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Phénomènes radioactifs de second ordre et d'origine artificielle

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Academic year: 2021

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HAL Id: jpa-00233136

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Submitted on 1 Jan 1933

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Phénomènes radioactifs de second ordre et d’origine artificielle

G. Reboul

To cite this version:

G. Reboul. Phénomènes radioactifs de second ordre et d’origine artificielle. J. Phys. Radium, 1933, 4

(2), pp.73-89. �10.1051/jphysrad:019330040207300�. �jpa-00233136�

(2)

PHÉNOMÈNES RADIOACTIFS DE SECOND ORDRE ET D’ORIGINE ARTIFICIELLE

Par G. REBOUL.

Laboratoire de la Faculté des Sciences de Montpellier.

Sommaire. 2014 L’auteur indique comment on peut obtenir artificiellement des subs- tances présentant de grandes analogies avec les substances radioactives naturelles, puisqu’elles impressionnent la plaque photographique, ionisent les gaz et produisent des

effets de phosphorescence.

Ces phénomènes radioactifs de second ordre intéressent les électrons des orbites péri- phériques de l’atome; le rayonnement qui leur correspond est éminemment absorbable;

les longueurs d’onde des radiations émises sont comprises entre quelques dizaines et

quelques centaines d’angstroms et leur quantum énergétique varie de quelques centaines

à quelques dizaines de volts.

Introduction. - Les substances radioactives agissent sur la plaque photographique,

ionisent les gaz, provoquent la phosphorescence et la fluorescence de certains corps et

produisent des dégagements de chaleur ; l’analyse de leur rayonnement montre qu’elles

émettent des rayons ~, ~3 et y. Les rayons y sont des radiations de quelques centièmes d’angstrôms de longueur d’onde, les rayons a des centres positifs projetés avec des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres à la seconde, les rayons 3 des électrons animés parfois

de vitesses voisines de celle de la lumière. Le quantum énergétique de ces diverses mani- festations correspond à des tensions de plusieurs millions de volts.

Je me propose de montrer l’existence de phénomènes, pouvant être provoqués artifi- ciellement, dont les manifestations présentent de grandes analogies avec celles des subs- tances radioactives naturelles. Les radiations émises, éminemment absorbables, ont des longueurs d’onde de quelques centaines d’angstrüms et le quantum énergétique qui leur correspond est de quelques dizaines de volts; les centres négatifs ou positifs mis en jeu

sont animés de vitesses atteignant à peine quelques dizaines ou centaines de kilomètres-

seconde, aussi les diverses manifestations des phénomènes qu’ils produisent ne sont pas facilement discernables; en rPvanche la faiblesse de leur quantum permet de les provoquer artificiellement sans grande difficulté.

J’exposerai successivement dans cet article : i° Comment on peut effectuer la radioac- tivation de certaines substances.

-

2" Quelles sont les propriétés des substances ainsi activées.

-

3" Quel est le mécanisme de leur activation,.

-

~° Comment se situent par

rapport à la radioactivité ordinaire ces phénomènes radioactifs de second ordre. Je me

placerai strictement au point de vue expérimental, en me tenant à la disposition du lecteur auquel ne paraîtraient pas suffisantes les explications ou les données de cet article qui

résume d’une manière peut-être trop succincte les résultats de plusieurs années d’efforts.

l. Conditions de radioactivation de diverses substances.

T. Essais préliminaires. - J’ai indiqué dans ce journal (1) comment au moyen de cellules de résistaiice ou senti-conductrices, on pouvait produire facilement, dans les

conditions ordinaires de pression, des rayons X très mous, susceptibles de donner des

radiographies d’objets enveloppés de feuilles de papier.

Au cours de ces expériences je remarquai que des empreintes d’objets obtenus dans (l) Journal de Physique, série VII, t. 2 (mars 1439 ), pre 86-100.

,

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019330040207300

(3)

74

une radiographie, faite avec une feuille de papier déterminée, se reproduisaient sur la plaque quand on faisait une nouvelle radiographie d’objets différents enveloppés dans la

même feuille.

Cette anomalie s’explique facilement si on suppose que la feuille de papier exposée au rayonnement de la cellule pendant la première radiographie est devenue photographi- quement active et conserve cette propriété pendant un temps plus ou moins long. Il est

facile de s’assurer de l’exactitude de cette hypothèse : une feuille de papier est exposée pendant une demi-heure au rayonnement d’une cellule avec interposition d’un obstacle

en forme de croix entre la feuille et la cellule ; on place ensuite cette feuille, pendant plusieurs heures, sur une plaque photographique; au développement, on constate que la

plaque est impressionnée, sauf sous les points de la feuille que l’obstacle a protégés (fig. 1, pl. I). Une simple exposition à l’action de la cellule a donc communiqué à la feuille la

propriété d’impressionner la plaque sensible.

Après cette première constatation, il vient naturellement à l’esprit d’examiner si les corps devenus photographiquement actifs ne sont pas également actifs à l’électroscope.

Or les circonstances ont fait que ces expériences, commencées pour la partie photogra- phique au laboratoire de physique de la Faculté des Sciences de Poitiers, ont été continuées, en ce qui concerne la partie électrique à la Faculté des Sciences de Montpellier,

c’est-à-dire dans des locaux et avec un mobilier nouveaux qui m’étaient inconnus. L’action

sur l’électroscope était très nette

-

et même trop nette

-

les feuilles activées émettaient

un rayonnement pénétrant produisant une ionisation facilement mesurable, la diminution de l’activité s’exprimait en fonction du temps par une somme d’exponentielles, indiquant

ainsi que l’on avait à faire à un mélange de corps radioactifs; l’étude des courbes de désactivation a permis, suivant la méthode indiquée par Curie, d’identifier ces corps radioactifs: il s’agissait d’un mélange de radium A, B, C et de thorium A.

