Le dégagement de chaleur des corps radioactifs

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Submitted on 1 Jan 1909

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M. William Duane

To cite this version:

M. William Duane. Le dégagement de chaleur des corps radioactifs. Radium (Paris), 1909, 6 (10),

pp.307-310. �10.1051/radium:01909006010030701�. �jpa-00242375�

ayant donc été mesurée à l’électroscope, ^oii ajoutait

a ceux-ci une quantité déterminée d’hydrate ^{de tho-}

riut11 à l’état d’équilibre radioactif, après quoi ^0ll

faisait ^une nouvelle détermination de l’activité. On

pouvait ^ainsi calculer la quantité de thorium origi-

nairement contenue dans l’unité de masse des hydrates

et par conséquent ^{celle contenue dans l’unité de masse}

de I a roche.

Les résultats obtenus, auxquels ^{on a} ajouté ^celui correspondant ^{au sol de Home} antérieurement obtenu par ^la méthode de l’activité induite, ^{sont les sui-}

vants :

Enfin dans une dernière note (Rendic. ^{Acad. Lin-} cei, 18, ^1er sem., p. 289, 1909), ^et bien que le

petit nombre d’échantillons de roches examinés par moi ne puisse permettre de tirer des conclusions défi-

nitives, j’ai ^{calculé la} quantité moyenne de chaleur

engendrée par l’ensclnblc des produits ^{de la famille}

du thorium contenus dans les roches étudiées _par moi,

le résultat étant que ^cette quantité ^{de chaleur est}

environ double de celle _moyenne engendrée par les

produits de la famille uranium-radium dans les roches

ignées ^examinées par Strutt. En outre il est facilé d’établir _que l’intensité moyenne ^de la radiation _y émise par les produits ^{de la} famille du thorium con- tenus dans les roches étudiées _{par moi} est environ six fois plus grande que l’intensité moyenne de ^la radiation _y émise par les produits de la famille ura-

nium-radium contenus dans les roches étudiées par Strutt.

J’étends en ce moment ces recherches ii un plus grand ^{nombre de roches;} les résultats obtenus jus- qu’ici, ^et qui ^sont corroborcs d’ailleurs par ^ceux récemment publiés par M. Joly (Phil, Mag., juin 1909), ^nous permettent de conclure que le thorium

a une importance ^très considérable ^au point ^{de iuc}

de la radioactivité terrestre.

[Reçu le 1 i octobre 1909].

Le dégagement de chaleur des corps radioactifs

Par M. William DUANE

[Faculté des Sciences de Paris.

Laboratoire de Mme CURIE].

Méthode de maure,

Des la découverte de la radioactivité, ^la question

de la transl’ormation d’énergie ^{a été discutéc comme}

une des plus importantes. ^{On sait} que P. Curie et

1,aborde ont découvert le dégagement de chaleur par le radiuni et, depuis ^cette découverte capitale, ^Ru-

therford et Barnes ont trouvé que les premiers pro- duits de transfornlations du radium dégagent éga-

1--mont de la chalcur.

J’ai cherché si les autres substances radioactives

dégagent ^{de la chaleur, et} j’ai utilisé dans cc Lut

unc nouvelle méthode d’une grande sensibilité. Avec

l’appareil ^décrit ci-dessous, ^on peut ^{mettre en évi-}

dence avec certitude la production ^de 1/1000 ^de gramme-calorie ^{à l’heure, et} l’expérience ^ne dure que

quelques ^minutes.

