Les effets chimiques du rayonnement Alpha

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Les effets chimiques du rayonnement Alpha

Eugène Wourtzel

To cite this version:

LES EFFETS CHIMIQUES DU RAYONNEMENT ALPHA Par M. EUGÈNE WOURTZEL

Faculté des Sciences de Paris. Laboratoire de _Radiologie.

Dans unc série d’articles

publiés

sous le même titrc

_{(1), j’ai}

lllonleé que l’effet

chimique

produit

par le

rayonnement

de l’émanation du radiul1l.

mélalgée

à un _gaz sous

_pression

et contenue dans un ballon dont le rayon est

R,

est _{déterlinée par des relations} dont la fornle

_générale

est K = F

(Rp),

où la

_{signification}

de .~ est données _par

Lorsque

.~

_dépasse

_{50 pour}

₁₀₀

de l’effet maximum

K-. la relation

7~ = F

_(Rp)

_prend

la forme

Au-dessous de cette

limite,

oii a

L’equadon

(3)

représente

une

_droite,

_passant

_par

_l’origine

des

coor-données

_A/X

_{et Rp ;}

cette droite est, en

_outre,

voisine de la

_tangente

à la

courbe,

exprimée

par la relation

(2).

On a donc

_{approximativement,}

L’équation (2)

est

_{applicable, lorsque}

le

_produit

_Rp

est Sllffisall1mcnL

grand

pour

qu’une partie

notable des rayons ne

_{puisse plus}

atteindre les

parois

et _que la constante .K commence a tendre vers sa valeur

maxi-mum

Par contre,

lorsque

le

_récipient

et la

_pression

sont suffisammenl

petits,

pour que toutes les

particules puissent

atteindre les

parois,

il suffit de supposer que l’effet

chimique

proportionnel

all nombre des chocs entre les

_{particllies el}

et les molécules _{gazeuses,. pour} en déduire

l’équa-tion

_(3),

car,

alors,

le _{parcours moyen} de

chaque particule

devient

propor-tionnel à R.

_{L’expérience}

_montre

_que cette

_équation

est

_applicable,

avec une

_précision

assez

_grande,

même aux

_récipients

dont le diamètre

_dépasse’

notablement le _{parcours maximum} des

_{particules a}

sous la

pression

(1) WOURT7,EL. C. R., 19iii. t. CLVJJ, p. 920; bill.. 19l’L _{t. CLVIII,} J. Ph. f

Russe, 1915, t. xLvII. _p: ?t0 est ~D~: Le _1919, t. :Bf. _h. 289 et 333; Joutn. _Pltys..

septembre 1920, 6« _{série, t. I. p.} 77-96.

54

donnée. Par

_exemple,

_{pour le gaz} 0° et sous la

_pression

atmosphé-l’équation

(3)

est

_{applicable jusju’ii R}

=10.1,

alors _{(lue le parcours} maximum des _{rayons a}

_provenant

même du RaC est de 7.9 C111.

Sous une alltl’t’

[orulc,

une formule, reunissant les

_{expressions (1)}

et

(3).

a _{été déduite par :1I.} Lind

_~’).

J’ai montré _que cette formule est

applicable

dans des liuliles

_{plus larges}

et

_plus

de

_précision

_que ne le

supposait

l’auteur ll1ènle.

’

. ,

Les recherches faites au laboratoire de

Curie,

_depuis

1912

_jusdll’en

1914

_(~),

ont

_suggéré

à Lind une nouvelle étude de l’action du

rayon-nement a dans le _{gaz tonnant}

~3~.

~

~

,

Dans _{le gaz} tonnant _{pur, six séries} ont été faites. Les mesures isolées

cOllcordent d’une

_façon

suffisante: _{moyennes des}

séries,

d’une

_façon

parfaite.

La formule de 1B1. Lind est ainsi vérifiée dans les limites des

pressions,

variables entre 584 mm et 30 Inm, et dans les limites de

K,

conlprises

entre

5,6

cm

_eL

cm.

