HAL Id: jpa-00242571
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Submitted on 1 Jan 1912
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rayons secondaires des rayons α, dans le cas du polonium
L. Bianu, L. Wertenstein
To cite this version:
L. Bianu, L. Wertenstein. Sur l’ionisation par projections radioactives et par rayons secondaires des rayons α, dans le cas du polonium. Radium (Paris), 1912, 9 (10), pp.347-352. �10.1051/ra- dium:01912009010034701�. �jpa-00242571�
tituant :x == 2,5 X 109 et H= 2600 dans l’équa-
tion (1) nous trouvons que
Le rapport de la charge élémentaire à la masse
pour l’atome d’azote est environ 700, et il résulte que dans les limites des erreurs expérimentales,
aucun des ions positifs dans l’air ne peut avoir une
masse inférieure à celle de l’atome d’azote’.
De la seconde expérience dans l’air il apparait qu’un nombre considérable d’ions positifs est arrêté
par des champs d’intensités voisines de 2000 gauss, si le champ électrique est 10 volts. En substituant ces
valeurs dans l’équation (1), et posant d= l, nous
avons
Les rapports e m pour les atomes et molécules d’azote et d’oxygène sont approximativement 700, 612, 550 et 506, et il résulte par conséquent que
beaucoup d’ions positifs dans l’air doivent avoir des
masses de l’ordre de grandeur de celles des atomes et des molécules d’azote et d’oxygène.
Le champ magnétique supprime dans une beau-
coup plus grande proportion le courant positif dans l’hydrogène que dans 1 air même quand le champ électrique est de 25 voltes par centimètre, ce qui
prouve que dans l’hydrogène le rapport e m pour un
grand nombre d’ions positifs doit être beaucoup supérieur à 700, et, à moins que la charge ne soit
très grande, la masse de ces ions doit être beaucoup
moindre que celle de l’atome d’azote.
Le fait que la baisse dans la courbe n’est pas exac-
tement définie et le courant positif non complètement supprimé peut être due à la présence d’ions de
masses différentes, ou bien la cause peut en être imputée à ce due la vitesse initiale des ions n’est pas
négligeable ou que leurs libres parcours moyens ne
sont pas suffisamment grands.
Des expériences ultérieures avec de fortes inten- sités de champs électrique et magnétique, et peut-
être à une température très basse (afin de diminuer la vitesse des molécules), pourront élucider ccs points.
[Manuscrit reçu le 20 aoiit 1912.]
1. Voir, Sir J.l. THOMSON; Phil. Mag, oct. 1911 et fév. 1912.
Sur l’ionisation par projections radioactives et par rayons
secondaires des rayons 03B1, dans le cas du polonium
Par L. BIANU et L. WERTENSTEIN [Faculté des Sciences de Paris. - Laboratoire de Mme CURIE.]
A la pression atmosphérique, l’ionisation produite
par les rayons Y. prédomine de beaucoup sur celle due
aux autres rayonnements radioactifs. Il n’en est plus
de mêmc a très basse pression. L’un de nous avait montré i, dans le cas particulier du RaC, qu’aux actions
ionisantes des particules x viennent se superposer
celles, très énergiques, de deux rayonnements extru-
mement absorbables. Le premier de ces rayonnements
est peu déviable par le champ magnétique; il est
constitué par la projection radioactive du RaD par le
RaC ; le deuxième rayonnement est, par contre, très facilement déviable; suivant toute vraisemblance.
c’est un rayonnements électronique de nature secon- daire, excité par les rayons x. Nous nous sommes
proposés, dans le travail actuel, d’étendre ces expé-
riences au polonium. La généralité des phénomènes du
recul ne fait plus de doute, à l’heure actuelle. Dans le
cas du polonium, la projection radioactive consisterait 1. Le Radium, 9 (1912) G.
en l’expulsion des atomes constituant le produit
ultime de la désagrégation de la famille uranium-
radium. L’étude de cette projection ne peut être faite
par les méthodes usuelles, car les atomes en question,
ceux du Pb probablement, ne sont pas radioactifs.
Par contre, il était naturel d’admettre que cette pro-
jection donne lieu à une ionisation de l’air, tout
comme celle du HaD. Dans cet ordre d’idées, l’étude de l’ionisation, produite n basse pression par le polo- nium, devait révéler l’existence d’un rayonnement
ionisant très absorbable, analogue à celui trouvé dans le cas du RaC.
