HAL Id: jpa-00242435
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Submitted on 1 Jan 1910
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F. Soddy
To cite this version:
F. Soddy. Essais pour évaluer la période de l’ionium. Radium (Paris), 1910, 7 (10), pp.295-300.
�10.1051/radium:01910007010029501�. �jpa-00242435�
Il était ainsi facile de mesurer les quantités d’éma-
nation condenséeet non condensée en introduisant les
portions recueillies dans un condensateur c3llndri(lite
à anneau de garde relié à un électromètre et à un
quartz piézo-électrique.
étudie : le cuivre, l’étain, le verre.
J’ai employé des quantités d’émanation relativement faibles : elles ont varié, dans mcs expériences, entre
celles que peuvent produire 5,99 x 10-3 et 3,36 x 10-2 milligramme de bromure de radium pur
en équilibre radioactif. Cette émanation était diluée dans 150 centimètres cubes d’air sec et privé de COI.
J’ai obtenu les résultats suivants :
Pour des tubes de même longueur et de même
diamètre (1=18cm; d=0cm, 22), et pour une même vitesse de courant d’air, il s’échappe d’un tube
d’étain ou de cuivre très peu d’énlanation : de 2 à 7 millièmes de l’émanation introduite dans l’appareil:
il s’échappe, au contraire, d’un tube de verre, uie très grande proportion de l’émanation introduite (de
6 à 7 dixièmesj ,
J’ai recherché pour quelle raison la condensation dans le verre est défectueuse. Il pourrait intervenir
la mauvaise conductibilité calorifique du verre qui
entraînerait un refroidissement incomplet du courant
gazeux : dans ce cas, un courant d’air rapide devrait
entraîner plus d’émanation qu’un courant d’air lent.
J’ai fait varier le courant d’air de la vitesse de 1"" par seconde u la vitesse de 4 cm par seconde (dans ces conditions, une particule d’air séjournait dans le tube
refroidi : 18 secondes dans le premier cas et 4 secondes
environ seulement dans le second cas) : la quanhié
d’émanation qui s’est échappée a été la même dans
les deux cas.
J’ai fait encore une expérience dans laquelle le tube
de verre était chauffé vers + 130° C. sur une longueur de
5 cm avant cl’entrer dans l’oxygène liquidc : le courant
gazeux ainsi réchaune n’a pas soustrait à la conden- sation une proportion d’émanation sensiblement plus
élevée.
Par conséquent, je ne pense pas que la faible con-
ductibilité calorifique du verre soit la cause de cette
condensation imparfaite de l’émanation.
Je ne crois pas qu’il faille davantage faire interne- nir l’hypothèse d’une saturation possible de la paroi
de verre par l’émanation condensée, car j’ai fait
varier du simple au centuple la quantité d’émanation
introduite, et la quantité d’énlanation condensée à pu également varier dans une méme proportion.
J’ai pu obtenir, dans un tube de verre, une con- densation meilleure
(3/10
non condensée au lieude
7/10
en plaçant dans le tube de verre, et sur toutesa longueur, un petit fil de cuivre mince (0 cm, 024 de dian1ètre) .
La condensation est presque égale à celle que l’on
peut obtenir dans un métal, si l’on emploie un tube
de verre très long (1 m, 60 environ de verre équivaut à
18 centimètres d’étain).
Ces résultats pourront être de quelque utilité pra-
tique chaque fois que l’on aura besoin de condenser
rapidement et totalement l’émanation du radiunl.
[Manuscrit reçu lc i août 1910].
Essais pour évaluer la
période
de l’ioniumPar F. SODDY
[Laboratoire de chimie-physique de l’Université de Glasgow.]
Des expériences directes n ayant pas permis d’éta-
blir la valeur de la production du radium u partir de l’uranium, la période de l’ionium, lc parent du radium,
reste encore inconnue De telles expériences permet-
tent d’obtenir un minimulli, ce minimum augmentant rapidement chaque année. Dans ce mémoire je donne
une courte description de mes expériences et les con-
clusions qu’on peut en tirer actuellement. Je discute ensuite d’autres méthodes considérées houBent comme
fortement spéculatives par lesquelles, à défaut d’au- tre moyen de détermination, on peut espérer arriver
a la connaissance de la valeur de cette constante natu- l’ellu extrêmement importante. L actinium et 1 ionium
sont les deux seuls éléments radioactifs connus dont les périodes sont encore inconnues.
