HAL Id: jpa-00242480
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Submitted on 1 Jan 1911
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présence de corps non radioactifs. Activité et luminescence du sulfate de quinine
M. de Broglie, L. Brizard
To cite this version:
M. de Broglie, L. Brizard. Sur certains effets d’ionisation des gaz observés en présence de corps non radioactifs. Activité et luminescence du sulfate de quinine. Radium (Paris), 1911, 8 (7), pp.273-279.
�10.1051/radium:0191100807027301�. �jpa-00242480�
nous semblerait irrégulière ct difficile à comprendre.
On pourrait, par exemple, penser que les constantes soient affectées par la présence d’autres corps actifs, ainsi le thorium ou l’actinium. Des études continues
sur les minéraux sont nécessaires pour nous faire connaitre les quantités présentes de ces corps. Et
quant u l’actinium son origine reste toujours énign1a- trique. S’il appartient vraiment à la série d’uranium,
il est probable que nous ayons à modifier certaines des conceptions des transformations radioactives.
On se demande ensuite si la vitesse des 1rans(orlna- tions est bien une grandeur indépendante des chan- gements extérieurs, physiques ou chimiques. Il est
vrai qu’on n’a pas pu jusqu’à aujourd’hui provoquer des modifications d’une constante. Mais il n’en est pas
moins vrai que le temps depuis lequel nous connaissons les corps actifs, est aussi négligeable par rapport aux âges attribués aux minéraux, que les changements de
conditions extérieures que nous pouvons imposer à ces
corps sont petits, mesquins et négligeables par rap-
port à ceux qu’ont dù subir les minéraux pendant les
évolutions géologiques.
Avant de terminer, je désire exprimer ma vive
reconnaissance à Mme Curie et à à°I. Debierne pour
l’encouragement et les précieux conseils qu’ils n’ont
cessé de me donner au cours de ce travail.
Je remercie également toutes les personnes qui ont
bien voulu me conseiller dans le choix des minéraux à traiter ou dans l’interprétation des résultats obtenus.
L lanuscrit reçu le 10 juin 1911].
Sur certains effets d’ionisation des gaz
observés en présence de corps non radioactifs1
Activité et luminescence du sulfate de quinine 2
Par M. de BROGLIE et L. BRIZARD
2e PARTIE. - PHÉNOMÈNES LUMINEUX.
Les sulfates de quinine, de cinchonine, qui donnent
lieu dans les gaz à des phénomènes d’ionisation dont les caractères ont été décrits dans un précédent travail a, produisent aussi des phénomènes lumineux chez les- quels nous avons noté les particularités suivantes 4.
En observant dans l’obscurité l’un ou l’autre de
ces sels préalablement déshydraté à l’étuve, et aban-
donné dans l’air ordinaire, on distingue très nette-
ment t une phosphorescence; elle présente généra-
lement l’apparence d’un fond lumineux continu et une observation plus détaillée, à la loupe par exemple, y montre souvent l’existence d’un grand
nombre de petits points plus brillants, variables à
1. llanuscrit communiqué par les auteurs.
2. Nota concernant la première partie de ce travail, publiée dans Le nadiwn, 8 (1911) 181-186.
Un paragraphe de cette première partie, celui qui com-
mence à la ligne 25, colonne I, p. 183, du Radiuln, nous paraît pouvoir prêter à conf’usion. - Il y est question de petits centres ultramicroscopiques observés en présence de sulfate de quinine chauffé; il s’agit là des particules de buée qu’on obtient en présence de toutes les substances portées à une tumpérature dépassant 100°, et non des porteurs de charge dans le phéno-
mène qui nous occupe; ces porteurs sont en effet de petits ions, et ce que nous avons voulu dire, c’est que la buée en
question est chargée par ddfusion de ces peti ts ions ; une lec-
ture attentive du contexte aura du reste vite éclairé le lecteur si le passage en question lui avait paru obscur.
3. Le Radiunt, 8 (1911) 181.
4. Voir C. IL, Janvier 1911.
chaque instant, rappelant l’aspect du spinthariscope.
La netteté de ces scintillations dépend surtout,
comme nous le verrons plus loin, de la grosseur des cristaux utilisés ; il est fort possible que le fond
lumineux continu soit lui-même dù à une multitude de petites scintillations, non résolues dans les cir- constances d’observation.
Relation entre la phosphorescence
et I’ionisation.
