Sur l'existence de l'embranchement β du Ra 4 et de l'isotope 218 du radon

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Sur l’existence de l’embranchement β du Ra 4 et de

l’isotope 218 du radon

R.J. Walen

To cite this version:

SUR L’EXISTENCE DE

_{L’EMBRANCHEMENT 03B2}

DU Ra 4 ET DE L’ISOTOPE 218 DU RADON

Par R. J. WALEN.

Institut du _Radium, Paris.

Sommaire. 2014 Une étude à

l’amplificateur proportionnel du _dépôt actif du radon montre que, outre

un émetteur 03B1 dérivant du Ra A, identifié comme étant le At 218 et _signalé par harlik et Bernert,

il existe un second émetteur 03B1 dérivant de ce dernier. Ce nouvel émetteur 03B1 est identifié comme étant

le Rn 218, de _période 1,3 s, présent dans le radon normal à _{l’équilibre} en _proportion de 10-12 en nombre d’atomes.

LE _JOURNAL DE PHYSIQUE ET LÉ RADIUM. _{SÉRIE VIII,} 1’OME _X, MARS i9i’).

Introduction. - En Karlik et Bernert

1]

signalèrent

l’existence dans le

_dépôt

actif du radon d’un

_rayonnement

«

d’énergie

intermédiaire entre

celles du Ra A et Ra C’. Leur travail faisait suite à un autre

travail,

de Minder

_[2],

réfuté _par la suite,

décrivant une anomalie dans l’accumulation

appa-rente du Ra B mesurée _par son

_rayonnement

_~.

Cette anomalie était

_expliquée

_{par la}

_présence

d’un

rayonnement

dans le Ra

A,

dû à un embranchement

de

l’ordre de i _pour i oo.

_ Le mode

opératoire

de Karlik et Bernert était le ..

suivant :

Le radon

_purifié

est introduit dans une

_petite

ampoule

vidée,

fermée par une feuille de mica

de

4o mm

d’air

_{équivalent, qui}

est

_placée

rapi-dement

_après

l’introduction du

_Rn)

devant l’ouverture d’une chambre d’ionisation reliée à un

amplificateur

linéaire avec

_{enregistrement}

photo-graphique

des

_{impulsions. L’analyse}

des

_impulsions

montre,

en bon accord avec la courbe

_Ex

=

f (A,

Z)

(masse

et numéro

_atomiques),

un

_rayonnement

«

de _parcours

_extrapolé

55,3

mm,

_{proportionnel}

au RaA

et en

_proportion

de 3 . I o-4 par

_rapport

à ce dernier.

Quelques sondages

avec le

_dépôt

actif seul

_permettent

d’éliminer le Rn comme substance mère.

Le

_rayonnement

nouveau est _par

_conséquent

attribué au At 218 suivant le schéma

Je me suis

_proposé

de

_reprendre

cette étude pour les raisons suivantes :

a. Le

dépouillement

des

_{enregistrements}

de Karlik

et Bernert montre _{pour le}

_rayonnement

ce du At 218

un

_spectre

_{d’impulsions}

d’une

_largeur

_(plus

de o,8 MeV à la

_base)

_que ne

_peuvent

_expliquer

les conditions

_{géométriques,}

assez _pauvres, ou le

bruit de fond de

_{l’amplificateur :}

la distribution

des

_impulsions

dues au At218

touche,

du côté

des

grandes

énergies,

celle due au Ra C’. Ceci

laissait entrevoir la

_possibilité

d’une structure

complexe,

et, en tous cas, rendait arbitraire la

détermination du _parcours

_{correspondant.}

b. Des essais

_{préliminaires}

m’avaient montré la

difficulté

_qu’il

_{y avait à} se débarrasser des

_protons

d’origines

diverses,

et en

_particulier

de ceux

_prenant

naissance par

projection

d’atomes H.

c. A la

_précision

des

statistiques près,

et en

tenant

_compte

du

_temps

mort de

C~o

s

_précédant

le

début de la mesure, la

période

donnée par Karlik

et Bernert ne

_pouvait

_que faire

_l’objet

d’une limite

supérieure.

’

d. Il restait à donner une _{preuve de la}

filiation,

l’absence d’une

_période

certaine attribuable au

rayonnement

observé ne

_permettant

_{pas d’éliminer} a

_{priori l’hypothèse}

_{que celui-ci} était un «

long

parcours » du Ra A. Seul le _peu de vraisemblance

théorique

contrariait cette

_{possibilité.}

e.

Énergétiquement

_possible,

une bifurcation a

dans l’élément At218 était intéressante à rechercher.

Une telle bifurcation devait donner naissance

au Rn 218.

Dispositifs

expérimentaux. -

L’ensemble du

travail a été effectué avec un

_{amplificateur}

propor-tionnel à

_{enregistrement}

_{photographique}

_par

oscillo-graphe mécanique

et à vérification visuelle _par

oscillographe cathodique.

Trois chambres d’ionisation ont été utilisées :

Une chambre

_(A)

à faible ouverture

_angulaire

pour déterminer les parcours

(fig, i ),

une chambre

_(B)

à

_grand

_{angle solide,}

avec

_plateau

et

_grille

d’entrée

sphériques ( fig. 2),

et enfin une chambre

_(C)

de

volume

Il,

pourvu d’un

injecteur

permettant

d’étudier le

_comportement

de gaz émetteurs a.