Mes expériences entreprises dans le Lut de recher- cher si le radium était produit par l’uranium ont commence en 1903 ; un kilogramme de nitrate d’urane,
débarrassé du radium par précipitation successive
avec le sulfate de baryum, était examiné de temps en temps pour A rechercher le radium, en chassant par
un courant d’air dans un électroscope, 1 émanation
produite par la solution. Les résultats ont été négatifs pendant la première année, ce qui prouve que le radium ne pouvait être le produit de l’uranium à moins qu’il n’existât dans la série des substances
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01910007010029501
internlédiaires à longue vie. (Nature, 70 (1904 30).
Les recherches postérieures relativement à cette solu- tion ont mis en évidence, cependant, la production
d’une très faible mais très distincte quantité de
radium : c’était la première observation de production
de radium (lValure, 71 (1905) 294; Phil. 3Iag.,
9 (1905j 768). La même année, Boltv.ood (Am.
J. Sc., 20 (i905) 259) dunnait la description d’une expérience faite sur 100 grammes de nitrate d’urane
provenant de la purification par cristallisations succes- sives dans l’eau d’une quantité beaucoup plus grande
de ce sel; dans cette expérience il n’avait pu déceler
une production de radium en 590 jours, et il attri-
buait mes résultats positifs, obtenus avec une quantité
de matière dix fois plus grande, purifiée par une mé- thode différente et examinée pendant une période plus longue, à une erreur expérimentale, provenant d’une défectuosité dans la méthode de mesure ou d’une contamination par le radium du laboratoire. En 1905 aussi, Boltwood et Strutt, indépendamment (Phil.
1Jfag., 9 (i905) 599; Proc. Roy. Soc., A-76 (1905) 88) établissaient l’existence d’un rapport constant et par conséquent d’une relation de parenté entre l’ura-
nium et le radium des minéraux, et à partir de ce
moment la conclusion que un ou plusieurs corps intermédiaires à longue vie doivcnt exister entre ees deux éléments était la seule qui pût être maintenue
pour expliquer les faits. De tels corps intermédiaires doivent exister en équilibre dans les minéraux dont
on extrait les sels d’uranium et il importe de débar-
rasser ces sels de ces substances intermédiaires aussi bien que du radium, pour qu’il n’y ait pas d’équivoque
dans les expériences sur la production du radium par l’uranium.
En 1905, dans le nouveau laboratoire de Glasgow, exempt de toute contamination radioactive, j’ai purifiée
en collaboration avec M. T. D. Mackenxie, une nou-
velle série de solutions de nitrate d’urane par une
extraction minutieuse répétée à l’éther. On a fait trois
préparations contenant entre 250 et 400 grammes d’uranium métallique ; elles ont maintenant entre
5,5 ans et 4,5 ans; la meilleure, qui est la dernière préparée, contient 408 grammes d’uranium et avait initialement une teneur en radium moindre que 10-il gramme. De plus, les résidus provenant de la moitié à peu près de la quantité totale de substance purifiée ont été débarrassés du radium par précipi-
tation avec le sulfate de baryum, et on y a recherché périodiquelent le radiuln. La dernière préparation a
montré depuis l’origine une production constante de
radium en quantité facilement mesurahle, la quan- tité initiale s’étant accrue de presque 20 fois, de 4 a
75 (10-12 gr. radium) depuis la première observation,
il y a trois ans. Ce résultat confirme mon observation
primitive relative à la présence d’une substance produi-
sant du radium dans les sels d’urane du commerce.
Pendant ce temps, l’existence d’une nouvelle sub- stance produisant du radium avait été mise en évidence
par Boltwood (Anzer. J. Sc., 1906, Déc., 557) et par lsectman (Jahr. Radioakt., 6 (1909) 2(5) dans les
minéraux d’urane, et par Rutherford (Phil. Mag., 14 (1907) 755) dans une préparation commerciale d’actinium, d’où il réussit le premier à la séparer.
Le nom d’ionium, donné à ce corps par Boltwood, a
été généralement adopté.
