La charge et la nature des particules α$$1

La charge ^{et la nature des} particules ^03B11

Par E. RUTHERFORD ^et H. GEIGER [Université de Manchester.

Laboratoire de physique.]

Dans ^un précédent ^mémoire, nous avons déterminé le nombre de pa1-ticules ce que lance, par seconde, ^un gramme ^de radium, ^en employant ^{une méthodc}

directe de numération. Ce nombre une fois _connu, on

peut déterminer la charge transportée par chaquc particule, ^{en mesurant la} charge ^totale transportée

par ^les particules ^u qu’élnet, ^{en une seconde, une} quantité ^{connue de radium.} Le radium C ayant ^été

employé ^{comme source de} rayonnement ^{dans les} expé-

riences de numération, nous avons jugé ^{désirable de}

déterminer directement la charge transportée ^{par les} particules oc qu’émet ^cette substance. Il _y ^a quelques

années 2, ^{l’un de nous a} étudié les conditions expé-

rimentales nécessaires pour ^une détermination pré-

cise de la charge ^totale transportée ^{par les rayons x,}

et a mesuré la charge que transportent ^les particules qu’émet ^une pellicule ^{mince de radium} proprement dit. Dans les présentes expériences, la même méthode

générale ^{a été} employée, ^{avec certaines} modifications rendues nécessaires par le choix du radium C comme source de rayonncment ^(1..

La figure 1 fait voir aisément le dispositil’ expéri-

mental. Un tube cylindrique ^{de verre HH, de 4 cn1S. de}

diamètre, ^{est fermé à ses} extrémités par des bouchons de verrc rodés D et E. La source de rayonnement ^Il

est portée ^{par le} bouchon inférieur E. Le rayonnement qu’elle ^iournit pénètre dans la chambre d’expérience qui ^est rigidement ^{liée au bouchon D au} moyen d’un tube d’ébonite F. La chambre d’expérience ^{consiste en}

deux plateaux parallèles ^{A et B,} à 2 mms. de distance l’un de l’autre. Dans la plaque ^{de laiton B est} prati- quée ^{une ouverture} circulaire, ^de 1,92 ^cm. de dia- nlictre ; ^elle est reeoucerte d’une mince feuille d’alu- mirliunr e. La chambre supérieure AC consiste en un

récipicnt ^{de laiton,} peu profond, ^{de 2cm,5 d’ouver-}

ture, fermé également ^{à sa} partie inférieure par ^une mince feuille d ’ahuniniul1). La plaque ^{B est reliée, à}

travers la paroi du luae de verre, u l’un des pôles ^d’une

batterie dont l’autre pôle ^{est au} sol. La chainbrc .1C, isolée de la plaque ^{B, est rcliéc à l’une des} paires ^de quadrants d’un électrometre Dolezalek, dont l’autre

paire ^{est au sol.} L’appareil ^{tout entier est} placé ^entre

les pôles ^{NS d’un} grand éleclro-ainiant, indiqués ^sur

1. Mémoire présente à ^la noyai Society ^{le 19} juin ^{1008 et} communique par les ^auteurs.

2. RUTHERIFORD. Ylcil. Alag., ^{août ’1905.}

;). Chaque feuille d’aluminiurn arrêtait les i-anons ^{cz à} peu près ^{comme :J} millimètres d’air.

la figure par des lignes ponctuées, ^{de sorte} que les rayons ^x, dans leurs parcours de la source Il à la chambre d’expérience, traversent un champ 111agné- tique ^intense.

Une fois la matière active placée, l’appareil ^était

vidé au moyen d’une pompe Fleuss. L’évacuation était

Fig 1.

complétée ^au moyen d’un tube ^contenant du charbon de noix de coco et plongé dans l’air liquide. ^{Il faut,}

dans ces expériences, ^obtenir le vide le plus complet possible, pour réduire ^au minimum l’ionisation du gaz résiduel par les rayons ^oc. Sinon, ^la charge posi-

tive communiquée ^{à la} plaque supérieur par l’ah-

sorption ^des particules oc ^devient beaucoup plus ^faille.

