La loi des parcours ionisants des rayonnements successifs des substances radioactives

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Submitted on 1 Jan 1912

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La loi des parcours ionisants des rayonnements successifs des substances radioactives

F. Butavand

To cite this version:

F. Butavand. La loi des parcours ionisants des rayonnements successifs des substances radioactives.

Radium (Paris), 1912, 9 (5), pp.203-205. �10.1051/radium:0191200905020300�. �jpa-00242550�

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La loi des parcours ionisants des rayonnements

successifs des substances radioactives

Par F. BUTAVAND

1. Les rayonnements successifs.

Les trans-

formations des corps radioactifs s’accompagnent ^en général ^de rayonnements. ^Le plus ^souvent il y ^a émission de rayons ^ce. Ainsi, ^sur 31 corps observés,

15 ont un rayonnement ^{f1., 1 a un} rayonnement mixte aBy, 6 corps ^émetlent des rayons B ^{lents ou} rapides, ⁴ corps ^émettent des rayons B ^et y mélan-

gés, ^{5 corps donnent le} mélange ^o:. B, enfin 4 corps sont encore considérés aujourd’hui ^{comme n’émettant}

pas de radiations.

Le tableau suivant contient les caractéristiques

des rayonnements successifs auxquels donne lieu le radiurn.

La loi de Bragg ^{et lileemann} énonce que ^tout

i@ayonnement ot provenant d’une substance déterminée

est caractérisée par la vitesse initiale ^{commune à}

toutes ses particules; ^{cette vitesse varie d’une subs-}

tance à l’autre dans des limites assez étendues, ^elle

est en moyenne 1.5x109.

Nous avons cherché la relation qui ^{existe entre les}

vitesses des rayonnements x ^{relatifs aux} produits

successifs d’un même corps.

2. L’atome de M. J.-J. Thomson. - Nous admettrons avec M. J.-J. Thomson que l’atome ^se compose de particules négatives groupées ^{en anneaux}

sensiblement coplanaires ^et concentriques, placés ^à

l’intérieur d’une sphère positive. ^Ces particules ^ont

d’ailleurs un mouvement de révolution autour du centre, dont la vitesse angulaire dépasse ^{le minimum}

nécessaire à la stabilité des anneaux.

Le nombre des corpuscules ^{va en} augmentant ^avec le rang de l’anneau à partir ^{du centre, et deux corps}

consécutifs de la mênle famille ont des anneaux iden-

tiques, ^sauf l’adjonction ^{d’un anneau} extérieur pour le plus lourd des deux corps.

Il arrive que dans des ^atomes très lourds l’anneau extérieur se rompt, prohablement parce que la vitesse de révolution tombe au-dessous du minimum. L’expé-

rience montre qu’il y ^a alors projection ^de particules

avec leur vitesse propre. ^Pour expliquer ^cette pro-

jection ^{on ne} saurait admettre que le lien qui ^retenait

ces particules ^{vers le centre} s’est rompu brusque-

ment. L’anneau rompu ^a donné naissance a un anneau moins lourd et à un groupement satellitaire

qui condense des masses positives ^{formant un atome}

secondaire qui ^est repoussé ^{par le} premier; ^il s’éloigne

donc avec sa vitesse tangentielle.

En partant, ^les corpuscules ^se groupent générale-

ment de façon ^à constituer le plus petit groupement stable à élément central qui ^{se trouve être,} d’après

les calculs et l’expérience, ^un groupe ^{à six cor-}

puscules constituant l’élément chimique ^{hélium, et} correspondant ^{à un} rayon ^ci.