Les solutions de nitrate d’urane, purifiées par l’éther, ont été observées depuis quatre ou cinq ans
et les méthodes de mesure de la quantité de radium présente ont été successivement perfectionnées par les expériences, de sorte qu’elles sont beaucoup plus parfaites maintenant qu’au début. Il résulte que la
quantité initiale de radium est connue entre des limites plus grandes que la quantité actuelle. Dans
toutes ces solutions, l’accroissement du radium a été inférieur à 1,6X10-14 gr. par an et par gramme d’uranium ou bien environ la dix-millième partie de
la quantité qui se serait formée par gramme et par an si le radium était le produit direct de l’uranium.
Cependant, pendant les deux ou trois dernières années, depuis que les méthodes de mesures actuelles ont été
employées, il y a Cll un accroissement continu de la
quantité de radium. Huthcrford a montré (Jahr.
Radioakt., 5 (1908) 164) que l’accroissement du ra- dium provenant de l’uranium, débarrassé à l’origine
de ses produits, serait initialement proportionnel au
carré du temps en n’admettant dans la série qu’un
corps u longue vie, l’ionium. La quantité R formée
par kilogramme d’uranium en t années est donnée par :
expression dans
laquelle 1/A2
est la période de viemoyenne de l’ionium. Le taux d’augmcntation de la quantité de radium, observé dans les solutions d’urane.
donne ainsi une idée très valable de la période de l’ionium, en déterminant la limite inférieure de cette
période. Cette observation déterminerait la période
elle-même, si ce n’était l’incertitude, non pas de la détermination de l’accroissement de radium dans les solutions d’uranium, mais de la connaissance de la
quantité de radium provenant de 1 uranium lui-même et celle provenant de l’ionium qui n’a pas été enlevé par la purification et qui est présent depuis le début.
Si on suppose qu’il n’y a pas d’ionium présent au début, la période calculée d’après le taux d’accroisse-
ment du radium sera la plus petite période possible,
c’est-à-dire que la vraie période sera comprise entre
cette dernière et l’infini.
Toutes les solutions jusqu’à ce jour ont donné à
peu près le même résultat et il suffit de prendre
l’une d’elles pour exemple. Dans celle qui contenait . 408 grammes d’uranium (élément) la cluantité de
radium a augmenté de 3.9 x 10-12 gr. après 1.66 année
à 8.5X 10-11 gr. après 5.5 années. L’accroissement par
kilogramme d’uranium est alors de 11.3 X 10-12 gr. et
la valeur minimum de 1/A2 cst 50 000 années. Si nous
supposons qu’il n’y avait pas de radium présent au
début ct que tout est formé maintenant à partir de l’uranium, la valeur minima de 1/A2 est 35000 années.
Ainsi, en faisant les considérations les plus impro- bables, la période de l’ionium doit être 14 fois celle du radium tandis qu’un minimum probable est 20 fuis
cette même période (Phil. Mag., aoÙt 1910). Il y a lieu de signaler la correction d’une erreur faite il y a
un an. Le taux dont s’accroissait le radium semhlait à cette époque augmenter, à peu près proportionnellc-
ment au carré du temps, comme le veut la théorie, et
on pensait que c’était la preuve que la production
avait lieu à partir de l’uranium. La période était esti- mée varier entre 20’000 et 50 000 ans. Cette augmen- tation de l’accroissement n s’est cependant pas main- tenue et on a trouvé que la sensibilité de l’appareil
s’était accrue depuis son étalonnage. Ainsi il n’est
pas évident jusqu’à présent que la vraie période de
l’ionium soit déterminée. Tout ce qu’on peut dire c’est qu’elle doit être très longue, 20 fois aussi lon- gue, a peu près certainement, que la période du
radium, d’après l’estinlation du minimum.