96

Cette chambre est en

_bakélite,

rendue conductrice

aux endroits _{convenables par}

_l’aquadag

et est ainsi peu sensible aux rayons y.

Fig. i. - Chambre d’ionisation A

(schéma).

Les chambres A et B

_comportent

toutes les deux

une circulation d’air intérieure

dirigée

dans le

cana-liseur et destinée à

_empêcher

_l’entrée,

dans

_l’espace

proprement

dit de la chambre de

_produits

actifs

provenant

de la source. Un

_{champ magnétique}

(8000

gauss)

élimine les

_{rayons p}

du Ra B

_qui

augmentent

le niveau du bruit de fond. Ces chambres

sont _pourvues d’un thermomètre et d’un manomètre

différentiel non

_figurés

sur le dessin. Afin d’assurer

la

_{plus grande homogénéité}

_possible

aux

rayon-nements,

les chambres A et B ne

_comportent

_{pas de}

feuilles minces

d’entrée,

mais

_uniquement

des

grilles

à mailles serrées.

Fig. 2. - Chambre d’ionisation B

(schéma).

La chambre A est strictement

_{proportionnelle}

grâce

à une électrode collectrice

coaxiale,

_qui,

_par

ailleurs,

est assez _{fine pour} ne _pas

_{intercepter plus}

de 2 pour ioo des rayons oc incidents.

La chambre

B,

où les _rayons entrent

_{parallèlement}

aux

lignes

de force du

_{champ électrique,}

n’est pas

entièrement

_{proportionnelle}

_{par suite} de la constante de

_temps

de

_{III oooe}

de seconde nécessaire aux

enregistrements

rapides.

A cause de la

_symétrie

sphérique,

un

_étalonnage

_préalable

_{par rayons} a

du

_polonium

est

nécessaire,

et

suffisant,

pour

l’inter-prétation

des courbes. La chambre B

_possède

un

~

diaphragme supplémentaire qui

peut

être mis en

place

en cours

_{d’expérience}

afin de diminuer

l’inten-sité du

_rayonnement

_lorsque

celui-ci,

par suite de

la croissance du

_dépôt

actif,

dépasse

la

_capacité

du

_système

_{amplificateur-oscillographe.}

Dans les

_expériences

avec les chambres A et

B,

le

trajet

des rayons «

préalable

à leur _{passage par} la

grille

d’entrée est

_toujours

_{tel que les rayons du Ra} A

ne _{sont pas}

_{enregistrés.}

Occasionnellement,

la source

est

_reculée,

afin de

_supprimer

aussi l’arrivée des

rayons « de 55 mm et de conserver seulement

ceux du Ra C’.

Les

_dispositifs

_{expérimentaux}

ont subi

_beaucoup

de modifications successives _par suite des difficultés

suivantes :

-La

_préparation

d’un

_dépôt

actif assez bien

défini,

à courte accumulation et strictement

_dépourvu

de radon ainsi que des _corps

A,

B et C autres que

ceux

_provenant

de l’accumulation dans

_l’espace

d’activation,

exige

une filtration difficile du

radon,

ainsi

_qu’un

_chauffage

de la source délicat à

_régler.

Un

_chauffage

_trop

fort _provoque en effet un

_départ

de Ra A par

volatilisation,

tandis

_qu’un

_chauffage

trop

faible laisse subsister du radon occlus.

Dans les

_expériences

avec Rn en

_ampoule

fermée par mica

mince,

on observe facilement et avec une

intensité notable des

_protons

_provenant

d’une

_part

de la

_projection

d’atomes H à

_partir

du

_mica,

et,

d’autre

_part,

de la transmutation de l’azote du canaliseur

_{p)0~]. Lorsque}

l’ensemble des feuilles de mica

_interposé

sur le

trajet

des rayons «

atteint

_4o

mm d’air

_équivalent

_(Karlik

et

_Bernert),

on

_trouve,

en

adoptant

les données de Tsien

[3]

sur la

_projection

de

_protons

_{par rayons} x, que le

rapport

entre

_protons

et « du Rn dans

l’angle

solde

de la chambre d’ionisation est de l’ordre de 2..10-~5. Le

_spectre

des

_{impulsions dépend}

dans ce cas de la

forme de la chambre et du

_trajet

maximum offert

aux

_protons

dans celle-ci.

Dans les

_expériences

avec

_radon,

un début net et bien défini était obtenu en cassant une

_ampoule

de verre contenant ce radon et en le laissant

_pénétrer

dans la

_capsule

montée devant la chambre d’ioni-sation.

_Malgré

une filtration

_soignée,

certaines

anomalies dans la croissance du Ra C’

_(faible

compo-sante linéaire en

_-f,

assez

_{reproductible)}

se sont

avérées comme étant dues vraisemblablement à un passage des filtres par le Ra B volatil.

Durant la formation du

_dépôt

actif dans la

_capsule

remplie

de

Rn,

le

_partage,

entre le volume et la

paroi,

du Ra A est différent de celui du Ra C’ : la

_proportion

du Ra A en

_suspension

dans le volume

est

_{plus grande}

_{que la}

_{proportion correspondante}

du Ra C

qui

a

_disposé

de

_plus

de

_temps

_pour se

fi 1 .

L t. Ra A ..

t .

t

fixer sur la

_paroi.

