HAL Id: jpa-00242572
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242572
Submitted on 1 Jan 1912
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
radioactive d’éléments
F.C. Brown
To cite this version:
F.C. Brown. Sur une preuve que le sodium appartient à une série radioactive d’éléments. Radium (Paris), 1912, 9 (10), pp.352-355. �10.1051/radium:01912009010035201�. �jpa-00242572�
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
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01912009010035201
l’âge. Comme on le verra plus clairelnellt au cours de cette discussion, la grandeur de l’erreur n’est proba-
blement pas supérieure à la différence entre les valeurs déterminées par l’acculnulation d’hélillm et l’accu- mulation de plomb.
D’après les expériences de Butherford et ses dis-
ciples, un gramme d’uranium en équilibre avec ses produits donne 10,7 X 10-8 cnn d’hélium par an. Si
nous examinons les roches de différentes époques géo- logiques, nous trouvons le gaz rare hélium occlus dans la roche toujours là où on a trouvé de l’ura-
nium, et, en outre, plus les roches sont anciennes, plus
la quantité d’hélium associée à chaque gramme d’ura- nium est grande. Il est clair que si nous divisons la
quantité totale d’héliunl par gramme d’uranium par la constante précédente 10,7 X 10-8, nous obtien-
drons le nombre d’années pendant lequel l’uranium a
formé de l’hélium, c’est-à-dire l’àge de la roche con-
tenant l’uranium. On peut remarquer que la diminue- tion de la quantité d’uranium pendant ce temps est
si faible qu’on peut la négliger à côté des autre
erreurs.
La cause d’erreur la plus importante dans la
méthode de calcul qui vient d’ètre décrite réside sans
doute dans le départ possible d’héllllnl de la roche contenant l’uranium. S’il en cst ainsi, l’âge de la
roche calculé de cette façon doit être trop faible. La méthode donnerait par conséquent une limite infé-
rieure de l’âge de la terre.
Si nous nous rangeons à l’avis de Boltwood, suivant lequel le plomb associé à l’uranium dans les roclles
provient de la désintégration radioactive de la série uranium des éléments, et que 1 gramme d’uranium donne naissance à 1,88 X 10-11 gramme de plomb
par an, nous avons un contrôle des résultats obtenus
s’appuyant sur la présence d’hélium. lEn général, les dépôts de plomb conduisent à un âge, pour une roche
données, quelque peu supérieur à celui déterminé par l’accumulation d’hélium, ce à quoi nous devions
nous attendre si l’hélium peut s’échapper ou si du plomb a pu être déposé avec l’uranium l. l’origine.
En appliquant la méthode qui vient d’être discutée, Rutherford, en 1907, a trouvé pour l’âge d’un échan- tillon de fergusonite 240 000 000 d’années. Ce nombre était obtenu comme il a été indiqué, en partant du
fait que 1.81 cme d’hélium était extrait de 1 gramme du minéral dont on savait que la teneur en uranium était environ 7 pour 100.
Strutt, par la même méthode, a trouvé que les roches de la période archéenne provenant de Québec
étaient âgées de 222 à 715 millions d’années, et
deux roches de la même espèce provenant de Norway ,
213 et 449 millions d’années. On a trouvé aussi que la valeur minima moyenne pour l’hématite de la
période éocène était de j 1 millions d’années. pour culle de la pierre à chaux de la période carbonifère,
lô0 millions, tandis que pour la période archéenne la moyenne était de 710 millions d’années.
llolme; 1 partant du rapport du plomb à l’uranium
dans les roches El trouvé les valeurs données dans le tableau suivant :
Les résultats ci-dessus montrent clue la terre, dans
S3 forme présente, doit avoir plusieurs centaines de
millions d’années.