Outre cette condition portant ^{sur le} degré ^du vide,

il est nécessaire de placer la chambre d’expérience

dans un champ magnétique intense. On sait, ^en enet, que les particules ^a, dans leur passage ^;’i 1 r3 B ers la

matière, ^{libèrent un} grand ^nombre d’électrons de faible vitesse, ^ou rayons 1 ^{comme les a} appelés

J.-J. Thomson. La présence ^d’un grand nolnhre de

ces particules négativement chargées ^et frappant ^la

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190800509026500

chambre d’expérience masque complètement l’effet de la charge positive portée par les particules ^{ce. En} pla-

çant la chambre d’expérience ^{dans un} champ magné- tique intense, ^les particules négatives de faible vitesse décrivent de très petites ^{orbites et} reviennent sur la surface qui ^{les a} émises. De cette manière l’effet per- turbateur des rayons d peut ^être complètement ^éli-

miné. Étant donné leur très faible vitesse (108 cm/sec environ) ^et leur faible _masse, un champ magnétique

d’intensité moyenne suflit pour atteindre ^{le but} pro-

posé. ()n remarquera que le bombardement des par- ticules x ne se fait pas directement ^sur la plaque supérieure ^{AC, mais} qu’elles passent ^{d’abord à tra-}

vers une mince feuille d’aluminium. Cette disposition

était prise pour diminuer ^autant que possible ^le

nombre des particules d ^{circulant librement entre les}

électrodes. Les particules ^x traversent sans peine ^la

mince couche d’aluminium qui ferme le dessous dn

récipient ^{AC et sont} complètelnent arrêtées par la

plaque supérieure. ^Les particules 0 ^{émises en} grand

nombre _par l’impact des rayons ^{a. sur} la plaque ^AC

ne peu B ont ^{traverser en sens inverse} la feuille d’alu- Ininiun1 et par conséquent ^ne peuvent troubler les

mesures. Il n’est donc nécessaire, ^au moyen du champ, magnétique, que de supprimer ^la perturbation ^due

aux rayons 1 qu’ émettent ^les deux feuilles d’aluniiniuni.

Dans les présentes expériences ^le champ magné- tique ^{servait aussi à autre} chose. Le radium C émet des rayons aussi bien que des _{rayons oc;} en l’absence d’un champ magnétique, ^ces rayons seraient partiel-

lement ahsorhés et apporteraient ^leur charge négativc

u la plaque supérieure. ^{Dans notre} dispositif, ^le champ magnétique ^s’étend depuis ^{la source de} rayonnement ^R jusqu’à la chambre d’expérience. ^La

source était placée ^{à 5,5 cins.} environ au-dessous de la chambre d’expérience. L’intensité du champ magné- tique était alors réglée ^de façon que les particules B

fussent complètement ^{écartées du} plateau ^{inférieur et}

ne pussent par conséquent produire ^{aucune action}

sur la chambre d’expérience. ^{Il était} essentiel, ^dans

ce but, que la source de rayonnement ^{fùt à une cer-}

taine distance au-dessous du plateau ^B, afin que le

champ magnétique susceptible d’être obtenu expéri-

mentalement et la longueur ^du trajet ^des rayons fussent l’un et l’autre suffisants pour ^assurer la déviation

complète ^des rayons B ^{vers un} côté du tube de _verre, avant d’atteindre le plateau ^L.

Comme la source de rayonnement ^{était à une cer-}

taine distance en dessous de la chambre d’expérience,

il était nécessaire d’employer ^{une surface} très active, de radium C, afin d’obtenir un phénomène ^suffisam-

ment grand pour les mesures. A ^cet effet une petite capsule ^{de verrue} peu profonde, représentée ^{sur la} figure par la ^source H, ^{était fixée,} par ^un joint ^rodé,

a un tube de verre de 8 centimètres de long. ^{On rem-} plissait ^{ce tube de mercure et on y} introduisait, ^sur

la cuve à _mercure, l’émanation produite par ⁴⁰ milli- grammes de radium. Le niveau du mercure au-dessous du sommet de la capsule ^est représenté ^{sur la} figure

par ^la ligne ponctuée. On laissait l’émanation dans la

capsule pendant plus ^{de trois heures, de} façon que la

quantité de radium C déposée ^{sur les} parois ^inté-

rieures de la capsule ^{et sur la} surface du mercure

atteignit ^{sa valeur} maxima. Gràce à la cuve à _mercure, l’émanation était alors rapidement déplacée, ^{on faisait}

couler le mercure et on détachait la capsule ^{du tube}

de verre. On lavait sa surface intérieure, ^{d’abord avec} de l’eau, puis avec de l’alcool pour enlever ^{toute trace} de braisse ^sur l’intérieur du verre. La surfacc inté- rieure de la capsule fonctionnait alors comme une source intense de rayons ^oc. Quinze ^minutes après ^le

moment où elle avait été détachée le rayonnement x

était homogène ^et dû entiérement au radium C. La

capsule ^{active était} alors installée dans le tube à expé- rience, que l’on vidait rapidement ^{avec la} pompe Fleuss. On immergeait le charbon de noix de coco dans l’air liquide, ^ce qui pernlettait d’atteindre rapidement

un vide élevé. Habituellement il fallait 15 à 50 minutes

après l’enlèvement de l’émanation _pour effectuer les différentes opérations ^{et obtenir un} vide assez complet

pour ^commencer les mesures.

