Le comportement dans une atmosphère gazeuse des rayons de recul de désintégration α

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Le comportement dans une atmosphère gazeuse des

rayons de recul de désintégration α

André Berthelot, Tosiko Yuasa

To cite this version:

96

[6] W. KUHN, Zeits. für Physikalische Chemie, B, 1929, 3, p. 14. [7] R. LUCAS, C. R. Acad. Sci., 1926, 182, p. 1022;

Annales de _{Physique, 1928, 9, p. 450.}

[8] M. BORN, Proceedings of the _Royal Society of London, A,

1935, 150, p. 84. 2014 E. U.

CONDON, Reviews of Modern

Physics, 1937, 9, p. 432. 2014 H. HOEK, Physica, 1941, 8, p. 209.

[9] W. _KUHN, Zeits _{für Physik. Chemie, B, 1935, 30,} p. 356. [10] T. M. LOWRY et J. O. CUTTER, Journal of the Chemical

Society, 1925, 127, p. 604.

[11] T. M. LOWRY et H. S. FRENCH, Journal _of the Chemical

Society, 1924, 125, p. 1921.

[12] G. BRUHAT et P. GUÉNARD, C. R. Acad. _{Sci., 1936,}

203, p. 784; Revue _{d’Optique, 1936, 15,} p. 375. [13] J. 0. _CUTTER, H. BURGESS et T. M. LOWRY, Journal

of the Chemical _{Society, 1925, 127,} p. 1260.

[14] A. COTTON, C. R. Acad. Sci., 1895, 120, p. 989 et 1044;

Annales de Chimie et de _Physique, 1896, 8, p. 347.

[15] T. M. LOWRY et H. K. GORE, Proceedings of the _Royal

Society of London, A, 1932, 135, p. 13.

[16] J. P. MATHIEU et J. PERRICHET, Journal de _Physique,

1936, 7, p. 138.

[17] W. KUHN et E. BRAUN, Zeits _{für Physik. Chemie, B,}

1030, 8, p. 281.

[18] T. M. LOWRY et H. HUDSON, Phil. Transac. _of the _Roy. Soc. of London, A, 1934, 232, p. 117.

[19] G. BRUHAT, Annales de _{Physique, 1915, 3,} p. 232 et 417,

et 1920, 13, p. 25.

[20] W. KUHN et H. L. _LEHMANN, Zeits. _{Elektrochem., 1931,}

37, p. 549; Zeits. für Physik. Chemie, B,

1932,

18,

p. 32.

[21] H. VOLKMANN, Zeits. _{für Physik.} Chemie, B, 1930, 10,

p. 161.

[22] C. B. ALLSOPP, Proc. of the _Roy. Soc. of London, A, 1934, 146, p. 307.

[23] R. SERVANT, C. R. Acad. _{Sci., 1940, 211, p. 641.}

LE COMPORTEMENT DANS UNE

ATMOSPHÈRE

GAZEUSE DES RAYONS DE RECUL DE

DÉSINTÉGRATION 03B1

Par M. ANDRÉ BERTHELOT et Mlle TOSIKO YUASA. Laboratoire de Chimie nucléaire,

Collège

de _France, Paris.

Sommaire. 2014 On étudie à la chambre de Wilson à très basse pression les trajectoires données

par les atomes de recul produits par les désintégrations de An et Ac A. Le phénomène de choc _atomique est _{spécialement} examiné et la section efficace correspondante est trouvée égale à 10-17 cm2. L’examen

des atomes _{d’hydrogène} projetés permet d’établir la relation _{vitesse-parcours} des protons de très faible

énergie. Enfin le rôle _possible des microgouttelettes d’eau dans un certain nombre de phénomènes

observés est discuté.

La traversée de la matière par des

particules

plus

lourdes _que le _noyau

_d’hélium,

animées de

grandes

vitesses,

est un

problème

dont les

physiciens

s’étaient jusqu’à

présent

relativement peu

préoccu-pés.

Cependant, depuis

la découverte de la

_rupture

du noyau d’uranium en deux

_{fragments projetés}

avec une

_grande

vitesse

_initiale,

la

_question

du

parcours de semblables

particules

s’est

posée

à

nouveau et

_quelques

travaux

_théoriques

ou

expé-rimentaux

_{[i] ont}

été récemment

_publiés

à ce

_sujet.

De ces _travaux, il _{résulte que la}

_perte

_d’énergie

se

fait surtout _par le _{processus usuel d’ionisation} et d’excitation tant _{que la vitesse de la}

_particule

est

assez

_grande,

mais,

_qu’au

f ur et à mesure de son

ralentissement

_apparaît

un autre _processus dont

l’importance

dans la

_perte

_d’énergie

_{finit par devenir}

considérable : la

_projection

d’atomes de la substance dans

_laquelle

a lieu le mouvement.

En

_1g34,

M. Joliot avait

_publié

une étude

_[2]

sur le

_comportement

dans une

_atmosphère

_gazeuse

des noyaux de recul

produits

par la

désintégration

a

des émanations

radioactives,

et avait

_déjà

mis en

évidence le rôle

_joué

par ces

_projections

d’atomes

dans le ralentissement de semblables

_projectiles.

