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HAL Id: jpa-00242520

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242520

Submitted on 1 Jan 1912

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Sur les rayons β de la famille du radium

J. Danysz

To cite this version:

J. Danysz. Sur les rayons β de la famille du radium. Radium (Paris), 1912, 9 (1), pp.1-5. �10.1051/ra-

dium:01912009010100�. �jpa-00242520�

(2)

LE RADIUM

La Radioactivité, les Radiations, l’Ionisation

JOURNAL DE PHYSIQUE

THÉORIQUE ET EXPÉRIMENTALE

MEMOIRES ORIGINAUX

Sur les rayons 03B2 de la famille du radium

Par J. DANYSZ

[Faculté des Sciences de Paris.

-

Laboratoire de Mme CURIL.]

1. Procédé radiographique de H. Becquerel.

-

Premiers résultats.

-

Parmi les problènes

relatif’s aux rayons 03B2, l’un des plus importants est

celui qui consiste à rechercher quelles vitesses pos- sèdent les rayons03B2 émis par un même élément ra- dioactif. II. Becquerel, le premier, aborda ce problème

et imagina pour cela le procédé radiographique.

Comme, depuis sa création, cette méthode n’a subi

aucune modification essentielle, si ce n’est des per- fectionnements purement techniques, je rappellerai

d’abord brièvement en quoi elle consiste.

La source radioactive doit ètre linéaire et aussi étroite que possible; parallèlemellt à elle et à une

distance convenable se trouve une fente F étroite.

Les dimensions de S et F doivent être telles que seuls des rayons à peu près normaux à S puissent être uti-

lisés. Enfin on dispose le tout dans un champ magné- tique H parallèle à S et à F.

Dans ces conditions les rayons qui sortent de F

décrivent des cercles dont le plan est norlnal a

11, S et F.

Ces circonférences sont mises en évidence au moyen

d’impressions sur des plaques photographilues pla-

cées de diverses façons. Le rayon R des cercles décrits étant une fonction connue de H et de la vitesse 03B2 des

rayons, il sul’fit de déterminer Il et Il pour avoir 03B2.

Il. Becquerel étudia par ce procédé les rayons

de 1 uranium et du radium en équilibre avec ses

descendants. Il obtint toujouis sur ses clichés un large faisceau de rayons animés de toutes les vitesses

possibles entre des linlites plus ou moins éloignées :

dans le cas du radium ces vitesses allaient depuis les

faibles vitesses des rayons cathodiques (moins de 0,5)1 jusqu’à des vitesses très voisines de celle de la lumière (0,99). Il n’observa jamais de groupement des rayons autour de certaines vitesses particulières.

Les nombreux auteurs qui ont refait ces expériences

ont toujours obtenu, jusqu’à ces tout derniers temps, des résultats analogues, au moins en ce qui concerne

les rayons du radium.

2. Méthode basée sur les courbes d’absor-

ption. - Pourtant on eut dès le début l’intuition que les rayons 03B2 devaient être émis par les corps radioac- tifs suivant des faisceaux distincts de vitesses parfai-

tement déterminées; et l’on attribua l’insuccès des

expériences radiographiques à quelque imperfection technique, notamment a cc fait que les rayons ri émis

par la source étaient défornites par la matière accu-

l11ulée au voisinage de la substance radioactive, et qui

ser%ait de support a celle-ci. C’était bien le cas des

expériences de H. Becquerel, qui disposait le sel radi- fcre au fond d’une rigole creusée dans un bloc de plomb. Ces idées sc sont trouvées confirmées par la suite.

Le procédé radiographique fut alors rejeté et on

s’adressa à une nouvelle méthode basée sur le l’ait

expérimental et les deux hypothèses suivantes : Certainsélén1cuts radioactifs (tels que UrX, RaE,AcC) pouvant facilement être obtenus il l’état assez con-

1. Les vitesses sont evaluées en prenant puur unité la

vitesse de la lumière, c.