L’appareil qui nous a servi pour cette étude a été décrit ici même, dans le mémoire déjà cité.
Nous en donnons ici une représentation schématique.
La chambre d’ionisation, de 2 mm. de profondeur,
est constituée par le plateau P, relié an quadrant
isolé de l’électromètre et par la toile T1, réunie à la pile. Le disque actif A peut être fixé à dilléreiite-
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01912009010034701
distances au-dessus de la chambre d’ionisation et
porté à un potentiel convenable. La seule modification essentielle apportée dans le dispositif consiste dans
Fig. 1.
l’emploi d’une deuxième toile T2, reliée au sol, placée
entre le disque actif et la première toile. En raison du champ électrique existant entre deux toiles on arrive à supprimer, quel que soit le potentiel du disque
actif, la diffusion dans la chambre d’ionisation des ions formés en dehors d’ell .
Ce dispositif se trouve à l’intérieur d’une cloche,
mise en communication avec une trompe à mercure
et une jauge de Mac-Leod, et placée entre les pôles
d’un électro-aimant.
Pour mettre en évidence le rayonnement très absorbablc, on est amené à étudier le courant d’ion:- sation, dans le gaz très raréfié, soit à pression cons-
tante, en faisant varier la distance de la source active à la chambre d’ionisation, soit à distance constante,
en faisant varier la pression. Dans la première méthode,
on est obligé de canaliser les rayons actifs ; en l’absence
de rayonnement absorbable, le courant doit alors être sensiblement indépendant de la distance ; par conlre, la variation du courant en fonction de la distance, révèle l’existence de ce rayonnement. La canalisation des rayons rend nécessaire l’emploi de disques extré-
mement actil’s ; aussi, pour le polonium, avons-nous jugé préférable d’employer la deuxième méthode, qui permet d’utiliser le rayonnement total, sans qu’on
ait à le canaliser. En l’absence de rayonnement absor- balle, l’ionisation mesurée a dislance constante de- irait être proportionnelle à la pression, et la courbe représentative de l’ionisation, en i’unction de la pres- sion devrait être une droite passant par l’origine.
C’est justement ce résultat, purement négatif, que
nuus avions ohtenu dans notre première expérience. Le disque employé était un disque d’argent de 2 cm. de diamètre, recouvert d’un dépôt noirâtre bien visible de polonium; placé dans un appareil de Bragg, à la pression atmosphérique, ce disque avait donné la
courbe de la figure 2, qui montre que la couche active
exerçait une absorption notable sur les rayons i et avait par conséquent une épaisseur de l’ordre de
fi mm. 01. Aussi ce résultat ne nous a point décou- r0gés; nous avons attribué notre insuccès a ce que la couche active était trop épaisse. Le raisonnement sui-
Fig. 2.
vant permet d’évaluer l’importance de l’épaisseur du dépôt, pour l’étude de l’ionisation par projections
radioactives. Admettons que la couche active du disque
avait une épaissenr de 5 u.. Les rechenhes sur
l’absorption de la projection du RaB 1 ont montré que les argentures de 20 utL d’épaisseur arrêtent presque
complètement les atomes projetés. Si le dépôt poloni-
Fig.5.
1ère a une densité voisine de celle d’argent, les atomes projetés ne peuvent quitter ce dépôt que s’ils pro- viennent d’une couche superficielle d’une profondeur
1. Le Radium, 7 1910) 288.
de l’ordre de 10 pjx. Si le nombre total d’atomes pro-
jetés est égal a celui des particules 7, on voit que le nombre de ces atomes effectivement émis par le disque
actif sera
5 0.010
= 500 fois plus petit que le nombre de particules x. L’ionisation produite par le recul est,dans ces conditions, absolument négligeable devant
celle due aux rayons ’:1..
Il résulte de ces considérations qu’on ne peut espérer mettre en évidence l’ionisation produite par le recul que si on réussit à réaliser une couche active d’une épaisseur de l’ordre de 100 N u.
Tous les efforts se portèrent donc vers la purifica-
tion de la solution polonifère. Ces efforts furent cou-
ronnés de succès; un deuxième disque nons a déjà permis de constater l’existence du rayonnement absor- hable, ainsi que le montre la courbe fig. 5. On voit nettement qu’aux faibles pressions le courant est plus
fort que ne l’exige la proportionnalité ; le rayonnement absorbable produit à une pression de 2 mm. 40 0/0
du courant dû aux rayons u. Ce deuxième disque était
couvert d’un dépôt jaunâtre, encore visible ; l’épaisseur
du dépôt était nettement plus faible que dans le cas
précédent.
