HAL Id: jpa-00242213
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Submitted on 1 Jan 1906
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A.S. Eve, A. Laborde
To cite this version:
A.S. Eve, A. Laborde. Étude de la matière radioactive du sol et de l’atmosphère. Radium (Paris), 1906, 3 (12), pp.363-368. �10.1051/radium:01906003012036301�. �jpa-00242213�
Discussion.
Sieveking demande si la remarque que les mesures faites à 3, 4, 5 heures sont différentes se rapporte a
des mesures faites avec l’appareit d’Elster et de Geltel
ou aBec l’appareil d’Engler et de Sieveking?
Réponse: H y a malentendu. Les nombres varient selon que l’eau a été recueillie à 5, 4 ou 5 heures.
L’appareil de mesure importe peu. Je voulais simple-
ment dire que les mesures ne sont pas bien constantes.
Il ne s’agit pas de l’appareil mais de l’instant oil ron a
recueilli l’eau. Il 111e semble que vous-même anez
signalé des oscillations de l’activité des sources selon l’heure de la journée.
Traduit de l’allemand par LÉON BLOCH.
Étude de la matière radioactive
du sol et de
l’atmosphère
Par A. S. EVE,
Laboratoire de physique. Me Gill University, Montréal.
PLUSIEURS expérimentateurs ont trouvé qu’une partie de l’iorrisation dont l’air contenu en rase clos est le siège, provenait d’un rayonnement pénétrant. Ces rayons sont attribués à la présence de
radium dans le sol et d’émanation du radium dans l’atmo. phère.
Les expériences présentées dans ce travail con-
duisent à une évaluation de l’ordre de grandeur des quantités en présence.
Appelons K le nombre d’ions que produisent les
rayons y seuls par centimètre cuhe pccr spconde, à
une distance de 1 centimètre d’un gramme de bromure de radium pur supposé concentré en un point et disposé de telle façon que tous les rayons soient absorbés par l’air. Dans ces conditions, si nous consi- dérons Q grammes de bromure de radium pur concentrés en un point, ils produiront à une di·tance r,
par l’effet seul de leurs rayons x, un nombre N d’ions par centhnètl’e cube, par seconde tel que :
Dans cette expression, À représente le coelficient
d’absorption des rayons y par l’air.
La valeur de K a été déterminée approximativement
par la recherche du nombre d’ions produits par ceuti-
lnètre cube par seconde, dans des récipients clos
constitués par des métaux différents. Ces récipients
étaient placés à une distance de 505 centimètres d’un tube scellé renfermant 14,3 milligrammes de bromure
de radiun1 et masqué par une plaque de plomb de
7 millimètres d’épaisseur. Le bromure de radium
employé était celui qui, d’après le professeur Rucher- ford, produisait un dégagement de chaleur de
110 petites calories par granlnle et par heure. Les
expériences ont été faites dans le bà tin1ent de la chi- mie où l’on n’avait pas introduit artiliciellement d’émanation du radium. Les
récipients étaient constitués par des feuilles propres de
plomb, de cuivre, de zinc, de fer, d’aluminium et de fer- blanc commerciaux. Ces réci-
pients avaient 5t centimètres de haut et 25 centimètres de diamètre (fig. 1). Deux tubes
étaient soudas dans les parois
et permettaienl, de faire cir- culer dans l’appareil de l’air
sec filtré quand cela était né- cessaire. Chaque récipient por- tait à la partie supérieure ion petit électroscope en fer-blanc
de 8 centimètres de haut et de 6,5 centimètres de dia- mètre. Dans l’électroscope une tige portait une feuille de
Fig. 1.
métal hollandais que l’on observait à l’aide d’il1
licroscope portant un microlnètre oculaire. Cette tige
était montée dans du soufre, coulé, à l’état mou, dans
un grand cj,liiidre d’ébonite. Un tel dispositif assurait
un excellent isolement et un support rigide. La tige
centrale se terminait dans le récipient inférieur par un crochet auquel on suspendait une tige métallique ou
une cage en fils métalliques. Tout d’abord on employa
une ti;e de 1 centimètre de diamètre, mais il était difficile d’obtenir ainsi le courant de saturation. On substitua a cette tige une cage cylindrique de cuivre
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01906003012036301
propre dont la hauteur atteignait environ 40 centi- mètres et le diamètre 7 centimètres. Chaque récipient
avait dans ces conditions une capacité d’environ Il
unités électrostatiques.
Les électroscopes pouvaient se changeur n volonté et
ils étaient isoles de leurs récipients respectifs par des feuilles de mica. Cette méthode très pratique m’a été
recommandée par le professeur Rutherford.