5. Le resserrement de l’anneau extérieur.

-

Le nombre des corpuscules de l’anneau diminue de six à chaque ^{émission « et d’un à} chaque ^émis-

sion B. ^{A mesure} que l’anneau s’appauvrit, ^{il se}

resserre sur lui-niême par l’effet de l’attraction de la

sphère positive. ^{Il est} facile de montrer que le dia- mètre de l’anneau est à chaque ^stade proportionnel

au nombre des corpuscules restants, du ^{moins tant} que l’anneau n’a pas serré trop ^{loin vers le centre.}

Soit en effet M la masse de la sphère, ^{n le nombre}

des corpuscules ^{de l’anneau errant et d son diamètre.}

Ecrivons qu’un corpuscule ^{est en} équilibre ^{sous l’in-}

fluence de l’attraction par ^{M et} de la répulsion par les autres corpuscules de l’anneau. On négligera

l’action des anneaux inférieurs stables, ^ce qui ^est

admissible tant que l’anneau n’a pas serré jusqu’à ^la région ^{ou les anneaux stables} gênent ^{son mouvement.}

On aura ;

on en déduit immédiatement n=hd.

Soit v la vitesse linéaire de rotation de l’anneau.

L’énergie ^du rayonnement ^{x est 6v’. Admettons} que la vitesse est dans l’atome ce qu’elle ^{est dans le} systèmes ^solaire, c’est-à-dire considérons-la comme

1

proportionnelle ^{à d 2} ainsi que cela résulte de la

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191200905020300

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troisième loi de Képler. ^{La force vive est donc inver-}

sement proportionnelle ^{à d.}

Par suite on peut énoncer que le produit ^de l’énergie ^du rayonnement par le nombre des ^cor-

puscules de l’anneau est constant. L’hypothèse que

nous avons admise est purement gratuite, ^{car on sait}

que la loi de hépler ^admet que l’attraction par le

centre est en raison inverse du carré de la distance,

ce qui ^n’est pas le ^cas. Mais considérons l’anneau contenant N corpuscules. Sa force vive est Nv2. Il

élimine des corpuscules : elle devient N’ V’2. Or le

resserrement donne Nd’ ⁼ N’d, ^et comme on a

dv2 ⁼ d’v’2, ^{on en} déduit

Nv2 ^- N’V’2 = ... ete

en résumé, la force vive de l’anneau reste constante

malgré l’émission de matière et d’énergie. ^{C’est là}

une hypothèse que ^nous aurions pu admettre ^d’em- hlée sans faire appel ^{à la} troisième loi de Képler.

Comment évaluer l’énergie ^d’un rayonnement?

L’expérience fournit la valeur du pouvoir ^ionisant

dans l’air. On sait _que cette quantité ^{varie d’abord}

peu à ^mesure que la distance augniente, puis ^elle

croit plus ^vite jusqu’à ^{un maximum} qui correspond

sensiblement à une vitesse constante et au delà du-

quel ^se produit ^{une chute} rapide ^et rectiligne.

L’aire de la courbe représente ^le nombre total des ions formés, ^{mais elle ne} représente ^pas l’énergie ^du rayonnement qui n’est pas absorbée par l’ionisation seule, ^{mais encore} par l’amortissement dans le mi- lieu.

Devaut la difficulté qu’on éprouve ^à essayer d’éva- luer cette énergie ^{d’une manière} rationnelle, ^nous

nous contenterons d’admettre que la force vive ini- tiale est proportionnelle ^{à la} pénétration, c’est-à-dire à l’abscisse du maximum d’ionisation.

4. La loi des rayonnements successifs.

On peut ^{donc énoncer la loi} suivante :

Dans les transformations successives d’un corps ^ra- dioactif donnant lieu à des rayonnements ^{x, le} par-

cours d’ionisation nlaxima est à chaque ^{instant en}

raison inverse du nombre des corpuscules de l’anneau

qui ^{se détruit.}

Autrement dit, ^{soit ;}

Na le nombre des rayonnements ^« du corps ^et de

ses produits successifs.

NB ^{celui des} rayonnements p.

P le parcours d’ionisation.

Pi

maxima.

On aura :

avec

K et m étant des constantes. La valeur de ri environ

0,6 dans l’air.

