Sur la rupture explosive des noyaux U et Th sous l'action des neutrons

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Submitted on 1 Jan 1939

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Sur la rupture explosive des noyaux U et Th sous

l’action des neutrons

Frédéric Joliot

To cite this version:

SUR LA RUPTURE EXPLOSIVE DES NOYAUX U ET Th SOUS L’ACTION DES NEUTRONS

Par FRÉDÉRIC JOLIOT.

Laboratoire de Chimie nucléaire.

_Collège

de France.

Sommaire. 2014 L’auteur rappelle les diverses recherches _qui furent _entreprises sur la formation des radio-éléments dans U irradié par les neutrons. Les _expériences confirmant le processus de rupture de U et Th sont

décrites et l’auteur arrive à la conclusion que les modes de partition dépendent de l’énergie des neutrons inci-dents. On donne la _photographie de la _trajectoire de brouillard d’un atome projeté.

Les

_{premières expériences}

sur ce

sujet

sont dues à Fermi et ses collaborateurs

_qui

montrèrent

_qu’il

se

forme dans U irradié par neutrons des radioéléments différents de U et voisins de Po et

_{Th ;}

ils conclurent que ces éléments étaient des transuraniens.

_Hahn,

Meitner et Strassmann ont fait ensuite une série de travaux établissant la formation dans U irradié de nombreux radioéléments. Ils en ont classé trois comme

isotopes

de U et les autres

_qui

sont

_{précipitables}

_par H2S en solution acide comme transuraniens

homo-logues supérieurs

du

_{Re, Os, Ir,}

Pt avec les nombres

atomiques

93, 94, 95,

96. Tous ces résultats

parais-saient assez cohérents tout en

_présentant

des

singula-rités, principalement

le

_grand

nombre d’isomères

_qu’il

était nécessaire

_{d’invoquer.}

En

_1938,

1. Curie et Savitch

₍₁₎

ont

_signalé

une anomalie

_{plus frappante}

encore. Ces auteurs ont

établi

_qu’il

se forme un radioélément

_ayant

les

pro-priétés chimiques

d’une terre rare et très nettement ils _{ont montré que} ce _{corps n’est pas} un

_isotope

de

Ac (Z

=

89).

Aucune

hypothèse

satisfaisante ne

pouvait

être faite sur le nombre

_atomique

de cet

élément.

Récemment,

Hahn et Strassmann

₍₂₎

ont vérifié ce résultat et ont trouvé de

_plus

des radio-éléments alcalinoterreux. Ils ont tout d’abord

_pris

ceux-ci pour des

isotopes

de Ac et Ra.

_Puis,

_ayant

fait à leur tour des fractionnements d’oxalates sur les

terres rares et de chlorures sur les

_{alcalinoterreux,}

ils

ont constaté _{que les}

_{propriétés chimiques}

de ces _corps

sont tout à fait

_analogues

à celles de La et Ba. De

plus,

ils ont fait _{remarquer que les corps dits} «

trans-uraniens » avaient été reconnus différents de

_{Re, Os,}

Ir, Pt,

mais

_{qu’aucune expérience}

n’avait été faite pour s’assurer

qu’ils

sont différents des

_homologues

inférieurs

Ma, Ru, Rh,

Pd. Ces

_auteurs,

tout en

conti-nuant à

_envisager

les réactions nucléaires correspon-dantes suivant des

_types

de filiation faisant intervenir des

_isotopes

de Ac et

_{Ra, suggérèrent}

l’éventualité d’une

_rupture

en _{gros noyaux de} U sous l’action des neutrons. La

_bipartition

de U en atomes

_{plus légers}

est

_{possible théoriquement,}

_l’énergie

_pouvant

être libérée est de l’ordre de 200 MeV

(3) (4).

La

_rupture

(1) 1. CURIE et P. SA VITCH. J. de _{Physique, 1938,9,} p. 355.

(2) 0. HAHN et F. STRASSMANN. Naturwiss., 1939, 27, 11.

(3) BOHR. Nature, 1939, 143, 330.

(4) FaNO, inédit, paraîtra dans un _prochain numéro du Journal

de _Physique.

conduit à des noyaux

possédant

un excès

anormale-ment

_grand

de neutrons. Ceux-ci

_peuvent

se trans-former successivement en

_protons

en donnant lieu à une succession de radioéléments

_{négatogènes.}

Il est

cependant possible,

si

_l’énergie

d’excitation des noyaux formés est

_suffisante,

_que

_quelques

neutrons

s’éva-porent.

Ce dernier

_point

est des

_{plus importants}

et

nous avons

_entrepris

des

_expériences

à ce

_{suj Jt.}

L’éner-gie

ci*n’t

_que

d;s atomes

_projetés

est

_suffisante

_{pour que}

ceux-ci trave,-sent une m nce couche et

_puissent

être recueillis sur un

_support.

La

_présence

des atJmes

recueillig se-a décelé,, par leur C’est _par

cette m thode

_simple

_que

j’ai

_pu donner

(1)

u-te _preuve

expérimntale

de la

_ruptîre

de U sous l’act ’on d?s

neu-trons. Frisch à

_{Copenhague (2),}

Fermi et ses

collabora-teurs en

Amérique indépendamment

_par une méthode différente ont mis en évidence _par

_{l’amplificateur}

pro-portionnel

des

_phénomènes

d’ionisation considérables

correspondant

raisonnablement à la

_projection

des

produits

de

_{l’explosion.}

On

_peut

_{toutefois penser que} la méthode

_permettant

de recueillir les atomes

_projetés

semble

plus

démonstrative et se

_prête

à des

dévelop-pements nombreux;

elle ne nécessite _pas

l’emploi

de fortes sources de neutrons. Le

_{dispositif expérimental}

que

j’ai employé

consiste en une source de 700 mC

(Rn

+

Be)

placée

à l’intérieur d’un

_cylindre

de laiton de 2 cm de diamètre et 5 cm de hauteur couvert extérieurement d’une couche U02. A 3 mm de la sur-face

_d’U02,

on

_place

un

_{cylindre concentrique}

de bakélite.