Les

_phénomènes

observés dans ces conditions doivent

être

_analogues

à ceux

_qui

se

_produisent

en fin de

parcours des

fragments

de fission. En

effet,

la vitesse initiale de ceux-ci est environ

4~

fois

_plus

grande

que celle du noyau de recul de l’actinon par

exemple.

Nous avons

repris

les

_expériences

de M.

Joliot,

pour essayer de

préciser

les différents

aspects

de ce

phénomène

de

_{projection atomique.}

1.

_{Dispositif expérimental. -}

On utilise la

chambre de Wilson à basse

_pression

construite par M. Joliot

[3]

et

qui

avait servi au travail

_précité.

La difficulté de ce _genre de travail consiste à obtenir

des

_{photographies présentant}

une bonne définition

et _propres à être mesurées.

Étant

donné le faible parcours des rayons de recul et des atomes

projetés,

il y a intérêt à ce _{que la}

_pression

soit aussi basse

que

possible.

Le gaz

qui emplit

la chambre est _{constitué par de} la _{vapeur d’eau} sous sa

_pression

de vapeur saturante à la

_température

ambiante

_auquel

on

_ajoute

de l’air

pour obtenir la

pression

désirée. Comme M. Joliot l’avait

_{déjà signalé,}

le

_degré

de détente

_augmente

beaucoup lorsque

la

_pression

devient très basse.

De

_plus,

nous avons observé que pour une

_pression

totale

donnée,

le

_degré

de détente est d’autant

_plus

faible que la

température

ambiante est

_plus

basse,

ou, ce

_qui

revient au _même,

_qu’il

_y a _{moins de vapeur}

d’eau dans le

_mélange.

Comme ce

_qui

nous limite

vers les basses

_pressions

est

_{l’augmentation}

du

_degré

de détente

_qui

ne

_peut

_dépasser

certaines limites

qu’imposent

les dimensions de

_{l’appareil,}

on voit

qu’on

a intérêt à travailler à basse

_{température.}

Pratiquement,

les clichés dont il sera

_question

dans cette

étude,

ont été

_pris

avec une

_pression

initiale de 18 mm, soit 12 mm de _{vapeur d’eau}

et 6 mm

_d’air,

la

_température

extérieure étant C. Le

_rapport

de détente est alors

_égal

à 2, ~5. En

profitant

de certains

_jours

_{particulièrement}

froids,

quelques

clichés ont été

_pris

avec le même

_rapport

de détente et une

_pression

initiale de 15 mm. On constate sur ces derniers que les

_trajectoires

sont beau-coup

plus

fines,

ce

_qui

facilite l’examen des clichés’ Il y a lieu de _{remarquer que} le fonctionnement à aussi basse

_pression

est assez délicat et,

_qu’en

parti-culier,

la chambre est très sensible aux variations

de

_{température.}

A cause de réchauffement dû

aux

_{lampes d’éclairage,}

il est bon de

_ménager

des

arrêts

_fréquents

_{pour laisser} se rétablir

l’équilibre

de

_{température.}

L’éclairage

de la chambre a été amélioré _par

l’emploi

de

_lampes

à filament

_rectiligne

_largement

survoltées. Une

_ampoule

du

_type

110 V-iooo W

et deux

_ampoules

du

_type

110 V-5oo W sont

dispo-sées autour de la

chambre,

les filaments étant situés

au

_foyer

de lentilles

_{cylindriques qui}

donnent un

faisceau

_émergeant

horizontal. Les trois

_lampes,

réunies en dérivation

_(fig.

1)

sont connectées au

secteur alternatif 220 V par l’intermédiaire d’une

résistance et d’une self à fer de valeur

_ajustable.

Un courant

_permanent,

_{insuffisant pour} les rendre

lumineux, parcourt

alors les filaments. Au moment

de la

_prise

du

cliché,

la résistance est court-circuitée

pendant

2 à 3 sec. Les

_lampes

donnent alors un

éclair dont l’intensité est _{déterminée par la valeur}

adoptée

pour la self. En

pratique,

les

_lampes

se

trouvaient

_portées

à environ Igo V. Dans ces

condi-tions,

elles n’ont _{pas donné} trace de

_{fatigue pendant}

la durée des

_{expériences rapportées}

ici.

Le gaz radioactif introduit dans la chambre est l’actinon. Les transformations observées sont

et _{les rayons} de recul observés sont AcA et Acl3. Dans le tableau I nous résumons les

_principales

valeurs

_numériques

intéressant ces

_{désintégrations.}

L’introduction de l’actinon dans la chambre est

faite par le

_dispositif

_représenté

sur la

_figure

2.

R2

est un robinet à

_pointeau

dont la faible ouverture

est

_réglée

_{empiriquement}

et une fois pour toutes. La manosuvre s’effectue de la

façon

suivante :

Ro

est ouvert,

puis

fermé,

pour avoir la

pression

atmosphérique

au-dessus du lanthane actinifère.

Puis

_RI

est ouvert

_pendant

un

_temps

fixe de l’ordre

de

_quelques

secondes

_pendant

_lequel

l’air

_pénètre

dans la chambre à travers

_Ra

en entraînant

l’émana-tion radioactive. La détente est ensuite réalisée une

quinzaine

de secondes

plus

tard.

