HAL Id: jpa-00242225
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Submitted on 1 Jan 1907
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B. Kucera
To cite this version:
B. Kucera. Sur le rayonnement du polonium. Radium (Paris), 1907, 4 (2), pp.75-84. �10.1051/ra- dium:019070040207500�. �jpa-00242225�
Sur le rayonnement du polonium
Par B. KUCERA,
[Laboratoire de l’Institut de physique de l’Université de Prague.]
E me permets d’exposer dans ce journal les tra-
vaux (PIP j’ai faits en collaboration avec B Ma-
sek
sur le le polonium. Il s’agit de la nature du rayonnemet émis par par le plonium , de son absorption par les métaux cl les gaz ri dit ryonnemet secoli-daire 1.
I. - Nature du rayonnement du polonium.
Le dispositif de mesure se comprend sans cxplica-
1 ion d’après la figure 1. V est un cylindre de verre épais, dr pIns (le 20 de haut et de 5,5 ccn-
lilètres de diamètre intérieur fermé en haut par un
Fig.1.
bouchon d’ébonite Z traversé par un tube de laiton où se meu-
%ont trois tiges. Deux
de ces tiges portent des disques de toile métallique de 5 cen-
timètres de diamètre,
latine centrale porte
un disque de laiton
sur lequel on peut.
coller le disque de
enivre recouvert de
polonium. La toile
J métallique K est à
mailles fines (2 000
an cInq) et forme avec
1 la lame L le conden- sateur de mesure où l’on détermine l’ioni- sation. La toile () à mailles larges (64 an cmq) peut être chargée au
moyen d’une pile sèche et forine avec la lame K un
condensateur de garde dui empêche la diffusion des
ions venant de la région au-dessus de 0 dans le con-
densateur de mesure. Pour que cc dernier reçoive des
rayons ayant franchi sensiblement la même distance dans l’air on a placé sur la préparation un écran repré-
senté schémahquement sur la figure1, et qui se com-
pose de tubes de Berre parallèles à l’axe, de 12 milli- métrés de long et 2,2 millimètres d’ouverture. La 1. Ces travaux ont rait l’objet de deux communications à l’Académie de Prague (16 février et 8 juin 1906. Le Raduim
III. pages 185) et 313),
vitesse de ch11te de ta feuille d’or sert de mesure à 110- nisation. On la détermine au moyen d’un mcroscope
à oculaire micrométrique de duex chronomètres La manière dont varie l’ionisation quand on rapproche progressivement le polonium du cosideartion se voit
sur la figure 2 . Cette figure correspond à une pression
Fig-. 2.
du 733 millimtres et une temprature de 9e ,4 C..
l’épaissetir KL dll condensatcnr de mesure étant
0,55 centimètres. ()n yoil l’action caractéristique d(’s
rayons u, le maximum de l’ionisation pour une dis-
tance déterminée, conime il résulle des travaux bein
connus de Bragg. Le parcours des rayons x du polo-
nium est 4,0 on
!t, 1 centimètres dans les condi- tions de l’expé-
riencc. La courbe 1[ esl la courbe de Bragg pour le radium C, lc’s ordonnées étant, réduiles, de 2 3
On a comparé
aussi le rayonne-
ment d’une pre- Fig. 3.
paration vieille
de deux ans avec celui d’une préparation fraiche,
mais on a dû supprimer Iccran ;t tubes ,qui affai-
blissait trop les effets (hl a emplyé n11 écran de
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019070040207500
carton avec une ouverture de 1 centimètre et un
condensateur de mesure de 4 millimetres d’épaisseur.
Les résultats sont reproduits dans la figure 3 ou les
deux et Il sont tracées a la même échelle.
Pour faciliter la comparaison, on a transforme la courbe 111 en multipliant 1 tolites les abscisses
par 16. A cause de l’inégal parcours des rayons.
qui arrivent dans le condensateur te maximun d’io- nisation est un peti rapproché de celui-ci Oit Noit
pourtant que l’âge de la préparation ne modifie pas la
nature de son rayonnement, l’endroit ou l’ionisation commence et celui oh elle est maximum sont demeu- res invariables. Seul le nombre des rayons x émis diminue.
IL - Absorption par les métaux.