Il y a lieu de se demander tout d’abord si les deux ordres de phénomènes, électriques et lumineux, sont indépendants l’un de l’autre, ou si ce ne sont pas
plutôt deux manifestations d’aspects différents, d’une
même cause. Rappclons d’abord à l’appui de cette
dernière manière de voir, que Miss Gates a vai- nement tenté dans des expériences variées, de pro- duire un des phénomènes sans l’autre. Nous avons
nous-mêmes observé un certain nombre de faits qui
conduisent à la même conclusion.
Lorsqu’on déshydrate le sel à l’étuve, et qu’on le
laisse reprendre de l’eau à froid dans l’air ordinaire
au repos, le tout étant réalisé dans les conditions mêmes où la conductibilité électrique est observée, ont
constate que la phosphorescence, après s’être main- tenue sensiblement invariable pendant un certain temps, diminue peu à peu et finit par disparaître ; la
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191100807027301
durée de la phosphorescence est tout à fait du même
ordre que celle du phénomène électrique.
Un courant d’air humide passant sur le sel accroît,
nous le savons, très notablement la conductibilité de
l’air; il produit de même un accroissement très net
de l’intensité lumineuse : il suffit par exemple de
souffler avec la bouche de l’air humide sur la sub- stance pour la voir devenir immédiatement beaucoup plus brillante.
La raréfaction de l’air qui augmente beaucoup et
l’intensité et la durée de la période d’ionisation du gaz, accentue de même l’émission de lumière.
On réalise facilement l’expérience en observant conjointement deux échantillons de sel qui ont été déshydratés dans les mêmes conditions ; tous deux sont ensuite placés à froid dans des tubes de verre
voisins, dont l’un peut communiquer avec une
pompe. Dans ces conditions, l’échantillon placé dans
un vide de quelques centimètres de mercure émet
une lumière visible pendant un temps beaucoup plus long que l’autre et avec une intensité plus grande à
tous les instants de l’expérience ; on y distingue en
outre plus nettement des scintillations séparées. Ces
apparences correspondent cependant à des vitesses d’hydratation que des pesées montrent être tout à
fait du même ordre.
La concordance dans les caractères des effets élec-
triques et lumineux persiste encore quand on pro- cède, non plus par réhydratation, mais par déshydra-
tation à froid dans le vide. Dans le tube de verre de
l’expérience précédente, communiquant avec la pompe par un desséchant, on place alors des cristaux ordi- naires non déshydratés; quand on fait le vide on ne
tarde pas à voir apparaître la phosphorescence, de
même qu’on a observé la conductibilité.
Triboluminescence.
Le sulfate de quinine, le sulfate de cinchonine
sont connus comme des corps triboLuminescents :
lorsque, dans l’obscurité, on broie avec une baguette
dans un tube de verre une petite quantité de l’un de
ces sels, il se produit des éclairs au moment où se
brisent les cristaux.
On est conduit tout naturellement à faire un rap-
prochement entre cette propriété et celle que nous
venons d’étudier; il est, en effet, très vraisemblable que l’absurption et le dégagement de vapeur d’eju, puissent faire naitre dans chaque cristal, des forces capables de le briser. L’hydratation ou la déshydra-
tation du sel entraînerait ainsi la rupture d’un certain nombre de cristaux, d’où une émission de lumière
par un mécanisme analogue à celui qui est mis en
oeuvre dans le broyage.
Signalons d’abord, bien qu’elles soient peu con- cluantes, des expériences dans lesquelles nous avons
tenté de produire l’ionisation de l’air, par broyage
du sulfate de cinchonine (fig. 1) : le sel est étalé
sur un plateau horizontal entre les armatures planes
d un condensateur, disposé à l’intérieur d’une cloche;
Fig. 1.
on écrase les cristaux par un autre plateau métal- lique percé de trous, qu’on peut commander de l’ex- térieur. On observe bien alors l’arrivée de charges à l’électromètre, mais il est difficile de conclure. Le
déplacement du broyeur dans le champ, la produc-
tion de poussières donnant lieu à des phénomènes de
convection, sont autant de causes perturbatrices qu’il
est impossible d’éviter complètement.
