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radioactives
E. Rutherford
To cite this version:
E. Rutherford. Vitesse et énergie des particulesα des substances radioactives. Radium (Paris), 1907, 4 (2), pp.84-87. �10.1051/radium:019070040208401�. �jpa-00242227�
la couche infiniment mince. Soit a1 l’angle correspon- dant au pouvoir dispel’sif de 61 (AI), a, celui de O2 (Pt), et posons a2> a1. Plus les rayons émergents sont obliques et plus ils ont accompli iiii long parcours dans le métal, moins il en arrive dans le condensateur
et moins leurs parcours y sontlons, c’est-à-dire moins l’ionisation est grande. Ur la figure montre clairement que la divergence des rayons dépend de l’ordre de
succession des feuilles et de leur épaisseur; nous pou-
vons l’accroître si nous ajoutons une seconde feuille b1 (fig. 5 en bas) même au cas ou cette fouille prise iso-
lement produirait une dispersion nulle. On explique
ainsi très naturellement l’accroissement des ordonnées pour les courbes Ag/2 Al, Ag/3 Al, Al/2 Au, Au/2 Al (fig. 8). Les courbes de la figure 8 folt connatre
approximativement l’ordre des métaux au point de
iuc de la dispersion. L’ordonnée correspondante au
courant 40 nous donne les nombres 2,5 2,5 2,8 el 5,0 pour les valeurs des différences Aï-Métal moins Métal-Al. Colnme la divergence des rayons augmente
avec l’épaisseur des couches et qu’on peut prendre
comme mesure de la dispersion la divergence corres- pondant à l’épaisseur 1, nous obtenons ces grandeurs
en valeur relative si nous divisons les logarithmes des
différences par l’épaisseur des feuilles (Au 1,65), Pt i,624, Ag 5,89, Cu 3,08. ,10-3 nllll.), ce qui donne respectivement les nombres 241, 224, 123 145. Si
nous les divisons encore par la racine carrée du poids ato- mique, nous obtenons la série de nombres i7, 11, 12, 18, qui peut être considérée comme constante à l’ordre
de précision des mesurer. L’écart correspondant al’ar- gent tient peut-être à ce qu’on a employé ici une nou-
velle feuille probablement moins épaise. Il est donc
très probalue que le pouvoir dispersif des métaux pour les rayons a croit avec le poids atomique el
sans doute comme la racine carré de ce dernier.
Tou) ce qui précède ne saurait contredire les résul- tats expérimentaux de J. J. Thomson et Rutherford,
savoir que dans le vide extrême on a un rayonnement secondaire très lent. On peut dire setilenieiii, qu’à la pression ordinaire ce rayonnement est arrête par
quelques millimètres d’air et nc produit plus d ioni-
sation appréciable. Mais il est impossible d identifier
avec Rutherford Ce rayonnement b avec le rayonne- ment secondaire clc Mme Curie.
Peut-être peut-on expliquer dans notre manière de
voir le fait décrit plus haut, savoir le relèvement de la courbe d’ionisation quand on rapproche l’écran
absorbant du condensateur. L’observation montre
qu’aux grandes ionisations (de 10 unités par exemple)
la dispersion n’est que de quelques centièmes, tandis que lorsque la courbe est relevée dc 2 millimètres, l’ionisation change de plus de 100 pour 100, Nous
concluons de là que la plus grande partie de l’effet vient de ce que l’absorption des rayons x dépend de
leur vitesse, bien qu’une faible part puisse revenir à
la dispersion. Toutes les analogies indiquent que
l’absorption des raj’ons z doit, comme toutes leurs propriélés, être une fonction de la vitesse.
Décembre 1906. Traduit de l’allemand par Léon BLOCH.
Vitesse et
énergie
desparticules
03B1des substances radioactives
Par E. RUTHERFORD,
Professeur de physique. Mc. Gill University, Montréal.
