Sur les produits de décomposition du Radium présents dans l'atmosphère

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Submitted on 1 Jan 1906

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Sur les produits de décomposition du Radium présents dans l’atmosphère

H. Mache, Travis Rimmer

To cite this version:

H. Mache, Travis Rimmer. Sur les produits de décomposition du Radium présents dans l’atmosphère.

Radium (Paris), 1906, 3 (10), pp.289-291. �10.1051/radium:01906003010028900�. �jpa-00242199�

Sur les produits ^de décomposition

du Radium présents ^dans l’atmosphère

Par H. MACHE

Professeur de physique ^à l’Uniersité de Vienne.

et TRAVIS RIMMER

Assistant de physique ^à l’Université de Vienne.

DANS l’état actuel de nos connaissances sur les

causes de la conductibilité de l’atmosphère, ^il

semble indiqué ^{de faire une} détermination

quantitative ^des produits ^de décomposition ^{du radium}

contenus dans l’air. En colnparant leur action ioni- sante à l’ionisation effective de l’atmosphère, ^on

pourra décider ^dans quelle ^mesure l’ionisation de l’air libre est conditionnée par les phénomènes de ditl’usion et d’oscillation de pression ^faisant arriBcr dans l’at-

niosplière ^des quantités variables d’émanation et de

produits de l’émanation,

Il s’agit ^{donc en} première ligne ^{de mesurer direc-}

ment et quantitativement ^{la teneur de l’air en émana-}

tion et en radioactivité induite. Les expériences qui

suivent ont été entreprises ^{en vue d’une mesure com-}

mode et correcte de ces grandeurs.

En ce qui ^{concerne la teneur en} émanation, ^nous

ne l’avons déterminée pour ^commencer que dans l’air des caves, plus ^{riche en} émanation que l’air libre. Le

procédé s’appliquerait ^{à l’air} libre par l’emploi d’appa-

reils de plus grande dimension. La méthode est la suivantc :

Un récipient cylindrique ^{de zinc fort,} de 70 litres

environ, _porte ^{à sa} partie supérieure ^{dans une} cage munie de fenêtres un électroscope ^avec loupe de ^lec-

ture. Les feuilles d’or sont reliées à un fil métallique

courbé qui plonge jusqu’à peu près ^au fond du réci-

pient. ^Un dispositif ^extérieur permet ^de charger ^l’élec- troscope. ^Le récipient ^étant rempli d’air des caves et

fermé, on mesure d’abord le courant de saturation, puis ^{on établit une} circulation continue de l’air au

moyen d une forte poire de caoutchouc de façon ^à

faire barboter l’air à travers un flacon renfermant 10 litres de pétrole. ^Ce pétrole ^a d’abord été mis en

équilibre d’émanation avec l’atmosphère par barbotage

à l’air libre’. Après ²⁰ minutes de fonctionnement du courant d’air et après ^retour de l’activité induite à ta

1. Si l’on voulait déterminer ainsi la teneur en émanation de lair libre, il faudrait naturellement commencer par débarrasser le pétrole d’émanation par ébullition. ^Pour différentes raisons, le toluène devrait alors être préféré ^au pétrole. ^{Des essais}

avec le charbon de bois pulvérisé ^ont donné de mauvais résul- tats.

valeur correspondant ^{à la teneur} plus petite ^{en éma-}

nation, ^{on mesure de nouveau le courant de} saturation,

et ces deux mesures permettent de comparer la ^teneur

en émanation de l’air des ^caves à celle de l’air libre.

Si V est le volume du récipient, ^{v celui du} pétrole,

a lc coefficient de solubilité de l’élllallatloll dans lc

pétrole ^{à la} température ^de l’ expériencc 1, E ^{la teneur}

en émanation de l’air libre et e la teneur en émanation de l’air du récipient après barbotage, ^{la tcneur en}