Une étude minutieuse des locaux et du mobilier du laboratoire a été faite en préci- pitant par l’aigrette, suivant la méthode de Sella, les poussières radioactives en suspension

dans l’atmosphère (’). On a trouvé que ces poussières étaient dues à la pollution d’une partie du mobilier sur lequel avaient été probablement faites autrefois des manipulations

maladroites de sels radioactifs.

Fig. 2.

En somme, dans le cas qui nous occupait l’activité électrométrique des feuilles ou des lames métalliques soumises à l’action des cellules semi conductrices se produisait par un processus analogue à celui de la précipitation par l’aigrette et tenait à la manière dont les expériences étaient disposées. Les cellules employées dans ces essais préliminaires

avaient une forme comme celle qu’indique la figure 2. La lame ou la feuille étudiée était

,placée en L sous l’électrode grille G ; pendant le fonctionnement il se produisait en a a

(l) J’ai été aidé dans cette étude préliminaire par inti. G. Dechène. Les résultats obtenus ont été publiés

dans les C. R. Académie des b’cicnces, t. 189, p. i256. ’- t. 190, p. 314 et p. 1294.

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des aigrettes qui précipitaient sur la lame L les poussières radioactives en suspension

dans l’atmosphère et provenant du mobilier pollué. D’ailleurs quand on place la cellule, pendant son fonctionnement, dans un récipient clos, on constate que l’activité électromé-

trique des feuilles disparaît presque complètement, tandis que l’activité photographique

n’esl pas modifiée.

2.. Disposition et marche des expériences. - Après remplacement du matériel

pollué et changement de local, le dispositif a été modifié de manière à éliminer les pertur-

bations comme celles que nous avons signalées dans le but d’éviter à ceux qui voudraient

faire des expériences analogues, la perte de temps qu’elles nous ont occasionnée.

1. Disposition des expériences. - Les cellules employées sont constituées par des blocs de ciment ou de plàtre ayant la forme d’un cylindre d’environ 20 centimètres de diamètre et 15 cm de haut. Une électrode A B, disque circulaire de 8 cm. de diamètre,

est placée dans la masse de ciment ou de plâtre ; un tube de verre V isole le fil F soudé à AB et reliant cette électrode à l’un des pôles de la machine à haute tension. L’électrode

grille G, aussi plane que possible, est constituée par une toile métallique de forme

carrée d’environ 10 cm de côté ; elle est placée sous le bloc cylindrique dont le poids permet d’assurer un contact suffisant (fig. 3).

Fig. 3.

Sous la grille on place le corps L que l’on veut essayer; dans ces conditions, on se

trouve à l’abri de toute précipitation de poussières radioactives pouvant se trouver en suspension dans l’atmosphère environnante. Il est d’ailleurs facile de s’assurer, en plaçant

en L une lame métallique, que cette lame, après fonctionnement de la cellule, n’a pas la

propriété d’agir sur l’électromètre comme le font des lames diélectriques.

2. Marche des expériences.

-

On place en L sous forme de lame ou de feuille, la

substance que l’on veut étudier ; on relie ensuite les étectrodes aux pôles d’une machine à courant continu

-

courant alternatif de haute tension redressé au moyen de kéno- trons - Le sens adopté pour le courant à travers la cellule dépend de la substance qui la

constitue : avec des blocs de plâtre les effets sont plus nets si le pôle positif de la machine est relié à l’électrode A B et le pôle négatif à l’électrode grille (i).

Dans les conditions précédentes les courants mis en jeu ont une intensité de l’ordre ~lu

milliampère et les tensions appliquées sont de quelques milliers de volts. Les durées de

( ~ ) Ceci tient à la manière dont se répartissent les potentiels dans la masse de la cellule, l’expérience

devant ètre disposée de manière que la plus grande chute de potentiel se trouve à l’élertrode grille. Avec

le plàtre, pour une tension aux horaes de la cellule égale à 5 000 volts, on constate l’existence d’une chute

de potentiel de plus de 2 500 volts dans le voisinage de l’électrode négative, alors qu’au pôle positif elle ne

dépasse pas 300 volts. (Jourra. de Physique, série VII, t. 2. p. 86-100).

(5)

76

pose peuvent varier de quelques minutes à une demi-heure ; c’est cette dernière durée

qui a été le plus souvent adoptée.

Il ebt à remarquer que le régime de fonctionnement change suivant l’état de siccité de la cellule et l’état hygrométrique de l’atmosphère environnante. En outre tout se passe

comme si la cellule éprouvait une fatigue au -fonctionnement : les effets sont toujours plus

accusés avec des cellules neuves ou qui n’ont pas été employées depuis quelque temps. Il

est avantageux d’avoir à sa disposition deux ou trois cellules identiques que l’on utilise à tour de rôle.

3. Nature des substances susceptibles de s’activer.

-

1. Parmi les substances

essayées, seules les isolantes ou mauvaises conductrices ont paru susceptibles d’acti-

vation : papier, carton, étoffes (soie, indienne), matières végétales desséchées, isolants

usuels (paraffine, ébonite). La plupart de nos expériences ont été faites avec du papier noir enveloppant les plaques photographiques commerciales. Les gaz sont eux aussi suscep- tibles de s’activer : nous verrons plus loin que ceux qui sont issus du voisinage d’une

cellule en fonctionnement ont la propriété d’impressionner la plaque photographique. Les

lames métalliques ou conductrices ne s’activent pas.

