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Submitted on 1 Jan 1909
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S. Russ, W. Makower, M. Moulin
To cite this version:
S. Russ, W. Makower, M. Moulin. L’expulsion de la matière radioactive dans les transformations du radium. Radium (Paris), 1909, 6 (6), pp.182-188. �10.1051/radium:0190900606018200�. �jpa-00242357�
L’expulsion
dela
matièreradioactive
dans les
transformations du radium1
Par S. RUSS et W. MAKOWER [Université de Manchester. 2014 Laboratoire de Physique.]
Introduction.
La transformation de l’émanation du radium en
radium A est accompagnée d’une émission de parti-
cules dont la vitesse est de 1,70 109cm. par seconde.
L’atome résiduel de radium A doit recevoir une iln-
pulsion considérable et subir un recul dans la direc- tion opposée à la direction dans laquelle la particule x
a été pro,jetée. Si l’on considère que la masse de la
particule x est de l’ordre de 4, et que celle de l’alto111C du dépôt actif est de l’ordre de 100, on voit que cet atome doit se mouvoir avec une vitesse de l’ordre de 107 cm. par seconde. Quand l’émanation est mélangée
avec de l’air à la pression atmosphérique, cet atome
se trouve arrêté par ses chocs contre les molécules et ne peut traverser qu’une fraction de millimètre de ce
gaz ; mais, à très faible pression, il pourra traverser
des distances considérables et il s’arrêtera sur les pa- rois du récipient 2.
Il en sera de même de l’atome de radium B prove-
nant de la transformation du radium A. Le radium B
peut se détacher d’une surface recouverte d’activité induite 3, et colnme ce radium L n’est volatil qu’au-
dessus de 600 degrés, il est possible que cette pro-
jection provienne de l’ellèt de recul qui se produit au
moment oû le radium A lance sa particule ;Of., comme
l’avait suggéré Rutherford4 Au cours du présent tra- vail, ces expériences ont été reprises par Hahn et Meitner3.
Les expériences qui vont être décrites mettent di-
rectement en évidence l’effet de recul du radium A, du radium B et du radium C quand ils prennent
naissance respectivement à partir de l’émanation et des radium A et B. On n’a pas fait d’expériences
directes pour déterminer la distance a laquelle l’atome
de radium A provenant de l’émanation se trouve lancé, mais une estimation approximative de cette distance
a été déduite par Jackson fi des expériences sur le transport du dépôt actif sur une cathode7. Le champ
1. Mémoire lu à la Royal Society ol London. communiqué
par la noyai Sociel y.
2. RUTHERFORD, Phil. Mag., octobre 1906.
3. Miss nnooK"; Nature, 21 juiillet 1904.
1. RUTHERFORD. Radioactivity, p. 392.
3. O. HANN et LISI MEITNER, Verh. ri. Deutsche Ph ys. Gesell.,
9. n" 3. - (). HAHN, Phys. Zeitsch., 10-81.
6. JACKSON. Phil. Jlag., novembre 1905.
J. MAKOWER. Phil. Mag., novembre 1905.
électrique n’exerce sensiblement aucune influence di- rectrice sur les atomes de radium A quand la pres- sion est très hasse. Jackson a calculé que lorsque
l’émanation est mélangée avec de l’air sous la prrs- sion de 1 cm de mercure, l’atome de radium A tra-
verse 7 mm d’air avant d’avoir effectué un nombre suffisant de collisions pour pouvoir suhir l’action du
champ électrique. Le cas de la forlnation du radium C est un peu différent, car le radium B n’émet que des particules B de faihle vitesse’; l’atome de radium C subit une impulsion moins grande, mais on verra qu’il peut cependant parcourir, dans le vide, une dis-
tance considérable.
Les rayons de radium A et de radium B dans le vide.