Cependant, si nous prenons la preuve ayant pour base le résultat obtenu en divisant la quantité totale
de sodium contenue dans l’océan par l’apport annuel
de toutes les rivières du globe, nous trouvons que
de l’océan ne peut excéder une centaine de mil- lions d’années. Deux des plus éminents géologistes,
F. M-. Clarke et J. JolyB pensent que le nombre de 70.000.000 années doit être probablement le plus
correct. Il semble, à mon avis, que ces erreurs n ont pas été faites sans une juste considération des causes
d’erreurs les plus importantes. Suivant Clarke, la
matière saline de l’océan, en supposant qu’elle soit dispersée, occuperait environ cinq millions de milles cubiques, quantité devant laquelle tous les bancs de
roche saline sont insignifiants. Il a considéré aussi le sel d’origine marine dans les roches sédimentaires, et
il a trouvé qu’une correction ne dépassant pas J pour 100 était nécessaire pour tenir compte du sodiunl ayant cette origine. S’il y a une erreur due u
une variation de l’apport annuel de tous les fleuves,
Becker 4 montre qu’elle est tout à i’ait dans le sens qui diminue encore l’âge de la terre, en portant cette
valeur à 30 et 70 millions d années. Il y a donc un désaccord entre les valeurs de l’âge de la terre déter-
ii-iinées par les deux méthodes. JolB, dans le Philoso- phical Jlagaziiie de septembre 1911, soiitieiit la
pensée que les constantes radionchBes sont fausses, à
cause de ce qu’elles n’ont pas été prises de données
s’étendant sur un temps suffisamment long et dans
des circonstances convenables à l’abri d hypothèses
douteuses.
Je désire montrer qu’il y a une autre explication du
désaccord, dune (Illi n’exige pas lïn rimination 1. Proc. Roy. Soc. 85 (1911 248.
2. Bulletin 491 . U. S. Geol. Surv.
3. Phil. Mag.. 22 (1911 337.
4. Quater. Journ. Sc.. mai 1909.
des constantes radioactives telles qu’elles ont été déter-
minées expérimentalelent. En effet, l’explication est simplement une extension de nos connaissances en
radioactivité. Le désaccord peut disparaitre si on sup- pose que le sodium appartient à une série d’éléments radioactifs. Si nous acceptons les données présentes
de la radioactivité comme faisant autorité, il faut admettre qu’il n’y a pas assez de sodium dans l’océan.
I’eut-éire, pendant les périodes géologiques, des élé-
ments de poids atomique plus élevé ont-ils pu se dés-
intégrer en sodium, et par suite l’apport actuel des fleuves n’est-il pas le même que l’apport moyen
annuel pour tout le temps passé? C’est-à-dire que le sodium du sol s’est accru par production radioactive, tandis que le sodium dans l’océan s’est accru
presque uniquement par l’apport annuel fluvial. Ce serait nécessaire si le parent du sodium existait com-
munément en composés relativement insolubles. D’un autre côté nous pouvons avoir eu du sodium produit
aussi dans l’océan par processus radioactif, et peut-
étrc des dépôts de sodium dans le fond de l’océan. Ce fait pourrait nous guider en ce qui conccrne la parenté
du sodium, si notre argument en entier n’est pas en défaut. Il est clair que les éléments qui ont été rlé- posés dans l’océan en quantité appréciable sont éli-
minés.
La seconde façon d’expliquer la faible teneur de l’océan en sodiuln est de supposer quc le sodium dans l’océan s’est désintégré en d’autres éléments.
La théorie de la radioactivité, telle qu’elle est actuel-
lement établie, n’exige cependant pas que la loi de décroissance d’un élément ne puisse être altérée par
son état physique et son milicu. Il est très probable
que le sodium dans l’océan ne s’est pas désintégré plus vite que le sodium du sol, et par suite une dimi- nution de la quantité de sodium dans l’océan aurait été produite par une diminution de l’apport annuel
des rivières. Mais on n’a pas constaté que la quantité
de sodium transportée par les fleuves variait beau- coup avec la quantité contenue dans la croùte ter-
restre. Il semble alors que cette seconde explication
se trouve en deçà des limites de possibilité.
L explication la plus simple et celle qui n’exige
pas de digression ou d’hypothèse additionnelles repose
sur la supposition que le sodium sur terre s’est accru
grâce à l’existence dans le sol du parent du sodium
et à l’absence de ce parent dans l’océan ou dans le l’ond de 1 océan. Cette explication est en accord aBec
les progrès récents, et elle est particulièrement
attravnte parce qu’elle est la seule explication appa-
remment plausible d’un autre désaccord provenant de considérations de éochiiiiie. Ce désaccord supplé-
mentaire est développé dans les paragraphes suivants.
