La radioactivité comme propriété générale des éléments chimiques

Texte intégral

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Submitted on 1 Jan 1906

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La radioactivité comme propriété générale des éléments chimiques

Normann R. Campbell

To cite this version:

Normann R. Campbell. La radioactivité comme propriété générale des éléments chimiques. Radium

(Paris), 1906, 3 (2), pp.33-36. �10.1051/radium:019060030203300�. �jpa-00242165�

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La radioactivité comme propriété

générale des éléments chimiques

Par NORMANN R. CAMPBELL.

Attaché au Trinity College de Cambridge.

L E radium, le thorium, l’actinium et l’uranium

sont les seuls éléments radioactifs idoles jus- qu’ici, si l’oll ne tient pas compte de leurs pro- duits de décomposition (émanations, radioactivités ill-

duitcs, clc. ), qui ont pu être sinon isolés du moins carac[érisés chimiquement. La radiuactivité serait-elle

une propriété limitée aux cluatrc éléments ci-dessus,

ou doit-on admettre duc c’est une propriété générale

de toute matière, les substances considérées jusqu’ici

comme inactives étant elles aussi radioal:ti B cs, mais

à ul degré trop faible pour être décelé par nos

moyens d’investigation actuels? C’est la question que s’est propusé de résoudre M. Norman R. Campbell.

Une raison d ordre général peut nous faire présumer

que la seconde thèse est la N raie. L’électrisation, la

.

magnétisation, ne sont-elles pas des propriétés géné- rales, bien qu’elles n’aient été reeonnnes à l’origine

que sur certains corps exceplionnels (ambre, métaux

de la l’amille du fer) qui possèdent cette propriété à

un degré éminent? Il semble que l’unité de la matière

exige l’unité des propriétés physiques. Nous ne coll-

naissons jusqu’ici aucune propriété physique qui n’appartienne, au moins a quelque degré, à toute

matière. Si la radioactivité ne dev ait appartenir qu’aux quatre éléments dits radioactifs, on peut

affirmer qu’elle constituerait une exception unique et

par suite incompréhensible.

Bien des chercheurs ont essayé de mettre en évidence

la radioactivité des métaux communs. Elster et Geitel, Huthcrford et Cooke, Me Lennanet Burton, Patterson,

Righi, Strutt ont fait des expériences dans ce

sens. Toutes ces expériences, qui se heurtent à

des difficultés particulièrement délicates, concordent

en ce sens qu’elles établissent la camplexité de l’ioni-

sation qui se produit spolltanénlent dans un vase clos.

Parmi les agents certains de cette ionisation, on peut

citcr : Il l’énlanation contenue dans l’air en dehors du

récipient, source craisemblable de la radiation « très

pénétrante » observée par Cooke ; 2° l’émanation con- tenue dans l’air il l’iiitérieiir du récipient; 3° le rayonnement des parois mêmes clic récipient. C’est

cette troisième cause d’ionisation qui est l’objet unique du présent travail.

Quelle est 1 origine de ce rayonnement, dont l’exis- tence est hors de doute d’après toutes les expériences cntreprises à ce sujet?

Cinq hypothèses, el cinq seulement, se présentent à l’esprit. Elles ont toutes été proposées comme l’xpli-

catioii complète on partielle dn rayonnement qui nous

occupe :

lu Activite induite provenant de l’émanation inté- rieure au récipient et qui s’est normalement déposée

sur la paroi.

2° Rayonnement secondaire de la paroi, excité

par la radiation extérieure.

3° Impuretés radifères contenues dans la paroi.

4° Rayonnentent propre de la paroi sans radio-

activite (par exemple émission de rayons callio-

diques).

5° Rayonnement propre de la paroi avec radioac- tivité, c’est-à-dire avec transformation interne de l’atome.

L opinion de M. Campbell est tluc cette ciii-

quième source d’ iunisation doit nécessairement inter- Bcuir dan: le phénomène. Cela résulte des exlu-

riences qui vont être décrites ri-dessous. Mais avant d’entrer dans le détail de ces expériences, il convient de se rendre compte de ce que chacune des quatre première explications a d’insuffisant par elle-même dès qu’on prétend se passer entièrement de la cin-

(1 uièlue.

1° L’activité induite peut s enlever mécaniquement

par un nettoyage de la paroi. C’est la précaution qui a

été prise par Ribhi, yyood, Campbell. L’effet paroi

ne disparait pas pour cela.

2° Le rayonnement secondaire excité sur différents métaux par la radiation extérieure supposée invariable

devrait être diminué dans tous les cas, par un même écran, dans la mémc proportion. Wood a fait voir qu’il n’en est pas ainsi du rayonnement total de la

paroi. Ce rayonnement comporte donc une partie indépendante du rayonnement secondaire.