Dans le but de déterminer la quantité ^{de radium C} déposée ^{sur la} capsule ^{de verre, on observait son acti-} vité, ⁱⁿ situ, ^au _{moyen des rayons y.} Un électroscope

a rayons y était placé ^{à une} certaine distance sur le côté de l’appareil ^{et on} mesurait la vitesse de décharge

par des obserB ations faites de temps ^en temps pendant l’expérience. L’électroscope ^était étalonné de la ma-

nière habituelle avec une préparation de radium ser- vant d’étalon et placée ^{à la même distance de} l’électroscope que la source Il ^la quantité ^{de radium}

C existant ^sur la source à chaque ^{instant était donc}

délerminée en fonction de la quantité de radium C en

équilibre ^{avec une} quantité ^connue de radium. Des

mesures de ce genre ^sur les rayons ,; peuvent ^{être très}

simplement ^{et très} exactement faitcs ; ^{avec des} pré-

cautions convenables elles ne comportent pas ^une

erreur de plus ^{de 1} pour 100.

Méthode de calcul.

En faisant usage d’m champ magnétique ^intense,

la plaque supérieure recevait un e charge positive, ^que

la plaque inférieurc fat hositivement ^ou négativement chargée. ^{On mesurait le courant d’abord} quand ^la plaque inférieure était portée ^au potentiel ^{+ V,} puis

au potentiel ^{2013 V. Soit} il ^{le courant} mesuré dans le

premier ^cas et i2 dans le second cas; i2 ^est toujours numériquement ^moindre que il, ^le rapport dépendant

du degré ^{de vide.} Soit i0 ^{le courant} dû li l’ionisation par les rayons x du gaz subsistant ^entre les plateaux.

On a

n étant le nombre de particules ^ce recueillies par seconde par ^la plaque supérieure, ^{et E la} charge ^de

chacune d’elles. Si l’on renverse le champ électrique,

le courant d’ionisation est lc même mais de sens in-

verse. On a donc

et en ajoutant (1) ^et (2) ^{membre à membre :}

Soit Q ^la quantité ^{de radium C} présente ^{à un ins-}

tant donné, mesurée par comparaison ^avec l’effet pro- duit par les rayons y d’un gramme de radium, ^{et N}

le nombre de particules x provenant du radium C,

lancées ^{en une} seconde _par un gramme de radiuln. Le nombre total de particules ^x que la ^source R émet par seconde estQN. Soit K la fraction du nombre total de particules oc émises par la ^source, qui ^viennent frapper ^la plaque supérieure. ^On a n == KQN; ^{on me-}

suee li et Q ^{et on} connait N par les expériences ^{de nu-}

mération. Ainsi donc la charge ^{E de} chaque parti-

cule oc est donnée par l’équation.

Dans des expériences préliminaires ^{on a trouve que}

les valeurs de i1 ^{et de} i, ^étaient indépendantes ^du voltage ^{sur tout} l’intervalle examiné, c’est-â-dire de 2 à 8 volts. Dans la plupart ^des expériences ^ulté- rieures, ^{c’est la} différence de potentiel ^{de ± 2 volts}

que l’on ^a employé. L’expérience ^montre que la valeur

de 1 2 (i1+i2) ^est indépendante ^du champ magné- tique jusqu’à ^{une certaine} limite. Par exemple, ^si

l’on fait croitre le courant dans l’électro-aimarlt de 10 à C0 ampères, il n’en résulle aucun changement

dans les valeurs de i, ^{et de} i,. ^{Un courant de 6 am-} pères ^{donne nettement des valeurs} plus faibles,

tenant à ^ce que l’intensité du champ magnétique ^n’est

pas suffisante pour écarter complètement ^{toutes les} particules 8. ^{Dans les} expériences ^{finales, c’est un cou-}

rant de 12 an1pl’res qui ^fut toujours employé. ^Les

connexions u l’électro-aimant et à l’clectrolnuthe étaient hien protégées ^{et les} lectures à l’éle(-tro- mètre étaient remarquablement régulières. ^L’cflct

externe dcs rayons Y provenant ^{de la source intense}

de rayonnement que ^nous employions ^{était éliminé}

autant que possible, par des plaques ^de plomb épais.