Ayant

démontré que le parcours moyen de

chaque particllie a provenant

de l’énlanation avec ses

_{descendallts,}

_mélangés

au _{gaz dans} un ballon

clos,

est

_égal

à

0,696

le,

Lind _{calcule que le}

_rapport

des molécules

réagis-santes au nonlbre d’ions N

_formés

en même

_temps

et, dans les mêlnes conditions est

_{égala 5.87.}

Ce résultat est fort différent des nombres

déduits,

par des

expériences

de MM. Call1erOIl et

Ramsay,

dont l’insuffi-sance a été

_{également indiquée}

dans mon article.

1~. Lind

_rapproche

le

nombre 5,87

du nombre

_5,51

_{obtenu par ~1~I. Scheuer}

également

daiis le gaz tonnant, mais en

opérant

dans des conditions dif fé-rentes et en calculant les

résultats

expérimentaux

d’une autre

façon.

J’ai montré que le mode de calcul

appliqué

par ~~ Z. Scheuer doit être rectifié. et que certaines de ses

_expériences

oiirent alors des écarts assez

_important.

Dans ces conditions. la concordance

_évoquée

_par Lind devient illu-soire. Il m’a donc _{paru utile de revenir} encore une fois sur cette

_question,

afin c1C comparer les OIJte11L1S par Scheuer et _par lI. Lind.

Lind

_exprime

ses données à l’aide d’une relation.

et constate _que l’ou obtient, très sensiblement

(i) Lind. J. _{1914, t. x;i ; p.} ~64.

‘ DUANE ET _SQHEUER, Le _{R,(t(liiitti,} 1913. t. x. _{p. ÔÎÎ ] WOURTZEL,} Ioe. eit.; § SCHEUER, C. Ii., 1914, t. CLVIII, 188 î C. _{P.., 1914,} t. eux.

La relation

_~~~)

.

En coinbinanl relation à

_(1).

on a :

’

En conlbinant

_{1)

cette

_expression

à

_(2),

Et finalement

_(’)

on

obtient,

avec

(6),

°

Pour trouver maulteuaut le

_rapport

on se sert de

_{J’expressioti}

déduite dans mon article récent :

.

Avec C -

~~.1

=

0.543,

on trouve

Ce nombre _{diffère notablement de celui déduit par} M. Lind et ceci

pour

les raisons suivantes.

1. M. Lind admet l’ionisation

_spécifique

de

_l’oxygène

est

_égale

à is = alors

qu’elle

est

égale

à 1.15.

2. )1. Lind adn1cl _que

_chaque

centimètre cube de gaz

contient,

à

_o°;

2.75.10" 9 _molécules,

HlI lieu de

2,’0. 0‘.

3. 31. Lind admet que le 110nlbre _{d’ions forn-ié par}

_chaque

parti-cule 7. sur le

_premier

centimètre de _parcours est

_égal

à

2,2.10’, alors

_qu’il

est

_égal

à

2,2.10’) environ, pour

les

_particules

« émises _{par le}

RaC, 2,35

pour les émises par le RaA et

2;~0

pour les

particules

«

émises par rénlallal iHll même. a 20°.

(l~ Pour calculer ~’, il est inutile de réduire les _pressions et les volumes gazeux à

0~; si on introduisait cette correction dans la constante h’ calculée à l’aide de _(1), elle serait ensuite éliminée par (livision par le produit où p devrait alors être _corrigé de la même façon.

(~) Pour la _{signification} exacte de z~’, l’ et 1). voir mes articles dans le « Radium ».

La valeur _{3l,’?, indiquée} dans mon article _précédent, est ramenée à 31,3, par suite d’une

. légère correction. introduite par M. Lind dans le calcul du chemin moyen parcouru par les _particules « et. _par une erreur _{que j’ai} commise en _rapportant l’ionisation à 12A

au lieu de 201. ,

56

4. Il est nécessaire de réduire à la même

_température

le nombre de molécules contenues dans le volume donné et 1 ionisation

_produite

_par unité de

_longueur

du _parcours des

_particules

x.