Etre isolant paraît être une des conditions essentielles et dès qu’on rend le corps conducteur, il cesse d’être susceptible d’activation : ainsi une feuille de papier rendue

humide ne s’active pas. Cette loi peut être démontrée de manière frappante par l’expé-

rience suivante : sur une feuille de papier noir servant à envelopper les plaques sensibles

du commerce, on trace, avee une solution de chlorure de potassium dans l’eau, les

caractères K Cl. On laisse sécher, puis on place la feuille sous l’électrode grille d’une

cellule comme celle qui a été décrite plus haut (fig. 3). On fait fonctionner pendant une

demi heure (intensité O,t~ mA, tension 3 000 volts). La feuille ainsi activée est ensuite

placée, pendant 24 heures au-dessus d’une plaque photographique dans la chambre noire.

Au développement on constate qu’il y a impression, mais les parties de la plaque placées

sous les points de la feuille rendus conducteurs sont restées indemnes et l’on voit ressortir sur le cliché les caractères K Cl (fig. 4, pl. 1).

2. Nous verrons plus loin que les corps éprouvent une fatigue à l’activation : ceux

qui ont été déjà excités s’activent peu ou très mal, aussi est-il bon de s’assurer que le corps étudié n’a pas été activé depuis quelque temps.

3. Il faut aussi signaler que la condition « être isolant » est nécessaire mais non suffi- sante : des lames de verre, de mica ou de quartz ne s’activent pas. Des lames d’ébonite et de paraffine polies s’activent mal et ne donnent d’impression photographique que sur leurs bords. Il suffit d’ailleurs de gratter la surface polie pour que l’activation devienne pos-

sibles ; sur la plaque sensible on obtient des impressions reproduisant les rayures que l’on

a faites sur la lame diélectrique éprouvée.

Le cliché 1 de la figure 5, pl. 1 a été obtenu avec un disque d’ébonite polie portant une

ouverture en ~on centre. On voit qu’il n’y a eu action que sur les bords et que cette action

se fait sentir à travers une bande de cellophane interposée entre la plaque et le disque

d’éboni te suivant un diamètre de ce dernier. On aperçoit affaiblis, mais très nets, les bords et l’ouverture centrale que masquait la cellophane.

Le cliché 2 de la même figure correspond il un disque d’ébonite de même nature et de même dimension que le précédent, mais dont la surface a été en partie rayée avec de la

toile émeri à gros grains : on voit qu’il y eu action sur les bords et à l’endroit des rayures;

cette action ne traverse pas une une lame de mica très mince interposée entre la plaque et

le disque.

Les conditions expérimentales d’activation et d’action sur la plaque ont été les rnèmes,

dans les cas précédents que celles qui ont été indiquées pour la feuille de papier de l’expé-

rience correspondante à la figure 4. C’est également dans ces conditions qu’ont été obtenus les clichés de la figure 6, pl. I.

Le cliché 1 de cette figure correspond à une feuille de papier rayée, les rayures

(6)
(7)

PLANCHE I.

Fig. 1.

Fig. 4.

Fig. 5.

Fiig. 6.

Fig. 1

(8)

PLANCHE II.

Fig. 8.

Fi~,. 9.

Fig.14.

Fig. i2.

Fig. 13.

(9)
(10)

77 avaient été encadrées par des traits à l’encre formant rectangle. On voit sur le cliché que la feuille est devenue photographiquement active sauf aux points que l’encre a rendus conducteurs : on aperçoit nettement les rayures et trois des côtés du rectangle qui les

encadre.

Le cliché 2 correspond à une lame de paraffine rayée : sur l’un des bords, on a inter- posé, entre la paraffine activée et la plaque sensible, une lame de mica, sur l’autre une

bande de cellophane ; on voit que l’action sur la plaque se fait sentir à travers la cellophane,

mais ne traverse pas le mica.

II. Propriétés et caractères des substances radioactivées.

Comme les substances radioactives ordinaires, les corps activés ainsi qu’il vient d’être

dit ont la propriété d’impressionner la plaque photographique, d’agir sur l’électroscope et

de produire des effets analogues à la phosphorescence. Nous examinerons ces divers pro- cédés d’étude, en les utilisant pour dégager les caractères du phénomène.

1. Action sur la plaque photographique. - 1. Conditions expérimentales.

-

L’action sur la plaque constitue le meilleur des procédés d’étude; la méthode photogra- phique présente sur la méthode électrométrique un grand avantage : elle permet sans

difficulté d’augmenter la durée d’action des phénomènes, dont on peut laisser les effets s’accumuler jusqu’à ce que leur somme soit suffisamment nette.

La sensibilité des plaques commerciales usuelles est largement suffisante pour faire,

sans procédé particulier de sensibilisation, une étude qualitative et même quantitative du phénomène. Les plaques employées ont été à peu près exclusivement des plaques

n Lumière » ; marque sigma quand les actions étaient suffisamment intenses, marque opta

pour les effets plus faibles.

Les durées de pose varient suivant les circonstances, de quelques heures à 24 ou

48 heures.

Comme il s’agit de radiations éminemment absorbables, il est indispensable de placer

la plaque sensible, sinon au contact, du moins le plus près possible du corps étudié, ou

bien d’opérer à pression réduite. Cette dernière opération, nécessitant la mise en jeu d’un

matériel plus compliqué et utilisé par ailleurs, n’a été faite que dans des buts bien déter- minés : montrer que la distance à laquelle agit le rayonnement augmente à pression réduite, qu’il ne s’agit pas d’action chimique ou de gaz absorbés.,., etc.

On a fait à la méthode photographique le reproche qu’il peut y avoir action chimique produite sur la plaque par des gaz provenant du corps radioactive ou de son voisinage; 5 pour répondre à cette critique, on s’assure que l’action subsiste même en plaçant entre la plaque et le corps de minces pellicules que les gaz ne peuvent traverser : on trouve dans le

commerce des feuilles de cellophane dont l’épaisseur est voisine de 0,02 mm et qui

conviennent parfaitement pour ces expériences.