L’appareil ^était placé ^à quelque distance de l’élec- tromètre et le fil de connexion isolé passait ^{à travers}

un long ^{tube de laiton} relié a la terre. Malgré ^ces précautions ^{il fut} impossible, par suite de l’ioni- sation produite par les rayons y, d’éviter ^une faible

rétrogradation ^de l’élcctromètre correspondant ^{a une}

élévation de potentiel. On faisait ^aisément la correc-

tion en observant la vitesse de déplacement ^{dc l’ai-} guille ^{de 10 en 10} divisions de l’éctlelle jusqu’à ^ce

que la déviation dépassât 150 divisions. La fraction Ii du nombrc total des particules ^ce frappant ^la plaque supérieure ^était déterminée en supposant que les

particules oc étaient émises également ^{dans toutes les}

directions. 1)’autres expériences ^ont permis ^{de ;éril°ier}

l’exactitude de cette hypothèse. ^On déterminait all

cathétomètre la distance de la source du rayonnement

à la plaque inférieure. Pour faire la correction corres-

pondant ^{au fait que le} rayonnement provenait ^d’une

source de surface finie on divisait graphiquement

cette surface en cercles concentriques ^{et on détermi-}

nait la valeur de K pour chacun d’eux. I)ans les

e’Bpéricnccs rapportées ci-dessous la valenr moyenne de K était de 0,0172. La valeur de N, déterminée par les expérien(,,cs ^de recensen1ent, ^{était de} 7), ^4’1010.

Les tables suivantes illustrent les résultats obtenus dans deux séries distinctes d’expériences.

La colonne 1 donne le nombre d’observations faites successivement de ii ^{et de} i2 : la colonne II, l’intensité moyenne du rayonnement y exprimée ^en milligrammes

de radium pur; III la capacité, ^en centimètres, ^du système électrométrique; ^{IV et} V les valeurs de i1 ^et i, ² exprimées ^en nombres de divisions de l’échelle par-

courues en une seconde par le spot ^de l’électromètre;

VI la moyenne de il ^{et de} i2 exprimée ^{de la même nla-}

nière ; VU la valeur de E

charge ^d’une particule ^x

Série I

Série II

-calculée en unités électrostatiques. ^{Les valeurs}

moyennes ^ont été obtenues ^en donnant à chaque ^déter-

mination de E un poids égal ^{au nombre} d’observations faites ^sur i, ^et i,. ^{La série 1 fournit} pour E la valeur moyenne 9, ^{2.10-10 et la} série II, 9,4. ^10-10. En pre- nant la moyenne de ^ces deux nombres on obtient

9, ^{5. 10-10. Notre} conclusion est donc _que la charges portée par ^une particule ^{u de radium C est 9,5’ 10-10}

U. E. S.

D’après ^{d’autres données, on sait} que ^les I)articules i

provenant ^{de tous les} produits radioactifs qui ^{ont été}

étudiés sont identiques.

Par conséquent, ^nous pouvons conclure que chaque particule ^x, quelle qu’en ^soit l’origine, porte ^normale-

ment la charge indiquée ^ci-dessus.

Comparaison ^{de la} charge portée par ^une par- ticule 1. et un atome d’hydrogène.

La charge portée par ^{nn ion} dans _{les gaz} ^{a été} déterminéc _par ^un certain nombre d’observateurs.

To,vnsend 1, d’après des observations sur l’oxygène

électrisé obtenu par électrolyse, conclut que chaque particule porte ^une charge égale à 5’10-10 G.E.S. Des

mesures sur la charge portée par ^un ion dans _{les gaz} ont été faites _par J.-J. Thomson 2, ^1L-A. BYilson 3, Millikan et Degenlan 4, ^en faisant usage de la méthode maintenant bien connue qui consiste à condenser de l’eau sur chaq-:e ^{ion par une détente} brusque. ^La

valeur de e obtenue pal’.1 .-J. ’l’holnsun était 3,4.10-10, par Wilson ^{3,1.10-10 et} par Millikan, 4,06 . ^{10- 10.}

Des résultats obtenus _par ces expérimentateurs, ^on

déduit que la valeur E de la charge portée par ^une

particule ^oc (9,3.10-10) ^est comprise ^entre 2 e et 5e.

Si l’on part ^{de cette} conception que la charge ^e portée

par ^{un aloiiie} d’hydrogène ^est l’unité fondamentale d’électricité, ^on est conduit à dire que ^la charge portée par une particule oc ^{est un} multiple ^{entier de e}

1. TOWNSEND. Phil. Mag., fév. ^{1898; mars 1904.}

2. J -J. THOMSON. titil. ,Ilag., ^{mars 1003.}

3. Il.-A. ,y Il.SU’B. Phil. Mag., ^{avril 1905.} Les mémoires pré- ccdents sotit traduits dans le livre édité _{par la} Soc. Fr. de Ph2ls. : Ions, Electrons. Corpuscules.

4. MILLIKAN et BEGEMAN. Phys. Rev., ^réB’. 19C8,p. ^197.

et qu’elle ^{doit être} par conséquent ^{soit 2 e, soit.}

Or certaines données sur la radioactivité vont nous

f’aire voir que les particules 7. portent ^une charge 2 ^e,

les valeurs ordinairement acceptées pour ^{e étant un} peu trop petites.