DANS deux mémoires précédents 1, il a été rendu
compte de mesures de masse et de vitesse faites sur certains produits du radium, de
l’actinium et du thoriuln. On a fait voir que, dans la limite des erreurs expérimentales, les particules Y.
émises par chacune de ces substances ont même masse et ne dînèrent que par leur vitesse de projection.
Sous les conditions expérimentales ordinaires, la
particule x porte une charge positive et se comporte
comme un atome matériel projeté par la substance 1. Voir le Radium, Nov. 1906.
radioactive avec une très grande vitessc. La valeur de
e m,- rapport de la charge à la masse de la parti-
cule a, - a été trouvée égale à 5,07.1 (P. La proba-
bilité que la particule a est un atome d’hélium se
trouve discutée en détail dans un des mémoires déjà
mentionnés .
Le parcours d’ionisation dans l’air des particules a
d’une couche très mince de matière active est une
quantité définie et aisément mesurable, caractéris-
tique de chaque produit. Les parcours dans I air dc,
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019070040208401
produit du radium ont été soigneusement déterminés
par Bragg et Kleeman. Levin a déterminé le parcours des particules dupoionium (radium F); Hahu a étudié en détail les parcours des particules a émises par les différents produits du thorium et de l’actinium.
Les vitesses des rayons aissus d’uiie source homo-
La vitesse initiale de projection de la particule ce de chaque produit est donc une constante bien définie, qui peut servir à le caractériser aussi bien que sa
période de transformation.
Les vitesses des particules ex émises par les diffé-
rents produits sont rassemblées dans le tableau 1.
Tableau I.
gène sont toutes réduites d’une même quantité à la
traversée d’un écran matériel. A la suite d’une étude de la variation de vitesse subie par les particules du
radium C au passage de la matière, j’ai montré que la vitesse Y d’unc particule ayant le parcours r dans l’air après traversée d’un écran est donnée par
oit Vo est la vitesse initiale des particules 7. émises
par le radium C et possédant dans l’air un parcours de 7,06 cms.
Cette relation a été confirmée par la mesure directe des vitesses des particules 7. des différents produits à rayonnement a qui possèdent des parcours d’ionisa- tions différents. On a déterminé la valeur de V0, qui
est égale à 2,06.10 9 cm. par sec. Par conséquent la
vitesse V d’une particule a qui est capable d’ioniser
l’air sur une distance de r cms. est
Ceci repose sur l’hypothèse, vérifiée dans un grand
nombre de cas, que les particules x des différents produits doués du rayonnement Y. ont une masse identique.
On a ajouté, a titre de comparaison, la période de
transformation et le parcours des rayons 4 dans l’air.
La 4e colonne donne l’énergie cinétique de la parti-
culc x au moment de son émission. Puisque l’énergie
cinétique 1 2 mu2 est égale à 1 2 mu2 2. e et que la valeur
de mu2 e est déterminée directement a 1 aIde dcs Ba-
leurs connues de u et e m, l’énergie cinétique est exprimée en fonction de e, la charge (en unités élec-
tromagnétiques) portée par la particule a. Sous cette
forme, les résultats n’impliquent aucune lypothèse
sur la ,raie valeur de e.
Les parcours des rayons x des différentes substances,
sauf l’uranium, ont été déterminés par la méthode
électrique, imaginée par Bragg et Kleeman. lnl la faible activité de l’uranium, on n’a pu encore par cette méthode déterminer le parcours de ses rayons x.
Mais Bragg a déterminé 1 absorption de la particule a
de l’uranium par l’aluminium, et l’on peut aisément
(réduire de là que le parcours de la particule x de
l’urani11 est voisine de 5,5 cms.
Il est intéressant de comparer la vitesse moyenne
Tableau II.
et l’énergie de la particule « émise par les produits
successifs des éléments radioactifs. Les résultats sont résumés ci-dessous. La 5e colonne donne l’énergie cinétique totale de la particule x libérée à la suite des désintégrations successives d’un atome générateur.