C’est en tenant

_compte

de tous ces _{facteurs, que}

_j’ai

déduit

l’expres-L

sion

₍₇₎

et la valeur

_{J.ylj J.V}

= 4,93

_qui

en résulte _pour le _{gaz tonnant.} Si l’on veut

calculer, niaintenant; lt

partir

de ces

_données,

l’effet maximum

K ,

_{correspondant à}

l’utilisation

_complète

du

_rayonnement

dans le gaz

même,

on obtient des nombres

différents,

suivant

_{l’hypothèse}

_que l’on _{fait pOlIr} ce calcul.

1.

_Supposons,

_{que l’effet}

_chilllique

soit

_{proportionnel}

à l’ionisatioll

sur tout le

_{trajet des particules.}

On a

_alors,

=

M/A’ == 4,93;

₁ d’olL. -°---

1.06,

2.

_Supposons

_{que l’effet}

_chimique

soit

_{directement proportionnel}

au

nombrc des chocs des

_{particules «}

contre _{les molécules gazeuses, soit} au

produit

lp,

sur tout le

_trajet

de ces

_particules.

-Dans l’air

libre,

sous la

_pression

atmosphérique

el il

20",

les

trajets

parcourus par les

particules

sont

hespectll’el11el1t égaux

à

4,23, 4,83

et

7,06

cm _pour

_{l’émanation,}

RaA et RaC. Le

_trajet

_{moyen de} toutes ces

particules,

dans’l’air

libre,

sous la

_pression

atmosphérique,

mais à

0’B

serait

, 1" 1l-’ 00

cm. Il

_{serait égal à}

5,00

_pour un _gaz

_ayant

le

_pouvoir

d’arrêt égal

à 5,00

cm. seraI _égal a 2013’2013 _pour un _{gaz ayant} le _{pouvoir d’arrêt}

, sp

égal

à s et se trouvant sous la

_pression

_p.

Dans un ballon

clos,

suffisamlnent

_{petit, ayant}

un _rayon

_égal

il

R,

le chemin _moyen est de

0,696 R ;

l’effet maximum, calculé ii

_partir

de l’effet

observé,

serait donc

_égal

à

Avec C =

88,1

et s ==

0,523,

on a = ~. 222 C1113.

.

3.

_Supposons

_que les effets

_chimiques,

_produits

sur tous les parcours

des

_{particules x}

dans différents _gaz, soient

_{superposables.}

_Alors,

outre la relation 1

~,

_on aurait aussi

Ainsi _que

_je

l’ai montré dans mon article

_précédent,

on a c=s =

2,15

pour le gaz H2S et cs =

2,0 Í,

Avec s =

0,513,

on aurait _{pour le gaz} tonnanl . =

4.08,

d’où

Koc/’B

==

437.

Passons,

maintenant,

à l’examen des

_expériences

de Scheuer.

~

L’exposc

de

l’auteuh montre _{clairement que, dans} son

_calcul,

la

cons-tante K est déterminée cl, raide de la formule de Duane et

_Laborde,

telle que cette formule

s’appliqne

pour les condensateurs clos, contenant de l’air

sous la

_pression

_{atmosphérique}

et à 120. Au cas on

le

récipient

contenant l’émanation aurait une forme

_sphérique;

on aurait 1

_{=~ 7~}

₍₁

-

1;’~16 jR~~.

Scheuer

_appliqua

bien la relation trouvée _{par MM.-Dtiane} et Laborde sous cette

forme,

sans aucune autre modification: en effet, elle recalculant par cette y’oie les données

présentées

par .B1.

Scheuer,

on retrouve les

rapports

qu’il

a obtenus.

J’ai

_exposé,

dans mon article

_précédent,

les

raisons,

_pour

_lesquelles

la formule de Duane et Laborde cesse d’être

_applicable

dans les conditions des

_expériences

de M.

Scheuer,

et aussi des miennes. Les considérations

développés

111’ollt conduit à

_{l’expression.}

Cette formule suffit _pour calculer I

_d’une

_façon

_approchée

_pour tous les gaz et toutes les

_pressions

tant l’on

_0~5/oo;

‘néanmoins.

lorsqu’on

passe au calcul du

_rapport

on _trouve, en

_posant

’

/~

=

6,31.106

UES. des résultats

trop

forts

(cas

du

dépôt

entièrement

ramené sur les

_parois),

et des résultats

_trop

faibles, en

_posant

7~ == 9.,9-li. 10"

UES

_(cas

du

_rayonnement

entièrement

utilisé).