9. Nature électromagnétique du rayonnement. - L’action sur la plaque se fait

sentir à des distances qui sont de l’ordre du millimètre quand on se trouve dans les condi- tions ordinaires de pression, et qui peuvent atteindre plusieurs centimètres à pression

réduite. Ainsi une feuille de papier activée comme il a été dit, placée dans le vide à une

distance de 2 cm d’une plaque photographique (Lumière opta), donne une impression

faible mais très nette après une pose d’une douzaine d’heures.

L’impression photographique peut s’expliquer, soit par une réaction chimique au sens

ordinaire du mot, soit par l’effet d’un rayonnement d’origine électromagnétique. Comme

elle se produit sans qu’il y ait contact entre la plaque et le corps activé, elle ne peut être due, si on fait la première hypothèse, qu’à un gaz ou à un liquide de tension de vapeur

appréciable que le fonctionnement de la cellule fait apparaître dans le corps et qui, se déga*

geant lentement, vient réduire par simple contact le sel d’argent de la plaque sensible

6.

(11)

78

Dans ce cas l’interposition d’une pellicule de cellophane., entre la plaque et le corps activé,

doit faire disparaitre l’action puisqu’elle empêche le contact. En outre l’exposition pro-

longée du corps activé dans un récipient où l’on maintient un vide avancé, en faisant dis-

paraitre le gaz ou le liquide occlus ou adsorbé, devrait supprimer l’action sur la plaque

sensible ou du moins l’atténuer fortement. Les deux expériences qui suivent ont été faites

pour élucider cette question.

a~ Une feuille de papier est placée pendant une demie heure sous l’électrode grille

d’une cellule traversée par un courant d’environ 1 milliampère sous une tension de quatre

à cinq mille volts. La feuille ainsi activée est placée pendant 24 heures au-dessus d’une

plaque dont une moitié est protégée par une pellicule de cellophane de 0,012 mm d’épais-

seur. Après développement, on constate que la plaque entière est impressionnée, la partie protégée moins que sa voisine; mais d’une manière trop nette pour qu’il y ait doute à cet

égard (cliché 1, figure 7, Pl. I.)

b) Une nouvelle feuille de papier est activée comme il vient d’être dit; on la divise en

deux parties, l’une A est placée dans un récipient où l’on maintient pendant trois heures

un vide cathodique, l’autre B est mise de côté comme témoin. A et B sont ensuite juxta- posées et placées pendant 24 heures au-dessus d’une même plaque photographique ; après dèveloppeinent on ne voit pas de différence entre l’action de A et celle de B (cliché 2 figure 7, Pl. I.) Nous verrons plus loin que si A est maintenue dans le vide pendant

24 heures, l’impression photographique qu’elle produit est nettement plus forte que celle de B. On ne peut donc pas soutenir l’hypothèse d’une simple action chimique.

On pourrait aussi dire que Faction photographique est produite par une substance

radioactive, contenue dans la cellule ou dans l’atmosphère qui l’environne, et que le fonc-

tionnement de cette cellule précipiterait sur le corps qui lui est soumis ; ce dépôt agirait

ensuite sur la plaque ou sur l’électromètre. Remarquons d’abord qu’il ne peut, s’agir

d’une substance gazeuse ou liquide, puisque l’expérience précédente montre que l’expo-

sition dans le vide ne diminue pas l’activité de la feuille; il ne peut être question que

d’un dépôt radioactif solide et confirmation de pareille hypothèse amènerait à admettre l’existence de substances radioactives, inconnues jusqu’ici, dont le rayonnement serait

éminemment absorbable et le quantum énergétique de quelques dizaines de volts. D’ailleurs

on ne comprendrait pas alors pourquoi la nature du corps jouerait un rôle important dans

son activation, ni pourquoi les isolants ne se comporteraient pas de la même manière que les conducteurs. Il semble bien plutôt que l’action précédente soit due à des radiations très

absorbables, appartenant à la partie invisible du spectre et que le corps activé émet par

un mécanisme analogue à celui de la phosphorescence ordinaire.

3. Analogies avec les phénomènes de phosphorescence. - On peut répéter avec les

corps radioactivés la plupart des expériences que l’on fait avec les corps phosphorescents

ordinaires.

_

1. On place sur une feuille, pendant qu’elle est soumise à l’activation, des obstacles de forme géométrique; les points abrités ne s’activent pas et quand on fait agir la feuille

sur la plaque sensible, celle-ci accuse l’ombre portée des obstacles. La reproduction quasi parfaite de la forme géométrique de ces derniers et la netteté de contour des images obte-

nues, s’accordent mal avec l’hypothèse d’une action de gaz ou de liquide occlus dans le corps activé il est en effet à remarquer que cette netteté persiste si on fait à nouveau agir une même feuille à 24 heures d’intervalle; la deuxième impression est sans doute plus

faible que la première, mais les contours de l’image sont toujours aussi nets; or en

24 heures la diffusion des gaz ou liquides occlus ou adsorbés devrait modifier et estomper

les contours des ombres obtenues. On trouve plusieurs exemples de ces résultats dans les clichés reproduits dans cet article.

>

v Ces particularités s’expliquent aisément si l’on admet qu’il y a émission de radiations très absorbables par les divers points de la feuille qui ont été activés, les parties protégées

par l’obstacle ne participant pas à l’action. En somme l’expérience précédente est identique

(12)

79 à celle que l’on peut faire avec un corps phosphorescent ordinaire dont une partie a C-té

abritée de la lumière excitatrice par un obstacle de forme géométrique.

2. Comme dans le cas de la phosphorescence ordinaire, les corps déjà activés présen-

téht un effet de fatigue, quand on les soumet à une nouvelle activation.