Pfentièl’e lnéthode. -Calculons d’abord la charge ^E portée par ^une particule ^{x, en} supposant que ^l’aclion

calorifique ^{du radium mesure} l’énergie cinétique ^des particules x qu’il expulse. ^Cette hypothèse ^{est foi te-}

ment, quoique indirectement, étayée par ^{ce fait} que les rayons B et y ^réunis produisent ^{un effet} calorifique égal seulement à quelques centièmes de l’effet produit

par les rayons ^x. Si ln est la masse d’une particule ^x

et u la vitesse initiale avec laquelle ^{elle est lancée,}

son énergie cinétique ^est

Or, ^{dans un travail} antéricur2, ^{l’un de nous a} détermine avec précision, d’après ^la déviation élec-

trostatique ^subie par les rayons ^a, les valeurs dc

1 2 mu2 E, E pour chacune des quatre séries ^de parti-

cules x lancées par le radium en équilibre, ^{et a lnonlré}

que l’énergie cinétique ^des particules provenant ^de

1 gramme de radium en équilibre ^{est 4, ’15’ 105 N.E} crgs3, ^en désignant par N le nombre d’atomes de ra-

diu111 qui s’y détruisent par ^seconde.

Mais l’efl’et calorifique ^{de la} préparation ^{étalon de}

radium était de 110 calories-grammes par gramme ^et par heure. Cela équivaut ^{à 1 ,28.} 101 ergs par second(,.

En égalant l’énergie cinétique ^des particules ^{a à}

l’effet calorifique observé, ^{on obtient :}

1. Dans un récent mémoire (Verh. ^{cl. D.} Phys. ^{(;(’8., 10-} 78-1908), Hegcner ^{a délluit de} données indirectes qu’une par- ticule oc porte ^une charge ^{2e. Il} comptait ^{le nombre de sein-}

tillatious d une préparation ^de polonium ^{et le} supposait ^égal

au nombre de particules oc émises, Il comparait ^{alors ce nombre}

avec le nombre de particules ^{a déduit de la mesure du courant}

d’ionisation et des données fournies par Rutherford sur le nombre d’ions produits par ^une particule ^N.

2. RUTHERFORD. Phil. Mag., ^{oct. 1906.}

3. Dans le mémoire en question, ^{les valeurs de E sont}

données en unités élcctrornannétitlucs. ^Pour plus d’uniformité,

cette valeur est ici réduite en unités électrostatiques.

Si l’on remplace N par ^la valeur connue N==5,4’ 1010,

il vient

L’accord de la valeur calculée avec la valeur observée est certainement plus ^exact que l’on ne devait

s’y ^{attendre, étant donné} l’incertitude des éléments du calcul.

Seconde 11léthode.

Calculons maintenant la

charge e partéc par ^{un atome} d’hydrogène d’après ^la période ^lonnue de transformation du radium. S’ap- puyant ^{sur une série} d’expériences, Bol LNvood a mon-

tré qui la période de transformation du radium peut

ètre très himplement mesurée. Il aboutit à ce résultat que la transformation ^est u demi accomplie ^en

2000 ans. Soit P le nombre d’atornes d’hydrogène

existant dans 1 _gramme d’hydrogène. ^{Le nombre}

d’atomcs de radiurn présents dans 1 gramme de radium est alors P 226, ^{puisque, d’après les plus}

récentes déterminations, ^le poids atomique ^{du radium}

est environ 226. Si ), est la constante de transforma- tion du radium, le nombre d’atomes qui ^{se briselt}

par seconde ^et par gramme de radium est XP 226.

D’après l’hypothèse probable, que chaque ^{atome se}

brise en lançant ^une particule ^{oc, ce nombre est} égal

au nombres N de particules ^cc lancées par seconde et

par gramme. La valeur de N, d’après ^les expériences

de numération, ^est 3,4.1010; par conséquent

Mais l’électrolyse ^{de l’eau donne, comme on sait :} Pe==9,6.103 U.E.M==2,88.1014 U.E.S,

en désignant par ^e la charge portée par l’atome d’hy- drogène. ^{De ces deux} équations ^on déduit, ^{en rem-} plaçant X ^{par sa valeur À} ==1,09.10-11, ^{résultant des}

mesures de Boltwood,

C’est là une nouvelle méthode de détermination de

e d’après les données sur la radioactivité. Si, ^{au mo-}

ment de la rupture de l’atome de radium, ^deux parti-

cules 7. au lieu d’une étaient projetées, la valeur de e

serait double de celle qu’on ^{vient de trouver, soit} 8,2’ 10-10. Cette valeur est plus de deux fois plus grande

que celles que d’autres méthodes ^ont permis ^d’obte-

nir et correspond par conséquent ^{â une} hypothèse

inadmissible.

Discussion de la précision des méthodes de détermination de e.