La

_{proportion 0«’ C,}

_qui

intervient

«RaG

dans

_l’analyse

des résultats

_peut

être faussée si l’on _{n’a pas}

_pris

soin de donner à la

_capsule

une

forme _{telle que la visibilité moyenne des}

_parois

vues

depuis

l’entrée de la chambre d’ionisation _{soit peu}

à une surestimation du _{a a} et, par

là,

à une surestimation du

_rapport

d’embranchement.

Une dernière difl’lculté enfin

_provieut

du mauvais

rendement que l’on observe

lorsqu’une

ampoule

de

radon,

brusquement

brisée,

laisse le gaz se

pro-pager vers la

_capsule

à travers un

capillaire;

le

gaz résiduel circule notablement

plus

vite que le

radon et dès que

l’équilibre

des

pressions

totales est

réalisé,

la teneur en Rn de la

capsule

est

fixée,

car la diffusion à travers un

_capillaire

ne

_peut

modifier la

_répartition

_pendant

la courte durée d’une

_expérience.

Ce rendement

_dépasse

rare-ment 15 _pour i oo.

Les différents

_{dispositifs expérimentaux,}

tenant

compte

des

_points

_{précédents,}

ont été les suivants

sous leur forme définitive :

1. Essai avec le

_dépôt

actif seul et avec la chambre

d’ionisation A. Le

_dépôt

actif est

_préparé

avec

l’appareil

de la

_figure

3. Le

_porte-source

est une

Fig. 3. -

Dispositif d’activation.

feuille de

_platine

montée à l’extrémité d’un cône

standard. La feuille

_peut

être chauffée

électri-quement.

Les

_opérations

se succèdent de la

_façon

suivante :

Le tube contenant le Rn est cassé à travers le caoutchouc au

_{temps 1}

=

o, le Rn passe à travers

’

un filtre de

_coton,

_puis

à travers une

_plaque

de

verre fritté

qui

a été

_exposé

à des fumées de

SO,

et envahit alors

_l’espace

d’activation

_V,

vidé.

Vers t = 12 s,

V2

ayant

été vidé au

_préalable,

on ouvre B

_puis

C et l’on enlève le

_porte-source

qui

est

_rapidement

_transporté

devant un courant d’air

pendant

que la feuille de

platine

est chauffée

₄

à 5 s un _peu en dessous du _rouge très sombre. Le

porte-source est ensuite mis en

_place

sur la chambre

d’ionisation et

_{l’enregistrement}

commence à 1 = ₂₀

à 22 s..

Le radon dans

V 2

peut

être

_récupéré

en

_partie

dans le

_capillaire

D en vidant le ballon à travers B

et refroidissant D à l’air

_liquide.

Ensuite il faut

repurifier.

2. La

_figure

4

montre la source et le mode de

remplissage

de la

_capsule

dans les

_expériences

avec

radon. La

_capsule

est fermée _par un mica de

_2,5

mm

d’air

_équivalent,

soutenu _par un

_grillage.

L’intro-duction du Rn se fait en cassant

_l’ampoule

à travers le caoutchouc. Ultérieurement des

_dispositifs

_plus

automatiques

ont été

utilisés,

ce

_qui

évite les chocs

qui

résultent d’un cassage manuel et

_permet

un

meilleur

_repérage

du

_temps

zéro.

Fig. l. -

Capsule à radon.

L’ampoule

étant

cassée,

le _{gaz passe d’abord par}

un

_tampon

de coton de verre

_qui

arrête la

_majorité

du

_dépôt

actif et les débris fins de verre et

_parcourt

ensuite le

_{capillaire (0,6 mm) qui}

contient une

spirale

de nichrome très étirée. Un

_premier

_tronçon

du

capillaire

est _{refroidi par} la

_neige

_{carbonique (-}

20

à

_20133o~),

un deuxième

_tronçon

est chauffé à

4ooO,

le dernier est de nouveau refroidi. Ces trois sections

arrêtent

_{complètement}

le Ra B

_qui,

sans

_cela,

_passe

°

en

proportion

très forte

(jo-4

à

10-3)

sous forme

volatile. Avant

_montage,

la

_capsule

est lavée à

l’acide

_chromique

concentré et à

_l’éther,

et l’ensemble

est vidé et

_dégazé

à froid. Dans ces conditions

opératoires,

on

_peut

admettre que les

_quantités

de Ra

A,

Ra B et Ra C

_{qui parviennent}

à la

_capsule

sont

_{négligeables}

_(pour

le Ra

C,

quantité

inférieure

à 3 .10-8 de celle

_présente

dans

_{l’ampoule).}

La durée du

remplissage

de la

_capsule

est

généra-lement d’une fraction de

seconde,

et se détermine sur

_{l’enregistrement}

_{par la croissance du nombre}

de

_protons

si ceux-ci sont en nombre suffisant. Le rendement est

_toujours

très

mauvais,

le radon dans la

_capsule

excède rarement 15 pour i oo de

la

_{quantité qui correspondrait}

au

_partage

_{du gaz}

dans les volumes. La

_majorité

du radon

_manquant

se retrouve dans

_l’espace

de

_l’ampoule

cassée.

3. Pour mieux étudier le début des courbes de

croissance,

et tenant

_compte

du mauvais rendement

indiqué

ci-dessus,

les

_expériences

suivantes sont

faites avec la chambre

B,

d’ouverture de 3oo et

avec étalement ± 1 mm du _parcours

_préalable.