Voici cependant un certain nombre de faits qui
viennent fortifier notre hypothèse.
a) Lorsqu’on expose à l’air du sulfate de cincho- nine préalablement déshydraté à l’étuve, il se pro- duit bien des ruptures de cristaux. On voit en eflet très nettement des projections de fragments relati-
vement gros, qui peuvent être lancés jusqu’à une hau-
teur de l’ordre du centimètre ; en même temps on perçoit distinctement des bruits secs, analogues à
ceux que produit la décrépitation d’un sel chauffe.
Il ne faudrait pas croire cependant que ces projec-
tions permettent de rendre compte de l’ionisation observée qui ne serait ainsi qu’une grossière con- vection ; le courant qui en résulterait serait d’ailleurs d’un ordre de grandeur tout différent de celui qui se produit, et l’examen optique du gaz qui entoure le
sel montre, qu’à part ces projections isolées, le milieu
se présente comme optiquement vide, aussi bien à la
pression atmosphérique qu’aux pressions faibles. On observe bien, dans l’étude de l’ionisation des houf- fées qui peuvent correspondre aux éclatements dont il vient d’être question, de même qu’aux scintilla-
tions ; mais il faut entendre que ce n’est pas l’arrivée d’un gros éclat chargé qui rend compte de la bouffée;
celle-ci est due à l’émission brusque d’un grand
nombre de petits ions au moment de la rupture.
b) Dans l’observation de la phosphorescence, l’ap-
parence d’uclairs séparés est d’autant plus accentuée
que les cristaux sont plus gros ; avec des cristaux
plus petits l’ensemble offre plutôt l’aspect d’une
lueur continue.
Les cristaux qu’on trouve habituellement dans le
commerce sont beaucoup plus gros pour le sulfate de cinchonine que pour le sulfate de quinine; aussi
avons-nous observé tout d’abord les scintillations et les projections de fragments avec le sulfate de cin- chonine.
En dissolvant et faisant cristalliser lentement le sulfate de quinine nous avons obtenu des cristaux de même grosseur que ceux de cinchonine et donnant les mêmes phénomènes.
Au contraire, en pulvérisant le plus finement pos- sible les cristaux actifs, on diminue grandement la
tendance aux scintillations, mais la lueur continue et les phénomènes d’ionisation persistent.
c) Il nous reste enfin à décrire un nouvel ensemble
d’expériences faites à la température de l’air liquide.
On sait que cette température est susceptible d’ex-
citer la triboluminescence d’un certain nombre de corps, indépendamment de tout phénomène d’hydra-
tation. En particulier, les sulfates de quinine et de
cinchonine sont triboluminescents à cette tempéra-
ture. On peut l’observer, soit en plongeant dans l’air liquide un tube de verre mince contenant la subs-
tance, soit en projetant directement celle-ci dans l’air
liquide. Nous avons constaté qu’à eette 1nême tem- pérature, les sulfates de quinine et de cinchonine rendent l’a2r conducteur.
L’appareil employé (fig. 2) consiste en un réci- pient cylindrique à paroi de cuivre de 4 centimètres de diamètre et de 10 centimètres de hauteur, fermé
par un bouchon d’ébonite que traverse une tige mé- tallique à anneau de garde, reliée à l’électromètre et à un plateau formant l’armature supérieure d’un
condensateur.
L’arinature inférieure est constituée, soit par le fond même du cylindre, soit par une toile métallique
maintenue au-dessus de lui par un trépied. Le sel est placé sur la toile métallique ou sur le fond du cylin- due, suivant qu’on veut l’étudier à l’intérieur ou à l’extérieur du champ. Enfin le bouchon d’ébonite est traversé par deux tubes permettant de vider l’ap- pareil.
Le vase cylindrique étant rempli d’air soigneuse-
ment débarrassé de vapeur d’eau et de gaz carbonique
et ne contenant pas de sulfate de cinchonine, on
vérifie d’abord qu’en le plongeant dans l’air liquide il
Fig. 2.
ne se produit pas de conductibilité; l’expérience, reprise après avoir placé dans le condensateur des cristaux ordinaires de sulfate de cinchonine, donne,
au contraire, presque immédiatement une conduc- tibilité notable.
- Pendant les premiers instants, le refroidissement
est relativement assez lent par suite d’une caléfac- tion de l’air liquide entourant le cylindre; la conduc-
tibilité est alors faible; puis le contact entre l’air liquide et la paroi s’établit avec un bruit d’ébullition
caractéristique et la conductibilité s’accroît considé-
rablement ; enfin le phénomène décroît assez rapide-
ment et reste sensible pendant 4 à 5 minutes avec
des poids de sel de l’ordre de quelques décigrammes.