Bragg a montré la difficulté d’obtenir avec certi- tude la saturation complète dans le cas de petits cou-
rants dus à une ionisation faible. Mais à l’aide du
dispositif décrit, il était possible de mettre le récipient
inférieur en communication avec la terre tandis que la cage de l’électroscope était maintenue ;a un poten- tiel élevé au Inojen d’une batterie d’accumulateurs : la cage des fils métalliques et la feuille d’or étant
chargés à un potentiel encore plus élevé.
Dans ces conditions, le courant de saturation pou- vait être obtenu d’une façon certaine entre le grand récipient et la cage en fils métalliques, tandis que la feuille d’or déviait d’une quantité convenable sous
l’influence de la différence de potentiel pas trop élevée qui existait entre la feuille d’or et la lioite de l’élec-
troscope.
Déduction faite des corrections qui tiennent compte
des fuit»s naturelles, les résultats étaient les suivants :
Tableau I.
Ceci montre clairement que les métaux lourds pro- duisent une forte radiation secondaire. Dans le cas
du récipient de plomb, il semble que 45 pour 100 des ions doivent ètre attribués à cette cause, car il n’existe aucune raison pour que les ions soient plus
nombreux dans le plomb que dans l’aluminium. Il est à remarquer que le fer-blanc agit à la façon de l’étain
plutôt qu’à celle du fer. Les classements par ionisation et par poids atomique ne doivent pas nécessairement
concorder, parce que la radiation secondaire prove- nant des rayons transmis est fonction de l’épaisseur
traversée’.
Si la radiation pénétrante, découverte par Me Lennan, et par Rutherford et Cooke, est constituée par des rayons y, il s’ensuit que les faibles ionisations
qui en résultent dans des récipients fermés constitués
1. EvE, Phil. Mag., déc. 1904.
par divers métaux auront les mêmes caractères que
ceux qui ont été observés dans ces expériences.
Il est maintenant possible de calculer la valeur de K
employé dans la formule I . La valeur de N dans le
récipient d’aluminium mince était de 2U7, et cela n’est
probablement pas supérieur de plus de 10 ou 2U
pour IDU à la valeur que l’on obtiendrait dans l’air libre 1.
Ainsi :
ou, en tenant compte d’une petite correction se rap-
portant à l’absorption par 5 mètres d’air ; K = 2.10
Mais les rayons y ont été considérablement absorbés
pendant leur passage à travers 7 millimètres de plomb,
et si nous prenons le coefficient d’absorption du plomb comme étant à l’origine 0,642, l’intensité a été diiiiinuée du f’acteur e-0,64 X 0,7, de tellc sorte que la valeur de K est environ
Ce résultat a été calculé d’après l’ionisation dans un
récipient d’aluminium mince, et il est par conséquent,
eu égard à la radiation secondaire, environ 10 à 20 pour 100 supérieur à la valeur de K à l’air libre. La
valeur de K dans un récipient de zinc ou de cuivre est :
Nombre total des ions produits par seconde par les rayons y émis par 1 gramme de bromure de radium pur. - Il est maintenant possible de
déterminer le nombre total d’ions qui seraient pro- duits toutes les secondes par les rayons y provenant de Q grnmmes de bromure de radium pur, en suppo-
sant ce sel entieremcnt enveloppé d’air jusqu’à une
distance suffisante pour que tous les rayons soient absorbés dans l’air.
Soit A le coefficient d’absorption des rayons y par l’air : à une distance r, le nombre d’ions produits
par centimètre cube par seconde par les rayons y que produisent Q grammes de bromure de radium serait 2 r2 ew’’’ ; et dans une couche spliérique p d’une
épaisseur dr, le nombre total d’ions produits par seconde serait 4 1t r2 dl" fuis plus grand. Ainsi N, le
nombre total d’ions produits par seconde dans tout l’air environnant, est donné par
1. EVE, Phil. Mag., déc. 1904.
2. Me CLELLAND, Phil. lVlag., juillet 1904.
Mais Me Clelland a montré que les coefficients
d’absorption des rayons très pénétrants varie approxi-
mahvement comme les densités des substances absor- bantes. La valeur de A pour l’eau est 0.054, et dans
ces conditions X pour l’air est environ 0,000044. Ainsi les rayons y conservent seulement la moitié de leur valeur après qu’ils ont traversé 157 mètres d’air, et
1 pour 100 quand ils ont pénétré dans 1000 mètres d’air.
L’équation (III) nous montre que le nombre total d’ions par seconde, produits par les rayons y de 1 gramme de bromure de radium pur, quand les
rayons sont entièrement absorbés dans l’air, est égal a :
soit environ :
et ce nombre est probablement trop fort.