L absorption des rayons x par des lames métalliques
minces se manifeste dans la méthode de Bragg par un abaissement de la courbe d’ionisation. Ainsi la figure 1-
se rapporte au cas ou l’on intercale entre la préparation
et l’écran a tubes d’abord une puis deux feuilles d’a- luminium. On a fait des expériences senlblahles avec
d’autres métaux, les résultats sont consignés dans le
tableau 1.
Tableau I.
La première colonne contient le poids par ceii- centimètre carre, la deuxième le produit de la densité
de l’air par l’abaissement de la courbe d’ionisation,
la troisième donnele rapport j /II, c’est-à-dire apprend
combien de fois le métal en question est moins absor- bant que l’air. Les nombres entre parenthèses sont
ceux de Bragg, qui a opéré sur le radium C. Le même auteur remarque que le produit V-poids atomique
XIII est presque même pour tous les métaux, ce
que nos nombres confirement également la valeur
moyenne de la con- stante étant 4,37
pour Bragg et 4,30
pour nous.!! sem- ble pourtant que la valeur de ce pro- duit augmente un peu aICC 1(’ ponts atomique l’or seul
faisant exception,
mais la feuille d’or etaitia moins régu-
licrc de toutes et
donnait par suite Fig. 4.
terreur maximum dans la détermination de rabais-
sement qu’on évalue à 5 pour 100 près.
Dans ses reclierches sur le rayonnement,x du radium
C. llragg introduit une grandeur nouvelle, le pouvoir
d’arrêt ou pouvoir d’absorption atomique. Il a été
conduit à considérer cette grandeur par suite du rôle
important que joue le poids atomique dans l’abaisse- ment de la courbe d’ionisation.
Une couche d’aluminium agit 1 fois plus qu’une
Une couche d’aluminium agit 1 1,242 fois plus qu’une
couche d’air de même masse. Or, l’air se compose
à peu près de 4 parties d’axote et d’une d’oxygène, de
sorte que son .1’ moyen est 16+4,14 3
sorte que son poids atomique moyen est
=14, 4, son poids moléculaire moyen 28,8 Ct laraeine
carrée , moyenne
... 4 V-14 + V-16
carrée moyenne du poids atomique O
=3,79. Le poids atomique de l’alumininm est 27,1
et V-27,1 1. Si donc nous voulons comparer des
couches d air et d’aluminium contenant le même nombre d’atomes, c’est-à-dire dont les masses sont
dans le ranport des poids atomiques, la couche d’alu-
minium 27, 1 14,4 1 1,242=1,52
lois plus effi-
cace que l’air. Ce nombre est précisément te pouvoir d’absorption atomique de l’aluminium rapporté à l’air
comme unité. Les nombres obtenus eu multipliant les
nombres de l’avant-dernière colonne ’par le facteur
V-poids atomique sont 14,4
portés dans la dernière colonne du tableau T. Les nombres entre crocliels sont ceux.
de Bragg (rayolls x du radium C), ceux entre paren- thèses sont les anciens nombres de Bragg. Ces nombres
sont en moyenne intérieurs de 3 pour 100 aux nôtres, mais en bon accord avec eux. Les pouvoirs d’absorption atomiques sont évidemment proportionnels à la racine carrée du poids atomique, mais le facteur de propor- tionnalité semble augmenter légèrelllent avec le poids atomique.
III. - Absorption par les gaz.
On a tracé aussi des courbes d ionisation dans l’air, a dinerentes pressions, dans l’oxygène et dans l’acide
Fig. a.
carbonique. Le tube de Berre était hermétiquement
clos ci rClllpli du gaz éluilié. Les résultals soul rêpré-
sentes figure 3 par les courbes l’H trails pleins.
La courbe I se rapporte à l’air sous 332,3 mm. de pression et al 16°,5 C.
La courbe II se rapporte à r air sous 65 mm. de
pression pt à 16° ,3 C.
La rourl wIll serapporte it l’air sous 7:)0 mm de pression et à 16° , 3
La courbe O2 se rapporte II l’oxygne sous 742,5 mm.
de pression est à 15° C.
La courbe CO2 se rapporte à l’acide carbonque souq
752 mm. de pression et à 13°,7 C.