Le but de ces expériences, dont un exposé préliini-
naire a déjà été donné ailleurs2, était de mettre direc-
tement en évidence ces rayons de radium A dans le
Fis. 1.
vide. Dans ce hut, on employait l’appareil représenté figure 1. Dans un tube de verre cylindrique de
40 cm de long et 1,7 cm de diamètre, un disque de
laiton D (de 1,6 cm de diamètre) était suspendu
par l’intermédiaire d’un fil de platine soudé dans le
bouchon rodte A. Avant de placer le disque dans le tube, on condensait dans ce tube une quantité conve-
nable d’émanation en plongeant l’extrémité inférieure du tube dans l’air liquide. On déterminait la quantité
d’émanation au moyen d’un électroscope à rayons y (E), placé à proximité : au bout d’un temps conve-
1. HARVEN a récemment suggéré ryie lu radium B peut émcttrp des particules oc, mais ses résumais demandent confir- mation. Phyg. Z ei lsclz.. janvier 1909.
2. RUSS et MAKOWER, Sature. 21 Janvier 1909.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190900606018200
soit condensée et que réquilibre radioactif soit atteint,
on vidait le tube d’abord au moyen d’une pompe,
puis, à l’aide du tube a charbon C plongé dans l’air liquide. On laissait ensuite rentrer l’air, on mettait
en place le disque D, puis on revidait aussi bien que
possible au moyen de C.
Le disque D est exposé au bombardement des par- ticules de radium A et B, et peut-être aussi de ra-
dium C, provenant de l’émanation condensée à la
partie inférieure. En enlevant le disque D et en mesu-
rant son activité par ses rayons x, on doit s’attendre à trouver que le côté du disque tourné du côté de
l’émanation est devenu actif. L’expérience a montré qu’il en est bien ainsi. En elle-même, cette expérience n’apprend rien sur l’effet cherché, car on sait que si
une grande quantité d’émanation est condensée dans 1 air liquide, la condensation n’est jamais complète
et que, par suite de la présence de l’émanation à l’état gazeux, le disque D doit nécessairement s’activer.
Mais on a toujours trouvé que l’activité de la face
exposée aux rayons supposés était plus grande que l’activité de l’autre face (dans le rapport de 50 ii 1 pour des conditions convenables), et il semble certain que cet excès soit dù i la radiation. Le rapport des
activités des deux faces dépend de diverses circon-
stances expérimentales, mais l’activité de la face tournée vers l’émanation est toujours la plus grande
et, par interposition d’un écran entre le disque et l’émanation, on peut annuler complètement l’excès
d’activité de cette face.
Une autre expérience a été faite ultérieurement en
condensant l’émanation dans un tube étroit (5,8 crn
de long et 9 mm de diamètre) soudé à la partie infé-
rieure du tube de la figure 1. Bien que la surface du
disque exposé à l’émanation (que nous appellerons la
face antérieure) soit toujours plus active que l’autre
face (que nous appellerons la face postérieure), l’excès
d’activité était heaucoup plus petit, comme on devait s’y attendre, par suite de la diminution de l’ouverture il travers laquelle devaient passer les rayons.
Ces expériences ont été faites avec différentes quan- tités d’émanation, et les résultats sont donnés ta-
Tableau I.
nombre de milligrammes de bromure due radium qui
seraient en équilibre avec cette quantité d’émanation.
Les expériences ont toutes (’té faites à une pression
inférieure à 0,01 111111 de mercure; la durée d’expo-
sition des disques était de 40 minutes. L’excès d-acti- vité est moindre que dans les premières expériences
faites avec une plus grande ouverture, mais la face antérieure a toujours une activité plus grande que la
-face postérieure, quelle que soit la quantité d’élnana-
tion employée.
La tension de vapeur de l’émanation.
Les premières expériences ont été faites avec l’éma- nation de 50 à 40 milligrammes de bromure de radium mais on trouva plus avantageux de travailler
avec une quantité plus faible. En fait, l’émanation condensée ne se comporte pas comme un liquide ordi-
naire possédant une tension de vapeur- constante, mais sa tension de vapeur apparente semble dépendre
de la quantité d’émanation condensée. L’activité de la face postérieure du disque peut servir de mesure à
cette tension de vapeur. On voit dans le tableau 1
qu’en réduisant la quantité d’émanation de 16,55 à 0,86, la tension de vapeur apparente est réduite à peu
près au trentième.