Une feuille est activée une première fois, avec interposition d’obstacle en forme de

croix, comme il vient d’être dit. Elle donne sur la plaque photographidue une impres-

sion avec ombre portée de l’obstacle (cliché 1, figure 8, Pl. II).

-

Quelques jours après la même feuille est de nouveau soumise à l’action de la

cellule, mais sans interposition d’obstacle. Si on la fait alors agir sur la plaque sensible,

on obtient sur celle-ci l’image de l’obstacle interposé pendant la première activation (cliché 2, figure 8). Les parties abritées par l’obstacle pendant la première activation

sont devenues, pendant la deuxième, plus actives que les parties environnantes déjà fatiguées.

L’expérience précédente est une réplique de celle que l’on peut faire aisément avec un

,écran phosphorescent ordinaire : l’oeil remplaçant dans ce dernier cas la plaque photogra- phique et la lumière visible le rayonnement de la cellule.

Le résultat ci-dessus montre que la nature de la substance activée joue un rôle essen-

tiel dans le mécanisme de l’activation, il paraît peu compatible avec l’hypothèse d’une

action chimique proprement dite.

La fatigue persiste longtemps, parfois des semaines; cette persistance explique les

,insuccès que l’on éprouve quelquefois dans ces expériences quand on les répète avec une

même feuille ; il est avantageux, pour les effectuer de prendre chaque fois une feuille vierge

et tenue à l’obscurité depuis longtemps.

-

3. La température agit sur les substances radioactivées comme sur les substances

phosphorescentes ordinaires.

On place une feuille préalablement activée au-dessus d’une plaque photographique et

on maintient pendant deux heures une moitié de la feuille à une température d’une tren-

taine de degrés, l’autre moitié étant maintenue à la température ordinaire; la partie de la plaque qui se trouve sous la moitié chaude est plus impressionnée que l’autre (cliché 1, figure 9, Pl. II). Faisant ensuite disparaître l’inégalité de température, on laisse cette même

feuille au-dessus d’une nouvelle plaque pendant une douzaine d’heures; la partie précé-

demment chauffée impressionne moins fortement la plaque que ne le fait sa voisine

(cliché 2, fig. 9). Comme pour la phosphorescence ordinaire, une augmentation de tempé-

rature accroît donc la valeur de l’activité du corps, mais en diminue la durée.

En résumé, les corps radioactivés se comportent comme des corps phosphorescents qui émettraient des radiations appartenant exclusivement à la partie invisible du spectre.

4. Conséquences : explication d’anomalies.

-

Quelle que soit l’origine et l’explica

tion du phénomène, il résulte incontestablement des expériences précédentes qu’un certain

nombre de substances deviennent photographiquement actives sous l’action des cellules semi-conductrices: en conséquence de ce fait, il est facile d’expliquer un certain nombre ,d’anomalies que l’on rencontre dans l’exécution de radiographies d’objets de faible épais-

seur, comme celles que nous avons antérieurement indiquées (1).

Les feuilles de papier qui enveloppent les objets à radiographier, devenant photogra- phiquement actives, il s’ensuit que le mécanisme des radiographies obtenues diffère essen-

tiellement de celui des radiographies faites avec les rayons X ordinaires. Dans ces dernières, l’enveloppe contenant les objets opaques aux rayons X, joue un rôle passif, elle se laisse

traverser et n’exerce par elle-même aucune action sur la plaque sensible ; dans les premières

au contraire, l’enveloppe joue un rôle actif, et à l’impression possible de la plaque par le

rayonnement direct de la cellule, s’ajoute l’action certaine de l’enveloppe de papier que ce rayonnement active. Les choses se passent en somme comme si on faisait avec des rayons X

.

(~) Journal de Physique, série VII, t. 2, p. 99.

,

(13)

80

ordinaires la radiographie d’objets que ces rayons rendraient en partie phosphorescents.

Nous verrons plus loin que l’activation des objets se produit sous l’action des gaz issus de la cellule en fonctionnement ou de son voisinage ; la diffusion ou toute autre cause peut

amener ces gaz à des distances notables de la cellule, il s’ensuit que l’on peut obtenir des radiographies en plaçant les corps étudiés à des distances où ne peut atteindre le rayonne- ment direct de la cellule; c’est bien ce que l’expérience confirme.

Dans l’exécution de radiographies par cellule semi-conductrice, on obtient parfois des

renversements d’image ; nous en avons donné un exemple antérieurement (1). Ce renver-

sement qui se produit quand on prolonge l’action de la cellule, peut s’expliquer soit par un excès de pose, comme cela a lieu en photographie ordinaire, soit par suite de la fatigue

que les substances présentent à l’activation quand celle-ci se prolonge ou se répète ; les parties abritées par l’obstacle se fatiguant moins vite que les autres finissent par produire

une impression plus marquée.

Les radiographies par cellule semi-conductrice s’obtiennent facilement avec des enve-

loppes susceptibles de s’activer : papier, carton, étoffes, fibres végétales..., etc. On peut

les utiliser pour examiner les défauts d’homogénéité de ces substances : des rayures, des

empreintes, des caractères invisibles apparaissent sur la plaque sensible soumise à ces

substances après leur activation. Par exemple des caractères tracés avec une solution saline

sur des feuilles de papier, avant ou après leur activation, ressortent nettement sur la

plaque, quoiqu’il soit difficile de se rendre compte de leur existence par un simple examen

des feuilles.

5. Conclusions. - Puisque le phénomène présente les caractères d’une phosphores-

cence, on peut en donner une explication semblable à celle que l’on donne dans ce dernier

cas. Sous l’action de radiations, dont nous préciserons plus loin la nature, les atomes des corps activés sortent de leur état d’équilibre électrique et n’y reviennent qu’avec une

certaine lenteur lorsque le corps est isolant, rapidement au contraire s’il est conducteur.