TABLEAU 1.

Nous avons

_pris

180

_paires

de clichés

stéréosco-piques

sur

_lesquels

_figurent

environ un millier de

désintégrations

d’An ou AcA. Le

_{grandissement}

utilisé est d’un tiers et les

_{photographies}

sont mesurées au

_{stéréocomparateur}

de Pulfrich.

~: ~ Fig. 2.

2 robabilité

de

_projection

_atomique.

--L’aspect caractéristique

que l’on

peut

observer sur

les clichés

_reproduits,

est en

_général

celui d’une

houppe

de rayons d’assez court _{parcours, dont} la

direction

_générale

est

_opposée

à _{celle du rayon} oc.

En mesurant, d’une

_part,

la

_longueur

de

_chaque

atome de recul et, d’autre

_part,

le nombre d’atomes

qu’il projette,

on

_peut

déterminer la section efficace

moyenne de

projection atomique

le

_long

_{du parcours} total.

La détermination

_porte

sur 38 _{rayons et donne} les résultats suivants :

_longueur

moyenne du rayon de recul

_(à

la

_pression

finale du

_mélange,

soit deux tiers vapeur d’eau et un tiers air sous une

_pression

totale de 8

mm) :

1 = 7,2 mm; nombre moyen de rayons

atomiques (de

longueur

supérieure

à I

mm)

projetés

par

chaque

rayon de recul

N= 5.0.

98 rfW, lç ~t~~s ;~~~~5 ’ ii ~ ~I B, 1

}L

(-’t ) _{11 t)î11B’} Dinlécule de gaz

respectivement

’.’ ’ un a en fin-don

ce

_qil

i- t 1 U l de choc _{111()B uii}

~~ ~ ~ a ~ _ ~ ‘~ !_’ 111. J, t

1)ln",

indique

> par! des

photogra-phies

duc à [ la inItiale,

1°ainoliviiill>ii de

_{qui permet}

de ndeux fouille¡ la

_huuppe

fnrnlC(1 par et de ses atomes

projetés.

dans ta direction du

layon de 1 de passer inaperçus, car

ils

sont _pal ionisaLion

_qui

pagne celul-cl

qui

amené j’j la

,1 1 ;j, t 1 ’, , j ~’ , ¡’) 1 r , 1 " 1 .. 1 LI lr tir ~~ 1 , , l 1 1 i 1 r. ’

ç>u;.du=

lois d’un alume de iecu!

conti’t- un _{atuine du gai:} Ui --1 l hont t

l’angle

1>.

_{j>i >i; vti»ii}

de latoint heurte. A

_{ΰwniyi initiàil/}

de ratuiiit en 1l1ÜU"E’ll1ent

t >

_r’

7 iint rransfcrnmtion

>iinpl

des

_équations

reuitaii!. l de la Lunselvation

juiintitàs

lc mouvement et- de ! conduit: a

Pratiquement.

1

l.’enii gi iii;axiniiii i

l

pum 1.. u i _{uLiiLUijj!ujt;LLoii}

seià’«iiiwiit .

»iiitiale -lt> _noyau ui> iiiL>ii; ai,iiil

>

100

elle est au maximum de

1/4

environ et de

_If8e

pour une

_projection

à

450.

On doit donc s’attendre à ce _{que les chocs} sur

l’hydrogène

aient une faible influence sur le _parcours

alors que, au

_contraire,

les chocs sur

_l’oxygène

ou

l’azote donnent lieu à de

_grandes

variations.

Il est alors intéressant de voir comment varie

le _parcours en fonction du nombre d’atomes

_projetés

observés. Cette variation est

_indiquée

_par la courbe de la

_figure

3.

_{Chaque point}

de cette courbe est la

Fig. 3. -Parcours des rayons de recul en fonction du nombre

d’atomes _projetés.

X point moyen obtenu en utilisant tous _{les rayons} ayant le même nombre d’atomes projetés.

o point moyen obtenu en éliminant ceux _qui n’ont pas d’atome _projeté à l’origine.

moyenne des parcours de

plusieurs

rayons de recul

ayant

le même nombre de _rayons

_projetés.

En indice,

on a

_porté

le nombre de déterminations

_ayant

servi à établir cette _{moyenne. La variation} est

_plus

rapide

pour les

premiers

chocs que pour les

suivants,

ce

_{qui pourrait}

_{s’interpréter}

en admettant que

lorsque

le rayon a été un _peu

ralenti,

la section

efficace de choc contre

_l’oxygène

est devenue très faible et il

_n’y

a

_plus

_que des chocs contre

l’hydrogène.

Nous verrons, au dernier

_paragraphe,

une autre

interprétation possible.

Nous avons

_éliminé,

_{de l’établissement des parcours}

moyens

quelques

rayons anormalement

longs

(supé-rieurs à 10

mm) malgré

un

_grand

nombre de rayons

projetés

(plus

de

₁₀₎

dont

_{l’interprétation paraît}

difficile.

3. Les chocs à

_l’origine.

- Comme il avait été

_{déjà signalé}

_[2],

une des choses les

_{plus frappantes}

à l’examen des clichés est de constater _{que du}

point

même où se

_produit

la

_{désintégration}

oc,

partent

très souvent une ou deux et même

_parfois

trois

_trajectoires

d’atomes

_projetés.