La méthode est basée sur l’augmentation rapide

de la tension de vapeur d’un liquide ^très volatil, quand

la température s’élève. A et A’ sur la figure représen-

tent deux récipicnts ^{de vcrre} réunis par le ^{tube ca-}

pillaire R. La moitié du volume des récipients ^cst

1. Travail présenté ^à l’Académie des Sciences de Paris, le 1er et le 21 Juin 1909.

relnplie ^du liquide ^volatil (dans ^{ce cas,} de l’éther

sulfurique). Presque ^{tout l’air a été} retiré des réci-

pients ^en faisant le vide à l’aide d’une trompe ^{à eau,}

et le tube C a été scellé à la flamme. Avec un peu

d’habitude, ^on peut placer ^une petite bulle d’air d’une

longueur déterminée dans le tube L, ^{et l’on observe}

le déplacement ^{de cette bulle, soit avec une lunette,}

soit avec lllle lentille et une échelle. J’ai employé ^la

dernière méthode; ^le déplacement ^de l’i1nage ^sur

l’échelle était à peu près huit fois celui de la bulle.

Si l’on introduit dans le tIIIJC D une substance S qui dégage ^{de la chaleur, il est évident} que la tension de vapeur dans A augmentera ^{et le} liquide poussera ^la

petite ^{bulle vers le} récipient ^{A‘, Le} déplacement ^{de la}

bulle dil â une petite quantité de chaleur est énorme,

et cette sensibilité extrême est due a trois causes:

1- La tension de vapeur d’une substance ^comme l’éther augmente rapidement ^{avec la} température;

2o S’il y ^a très peu d’air à l’intérieur des récipients

lc déplacement ^du liquide ^ne change pas les tensions dans A et A’, ^et l’augnientation de tension en A n’est

équilibrée que par la différence de niveau du liquide

dans les récipients ;

5° Le déplacement de la bulle d’air dans le tube

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01909006010030701

capillaire ^est beaucoup plus grand que le change ^ment

de niveau du liquide ^{dans les} récipients.

En outre, ^le déplacement ^de l’image de la bulle est

amplifié parla ^lentille (ou ^la lunette).

Évidemment. ^{il est} nécessaire de bien protéger ^un

instrument d’une telle sensibilité contre des courants

Fig. ^1.

de chaleur venant de l’extérieur. J’ai essaie plusieurs inétliodes, ^et j’ai choisi celle qui ^{suit comme étant}

la plus ^{efficace :}

Les deux récipients ^sont placés ^{dans un bloc E de} plomb (pesant 25kg). ^{Entre les} récipients ^{et le} plomb

se trouvent, en bas, ^{de la} paraffine ^{et, en haut, de li}

ouate. Deux tiges ^F (normales ^au plan ^{de la} figure) supportent ^le plomb à l’intérieur d’une boite en laiton G. Les tiges ^{F servent} d’axes par lesquels ^on peut changer l’inclinaison du plomb, ^{et ainsi} déplacer ^la petite bullo d’air. La boite G est complètement ^enve- loppée de ouate, qui ^{se trouve dans une deuxième}

boite en zinc (non représentée ^{sur la} figure), ^{(t le}

tout est placé ^{dans un} thermostat à chauliage ^élec- trique, qui ^{a été} déjà ^{décrit 1.}

En introduisant la source de chaleur dans le tube D, ^on peut employer plusieurs méthodes pour ^mesu-

rer le dégagement de chaleur. On peut observer le

déplacement maximum de la bulle quand 1 appareil

est en équilibre thermique, ou mesurer la vitesse de

déplacement ^{de la bulle, etc.} J’emploie ^le plus ^sou-

vent une méthode de compensation ^en absorbant la chaleur en même temps qu’elle ^est dégagée. ^Peltier

a découvert qu’un ^courant électrique, ^en passant ^d’un

métal à un autre, dégage ^{ou absorbe de} la chaleur

1. DUANE et LoRr, Anler. Jourli. of ^Sc., (4), 9 (1900), 179.

suivant, le sens du courant. Le tube D renfel’nlc un

couple ^{P de} fcr-nickel, ^et je ^clierchc l’intensité du

courant électrique qui ^absorbe la chaleur produite ^à chaque ^instant. L’étalonnage ^du couple, ^{au moyen d un}

deuxième courant électrique passant ^{dans un} deuxième circuit introduit dans le tube D, ^{a montre :}

10 que l’absorption ^de

clialeur par seconde ^est

proportionnelle ^{au cou-}

rant, ^si l’intensité du courant ne dépasse pas

0,06 ampère; 2° que ^8,2 grammes-calories ^sont

absorbés _par heure et

par ampère

J’ai ima-iné ^{cette iiié-} thode ^{de mesure} pour étudier les dégagements

de chaleur des corps ^ra- dioactiis, ^{mais elle} p(ut servir pour ^mesurer la chaleur dégagée ^dans

d’autres phénomèncs physiques, chimiques ^ou biologiques.

