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Submitted on 1 Jan 1927
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Sur l’oscillation de parcours des rayons α dans l’air
Irène Curie
To cite this version:
Irène Curie. Sur l’oscillation de parcours des rayons α dans l’air. J. Phys. Radium, 1927, 8 (1), pp.25-28. �10.1051/jphysrad:019270080102500�. �jpa-00205278�
SUR L’OSCILLATION DE PARCOURS DES RAYONS 03B1 DANS L’AIR
par Mme Irène CURIE.
Sommaire. 2014 Cet article a pour objet la revision de l’ensemble des expériences faites en vue de déterminer les différences de parcours entre les rayons 03B1 émis avec la même vitesse initiale dans le même milieu absorbant. Il a été établi que la méthode des scintillations ne convient pas pour cette étude; par contre, les résultats obtenus par la méthode des trajectoires de brouillard de Wilson constituent une excellente vérification des prévisions théoriques, lesquelles sont basées exclusivement sur les notions essentielles relatives à la structure de l’atome et sur les lois fondamentales de l’électrodynamique.
Les oscillations de parcours des rayons i de même vitesse initiale ont été calculées
théoriqueinent par divers auteurs, en particulier par Bohr (1) et par Flamm (~~. Les
résultats sont en désaccord complet avec ceux que l’on avait obtenus expérimentalement en comptant pour un faisceau de rayons canalisés, les scintillations produites sur un écran au
sulfure de zinc, à diverses distances de la source de rayonnement.
La théorie prévoit que les parcours .1; des rayons sont répartis suivant une loi de pro-
1 babilité de coefficient Y. autour d’une valeur la plus probable 1. de sorte que la proportion
de rayons de longueur comprise entre a et ,r + dc étant >1 dr, on a
Ainsi, pour les rayons oc du polonium clans l’air à 15°C et 760 mrn ITg de pression, on prévoit, d’après Bohr, un coefficient X ==: 0,46 mm ; d’après 0,5T mm ; d’où l’on déduit que 90 pour 100 des rayons doivent avoir des parcours différant au plus de j,4 min.
Or, d’après les études de scintillations, le nombre N’ de rayons que l’on compte à la
distance a de la source, dans un faisceau canalisé, commence à diminuer rapidement à une
distance de la fin du parcours qui varie entre 5 et 10 mm, selon les auteurs (1) et la chute correspond à une distribution de longueur dissymétrique ne ressemblant pas aune loi de
probabilité. Frieclmaii ~1) a interprété sa courbe de scintillations comme conforme à la loi théorique, mais ne considère que le dernier millimètre du parcours et laisse inexpliquée
la plus grande partie de la chute du nombre de rayons.
Ce désaccord avec 1 expérience constituait une difficulté considérable pour la théorie de l’absorption des ray-ons a par la matière. D’autre part, il en résultait une incertitudes
sur l’interprétation de la courbe de Bragg, qui représente la variation de l’ionisation le long
d’un faisceau de rayons a canalisés : le maximum, et la chute rapide de l’ionisation vers la fin du parcours pouvaient être dus à la diminution du nombre de rayons dans le faisceau,
ou à l’existence d’un maximum d’ionisation le long du parcours individuel de chaque i>ar-,
ticule, selon qu’on admettait, pour les rayons du faisceau canalisé, la distribution de lon- gueur déduite des expériences de scintillations ou la distribution théorique.
Pour éclaircir cette question, j’ai entrepris, en T.9’~~, l’étude de l’oscillation de parcours Plnt. lYa,q., t. 25 (1913), p. 10 ; t. 30 (’19t~), p. 581.
,2) t 123 (1914), p. 13;13; t. 424 (49~5), p 597..
(3) Le Radiant, (1910), p. 136; Phil. L 26 (1913), p. 402; ROTHENSTEOeER, t. 124 (1915), p. 637.
’
(4) FRIEDMANN, Rer., t. 122 (1913], p. ig69.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019270080102500
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des rayons a en employant l’appareil à détente de Wilson (!). La méthode consistait à
photographier un grand nombre de rayons a émis au même instant d’une détente et cana-
lisés dans un même plan. La source employée était ponctuelle, de sorte que l’on obtenait
sur la plaque un éventail de rayons dont on pouvait mesurer et comparer les longueurs.
D’après ces premières expériences, 90 pour 100 des rayons ont des parcours différant de moins de 2 mm, en accord approximatif ayec la valeur (1,4 mm) prévue par la théorie.
De plus, la distribution de longueur des rayons correspond bien à une loi de probabilité,
sauf un petit excès de rayons courts.