Par conséquent, il est po.siblr de comparer le nombre total d’ions produits respectivement en une
seconde par les rayons x et par les rayons y émis par 1 gramme de bromure de radium quand tous les
rayons sout absorbes dans l’air. Le prol’esseur Ru-
therford a trouvé que les rayons vernis par 1 gramme
de bromure de radium en équilibre radioactif produisent
environ 1,24X1016 ions par se onde, si l’absorption
dans l’air est complnte. Par une méthode diuerente l’auteur a troué environ 1,67X1016 ions par se- conde pour le même phéuomène. Ainsi les rayons y semblent produire moins que li seizième partie du
nombre total d’ions dus aux rayons oc.
Sans insister sur la valeur exacte de ce rapport, il apparait clairement que tous les ions produits par les rayons u d’une masse donnée de radium sont
beaucoup plus nombreux que tous les ions dus aux
rayons y. Et il fallait s’attendre à ceci puisque le dégagement de chaleur attribuable aux rayons y est seulement une faible portion de celui que produisent
les rayons x.
Ions produits par les rayons y de l’éma- nation atmosphérique. - Dans une publication récente’, il a été monlré que la quantité de bromure
de radium nécessaire pour fournir l’émanation que contient actuellement un kilomètre cube de l’atmo-
sphère au voisinage de la surl’ace de la terre, est com-
prise entre 0,14 et 0,5 gramme. Cette quantité, que l’on peut désigner par R, a été déterminée par une
méthode tout à fait indépendante de toute théorie
ayant trait à la radioactivité de l’atmosphère. Cette
détermination fut faite en mesurant le rayonnement provenant du dépôt actif recueilli sur un fil chargé négativement à l’intérieur d’un grand récipient. La
1. Eve, Phil. Mag., juillet 1903.
plus basse valeur, 0,14, avait été obtenue à l’air libre
et est probablement la plus correcte. Mais puisque, actuellement, il s’agit de trouver une limite supé- rieure, prenons conime valeur de R la plus élevée que
nous avions trouvée, soit : 0.5 grammes.
Alors, d’après la formule (IV), il est facile de cal- culer le nombre total d’ioas produits par seconde dans un kilomètre cube de l’atmosphère sous l’effet
des rayons y émis par la matière active qu’elle con-
tient.
On fera le calcul en supposant qu’un volllnle infin d’air contient de l’émanation, en quantité telle que cela a été indiqué ci-dessus et uniformément répartie.
Une remarque rapide montrera qu’une distribution
en volume donne des résuliats identiques à ceux que donne une distribution par points.
te nombre d’ions produits par kilomètre cube par seconde est :
soit 0,44 ions par centimètre cube par seconde.
Il est clair qu’a la surface de la terre, qui est la
limite de l’atmosphère, il faudra prendre la moitié de
la valeur ci-dessus, soit 0,22 ions par centimètre cube par seconde.
Une valeur plus approchée est 14/50 de celle-ci, soit 0,06 ions par centimèti e cube par seconde. Dans tous les cas nous pouvons conclure que l’ionisation due aux
rayons y de la matière active atmosphérique est une quantité presque négligeable qui ne peut servir à rendre cornpte des effets relativement grands attribués
à un rayonnemcnt pénétrant et observés par Cooke, Campbell et autres. Par exemple, dans un récipient
de bronze bien nettoyé, Il. L. Cooke a trouvé
q=13,61, et, au moyen d’un écran de plomb
d’environ 5 centimètres d’épaisseur, il a pu réduire
cette valeur jusqu’à 9,1. Aucune diminution plus
forte n’a pu être obtenue à l’aide d’écrans plus épais,
de telle sorte que, environ 4,5 ions par centimcire cube sont produits toutes les secondes dans un récipient
de bronze par le rayonnement pénétrant près de la
surface de la terre. Campbell semble même trouver
des résultats plus forts pour le même phénomène.
Puisque l’on a vu que les rayons y provenant de la
matière active de l’atmosphère sont tout à fait insuf
fisants pour rendre compte de semblables effets, envisa- geons les rayons pénétrants qui proviennent de la ma-
tière active de la croùte terrestre. Si, par exemple,
du radium est mélangé avec des corps solides comme
du sable, ou si on le rencontre dans un minerai, le rayonnement pénétrant provenant du radium renfermé dans le corps serait plus fort que le rayonnement provenant de la quantite limitée d’émanation qui s’en échappe. Il n’est pas déraisonnable de s’attendre à un 1. La quantité établie à l’origine était de 7,5, mais il avai été supposé que la charge d’un ion était 6,8X10-10.
etfet plus fort de la part des rayons y du radium (et
de ses produits successifs) contenn dans la terre que des rayons y provenant de l’cnlanatiun (ou de ses produits u transformation rapide) répandue dans l’atmosphère.