Pendant le réchauffement, obtenu rapidement en plongeant le cylindre dans l’eau, (n observe des effets analogues, mais plus faibles.
En recouvrant le sel d’une toile métallique de
manière à le placer au-dessous du champ électrique,
la conductibilité ne se manifestait pas pendant le refroidissement, mais s’observait pendant le réchauf-
fement, résultat qui peut s’expliquer par le fait que la variation de température de l’air favorise dans
un cas et pas dans l’autre la diffusion, vers le plateau
isolé, de la couche de gaz ionisé.
On ne saurait d’ailleurs affirmer absolument que les phénomènes précédents soient uniquement dus à
des variations de température. On ne peut écarter la possibilité d’une variation d’lydratation du sel quai
viendrait compliquer l’interprétation des faits obser- vés, puisqu’on ne connaît pas la loi de variation avec
la température de la tension de vapeur de l’hydrate qui se dissocie.
Il. Becquerel’ avait observé la tribophosphores-
cence de sels d’uranium dans l’air liquide; nous avons également répété les expériences précédentes avec de
l’acétate et du nitrate d’uranium, et il nous a ,paru qu’à la radioactivité propre de la substance, inva- riable avec la température, venait se superposer un
phénomène analogue à celui dont nous venons de
parler.
Essais d’explication des phénomènes
observés.
I. Lumière ultra-vioIette.
Parmi les causes auxquelles il est logique de pen-
ser pour expliquer les phénomènes d’ionisation de l’air par le sulfate de quinine ou les corps analo- gues, une des premières qui vient à l’esprit consiste
en une action sur le gaz, de la lumière émise pendant
la phosphorescence du sel.
Miss Gates, en 1906, nous l’avons vu précédem-
ment, a essayé vainement de mettre en évidence une
action de ce genre. D’une part, en exposant à la phos- phorescence du sulfate de quinine des plaques pho- tographiques avec ou sans interposition de lames de quartz, de verre, elle ne vit aucune différence entre les impressions à travers le quartz ou le verre ou simplement l’air; d’autre part, en essayant de produire
a l’aide de la lumière émise l’effet Hertz sur des pla-
teaux métalliques variés, disposés au-dessus du sel, elle n’obtint aucune action sensible.
Nous avons fait à ce sujet un certain nombre d’ex-
périences nouvelles ; avant de les décrire, il n’est pas
sans intérêt de résumer en quelques mots l’état des
connaissances actuelles sur l’ionisation rle l’air par les rayons ultra-violets.
L’ionisation des gaz par la lumière ultra-violette de très petite longueur d’onde fut signalée la première
fois par Lénard, en 1900. E. Bloch. étudiant ce phé-
nomène en 1908, conclut que l’ionisation telle qu’elle
a été observée par Lénard est due, au muins pour la
plus grande part, à la présence dans l’air de pous- sières subissant l’effet photo-électrique, plutôt qu’à
une action directe sur le gaz.
La discordance peut provenir de ce que la valeur des longueurs d’onde des radiations employées semble jouer un rôle considérable.
Hughes constata en effet plus récemment2 que la
1. C. R. (1901).
2. HUCHES, Proceedings olihe Cambridge phil. Sociely, (1910).
lumière illtra-viulette d’un arc an mercure, d’un tube à hydrogène, d’un tuhe à cathode de Wehnelt, ue donne pas une ionisation sensible de l’air après avoir
traversé une mince lame de quartz laissant passer seulement les radiations de longueurs d’onde sulé-
rieures à 145 uu, tandis qu’avec une lame de lfuorine, transparente jusqu’à 123 pp, il observait une ioni- sation importante de l’air par la lumière de la
décharge dans l’hydrogène sous une pression de 2 à
5 millimètres de mercure.
Lenard f t Ramsauer observèrent de nouveau une
ionisation intense de l’air privé de poussières, pro- duite par des rayons dont t la longueur d’onde est
estimée à 90 uu environ. La source employée pour obtenir ces radiations est l’étincclle fortement con-
densée éclatant entre deux électrodes d’aluminiam distantes de 0,8 mm. Ces rayons ont la propriété remar- quable de traverser l’air sec presque sans affaiblisse- ment ; ils sont plus absorbés par le gaz carbonique;
enfin le spath, la fluorine sont relativement opaques, tandis que le quartz est beaucoup plus transparent.