Nous avions trouve expérimentalement que les par- ticules portent ^une charge ^{E de 9,3.10-10 unité}

1. BuLiwuoi). Amc1’. JoUI’U. Sc., juiu ^lV08.

électrostatique. ^{Si la} particule x possède ^une charge égale ^{a 2 e, la valeur dc e,} charge de l’atome d’hydro- gène, doit être 4,65’ 10-f°. Celte valeur est sensible- ment plus ^forte que celles qu’ont fournies les mesures

de J.-J. Thomson, ^{H.-A. Wlson et} Millikan. Elle est

également ^{un peu} plus grande que celle que ^nous

avons déduite plus haut de considérations sur la vie du radium. Comme une connaissance exacte de e est maintenant d’une importance fondamentale, ^nous allons brièvement passer ^{en revue} quelques ^consi-

déralions d’ou il résulte que les valeurs de ^e ohtc-

nues par lcs anciennes méthodes sont toutes proha-

blcment trop pctites. ^{Il est loin de notre intention}

de critiquer ^en quoi que ^ce soit la précision ^des

mesurcs faites par des expérimentateurs aussi soi- gneux, mais ^nous désirons simplement ^{attirer l’atten-}

tion sur une cause d’erreur qui ^existait toujours ^dans

leurs expériences ^et qui ^est excessivelncnt difficile a éliminer. Dans les expériences ^en question ^{le nombres}

d’ions présents ^dans le gaz était obtenu ^{en mesurant} leur vitesse de chute quand de l’eau avait été conden- sée sur eux par détente adiabatique. ^On suppose qu’il n’y ^{a aucune} évaporation ^{sensible des} gouttes pendant

le telps nécessaire pour ^{mesurer cette} vitesse de chute.

Il n’est pas douteux, cependant, qu’une évaporation ^se produise ^et que le diamètre des gouttes ^diminue

constamment. Un simple coup d’oeil sur la méthode de calcul elnployée ^{dans ces} expériences ^montre que l’existence de ce phénomène ^{conduit à une valeur} trop grande pour ^le nolnbre des ions présents ^et par ^consé-

quent ^{à une valeur de e} trop petite. La correction

qu’il ^faut apporter ^est assurément variable ; ^{elle dé-}

pend ^des dimensions du récipient à ^{détente et d’autres}

facteur. Si l’erreur due à ce phénomène ^{était de 50}

pour 100 dans les expéricnces de J. J. Thomson et de H. A. Wilson, ^{de 15} _pour ¹⁰⁰ dans celles de Millikan, la valeur de e corrigée ^{concorde avec} la i aleur

4,65’ ^10-’° déduite des mesures sur la charge portée

par ^les particules ^2.

La détermination de e d’après ^la période ^{de trans-}

furmation du radium (e==4,1. 10-10) ^{est aussi,} pour d’autres raisons, probablement trop petite. ^{La méthode} adoptée par Boltwood est très simple ^et comprend uniquement ^la comparaison ^{de deux} quantités ^{de ra-}

dium par la méthode de l’émanation. Supposons que

nous prenions ^{une certaine} quantité d’un vieux minerai contenant 1 gramme d’uranium, ^et que ^nous déter- minions par la méthode de l’émanation la quantité ^de

radium présente. Puisque ^{l’uranium est en} équilibre

avec l’ionium2013 le père ^{du radium}

^{et avec le ra-}

dium lui même, la vitesse de production q ^{du radium}

par désintégration de l’ioniulll doit être égale ^{a la}

vitesse de désintégration du radium lui-même. Sépa-

rons maintenant du minerai, _{par voic} chimique, ^l’io-

niuI11 et déterminons la vitesse rl ^avec laquelle ^il

donne naissance au radium. Nous avions q== XR ^ou

X==q R. ^Le rapport q R peut être ^{déterminé avec une} précision considérable _{par la} méthode de 1 émanation,

et ne fait nullement intervenir la pureté ^{du radium}

étalon. Comnie Boltwood l’a fait voir, ^la précision ^de

la méthodes dépend principalement ^{de la} perfection

avec laquelle ^{l’ionium a été} séparé ^{du minerai.}

Si tout l’ionium n’a pas ^été séparé, ^{la valeur de}

X est trop ^{faible et la} période de transformation trop longue par conséquent. ^Par exempte, ^{si 10} pour 100 d’l0illulll sont restés non séparés ^{dans les} expé- riences, ^la période apparente du radium sc trouve

portée ^{de 1800 à 2000 ans, et la} charge portée par l’atonle d ’hIdr03ène, ^calculée d’après ^{ce chiffre, se}

trouve voisine de 4,6’ ^{10 ’°.}

1)’après l’ensemble de ces remarques ^nous pouvons conclure avec quelque certitude, que la charge portée

par les particules a ^{est 2 c et} quc la valeur de e ne

diffère pas beaucoup ^de 4,65.10-10 ^{II.E.s, 1.}

Données atomiques.