La question peut ètre étudiée quantitativement.
Avant d’entreprendre une telle étude, il est bon de
noter la loi d’absorption des rayons y dans différentes conditions.
Tableau II.
Dans ce tableau, la valeur de A pour l’eau est
empruntée aux résultats de Me Clelland’, et les valeurs
de A pour l’air et pour les produits constituants de la surface de la croîatc terrestre sont déduits de la loi des densités qu’il a établie.
Je suppose que 2,7 est une valseur moyenne acceptable
que l’oll peut prendre comme densité des éléments
constituants de la surface de la croûte terrestre. Il s’ensuit que les rayons 1 sont presque complètement supprimés à 1 pour 100 près, qualld ils ont traversé 0m,50 de la croûte terrestre ou 1000 métres de
l’atmosphère.
La quantité de radium de la terre évaluée par le rayonnement pénétrant. - Nous avons vu
que lc nombre d’ious prodnits par la radiation péné-
trante au voisinage de la surfâce de la terre a été éta-
bli, d’après les expériences de H. L. Cooke effectuées
dans un récipients en broute. comme étant égal à envi-
ron 4,5 par centimètre cube par seconde. Si unepetite
cavité était creusée a une profondeur de plusieurs
mètres en dessous de la surface du sol, nous pourrions
nous attendre à ce que l’ionisation due a la radiation
pénétrante soit deux fois aussi grande, parce que les rayons agiraient par le haut et par le bis et non seu- lement par le bas comme à la surface du sol. Si
N’(-9) est e nombre d’ions qui seraient produits
par centimètre cube par seconde dans un récipient en
bronze, supposé placé dans une telle cavité, par les
rayons "1 provenant de la matière active contcnue dans la terre environnante ; si Q’ est le nombre de gram-
mes de bromure de radium qui est unc mesure de la matière active contenue par centimètre cube dans la croûte terrestre ; dans ces conditions un calcul sem-
1. Phil. JIag., juillet 1904.
blable u celui qui f’ut fait pour l’atmosphère (for-
mule III) nous conduira a l’expression :
Dans ce cas K’ a été pris relativement aux récipients
de zinc ou de cuivre (Tableau 1), parce que ceux-ci
produiraient un rayonnement secondaire approxima-
tivement du même ordre de grandeur qu’un récipient
de bronze.
Il est intéressant de compareri cette valeur de la
quantité équivalente de bromure de radium par centi- mètre cube de la croûte terrestre au voisinage de la surface, trouvée par des mesures de la radiation péné-
trante, avec celle que le professeur Iiutherford a déduite de l’étude des températures successives de la terre.
Son résultat est environ 70 fois plus petit, soit 2,6X10-13, quand on l’exprime relativement au bro-
mure de radium. Mais Strutt a justement publié un mémoire, établissant qu’il a trouvé, par l’étudedirecte des échantillons de minerais, que le radium présent
dans les 45 niilles supérieurs de la croùte terrestre suffit a lui seul pour rendre compte de l’accroissement
progressif des températures du sol à partir de la sur-
face de la terre vers le centre. Ceci montre qu’il trouve
actuellement trente fois autant de radium que Ruther- ford n’en avait jugé nécessaire pour tenir compte des gradations de tein péi ature de la terre en admcttant que le radium est distribué uniformément dans toute la terre. Somme toute, Strutt trouve environ 8,5 X 10-12 grammes de bromure de radium, en équilibre, comme
moyenne équivalente à la teneur en matière active de
1 centimètre cube de la croûte terrestre. Mais ce résul- tat nécessite une correction, parce que Rutherford et Boltwood ont établi 1 que 1 gramlne d’uranium est
associé à 5,8 X 10-7 gramo1es de radium, et non pas à 7,4 X 10-7 comme on l’avait établi précédemment.
Donc, d’après les recherches de Strutt, nous devons conclure que 4,25 X 10-12 grammes de bromure de radium sont une mesure moyenne convenable de la ma-
tière active contenue par centimètre cube de la croùte terrestre, et ce résultat est environ le quart de la quan- tité que j’avais trouvée suffisante par le calcul pour rendre compte du rayonnement pénétrant. Le dés3ccord
n’est pas considérablc si l’on envisage l’incertitude de la distribution de la matière active dans la croûte terrestre 2.
Nous admettrons, par conséquent, que si la ma- 1. American Journal of Sciences, juillet 1906.
2. Des mesliies du rayonnement pénétrant dans differentes mines conduiraient à une évaluation et à une indication au
sujet de la madère active du globe.