Les courbes digèrent nettement de celles de la fi g. 4.
Cela ticnt u ce qu ici le milieu (agir, O2 CO2) ne se
trouve pas seulement entre la préparation et le con- densateur, mais dans le condensateur même. Pour obtenir des courbes d’où l’oit puisse déduire l’absorp-
tion comme précédemment, nous devons construire les courbes idéales qu’on obtiendrait si le nouveau
milieu ne se trouvait qu’entre la préparation et le condensateur, ce dernier étant rempli d’air a 730 mm.
et 16°,3 C. En d’autres termes nous devons remplacer
la courbe 1 par la courbe I’ qu’on observerait dans l’air à 7a0 mm. et 16°,3 C. D’après des mesures de
Strutt, l’ionisation relative de U., et CO2 haI’ les rayons x est sensiblement proportionnelle à la densité.
Ceci reste vrai dans d’assez larges mesures pour l’air
sous différentes pressions. (h1 trouve alors la courbe d ionisation idéale l’ par les formules suivantes :
1,2 et ’2,8 sont les courants de perte en l’absence de rayons a. Les ionisations ainsi calculées sont portées
en pointillé sur la Hg. j. En agrandissant les courbes
sur du papier quadrille, on a pu calculer les parcours des rayons pour ditlerentes intensités d’ionisalion.
Si l’un forme les rapport des parcours :
et les rapports inverses des pressios
on voit qu’on a , dans la limite des erreures d’expé-
rience, la loi suivante : Pour le même gaz (air) les parcous qui correspondent il des ionisations égales,
à des vitesses égales dés rayons a, sont
univeresement proportionnels aux presseions (desités)
Pour O2 et CO2,les parcours correspondant aux
ionisations 10 et 20 ont été empruntes d’une part aux
courbes réduites 1’, d’autre part aux courbes non ré- diiites, car sur les courbes l’ l’ionisation maximum du gaz, dont il sera parlé plus loin, est très dinérente de celle qu’on observe dans l’air (courbe lll), ce qui change l’inclinaison de la partie rectiligne de la courbe.
On a trouvé ainsi les parcours suivants :
Si nous formons de nom eau les rapports de ces
nombres et de ceux de Pair (courbe lll), nous obtenons :
Pour loxygéne: O,H1.8 0,950 0,957 0,9i5.
Moyenne 0,945.
Pour l’aride carbonique : 0,662 0,665 0.647 0,670. Moyenne 0,661.
l,c racine carrée moyenne du poids atomique dc
l’air ti été trové égale ii :),7U, pour l’oxygne Olt trouve
2 V- 16 2 =4 pour CO2 V-12+2V-16=5,75.Le rap-
ports de ces nombres à ceux de l’air sont 0,948 et 0.662, ils sont donc égaux à la moyenne dcs rapporls
incrses des parcours. Lcs nombres fournis par r ioni- sation i0, qui sont peu affectés par la réduction, sa- tisfont déjà très bien par eux-mêmes a cette relation.
(lll peut donc dire que dans différents gaz sous la même pression, les parrcours correspondant il des
rayonsq x de même vitesse sont inversement propor- lionnels il la racine carrée moyenne du poids atomique
Les nombres donnés font voir que le pouvoir d’ab- sorption atomique de O2 el CO 2 est très exactement égal à la racine carrée mouenne du poids atomique,
c’est-à-dire à 1,05:1 pour 0.,, ti 1,511 pour CO2.
IV. - Remarque sur la inesure de l’ionisation relative de différents gaz par les rayons Y..
Pour les rayons B et y, qui traversent facilement des couches de matières épaisse l’ionisation relative
dans différents gaz est délilie par le rapport des cou-
rants de saturation, ce qui suppose implicitement que le rayonnement est le même les deux gaz, ce qui
est réalisé ordinairement. pour les rayons la x chose est toute différente. Ces rayons sont modifiés par le, passage à travers des couches gazeuses relativement très petites, leur vitesse et leur pouvoir d ionisation
change, et cela d’une manière différente pour les mêmes épaisseurs de différents gaz. La définition de l’ionisation relalive iie garde donc de sens yllu si 1"oit
opère avec des rayons de même vitesse. Il s en suit
qu’on ne peut la mesure méthodiquement qu’en comparant, par exemple, les ionisations maximum obtenues dans dillérents gaz à la même température
et à la même pression, car ces ionisations corres-
pondent dans les deux cas à une seule espèce de
rayons, définie précisément par son pouvoir d’ionisa
tion maximum. La substance radioactive doit être
présente en couche extrêmement mince, comme c’cst le cas aBcc le radium C ou le polonium. Si cette con-
dition n’est pas remplie, la surface émet des rayions
beaucoup plus rapides que l’intérieur, de sorte qu’on
a affaire à 11n mélange de ravons de vitesses différentes.