Le retour à l’équilibre est accompagné d’émission de radiations très absorbables capables d’impressionner la plaque photographique,

On se fait une idée de la nature des radiations ainsi émises par l’extrême absorption

que la matière exerce sur elles : elles sont absorbées par des lames minces de mica ou de

quartz, elles traversent de minces pellicules de cellophane ou de celluloïd; enfin elles

ionisent faiblement les gaz ; elles ne peuvent donc se situer que dans la région s’étendant

le l’ultraviolet extrême aux rayons X mous. Nous fixerons plus loin la valeur de leur

longueur d’onde en précisant le mécanisme de l’émission de ces rayons y d’un nouveau genre.

2. Action sur l’électromètre.

-

Le rayonnement qu’il s’agit d’étudier est très peu

ionisant, aussi les expériences électrométriques sont-elles délicates.

i. Conditions expérimentales. - L’électromètre employé donne, pour un volt, une

déviation de 1000 divisions sur une échelle placée à 1,50 m ; sa capacité est de quelques

centimètres.

La durée des mesures est souvent de plusieurs minutes, parfois de près d’une heure, il [Îaut donc, au moyen d’un dispositif facile à imaginer, maintenir l’une des paires de quadrants isolée du sol sans perte de courant dans l’électroaimant interrupteur. En outre,

il est nécessaire de placer l’électromètre et les appareils utilisés dans une salle peu éclairée et à température suffisamment constante, l’aiguille de l’électromètre suspendue à un fil

assez long, joue en effet le rôle de radioscope et des variations de température, se produi-

sant pendant la durée d’une opération, se traduisent par des déplacements du zéro qui peuvent être gênants. Pour la même raison, le miroir de l’électromètre n’est éclairé que

pendant le temps nécessaire aux lectures.

Les expériences ont été conduites de plusieurs manières, nous n’indiquerons ici que la

plus simple : la lame L du corps étudié est introduite entre les armatures CC’ d’un conden-

(14)

81 sateur plan ; celui-ci est placé dans une enveloppe métallique en communication avec le sol ;

ses armatures sont distantes de 1 cm environ et le volume de l’enveloppe est assez réduit

pour que les effets dus à l’ionisation spontanée soient faibles. Une armature C est reliée à l’une des paires de quadrants de l’électromètre, l’autre C’ portée à un potentiel variable à volonté au moyen d’une batterie de petits accumulateurs B (figure 10).

Fig. lU.

Si le corps L était suffisamment conduc teur, ce qui est parfois le cas de certaines feuilles de papier, son introduction entre les armatures du condensateur CC’ ne serait suivie d’aucune

perturbation, et il suffirait de déterminer, sans précaution spéciale, les courants d’ionisation

produits entre les armatures. Mais nous avons vu que les corps qui s’activent le mieux sont des isolants ou de très mauvais conducteurs, dont l’introduction entre les armatures est accompagnée de phénomènes d’influence: d*autre part, ces isolants soumis à l’action des cellules, acquièrent une charge électrique notable qu’ils perdent ensuite très lentement.

Aussi l’introduction de L dans l’appareil est-elle presque toujours suivie de perturbations qui masquent les déplacements de l’aiguille dus à l’ionisation des gaz. On se met à l’abri de ces perturbations en enveloppant L, avant son introduction, d’une toile métallique

à fine maille ; les déviations électrométriques observées sont alors uniquement dues à

l’ionisation des gaz environnant la grille métallique. On s’assure d’ailleurs que l’introduc- tion de la lame L, enveloppée de la toile métallique, n’amène aucune perturbation, ni avant

son activation, ni quelques jours après.

2. Résultats des expériences.

-

Le champ étant nul entre les armatures CC’ du

condensateur, on y introduit une lame diélectrique quelconque ; en général ce diélectrique possède une certaine charge qu’il perd lentement et qn’on peut suivre à l"électromètre ;

au bout de quelques heures, cette charge initiale a complètement disparu.

On place alors la lame revenue à l’état neutre sous l’électrode grille d’une cellule en fonctionnement ; quand on reporte la lame entre les armatures CC’ on trouve qu’elle possède une forte charge électrique dont le signe dépend du sens de la tension appliquée

à la cellule. Si le pôle + de la machine est à l’électrode supérieure et le pôle

-

à l’élec-

trode grille la charge est positive, dans le cas contraire elle est négative.

Par exemple, une lame de paraffine de 2 mm d’épaisseur, coulée sur une lame de laiton, est placée pendant un quart d’heure sous l’électrode grille d’une cellule que traverse un courant de 0,80 mA sous une tension de 3 000 volts et dirigé de haut en bas;

portée dans ie condensateur, elle donne en fonction du temps les courants positifs suivants :

(15)

82

L’apparition de ces charges positives ou négatives s’explique facilement : nous avons

indiqué antérieurement que, lorsqu’une cellule fonctionne, il y a, en plus de l’émission de radiations très absorbables, projection de charges électriques dont le signe dépend du

sens de la tension appliquée; ces charges viennent se fixer sur l’isolant soumis à l’activa- tion ; par suite de la mauvaise conductibilité de la substance, elles disparaissent lentement

et font dévier l’aiguille de l’électromètre; elles masquent les effets de l’ionisation que le corps activé produit dans le milieu environnant.

2. Une lame diélectrique est enveloppée d’une toile métallique, puis introduite entre les armatures du condensateur CC’ ; -, on constate qu’il n’y a pas de perturbation et quel

l’établissement, la suppression ou le renversement du cl amp entre CC’ n’est suivie d’aucun effet perturbateur sur l’électromètre..