Nous avons vu que la méthode de numération des

particules ^{x et de mesure de leur} charge ^{totale a}

fourni une nouvelles détermination de la charge portée

par chaque particule oc ^{et de la} charge portée par ^un

i«tunic d’hydrogène. Nous pensons com1ode de réunir ci-dessous les résulta ts auxquels cela conduit concer- nant l’atome :

Charge portée par ^{un atonie} d hydrogène: ^{4,65’ 10-10}

li. E. S.

Charge portée ^{par une} particule oc : ^{9,3. 10-10 U.}

E. S.

Nombre d’atomes dans 1 gramme d’hydrogène :

6,2.1023.

Masse d’un atome d’hidrogène : ^1,61. 10-24 gramme.

Nombre de molécules par centimètre cube d’un gaz ^à la température ^{et sous la} pression ^{norlnale :}

2,72’10J9.

Nature des particules u.

On a mesuré la valeur de ^{E M,} rapport ^{de la} charge

d’une particule oc ^{à sa masse, en observant les dé-}

viations qu’elle subit dans un champ électrique ^et

dans un champ magnétique, ^{et la} Naleur obtenue a été de 5,07. 103 dans le système d’unités électrolna-

gnétiques2. ^{La valeur} de e m _pour l’atome d’hydro- gène ^{lihcrc dans} l’électrolyse ^{de l’eau est 9,65’10B}

Ce que nous avons déjà ^{vu est} évidelment très favo- rable à l’hypothèse que E = 2 e. Par conséquent

’1. Il est inLcrcssant de ooter que ^{Planck a} dL’duil de la théorie

générale ^du rayonnement thermique, ^{la valeur} e == 4,63.10-10.

2. RUTHERFORD. Pltil. ^{octobre 1 GOG.}

M==3,84 nt, c’cst-a-dirc que le poids atomique

d’une particule ^{x est 5,84. Le} poids atomique ^de

l’hélium est, 5,’Jù. Si l’on ticllt compte ^{des erreurs} expérimentales probables ^{dans la} détermination de

E M pour ^une particule ^{a, on} peut ^conclure qu’une particule ^{ce est un atonte} d’hélium, ou, pour être

plus précis, que la particule ^x, après qu’elle ^a perdu ^sa cha1’ge ^{positive, est un ato/ne d’hélilnn.}

L’un de nous a déjà ^{discuté, avec} quelques ^détails,

certaines conséquences ^{de cette} conclusion1. Il suf’flt ici d’attirer l’attention sur les résultats qu’elle

permet d’obtenir immédiatement ^{en ce} qui ^concerne

le poids atomique ^des différents produits ^{du radium.}

Il est évident _que chaque modification du rayonne-

ment _x, dans le cas du radium, correspond ^à la sup-

pression, ^dans chaque ^{atome, d’une} particule ^{x. Par} conséquent, puisque ^le poids atomique ^{du radium est} 2C6, celui de l’émanation scra 222 et celui du radium A 218. Nos cOl1naissances sont ^encore trop ^limitées pour que ^nous puissions ^{dire avec certitude si une}

masse égale ^ou comparable ^{à celle d’une} particule ^x

se trouve chassée de chaque ^atome lors des modifica- tions du rayonnement ^{ou des} modifications sans

rayonnement.

Il est intéressant de noter qu’une détermination récente du poids moléculaire de l’émanation, ^faite

par Perkins ^{2 en} comparant ^sa vitesse de diilusion a celle de la vapeur de ^mercure, donne le nombre 235.

Les déterminations plus ^{anciennes du} poids ^molécu-

laire de l’émanation, ^{basées sur la} ditrusion, ^donnaient des noinbres beaucoup plus ^faibles, nlais il faut alla- cher plus ^de poids ^à la valeur récenlment obtenue attendu que le mercure, ^comme l’émanation, ^{est 1110-} noatomique, ^et que lcurs poids atomiques ^{sont du}

même ordre.

Résu ttats numériques concernant la radio- activité.

Nous sommes maintenant en mesure de calculer la

grandeur numérique ^{de diverses} quantités inipor-

tantes dans l’étude de la radioactivité.

(1). ^{Volume de} 1 émanation.

Un atome de radium, ^{dans sa} destruction, ^{émet une} particule ^{u et}

donne naissance a un atome d’émanation de masse

atomique ^22:L Puisque 1 gramme de radiunl lance

en une seconde J,4’ ¹⁰¹⁰ particules ^{oc, il} produit par seconde le même nombre d’atomes d’émanation. Mais

nous avons montré qu’il y ^a 2,72’ 1011 moléculcs dans un centimètre cube de gaz à température ^et

sous prc ssion normales. Le volume d’é1anation _pro-

1. Radioactivité, 2e édition, 4î9-1t86; Transformations

radioactives. Chap. ^YIIT.