Ces expériences ont donc montré : 1° que-la méthode de scintillations n’est pas valable pour l’étude des différences de parcours des rayons a ; quand ,on approche de la fin du parcours, une proportion croissante de particules a ne produisent pas de scintillations -, 2° que la théorie de l’absorption des rayons a par la matière rend compte d’une manière satisfaisante de l’oscillation de parcours; 3° que le maximum de la courbe de Bragg, qui se
trouve à 5 mm environ de la fin du parcours des rayons, ne peut être attribuée qu’à
l’existence d’un maximum clans la variation de l’ionisation le long du parcours de chaque
rayon a, puisque le nombre de rayons du faisceau n’a encore subi aucune diminution.
Cependant, les différences de longueur entre les rayons étaient encore légèrement supérieures aux prévisions théoriques ; on pouvait attribuer cet écart à des différences entre les vitesses initiales des rayons. J’ai vérifié expérimentalement, avec précision, l’homogé-
néité des vitesses d’émission des rayons a du polonium par la déviation magnétique (2), mais
les sources destinées à l’étude de la distribution de longueur pouvaient présenter une absorption de surface due aux conditions particulières de leur préparation : elles portaient,
en effet, une très grande densité d’activité, obtenue par dépôt électrolytique sur argent ou
sur nickel. Pour savoir s’il fallait attribuer au mode de préparation des sources le petit
écart qui subsistait entre l’expérience et les prévisions théoriques, j’ai entrepris récemment, .
en collaboration avec P. Mercier, l’étude de la distribution de longueur des rayons a du radium C’ et du radium A (3). Ces expériences ,présentaient de grandes difficultés, particu-
lièrement dans le cas du radium A, du fait de la courte vie des substances actives employées,
mais on pouvait espérer avoir des sources ]de] rayonnement favorables, l’activation étant faite dans le radon, avec l’aide d’un champ électrique,,sur une petite surface d’or poli. En effet,
avec ces sources qui paraissaient absolument inaltérées, [la distribution de longueur des
rayons de RaC’ et de RaA ne présente pas le petite excès de rayons courts observés dans le cas du polonium, et le coefficient de probabilité est en excellent accord avec les prévi-
sions théoriques.
Le calcul de Bohr relatif à l’absorption des rayons a par la matière repose sur le prin- cipe suivant : Une particule a, passant au voisinageTd’un centre chargé, lui cède de l’énergie
conformément aux lois de l’électrodynamique (application de la loi de Coulomb et des lois de conservation de l’énergie et de la quantité delmouvement); l’énergie perdue, qui est
fonction de la vitesse de la particule a et de la distance de sa trajectoire initiale à la position
initiale du centre chargé, peut être intégrée pour tous les centres chargés situés dans le rayon d’action de là particule; celui ci ne peut être considéré comme infini, car on trouve, en ce cas, une perte d’énergie infinie sur une portion finie de la trajectoire.
Bohr estime le rayon d’action en faisant intervenir les dimensions et les fréquences
propres des orbites électroniques, mais ces éléments disparaissent dans le calcul del’oscilla- tion de parcours ; Flamm calcule directement une limite supérieure de l’oscillation de par- cours, en admettant, pour la relation entre la vitesse et ,le parcours, la loi expérimentale de Geiger, et sans faire d’hypothèse pour limiter le rayon d’action : En effet, les centres chargés éloignés, dont l’action individuelle sur la particule serait très faible, interviendraient dans le calcul de l’absorption si le rayon d’action était illimité parce qu’ils sont très nombreux, mais
ils ne produiraient pas de fluctuations. Les fluctuations dans la perte d’énergie des rayons (1) Ce travail, dont je ne rappelle ici que les résultats, a été exposé en détail dans mes publications
antérieures. Irène CURIE, J. Phys, t. 4 (1923), p. 110; Afin. de Phys, t. 3 (1925), p. 299; 1 !lèse, Paris ti925).
(2) Irène CURIE, C. R., t. 180 (19251, p. 839.
(3) Irène CLTR1$ et P. MaRciER, J. Phys., t. 7 (1926, p. 289-294.
proviennent de l’absorption par un nombre relativement petit de centres chargés très proches.
de la trajectoire.
Alors que Bohr fait intervenir seulement les électrons du milieu absorbant dans le
phénomène d’absorption et d’oscillation de parcours, Flamm calcule un terme pour l’oscil- lation de parcours due aux électrons, et un terme pour celle qu’il attribue à l’action des noyaux d’atomes.