La

_probabilité

est très

_grande,

_pour que, dès sa mise en mouvement,

l’atome de recul subisse un choc avec

_projection.

Nous avons fait la

_statistique

suivante : les _rayons sont

_groupés

en trois

_catégories.

a. _{Ceux pour}

_lesquels

une

trajectoire

d’atome

projeté

au moins

_apparaît

à l’endroit de la

désin-tégration;

b. Ceux _pour

_lesquels

une telle

_{traj ectoire apparaît}

au cours du

_premier

millimètre de _parcours;

c. Les autres.

On trouve _que ces trois

_catégories

sont entre elles

comme :

_{67 : I I :}

22, ce

_qui

montre bien la

_grande

probabilité

de ces chocs à

_l’origine.

On

_pouvait

se demander si ces chocs sont

égale-ment

_probables

_{pour les} deux

_espèces

d’atomes de recul

_qui

donnent lieu à des

_trajectoires

dans la chambre. En

_effet,

en raison de sa courte

période,

AcA donne lieu à des

_{désintégrations}

au sein du

gaz. En

général,

on ne

_peut

_pas

_distinguer

si une

désintégration

donnée est celle de An ou celle

de

AcA, mais,

cependant,

il _{arrive que} les deux

désintégrations

se

produisent

toutes deux

_pendant

le

_temps

d’efficacité de la chambre et

_figurent

sur

le même cliché. L’identification est alors

_possible

et, en nous limitant à ces cas

_{particuliers,}

nous avons _{pu vérifier que la}

_probabilité

est

approxima-tivement la même _pour les deux

_espèces

d’atomes

de recul

_{correspondants,}

de

_projeter

des atomes au

lieu de leur

_{désintégration.}

4. La distribution

_angulaire

des

_particules

projetées

à

_l’origine.

- La

grande

densité

d’ioni-sation du rayon de recul et la courbure des

trajec-toires d’atomes

_projetés

rendent difficile la mesure

des

angles,

de sorte _que le nombre des

_trajectoires

pour

lesquelles

cette mesure est

_possible

d’une

manière relativement

_précise

est faible.

Fig. 4. - Distribution

angulaire des _{particules projetées}

à l’origine.

Nous avons fait deux

_statistiques

différentes,

la

première

ne

_comporte

_{que les rayons}

_projetés

seuls

à

_l’origine,

la seconde

_comprend,

en

_plus,

les _rayons

figurant

dans des groupes de deux ou trois

trajectoires

issues de ce même

_{point (courbes}

1

et II de la

_figure

_4).

Il faut _{remarquer que, d’une}

_part,

les

_trajectoires

d’atomes

_projetés

sous un

_angle

inférieur à ne

se

_{distinguent pratiquement}

_pas de la

_trajectoire

de

l’atome de recul et ne sont pas

mesurables,

et que, d’autre

_part,

les

_trajectoires

_projetées

sous des

Étant

donné le

_petit

nombre _{de rayons}

dispo-nibles,

on ne

_peut

_{pas attacher}

_beaucoup

de valeur

à la courbe I. La courbe II

_indique

l’existence d’un maximum

_égal

ou inférieur à

1~~~.

Si l’on admettait

une loi de choc

_{en 7-1}

_{pour l’interaction des deux}

particules,

on devrait avoir une

_{prédominance}

des

projections

à _goo sous la réserve faite

_plus

haut.

Or,

nous sommes très loin de cela. Au

contraire,

dans le cas du choc de deux

_{sphères rigides,}

le

nombre d’atomes

_projetés

sous

_{l’angle fi}

est propor-tionnel à sin 0 cos 0 et

_présente

un maximum

pour 0

=

45~,

ce

_qui

est assez voisin de ce _que

nous observons. Sur la

_figure

5,

nous avons

_porté

les courbes

_{représentant}

_pour des forces d’inter-action

_{en - I,}

_et

_pour le cas du choc de deux

sphère rigides

le nombre de rayons

projetés

sous

un

_angle

inférieur à 0 en fonction de 0.

Étant

donné

F"ig. 5.

que nous nous attendons à un _manque de _rayons du côté des

_angles

faibles et des

angles élevés,

on

ne

_pèut

_espérer

un accord

_quantitatif,

mais il est clair _que,

_{qualitativement,}

c’est le dernier cas

envisagé qui

est le

_{plus proche}

du résultat

expé-rimèntal.

5. La relation

_{vitesse-parcours}

des

_particules

projetées

à

_l’origine.

-

Immédiatement,

après

la

_{désintégration,}

nous _{pouvons connaître la vitesse}

des rayons de recul par

application

de la loi de

conser-vation des

_quantités

de mouvement et nous

obte-nons ainsi :

Pour AcA :

Pour AcB :

Si un atome de masse m est alors

_projeté

sous

un

angle

_o sa vitesse est donnée _par

Les difficultés

_{d’appliçation}

de cette formule sont les suivantes :

~ ° Nous ne savons en

_général

_pas

_quel

est l’atome

qui

recule. Dans ce cas, nous

_prendrons

pour V

et M une valeur _moyenne et cela entraînera une

erreur de

₄

_pour I oo au moins sur les vitesses.