Dans les

_premiers

essais,

cette chambre était assez

98

profonde

et offrait aux

_protons

un _{parcours variable}

allant

_jusqu’à

4 i

mm.

4. Afin d’identifier ces

_protons,

l’électrode centrale

a été

_remplacée

_{par l’électrode}

_{sphérique, figurée}

en

2,

le parcours off ert

correspondant

au _parcours

maximum du Ra C’ dans la chambre. I,a

dimi-nution de

_grandeur

des

_impulsions

_parasites

_indique

alors

_qu’il

_s’agit

effectivement de

_protons.

5. Une

_fois,

le mica

_ayant

été rendu le

_plus

mince

possible

pour éliminer les

protons

résiduels de trans-mutation de

l’azote,

la chambre a été _{pourvue d’une}

circulation de

_L’angle

solide

_augmente

_{par là}

même d’un facteur 3

_{(source rapprochée}

à cause

du parcours

plus

faible des _rayons

_a),

mais il faut

remplacer

les deux électrodes

_sphériques

en

dimi-nuant _{le rayon} de courbure. A cause de la dimension

de la fenêtre de

mica,

la _{fluctuation du parcours} dans la chambre devient ainsi de -~-

1,7 mm.

6. Un essai d’attribution du

_rayonnement

de 55 mm a été fait en revenant au

_dépôt

actif et

en chauffant par

_à-coups

la feuille de

_platine,

la

durée de chauff e étant

_enregistrée

sur le film. Un

fort courant d’air

_emporte

vers l’extérieur les

produits

volatilisés. Par

ailleurs,

toutes les chambres d’ionisation étaient maintenues en _permanence sous

surpression

d’air afin d’éviter les contaminations.

7. Un

_dépôt

actif très bien

_purifié

du radon est

balayé

par un courant _gazeux

_qui

est ensuite

_injecté

par intervalles dans la chambre C. On décèle ainsi

un _corps à vie _courte,

_gazeux

et émetteur a. Le

dépôt

actif demande des soins

_particuliers

et est obtenu par distillation sur

cylindre

de cuivre d’un

dépôt

sur

_{platine dégazé}

au

_préalable.

En

_opérant

soigneusement,

la

_proportion

résiduelle de radon

ne

_dépasse

_pas 0-9 _pour une

_opération

pre-nant

1,5 mn

depuis

la fin de l’activation

_jusqu’au

premier enregistrement.

Résultats

_{expérimentaux, -}

l.es résultats

expérimentaux permettent

de donner comme

pro-bable le schéma suivant _{pour l’embranchement}

commençant

au Ra A.

Les données du schéma se

_justifient

_{par les}

expé-riences suivantes :

-

a.

_Energie.

- Elle est

déterminée par les

expériences

du

_type

1,

2 et 3. Le

_type

1

_correspond

à de faibles intensité de

_dépôt

actif,

l’activation

très _propre

_ayant

un mauvais rendement. Mais par suite de la bonne

géométrie,

les groupes sont

bien résolus. La

_{figure 5}

montre un tel

enregis-trement

_qui

_permet

_{d’affirmer que le groupe} de

_long

parcours observé dans le Ra A est

simple,

à la

précision

habituelle

_près

_{(3o KeV).}

Il reste alors à

chercher si le Rn émet de son côté un

_rayonnement

de

long

parcours

responsable

de

_{l’aspect complexe}

observé par Karlik et Bernert. Les

_premières

expé-riences montrèrent de

_{grandes perturbations}

dues

aux

_protons,

avec

_aspect

de

_spectre

_complexe,

les

_{composantes pouvant}

se

_départager

_{par leur}

variation en fonction du

_temps,

sauf pour les

_régions

où les distributions se recouvrent. Ce n’est

_qu’en

travaillant

avec des feuilles de mica de

2,5

mm air

équivalent

et en _{desséchant par}

_piège

à air

_liquide

Fig. 5. -

le _{gaz de} la _{chambre que le} nombre de

_protons

a

pu être ramené à un niveau satisfaisant. On retrouve

alors que le _groupe nouveau de 55 mm est

_simple,

à la

_{largeur près}

des raies

_qui

sont

_{plus larges}

_par suite de la

_dépression

sous l’effet du vide de la

fenêtre de la

_capsule

_{(fig. 6).}

Fig. 6. -

Groupes x dans le radon. Le groupe du At 218 est _figuré à deux instant différents de la croissance : la

queue de petite énergie, due aux _protons ne _{varie pas.} ’

Un contrôle

plus précis

de l’énergie

s’obtient alors dans une

_expérience

du

_type

3 où l’on

enre-gistre

d’abord la croissance du

_rayonnement

de b5 mm

et où l’on recule ensuite le cône

_porte-source

de

façon

à ramener _{le parcours} a du Ra C’ dans la

chambre à la

_{grandeur qu’avait précéd,emment}

le parcours dans la chambre du

_rayonnement

de 55 mm.

On trouve _{ainsi pour le parcours moyen}

~

x _ _{55,5 ± o,} 1 mm.

Soit,

en se

_reportant

aux courbes de

_Holloway

et

Livingston

:

Ex

=

6,7

MeV.

b. Période. - Les résultats de la détermination

de la

_période

sont assez

confus,

on ne

_peut

fixer

avec certitude

_qu’une

limite

_supérieure.