émanation de l’air des cavets est

Car, ^{avant la} circulation d’air, _{il y a} ^dans l’appareil ^de

mesure une quantité d’émanation VE, ^{dans le} pétrole

une quantité ^aVE; après la circulation ces nombres deviennent Ve et ive. En écrivant que la quantité

totale d’émanation _{n’a pas} changé, ^{on obtient} l’équa-

tion

VE _-i- avE = Ve + ave

d’où l’on déduit la valeur dc E ci-dessus. E ^{et e} sont

proportionnels ^aux valeurs du courant de saturation avant et après ^le soufflage. s prouvait ^{ici être} négligé

par rapport ^{à E.}

C’est de cette façon qu’ont été obtenus les nombres du tableau suivant, ^{dans une série de mesures effec-}

tuées durant une quinzaine ^{dans une cave de Vienne.}

Les nombres de la troisième colonne sont rapportés

au centimètre cube et exprimés ^en unités électro-

statiques C. G. S. Les deux premières ^{colonnes con-}

tiennent les nombres bruts fournis par l’électroscope

ayant et après soufflage, ^{ce sont} les chutes de poten- tiel en volts par minute, les deux dernières colonnes donnent l’état barométrique ^{et la teneur} de l’air par mètre cube en ions d’un signe ^{déterminé mesuré à} l’appareil ^d«Ébert.

"1. Ce coefficient de solubilité est, d’après ^{Hinlstedt et v.}

Traubenhcrg, le nombre de fois que la ^{teneur en} émanation de l’air est contenue. à l’état d’équilibre, ^{dans un même volume du} liquide. ^{Pour le} pétrole, ^ce coefficient a aux températures ^3°,

2(P et -10° respecticement ^les valeurs, 12,87, ^{9.55 et} 8,15.

V. R. HOFFMANN. Phys. Ze£tschr., 6.337, 1905.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01906003010028900

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Comme on le voit, ^{la teneur dc l’air en émanation}

suit exactement la marche de la pression, ^{comme on} pouvait déjà ^{le déduire} indirectement des mesures de

dispersion effectuées par B. Zölss ¹ sur l’air des ca- vernes. Il est à remarquer que ^cette allure ne se

retrouve pas ^dans les nombres fournis _par l’aspirateur

d’Ébert. ^Il est vraisemblable qu’il faille attribuer cela

au fait que, conformément à l’équation q-an2=0,

le nombre des ions est à chaque ^instant proportionnel

à la racine carrée de la teneur ea émanation, ^et due par suite les oscillations de la ^courbe des teneurs en

émanation sont fortement ^{amorties sur} celle de la

teneur en ions. On sait de plus, ^par expérience’, que dans l’air des caves les ions de faible mobilité sont

particulièrement ^{nombreux, et ces ions} échappent ^à l’ aspirateur .

L’existence de ces gros ^ions résulte aussi du fait que le nonlbre des ions n’est nullement en rapport

avec l’intensité de l’action ionisante. Le coefficient de recombinaison a a été mesuré dans l’air des caves

d’après ^le procédé ^{de A.} Schuster 3 et trouvé égal ^a 4,6. 10 - ⁶ environ . A l’air libre, ^{au lnême} moment, cette grandeur ^avait des v aleurs voisines de 2,1.10 " ^G.

On nous permettra ^de dire que nous avons amélioré d’une manière sensible la méthode de Schuster, ^en

employant comme source de rayons ^non du radium scellé sous verre, mais du polonium (plomb ^radio- actil’) précipité par électrolyse ^{sur un fil de} platine.

Le fil avait été enroulé ^en spirale, puis ^{montré dans}

un tube métallique ^{court fixé lui-même à une} longue tige permettant ^de placer ^la spirale ^{dans deux} posi-

tions déterminées à l’intérieur du tube additionnel

placé par Schuster à la suite de l’appareil ^{d’ f=berl.}

Cet emploi ^du polonium a l’avantage ^{de donner une}

ionisation plus ^{uniforme et moins de} perturbations

par rayonnement secondaire.

Cela posé, ^{si l’on} néglige ^{l’action ionisante des pro-}

duits de transformation de 1 émanation, ^{celle du} rayonnement ^de Becquerel ^{issu des} parois ^{de la cave,}

1. Wien Ber., 114, ^{189 et} 1577, ^1905.

2. Cf. H. KNOLL. Jrien Ber., 115, lûl, ^lU06.

3. Manchester Mémoires, 48, 10, 12, 1906.

eelle du radiolhori 11111 (lui peut ^ètre présent ^c’est-

à-dire si l’on attribue l’ionisation de l’air à la seule émanation du radium, ^{on troue encore} qu’elle ^denrait

être bien supérieure ^{u la valcur} observée. Pour ^une teneur moyenne ^en émana tion de 4,04.10-2 ^U. E, ^la

charge par centimètre cube portée par ^{les ions} d’un seul signe comportait ^{0,49 U. E. Si au} lieu de cela on

calcule cette charge d’après ^{la teneur en émanation}

en se servant de la valeur trouvée pour ^le coefficient de recombinaison _x, on trouvc 1,74 ^{U. E. 11 est certain}

que la dinusion doit aussi tendre a diminue notable- ment le nombre des ions.