Puisque chaque fois qu’un élémcnt primaire est en équilibre radioactif avec ses produits, le même nombre d’atomes de chacun d’eux se brise par seconde, la vitesse moyenne ou l’énergie moyenne des particules x
pour chaque famille de produits est donnée par la
sonlme des vitesses ou des énergies divisée par le nombre des produits intervenant.
Les tableaux ci-dessus font voir que
I° Les vitesses d’émission des particules a de tous
les élémcnts radioactifs sont comprises entre 1,56.109
et 2,25.109 cms par sec., c’est-il-dire que la vitesse d’émission la plus grande est seulement 1,£4 fois
supérieure à la plus faible. Ce sont les particules du
thorium C qui ont la plus grande vitesse d’émission,
celles de l’uranium et du radium qui ont la moindre.
2° La vitesse moyennc et l’énergie moyenne des
particules « des familles du thorium et de l’t1cLiniun1 sont très sensiblement les mêmes et plus grandes que celles de la famille du radium. La vitesse moyenne d’émission des particules z de la famille du radiuln
(y compris radium F), est plus faible d’environ.
6 pour 100 que dans le cas du thorium ou de l’ac- tinium.
3° L’énergie totale libérée par désintégration stie-
cessive d’un atome de radium est moindre que celle d’un atome de thorium, mais plus grande que celle d’un atome d’actinium.
Malgré le nl0indre nombre de produits à rayonne-
ment x dans le cas du thorium, l’énergie totale libérée par désintégration d’un atome de thorium est prati-
quement la mèlne que celle d’un atome d’uranium
(y compris le radium et ses produits).
Relation entre la vitesse d’émission d’une
particule o,. et la constante de temps du pro- duit correspondant.
Si l’on veut trouver une relation de ce genre, il faut remarquer que, dans un grand nombre de cas, la
vitesse d’émission de la particule x augmente quand
la constante de temps diminue. Puisque la constante
de temps d’un produit peut être regardée comme une
mesure de la stabilité des atomes qui la Composent,
ceci semble indiquer que la vitesse d’émission de la
particule est une fonction de la stabilité de l’atome, qui est plus petite pour les atomes les plus stables.
C’est ce qu’on voit clairement dans le cas de l’ura- nium, du radium, du radiunl F. et du radiothorium, qui sont à transformation relativement lente. Les par- ticules de l’uranium et du radium ont le parcours mi- nimum, 3,:) centimètres environ, celles du radium F ont le parcours le plus petit ensuite, soit 5,86 centi-
mètre. De même pour la famille du llioriuni, les par- ticules u des produits à longue période sont celles qui
ont la plus petite vitesse. La constante de temps du radiothorium n’a pas été Inesurée jusqu’ici, mais elle
n’est pas inférieure à une année, et sans doute bien supérieure ; Cll tout cas elle est plus grande que pour tout autre produit à rayons x du thorium.
La relation éclate plus clairement si l’oii dispose,
comllle dans le tableau ci-dessous, les produits de
Tableau III.
chaque famille radioactive par ordre de vitessc d’émis- sion croissante des particules a,
Les seules exceptions a la règle que la vitesse d’émis- sion des partieules a. augmente quand la constante de temps diminue correspondent aux trois produits marques d’un astérisque, savoir lc radium C, le tho-
rium X et l’actinium X.
Si l’on admet que la règle en qucstion est univer- selle, on devrait trouver pour la constante de temps du radium C moins d’une minute et pour celles du thorium X et de l’actinium X quelques secondes. Il
est possible que de nouvelles recherches fassent dispa-
raître ces corps de la liste des exception. Il se peut
par exemple qu’il se produise deux changements suc-
cessifs dans le radium C, l’un sans rayons a constante de 19 minutes, un autre très court avec rayons u. Il
est possible qu’il en soit de même pour le thorium X et l’actinium X. De pareils chargements doubles, de
vitesse très inégale, seraient très difficiles à déceler. Il
n’y a pas jusqu’ici d’argument qui s’y oppose.