Nouvelle preuve géologique montrant que le sodium appartient à une série d’éléments
radioactifs. - Il y a d’autres éléments apportés
dans l’océan par les flueves à l’état soluble, qui con-
duisent pour l’àge de la terre à une valeur tout à fait
différente, et par conséquent apportent un appui a l’hypothèse de la radioactivité du sodium. Seuls les éléments qui ne sont pas déposés sur le lit de l’océan,
ou qui sont extraits d’une autre façon del’eau del’océan, doivent être considérés pour avoir une information
digne de confiance. Clarke, dans sa géochimie
deuxième édition, page 12J, donne les faits suivants ; les chiffres de la dernière colonne sont toutefois mes
propres déductions :
Les géologistes ne pensent pas que les fleuves ont apporté moins de chlore ou de sodium autrefois que maintenant. En effet, Becker pense qu’ils ont du en
transporter plus autrefois que maintenant. Mais en
supposant qu’ils ont transporté moins de sodium
dans les premiers temps (afin d’expliquer les desac-
cords sur l’âge de la terre), il n’y a pas de raison nette montrant pourquoi ils n’ont pas aussi transporté proportionnellement moins de chlore. Nous ne pou-
vons par conséquent, pour contrôler ces propos, dire rien autre de plus concernant l’apport annuel fluvial qu’il y a dit y avoir la même variation pour le sodium
et le chlore. 1)’après cette hypothèse les nombres ci- dessus montrent qu’il n’y a pas autant de sodium dans l’océan qu’il devrait y en avoir. En ne tenant pas du tout compte des données radioactives pour la série uranium des éléments, nous voyons que la raison
qui vient d’être donnée est en faveur de la radioacti- BÎté du sodium. Clarhe va plus loin et montre que
ct nous pouvons comprendre l’accumulation du sodium dans l’océan, et on peut rendre compte de quelques-
unes des pertes, mais le grand excès de chlore dans l’eau de mer ne peut être facilement expliqué. En
moyenne 1 eau qui va à la mcr contient un grand
excès de sodium par rapport au chlore; dans l’océan
c*est l’inverse, et nous ne savons d’où provient l’halo- gène. Ici nous entrons dans le domaine de l’hypothèse
et la raison sur laquelle nous pouvons édilier une
opinion est, en effet, bien faible. »
On peut rendre compte de l’excès de chlore par la même hypothèse que celle utilisée pour expliquer les
désaccords dans l’âge de la terre mentionnés au début de cette note, à savoir que le sodium s’est, ou bien accumulé par processus radioactif sur terre, ou bien
désintégré dans l’océan, tandis que pour le chlore, ou
ces changements n’ont pas eu lieu, ou encore ils se
sont effectuées suivant une loi beaucoup plus lente que pour le sodium.
De ce qui précède, il est clair que. soit que s considérions les données radioactives ou seulement les données de la géochimie, l’une ou l’autre méthode d’approxiamtion conduit 1B supposer que le sodium
appartient à une série radioactive d’éléments. Un n’a pas donné, 1B ma connaissance, une explication quel-
conque satisfaisante des désaccords sur lesquels on a
attiré l’attention dans cette note, soit eii particulier
ou en général. Cependant on peut remarquer que 1 âge
de la terre, tel qu’il est calculé cn partant de la quan- tité de chlore contenue dans l’océan, est beaucoup plus
faible que celui qui résulte des données radioactives,
mais je ne pense pas que ceci soit un argument
sérieux u l’explication telle qu elle a été présentée. Il
pen se faire tlue le chlore s’accumule plus lentement
que le sodium sur terre, ou peut-être qUI’ ttluk matière soit radioactive à du degrés différrents mais ceci est eu dehors de l’explication donnée .
il semble intéressant de reeberehcr quels elements
de poids atomiques supérieurs à celui du sodium sont
trouves plus abondamment sur terre que dans l’océan.
Si notre hypothèse est correcte nous devons obtenir
une liste d’éléments, dont uii ou plusieurs dnimmU
naissance au sodium. Une étude plus avancée de cette
liste, à la fois dans la nature et au laboratoire, pour- rait faire connaître le parent du sodium. D’alleurs, si
la parent du sodium était mort depuis longtemps cette
recherche serait inutile.