-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01912009010100

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2

centré et aussi être isolés d’autres éléments doués de

rayons P,, on put étudier leurs rayons a dans des

conditions particulièrement favorables. On observa alors que de tels rayonnements p étaient absorbés par la matière suivant une loi exponentielle telle que

où i- est la fraction du rayonnement incident que laisse passer une épaisseur de matière x.

03BB est un coefficient qui caractérise le rayonnement 03B2

et l’écran traversé.

Cette loi exponentielle s’est trouvée vérifiée avec

une précision remarquable, notamment dans le cas

de la radioactivité induite de l’actinium.

Un faisceau de rayons étant caractérisé par sa vitesse d’émission, il a semblé tout naturel d’admettre les deux hypothèses suivantes :

a) Une émission de rayons 03B2 absorbés suivant une

loi exponentielle simple est constituée par des rayons ayant tous la même vitesse (elle est appelée pour

cet te raison « homogène »).

b) Un élément radioactif ne peut émettre qu’un

seul faisceau de rayons homogènes.

Ces deux hypothèses n’ont pas été vérifiées par

une expérience directe. Les auteurs qui les admet- taient se sont toujours contentés de montrer qu’elles

n’étaient pas en contradiction avec des expériences d’absorption. Il convient d’observer ici que les résul- tats de ces expériences dépendaient, dans de très grandes limites, et d’une façon très mal connue, des

dispositif’s employés; qu’en outre leur interprétation reposait sur l’hypothèse arbitraire qu’un rayonne-

ment 8 quelconque peut être mesuré par l’ionisation

qu’il produit dans un condensateur.

Cette théorie eut son apogée lorsqu’elle amena

M. Hahn à admettre dans la famille du thorium l’existence nouvelle d’un élément, le mésothorium 1,

qu’il parvint ensuite effectivement à isoler. Pourtant les résultats auxquels elle conduisait, loin de se coordonner

et de se simplifier, devenaient de p!us en plus com- pliqués ; ils exigeaient à chaque nouveau travail des

hypothèses nouvelles et très particulières pour être ren- dus compatibles; enfin, et ce qui est plus grave, ils finirent par devenir nettement contradictoires entre eux.

5. Reprise de la méthode radiographique.

Expérience de MM. Hahn, Baeyer et Mlle Meit-

ner.

-

Plusieurs physiciens songèrent alors à re- prendre le procédé de Becquerel, qui a certainement

l’avantage de donner des résultats d’interprétation simple et très snre. Dans cet ordre d’idées, les tra-

vaux les plus,importants sont ceux de MM. Hahn et v. Baeyer et Nllle Meitner, travaillant en général en

collaboratiou : ces auteurs étaient à l’origine les par- tisans les plus énergiques de la théorie esquissée ci-

dessus ; ils pensaient lui apporter par des radiogra- phies des preuves irréfutables. Ils parvinrent, en effet,

à des résultats fort intéressants :

En ce qui concerne la famille du thorium ils trou- vèrent que la radioactivité induite de cet élément émet 5 faisceaux distincts dont les vitesses sont :

0,95 à 0,95; 0,72; 0,65; 0,54; 0,28 (la vitesse de

lumière étant prise par unité). Le mésothorium 2

possède 6 faisceaux ; le thorium X a 1 faisceau. Les vitesses de ces derniers faisceaux n’ont pas encore été déterminées.

Pour la famille du radium, ils trouvèrent 2 fais-

ceaux dans le radium D avec des vitesses : 0,57, 0,51 ; enfin pour le radium lui-même au minimum d’acti- vité : deux faisceaux. Le radium E semble donner

un large faisceau, analogue à ceux qu’avait observés Becquerel.