L’erreur se

_produisant

tantôt dans un sens, tantôt

dans

_l’autre,

on

_peut

_espérer

une

_compensation

statistique qui

se traduira _par un écart des

_points

de

part

et d’autre de _{la courbe moyenne}

_qu’ils

définiront.

2° Nous ne connaissons _pas la nature de l’atome

projeté.

Or,

la

_plupart

des

_trajectoires

observées

présentent

une courbure

_{irrégulière}

et même des coudes sans

_apparition

d’atomes

_projetés,

ce

_qui

laisse supposer que la

particule

est

_plus

_légère

_que les atomes

_qu’elle

rencontre. Ce ne

_peut

être le cas

que pour les atomes

d’hydrogène.

Fig. 6. - Relation

vitesse-parcours des protons projetés dans le

_{mélange 1}

air

_vapeur

_{d’eau à 760mm Hg.}

Admettons donc que ces atomes sont des atomes

d’hydrogène,

nous _{pouvons établir la} courbe

vitesse-parcours

dans notre

_mélange.

Elle est

repré-sentée _par la

_figure

6, les _parcours étant ramenés à

la

_{pression atmosphérique.}

A notre

_{connaissance,}

il

n’existait,

_jusqu’ici,

aucun

_{renseignement}

sur les parcours de

protons ayant

des vitesses aussi faibles

(inférieures

à

o,6. io8

cm/sec).

Les mesures les

plus

voisines ont été faites

dans,

ou

_rapportées

à

l’air,

d’une

_part

par Blackett et Lees

[4] (de 1

à io. io8

_cm/sec)

et, d’autre

_part

_par Gerthsen

_[5]

(de

2,2 à

3,3. io"

cm/sec).

Les méthodes

102

dans la chambre de Wilson _pour Blackett et Lees

et _rayons

_positifs

_pour

_Gerthsen)

et les résultats

concordants,

ces valeurs

_peuvent

être tenues _pour

sûres. Nous

_pourrions

chercher à

_prolonger

les courbes données par les résultats de ces auteurs si nous connaissions le

_pouvoir

d’arrêt relatif de

notre

_mélange

_par

_rapport

à l’air.

Malheureusement,

nous ne le connaissons pas _pour ces vitesses et

Gerthsen a

_indiqué

_{que, pour} les vitesses des _rayons

qu’il

étudiait,

le

_pouvoir

d’arrêt de

rhydrogène

par

rapport

à l’air était de

o,4o

alors

_qu’aux

_grandes

vitesses,

il n’est que o,20. En ce

_qui

concerne

l’oxygène,

son

_pouvoir

d’arrêt relatif reste

_toujours

voisin de 1 et semble tendre vers _{0,97 pour les}

faibles vitesses.

Nous _{admettrons donc que} l’on

_peut

_extrapoler

vers

_l’origine

la courbe

_{expérimentale}

de Blackett

et Lees _{ainsi que} ces auteurs l’avaient d’ailleurs fait et nous chercherons à déduire de la

comparaison

de cette courbe et de nos résultats le

_pouvoir

d’arrêt du

mélange utilisé,

puis

de

_{l’hydrogène}

_par

rapport

à l’air.

Pour la vitesse

_cm/sec,

nous trouvons

un _parcours de

_74v-,

alors _que la courbe de Blackett

prolongée

donne

₀₁

dans l’air. Le

_pouvoir

d’arrêt

moyen relatif du

mélange

par

rapport

à l’air est donc

Si x est le

_pouvoir

d’arrêt d’une molécule

_H20

par

rapport

à « une molécule d’air » étant donné que

le

_mélange

les contient

_{respectivement}

dans la

proportion

de 2 à 1, nous avons

d’où

Si, maintenant,

r~ est le

pouvoir

d’arrêt relatif d’un atome H par

rapport

à un « _atome d’air » et si l’on admet la loi d’additivité

Ceci nous

_indique

_que

_{l’augmentation signalée}

par Gerthsen se

_poursuit

_{pour les vitesses inférieures.}

Il semble que l’on tende vers des valeurs de l’ordre de ~, ce

_qui

voudrait dire que le

_proton

en mouvement

ne

_{distingue plus}

entre les différentes

_catégories

d’atomes

_auxquels

il se heurte. Il faut d’ailleurs

remarquer que, pour des vitesses de l’ordre de

cm/sec,

la

_particule

est

_beaucoup

_plus

souvent à l’état d’atome

_{d’hydrogène}

_qu’à

l’état de

_proton.

En

_effet,

les mesures de Ruckardt

[6],

ont montré _{que pour} des vitesses de l’ordre

i .

8 f -, , libre parcours neutre

de 2,5. 1 oll

_cm/sec,

le

_rapport

libre parcours

neutre

,

’ "

libre parcours charge

était de l’ordre de 2 et comme l’allure

_générale

de

ses courbes semble

_indiquer

une

_augmentation

très

rapide

de ce

_rapport

_quand

la vitesse

décroît,

il

ne serait pas

_surprenant

_que ce

_rapport

_{prenne des}

valeurs de l’ordre de 20, pour les vitesses

qui

nous

intéressent. On se trouve alors dans une

_région

de

transition entre celle où l’excitation et l’ionisation sont les

_{phénomènes prépondérants}

dans les chocs contre les atomes, et celle où l’on a

_simplement

l’agitation

thermique.