Une démonstration indépendante de ce fait a été
obtenue de la manière suivante. Grâce au concours de Mr. A. S. Russell, l’uranium X a été séparé de 50 ki- logrammes de nitrate d’urane très pur, et examiné
pendant la période de décroissance de son rayonne-
ment B, au point de vue de l’accroissement simultané du rayonnement x. Si l’uraniunl X se transforme directement en ionium on doit s’attendre à un tel accroissement du rayonnement x, d’autant plus petit
que la période de l’ionium est plus grande. Les rayons
B provenant de la préparation de l’uranium X étaient déviés au moyen d’un champ magnétique très puis-
sant et les rayons non déviés, d’une part dans le cas
de la préparation non recouverte, d’autre part, dans celui de la préparation recouverte d’une mince feuille de lnica, étaient comparés daiis un électroscope rem- pli d’hydrogène. Toutes les préparations d’uranium X
ont montré une actiBité x comprise entre 0.55 et 1. ()
de celle d’une surface semblable d’oxyde d’urane,mais
cette activité est restée constante depuis le début jusqu’aujourd’hui. Un pouvait aisément calculer quel
devait être l’accroissement évident du rayonnement x, en admettant que l’ionium est le produit de l’ura-
nium X, si la période de l’ionium ne dépasse pas 50 000 ans. Les expériences fournissent ainsi pour la période minimum de l ionium, une seconde valeur obtenue d’une façon tout à fait indépendante et en
accord avec la première (Phil. Mag., août 1910).
A défaut d une valeur déterminée, il est désirable de déterminer la limite supérieure de cette période
afin de la resserrer entre deux limites 111ême larges.
On peut obtenir une limite maximum en considérant que la préparation la plus actiie d’lonillm n’est jamais obtenue comme ionium pur, et en divisant sa masse par la nlasse de radium qu’il produit par an.
Stefan )Jejer et E. von Schweidler (Wiener Anzeiger, Zitzung J 1-6-(9) donnent la description d’une IJré- paration d’oxyde de thorium contenant de l’ioniul, obtenue par le Baron Auer von Welshach des résidus de 50 tonnes de pechblende de Joachilnsthal. Ces au-
teurs ont calculé, d’après le rayonnement Y. de cette prépara!ion, qu’elle contenait au moins 0.25 pour 100 d ionium, en supposant que cette substance possède
une période égale à celle du radium. Nous avons vu cependant que cette période doit être au minimum F
20 fois plus grande; la préparation doit donc contenir
au moins 5 pour 100 d’ionium. Ce n’est certainement pas de l’ionium pur puisqu’il est établi qu elle donne
un dépôt actif de thorium, mais en supposant que cela est, on obtient un maximum, pour la période,
estimé égale à vingt fois le minimum ou 1.000.000
années. La détermination de la quantité de thorium présente dans cette préparation, à l’aide des méthodes de la radioactivité, doit donner une approximation
meilleure de la limite supérieure.
11 semble ainsi que la période de l’ionium soit com-
prise entre 5 X 10 4 et 106 années. Cette conclusion suppose que l’ionium est le seul corps a longue vie,
intermédiaire entre l’uranium et le radium. Sur cette
question très important, il n’y a malhcurcuselnent pas de certitude jusqu’à présent. En l’absence de preuve du contraire, il vaut mieux envisager le cas
le plus simple possible et supposer qu’il n’existe pas de corps inconnus. Il faut remarquer clue les expé-
riences avec l’uranium X ont apporté jusquic quelque éclaircissement sur ce sujet et seront utiles
dans l’avenir.
En eflet, dans les cas oil un nouveau corps inter- nlédiaire existerait dans la série, l’accroissement ulté- rieur de la radiation B1. des préparations d’uranium X qui se détruit, n’est seulement qu’une question de temps.
Puisque l’ioniun1 a probablement une période de
l’ordre de centaines de milliers d’années, on doit s’at- tendre à ce que dans lt’a minéraux très récents, le rapport du radium 2t l’uranium, eu égard a ce tluc
l’écluilihrc n’a pas encore eut lieu, soit faible, et
Mlle Gleditsch a appelé l’attention sur de légères va-
riations de ce rapport, à la i’ois pour des minéraux récents comme l’autunite, et pour de très anciens
comnle la thorianite (C. R., 148 (1909) 1 1-5i J. En
collaboration avec Miss Pirret, j’ai recommencé ce
travail, et laissant de côté pour Je monlent la question
des minéraux anciens, nous avons pleinement con-
firmé les résultats de Mlle Cleditscli pour l’autunitc.