[Manuscrit reçu le 2 octobre 1912].
ANALYSES
Radioactivité
Sur l’étalon international du radium. -- Mar- ckwald (W.) [Phys. Zeitscl2r., 15 (1012) 732-734]. -
L’auteur observe que le poids atomique du radium 225,95
tel qu’il a été déterminé par 0. llonigschniid, s’accorde
mal avec l’hypothèse pourtant bien séduisante d’après laquelle le radium dériverait de l’uranium par perte de
5 atomes d’hélium, le plomb du radium par perte de
J atomes d’hélium. Le poids atomique qui s’accorderait le mieux avec cette hypothèse serait 227 a 226,9. Peut-être faut-il Boir dans le radium pur de Honigschmid un mélange
de chlorures de radium et de baryum ne pouvant plus se purifier par cristallisation fractionnée parce qu’il corres- pondrait à un minimum de solubilité. Une teneur de 1 pour 100 en chlorure de baryum suffirait a eBpliqucr le
désaccord signalé plus haut. L. BLOCH.
Pour la définition des étalons de radium de Vienne. - Meyer (S.) et Hess (V.) W. Ber., 121 (1912)].2013 1. En se servant des préparations de radium
pur de Cl. Honibschmid, on a déterminé le dégagement calorifique du radium. Ce dégagement est de 132, 26) cal.
par heure pour 1 due Ha métal en équilihre avec se, produits jusqu’au RaC inclusivement. il est du aux rayons a et B, plus 18 pour 100 du rayonnement y. En adoptant le
nombre de Eve tir l’ilnpurlance relatiB-e du rayonnement y
dans l’activité totale, un trouve par le calcul que l’effet
calorifique devrait atteindre 13S cal. par lieurc. Le désac-
cord avec le résultat expérimental provient de la valeur trop faible des vitesses fournie par la méthode de déviation
électrique. Si l’on refait le calcul en admettant pour le;
vitesses initiales des rayons a les nombres récents de
Rutherford, Geiger et Nuttall, la concordance devient absolue.
2. On a mis au point différentes méthodes de dosage du
radium par les rayons y et indiqué les resultats quantita-
tifs fournis par certains dispositifs typiques . Il sera desor-
mais possible de se fonder sur ces résultats pour faire des
dosages approchés sans posséder d’étalon radioactif.
5. Les préparations déjà ancicnnej de Haitinger et Clricli
ont été titrées à nouveau. L’ensemble de toutes ces prépa- rations, fortes et faibles, contient 3, 16 gr. de radium métal.
La quantité théorique est 5.68 gr, la perte de 15 pour 100 provenant des lavages, nitrations, etc., effectués dans la
préparation industrielle.
4. Les mesures de rayons a faites sur des couches très minces conduisent u des résultats trop faibles, sans doute par suite du défaut d’homogénéité et de Fabsorption qui eu
résulte au sein même de la substance aetiBe.
o. La valeur précise du curie éB:duée par flamm et M.tehe ir 2.67.106 unités électrostatiques a été contirniée pnt’rlm mesures moins précises qui ont fourni le nombre 2.7.
ii. Tous les résultats précèdents démontrent que la Valeur généralement admise pour te nombre des parti-
cules x émises par seconde (5,4.1010) doit être exacte à
une grande approximation. Elle figure en effet dans tous
les calculs de vérification effectués ci-dessus.
ï. On peut évaluer la hmite supérieure de la teneur en
mésotborium pouvant figurer dans les étalons de radium de Bienne. On trouve que le mésothorium est en quantité
tout à fait négligeable dans ces préparations. En comparant
la teneur en thorium des résidus a la masse tôt.de de radium extraite, ou Boit que la durée moyenne de vie de 1’iouium est inférieure a 230 000 années.
8. L’examen ultérieur des étalons de radium. pour-
"uîBi pendant des années, pourra permettre de détermine) la durée moyenne de vie du HaD et peut-être celle du
radium lui-même. Ajoutons que ies préparations intense
de radium paraissent se conserver assez bien dans des
amvoules de Berre. tandis que les ampoules de quartz
sont attaquées et craquelées d’une J’lll’un particulière.
!.. Tkncu, Sur la mesure précise de 1 émanation du
radium dans un condensateur plan à anneau de