Le

dispo-sitif

_adopté

était 3 ou 4 en utilisant la

_quantité

de radon la

_{plus grande possible,}

de

_façon

à suivre

de

_près

la

_première

croissance de Ra A. La

_période

se déduit de l’intensité du

_rayonnement

oc de 55 mm

rapportée

à l’intensité du

_rayonnement

du Ra

A,

ce dernier étant calculé à

_partir

de la croissance

du Ra C. La courbe de croissance a~~ à elle seule donne

_déjà

une idée assez nette du

_décalage

existant

par

rapport

à un _{corps dérivant directement du}

radon.

La

_{figure 7}

montre la courbe ainsi obtenue. La

période qui

en est déduite doit être diminuée en

fonction du

_temps

nécessaire au

remplissage

de la

capsule,

temps

qui

est mal connu dans une

expé-rience propre où le nombre de

_protons

observés

est

_petit.

En admettant _pour ce

_temps

de

_remplissage

une

moyenne - obtenue dans d’autres

_{expériences,}

on

peut

fixer _pour la

_période

T ^~ _{1, ~} à 2 s. 111 ax.

c.

_Bifurcation.

- Le

rapport

de bifurcation

du Ra A s’obtient au _moyen des mêmes

_expériences

que la

période,

le

poids

étant maintenant mis sur

une excellente

_pureté

du radon

_{(absence complète}

de Ra B et de

_protons)

et la

_capsule

_ayant

des

Fig. 7. - Croissance du

rayonnement de 55 mm.

En pointillé :

droite _extrapolée pour déterminer la vie moyenne.

parois

entièrement visibles

_depuis

la chambre

d’ionisation. Le

_{diaphragme supplémentaire,}

rédui_

sant l’intensité en cours de _route,

_permet

de

100

de

là,

le nombre

_{d’impulsions}

devient

_trop

grand

pour

garder

des groupes bien résolus.

Les courbes de croissance des deux _groupes

(55

et

₆₉

_mm)

_ayant

été mises sous forme

intégrale,

on les fait

coïncider,

par

ajustage

des constantes A et

B,

avec les courbes calculées :

et

où les indices

At, A,

B ,et C se

_rapportent

respecti-vement aux _{corps At}

_218,

Ra

_A,

Ra B et Ra C

(ouRa(7).

Le

_rapport

de _{bifurcation p} -

pour RaA

nombre «

est alors donné par

Les meilleurs

_{enregistrements (au point}

de vue

de

_pureté

du

_Rn)

donnent ainsi

o

=~2~00’~’ O~O~J~.IO-~.

Ce nombre est sensiblement

_plus

_{bas que celui}

donné par Karlik et

Bernert,

peut-être

par suite des difficultés citées

_plus

haut et insuffisamment

corrigées

par ces auteurs.

d.

_{Identi ftcation.}

- L’identification _ne

présente

pas le caractère net

désirable,

mais se _{compose de}

Fig. 8. - Essai de volatilité de At 218.

présomptions

dont chacune seule serait insuffi-sante :

- L’existence

probable

d’une

_période.

- L’existence d’un

isotope

du

_Rn,

dont il sera

question plus

loin et

_qui

ne

_peut

dériver que

du At 218.

-

Quelques

essais de volatilisation.

Dans ces derniers èssais, la feuille de

_platine

_portant

le

_dépôt

actif et

_placée

devant la chambre

d’ioni-sation

_{(dispositif 6)}

est chauffée à intervalles

régu-liers

_pendant

_1,5 s; le contact établissant le

chauffage

est relié en même

_temps

au _{marqueur de}

_temps

de

l’enregistreur.

La

_statistique

des

_impulsions

montre que l’intensité du

rayonnement

de 55 mm est

_plus

Fig. 9. - Chambre

avec _injecteur chauffant _{pour corps volatils.}

faible

_lorsque

la feuille est chaude

_(3ooo)

et _que

l’intensité redevient normale

_lorsque

le

_chauffage

cesse. Les erreurs

_statistiques

sont

_{trop grandes}

pour

permettre

une mesure de la

_période,

on

_peut

Fig. o. - Décroissance du

gaz

ayant passé sur le Ra A chauffé.

seulement conclure _{que l’émetteur du}

_rayonnement

de 55 mm est

plus

volatil que le Ra A

_(polonium).

La

_{figure 8}

montre un

exemple

d’une telle

courbe,

l’abscisse étant le nombre

_intégral

des

_impulsions,

et les trois intervalles de chauffe d’une

_expérience

ayant

été additionnés. On voit que le

rayonnement

de 55 mm est loin de cesser

_pendant

la

_période

de

chauffe. Si

_cependant

on chauffe

_plus

fort,

on observe

un

_départ

net de Ra A.

A titre de

contrôle,

une

_expérience

du

_type

7

tout entier

_{(fig. 9).}

La

_température

est très

_critique

à cause du

grand

excès de Ra A. La courbe de la

figure

1 o a été obtenue pour une

_température

de i5oo à peu

près,

elle _{n’est pas} contradictoire

avec l’existence d’une

_période

de 2 s. Les erreurs

statistiques

sont énormes du fait d’un début de

volatilisation du Ra A. Par suite de ces

_{difficultés,}

la courbe 10 est donnée sous toutes réserves

_(1).