3° Il est vraisemblable que les llléralll communs contiennent des impuretés radifères. Mais ces impu-

retés sont minimes même par rapport à celles qu’Elster

et Geitel trouvent dans la terre par exemple. Aucun

métal ne produit de quantité appréciable d’émanation,

et de plus il y a une concordance re1arquable entre

les valcurs trouvées pour l’effet à la paroi du même métal, si l’on rapproche les expériences faites indé-

pendamment sur des échantillons tout à fait divers du même métal. Le hasard _ne peut expliquer cette

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019060030203300

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invariabilité des prétendues impuretés radioactives 40 Armstrong a suggéré l’hypothèse d’une action

chimique lente à la paroi. On connait des actions chi-

miques accompagnées d’ionisation, mais jalllais de rayonnement. Me Lennan et Burton partent d’une

émission cathodique, analogue à celle qu’on observe

au rouge vif; mais le calcul montre que cette hypo-

thèse ne conduit pas à des effets assez grands ni a des

effets symétriques.

Nous sommes donc amenés nécessairement à faire entrer en ligne de compte la radioactivité propre de la ¡ualière, et il cst naturel d’adIl1CUl’e (Ille cette

radioactivité est comparable, à l’intensité près, à la

radioactivité du radium, c’est-à-dire qu’elle consiste

en une désintégration progressive de l’atome (forma-

tion d’émanations et de radioactivités induites) accoln- pagnée d’une émission de ranous 03B1,03B2 et y.

M. Lennan et Burton ont cru enectivcment démon- trer dans certains cas l’existence d’une émanation cll

étudiant la partie initiale de la courbe représentant la

chute de la radioactivité induite et en culnparant lcs

irrégularités initiales de cette courbe à celles qu’on

obtient avec le radium. Malheureusement ces irrégu-

larités n’ont été retrou vécs ni par Highi ni par Camp-

bell lui-même. Il reste donc douteux que les métaux

communs produisent une émanation. Mais nous devons remarquer que ruraniUl11, celui des éléments radio- actifs le plus voisin à coup sûr des métaux communs,

n’en produit pas non plus, et que d’une manière géné-

rale on ne voit pas pourquoi, parmi les produits de décomposition de l’atome, il devrait nécessairement

se trouver un gaz.

C’est donc l’étude du rayonnement qui seule nous renseignera sur la radioactivité des corps. A cet égard

Fig. L

il est facile de voir ce qu’on doit obtenir en étudiant

l’ionisation dans un récipient qui a la tonne d’une

boite parallélépipédique dont les parois sont supposées inactives, une face seule étant constituée d’une lame

métallique radioactive dont on peut faire varier la

distance x u la face opposée. C’est l’appareil repré-

sente schématiqucment par la figure 1 .

Si les dimensions de l’appareil ne sont pas trop grandes, les rayons et y le traverseront sans absorp-

tion sensible et l’ionisation totale qu’ils produiront

sera proportionnelle (Ul uolrcrne : en appelant

l’ionisation produite par centimètre cube, l’ionisation totale sera de ce chef égale à 1’. S. x. Elle est représen-

tnc par une droite dans la ligure 2 (courbe 1).

Les rayons cc, d’après les travaux de Bragg, ne fran-

chissent dans l’air qu’une longueur déterminée cc, au

Fig.2.2013l’ionisation due aux rayons ex cu fonction de la distance il la facc active.

cours de latlucllc ils produisent le même nombre

d’ions par unité de longueur, mais au delà de laquelle

ils ne produisent plus d’ions du tout. La longueur

est caractéristique de l’espèce particulière des rayons x.

Il résulte de là que la courbe d’ionisation due aux raaons z (ionisation en fonction de la distance de la face active) présentera un coude à la distance a et

sera ensuite parallèle à l’axe des x. C’est la courbe II de la figure 2. Si l’on superpose l’effet des rayons u,

03B2 et 03B3, on aura une courbe du genre de la courbe 111.

La théorie de Bragg permet d’ailleurs facilemeut de trouver l’équation de cette courbe; elle conl- prend un terme proportionnel à la surface du métal

actif.

Quels sont les termes correctifs à introduire dans

cette équation? On voit sans difficulté que lorsqu’on opère en l’absence d’un écran de plomb et qu’on est obligé de tenir compte de la radiation extérieure tant par ses effets directs que par ses effets secondaires,

les courbes gardent la même foi-ine, avec un léger changement dans la valeur des constantes.