Palmer 2 a aussi observé tout récelnment que des radiations ultra-violettes de longueurs d’onde infé- rieures à 185 u.[t ionisent fortement l’oxygène, l’azote,
desséchés et débarrassés de poussières.
Expériences d’absorption.
1° Impressions photographiques. - Nous don-
nons ci-dessous la reproduction de plusieurs photo- graphies obtenues à l’aide du sulfate de quinine s’hydratant dans l’air, à froid, avec phosphorescence,
Fig.3.
après avoir été préalablement chauffé à Fétuvc. Une
plaque exposée à quelques centimètres au-dessus d’une couche de la substance est fortement impres-
sionnée à travers l’air au bout de 10 minutes (fig. 5).
Gn donnant à la plaque une position inclinée par
rapport à la couche de sel actif, nous avons obtenu
une impression qui décroît graduellement à mesure
que l’épaisseur d’air traversée augmente (fig. 4).
La figure 5 représente le résultat obtenu en inter-
posant, entre la plaque photographique et la sub-
1. LENARD et RAMSAUER. Sitzungsbe1’ichte de1’ HeideLberger
Acad., (1910) et le Radium, 8 (1911) 115.
2. PALMER, Phys. nev. (1911).
staiice, une lanle mince de fluorine, une lame de
verre et simplement de l’air; la plaque a été impres-
Fig. 4.
sionnée a très peu près de même, dans les trois ré-
gions, ce qui montre que le verre et la fluorine ont,
hig. 5.
pour les radiations agissant sur la placlue, sensible-
ment la même transparence que l’air.
Fig.6.
Dans une autre expérience, les lames de verre et
de fluorine ont été posées directement sur la couche
Fig. 7.
de sel, au lieu d’ ètre suspendues au-dessus d’elle;
la plaque a présente après développement l’aspect reproduit dans la figure 6. Les por-
tions de sel couvertes par les deux lames n’ont rien donné, vraisemblablement parce que le sulfate de quinine, privé
du contact de l’air humide, n’a pu s’hy-
drater dans ces régions et n’a été, de
ce fait, le siège d’aucun phénomène
lunineux.
Quant à la figure 7, elle représente l’impression obtenue en intercalant entre la plaque sensible et le sel une
lame de carton mince, percée d’un ori-
fice rectangulaire; elle montre nette- ment l’opacité du carton employé, pour les radiations actives.
Il semble bien résulter de ces observations que les radiations émises par le sulfate de quinine pen- dant la phosphorescence n’appartiennent à au
cun des groupes de radiations ultra-violettes dunt
on a signalé précédemment la propriété ionisante,
et pour lesquelles l’air, le verre et la fluorine ont des pouvoirs absorbants tout à fait différents.
L’explication qui consisterait à attribuer l’ioni- sation de l’air par le sulfate de quinine à l’ac-
tion de radiations ultra-violettes émises par lui
panait d’après cela bien improbable; des expé-
riences d’un genre différent viennent encore for- tifier cette opinion.
2° Essais d’ionisation de l’air à travers une
lame de fluorine. - Les expériences de Hughes
et de Palmer ont établi la possibilité d’ioniser l’air par des radiations ultra-violettes traversant la fluo- rine ; il était alors indiqué de chercher à produire
l’ionisation de l’air par le sulfate de quinine à tra-
vers une lame de cette substances.
L’appareil que nous avons employé se com-
pose (fig. 8) d’un cylindre vertical C, fermé a la partie supérieure par une lame de fluorine F de
2,5 mm d’épaisseur; sous cette lame est disposé
le plateau contenant le sel actif en voie d’hydrata-
tion ou de déshydratation. En faisant le vide dans le
cylindre, les radiations, qui peuvent être émises vers
le haut, rencontrent par conséquent d’abord une
couche d’air très raréfié, d’environ 1 cm, puis la
lame de fluorine; si le sel émettait des radiations ultra-violettes ionisantes capables de traverser la fluorine, elles sortiraient ainsi au-dessus du cy- lindre sans affaiblissement notable.
Sur le cylindre C, nous avons alors disposé
le condensateur C’, dont l’armature inférieure
est une toile métallique portée à un potentiel de
200 v, ainsi que les parois des cylindres C et C’ ;
l’armature supérieure va à l’électromètre. Il nous