Quelques expériences directes ont été faites pour vérifier cette variation. ; elles montrent que la tension de vapeur apparente doit dépendre d’un certain
nombre de conditions qui n’ont pas été étudiées et que la quantité d’émanation non condensée peut être con- sidérable quand on travaille avec de grandes quantités
d’émanation. Dans les expériences ultérieures, on a employé une quantité aussi petite que possible d’éma-
nation.
La diminution de la radiation ’avec la distance à la source.
On doit s’attendre à ce que l’activité de la face antérieure du disque diminue quand sa distance a
l’émanation augmente. Dans un tube plongé dans l’air liquide, l’émanation tend i se condenser en un anneau
Tableau II.
fluorescent au niveau de l’air liquide. Ou a admis que
toute 1 émanation était condensée à cet endroit. Le
disque D était exposé pendant une demi-heure li différentes distances, la pression étant toujours rame-
née à 0,fi57 mm. de 111ercllre. Les résultats sont don- nés dans le tableau II et on voit que l’activité coIl1-
muniquée au disque varie sensiblement en raison inverse du carré de la distance.
Une difficulté, pour ces expériences, p1-ovient de ce qu’il faut faire rentrer l’air chaque fois que l’on veut enlever le disque. Les impuretés de l’air vienent se
condenser sur l’émanation et forment écran. L’air a été soigneusement purifié par passage dans l’acide
sulfurique, la soude caustique puis dans un serpentin plongé dans l’air liquide. Malgré ces précautions, on ne peut éviter conlplètement la diminution de la radiation
qui se produit chaque fois que l’on fait rentrer l’air,
mais avec un peude soin on peut obtenir des résultats suffisamment concordants.
L’absorption de la radiation par 2’ajfr et par l’hydrogène.
Quand le résidu d’un atome d’émanation subit un
recul, par suite de l’émission d’une particule a, son énergie cinétique est beaucoup moindre que celle de la particule 7., a cause de sa plus grande masse. Son pouvoir pénétrant pour la nlatière sera plus petit que celui de la particule u. Si l’on considère le cas de la formation du radium A à partir de l’émanation et si
on prend les masses de la particule x et de l’atome
de radium A comme égales respectivement à 4 et à
218, on peut s’attendre a ce que le pouvoir pénétrant
de l’atome de radium A ne soit que le cinquantième
de celui de la particule x qui vient de s’en séparer.
Le parcours de cette particule x élant, dans de 4,35 cm., l’atome de radium A doit être complète-
ment arrêté par moins de 1 millimètre d’air à la pres- sion atmosphérique.
Il en est de même pour la production de radium B
à partir du radium A. La particule ce du radium A possède un parcours de 4,82 c111. et l’atome du radium
B doit avoir à peu près le même pouvoir pénétrant que
l’atome de radium A.
Pour déterminer le pouvoir d’arrêt de l’air et de
l’hydrogène, le disque D (fig. 1 ) a été exposé li la radia-
tion d’une quantité constante d’émanation et l’on fai- sait varier la pression du gaz entre la source de radia-
tion et le disque. Les premières expériences ont porté
sur l’air et le disque était placé à 6,5 cln. au-dessus
de rél11anation. La pression était mesurée au moyen d’une jauge de QIC. Leod. Les disque étaient exposés
dans chaque cas pendant 40 minutes à la radiation et mesurés 13 à 20 minutes après avoir été retirés du tube.
Les résultats obtenus sont donnés par la figure 2.
qui représente la variation de lexces d’activité de la lace antérieure sur l’activité de la face postérieure du disque en fonction de la pression. Un voit que la quan-
Fig. 2.
tité d’activité induite apportée par rayonnement est
une fonction exponentielle de la pression comme le
montre la courbe logarithmique qui a été calculée a partir de la courbe continue tracée entre les points expérimentaux. Bien que la loi générale d’absorption
ressorte clairement de cette série d’observilion, il es[
à noter que les points obtenus ne sont pas tout à fait
sur la courbe. Les écarts ont été attribues a la cause
signalée plus haut ; après chaque expérience, il fallait
laisser rentrer l’air pour remplacer lc disque par un
autre.