Le succès de ces expériences est très certaine-

ment la constitution de la source radioactive, qui,

dans toutes les expériences de ces physiciens, est ou

bien un fil très fin activé par la radioactivité induite,

ou bien une très légère et très fine gouttière que l’on

remplit de la substance active ; de cLlte manière fut évitée la cause des insuccès qui arrêtèrent leurs pré-

décesseurs.

On ne peut pas toutefois voir dans ces résultats

une confirmation quelconque de la théorie : la deuxième des hypothèses qui la constituent est au

contraire rendue bien peu probable; car elle entraîne l’existence d’un nombre vraiment considérable d’élé-

ments radioactifs nouveaux. Quant à la première, il n’y a rien de modifié dans l’incertitude qui règne aujourd’hui à son sujet. Le seul point important qui

reste de cette théorie est le fait expérimental de la loi exponentielle ; mais au lieu de la prendre pour point

de départ d’une théorie, il convient au contraire d’en rechercher le sens physique au moyen d’expériences

directes et simples, telles que l’observation des

charges emportées par les rayons 03B2 ou bien encore

les radiographies.

4. Rayons a émis par un tube mince rempli

d’émanation du radium. - Avant d’aborder tout

autre travail sur ce sujet, et comme je pouvais dis-

poser de l’émanation provenant de 0,500 gr. de RaCP, j’ai cru nécessaire d’examiner les rayons 03B2 de la famille

du radium. J’ai entrepris dans ce but et en employant

le procédé de Becquerel, les expériences qui suivent.

A.

-

Constitution de la source radioactive.

Gomme source de rayons, je me suis servi d’un tube mince, en verre, rempli d’érnanation du radium.

La partie de ce tube occupée par l’émanation avait les dimensions suivantes : 0,01 mm. d’épaisseur; 0,2 à

0,5 mm, de diamètre "extérieur: 6 à 7 mm, de lon-

(4)

gueur. Le reste du tube était plein du mercure qui

avait servi à refouler l’émanation jusqu’à sa position actuelle; enfin comme le tout devait être placé dans

le vide, l’extrémité ouverte du tube, du côte du mer-

cure, était fermée avec une goutte de golaz, après qu’on eut introduit dans le tube un fil mince en pla-

tine. Ce fil avait pour but d’assurer une comlnunica- tion électrique entre l’intérieur et l’extérieur du tube;

sans cette précaution, les rayons et 03B2 demeurés à

l’intérieur du tube produisaient au bout d’un temps

assez court (quelques heures) un excès de potentiel

suffisant pour qu’une étincelle électrique jaillit et perçât le tube. Le mode de préparation de ces tubes

millces m’a été indiqué par M. Duane; il sera décrit ultérieurement par cet auteur lui-même.

Le remplissage d’un tel tube avec l’émanation se

fait suivant un procédé établi depuis longtemps par M. A. Debierne et qui e,t aujourd’hui d’un usage cou- rant au laboratoire de Mme Curie. Je me contenterai

d’indiquer qu’il consiste à refouler l’émanation dans le tube final, avec du mercure, après l’avoir débarras-

sée chimiquement de tous les gaz étrangcrs auxquels

elle se trouvait mnèlée ; si l’on ne tient pas à un ren- denlent théorique, on achève d’éliminer ces gaz en faisant le vide dans l’appareil, alors que l’émanation

se trouve condensée dans un tube latéral plongé dans

l’air limide; de cette façon, on va un peu plus vite.

Cette opération est certainement une des plus belles expériences que l’on puisse imaginer, tant par la ma-

gnificence des phénomènes lumineux dont on est le

spectateur

-

que par l’excellence du l’ésllltat final : il

est possible en eflét, par ce procédé, de recueillir à

quelques pour mille près et à l’état parfaitement pur, la totalité de l’émanation qui se trouve nlélallâéc a

une masse de gaz où elle nc figure que pour une fraction égale à 10- 3 environ.

B.

-

Description de l’appareil employé.