Rn 218. - _a. Période. -

L’expérience

7 nécessite

une

_quantité

de Ra A de l’ordre de 20 mC réels

au début de

_{l’enregistrement.}

L’air

_passant

sur ce

dépôt

est

_injecté

_{par coups brefs} dans la chambre

d’ionisation C à

grand

volume. On observe alors

une activité oc dont on suit la décroissance

_pendant

une dizaine de secondes. La

_figure

I i montre la

Fig. 11. - Décroissance du Rn 2 r 8.

courbe

obtenue,

totalisée sur une dizaine de décrois-sances. La

période

déduite est de

s.

L’intensité de l’activité initiale suit la décroissance du Ra A. Il

_s’agit

_{donc d’un corps relié} au

_{Ra A,}

,soit

directement,

soit _{par intermédiaire de}

_périodes

courtes seulement.

b.

_Energie.

- La chambre

C,

par suite de la

courte durée des

_expériences

_pendant

_lesquelles

il faut obtenir des

statistiques

suffisantes,

est montée

avec une constante de

_temps

inférieure à 10-3. Prévue pour une tension

_appliquée

de 5

kV,

elle

n’est _{pas du} tout

_{proportionnelle.}

De

_plus,

une

(1) Des _expériences initiales de ce _{genre, mais} avec _injecteur nu _pénétrant dans la chambre, avaient fait nettement appa-raître une _période de o,3 s. Cette _période a cependant disparu après interposition d’une _grille entre le volume de la chambre

et l’injecteur chauffé, de façon qu’il apparaît comme _probable

que les impulsions électriques étaient dues à des perturbations électrostatiques et que la décroissance observée correspondait

à la cessation des tourbillons de- gaz chauds dans la chambre

froide. Si l’on désire déduire une _période de la courbe de la figure 8, la valeur o,3 s convient certainement mieux qu’une période de _quelques secondes. C’est _pourquoi il semble _prudent de ne _pas être _trop affirmatif au sujet de la _période de At 218.

grande

partie

des rayons oc vient finir dans les

parois.

Un _{groupe de rayons} oc

monocinétique

donne

ainsi lieu à une distribution

_{d’impulsions}

très

étalée,

tel un

_{spectre ~}

sans maximum défini. On

_peut

_{seulement remarquer que les}

_plus

_grandes

impulsions

observées _sont, dans le cas du

Rn 218,

près

du double de celles dues au Rn 222. Ceci

renforce

_{l’hypothèse}

d’une émission

_pratiquement

simultanée de deux _rayons a suivant le schéma

c.

_{Identification.}

-

L’expérience

7 a été

_répétée,

mais en

_disposant

sur le

_trajet

du _gaz

_injecté

un

capillaire

pourvu d’un

couple

thermo-électrique

et

refroidi par l’air

_liquide.

La

_température

du

capil-laire est

_enregistrée

sur le film en même

_temps

_que les

_impulsions,

le

_temps

et les instants

_{d’injection}

du gaz. Le

_dépôt

actif est

_nettoyé

de

_façon

à laisser subsister une trace de radon normal servant de

« témoin ». Dès _{que l’air}

_liquide

est

_évaporé

et _que

le

_capillaire

commence à se

_réchauffer,

on commence

les

_injections

de gaz suivies d’une courte

décrois-sance afin de

_départager

le Rn 218 et le Rn 222. On _{constate que} les deux activités commencent à

passer le

capillaire

ensemble vers - iooo C.

L’attri-bution

_proposée

_{pour le corps de}

_période

_1,3 s semble ainsi la seule

_possible

en

_{considérant,}

en

plus,

sa

_parenté

avec le Ra A.

Cette

_expérience

n’a réussi

_qu’une

seule

_fois,

car elle demande

_{plusieurs manipulations}

simul-tanées

_qui

_présentent

chacune une _certaine

propor-tion d’insuccès.

Comme le Rn 218 doit être suivi instantanément par un oc du Ra

C’,

des

expériences

sont en

prépa-ration pour vérifier si l’on observe effectivement à la chambre à détente les fourches

_{correspondantes.}

d.

_Bifurcation.

-

L’expérience

’l,

utilisée pour déterminer la

_période,

donne une limite inférieure pour

le

_{rapport p’}

_

pour At 218 en

_supposant

nombre z )

que tout le Rn218

quitte

la surface du

_dépôt

actif

_(2).

(~) Dans la limite de _température où le Ra A ne _{subit pas} un

début de volatilisation, un réchauffement du _dépôt de Ra A n’augmente pas l’intensité de la _quantité de Rn 218 entraînée.