Une autre série d’expériences a été faite pour une distance de 1 5,5 centimètres, une première série de
mesures étant faite pour des valeurs croissantes de la
pression et une autre série pour des valeurs décrois- santes. L’ordre dans lequel les observations ont été
Fig. 3.
C’ffecluées sont indiquées par les flèches (ng. 5). Il
était impossible de retrouver le même point pour deux mesures successives faites à une même pres-
sion. La radiation reçue par le disque diminuait de
plus en plus, de sorte que la courbe obtenue pour des valeurs décroissantes de la pression est au-dessous
de la courbe obtenue pour des valeurs croissantes. On
a adopté la courbe moyenne.
Les courbes logarithmiques et les tableaux III1 et IV montrent que, lorsque le disque est à 1 3,5 ccnti- mètres, l’absorption de l’air est environ 2,6 fois plus grande que lorsqu’il est à 6,3 centimètres.
Une autre série d’expériences a été faite avec l’hy- drogène au lieu d’air pour la distance de 13,3 centi- mètrcs. L’hydrogène était préparé au moyen de zinc pur et d’acide sulfurique pur; il était ensuite porifié
par passage dans une solution de permanganate puis
dans de l’acide sulfurique, sur de la soude caustique
et enfin dans un serpentin plongé dans l’air liquide.
Les observations étaient plus satisfaisantes que dans l’air. On n’observait pas de diminution graduelle de
la radiation, mais il se produisait des variations brusques, plutôt capricieuses. Après une série d’obse r-
va fions concordantes, la radiation diminuait brus-
quement et les mesures ultérieures concordaient entre
elles. Ces variations devaient être ducs à l’introduc-
Fig. 4.
lion d’une impureté. Avec du soin, on a pu obtenir
une série assez longue pour pouvoir déterminer Fah-
sorption de l’hydrogène. Les résultats sont donnés
figure 4.
D’après les courbes précédentes, on voit que la radiation (r) qui atteint le disque est donnée par la relation
r= rn e -p
1 Dans ce tableau et dans les tableaux IV ft Y. la seconde colonne représente l’excès d’activité de la face antérieure sur la face postérieure, lui, dans un bon vide. ne diflère que de (luel- ljues pour cent de l’activite df la face antérieure
vide parfaite la pression en millimétres de mercure et À un coefficient constant qui mesure l’absorption
de la radiation par le gaz.
En calculant la Balenr de A d’après les courbes des
figures 5 et 5, on obtient : l6.5 = ’2,G’2 pour le disque place a 6,5 centimètres de l’émanation et l13.5=6.9 quand le disque est placé a 13,5 centimètres, tiu
voit que
A6.5 6,5=0,40
est queA13, 13,5=0,51.
ltandonnée la difficulté de connaître exactement la distance de l’émanation, ces nombres sont en bon accord.
Dans le cas de l’hydrogène, les expériences ont été
faites seulement a une distance de 13,J centimètres de 1 émanation. La valeur du coefficient Aj, est de 4,2
Tableau V.
d’après la figure 4 et le tableau V. Pour une distance de 15.G centimètres,
Si l’on remarque que la densité de l’air est 14,11-
fois plus grande que celle de l’hydrogène, on voit que
l’absorption de l’hydrogéne, pour cette radiation, est
hral1coup plus grande qnc celle que sa densité pour- rait faire prévoir.
La composition de la radiation de l’émanation.
La composition de la radiation reçue par le disque peut se déduire de la courbe de décroissance de son
activité. La courbe 1, (fig. 3) correspond u la décrois-
sance de l’actiBite du disque soumis à l’action de la
radiation de l’émanation pendant 40 minutes, dans
l’air une pression inférieure li 0,01 millimètre,
ce disque étant ;1 6.J centimètres de l’émanation. La courbe Tx correspond u la décroissance de l’aetiBité induite sur un conducteur chargé négativement exposé, pendant le même temps, dans l’émanation.
Il j a entre ces deux courbes une différence frappante qui s’explique i l’on admet que le disque recoit, dans le premier cas, du radium A et du radium H (,t que, dans le second cass il ne s’y dépose que du ra- dium A.
Les courbes II et Il,, lin été obtenues dans les
mêmes conditions mais avec une exposition de
10 minutes.