Le tube d’émanation est fixé en S par ses deux extré- mités à l’intérieur d’une boite A, comme on le voit

sur la figure ci-contre. A 1 cm. au-dessus de lui est

disposée parallèlenlent une fente F de 0,1 mm. de

largeur. A droite et à unc distance de 15 111111. est un

écran de plomb de 25 lllln. d’épaisseur. Les plaques photographiques peuvent ètre placées dans la boite A dans les positions 1 ou iL dans lesquelles elles sont

maintenues au moyen de rainures verticale latérale, d une façon parfaitement déterminée. La boîte A est en laiton avec des parois épaisses (3 mm. elle a 1 Cll1.

d(- loiig, d cln. de large et 12 cm. de profondeur. La

fermeture est réalisée au moyen d’un couvercle 1" que l’on applique simplement sur la boite ajiré., avo ir graine

les surfaces en contact R: ces surfaces ont été tut

préalable rodées avec le plus grand soin. ce mode de

fermeture s’est montré d’un emploi commode et très

sur ; son étanchéité est parfaite : toutes les radiogra- phies ont été faites dans un excédent vide, afin d’éviter la dispersion que subissent les rayons en traversant

l’air. rninode de suspension convenable assurait à la

Fig. 1.

Loi Le A une position invariable entre les pôles de

l’électroain1ant, de façon qu’on utilise toujours la même région du champ magnétique ’.

Enfin je me suis servi d’un gros électro-aimant de iveiss, qui produisait un champ uniforme à 0,01 près,

dans un volume cylindrique de 8 cm. de diamètre et

cin. du hauteur. Son champ a été étudié et mesuré

au moyen d’une balance de Cotton et Sève.

C.

-

Résultats.

Au moyen de ce dispositif, j’ai pu mettre en évi- dence l’existence d’au moins 23 faisceaux distincts de rayons 03B2. J’ai calculé leurs vitesses en faisant usage de la formule bien comme’ de Lorcntz

où e = 1,772.107 E.M.et c=3. 1010 H représentant le rdBon des circonférences décrites

par le divers faisceaux.

Ille champ magnétique.

et 3 ta vitesse des rayons évaluée en prenant c pour unité.

Le donnés numériques obtenus sont rassemblées sont rassemblées dans les tableaux 1 et il :

1.cet appareil a ete coustunit au laboratoire de Mme Curie .

par )1. I.. Ragot.

(5)

4

Tableau 1.

Tableau II.

Les nombres de ces tableaux ont été calculés en

utilisant 15 clichés différents (obtenus avec des champs H allant environ de 600 à 6000 gauss).

Ceux qui sont relatifs aux faisceaux mentionnés

« forts » sont la moyenne d’une dizaine de mesures.

Je considère que leurs deux premicrs chiffres sont

exacts; les autres nombres ont été déterminés en

mesurant directement sur les clichés (position II) la

différence entre leurs diamètres et les diamètres des cercles les plus voisins relatifs aux faisceaux

tc forts », de sorte qu’ils sont connus avec la même

précision.

J’ai mesuré le diamètre des cercles cc forts » en

comparant ces derniers à toute une série de cercles

de diamètres connus et croissants, que j’avais tracés

sur des feuilles de papier transparent, et en cher- chant pour lequel d’entre eux la superposition était

la plus exacte. Je me suis rendu colnpte que ce pro- cédé donne une précision supérieure à 1 pour 100 pour des circonférences ayant au moins 6 centimètres de diamètre. En outre, il permet de vérifier la régu-

larité parfaite des trajectoires circulaires. Pour donner une idée de la valeur expérimentale des

moyennes qui figurent au tableau, je reproduis ici

les nombres que j’ai trouvés directement pour le

produit 2 Rll relatif au faisceau 20 :

11600 , 11550; il 350; Il 400; 11 380 j Il 410 11 410; 11500; 11300; 11300; 11480; 11 1400;

Il 450;

j’ai pris pour leur moyenne le nombre 1I 410 d’où pour hll : 5700 et pour 03B2 : 0,9J7.