On active ensuite la lame; quand on l’introduit à nouveau, enveloppée de la grille,

entre les armatures du condensateur, on observe un courant dont le sens et l’intensité

dépendent du champ existant entre CC’. Par exemple, une feuille de papier, activée pen- dant une demi-heure par une cellule que traverse un courant de 0,85 mA sous une tension

de a3 000 volts, donne, en fonction du temps, les courants d’ionisation suivants.

Il y a excès de charges positives extraites.

L’intensité des courants d’ionisation produits diminue rapidement ; au bout de quelques heures, elle est trop faible pour que l’on puisse affirmer que les déviations élec-

trométriques qui lui correspondent ne sont pas dues à des effets perturbateurs.

En somme, au bout de quelque temps, l’action ionisante des radiations émises est deve-

nue pratiquement nulle, tandis que l’action sur la plaque sensible subsiste encore très nette.

Il semble que le corps radioactivé n’émet pas au début les mêmes radiations qu’à la fin :

les premières se rapprochant des rayons X mous, les dernières de l’ultra-violet extrême.

3. Discussion des résultats.

-

En portant en abscisses les temps au bout desquels

sont faites les lectures et en ordonnées les intensités de courant correspondantes, on

obtient la courbe de désactivation du corps radioactivé ; aux valeurs précédentes corres- pondent les courbes de la figure lL.

La courbe 1 représente les variations des charges extraites positives ; son équation

est la suivante :

l’intensité I étant exprimée en unités arbitraires et le temps t en minutes. ’

*

(16)

83

Tout se passe donc comme si la feuille de papier, après son activation, contenait deux substances radioactives; l’une dont la constante serait 0,14, l’autre correspondant à une

constante radioactive de 0,006. A la première correspond une vie moyenne de cinq minutes,

à la deuxième une vie moyenne voisine de deux heures (115 minutes).

Fig.11

L’activité des feuilles excitées comprend deux phases : dans les premières minutes qui

suivent laradioactivation c’est l’élément de constante o,1 ~ qui prédomine, produisant des impressions photographiques et des effets d’ionisation marqués; dans les dernières

heures le deuxième seul se fait sentir ne produisant plus que des impressions photogra- phiques, les effets d’ionisation étant insignifiants. Les radiations émises dans la pre- mière phase se rapprochent des rayons X, dans la deuxième au contraire elles sont plus proches de l’ultraviolet.

Pour un corps donné et dans des conditions physiques déterminées, l’expérience donne

à peu près la même valeur pour les constantes radioactives et par conséquent pour la vie moyenne des substances activées ; il ne faudrait cependant pas considérer ces valeurs comme

des constantes caractéristiques des atomes intéressés, elles dépendent, en effet, des condi-

tions de l’expérience. Nous avons déjà indiqué que la conductibilité électrique (par consé- quent les liaisons chimiques) joue un rôle essentiel ; nous avons vu aussi qu’une augmen- tation de température accroît l’activité du corps excité mais diminue la durée de celle-ci,

par conséquent, la vie moyenne de la substance radioactivée. Il est facile de montrer que la pression de l’atmosphère environnant le corps activé exerce une influence sur la vie moyenne de celui-ci, il suffit pour cela de faire l’expérience suivante : on prend une feuille

de papier préalablement radioactivée et on la divise en deux parties, l’une A est placée

dans un récipient l’on peut faire un vide cathodique et la maintenir pendant 24 heures

ou davantage, l’autre B est laissée dans les conditions ordinaires de pression; au bout de

1il4 heures on juxtapose les deux parties A et B et on les place au-dessus d’une plaque pho-

tographiflue, comme on l’a déjà fait pour l’expérience correspondant au cliché 2 de la

(17)

84

figure 7, au développement on constate cette fois-ci que la partie A a fortement impressionné

la plaque, tandis que la partie B ne donne presque rien : la présence dans le vide de la

partie A en a donc prolongé l’activité.

4. Conclusions. - Admettons comme nous l’avons déjà indiqué, que le mécanisme de l’émission de radiations par les corps radioactivés est semblable à celui de la phosphores-

cence. Sous l’action du rayonnement des cellules, les atomes des substances qu’on leur sou-

met perdent leur état d’équilibre, un certain nombre de leurs électrons ayant quitté leur

orbite normale. Quand cette action cesse, les atomes reviennent lentement à leur état anté- rieur et émettent à leur tour un rayonnement : les radiations émises, quand les électrons reviennent sur leur orbite normale, ont des longueurs d’onde qui correspondent aux divers

niveaux d’énergie des atomes intéressés.

Dans le cas des expériences dont nous avons discuté les résultats, les atomes intéressés sont ceux de la feuille de papier radioactivée, c’est-à-dire l’hydrogène, le carbone ou l’oxy- gène. Les atomes d’hydrogène ne peuvent rien nous donner dans le domaine particulier de

radiations dont nous avons vu les effets ; ceux de carbone peuvent nous donner dans ce

domaine les radiations 42,6 angstrôms correspondant à leur niveau K et 358 À de leur niveau L ; les atomes d’oxygène pourront émettre les radiations 25,8 1 (niveau K) et 248 -1 (niveau L).

Si nous admettons que les liaisons chimiques ou autres modifient peu les longueurs

d’onde des radiations émises par les atomes excités, il devient facile de préciser les carac-

tères de cette radioactivité spéciale. Immédiatement après l’activation de la feuille de

papier, nous constatons surtout les effets des radiations 25,8 ou 42,6 Á (probablement des deux), la vie moyenne correspondant à cette première phase de l’activité étant de 3minutes;

au bout de quelques heures, ce sont les radiations 248 et 358 Â qui, avec une vie moyenne d’environ deux heures font seules sentir leur effet pendant plusieurs jours. Aussi avons-

nous des effets d’ionisation nettement marqués au début, mais inappréciables à la fin.