La teneur de l’atmosphère ^en radioactivité induite a

été mesurée directement et indirectement. I’our la

mesure directe on s’est servi d’un appareil ^{d’É;bcrt de} grandes dimensions. La longueur ^{du tube était de}

1 mètre, ^{son diamètre} égal à 16 centimètres. On pro- duisait dans ^ce tube au moyen d’un ventilateur élec-

trique ^{un courant d’air de} 2 mètres a la seconde, ^dont

la constance était Yérifiée au moyen ^d’un petit ^anénlo-

mètre et assurée par des résistances de réglage. ^L’élec- troscope ^{est muni d’un} lnicroscope, ^afin d’abréger ^les

lectures. Le bouton porte ^une baguette assujettie,

comme dans l’appareil d’ Ébcrt, ^{it une} _tige ^{d’environ 50}

centimètres de long ^montée dans l’axe du tube. Si l’on

charge l’électroscope ^{et la} tige ^{u 200 volts environ, les}

radioacti-vi tés induites contenues dans l’air aspiré ^vont

se déposer ^{sur la} tige, ^car d’après ^{les mesures de Gor-}

dien ¹ la mobilité des véhicules de la radioactivité in- duite est de 1 à 10 centimètres.

Les mesures sc font alors comme suit : on com- mence par fermer le tube a une de ^ses extrémités et

par ^mesurer le courant de saturation dans cet espace clos. Puis on fait fonctionner l’aspiration pendant ^une

demi-heure environ, ^on rebouche le tube et on me- sure à nouveau le courant de saturation. La différence des deux valeurs permet manifestcment de calculer

en fonction de la capacité ^et du débit de l’appareil

l’action ionisante des radioactivités induites contenues par centimètre cube d’air et, _par suite, la teneur de

l’atmosphère ^en radioactivités induites. F. Kohlrausch

a fait à la campagne ^nomhre de déterminations de ce

genre ^{et en} communiquera ailleurs le détail. Nous dirons seulement qu’il ^{ressort- de ces mesures,} pour la valeur de l’action ionisante des radioactivités induites contenues dans 1 centimètre cube d’air, ^le

nombre 10-5 U. E., c’est-à-dire que ^ce nombre donne la grandeur ^{du courant} de saturation corres-

pondant. Ce nombre est bien inférieur a ce qu’on pouvait ^{déduire des mesures faites} jusqu’ici ^{de la}

teneur en émanation de l’atmosphère libre. Cela peut

1. Phys. Zeilsch»., 6, 405, ^{1905. II. Gcrdien} suggère ^le premier l’emploi ^{de la méthode} d’aspiration pour la ^mesure

quantitative ^{de la} radioactivité induite.

2. n. HOFFMANN. Pltys. Zeitschr., 6, ::)1,0, ^1905.

EVl-,

Phil. Jlag., (6), ^{10, 99, 1905.}

291

tenir soit à ce que le champ électrique ^dimilluant

avec la hauteur, les radioactivités induites sont re-

poussées ^{vers le sol surtout au} voisinage ^{de celui-ci,}

soit à ce qu’elles s’alourdissent d’eau et de poussière

comme les ions, ^et échappent ^{dits lors à} l’appareil d’Ébert .

Les expériences précédentes ^{utilisent surtout les}

rayons ^a, dont l’action ionisante est prépondérante.

D’autres expériences emploient principalement ^les

rayons y émis par les radioactivités en suspension

dans l’air (radium C).