Fjg. :1.
Le nombre de particules de radium A et de
radium B projetées par l’émanation dans le vide.
Il est possible de calculer le nombre de particules qui atteignent le disque dans le vide. L’activité du
disque (expose pendant un temps suffisant pour que
l’équilibre radioactif soit atteint) mesurée imlnédiate-
ment après l’avoir enlevé du tube, permet, par compa- raison avec l’activité d’une lame recouverte de polo-
nium’ et émettant un nombre de particules x. connu,
de connaître le nombre de particules ’1. émises
par ce disque pendant l’unité de temps. Au moment
où le disque est retiré du tube, le nombre de parti-
cules x élnises par le radium A et par le radium C
qui y sont déposés doit être sensiblement le métne.
Les mesures ont montré que les quantités de radium
A et de radium C déposées correspondaient aux quan- tités de ces substances qui sont en équilibre avec
3,45.10-4 milligrammes de radium. L’émanation c’I11-
ployée correspondant a 1, 18 milligrammes de radium, la quantité de radiunm A et de radium C déposés sur
le disque était 2.92. 10_4 fois la quantité totale de
radium A et de radium C en équilibre avec l’émana-
tion. D’après les dimensions de l’appareil, Li fraction
de la radiation totale (de radium A et de radium B) qui devrait atteindre la plaque serait de 5,5 10-:;.
Nous voyons donc qu un onzième environ des parti-
cules lancées vers le disque atteint ce disque. Étant
donnée la facilité avec laquelle ces particules sont ab-
sorbées par la matière, il ne semblc pas douteux
1. Ce nombre nous apte fourni par te docteur Geiger qui
l’a déterminé en comptant lrs scintillations produites par seconde
sur un écran au -nifure de zinc placé à distance connue du polonium.
qu’avec une couche d’émanation suffisamment mince, sans impuretés et dans un vide suffisamment élevé, chaque particule de radium A et de radium B pro- duite serait rayonnée par l’émanation.
La radiation du radium B et du radium C.
Dans les expériences précédentes, l’émanation con-
tenait du radium A et du radium B, ce qui compli- quait les conditions expérimentales et il était difficile
de voir s’il existe des rayons de radium C.
Dans ce but, des expériences ont été faites avec une
plaque qui avait été recouverte d’activité induite en
l’exposant à l’émanation du radium. Une telle
plaque ne peut projeter
du radium A à moins
qu’il ne reste une trace
d’émanation adhérente a
sa surface. Au bout d’un certain temps, le radium
A ayant disparu, aucune particule de radium B
ne peut être projetée et
il ne reste comme pos- sible que la projection
du radium C par le ra- ium 11.
L’appareil employé est représente figure G. La plaque D qui a été expo-
Fig. 6.
sée pendant un temps déterminé à une quantité con-
sidérable d’émanation, était suspendue par un petit
crochet a 1 centimètre au-dessous d’un disque E. On
vidait rapidement le tube au moyen du charbon et de l’air liquide. Au bout d’uii certain temps, on laissait
rentrer l’air et on mesurait l’activité x du disque E.
Avant d’indiquer les résultats obtenus, nous allons
examiner ce que l’on peut prévoir. Considérons le cas
où la plaque D qui a été exposée à a’émanation contient du radium A, du radium B et du radium C en pro-
portions qui dépend en de la durée d’exposition. Le disque E doit recevoir une certaine proportion de par- ticules de radium B qui proviennent de la transfor-
mation du radium A. Si l’on admet que le radium 11
ne projette pas de radium C, on peut calculer l’activité
que possédera le disque C a un instant quelconque après avoir été retiré du tube 1. Ce calcul a été fait pour une exposition de 5 minutes à la radiation de D;
cette courbe théorique a été tracée en I, fi?:. 7.
Dans les premières séries de mesures, la plaque D
était explosée pendant 10 minutes dans l’émanation, placée ensuite dans un récipient que l’on vidait rapi-
dement pour enlever la plus grande partie de l’éma-
nation adhérente et, une minute et demi après avoir
1, HUTHFRFOUD. Radioactivity, p. 332.