La courbe de Bragg donnée par ce disque est repré-
sentée figure 4. Le maximum d’ionisation s’y trouve
à une distance de 5 rem.,5 de la fin du parcours; c’est
Fig. 4.
déjà une courbe de Bragg « classique » on en conclut
que la couche active exerçait sur les rayons x une
absorption négligeable. Toutefois elle était sûrement très absorbante pour ce qui concerne les projections
radioactives. Il semblait dlfficilc d’améliorer davan-
tage la solution polonifère. Pour obtenir un dépôt plus
mince, on a été amené à préparer un disque moins
actif (par un séjour moins prolonge dans le bain po-
lonifère). Dans notre façon de voir, la diminution
d’activité devait porter exclusivement sur les rayons ’1.,
et non pas sur l’ionisation produite par le recul. On
pouvait donc espérer de cette façon augmenter 1 im- portance relative du rayonnement absorbable. Avec
un disque, deux fois moins actif que le précédent,
nous avons obtenu la courbe figure 5. On voit sur cette
Fig. 5.
courbe que le rayonnement absorbable produit à une pression de 2 mm. 6J 0/0 du courant dû aux
rayons a. Ce résultat, encore que nettement positif,
n’était pas encore satisfaisant. Le dépôt était toujours visible, et il n’é!ait sûrement pas uniforme. Finale- ment on a cherché à déposer du polonium sur une
surface beaucoup plus grande. On avait constaté
qu’avec les solutions chlorhydriques très concentrées, ordinairement employée, le dépôt n’est jamais uni- forme ; par contre si on dilue la solution, le dépôt se
fait lentement et la couche est uniformément étalée.
De cette façon on a réussi à obtenir sur un disque d’ar- gent de 6 cm. de diamètre, un dépôt absolument invi-
sible, de même activité que le précédent.
Les courbes 1 et II de la figure 6, obtenues avec ce disque, représentent le courant en fonction de la pres-
sion, la distance avant l’té maintenue constante et égale à 6,3 Inm. La courbe 1 est relative aux mesures
faites en absence du champ magnétique, la courbe Il,
se rapporte aux mesures faites el présence d’iin champ magnétique de 1100 unités. Ces courbes sont tout à fait analogues u celles obtenues par 1’ull de
nous dans le cas du BaC. Le rayonnements absorbable
y apparait déjà dans toute son importance. A zllle pression de 2 mm. il produit 5 f ois pluw d’ioii, que n’en l’ont les rayons x. Ce qu’il y a de caractéristique
pour ces phénomènes, c’est (lu il existe gne région
des pressions, Oll le courant diminue lorsque la pres- sion augmente. Dans cette région la diminution du courant due à la disparition progressive du rayonne-
ment absorbable l’emporte sur le renforcement du courant dû à l’augmentation de la densité du gaz ionise.
La courbe II est relative au rayonnement non dé- viable, c’est elle qui représente l’ionisation produite
Fig. 6.
O Sans champ.
x Champ de 1100 g.
par le recul. On voit sur cette courbe que l’ionisation
ne devient proportionnelle à la pression qu’à partir de
la pression de 11 mm. Pour des pressions supérieures
à 11 mm, le rayonnement absorbable non déviable n’arrive plus dans la chambre d’ionisation, et l’ioni-
sation est alors due exclusivement aux rayons u. Le
produit de cette pression-limite par la distance du
polonium li la chambre, est égal à 70. Ce produit définit, dans notre manière de vomir, le pouvoir péné-
trant de la projection radioactive venant du polonium.
D’autres expériences faites avec une distance différente, donnèrent encore, pour ce produit un nombre voisin
de 70. Dans le cas de deux disques dont il était ques- tion plus haut, ce même produit se montre égal à 60
environ. Cette diminution apparente du pouvoir péné-
trant est sans doute due aux actions absorbantes de la couche active.
Nous avons tenu à refaire une expérience avec le RaC, sans canaliser les rayons, afin de pouvoir com-
parer les deux cas dans des conditions aussi bonnes que possible. Un disque, platiné activé par l’émana- tion du radium a donné les courbes de la figure 7, la
distance du disque à la chambre anant été maintenue
égale à 9 mm, 9. L’ionisation devient proportionnelle à
la pression à partir d’llne pression de 11 mm, 5, ce qui correspond a un produit pd = 114. Le rapport
de pouvoirs pénétrants de deux rayonnements absor- balales se montre égal à 74 114 =
0,62.
