,
cequi
correspond
à peuprès
aux valeurs l1R = 6 000 à BR - i2 000. Les résultats trouvés avecl’appareil
à déviation directe sont donc enparfait
accord avec ceux trouvés parDanysz.
TABLEAU IV.
rapides
du radiuin ~’.CONCLUSION 16. - Il est difficile de formuler des
hypothèses
sur la nature véritable de cesradiations
rapides
et de décider si cesrayons ~
sont formés de bandes continues ousi,
aucontraire,
ce sont des groupes deraies ;
eneffet,
sil’appareil
direct s’est révélé un détecteur très sensible de cesradiations,
il est peu favorable à leurdescription
détaillée.
Peut-être,
comme le faisait remarquerThibaud,
faut-il voir dans cesrayons p
trèsrapides
les électrons dedésintégration (-).
Peut être aussi ces
rayons ~
degrande
vitesse ont-ils unrapport
avec l’effetCompton,
comme l’a récemment étudié Curie(3).
Il est intéressant de remarquer que
l’énergie qu’atteignent
certains de ces rayons(par
exemple,
8000000 volts pour le mésothorium2)
est tout àfait du
même ordra que celle des rayons a,qui
s’élève à 8825000 volts pour les rayons x du thorium C.(1) J. DAA’YâZ [Thèse, Paris (1913), p.
63].
,(2) J. THIBAUD [‘l’fièse, Paris, p. 115]. ..
(:3) 81me CURIE [J. Phys., t. 5 (1926), p. 97.