Le condensateur de mesure doit avoir l’épaisseur la plus petite coiiipatilile avec la sensibilité de l’appareil.
La méthode usuelle ne satisfait pas a ces conditions, Un place la substance radioactive sur le plateau inl’é-
rieur d’un condensateur assez large, et cela sous
forme de poudre inégalement répartie. Les résultats peuvent dépendre alors des dimensions et de la forme du condensateur.
Revenons II nos expériences. Si nous divisons les ionisations 1 par l’ionisation relative, tes maxima des courbes l’ ainsi obtenues, c est-a-dire des courbes
pointillées de la Jig. 5, doiwnt avoir les mêmes abscisses. Ceci est suffisamment bien vérifié pour l’air
sous différentes pressions, bien qu’aux hautes pres- 8ions les nombres présentent déjà des écarts systéma- tiques : 34,1, 33,5 et 33,0.
Mais pour l’oxygène nous obtenons 30, pour l’acide
carbonique 28. Ceci peut tenir à deux causes : 1° Ou
bien les nombres de Strutt, obtenus par 1 ancienne méthode, sont dét’ectueux; 2° ou bien on n’a pas le
courant de saturation, Il est impossible de rien dire
sur la première cause tant quoi n’aura pas de nombre satisfaisant aux conditions requises. Mais l’importance de la seconde cause ressort clairement
des derniers travaux de Bragg, d’oll il.résultc que la saturation n’est atteinte dans les gaz complexes
comme CO2 qu’aux très hauts potentiels. Pour avoir
une idée des ordres dc grandeur, rappelons nue
Bragg a trouvé que dans le chlorure d éthyle on a les
75 pour 100 de la saturation à 600 volts pour un condensateur de t)-4 millimtres d’épaisseur et un
courant de saturation de 3.10 -13 par cm2 Dans nos expériences le champ était de 670 volts,
l’epasaieur du condensateur 3,3 et la
densité de courant 1 . 10-13 ampère. Si nous admettons
l’exactitude des nombres de siruit, c’est-à-dire la pro-
portionnalité des nombres de strutt ,c’est-à -dire la pro- ii manquerait au courant dtiis pour 100. el dalts
Co213 pour 100 pour la satuation.
N’. 2013 Anciennes mesures d’absorption
des rayons a par les métaux.
Mme Curie el Putherford et Brooks ont rait jadis
des mesures d absorption sur les rayons du polonium, qui apparaissent sous un jour nouveau dans l’état
actuel de nos connaissances. On a reproduit le dispo-
stif de Mme Curie d’après le schéma de la lio. 6. La
lame PI’ de ),8 centimètres de diamètre reliée à un
Fig 6.
électroscope et le fond
PT d’un récipient cyclin- drique forment un con-
densateur de -) centimè- tres d’épaisseur, utilise
aussi par Mme Curie. Le rayonnement issu d’un
disque central de 0,8 cen timètre dépaisseiir arriBe
dans le condensateur par l’ouverture T (diamètre de 1,4 cm.) qui est cou-
verte d’une toile métal-
lique fine. La préparation
active pouvait être recou-
verte de ! une des feuilles métalliques utilisées précé-
demment, qu’on fixait en 1 au moyen d’un anneau et de ;) pinces.