J’ai

refait,

Inaintenant,

le calcul des

_expériences

de

Scheuer,

el

supposant

que les effets

chimiques.

produits

par les

particules

dans diffé-rents gaz sont

superposables

les uns aux auLees.

L’expression (2) prend.

alors. la forme ,

.

Cette relation est

_applicable,

tant _{que l’on} a

Rp >

8,16.

Àu-dessous de cette

limite,

on

_applique

la rclation

_{(3) ;}

la relation

₍₄₎

donne,

ensuite,

’

- R ==

.89, p (moyenne)

=== 1,007

atm, .

_Rp

=

6,94

atm.

58

On

obtient,

avec

_%~~~~

=

997,

Ainsi _que

_je

l’ai montré dans mon article

récent,

la valeur de trouvée dans ce cas _par M. Scheuei esl

_beaucoup

_trop

élevée.

Le même fait ressort en la

_comparant

ay-ec les

expériences

de NI.

Lind,

ainsi que l’a constaté aussi Lind même.

On est encore dans la

région

de la droite

- On obtient avec

/~/X==

613,

Ce résultat est en excellent accord avec celui

_qui

résulte des

expé-riences de M.

_Lind,

_{ainsi que} M. Lind l’a

_également

constaté.

/11. - Il -

4,47, P

=

2,104

atmH

Rp

=

9,40.

On est

maintcnant,

dans la

_région

de la

_courbe,

_exprimée

_par

l’équa-tion

_(2).

avec

_KI),

==

787,

_{on a}

,K- /~,

=== 1 390 c.C.

(°).

’

Oit en a déduit aussitôt.

La relatiol

₍₁₀₎

donne C =

85,2,

en bon accord avec la

_{précédente.}

Par contre, si l’on veut étendre

_{l’application}

directe de la relation

-

jusqtl’à Rp

=

9~40,

_on obtient la valeur de C

égale

à

83.7

_déjà

un _peu

_trop

faible. Ce fait a été

_également

constaté _par 11Z, Lind.

Expérience

- /1

=== 3,O~,

p .-- 15 alin . ; 46.

On est

clans

les limites de

_{l’équation (2).}

Avec = ~) 7 4... on a _K-

_/),

= ~32.

Cette valeur est

_{beaucoup trop}

faible,

et ce résultat ne _{ressort pas des}

expériences

de 31.

Lind,

le

_produit

_Rp

_dépassant

de

_beaucoup

les limites ’

dans

_lesquelles

_Inéquation

linéaire est

_applicable.

Par contre, il a été

signalé

dans Illa

_publication

aIltéricllre. ,

(1) Dans la _région de _{l’équation (2),} le calcul devenait un _{peu incertain,} car la note de l’auteur _{n’indique pas si les données indiquées} sont réduites à 0- ou à la _température moyenne des _{expériences (eau} courante, en _{hiver). Cependant,} cette _{température n’ayant} pas dépassé, probablement, 12°, l’incertitude ne _{doit pas} être _grande. Dans _{l’expérience} III,

la somme des corrections sur _K/), et ne _{devrait pas dépasser} 1 _{pour 100. Elle}

©11

_peut

résumer ces calculs de la

_façon

suivante :

D’accord avec les

conclusions, énoncées,

d’ulle

façoll

indépendante.

dans mon récenl

article,

31. Lind a trouvé _{que l’effet}

_Cililllique

_produit

par l’éulanation du radium,

mélangée

avec un _gaz.

_peut

être

_exprimé

sous forme d’une fonction linéaire en

1 j Rp,

dans des limites

_{beaucoup plus}

_larges

et avec

_plus

de

_{précision, qu’il ne}

l’a admis dans son article antérieur. Si l’on

exprime

les

_expériences

de M.