Ce nombre esttrès voisin du rapport des parcours des rayons x du
Po et du
RaC : 3.86 7.05 =0.55 Si les deux rayonne-
ments ne sont autre chose que des projections radio-
actives accompagnant dans les deux cas l’émission des rayons ’:1., ce résultat veut dire que les atomes proje-
Fig. 7.
Courbe I = f (p) 0 Sans champ.
Disque de Ra sans catialisation. (1 = 9,9. 0 Champ de 1100 g.
tés par le polonium ont une masse peu différente de celle des atomes du RaD. Ces expériences viendraient ainsi à l’appui des hypothèses généralement admises
relatives à la transformation radioactive de la série du radium.
L’action du champ magnétique (courbes I et Il fig. 6) indique l’existence dans le cas du polonium
d’un rayonnement ionisant très aisément déviable.
L’existence de ce rayonnement est confirmée par le fait que pour des pressions étudiées comprises entre
2- 20 mm les courants se nlontrent presque iden-
tiques en valeur absolue, soit qu’on recueille a l’élec-
tromètre de l’électricité positive ou négative. En réa- lité, en absence de champ magnétique, le courant négatif est un peu plus fort que le courant positif, ce qui s’explique probablement par l’arrivée de charges négatives, essentiellement déviahles ; en présence du champ magnétique, c’est le courant positif qui est un
peu plus fort. Dans ce cas la différence est probable-
lnent due aux charges positives des rayons x et des
projections radioactives
(1) Remarquons en passant que la charge des projections
devrait intervenir dans des expériences relatives à la détermi-
nation de la charge atomique. Il est assez remarquable que M. Regener ait pu obtenir un nombre aussi voisin de celui de 11. Rutherford. Cette concordance pourrait, s’expliquer en admet-
tant que le polonium utilise par 31. Regener était déposé en
couche suffisamment épaisse ponr ne laisser passer qu’une frac-
lion négligeable des atomes projetés.
Ilans la même région de pressions les courant
observes se montrent très peu modifiés, lorsqu’on charge le disque actif à ± 15 volts, ce qui montre
que les effets de diffusion d’ions sont supprimés d’une
manière très parfaite. Le tableau suivant indique quelques résultats obtenus à diverses pressions.
Lorsqu’on dispose sur la toile de la chambre d’ioni-
sation une feuille d Al battue, de 0 03BC 5 d’épaisseur,
on supprime tout effet de rayonnement absorbable, déviable ou non. l,e courant est alors proportionnel à
la pression aux erreurs d’expériences près, en présence
ou non d’un champ magnétique (fig. 8). Par contre, lorsqu’on dispose la feuille d’Al à une certaine distance de la chambre d’ionisation, par exemple lorsqu’on la
met sur la toile reliée au sol (fig. 1), on continue à
observer les effets de rayonnement déviable lllïg. 9);
autrement dit le courant est, en présence du champ magnétique, nettenient plus faible que le courant mesuré sans champ. Ceci démontre que le rayonne- ment déviable est un rayonnement secondaire qui ne peut être excité dans le cas du polonium que par les rayons u. Nous nous trouvons ainsi amenés à attri- buer des propriétés ionisantes aux rayons secondaires des rayons x. On a dit, ces derniers temps, bien des choses contradictoires sur la vitesse de ces rayons secondaires. Néanmoins la plupart des auteurs
s accordent à leur attribuer une vitesse maxima corres-
pondant à 20 volts environ,. La chute de potentiel
nécessaire pour produire un ion étant de 12 volts en-
viron, il semble tout à fait naturel d admettre que les raynns secondaire des rayons x peuvent ioniser l’air.
On peut d’ailleurs observer directement ces rii, nn, secondaires à des pressions plus basses. inférieures à 1 mm. Les phénon)ènes observes changent alors
Fj g. R.
O Sans champ.
x Champde 1100g.
complètement d’allure et présentent les caractères bien connus des rayons 03B4.
F¡g. 9.
O Sans champ.
+ Champ de 1100 g.
En absence du champ magnétique, l’arrivée des charges négatives prédomine nettement sur les phé-
nomènes d’ionisation et les masque d’une façon
d’autant plus complète que la pression est plus basse.
On augmente 1 arrivée de ces charges en chargeant le polonium négativement, on peut les suppriiiiei, soit en
établissant le champ magnétique, soit en portant le
poloniunl à un potentiel positif conyenahle. L’étude de
ces phénomènes se poursuit actuellement au labora- toire de Mme Curie.