Nous nous sommes proposés de montrer qu’on
n’obtient pas de résultats uniformes avec un dispositif
de ce genre; la forme des courl)cs d ionisation permet
de prévoir ce qui doit se passer. Mme Curie a trouvé par expérience que (( les rayons du polonium sont,
d’alliant plus absorhables qu ils ont déjà traversé une épaisseur de matière plus grande. Cette loi d’ahsor-
ption remarquable est en contradiction avec celle
qu’on a trouvée pour les autres radiatiosn )). Et plus
loin « si l’on recouvre la substance active d’une feuille d’aluminum de 0,01 millimètre d’épaisseur, l’absor- ption produite par la est d’autant plus grande que la distance AT est plus grande. Si l’on superpose u la
première feuille d’aluminium une seconde feuille
identique, chaque feuille absorbe une fraction du
rayonnement incident, fraction plus grande pour la seconde feuille que pour la première, de sorte que la
seconde parait absorber davantage )). Ces proposi-
tions sont confirmées par les expériences de Mme Curie.
Elles sont aussi conurmees par les nombres suivantes, tires d’une de nos séries d’expériences un pp’ était
égale à 3 centimètres.
1. Mme CURIE; Thèse,
distance Ap.... 3,3 3,0 2,0 1,0 0,3cm.
Pour cent de rayon- nement transmis
par 1 feuille d’a-
luminium.... 0 :;0 30 63 86 100 Par ’:2 fcuillcs d’a-
luminium. , .. 0 0 10 23 48, 3 64 Pour expliquer ces expériences il suffit de se rap-
peler la forme des courbes d ionisation. La figure 7 représente quelques-unes de ces courbes pour un con- densateur suffisament étroit (1) et pour nue (ll) on
deux (1 Il) feuilles d’aluminium absorbantes. Si le
Fig. 7.
condensateur est large, on n’obtient pas de maximum
bien net de l’abscisse, comme on le NoiL clairement
d’après nos mesures et comme oii la aussi vérifie
expérimentalement pour PP’=3 centimètres. Les courbes d’ionisation on[ à peu près la forme de la
partie AB de la figure 7. Les propositions de Mme Curie
se laissent alors lire directement sur celte partie de la ligure. Dans notre expérience avec des feuilles beau- coup plus minces, nous sommes armes a peu près an point C, et par suite,a la distance AT=0,3 centi- mètres, la première feuille d’aluminium ne donne pour ainsi dire plus d’absorption. Mais bi nous choisissons le condensateur plus étroit, pour que le maximum soit mieux marqué sur les courbes, nous obtenons facile-
ment ce résultat que la couche d’aluminium semble renforcer le rayonnement, et ainsi une absorp-
tion négative. Par exemple pour PP’ = 1 ,2 centimètres, AT -1,1 centimètre, le courant sans teuitte d’alumi- nium est 37,0 avec une feuille 42, 1 avec deux 38) de sorte que le rayonnement transmis par la première
feuille est 111 pour 100, par la deuxième 91,3 pour 100
du rayonnement incident, Il serait inutile de chercher a expliquer cela pilr 1111 rayonnement secondaire,
comme le montre m1 coup (ro’il sur la figure 7. Il
est calir que nous nous trouvons à peu point D
de la courbe d’ionisation Si notre expliction est
exacte, on doit arriver eu rapprochant davantages la préparation a donner également a ta seconde feulle
d’aluminium un pouvoir absorbant C’es[ effec-
tivement ce qu’on a trouvée pour AT=0,7 centi-
mètres. Nous avons obtenu pour les courants sans
feuille, Lille feuille et avec deux feuilles d’alumi- nium les Valeurs 65,3 74,3) et 76,5, connue cela doit nécessairement être le cas (t’après la figure 7 pour des distances AT plus petiles que E
Les propositions de Mme Curie sont donc des Cas spéciaux qui ne sont valabless que pour une épaisseur
déterminee du condensateur et de lU feuille ahsor-
bante, comme aussi pour une distance déterminée AT de la préparation. La methode empolyée par Mme Curie
n’est pas propre u lal détermination des constantes
d’al)sorptioii des rayons x.
Mme Curie a encore fait d’autres expériences oit la
substance active était placée directement sur l’ouver- ture T soit -Il l’intérieur, soit à l’extéieur du conden- sateur (AT=0), les feuilles absorbantes se plaçaicut
sur la préparation. Ce dispositif ressemble à celui de
Hutherford, oit la substance active était placée sur la
face interne de l’armature inférieure d’un condensateur
plan. La seule différence est que Rutherford a emplyé
une grande surface rayonnante (JO centimètres carrés),
Mme Curie une petite (autant qu’on en peut juger par la fige 8 de son ouvrage). Nous avous reproduit ces expériences en fermant l’ouverture T (fig. 7) au
moyen d’une lame métallique épaisse et CIl mettant la préparation recouverte d’un écran convenable sur le
plateau PP.