_Lind

à l’aide de

_{l’équation}

=

C/Rp,

on

trouve

C = 88.1. = Í. 93.

Egalement

d’accord avec les conclusions énoncées dans nl0n

_article,

31. Lind montre _que les résultats obtenus _{antérieurement par} M1VI. Came-ron et

_Ramsay

sont

_beaucoup

_trop

faibles et

_qu’ils

ne

_peuvent

_{pas servir}

pour le calcul exact du

rapport

,

La concordance entre les valeurs, déduite par M. Lind et

5,51

déduite par :1B1. Scheuer et

_évoquée

_par

_Lind.

est absolu-ment fortuite et

_illusoire,

car ce _{dernier calcul repose} sur une

interpréta-tion inexacte de la formule de Duane et Laborde.

_posée

à sa base.

La révision de ce calcul conduit au

_résultat,

_{déjà indiqué}

dans moll article récent : : _{que les}

expériences

1 et IV sont entachées de causes d erreurs

incollnues,

_quoique

certaines, et _{que. seules. les}

_expériences

II et III sont il retenir.

En

_supposant

_{que les effets}

_{chimiques, produits}

dans _{différents gaz,} sont

_{superposables.}

on

_peut

_prévoir

_que

_{l’application}

de

_{l’équation}

linéaire. au _gaz tonnant, est limitée environ à

_~~

= 8.

L’expérience

II de

M. Scheuer

_permet

d’étendre la vérification

_{expérimentale,}

_{faite par} M. Lind,

_jusqu’à

7.12 cnl.

L’expérience

III montre,

_qu’à

_{Rp =}

9,10

la valeur commence à dévier de la fonction linéaire ce

qui

constitue

également

une véri-fication de la

_{,-,,til)positioii}

faite.

En calculant,

_d’après

les données de M. Lind. l’effet lnaximunl

_A/X

’

on trouve = 1 222 et = 1

933 ;

suivant que l’on

suppose que l’effet

_chimique

est

_{proportionnel}

au nombre des chocs ou à l’ionisation

prod-uiite.

En

_supposant

_{que les effets}

_chimiques.

_produits

_{dans différents gaz,} sont il _peu

_près

_{superposables,}

on arrive au résultat

_{déjà signalé}

dans mon

article,

sur

_{l"t’xculple}

du _{gaz ammoniac, que l’effet}

_chimique

produit

_par unité de chocs

_augmente

vers la fin des parcours ; on trouve, en

effet,

= ’1 427

_(Exp.

de Lind.

_région

de la

_droite)

et

_A-/k

=== 1 390

(Exp.

III de M. Scheuer.

_région

de la

_courbe).

au lieu de = 1 222.

l’augmenta-60

t10I1 de l’ionisation, C(’

_qui

entraîne rabaissement du

_rapport

vers la

fin du parcours. Alois que ce

_rapport

est

_égal

ii

_1,93

au _{début du}

par-cours. le

_rapport

_moyen sur tout le

_trajet

des

_{particules a}

serait

_égal

à 3.~~.

Pour discuter le

_degré

de

_précision

des nombres

_i11diqués.

il convient de noter que les résultats, obtenus dans la

_région

de la

droite,

sont basés sur

_sept

séries très concordantes : six, séries par M.

Lind;

et

l’expé-rence lI de 3>1. Scheuer.

Par

_contre,

dans la

_région

de la courbe on ne

. posséde

guère

que la seule

expérience

III de V, Scheuer : ce

_qui

ne suffit ,pas pour établir une formule à deux constantes. sans avoir recours aux

suppositions

auxiliaires.

Ainsi,

les conclusions faites ne

_peuvent

être envi- ,

sagées

autremenl que comme considérations

_{pio;isoii?es,}

et montrent la nécessité de

_compléter

l’étude en

question

_{par d’autres}

_expériences

dans la

région

de la courbe

_{asymptotique.}

Je me réserve de

reprendre

la suite de ce

travail dans un avenir

_prochain.

En ce

_qui

concerne le mécanisme de la réaction

_en;isagéc,

les

expé-riences de M. Lind _{montrent que} l’on ’observe le même

_rapport

avec

des

_mélanges

contenant de

_1"hydrogène

ou de

_l’oxygène

en excès.