[Manuscrit recu le 15 août 1912.]
Sur une preuve que le sodium appartient
à une série radioactive d’éléments
Par F. C. BROWN
[Université de Ithaca. - Laboratoire de Physique.]
Lorsqu’on utilise la méthode ordinaire de caracté- risation d’un corps radioactif, c’est-à-dire l’ionisation continue d’un gaz indépendante des autres conditions physiques, le sodium en tant qu’élément ne mani-
feste pas une activité qui soit d’une manière déter- minée supérieure à celle trouvée pour toute matière.
De plus, l’activité au point de vue ionisation de la matière ordinaire est si faible qu’on ne peut établir d’une façon définie si cette matière est ou n’est pas radioactive par elle-même. Mais la radioactivité
implique un changement bien plus fondamental que celui que manifeste l’émission de matière et d’énergie
d’une façon continue. Elle implique la désintégration
de l’atome. Si des particules d sont émises, les atomes tendent par sauts et par bonds vers de nouveau atomes de propriétés différentes, tandis que s’il y a émission de radiation ou 03B3, l’acheminement des
atomes peut sans doute être considéré comme cer- tain, quoique personne n’ait pu déceler par quels
intermédiaires la transformation peut avoir lieu.
Campbell et iiooài 1 ont étudié les composés du
sodium au point de vue rayonnements ionisants. Leur
dispositif aurait pu déceler une activité beaucoup
moindre que celle du potassium, qui n’est que le millième de celle de l’uranium. Aucun rayonnement n’a pu être mesuré. Le fait qu’un élément déter- miné ne donne pas un rayonnement ionisant mesu-
rable n’est pas nécessairement une preuve qu’il n’est
pas radioactif. Par exemple,, nous pouvons signaler le
cas du radium E qui n’émet pas de rayonnements mesurables. Cependant il se transforme de moitié en
40 ans environ. Il est par conséquent considéré
comme élément radioactif. Bien plus l’hélium. en tant qu’élément, peut être classé comme élément radio-
actif, si tout 1°hélium est d’origine radioactive, quoi- qu’il n’émette par lui-même aucun rayonnement ioni-
sant. Il est sufnsant qu’un élément soit de descen- dance radioactive. Ainsi le sodium serait un élément radioactif si on pouvait montrer qu’il se désintègre en
1. Proc. Cambridge Phil. Soc., i4 (19071 13.
d’autres formes de matière, ou bien qu il est le résul-
tat de la désintégration d’autres formes de matière.
Si le sodium est un élément radioactif nous pouvons rechercher à présent une autre preuve que les rayon-
nements directs. Nous chercherons si dans les périodes géologiques passées le sodium s’est accumulé par pro-
cessus radioactif aux dépens d’une autre matière, ou d’un autre côté si le sodium a disparu ou s’est désin- tégré en d’autres formes de matière.
La preuve par la géologie - La géophysique
fournit deux voies distinctes de preuve qui soutiennent
l’hypothèse que le sodium appartient à une série
d’éléments radioactifs. La première a pour base l’âge
de la terre, lorsqu’il est déterrniné par les données radioactives et par l’accumulation du sodium dans l’Océan. La seconde repose sur l’accumulation rela- tive dans l’Océan du sodium et du chlore, en tenant compte de l’apport annuel relatif de ces deux élé-
ments par les fleuves.
Différents auteurs admettent que l’âge de la terre
est compris entre soixante-dix et cent millions d’an- nées. D’un autre côté les données de la radioactivité conduisent à un nge d’une valeur environ dix fois
plus grande que les précédentes. Les principes de la
méthode d’estimation radioactive reposent sur la détermination des quantités d’hélium ou de plomh
associés u des quantités connues d’uranium dans les
roches de différentes époques. On suppose dans ces deux déterminations que, pendant le temps consti-
tuant l’âge en qucstion, la quantité d’uranium et ses produits qui donnent naissance à l’hélium a dù rester constante et que la loi de production de l’hélium n’a pas dù être modifiée. Naturellement il ne peut y avoir preuve de ces deux hypothèses. On peut seulement
dire qu’il n’y a pas de raisons pour les suspecter.
Cependant, dans toutes les déterminations par la méthode radioactive, une erreur peut résulter du
dépôt simultané d’uranium et de plomb et d’hélium au
moment de la formation de la roche dont on cherche