Chaleur du radiuni.

Pour essayer l’appa- reil, j’ai ^{mesuré la cha-} e leue Jtogagée par ^un sel contenant Omg,80 de chlorure de radium, ^et j’ai ^{trouv un} dégagement ^de 0cal,075

à l’heure. Ce nombre donne pour ^la chaleur dégagée,

par gramme ^de radium, ^{à l’heure} J 20Cdl, ^valeur qui

n’est _pas éloignée ^{de celles} récemment trouvées

(110cal, ^117cal et 118cal).

Chaleur du radiothorium.

J’ai étudié le dégagement ^de chaleur par le radio- thorium, phénomène qui n’a pas ^encore été mis en

évidence. Mme Curie rn’a obligeamment prêté ^{un sel}

contenant une quantité ^assez grande de radiotho- rium. Quand ^ce sel était introduit dans le tube D un courant de 0,0051 ampère était nécessaire pour ^coln- penser ^le dégagement ^de chaleur; ^ceci correspond ^à

une production ^{de 0cal,025} par heure. Le scl de ra-

diothorium avait une activité _{à peu} près ^{8100 fois}

celle de l’uraniunl, ^{et si nous} supposons que l’ura- nium est 50000U0 de f’ois plus actif que le radium à l’état d’équilibre, ^{nous trouvons comme} poids ^{de ra-}

dium donnant le même courant d’ionisation _que le ra- diothorium, 0mg,324, quantité qui ^{donnerait une} production ^{de 0cal,039} par heure. Il en résulte que le radiothorium dégage ^une quantité ^{de chaleur} qui ^est

du mêmc ordre de grandeur que celle dégagée par le

radium.

Chaleur du polonium.

J’ai employé ^{la méthode} précédente ponr ^mesurer le dégagement de chaleur d’nn sel contenant du polo-

nium exempt ^{de radium. La courbe de la} figure 2 ^re- présente ^le déplacement ^de l’image ^{de la huile formée}

sur une échelle _par une lentille. L’appareil ^{est bien} protégé ^contre les variations de température extérieure,

Fig. ^2.

mais cependant ^{il est si sensible} que la petite ^{bulle ne}

reste pas ^à la même place. Toutefois, ^si l’appareil ^est

resté tranquille plusieurs ^heures, afin que la tenlpé-

rature puisse s’équilibrer, ^le déplacement ^{de la bulle}

est lent et régulier. ^La ligne ^{droite ab} représente ^ce

mouvement propre de ^la bulle.

l.e sel de polonium (pesant est ^{descendu cn}

S dans le tube D au moment représenté ^{par b. Il se} produit immédiatement un déplacement ^{de la bulle}

dû au frottement et à une petite différence de tempé-

rature entre le sel et le récipient A. Le sel était resté

longtemps ^{dans le tube D} au-dessus du récipient,

mais néanmoins il était ^un peu plus froid que ^ce

récipient. Bientôt la chaleur dégagée par le sel ra-

mène la bulle à sa place ^{et, au moment} représenté

par c, le circuit est fermé et un courant de 0,00155 ampère ^{traverse le} couple ^{P. Ce courant}

n’est pas suffisant pour ^{absorber toute} la chaleur

produite par ^le polonium, ^{et à} l’instant d il est

augmenté jusqu’à ^0,00143 ampère. ^On voit que ^cette intensité do courant compense le dégagement ^{de cha-} leur, puisque pendant ^le temps qui s’écoule de d ii e le courant reste constant et la bulle se déplace ^{avec a}