Ceci laisse penser que le rendement de cette _opération est élevé. Dans _{l’expérience qui} suit, avec ampoule en verre _remplie de radon, le Rn 218 _{peut provenir,} soit du volume _{(Ra A} encore non fixé), soit des _{parois (Ra A} fixé sur la _paroi). En consi-dérant la _{pression régnant} dans _l’ampoule ainsi que les dimen-sions, on _peut établir que la proportion de Ra A _qui a _pénétré

dans le verre par recul a est de l’ordre de o ₀₁₀ seulement. Le Rn 218 reste alors _probablement fixé aussi sur la _paroi,par suite de la faiblesse des reculs _~. C’est dans le but de main-tenir basse cette _proportion « stérile » _{de Ra A}

que l’ampoule

contient en fait un _mélange de radon et de xénon, ce dernier

jouant en même _temps le rôle de «gaz de balayage ». La

phy-sique de _l’ampoule de radon est néanmoins trop complexe

pour que l’on puisse affirmer que la proportion Rn 218jRn 222 reste strictement constante dans le gaz quittant l’ampoule

102

Cette limite est de 3.I0-~4 à io-3 et ne

_peut

être

précisée

mieux : la mesure de la

_quantité

de RaA

déposée

sur la surface intérieure d’un

_petit

tube est

impossible,

la

_composition

_globale

du

_dépôt

actif

n’est _{pas bien déterminée par} suite de la distillation

,

et seule une

_expérience

à blanc avec destruction du

,

tube

_permet

de fixer l’ordre de

_grandeur.

Mais il est évident que dans les

expériences

avec

radon,

le Rn _{218 accompagne}

_partout

le Rn

222,

et, en

_particulier,

se trouve à

_{l’équilibre}

avec ce

dernier dans les

_ampoules

servant dans les

expé-riences du

_type

3 à 5. Lors de la cassure de

_l’ampoule,

le Rn 218

_pénètre

donc dans la

_capsule

et doit y

donner une

_perturbation

initiale dans l’intensité

des _rayons « du Ra C’.

L’expérience

5 a été effectuée dans ce

but,

avec une source très forte et en éliminant par

absorption

préalable

le

_rayonnement

de At 218 dont l’intensité n’aurait pas

permis

un

_{enregistrement}

lisible. Seuls les rayons a du Ra C’ étaient donc

_comptés,

le

groupe

d’impulsions

étant cette fois très

_large

_par

suite de la mauvaise

_géométrie.

En

_prenant

comme

_origine

des

temps

le moment

de la cassure de

_l’ampoule

et en notant 0 la

cons-tante de

_temps

de

_remplissage

de la

_capsule,

on

trouve que l’intensité des rayons oc du Ra C’ doit

être,

en fonction du

_temps

et à un facteur constant

près,

~,. étant la constante de

_{désintégration}

du Rn 218.

Fig. 12. -

Croissance initiale des rayons x du R.a C‘.

La

_figure

12 montre le début de la courbe calculée

et des

_{points expérimentaux,}

les valeurs admises

étant

_p’

- io-3 et 0 = o,6 _s. La filtration du radon

a été très sévère

ici,

et le 0 admis est un _peu

_plus

grand

que d’habitude. Le

pointillé

représente

la

courbe de croissance normale du Ra C’. Les erreurs

statistiques

sont

_{grandes, puisque}

les

_quatre

_premiers

points expérimentaux

ne totalisent _que

_quatre

impulsions.

Celles-ci

_cependant

se

_produisent

à

un instant où la

_probabilité

_{d’observer des rayons} «

du Ra C’ est

_pratiquement

nulle.

Si,

bien

entendu,

le parcours des rayons du Rn 218

est suffisamment

_grand

_pour être

_compté

partiel-lement ou

_{entièrement,}

le

_rapport

_p’

doit être

_corrigé

en

_{conséquence,}

l’écart

_pouvant

atteindre au

maximum un facteur 2.

En admettant

_p’

-

Io-3,

le Rn 218 est donc

présent

dans le

Rn 222,

en

_équilibre

avec le

Ra A,

dans la

_proportion

de 2. io-1 en

activité,

soit - 10-12

en nombre d’atomes.

Conclusion. - Les

expériences

décrites rendent

probable

l’existence d’un nouvel

_isotope

du

_radon,

le

_{Rn 218,}

de

_période

1,3 s, résultant d!’un faible

embranchement ~

à

_partir

’du At 218 et se

désin-tégrant

par émission ce sur le Ra C’.

L’énergie

de ce

_rayonnement

_{n’a pu. être}

_chiffrée,

par suite du manque d’intensité. Il est

possible

de

faire des

_{spéculations}

sur les courbes

_Ex

= .~

_(A,

_Z)

reliant les

_énergies

ce et la structure du _noyau,

courbes dont . on connaît

_l’aspect

relativement

régulier.

Seule

_{l’expérience}

_{cependant peut}

trancher

la

_question,

d’autant

_plus

_{que l’élément Rn} 218

se

_place

_probablement

sur la

_{partie rapidement}

descendante de la courbe relative au

Rn,

_partie

qui

n’est encore

_jalonnée

_par aucun

_point

expéri-mental et est donc inconnue.

Au

_point

de vue de

_{possibilités}

_{énergétiques,}

la

différence de masse entre At 218 et Ra C’

_(niveau

fondamental)

permet

une

_{répartition d’énergie}

entre

_E~

At 218 et

Ex

Rn 218

_répondant

à toutes

les

_exigences

_possibles,

_grâce

à la

_grande

différence

énergétique

des états fondamentaux de Ra C

et Ra C’.

T

t d . t

ites B

At218 t

.

Le

_rapport

des

intensités .

_{a y ant}

approxi-mativement la même loi de

_croissance

que le

ra y. Rn ‘ ’->18 i n

rapport

Ci

, il est

probable

_{que le}

spectres

de At 218 sera très difficile à déterminer.

En vue de

garder

une certaine

homogénéité

aux

notations en radioactivité

naturelle,

il serait commode de

désigner

par Ra A’ et Ra A"

respectivement

les éléments At 218 et Rn 218.