Toutefois ces nombres ne ;nnt Fab encore défini- tifs ; les rayons 03B2 sont, en effet, observés après avoir

traversé environ 0,01 mm. de cerre; il doit en

résulter, au moins pour les plus lents, une notable

diminution de vitesse. Des expériences sont actuelle-

ment poursuivies pour déterminer, d’une manière

générale, la diminution de vitesse que subissent les

rayons 03B2 en traversant la matière. Lorsque ce travail

sera terminé je donnerai un tableau définitif.

Des remarques intéressantes, mais de nature

qualitative, peuvent encore être déduites de l’aspect

des clichés (voir les planches ci-jointes) 1.

On observe entre les diverses circonférences des différences d’aspect très marquées :

Tout d’abord, certaines d’entre elles (celles qui correspondent aux faisceaux 1,4, 7, 10, 12, 16, 20)

sont constituées par des traits foncés, bien visihles.

On les voit aisément sur les diverses planches.

Les autres sont plus faibles ; la plupart ne sont

visibles sur les clichés que grâce à mi éclairage convenable; je n’ai pu observer que les plus fortes

d’entre elles sur les clichés obtenus dans la position 1 ;

les plus faibles ne sont visibles que sur les clichés obtenus dans la position II elles sont plus écartées

les unes des autres.

Une conclusion nécessaire de ce fait est que les divers faisceaux transportent des charges très inégales. C’est là un résultat très intéressant que je

me propose de préciser prochainement, en mesurant

directement les charges transportées.

Ces circonférences présentent encore entre elles une

autre différence très curieuse : celles qui sont rela-

tives aux faisceaux hnts, jusqu’au N° 9 compris,

sont constituées par un trait particulièrement large.

Au contraire, les autres ont à peu près la finesse qu’exigent les dimensions de la fente et de la source.

l. Les cercles désignés par la lettre A sont ceux que l’un

distingue sur les planches; par la lettre B ceux qui, visibles

sur les clichés, ne sont pas venus sur la reproduction. En

somme, ces reproductions montrent les divers aspects sous les-

quels se présentent les faisceaux ’1, 4, 5, 7, 8. 9, 10, 11, 12,

15, 16. 20. 2,2.

(6)

B:3: 8; 23: peu visibles.

2. H = 1320 gauss.

A : 1 (peu visible); 4; 7 ; 8 (peu N isible) ; 10; 12 ; 13 (très peu net); 20 ; 22.

B : 2; 5 ; 16; nettement visibles ; 23 faible,

3. H = 1 1733 gauss.

A : -t- (très peu net) ; 7 ; 10: 12: 13 (peu net 16 (peu net); 20; 2:2.

B:1;3;8;11;19;23.

4. H -2630 gauss

A : 16: ’-)t) 22: ton, très nets

B:1;2;6;9:11.

6. - H - 820 gauss.

A : 7 ; 8 ; 9 ; 10; 11 (peu visihle); 12.

B : 13.

7. - H = 890 gauss

A:7 et 8 peu nets ;10;11 ;12,13 (peu net )

B : 9.

8. - H - 1670 gauss.

A: 16, :20, peut être 19.

B: 13 14 . 13: lro, faibles . 17. 18 faible mais nets : 21.

(7)
(8)

Tout se passe donc comme si les premières étaient

en réalité produites par la juxtaposition de plusieurs

faisceaux très rapprochés, ou bien que les rayons qui

leur correspondent aient des vitesses comprises entre

des limites assez éloignées (ne dillërant pas toutefois de plus de 1 pour 100 de la valeur moyenne). Je ne

peux pas encore trancher cette question.