Dans la plupart des cas, la constante de temps dé-
croît trus vite pour un léger accroissement dans la vitesse d’émission des particules. Je n’ai pas réussi à trouver une relation simple entre la vitesse d’émission de la particule « et la constante de temps du produit.
Ilahn a déjà attiré l’attention sur le fait intéressant que les produits correspondants du thoriunl et de l’actinium occupent la même position relative, si on les range par ordre de vitesse croissante d’émission des particules e.
Vitesse d’émission de l’énergie.
Nous avons vu que l’énergie des particules x due à
la désintégration successive d’un atome de l’élément
primitif est 12,5. 1014 pour pour le radium (non compris
le radiumF),17,7, 10 14 hour le thorium et t 14, 0.1014 e
pour l’actinium. Dans un précédent mémoire, j’ai
montré que l’effet calorifique du radium est, en grande partie, une mesure de l’éncrgie cinétique des parti-
cules a émises. Nous pouvons donc admettre avec confiance que le thorium, l’uranium et l’aetiniurn émcttcnt aussi de l’énergie calorifique en quantité proportionnelle à l’énergie cinétique des particules a qu’ils émettent. Jusqu’à ce qu’on ait déterminé avec
certitude pour chacun de ces éléments le nombre des
atomes qui se brisent par seconde, l’émission calori-
fique vraie ne peut être calculée avec certitude. Mais des mesures d’activité relative du thorium et de l’ura- nium comparés au radium permettent de déduire que
l’émission calorifique par gramme de radium est
environ 2 000000 fois plus grande que pour l’uranium
et le thorium.
Puisque l’émission calorifique des substances radio- actives est une mesure de l’énergie des particules n émises, toute nlatière radioactive qu’elle que soit sa dissémination émettra de la chaleur proportionnelle-
ment à sa masse. Il est par conséquent tout à fait permis d’admettre, par exemple, que le dégagement
de chaleur du radium distribué en petites cluantités
dans l’écorce terrestre est proportionnel a la lnasse de
radium présente.
Considérations générales.
Nous avons vll que la vitesse d’émission des parti-
cules ce des différentes substances radioactives est tou-
jours comprise dans d’étroites limites, savoir entre 1,56.10 et 2,25.109 centimètres. Dans un précé-
dent mémoire, j’ai montré que la particule oc par son
pouvoir d’ionisation, son pouvoir photographique et
son action de phosphorescence, quand sa vitesse tombe au-dessous de 0,4. Vo, Vo désignait la vitesse des par- ticules ex du radium C. La valeur de Vo a été montréc
être égale a 2,06.109 centimètres par seconde, de
sorte que la vitesse critique de la particule a est d’en-
viron 0,82.109 centimètres par seconde. La vitesse d’émission de la particule oc est en général de 2 à 5 fois plus grande. Une particule a émise sous une vitesse
inférieure à la vitesse critique serait difficile à déceler,
et ne produirait qu’une ionisation faible ou nulle. Si les particules a des substances actives avaient été pro-
jetées avec une vitesse moyenne moitié moindre, il
aurait été difficile de découvrir des particules x quelles qu’elles fussent.
I)ans l’absence de connaissance précise des causes qui conduisent aux désintégrations successives de l’atome, il nc semble pas possible présentement de
donner une explication adéquate des modes de trans-
forl11ation des substances radioactives. Il n’est pour- tant pas douteux que les données accumulées déjà sur
les constantcs de temps et les vitesses d’émission doi-
vent éclaircir finalement notre conception de l’atome.
L’étude de la radioactivité a souligné l’importance
de la particule u comme unité constitutive des atomes les plus lourds, et il est probable que la particule joue un rôle tout aussi important dans la structure
des atomes autres que ceux du thorium, de l’uranium, du radiunl et de l’actinium.
Décembre 1906. Traduit de l’anglais par, Léon BLOCH.