On peut ^encore dire, ^{en éliminant la considéra-}

tion du nombre des corpuscules, ^ou des rayonne- nlents, ^{et en} négligeant ^les rayonnements P, que les inverses des _parcours d’ionisation maxima sont en

progression arithmétique.

I,a vérification de cette loi donne le résultat sui-

vant :

On admettra _que l’anneau qui ^ce détruit dans le Radium a 56 corpuscules puisque ^ce corps donne 5 émissions x et 6 émissions B. ^{Dès lors on a :}

Les parcours d’ionisation maxima ^{ont été} relevé

sur Jes courbes mème, ^ils correspondent environ il

r?=0,6.

On admet aujourd’hui que le radium dérive de l’uranium comme suit :

Les termes manquants ^ne rayonnent pas de rayons

,x, cela est extrêmement probable. ^{Donc l’uranium a}

13 corpuscules ^de plus qûe le radium dans l’anneau

qui ^se désagrège.

Par suite on a :

En résumé, _pour chaque ^{terme de la famille} uranium-radium, le nombre des radiations à émettre,

en comptant ^ct pour 6, B pour ’l, y pour 0, ^{est en} raison inverse des parcours d’ionisation maxima; ^le

produit ^{des deux} quantités ^est environ 104. , Il n’y ^a d’exception que pour le radium F ou

Polonium ; _{voyons à} quoi peut correspondre ^{le cas de}

ce_ produit :

L’anneau resserré à 16 corpuscules ^a été arrêté par un anneau stable beaucoup plus ^{dense, il s’est}

fractionné en éliminant un x et un B (radium C)

et il s’est réduit à un groupement satellitaire de 9 corpuscules, qui repoussé, ^{a fait en sens inverse}

le chemin de l’anneau détruit, ^{semant sur son} trajet

des corpuscules B jusqu’un ^{dernier choc sur} le pre- mier anneau stable de l’uranium qui ^{le brise dé-}

finitivement et l’élimine sous la forme d’un dernier

rayon ^x. En multipliant le parcours du polonium

(3,8

0,6 ⁼ 5,2) par le ^{nombre 56 on} obtint 115

205

qui ^se rapproche de la moyenne obtenue pour ^les

autres rayonnements de l’uraniuln-radium.

Les désagrégations auxquelles donnent lieu le tho- rium et l’actinium ne paraissent pas obéir à ^{un mé-} canisme aussi simple.

Cependant, ^en admettant N==59 pour ^{le thorium}

(6 ^{:J., 5} a) ^{on obtient :}

Les thoriums B et C n’obéissent _{pas à} la loi.

Pour l’actinium, ^{en admettant} N=27, (4 ^{x, 3} B)

on a :

L’émanation et l’actinium B ^ne vérificnt pas la loi.

Comme pour les thoriums B ^et C il faut remarquer que ^ces produits ^sont consécutifs à ceux qui ^{la véri-}

fient à peu près.

En résumé, ^{sur 17} produits ^{émettant des} rayons ^x, 12 vérifient la loi NxPi=K, cinq ^ne la vérifient pas, ^mais nous avons montré comment ^on peut ^con-

cevoir le rattachement de ces derniers au cas général.

Cette loi doit être considérée comme empirique, ^car

les déductions qui ^{nous ont} amené à la formuler ne

sauraient constituer une démonstration ; nous avons cru néanmoins intéressant de les indiquer.

[Manuscrit reçu le 5 Avril 1912.1

ANALYSES

Radioactivité

Recherches expérimentales ^{sur les} oscillations de la transformation radioactive. - Kohlrausch

(F.) ^et Schweidler (E. v.) [Plys. Zeitschr., ¹³ (1912) 11-15].