Mile Gleditscb a travaille avec une autunitc françai;e
et a truuvé pour le radium 0,80 de la quantité en équilibre, tandis (lue nous avons trouvé pour llll certain échantilloll d’autunite portugaise seulement,
0.ài (Ilhil. iJlay., itoùl, 1908). Plus récemment
encore, Mr. A. S. lussell, travaillant an lahurcl- toire du professeur Marckwald, a obtenu pour uii échantillon d autunite française la valeur très faible
0,27 et c’est la valcur la plus basse jusqu’alors
observée. (Nature, 25 août 1910.)
j il est intéressant de noter en passant que l’expres-
sion exacte de la loi pour le rapport des quantités rela Li ves xi , J’2 ... Xn des produits successifs de dé-
sintégration en équilibre n’est pas
Un correspondant mathématicien, M. Hugh Mitchcll
de Monifieth, m’a envoyé récemment une solution gé-
nérale du problème, pour n changements successifs,
avec la seule hypothèse que le parent primaire est le
membre de la série qui a la plus longue vie et survit jusqu’à ce que la condition d’équilibre soit atteinte.
Le résultat est le suivant :
Dans le cas présent, même si la période de l’io-
nium est d’un million d’années, la différence entrc le rapport de l’uranium au radium calculé par les équa-
tions approchée et exacte est plus petite que 1/10
pour 100 et pratiquement négligeable] 1.
L’autunite est un minéral radioactif exceptionnel à
deux autres points de vue; premièrement, il ne con-
tient pas de plomb en quantité chimiquement déce-
lable (Marckwald et Keetlnan, Chem. Ber, 41 (1908) 49), et deuxièmement il ne contient pas d’hélium en
quantité décelable au spectre. (Piutti, Le Radium, 7 ( 11 10) 178). Ces deux faits joints u l’apparence
fraîche du minéral portugais, portent à conclure
que ce minéral est d’une formation si récente que le radium n’y est pas encore en équilibre.
Si on pouvait f’aire avec certitude seulement lcs deux hypothèses suivantes, à savoir : (1) que l’ura- nium dans 1 autunite était à l’origine exempt d3 ses
produits de désintégration; (2), que ces produits ont
tous été retenus complètement, il serait possible de
déduire d’une détermination combinée sur le même échantillon (1 ) le rapport au radium (2), la teneur en
hélium (ou bien la tcneur en plou1b, en supposant
que le produit ultilne de la série, le radium G, est le plomb), enfin simultanément, les deux quantités inconnues, (1) l’âge de l’échantillon, (’2) la période de
l’ionium. En effet, eu égard à la période extrêmement
longue de l’ionium, on peut considérer le radium
comme un corps à vie relativement courte ; la quantité
1. Ce travail va paraître dans le Phil. Mag.
de ce corps sera toujours proportionnelle à l’ionium. Le
rapport (Ra/RaE peut alors être remplacé par IO/IOE,) Ra
et 10 sont la quantité de radium et d’ionium présents
dans 1 et RaE et IOE ces quantités à l’équilibre.
Mais
où 1/A2 est
lapériode inconnue de l’ionium et liageInconnu de l’échantilloii. Si on considère 1 échantillon pour lequel llliss Pirret et moi avons trouvé 0,44 pour Ra/RaE et par conséquent pour IO/IOE, la valeur de a2’I’ est 0,58, c’est-à-dire que l’âge de ce minéral
est 0,58 en fonction de la période de l’ionium prise
comme unité..
Si He, IJ, etc., se rapportent aux proportions ato- miques de ces substauces, la quantité d’hélium for-
mée est simplement obtenue de la façon suivante. Si
tout l’uranium qui s’est désintégré avait fourni ses
8 atomes d’hélium la quantité serait 8)Bj UT. Celle-ci
sera diminuée de six fois la quantité d’ionium pré-
sente puisque chaque atome d’ionium a encore a
fournir 6 atomes d’hélium, et de cinq fois la quan- tité de radium présente; cette dernière correction est très faible. La quantité d’ionium est donnée par
et celle de radium par
et l’hélium l’ormé cat, en négligeant la correction relative au radium’ :
Pour l’échantillon en question, la valeur de A2 T,
obtenue d’après le rapport au radium, peut être sub-
stituée dans l’expression ci-dessus et
dans laquelle tous les termes, excepté l’, sont connus
ou peuvent être déterminés.
Si le rapport des poids de l’hélium et du radium est désigné par A, et si al a pour valeur 1,36 X 10- 10,
on a
Chaque millimètre cube d’hélium par gramme d’uranium de cet échantillon correspond u 23 000 an-
1. Voy. Le Radium, 7 (1909) 230.