Nous avons

_supposé

_{que les atomes}

_projetés

étudiés étaient des

_protons,

et nous avons

_déjà

donné une raison _pour

_justifier

ce

_point

de vue.

Par

ailleurs,

si l’on observe les

_points

de la

_{figure 5,}

on _{constate que, s’ils sont} assez

_dispersés

de

_part

et d’autre de _{la courbe moyenne, pour la raison}

déjà indiquée

et aussi à cause de

_{l’imprécision}

des

mesures, ils forment néanmoins un ensemble assez

homogène indiquant

par là

qu’il s’agit

très

proba-blement de

_particules

de même nature. On

_peut

supposer que ces

_particules

sont de

_l’oxygène

ou

de l’azote et refaire les calculs

_{précédents;}

on serait

alors amené à trouver _pour

_{l’hydrogène}

un

pouvoir

d’arrêt relatif de l’ordre de 2, ce

_qui

est très _peu vraisemblable.

6. Les

_grandes

déviations et

_{l’hypothèse}

de

la

_gouttelette

d’eau. - M. Joliot

[2]

avait

_signalé

l’existence sur les

_trajectoires

des atomes de recul radioactif de déviations

_{largement supérieures}

à 5° et _{par suite}

_{inexplicables}

_par un choc

_élastique

de

l’atome en mouvement sur les atomes du gaz de

la chambre.

Nous avons

_également

observé de telles déviations

anormales. La moitié d’entre elles environ se

pro-duisent à l’endroit même de la

_{désintégration}

et se

présentent

sous la forme d’un atome de recul dont la direction ne

_prolonge

_{pas celle de la}

_particule

«

correspondante.

Il y a assez souvent

_apparition

au

même

_point

d’une

_trajectoire

d’atome

_projeté.

Pour

_expliquer

ces

_grandes

_déviations,

M. Joliot avait

_envisagé

_{plusieurs hypothèses possibles}

et en

particulier,

la

_possibilité

_pour un atome resté

excité,

de libérer son

_énergie

d’excitation sous forme

ciné-tique,

lors d’un choc contre un atome du gaz.

Mais on

_peut

aussi supposer _{que les atomes} lourds

de An et de AcA

_qui

vont se

_{désintégrer}

sont entourés d’une

gouttelette

d’eau

_liquide

et, dans ce _cas,

le rayon de recul doit

parcourir

à l’intérieur de celle-ci une certaine distance. La somme des dévia-tions subies à l’intérieur de la

_goutte

_peut

alors

apparaître

pour l’observateur comme une déviation

unique

supérieure

à la valeur maximum

_permise

par les lois de conservation.

Une semblable

_hypothèse

avait

_déjà

été

pas un

_argument

décisif. En _effet, nous verrons i

plus

loin _{que le rayon des}

_gouttelettes

à

_envisager

:

doit être

_équivalent

en _moyenne à 1,6 mm de

l’atmosphère

de la chambre et l’on vérifie facilement

sur _{les clichés que la} somme des déviations sur un

tel _parcours est en

_général

nettement inférieure à la

précision

des mesures de

_coplanarité

_qui

est assez

mauvaise en raison de la faible

_longueur

des

trajec-toires mesurées.

Cette

_hypothèse

nous

_{permettrait également}

d’expliquer

la

_grande

_proportion

des atomes

_projetés

au

_point

de

désintégration.

Ce

_qu’on

observerait serait alors la somme des déviations subies le

long

du _parcours dans la

_goutte.

Nous avons vu

que, pour une

_longueur

_moyenne de _7,2 mm,

chaque

rayon

projetait

en _{moyenne 5,5 atomes,} Parmi

ceux-ci,

on en observe sensiblement un

_qui

_part

du

point

de

_{désintégration,}

c’est-à-dire de la

_goutte

liquide.

Si l’on admet _que la section efficace de

projec-tion est constante le

_long

du _rayon, on est conduit à admettre que le parcours dans la

goutte

est

en _moyenne

_équivalent

à

1

- I,6 _mm de

t, :)

l’atmosphère

de la

_chambre,

ce

_{qui correspond}

à

un _{parcours dans l’eau}

_{liquide égal}

à 12

milli-microns

_(une

_{goutte ayant}

ce _rayon

_comprendrait

environ 250 ooo

molécules).

La _{valeur moyenne} du _{parcours du rayon} de recul

se trouverait alors

_portée

à 8,8 mm.

L’hypothèse

de la

_{désintégration}

se

_produisant

dans une

_goutte

_d’eau,

_permet

_{d’expliquer}

_que

l’on ait observé des

_{désintégrations}

où le _rayon oc

n’est

_prolongé

par aucun _rayon de

recul,

son

_origine

étant

_{simplement marquée}

par une

_gouttelette

où

l’atome a dû s’absorber.

De la même manière

_{s’expliquent}

les

photogra-phies

qui

montrent, au lieu du rayon de _recul,

deux ou trois

_trajectoires

très courtes à allure de

protons :

le rayon de recul a encore été absorbé mais

_quelques-uns

des atomes

_projetés

ont réussi à sortir de la

_goutte

et ce sont les fins de _parcours que l’on observe.