2. PERKINS. Amer. Jo2cnt. ,Sc., juin ^1008.

Radium, ^5-

214-1908.

duit par seconde ^et par gramme ^est donc 1,25.10-9

centimètre cube. Le volume maxinlurn est égal ^{à la}

vitesse de production ^divisée par la constante radio- active X, qui ^est cga , 1 e 468 1 000’ L e volume maximum d’émanation produit par ^un gramme de radium ^est par conséquent 0,585 millimètre cube.

(2). ^{Vitesse de} production dç l’hélium.

Puisqu’une particule Y. ^{est un atome d’hélium, le}

nombre d’atomes d’hélium produits ^{en une seconde}

par ^un gramme de radium en équilibre ^est 1.3,4.;1010.

Le facteur 4 vient de ce que, dans le radium en

équilibre, il y ^a quatre produits ^émettant chacun par seconde le même nombre de particules ^{cc. Par consé-} quent le volume d’llélium _que produit ^un gramme de radium est 5,0’ ^10-1 centimètre cube par seconde

ou 0,45 millimètre cube par jour ou encore 1:58 milli- mètres cubes par ^{an. Une} détermination expérimen-

tale précise ^{de la} vitesse de production de l’hélium par le radium serait d’un grand ^intérêt.

(3). ^Effet calorifique ^{du radium. - Si la} partie principale ^de la chaleur dégagée par le radium résulte de l’énergie cinétique ^des particules ^z qu’il projette, ^{sa valeur} peut ^être immédiatement calculée.

Lc problème ^{inverse a} déjà ^{été discuté} plus ^haut.

D’après les nombres donnés ici même, ^on voit que la

quantité ^de chaleur émise par ^le radium doit être

légèrement plus grande que lls calories-grammes

par gramme ^et par heurc.

(4). ^{Vie du radium. -} D’après la discussion faite plus haut pour le problème ^{inverse, cette duréc}

de vie doit être de 1760 ans, ^en supposant ^la charge

de l’atoiiie d’hydrogène égale a ^{4,65’ 10-JO.}

Pour plus ^de commodité, les valeurs calculées de

quelques-unes ^des grandeurs radioactives lcs plus ^im- portantes ^sont données ci-dessous :

Charge ^d’une particule x : ^{9,3.10-10 U. E. S.}

Nombre de particules ^{x chassées en une seconde} par 1 gramme de radium, 3,4. ^{J 010.}

Nombre d’atomes de radium détruits par seconde : 3,4.1010.

Volume d’émanation par gramme de radium : 0,585 millimètre cube.

Production annuelle d’héliuln _par gramme ^{de ra-} dium : 158 millimètres cubes.

Dégagement ^{de chaleur} par gramme de radiuiii-i J 15 calories-grammes par heure.

Vie du radium : 1760 ans.

D’après les données expérinlentales ^{contenues dans}

ce mémoires, ^on peut ^{aisément calculer} la valeur nu-

mérique d’un certain nombre d’autres grandeurs ^ra-

dioactivcs.

Faute de place, ^{nous ne} rapportons pas ^{ici ces} calculs.

[Reçu ^{le 20 août} 1908.]

[Traduit ^de l’anglais par L. Dunoyer.]

MÉMOIRES TRADUITS

Chaleur développée ^{dans une masse} d’oxyde

de thorium par ^{suite de sa} radioactivité

Par G. B. PEGRAM et H. WEBB

[Laboratoire ^de physique.

Université de Columbia.]

Dans une courte note déjà parue’ ^{1 les auteurs du} présent ^{mémoire ont décrit une} expérience ^{destinée à}

mettre en évidence et à mesurer la vitesse avec la-

quelle une masse d’oxyde de thorium dégage ^{de la}

chaleur par suite de ^sa radioactivité. Le présent ^mé-

moire donne les résultats d’expériences plus soignées

sur le même sujet.

1. Science, 27 mai 1904.

Le Radium, ^5-1908.

La méthode d’expérinientatioii ^{consiste brièvement}

en ceci : l’oxyde de thorium

(le produit employé

n’était pas pur, mais consistait ^en anciens résidus de Welsbach dont nous sommes redevables ^à l’obligeance

de M. Il. Lieber)

l’oxyde de thorium était contenu

dans une ampoule ^{de Dewar,} sphérique, ^de cinq ^litres, suspendue ^{dans un cylindre} métallique placé ^lui-

même dans un bain de glace. On mesurait la dine-

rence de température ^entre l’oxyde ^{de thorium et le}