Les faisceaux 22 et C5 doivent ètre considérés à

part. En raison de leur énorme vitesse ces rayons

impressionnent très peu les plaques photographi-

ques ; l’intensité de leur action sensibilisatrice se trouve de très peu supérieure à celle des rayons j,

qu’il est impossible d’éviter. Il en résulte sur les

plaques un voile général qui masque absolument les

trajectoires des rayons 03B2. C’est ainsi que le faisceau 22 consiste en réalité en plusieurs faisceaux distincts (il

y en a certainement de 5 à 5) pour lesquels je n’ai pu évaluer qu’une valeur moyenne du produit RH et de

la vitesse 03B2. Quant au faisceau 25, je n’ai eu sur

lui que des indices assez vagues, je pense toutefois

pouvoir affirmer qu’il contient des rayons pour les-

quels RH atteint la valeur 2600 et p la. valeur 0,998 ; le nombre 0,996 du tableau n’est qu’une moyenne

approximative,

Ces faisceaux, animés de vitesses tellement prodi- gieuses, doivent être étudiés par une autre mélhode ;

j’espère les observer d’une façon plus précise, lorsque je mesurerai leurs charges.

Note

Ces expériences étaient terminées depuis plusieurs semaines, lorsque j’ai eu connaissance d’un travail

publié par MM. Hahn, v. Baeyer et Mlle Meitner sur le même sujet. En utilisant comme source radioactive

un fil activé dans diverses conditions, ces auteurs

sont arrivés aux conclusions représentées sur le

tableau ci-dessous :

que je les aie eliercliés, parce qu’ils sont incapables je crois, de traversier même 0,01 mm. de verrue.

Je considère toutefois comme utile de refaire

avec mon appareil, des radiographies relatives aux

rayons émis par un fil activé, afin de voir si les 23 faisceaux que j’ai observés se retrouvent dans ces

conditions. Je pense qu’une telle vérification n’est

possible qu’en utilisant une grande dispersion magné- tique, et en employant la disposition Il des plaques photographiques. Ce sont en effet les seuls clichés sur

lesquels j’ai pu observer les faisceaux mentionnés

« faibles » et « moyens ».

Conclusion générale.

D’un tube mince, rempli d’émanation du radium il s’échappe certainement plus de 25 faisceaux de rayons 03B2. Si on leur ajoute les faisceaux supplé-

mentaires observés par Hahn, Baeyer et Meitner (2 pour Ra au minimum d’activité, 2 pour Rall et

RaC, 2 pour RaD) le nombre des faisceaux de la famille du radium est porté à 29 au moins.

Cette conclusion rend extrêmement peu probable l’hypothèse d’après laquelle à chaque faisceau il

correspondrait un élément particulier.

Un autre fait important à retenir est que les divers faisceaux sont tellement différents par leur

intensité; peut-être est-il en relation avec le résultat

obtenu par M. Fajans, et d’après lequel la famille du

radium aurait une ramification, un de ses termes

donnant lieu en explosant, non plus à un seul descen-

dant, mais à deux au moins, simultanément; en

autre, l’un de ces deux derniers serait produit en quantité notablement plus grande que l’autre. De là viendraient les inégalités d’intensité des faisceaux. Il est possible encore que les faisceaux les plus faibles appartiennent aux termes de la famille du radium à évolution lente.

Tableau III.

En dehors des faisceaux 1, 2, leurs autres faisceaux

sont ceux que j’avais déj1 mentionnés dans une pre- mière note; ce sont les faisceaux que l’on trouve le

plus facilement; ils sont probablement identiques aux

faisceaux que j’ai numérotés ; 1, Í, 7, 10, 12, 16, 22.

Les 2 faisceaux les plus lents du tableau ci-dessus n’ont pas pu être observés dans mes expériences, bien

Toutes ces questions rendent nécessaires 1 étude de l’évolution radioactive attachée à chacun des fais-

ceaux observés. Je me propose de l’aborder aussitôt que j’aurai des renseignements suffisants sur la nature de chaque faisceau.

Manuscrit reçu le 18 Novembre 1911.]

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