3. Effets de phosphorescence. - 1. Phosphorescence ordinaire.

-

L’effet lJro- duit sur les substances phosphorescentes ordinaires est trop faible pour être observé

directement; on peut cependant tenter de le mettre en évidence en remplaçant l’oeil par la

plaque sensible.

On dispose sous une feuille de papier pendant son activation un écran phosphorescent

au sulfure de zinc, une de ses moitiés B étant protégée par une lame de mica. On place

ensuite cet écran dans la chambre noire au-dessus d’une plaque sensible et on l’y laisse plusieurs heures. Au développement on constate que la partie de la plaque soumise à l’ac- tion de la partie A non protégée de l’écran se révèle plus impressionnée que sa voisine

(fig. 12, Pl. II). On peut donc en conclure que le rayonnement de la feuille activée excite la

phosphorescence.

11 faut cependant remarquer qu’il se produit, ainsi que nous allons voir, des effets de phosphorescence invisible avec les substances susceptibles de s’activer ; l’expérience qui précède n’est donc pas très probante et l’on ne peut affirmer que l’effet précédent n’est pas dû à la phosphorescence spéciale du carton servant de support au sel phosphorescent.

2. Phosphorescence invisible.

-

Soumises à l’action d’un corps radioactivé, les

substances susceptibles d’activation deviennent à leur tour capables d’impressionner la plaque sensible et présentent les caractères d’une phosphorescence invisible.

On place pendant quelques heures sur une feuille de papier une deuxième feuille qui

a été préalablement radioactivée, un obstacle en forme de P ayant été placé entre la feuille

et la cellule; ces deux feuilles sont ensuite placées sur des plaques photographiques; au

bout de vingt-quatre heures on constate que les plaques sont impressionnées. Le cliché 1

de la figure 13, Planche II, correspond à la feuille radioactivée par la cellule, on y voit

l’ombre portée de l’obstacle; le cliché 2 est dû à l’action de la feuille activée par phos-

phorescence, la lettre P se trouve renversée.

(18)

85

Nous indiquerons plus loin, à propos du mécanisme de l’activation que celle-ci se pro- duit sous l’action de gaz issus du voisinage de la cellule et rendus actifs par son fonction- nement, de sorte que les corps s’activent par un processus analogue à celui de la phos- phorescence et que leur radioactivité spéciale n’est en somme qu’une forme de phospho-

rescence invisible.

3. Conséquences. -1. L’existence de ces effets de phosphorescence permet d’expliquer pourquoi le rayonnement émis par les cellules peut traverser des épaisseurs de matière

relativement grandes, quand cette matière est susceptible d’activation; ainsi des feuilles de papier de plus d’un demi-millimètre peuvent être traversées. Sous l’action du rayon- nement direct les atomes des premières couches sont excités et communiquent de proche en proche leur activité à ceux des couches sous-jacentes.

2. Ces effets de phosphorescence peuvent être utilisés pour révéler la présence d’un rayonnement dans des cas où l’action de celui-ci est trop faible pour être mise en évidence directement.

On enveloppe dans du papier noir une plaque photographique, au-dessus de laquelle

on a mis une pellicule de cellophane; quand on soumet à l’action d’une cellule, on constate

que la pellicule absorbe presque tout, après développement la partie protégée de la plaque

est à peu près indemne, une part trop faible du rayonnement ayant pu traverser la pelli-

cule (cliché 1, figure 14, pl. II).

On recommence l’expérience en plaçant entre la plaque sensible et la pellicule de cel- lophane de petites lamelles de papier; par suite des effets de phosphorescence produits

-sur ces lamelles par la partie du rayonnement qui traverse la pellicule, il y a impression

de la plaque photographique (cliché 2, figure 14).

On voit sur ce dernier cliché que l’impression est particulièrement vive sur les bords

.des lamelles, ceci tient, ainsi que nous verrons plus loin, à ce que les gaz avoisinant ces

bords deviennent, eux aussi, phosphorescents sous l’action du rayonnement émis par les lamelles. Ce dernier effet de phosphorescence des gaz permet d’expliquer pourquoi l’action

sur la plaque photographique est plus vive sur les bords des substances radioactivées et

près des rayures ou des coupures qu’elles présentent.

3. L’existence de ces effets de phosphorescence augmente considérablement l’absorp-

tion exercée par la matière sur les radiations du domaine intermédiaire. Aux coefficients

d’absorption par diffusion et de fluorescence que l’on définit pour les rayons X ordinaires,

~s’ajoutera un terme dû à la phosphorescence, et cette absorption de phosphorescence représentera la plus grande partie de l’absorption totale, même pour les éléments légers.

L’importance de cette absorption justifie l’application, que nous avons faite, du schéma de Bohr et de ses niveaux d’énergie à ces divers phénomènes, les radiations émises corres-

pondant aux discontinuités d’absorption.

4. Conclusions.

-

Si nous admettons que la loi de Stokes s’applique aux effets de phosphorescence invisible que nous venons de signaler, il devient facile de préciser la

inature des radiations émises.

Une feuille de papier radioactivée émet au début les radiations 25,8 ou 42,6 A, puis

les radiations 248 ou 358 Á ; quand on l’utilise pour provoquer la phosphorescence d’une

deuxième feuille, celle-ci ne peut émettre que les radiations de longueur d’onde les plus grandes, soit 248 ou 358 1; on constate en effet, que l’action ionisante d’une feuille de

papier excitée par phosphorescence est insignifiante. L’expérience montre en outre qu’une

feuille fraîchement activée, qui émet par conséquent les radiations 25,8 ou 42,6 À, excite

facilement la phosphorescence d’une deuxième feuille, tandis qu’une feuille activée depuis

quelques heures, qui par conséquent n’émet plus que les radiations 248 ou 358 A, le fait

difficilement.

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