En ce

_qui

concerne les déviations

_qui

se

_produisent

le

_long

_{du parcours,} il

semble,

comme l’avait

_suggéré

M.

Joliot,

_qu’un

mécanisme du même _genre

_(traversée

d’une

_goutte

_d’eau)

ou un choc contre un _groupe

de molécules

_puisse

en rendre

_compte.

On

_peut

s’attendre à ce _{que le rayon de la}

_goutte

subisse d’assez

_importantes

fluctuations et même soit

_parfois

nul. Le cas des rayons

n’ayant

pas leur

origine

dans une

_goutte

_correspondra

aux _rayons

qui

n’ont pas de

trajectoire

associée à

_l’origine,

et,

par

suite,

on devra constater _{que la}

_longueur

de

ces _{rayons est,} en _moyenne,

_supérieure

à celle des

rayons

qui

leur sont _{par ailleurs}

_comparables.

Le nombre de tels _rayons est, nous l’avons

dit,

assez

faible. Parmi ceux

_qui

ont servi à l’établissement de la courbe de la

_figure

3, on en trouve deux

_parmi

les six _rayons à

_sept

_trajectoires

associées. Ils ont

respectivement

pour

longueur,

8,1 I et 8,â mm, la moyenne des

quatre

autres étant _7,0 mm.

Il est intéressant de se demander ce _que devient la courbe de la

_figure

3, si l’on ne conserve _{que les}

rayons de recul

ayant

au moins une

_trajectoire

associée à

_l’origine.

Outre les deux _rayons

_précités,

il faut _{éliminer le rayon}

_n’ayant

_qu’une

seule

trajec-toire associée,

laquelle

ne

_part

_pas du lieu de la

désintégration,

et _{les trois rayons}

_qui

n’en ont

aucune. La nouvelle courbe ne se trouve donc définie

qu’à

partir

de deux

_trajectoires

associées et se

confond alors avec l’ancienne.

Si l’on

_extrapole

cette courbe vers

_l’origine,

on

trouve que le parcours pour zéro ou une

_trajectoire

associée devrait être de l’ordre de 7,2 mm.

Or,

nous observons

_qu’il

est en réalité environ 2 mm

plus

grand,

c’est-à-dire de l’ordre de

_grandeur

du

parcours dans la

gouttelette

que nous avions estimé

d’une

_façon

_{indépendante.}

Ainsi

_{s’interpréterait}

la discontinuité

_{qui apparaît}

sur la courbe de la

_{figure 2.}

Il _{faut remarquer que, pour} un nombre donné de

trajectoires

associées,

les fluctuations _{de parcours} sont très

_{importantes. D’après}

ce

_{qui précède,}

ces

fluctuations ne

_pourraient

être dues aux

_pertes

d’énergie

consécutives aux chocs

_{atomiques puisque}

celles-ci seraient

toujours

très faibles. Il semble que la

principale

cause soit alors la fluctuation de

la

_charge

du _rayon,

_également

consécutive aux

chocs

_atomiques,

et

_qui

doit être très

_importante

à en

_juger

_{par les fluctuations de} la densité d’ioni-sation

_qu’on

observe sur les clichés.

Il

_importe

de noter que, si une

_gouttelette

d’eau

existe à

_l’origine,

elle influe

_également

sur _{le parcours}

des

_{particules projetées,}

et les _{parcours donnés par}

la courbe de la

_figure

5 devraient être

_majorés

d’une

_{quantité comprise}

entre o et i5~. Il en résul-terait une modification

_{correspondante}

du

_pouvoir

d’arrêt par

rapport

à _{l’air que} nous avions calculé.

En

_résumé,

_{l’hypothèse}

de la

_goutte

d’eau

permet-trait de rendre

_{compte :}

1 ° Des

_grandes

déviations à

_l’origine;

~~ De la

_grande

_probabilité

de

_projection

à

l’origine;

30 Des

_aspects

anormaux de certains _{rayons de}

recul;

~[o

De la forme de la courbe donnant le _parcours

en fonction du nombre d’atomes

_{projetés (fig. 3).}

Cependant

la difficulté essentielle consiste à

comprendre pourquoi

les atomes

_qui

vont se

désin-tégrer

sont entourés d’une telle

_gouttelette.

Deux mécanisme différents

_peuvent

être

_invoqués

_pour

en rendre

_compte.

En

_premier

lieu,

on

_peut

_imaginer

_que les atomes

de An ou de AcA

_qui

se trouvent dans la chambre et

_qui

sont

_{beaucoup plus}

_{lourds que} les atomes

_qui

104

la chute du

_piston

des centres de formation de

microgouttelettes.

Si l’on _{remarque que les 9- 5oooo mol.}

en cause sont initialement

_réparties

dans une

_sphère

de

5,2.10-~

cm de rayon, que cette dimension est inférieure à leur libre _{parcours moyen,} et _{que leur}

vitesse

_{d’agitation}

_thermique

est

approximative-ment 6 .104

_cm/sec,

on _{voit que le}

_temps

nécessaire à la condensation est de l’ordre de io-9 sec,

c’est-à-dire extrêmement

_petit

vis-à-vis du

_temps

de chute du

_piston.