Mme Curie a obtenu (d. c. p. 68), pour la iraiis- parence de 7 feuilles d’aluminium mince les nombres O,69, 0,94, 0,95, O,Ul, 0,92, 0,95, 0,91, conslants
si l’oi fait abstraction du premier. Rutherford et Miss Brooks au contraire ont employé des feuilles d’alumi- nium plas épaisses et trouvé les nombres très discor- dants 0,41, 0,51, 0,17, 0,067. Nos expériences avec petites surfaces rayonnantes (0,8 centimètres de dia- mètre) nous ont montré que nous pouvions a volonté
obtenir des nombres d abord croissants ou décrois-
sants selon l’épaisseur PP’ du condensateur. Pour
pp’ == 2,6 centimètres, nous avons obtenu les nombres :
0,67 0,62 0,52 0,46 0,50 0,0,
pour PP’ = 0,8 les nombres :
0,66 0,(iî 0,69 0,34 1 , 12 0,0.
Pour des épaisseurs très faibles de la feuille absor-
haute, les premiers nombres seraient presque cull-
1,12 dans la seconde série avait 1 pour cause que 1 a mise en plce de la
les parties finales (fortement ionisantes des pat’conrs
des rayons;en efft , chaque feulle d’aluminium équi-
vaut à une couche d’air d’environ 0,7 centimètre, de
sorte qu’en retranchant du parcours 4,1 centimètre)
5 lois 0,7 centimètres, il reste un parcours de
0.6 centimètres environ pour les rayon 03B1 . Dans des expériences avec une surface rayonnante plus grande (6 centimètres carrés), nous avons obtenu pour PP’-2,8 centimètres, les nombres 0,73) , 0.62,
0.54, 0,16 0,32 , 0,0 et pour PP’- 0,0 centimètres,
les nombres 0,66, 0,69 , 0,61, 0, iH, 0,26, 0,0.
Toutes ces expériences montrent que les méthodes
de Mme Curie et Rutherford ne donnent pas des résul- tats généraux sur l’absorption 03B1 à cause de
la variation des propriétés de ces rayons (parcours et action ionisante) avct’ le chemin parcouru dans le gaz.
Pour l’étude des rayons B Y elles rendent an con-
traire les meilleurs services.
Ce qui précède demenre vrai dans le cas du radium dont te rayonnement a à l’état d’équilibre est encore beaucoup plus compelxe .
YI. - Autres expériences sur l’absorption
des rayons CI..
Comme iln’est pas impossible nue le rayonnement 03B1 donne lieu à un rayonnement secondaire, on a trace deux courbes d’ionisation où deux feuilles absorbantes l’ une d’aluminium, l’autre d’or étaient intercalées, ensemble entre la préparation et 1 écran à tube, l’ordre
des deux feuilles pouvant s’intervenir. Les deux courbes coïncident aux erreurs d expérience près, la
différence des ordonnées dans la partie rectiligne ne dépassant pas 0,;) millimètres ce qui est à la limite de la précision aBcc laquelle on connaît la distance entre la préparation ct le condensateur. La combinaison Pt-Al a donné un résultat semblable. On peut donc dire que si les raBons 7. donnent sur dineren’s métaux des rayonnements secondaires différents, leur effet
après traversée de 1,8 centimètres dair et du champ électrique du condensateur est trop petit pour être apprécié mcc certitude. D’ailleurs cette métitode à
cause de la faible inclinaison de la partie rectiligne de
la courbe, n’est pas appropriée à la mise en évidence d’un rayonnement secondaire.
VII. - Relation entre l’absorption et la vitesse
des particules x.
Pour déterminer si l’absorption des rayons a dans
les métaux est fonction de leur vitesse, on a tracé des courbes d’ionisation d’abord en mettant la feuille absorbante au contact mème de la préparation, ensuite