peu près la même vitesse qu’auparavant. ^{Au moment}

e, le polonium ^{est retiré et le courant} arrêté. Immé- diatement après l’enlèvement du sel, ^un petit dépla-

cement de la bulle se produit, ^{mais ce} déplacement

est annulé en absorbant de la chaleur par ^{un courant}

électrique, ^{et à} partir ^de f l’intensité du courant est

nulle, ^{et la bulle se} déplace ^avec la même vitesse

qu’au commencement : ce qui indique que le ^mouve- ment propre de la bulle est resté constant pendant l’expérience.

L’étalonnage ^du couple ^a montré que 8,2 grammes- calories de chaleur sont absorbes par heure ^et par

ampère. ^{Il en} résulte due le sel de polonium dégage 0cal,0117 par heure.

Il est très important de savoir si la chaleur dégagée

par ^un corps radioactif ^est écluivalente à l’énergie ^des

rayons du corps. ^On peut obtenir des renseignement importants ^{sur cette} question ^en comparant ^{la cha-}

leur dégagée par le po- loniunl avec celle dé-

gagée par le radium

privé de l’émanation et de l’activité induite.

Le polonium et ^{le ra-}

dium ne donnent que des rayons ^{x, et} les par-

cours des rayons ^{sont u} peu près égaux (38mm,6

et 35mm). ^{On ne con-}

nait pas le poids ^de polonium ^{dans le sel} que j’ai employé, ^mais

on peut comparer l’io- nisation produite par ^ce sel avec l’ionisation produite

par ^une quantité déterminée de radium dans les mêmes conditions, ^{et l’on} peut ^{chercher si le} dégage-

ment de chaleur est proportionnel ^à l’ionisation dans les deux cas.

J’ai fait ces mesures d’ionisation avant de préparer

le polonium pour les ^mesures de chaleur.

Pour avoir une bonne comparaison, ^{il faut} que le sel soit en couche mince, afin que les rayons ^{x ne} soient pas absorbes par le ^sel lui-même. Il est néces- saire aussi que ^{les courants} d’ionisation soient facile- ment saturés. Pour remplir ^ces conditions, ^{on est} obligé ^{de mesurer des courants dus à une} faible acti-

vité, ^et j’ai ^{choisi la méthode} qui ^{suit :}

Le sel de polonium ^{est dissous} dans l’acide chlorhy- drique, ^{et de l’eau est} ajoutée. ^La dissolution pèse ’

alors 65gr,19. Quelques gouttes (pesant 0gr,0338) ^de

cette dissolution sont placées ^{sur une lame de} platine

et évaporées ^{à sec. Le sel couvre, en couche mince, à}

peu près 5 centimètres carrés de la lame. Pour ^me-

stirer l’ionisation, ^{la lame est} placée ^{dans un} récipient

assez large pour que ^tous les rayons x soient absorbés dans l’oir et produisent leur ionisation maximum.

Le courant de saturation dans ce récipient, ^me-

suré au moyen d’un quartz piézo-élec trique, ^est

6,94 x 10-11 ampère. ^En lnultipliant ^{ce courant} par le rapport ^{entre le} poids ^{65gr,19 de la} dissolution et le poids V%",0558 ^des gouttes placées ^{sur la lame, on}

obtient le courant d’ionisation dù à tout le polonium

dans la dissolution. Ce courant est 1,34x10-7 ^anl- père

Une deuxième lame de platine ^sur laquelle ^est

déposé ^{0gr,0663 de la} solution donne la même valeur

pour le ^courant d’ionisation de tout le polonium. ^Une

troisième lame avec un poids ^{de sel} quatre ^fois plus grand ^{donne une valeur un} peu moindre que les autres; ^mais dans ce cas une quantité appréciable ^des

rayons x ^{est absorbée} dans lc sel lui-même.