Une telle condensation a donc le

_temps

de se

_produire

entre le début de la chute

du

_piston

et le moment où la chambre devient

sensible,

c’est-à-dire où des

_gouttes

_{beaucoup plus}

grosses

peuvent

se former sur les

_{particules chargées.}

En ce

_qui

concerne les atomes de AcA dont la

désintégration

suit dans un

_temps

très court celle

de

An,

on

_conçoit

facilement

_qu’ils

soient un centre de condensation

_privilégié

car les

_expériences

de

recueil des atomes radioactifs par recul dans un

champ électrique

nous montrent

_qu’ils

restent

chargés pendant

assez

_{longtemps après}

la

désin-tégration qui

leur a donné naissance. Il est même

possible qu’il

en soit de même _pour An dont la

période

n’est _que de

_quelques

secondes. Cette dernière remarque

permettrait

de

_comprendre

que

les

_{expérimentateurs qui}

ont travaillé avec des

gaz lourds

(Kr, SF6)

n’aient pas observé que le

brouillard se formait

_{plus facilement,}

ce

_qui

devrait

être le cas dans notre

_hypothèse.

Ceci

_pourrait

également s’expliquer,

suivant une

_suggestion

de

M.

Joliot,

en _{admettant que la condensation} sur les atomes lourds se

_produit,

non _pas au début de la

détente de la

_chambre,

mais au cours de celle

qui

accompagne

l’introduction de An. Le

rapport

de détente est alors très élevé et le _{gaz refroidi} intro-duit dans la chambre donne certainement lieu à condensation.

_Lorsque

la détente se

_produit,

une

quinzaine

de secondes

_plus

tard,

il est à _peu

_près

certain que les

gouttes

n’ont _pas

_{complètement}

disparu

mais existent encore sous des dimensions

microscopiques.

En second

_lieu,

on

_peut

_{supposer que}

_puisque

des

microgouttes

persistent

certainement en

grand

nombre

très

_{longtemps après}

les détentes dans

_{l’atmosphère}

de la

chambre,

les atomes de An _{y sont} absorbés

par solubilité. Il est facile de vérifier par un calcul

grossier

que cette

hypothèse

ne conduit _pas à des

résultats absurdes. Si nous considérons un atome

de An soumis à

_{l’agitation}

_thermique,

il rencontrera soit des molécules soit des

_gouttelettes

_(en

négligeant

la

_présence

de

_l’air).

_{Nous pouvons}

admettre que s’il heurte une

_goutte

il _{y restera}

fixé et il est

_possible

de calculer la

_proportion

d’eau

qui

doit être _{condensée pour que}

_pratiquement

tous les atomes de An soient ainsi absorbés.

Le _{libre parcours moyen est de} l’ordre de

la vitesse _moyenne

_{d’agitation}

_thermique

est

approxi-mativement 5 . ~ o~

_cm/sec,

et _{le chemin parcouru}

pen-dant les 15 sec de

_présence

dans la chambre

_75.

104 cm.

Le nombre total de chocs subis est 2~. z o8. Il suffirait donc d’une

_gouttelette

_{pour 25.10~ mol.} non conden-sées pour rendre

_compte

des faits observés.

_Chaque

goutte

correspondant

à mol. cela

corres-pondrait

à la condensation de seulement

_{i/io oooe}

de l’eau

_présente

dans la chambre.

Comme

_chaque

cm3 contient mol.

_H,O,

il contiendrait alors environ

_{1,7. 108 gouttelettes.}

Par

_ailleurs,

on observe en _moyenne 12

désinté-grations

par détente dans les 600 cm3 de la

chambre,

soit six

_{désintégrations}

de An. On calcule

facilement,

compte

tenu de ce _{que la détente} se fait

_après

environ

_quatre

_périodes

de An et de ce _{que le}

_temps

d’efficacité est de l’ordre de sec, que dans

chaque

centimètre cube de la chambre on a introduit

envi-ron io3 atomes de

An,

soit fois moins

_qu’il

n’y

a de

_{gouttelettes.}

En

résumé,

l’hypothèse

de la

_goutte

d’eau ne

paraît

pas en contradiction avec ce _que nous _pouvons

imaginer

sur le

_comportement

de

_{l’atmosphère}

de la chambre à détente.

Néanmoins,

avant de

pouvoir

soit

_l’adopter,

soit la

_rejeter

définitivement,

il

_{apparaît qu’un}

travail

_{expérimental}

nouveau,

dirigé spécialement

dans ce _sens, est nécessaire.

Ce travail nous a été

_suggéré

_{par M.} Joliot à

_qui

il nous est

_agréable

d’adresser ici nos vifs

remer-ciements pour l’intérêt avec

_lequel

il en a suivi la réalisation et pour les conseils et

suggestions

dont il nous a fait bénéficier.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] BOHR, BROSTROM, BOGGILD, LAURITSEN, Phys. Rev., 1940, 58, p. 651-654.

[2] F. JOLIOT, Journal de _{Physique, 1934, V,} 219.

[3] F. _JOLIOT, Journal de Physique, 1934, 216.

[4] BLACKETT et LEES, P. R. S., 1932, 134, p. 658.