Soit a le coefficient de probabilité de la formule .
soit p, le coefficient - a/l, qui est indépendant de la température et de la pression du;
gaz ; soit Ei le coefficient de probabilité relatif à l’action des électrons; soit p,, celui qui ses rapporte à l’action des noyaux. OI1 a
Il y a bon accord entre les deux auteurs sur la valeur du terme pi (’). Sur le terme P2, considéré comme négligeable par Bohr,’ le désaccord est plutôt apparent que réel, car le
calcul de Flamm porte, non sur la longueur de la trajectoire d’un rayon, mais sur sa pro-
jection, sur la direction initiale du rayon (telle qu’elle est observée par la méthode des
scintillations) ; or, les rayons qui subissent de la part des noyaux une action appréciable
manifestent en même temps un changement de direction sensible, de sorte que leur trajec-
toire en projection est inférieure à leur trajectoire réelle, telle qu’on la mesure dans les expériences faites par la méthode de Wilson. Pour cette raison, je ne donnerai la valeur de.
vpl*2 + 02 qu’à titre d’indication.
Ainsi le calcul de l’oscillation de parcours ne fait finalement intervenir que l’action des.
électrons, considérés comme libres, sur les particules a,, le nombre d’électrons par unité de volume dans le milieu absorbant et la loi expérimentale de variation de la vitesse de la par- ticule le long de sa trajectoire. Un désaccord important entre la théorie et l’expérience
aurait donc nécessité une revision des hypothèses fondamentales relatives à la structure de l’atome et à la nature des forces qui s’exercent entre l’électron et la particule a.
Le tableau 1 et la figure 1 montrent les valeurs théoriques et expérimentales de p pour-
l’air (2). .
TABLEAU 1.
Les courbes représentent la variations de la valeur théorique du coefficient p en fonction (1) Le terme calculé par Flamm est un peu plus élevé, mais son auteur le considère comme une limite supérieure du coefficient : 9,3!~ x 10-’ au lieu de ~1,20 X IC-? pour Po, par exemple.
.
(2) Le nombre théorique relatif au polonium est pris dans le mémoire de Bohr (loc. cit.); pour le nombre relatif au radium C, j’ai rectifié une petite erreur numérique de ce mémoire (p = 1,16 X 10-z, au lieu
de p = 1, x 10-2); les nombres relatifs à ThC et ThC’ ont été calculés, d’après Bohr, par L. :MeHner et K. Freitag (cités plus loin) Pour la théorie de Flamm (loc. cit.), l’auteur avait employé des valeurs anciennes pour la charge élémentaire et pour la vitesse des rayons ; les nombres ont été recalculés d’après
le mémoire par P. Mercier.
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du parcours / des rayons. D’après Flamm pi, p~, p sont proportionnels à les nombres calciilés d’après Bohr varient avec le parcours suivant la même loi.
On a placé sur la figure les valeurs expérimen{ales de ?, pour Po, RaC’.
Dans un récent travail, L. Nleitner et K. 1’ ) ont déterminé l’oscillation de par-
cours relative aux rayons de Th C )4,9 cru) et t de Th C’ (K,6 c m) à’ l’aide d’un disposif expérimental semblable à celui que j’avais employé. Les valeurs qu’ils donnent,
et
sont un peu plus élevées que les valeurs théoriques de pi, et les valeurs réelles qui résultent
de leurs expériences sont plus élevées encore, car ces auteurs ont fait subir à leurs nombres
expérimentaux une correction qui n’est pas exacte et qui doit être modifiée. Ainsi que dans
mon travail sur le poloniun, la source, est préparée par électrolyse sur du nickel et il y avait, sans doute, un peu d’absorption superficielle.
Les nombres relatifs à et RaC’ sont en excellent accord avec les valeurs de pi ; or,
j’ai montré, dans la discussion détaillée de la méthode expérimentale (z), que toutes les
causes d’erreurs concourent à augmenter la valeur du coellicient p ; on peut donc consi- dérer que les valeurs réelles de p sont au plus égales à celles qui ont été obtenues.
On peut conclure de ce qui précède que les expériences sur l’oscillation de parcours constituent une excellente vérification de la théorie de l’absorption des rayons ? dans la matière et confirment que seule l’action des électrons est à considérer, l’influence
noyaux étant négligeable. _
Manuscrit reçu le 30 novembre 1925.
(1) L. MEITNER et K. FREITAG, r. Phys., t. 37 (1926), p. 481.
(2) Irène CURIE, J. 1. 4 (192;;), p. i10 et 112n. de Phys., t. 3 (1925), p. 299.
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