-

S’il fallait tenir compte de l’émanation incluse dans le

récipient, on serait amené à introduire un terme pro-

portionnel au carré du volume. Jamais ce terme ne

s’est fait sentir, grâce à la précaution prise de laisser

l’air reposer d’abord assez longtemps pour que l’éma- nation soit u peu près complètement détruite.

-

En un il est iinpossiblc que les faces de l’appareil,

autres que la face étudiée, soient entièrement inac- tives. On élimine leur influence au moyen d’ullc cage en toile métallique, intérieure à la boite, et jouant

le rôle d’anneau de garde. L’effet perturbateur

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cette cage sera représenté empiriquement par un

terme x.

Les courbes eapérimcntales sont par exemple celles

des figures 5 a est 5 b. La courbe relative à chaque

métal a été tracée deux fois, avec et sans écran de plomb. On voit que les prévisions théoriques sont

entièrement confirinées : les deux courbes d’une même

figure ont la même allure, et l’ordonnée à l’origine

de la tangente au coude (valeur de la constante a) est

Fig. 3a.

-

Distance de la lame d’aluminium en cm.

la même pour les deux. Mais la constante a varie lors-

qu’on passe de l’aluminium au fer, en d’autres termes

le pouvoir de pénétration n’est pas le même pour les rayons i émis par l’aluminium et pour les rayons x émis par le fer.

L’analyse des courbes obtenues conduit au résultat suivant. Appelons v l’ionisation par unité de volume due au rayons et y issus du métal; s, l’ionisation totale produitc par les rayons x issus de l’unité de surface du métal, v’ et s’ les quantités analogues rela-

tives à la radiation et à l’effet secondaire qu’elle pro- duit (voir plus haut), on peut dresscr le tableau sui- vant :

Quels sont les faits essentiels qui ressortent de ce

tableau? D’abord, conformément à ce qui a été dit plus

haut, le rayonnement par unité de surface d’u111étal

ne dépend pas de l’échantillon de cc métal qu’on

étudie. Il n’est, d’ailleurs, en relation simple ni avec

la densité ni avec le poids atomique, bien qu’il soit

surtout marqué avec le plomb.

Tous les métaux, sauf le plomb et l’aluminium,

donnent lieu à un rayonnement secondaire très absor- bable. Pour le plomb ce résultat est assez surprenant,

vu l’elfet secondaire intense qu’il donne aBec les rayons X.

Comme v’ est dînèrent de zéro, l’influence de la

Fig. 5 b.

-

Distance de la lame de fer en cm.

radiation très pénétrante venant du dehors se trouve nettement établie.

Mais le fait fondamental est la variation de x avec

le 1nétal. Si ce nombre, qui mesure le pouvoir de pénétration des rayons x, varie d’un métal u l’autre,

c’est la preuve que ces rayons ne proviennent pas d’une impureté radioactive. Le nombre le plus faible

obtenu ici pour x est 8 centimètres. Il est sensible- ment supérieur au nombre 6cm, 7 obtenu par Bragg

avec le radium, et l’auteur ne pense pas que la diffé-

rcnce soit de l’ordre des erreurs expérimentales. Il

en conclut que les rayons x des métaux ne sont pas

ceux (-lu radilun ni (f aucun des produits de trans- (or1nation du radiul1L

M. Campbell a essayé d’étendre les résultats précé-

dents a certains corps non métalliques, par exemple

au soufre. Malgré les difficultés spéciales que présen-

tent les diélectriques, il croit, dans ce cas encore, avoir

mis en évidence une émission de corpuscules soit

neutres, soit positifs. L’éniission de rayons 03B1 semble donc êti-e une propriété générale (le la matière. Mais

avant que cette proposition soit vraiment établie dans

toute son universalité, il faudrait démontrer par l’ex-

périence : 1° que cette radioactivité est une propriété atomique additive, par exemple que la radioactivité du sulfure de plomb peut se calculer en partant de celles

du soufre et du plolnh; 2° que le corps radioactif se transforme lentement en un corps nouveau, chimique-

ment défini. l’eut-être a-t-on de ce fait un commence- ment de preuve dans 1" association si fréquente de cer-

tains métaux dans les gites métallifères (Sb, As et S;

Zn et lln ; Fe, Ni, Co ; métaux de la famille du platine),

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association qui ne peut être l’0153uvre du hasard. Il faut

ajouter que la radioactivité des métaux communs étant eIlBiron 10-12 fois plus faible que celle du radium, leur durée de vie doit être J 0-12 fois plus grande, et

qu’on ne peut par suite espérer constater réellement

la transmutation spontanée des métaux.