Après ^ces expériences, ^la grande ^{solution est éva-} porée ^{à sec,} le sel de polonium ^{est recueilli et} placé

dans une petite ampoule pour les expériences ^{de cha-}

leur.

Pour déterminer si de l’activité reste dans la cap- sule ou sur les instruments employés pour enlever le sel, je ^les lave bien a l’acide chlorhydrique ^et je répète ^les expériences ^{avec une} nouvelle lame de pla-

tine, ^{etc. Cette} expérience indique que 5 pour 100 de l’activité sont restés dans la capsule.‘ Il en résulle _que, si tout le polonium employé pour les expériences ^de

chaleur était en couche mince, ^il produirait ^{un cou-}

rant d’ionisation de 1,30 x 10-7 ampère.

Rutherford 1 a trouvé que 0mgr,484 de bromure de

radium, privé ^de l’émanation ^et de l’activité induite,

et dépose ^en couche mince sur une lame de platine,

donne un courant d’ionisation de 8,4 x ^10-8 ampère.

Il suit de là que le polonium que j’ai employé pour la chaleur produit ^{la même} ionisation _que 0mgr,749 ^de bromure de radium. Cette quantité ^{de radium duc-}

gage Oe31,0 Il _par heure, ^valeur qui ^{est très voisine}

de celle (0cal,0117) que j’ai ^trouvée pour le polonium.

Il en résulte que le polonium ^{et le radium en} quan- tités qui donnent les mêmes courants d’ionisation

dégagent ^à peu près ^{les mêmcs} quantités ^{de cha-}

leur.

Ce fait est favorable n l’hypothèse que la chaleur

dégagée par ^ces corps ^est due à l’énergie cinétique

des rayons ^a.

[Juin 1909].

EXTRAITS

Les conceptions ^modernes

sur la nature de l’état métallique

Par E. RIECKE

[Laboratoire ^de Physique de l’Université de Göttingen.]

Dans la théorie électronique ^{des métaux, on} suppose

qu’à l’intérieur de ceux-ci ^sc trouvent des électrons

disposés ^{d’une certaine} façon ^{et en} agitation ^conti-

nuelle.

Ces électrons ont une certaine masse constante qu’on peut déterminer par la charge qui ^{est de 4,69.10-10} U.E.S., _{par le} rapport ^{entre la} charge ^{et masse} qui

est de 550.1013 exprimé ^{dans les mêmes unités; la}

masse d’un tel électron est alors de 885.10-30 grammes.

Dtude, ^se basant sur les idées de l’auteur, _suppose

que l’énergie d’un électron est égale ^à celle d’une molécule _{de gaz} ayant ^{la même} température que celui-ci. Soit alors _;l. la masse et g la vitesse d’un

électron; soit, ^d’autre part, ^{h la masse d’une molé-} cule d’hydrogène, ^{B, la constante du} gaz du ^même élément, ^{on a} la relation :

si l’on pose

on a c

et alors

On peut alors conclure de cette formule _que la vitesse d’un électron à la température ^{de 0° C. est} égale ^à 1,259.107 cm/sec. Pour arriver à ce qu’un

électron en repos atteigne ^{une vitesse} pareille, ^{il ·c-}

rait nécessaire de 0,045 volet. La vitesse d’un électron

d’origine photo-électrique ^{est alors} plus élevée ; elle

est de 5.107 n 8.101 cm/sec. Cette vitesse correspond

a une diffërence de potentiel 0,7-1,8 volt.

Pour déterminer le rapport ^entre les électrons fixes ct les électrons libres, ^on peut raisonner de la la-

nière suivante : soit U le nombre total d électrons dont N sont libres, par centimètre cube de métal.

Supposons que pour ^{amener un} atome-gramme ^d’élec-

tron (quantité d’électrons dont la masse totale est

égale ^au poids atomique ^des électrons) de l’état lihe 1. Radioactivity, ^1905, p. 434.

2. 11émoirc présenté ^à la Deutsche Bunsen Gesellschaft.