_{Celui-ci, après}

une durée D

_{d’irradiation,}

est

placé

autour d’u3

_compteur

G. M. à

_{parois A11 /10}

mm. Le tableau ci-dessous donne les

_premiers

résultats

correspondant

à diverses

_conditions,

les

_expériences

ayant

été faites avec

U,

Th.

Ces résultats

_permettent

de faire les considérations suivantes :

L’aspect

des courbes de décroissance de l’activité

déposée

sur le

_support

est très semblable à celle des radioéléments formés dans U. On

_distingue

un

_mélange

de

_périodes

courtes d’un

_mélange

de

_périodes

_longues

(grossièrement

8 + 2

min et 60 min suivi d’une

période

de 3 à 4

_h).

L’effet

_parafline

est voisin de 2 pour les

périodes

courtes,

mais est notablement

_plus

grand

pour les

périodes longues, 1

à 6. Les

_périodes

(1) F. JOLIOT. C. R. Ac. des _{Sciences, 1939, 208~} 3f1.

(’) FRiscH. 1939, 143, 276.

1 60

longues

ne _{dérivent pas} toutes _{des corps à}

_pér,.odes

courtes. De

_même,

l’irradiation _{par les}

_{photoneutrons}

avantage

considérablement les

_{périodes longues;}

nous n’avons _pas observé de

_périodes

courtes dans ce cas. Il en résulte _{que l’on peut}

_affirlner

_{que les} modes de _rupture

dépendent

de

_l’énergie

des neutrons

_incidents;

les

neutrons lents

_{f avorzsent,}

dans le cas

_présent,

les _ruptures avec

_for¡nation

des corps à

périodes

longues.

Le parcours moyen des _rayons

_atomiques

est voisin de 3 cm d’air. Avec le thorium on met en évidence

grossièrement

deux

_périodes,

l’une de 12

_{min +}

3 min et une

_{période longue}

de

_3,5

_{h ~}

_0,5

h. L’effet

paraf-fine est

_{négligeable.}

_{Il semble que} dans les cas U et Th on retrouve une même

_période

_longue,

_{3,5 h,}

_qui

_peut être attribuée au même corps. I. Curie et P. Saviteh

₍₁₎

ont d’ailleurs _{montré que dans les} deux cas, les corps de

3,j

h

_qu’ils

ont trouvé ont les inêmes

_{propriétés chimiques.}

Les rayons

projetés

ont un _parcours dans U02 au

plus

de

_{10 u, ;}

la section efficace

_{d’explosion}

serait de l’ordre de 10-25 cm2.

J’avais

_{proposé parmi}

les nombreuses

_bipartitions

possibles

une

_qui

semble

_probable

_d’après

les

ren-. .

d l h.. 39

14tC

.

98Rb

seignements

de la chimie :

92° -+ 55 e

+

37

.

I. Curie et P. Savitch

₍₁₎

ont mis en évidence

eflecti-vement la formation d’alcalins. Des

_bipartitions

voi-sines, avec formation

_{d’halogènes}

et _{de gaz} rares

_Xe,

Kr,

sont aussi

_{probables (2)}

_(3).

Enfin,

on trouvera

_(fig.

₁₎

la

_reproduction

d’une

trajectoire

de brouillard d’un atome

_projeté

de U.

Fig. 1.

Les conditions

_{expérimentales}

ont été

_publiées

aux C. R. de l’Académie des Sciences

_(4).

Ce _rayon a un

parcours dans l’air à la

pression atmosphérique

de 9 mm, et sa

_charge

_moyenne est

_{comprise-entre}

3 et 4e.

L’énergie cinétique

d’un atome de masse 100

_ayant

cette

_charge

_{moyenne de parcours} 3 m est de l’ordre de 35 1B1e V. Il est _peu

_probable

_que ces _rayons

_atomiques

possèdent

des

_charges

_{moyennes aussi} élevées _que celles

_qui

furent

_envisagées,

20e _par

_exemple,

la méthode Wilson semble d’ailleurs

_indiquer

des valeurs

beaucoup

plus

faibles.

Il conviendrait

_d’essayer

de _provoquer la

_rupture

avec d’autre

_rayonnement

_que les

_neutrons,

avec les

photons

par

exemple.

Il est très

_probable

_que ce

_phénomène

de

_rupture

doit se

_produire

avec d’autres éléments. Parmi les

éléments, j’ai essayé

par la méthode

précédente

avec des sources Rn ₊

_Be,

700 mC

_{environ, Tl, Pb, Hg,}

Au,

Pt.

_Seul,

Tl semble donner un

_petit

eFfet avec forma-tion _{de corps} à

_période

_longue.

(1) I. CURIE et P. C. R. Ac. Sciences, 1939, 208, 343.

e) C. des Sciences, 1939, 208.

(3) SA VITCH. C. R. Ac. des 1939, 208.

(4) F. JOLIOT. C. R. Ac. des Sciences, 1939, 208.