(Traduit de l’allemande et résumé par L. BLOCH)

Caractéristique des rayons 03B1 et 03B3 du Radium

Par OTTO WIGGER

Travail de l’Institut de Physique de 1 Université de Göttingen.

1. Étude des rayons x.

Malgré les récents travaux de Rutherford, Bragg,

J.-J. Thomson et autres, on ne peut considérer

comme entièrement résolue la question de la nature

des rayons x. D’anciennes expériences de Des Coudres et de Becquerel, il ressort d’une manière indirecte

que les rayons u du radium et du polonium sont cons-

titués par des particules chargées animées d’une très

grande vitesse : la charge des particules x est posi- tive, car elles sont déviees en sens inverse des rayons

cathodiques aussi bien dans un champ électrique que dans un champ magnétique. Mais cette déviation est

extrêmement faible, comparée à celle des rayons ca-

thodiques, et les expériences qui la mettent en évi-

dence sont nécessairement délicates.

Aussi l’idée était-elle naturelle de mettre en évi- dence d’une iitaîiière directe la charge positive des

rayons 7.1 par exemplc en les recevant dans un cylindre

de Faraday. C’est l’expérience qui a été faite par la- therford, mais avec un résultat entièrement négatif.

ltutherforâ, attribuant ce résultat à l’effet antago- niste des rayons secondaires, cherche à éliminer ceux- ci par déviation magnétique : il arriva effectivement de la sorte â déceler la charge positive des rayons x.

Depuis J.-J. Thomson a fait voir que le polonium (sur lequel opérait Itutherford) émet d’une manière intense des rayons cathodiques lents, et que l’effet de

ces derniers est de masquer ou même d inverseur celui des particules x.

Indépendamment de J.-J. Thomson et de Ruther- ford, M. Wigger a institué une série d’expériences qui viennent confirmer de la manière la plus heu-

reuse l’existence de rayons 03B2 très lents émis par les

substances radioactives. Sur un autre point, très im- portant également, ces expériences viennent contre-

dire l’idée généralement reçue de la déwiabilité des rayons x par un champ magnétique intense : il existe

des rayons oc llon déviables, et pour comprendre

l’intérêt de ce fait nouveau, il suffit de le rapprocher

de l’hypothèse bien connue de Soddy, d’après laquelle

les rayons x seraient constitués par des particules pri-

n1itÍvement nëu"ll’es, n’acquérant leur charge positive

qu’au cours des chocs qu’elles subissent, lorsque l’énergie mise en jeu au moment du choc est capable d’expulser un électron négatif du corpuscule 03B1.

Les rayuns x étudiés par M. Wigger sont ceux

que fournissent le radiotellure (pulunium) et le radio- plomb (radium D), précipités l’un sur un petit cylindre de cuivre, l’autre sur une lame d*argent. Les

deux échantillons se sont toujours comportes d’une

manière semblable et les courbes obtenues avec l’un étaient très sensiblement identiques à celle qu’on

obtenait avec l’autre.

Il a été possible tout d’abord, en étudiant l’absorp-

tion des rayons x dans l’air, de mettre en évidence leur caractère matériel. S’ils se comportaient en effet,

comme une simple perturbation de l’éther, leur absorption devrait être indépendante de l’épaisseur

traversée, c’est-à-dire que leur coefficient d’absorption

devrait être constant, cumme celui d’une onde lumi-

neuse monochromatique. Bien plus, au cas la per- turbation serait hétérogène, c’est-à-dire résulterait de la superposition d’ondes de dill’érentes vitesse, le coelficient d’absorption devrait diminuer avec l’upais-

seur, les ondes les plus pénétranles subsistant seules

au delà d’une certaine distance. Au lieu de cela, si les rayons 03B1 sont constitués par des particules matérielles, ils doivent, même s’ils sont

homogènes (d’égale vitesse) au début, devenir hétérogènes par l’effet des chocs ; les visses allant en diminuant sans cesse,

le coefficient d’absorption doit

croître avec l’épaisseur.

(Test ce dernier point qui a à l’électroscope

été vérifié au moyen du dispo-

à lélectroscope

sitif de la figure 1 . Le pla- Fig. 1.

teau T relié a l’électroscope

chargé et la toile métallique N reliée au sol forment

les deux armatures d’un condensateur entre lesquelles

on ionise l’air au moyen des rayons 03B1 de la substance radioactive placée à une hauteur h variable au-dessus de la toile. Le courant de saturation se détermine par la chute des feuilles d’or de l’électroscope.

1. Jahrb d. Radioak. u. Elehtr., t. II, 1905.

Figure

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