Me Lennan et Burton, puis ^{yVood et} Campbell,

étudiant le rayonnement propre ^des métaux, ^{ont 1110n-} tré que l’ionisation ^{en vase} clos semble influencée non

seulement _{par la} nature des parois ^du récipient,,

mais aussi par la présence ^d’un agent extérieur à cc

dernier. Cc rayonncment ^venu de l’extérieur possède

lc nlêmc pouvoir ^de pénétration extraordinaire que les rayons y des _corps radioactifs, ^il présente ^une pé-

riode diurne 1 identique à celle du gradient atmosphé- rique. ^{Tout cela se} comprend ^{très bien si l’on} regarde

comme source de ce rayonnement ^des radioactivités induites en suspension dans l’air et déposées ^{sur le sol}

par ^le champ terrestre. Parmi ces radioactivités indui- tes, le radium C ^{est sans} doute la plus importante.

L’exactitude de cette conception semble résulter aussi des expériences suivantes :

Un électroscope ^à microscope, pouvant ^se charger

du dehors, ^{se trouve dans un} cylindre étanche de 80 centimètres de diamètre et de hauteur, ^{fait du}

zinc le plus ^{mince du commcrce. Une} tige ^{courbée à} angle ^{droit et fixée sur le bouton} portait ^{comme élec-}

t’ode uu tube métallique léger placé à peu près ^dans

l’axe du cylindre ^et chargé à 200 volts environ, ^de façon ^{à assurer} la saturation dans l’appareil.

Le cylindre ^étant placé à l’air libre (dans ^un jardin

situé u la périphérie ^{de la} ville), ^{on trouve que le}

courant de saturation oscille entre de larges ^limites,

suivant l’hcure et le temps.

On observa d’abord la même périodicité que iAiood

et Campbell. ^Le rayonnement ^est moindre il midi que le soir et le matin. Le tableau ci-joint donne les résul- tats obtenus pour quelques ^beaux jours du mois de

juin. Chaque ^{nombre est} la moyenne de 5 à 6 lectures.

Si l’on adopte l’interprétation ^donné* plus ^{haut, on} peut expliquer ^cette périodicité ^en disant que les

1. A. WOOD, Sature, 73, jg3, ^1906.

maxima du potentiel atmosphérique (matin Ct soir)

coïncident anec les maxima d’entraînement vers le sol des radioactivités induites. C’est donc alors que la densité superficielle ^des radioactivités déposées ^{à la}

surface du sol, ^{surtout au; endroits} exposés, ^{est lnaxi-}

mum, et que la radiation très pénétrante ^observée

dans nos apparcils ^voisins du sol atleiiit sa plus grande ^valeur.

Il ne faut pas s’étonner qu’au ^{même moment les}

observations de déperdition ^{montrent des minima de}

l’ionisation général, ^{due surtout aux} rayons ^x. Pour celle-ci le facteur essentiel est la densité cn volume de l’élnanation et de scs produits, ^{et celle-ci} peut ^très

bien être minimum au nlomcnt Oll la densité super- ficielle du dépôt radioactif est malimurn.

L’influence du champ ^{terrestre sur} la radiation très

pénétrante ^se nlallifeste encore en dehors de la période

diurne. Dans la grande majorité ^{des cas, on observe}

avec des chutes de potentiel positives considérables un

accroissement, ^avec des chutes faibles ou négatives ^une

diminution de la radiation. L’actinn des précipitations atmosphériques ^est aussi très suggestive. ^{J. Kaufmann}

a déjà ^montré directement’ que les gouttes ^de pluie

cntrainant dans leur chute les radioactivités induitcs des hautes couchcs de l’atmosphcre ^{et les} transportant

sur la surface du sol, ^llllc forte pluie ^{doit amener ull}

accroissement de la radiation pénétrallte. C’est effec- tivement le _cas, comme il résulte des expériences

suivantes faites après ^un orage de 3/4 d’heure d’unc violence extrême :

Avant la pluie ^le gradient ^du potentiel était forte- ment négatif, ^et la valeur de la radiation inférieure à la moyenne 69,2. ^Aussitôt après cessation de la pluie

on a trouvé les valeurs précédentes, ^{en même} temps que le gradient devenait faiblenlenl positif.

On voit qu’avec ^la décomposition spontanée ^des

radioactivités induites répandues ^sur le sol le ravon- nement retourne a sa valseur normale. La vitesse avec

laquelle ^{ce retour a lieii} indique qu il s’agit ^{ici sur-}

tout des radium B et C.

Traduit de l’allemand pal’ Léon llLOClIr

1. Meteor. Zeitsch. 40. 10’2, ^1905.