^Les oscillations de la transformation radioac-

tive, prévues théoriquement par ^{E. v.} Schweidler _peu-

vent être recherchées expérimentalement de deux manières différentes. On peut, ^soit employer ^{une méthode différen-}

tielle où le courant moyen ^est compensé par ^un procédé quelconque ^{et ou} l’on n"observe que les écarts par rapport

à la moyenne, soit compter directement ou indirectement le nombre des particules ^{a émises en un} temps ^donné (scintillation ^ou ionisation _par chocs) ^{et obtenir l’écart}

moyen par voie statistique. ^Par contre, ^on n’avait pas

encore essayé jusqu’ici ^d’évaluer directement, par ^une

simple ^{mesure de} charge ^{ou de} décharge, l’écart moyen

relatif. Cet écart est comme on sait proportionnel ^{à 1 VZ,}

si Z désigne le nombre des particules ^a émises par unité de temps. ^{Il est} petit quand ^{Z est} grand, tandis que pour les faibles valeurs de Z c’est l’écart absolu qui ^{est en} géné-

ral négligeable vis-à-vis des quantités directement mesurées.

Les auteurs ont songé à tourner cette difficulté en se servant de l’électroscope unifilaire d’Elster et Geitel. La

capacité ^et la sensibilité de cet appareil ^{sont telles} qu’on peut espérer ^obtenir, ainsi que le ^{montre un} calcul simple,

pour ^un telnps ^{t durant} lequel il v ^aurait 100 particules i

émises en moyenne, une déviation de 22 divisions avec un écart inoi eà de ¹⁰ %, c’est-â-dire très facilement oser- vablc.

Partant de cette idée, ^les auteurs ont essayé ^{de calculer,}

à partir ^{des écarts observés, le nombre des} particules ^x

élnises dans un temps donné par des préparations ^très peu intenses d’uranium ou de polonium. ^{Ils ont} essayé aussi de déterminer, d’après ^{les mêmes} données, le nolnbre d’ions

produits par ^une particule ^{x. Mais des causes} d’erreur dont

ils n’ont pu ^encore découvrir la nature font qu’il y ^{a un} certain désaccord entre les nombres trouvés par l’expérience

et les nombres théoriques. ^En particulier, le nombre des

particules ^a émises par unité de temps ^a été trouvé un

peu diffél°ent du nombre généralement ^{admis et le nombre}

d’ions créés par ^un rayon ^{x a} été trouvé deux fois trop faible environ. Malgré cela, il y ^{a une} bonne concordance dans les ordres de grandeur, ^{et l’on} peut ^dire qu’on ^{a réussi}

à mettrc en évidence, ^au moins d’une manière qualitative,

les oscillations de la radioactivité. Ces oscillations se mar-

quent ^en particulier par ^{un mouvement} saccadé du fil de l’électromètre : chaque particule ^{a donne un nombre}

d’ions suffisant pour imprimer ^{à ce fil un} déplacement ^de quelques dixièmes de division, ^et la marche saccadée du

phénomène correspond très exactement à l’émission irré-

gulière ^des rayons ^x de la substances radioactive.

L. BLOCH.

Sur quelques relations existant entre les élé- ments radioactifs.

Swinne (R.) Phys. Zeitschr., 13 (1912) 14-21]. - Panni les constantes qui paraissent caractéristiques des éléments radioactifs on peut ^{citer :}

1° la constante de telnps À; ^{2° le} parcours dans l’air des rayons ^a (r) ; 5° les vitesses d’émission ux et uB des rmons x et P.

Rutherford le premier ^a signalé ^unc certaine correspon- dance les valeurs de À et celles de 1’. la règle ^de

Iiutherford souffrant d’ailleurs plusieurs exceptions. Geiger

et Nuttall ont établi récemment, en se fondant sur des données expéritnentales nouvelles, ^{la relation} quantitative

suivante :

log h=a+ b 0 log ⁿ (i)

où bo ^{est une constante} absolue, ^{x une constante} _pour chaque famille radioactive. Comme d’après Geiger ^la

vitesse i,,, ^est proportionnelle ^{à la racine} cubique ^{de r, on} peut aussi écrire la relation (,1 ) ^{sou; la forme}

log h=a + b’log ix ²