Ces recherches ont été effectuées au Laboratoire Curie de l’Institut du Radium. Je remercie

Mme Joliot-Curie des facilités

_qu’elle

a bien voulu

Nofe ajoufée aux _épreuves. -

Depuis la rédaction de cet

article, M. H. Studier et E. K. Hyde ont _publié (Phys. Rev.

Sept. 1948, p. 5g I ) une étude des descendants du Pa230 obtenu à _partir du Th232 par réaction (a, p 5n) et _(d, 4n). Cette série comprend, d’après ces _auteurs, les émetteurs « : U230, Th226, Ra222, Rn218 et Ra C’, et _appartient ainsi à la famille 4n + 2.

Une période de 0,019 sec., attribuée à Rn218, est _{obtenue par}

une méthode indirecte (coïncidences retardées) sans identifi-cation, toutefois, du corps émetteur et de la substance mère. Aucune _période de l’ordre de 1, 3 sec. n’est observée.

Ces résultats ne _changent en rien les conclusions indiquées

plus haut au _sujet de l’attribution _probable, au _Rn218, de la

période de i, 3 sec, sans _{que, néanmoins,} le désaccord paraisse aisé à _expliquer.

Manuscrit reçu le 2~ novembre 1948.

BIBLIOGRAPHIE.

[1] KARLIK et BERNERT, Naturwiss., 1943, 31, p. 298; Zeitschr. f. Physik, 1944, 123, p. 51.

[2] MINDER, Helv. Phys. Acta, 1940, 13, p. 144.

[3] Tsien _SAN-TSIANG, J. de _{Physique, 1940,} VIII-I, p. 1;

Thèse, 1940, Gauthiers-Villars, Paris.

[4] HOLLOWAY et LIVINGSTON, Phys. Rev., 1938, 54, p. 18.

LES EXPRESSIONS DE

L’ÉNERGIE

ET DE L’IMPULSION

DU CHAMP

_{ÉLECTROMAGNÉTIQUE}

PROPRE DE

L’ÉLECTRON

EN MOUVEMENT

Par BERNARD KWAL. Institut Henri Poincaré, Paris.

Sommaire. -

L’apparition du facteur _1/3 dans _{l’expression} de _l’énergie totale de l’électron en

mou-vement, résulte de _l’emploi simultané dans les calculs d’une grandeur tensorielle _{(tenseur d’énergie} et

d’impulsion) et d’une grandeur qui ne _{l’est pas (élément} de volume). La difficulté s’évanouit avec une

définition tensorielle de l’élément de volume.

LE _JOURNAL DE _PHYSIQUE ET LE RADIUM. _{SÉRIE VIII,} TOME _X, MARS 1949.

En

_{1 go4}

Max Abraham

_{(1), qui prônait}

comme on

le

sait,

l’hypothèse

de

_l’origine

_purement

élec-tromagnétique

de la masse de l’électron et a

_bâti,

à cet

_effet,

la théorie de l’électron

rigide,

remarque

que dans la théorie de l’électron de Lorentz

l’énergie,

totale U du

_champ

de l’électron en mouvement

contient un facteur

_{supplémentaire qui prouverait}

que la masse de l’électron de Lorentz ne

_peut

être

considérée comme étant toute

_{d’origine purement}

électromagnétique.

La démonstration relaiiviste de ce théorème est souvent

_reproduite

dans les

manuels,

mais elle

ne nous semble pas être tout à fait correcte, car elle

se base sur l’évaluation d’une

intégrale

dans

_laquelle

à côté d’une

_grandeur

_qu’on

traite

tensoriellement,

à savoir

_l’énergie

du

_{champ électromagnétique,}

figure

l’élément de volume

_qui

est traité d’une

manière différente. On définit en effet l’élément de

volume en mouvement. à l’aide de

_{l’expression}

d Vo étant l’élément de volume au _repos

_(par

_rapport

à

_{l’électron).}

Cette définition n’est _{pas tensorielle}

elle résulte de la manière

_classique

de mesurer les (1) M. _{A13RAHAm, Physik. Z., rgo~, 5, p. 5~6.} ’

longueurs

en mouvement

_qui

subissent la contraction

de Lorentz.

_[Comme

corollaire de cette définition de l’élément de

volume,

nous avons comme on le

sait la définition non tensorielle de la

_force,

mesurée dans le

_système

en mouvement

et d’une manière

_générale

de toutes les

_grandeurs

physiques qui

entrent en

_jeu.

Car leur définition

doit être

_adaptée

à la définition non tensorielle du volume

_{(i), qui}

résulte ’d’une certaine manière

d’effectuer les mesures dans Je

_système

en

_mouvement,

manière

_qui

ne cadre _pas avec la définition des

tenseurs].

Examinons maintenant la démonstration

ici en cause

_(2).

On

prend

pour

l’expression

de

l’énergie

et de

l’impulsion

du

champ

électromagné-tique

propre de l’électron en mouvement

_(dans

la

direction de l’axe

_OX)

les formules suivantes :

étant le tenseur de

_l’énergie

et de

_{l’impulsion}

(2) Cf. R. BECKER, Théorie des électrons 66. - W.

PAULI, Relalivilàlslheorie, 1921, pp. 681 1 _{et 75 I.} -