_Donc,

1

l’effet

_chimique

reste

_{proportionnel}

à l’ionisation

totale,

produite

dans le gaz,

indépendamment

de la

composition

du

111élallge

gazeux, ce

qui

revient. dans les conditions dans

_lesquelles

_opère

M.

_Lind;

à la

_{proportionnalité}

entre l’effet

_chimique

et la somme

_d’énergie

absorbée _par les deux consti-tuants.

1 en

ceci,

la

_synthèse

de l’eau diffère de la

_{décomposition}

du _gaz

ammo-niac,

car, dans le second cas, seule

_l’énergie

absorbée _par les molécules

NH’ se transforme en

énergie chimique,

alors que

l’énergie

absorbée par les

gaz Nt et H2 formés reste entièrement

_perdue.

Il est donc certain que

chaque

constituant du

mélange

tonnant

peut

être acti,Té _{par le}

_{rayonnement 2}

de

_façon

_{qu’il puisse}

_réagir

ensuite, avec les molécules de l’autre constituant et

_même,

_peut-être,

avec les molécules non activées.

POllrtallt,

il me semble

_prématuré

de discuter des

_hypothèses

relatives à ce

_point,

_car; à l’encontre de

_l’opinion

de M. Lind. le méca-nisme de cette réaction ne me

_parait

_pas

simple.

En effet. soit dans

_{1 hydrogène}

_pur, soit dans

_l’oxygène

_{pur, le}

rayon-. nement

a _{provoque la} formation de modifications très actives,

parfaite-ment

_susceptibles

de

_réagir,

au moment de leur

formation,

avec d’autres

M. Lind montrent

_{1 que}

_I*attaque

du mercure, _que 1 ou observe en soulllel-tant

_{l’hydrogène.}

en

_présence

de ce

_métal.

à l’action du

_rayouuemeut.

lle se

produit plus lorsque

les deux gaz Sont

_mélangés

ensemble. La réaction se

_produit

donc dals la

_phase

_gazeuse avant _que les molécules actives

puissent

atteindre le métal. ’ °

D’autre

_{part ;}

les

_expériences

de MM. Dualle et ivendt monti?ent, _que

l’hydrogène

actif

_pellet.

_attaquer

le mercure, même si 1°oii

asoin

de

suppri-mer au

_préalable

toute la

_charge

_électrique.

Il est donc _{douteux que la} réaction

_produite

Ci alls le _{gaz tonllallt} soit

_{d’origiue purement ionique}

ainsi que Liiici le Sllppose encore,

Il Ine reste il

_{ajouter quelques}

nl0ts au

_sujet

des

_divergences

_que M. _{Lind pense} constater entre mes

_expériences

sur la

_{décomposition}

de

l’hydrogène

sulfuré et les conclusions énoncées ce

_sujet,

_par M. Debierne. Je

_puis

affirnler _que mes conclusions

_personnelles

basées _{sttr l’étude} de

_{quatre systèmes}

_gazeux, se confondent entièrement avec les

conclu-sions de 1~I. Debiel’ne et

_{qu’elles précisent}

seulement les

_hypothèses

faites,

dans ce sens,

_qu’elles

attribuent l’effet

_{chimique plutôt}

au choc direct des

_particllies

0153 contre les molécules _gazeuses

qu’aux

chocs des

molé-cules

_déjà

_frappées

avec les autres, et ceci sous toutes les réserves

_exposées

dans mon article. L’influence

_négative

de la

_température

sur l’effet

_produit

par le rayonnement

dans

_{l’hydrogène}

Slllfl1ré ne

signifie

autre

chose,

sinon que, dans ce cas, le

phénomène

principal

est

susceptible

d’être troublé par

le

_simple

_{fait que,} même à

100°,

la tension de vapeur du soufre cesse d’être

_négligeable

el _que. de cette

_façon,

le soufre

_dégagé

n’est

_plus

éliminé en dehors de

la" hase

_gazeuse aussitôt

qu’il

se forme.