est séché à l'étuve à 55° et placé dans un exsiccateur sur de l'acide
phosphorique anhydre; il perd alors du poids très lentement, ce qui
prouve qu'il contient encore de l'eau; pendant 12 heures, la perte a été
de 3mg. On reporte le chlorure dans l'étuve et on laisse la température
monter à 100°. Pendant cette opération, le chlorure perd 6mg,3. Laissé
dans l'étuve pendant 3 heures 15 minutes, il perd encore 2mg,5. On
maintient la température pendant 45 minutes entre 100° et 120°, ce qui
entraîne une perte de poids de 0mg,1. Laissé ensuite 30 minutes à 125°,
le chlorure ne perd rien. Maintenu ensuite pendant 30 minutes à 150°, il
perd 0mg,1. Enfin, chauffé pendant 4 heures à 200°, il éprouve une perte
de poids de 0mg,15. Pendant toutes ces opérations, le creuset a varié
de 0mg,05.
Après chaque détermination de poids atomique, le radium était ramené à
l'état de chlorure de la manière suivante: la liqueur contenant après le
dosage l'azotate de radium et l'azotate d'argent en excès était
additionnée d'acide chlorhydrique pur, on séparait le chlorure d'argent
par filtration; la liqueur était évaporée à sec plusieurs fois avec un
excès d'acide chlorhydrique pur. L'expérience montre qu'on peut ainsi
éliminer complètement l'acide azotique.
Le chlorure d'argent du dosage était toujours radioactif et lumineux. Je
me suis assurée qu'il n'avait pas entraîné de quantité pondérable de
radium, en déterminant la quantité d'argent qui y était contenue. A cet
effet, le chlorure d'argent fondu contenu dans le creuset était réduit
par l'hydrogène résultant de la décomposition de l'acide chlorhydrique
étendu par le zinc; après lavage, le creuset était pesé avec l'argent
métallique qui y était contenu.
J'ai constaté également, dans une expérience, que le poids du chlorure
de radium régénéré était retrouvé le même qu'avant l'opération. Dans
d'autres expériences, je n'attendais pas, pour commencer une nouvelle
opération, que toutes les eaux de lavage fussent évaporées.
Ces vérifications ne comportent pas la même précision que les
expériences directes; elles ont permis toutefois de s'assurer qu'aucune
erreur notable n'a été commise.
D'après ses propriétés chimiques, le radium est un élément de la série
des alcalino-terreux. Il est dans cette série l'homologue supérieur du
baryum.
D'après son poids atomique, le radium vient se placer également, dans le
Tableau de Mendeleeff, à la suite du baryum dans la colonne des métaux
alcalino-terreux et sur la rangée qui contient déjà l'uranium et le
thorium.
_Caractères des sels de radium._--Les sels de radium: chlorure, azotate,
carbonate, sulfate, ont le même aspect que ceux de baryum, quand ils
viennent d'être préparés à l'état solide, mais tous les sels de radium
se colorent avec le temps.
Les sels de radium sont tous lumineux dans l'obscurité.
Par leurs propriétés chimiques, les sels de radium sont absolument
analogues aux sels correspondants de baryum. Cependant le chlorure de
radium est moins soluble que celui de baryum; la solubilité des azotates
dans l'eau semble être sensiblement la même.
Les sels de radium sont le siège d'un dégagement de chaleur spontané et
continu.
Le chlorure de radium pur est paramagnétique. Son coefficient
d'aimantation spécifique K (rapport du moment magnétique de l'unité de
masse à l'intensité du champ) a été mesuré par MM. P. Curie et C.
Chéneveau au moyen d'un appareil établi par ces deux physiciens[38]. Ce
coefficient a été mesuré par comparaison avec celui de l'eau et corrigé
de l'action du magnétisme de l'air. On a trouvé ainsi
K = 1,05 × 10^{-6}.
Le chlorure de baryum pur est diamagnétique, son coefficient
d'aimantation spécifique est
K = - 0,40 × 10^{-6}.
[38] _Société de Physique_, 3 avril 1903.
On trouve d'ailleurs, conformément aux résultats précédents, qu'un
chlorure de baryum radifère contenant environ 17 pour 100 de chlorure de
radium est diamagnétique et possède un coefficient spécifique
K = - 0,20 × 10^{-6}[39].
[39] En 1899, M. St. Meyer a annoncé que le carbonate de baryum
radifère était paramagnétique (_Wied. Ann._, t. LXVIII). Cependant M.
Meyer avait opéré avec un produit très peu riche en radium, et ne
contenant probablement que 1/1000 de sel de radium. Ce produit aurait
dû se montrer diamagnétique. Il est probable que ce corps contenait
une petite impureté ferrifère.
_Fractionnement du chlorure de baryum ordinaire._--Nous avons cherché à
nous assurer si le chlorure de baryum du commerce ne contenait pas de
petites quantités de chlorure de radium inappréciables à notre appareil
de mesures. Pour cela, nous avons entrepris le fractionnement d'une
grande quantité de chlorure de baryum du commerce, espérant concentrer
par ce procédé la trace de chlorure de radium si elle s'y trouvait.
50kg de chlorure de baryum du commerce ont été dissous dans l'eau; la
dissolution a été précipitée par de l'acide chlorhydrique exempt d'acide
sulfurique, ce qui a fourni 20kg de chlorure précipité. Celui-ci a été
dissous dans l'eau et précipité partiellement par l'acide chlorhydrique,
ce qui a donné 8kg,5 de chlorure précipité. Ce chlorure a été soumis à
la méthode de fractionnement employée pour le chlorure de baryum
radifère, et l'on a éliminé à la tête du fractionnement 10g de chlorure
correspondant à la portion la moins soluble. Ce chlorure ne montrait
aucune radioactivité dans notre appareil de mesures; il ne contenait
donc pas de radium; ce corps est, par suite, absent des minerais qui
fournissent le baryum.
CHAPITRE III.
RAYONNEMENT DES NOUVELLES SUBSTANCES RADIOACTIVES.
_Procédés d'étude du rayonnement._--Pour étudier le rayonnement émis par
les substances radioactives, on peut se servir de l'une quelconque des
propriétés de ce rayonnement. On peut donc utiliser soit l'action des
rayons sur les plaques photographiques, soit leur propriété d'ioniser
l'air et de le rendre conducteur, soit encore leur faculté de provoquer
la fluorescence de certaines substances. En parlant dorénavant de ces
diverses manières d'opérer, j'emploierai, pour abréger, les expressions:
méthode radiographique, méthode électrique, méthode fluoroscopique.
Les deux premières ont été employées dès le début pour l'étude des
rayons uraniques; la méthode fluoroscopique ne peut s'appliquer qu'aux
substances nouvelles, fortement radioactives, car les substances
faiblement radioactives telles que l'uranium et le thorium ne produisent
pas de fluorescence appréciable. La méthode électrique est la seule qui
comporte des mesures d'intensité précises; les deux autres sont surtout
propres à donner à ce point de vue des résultats qualitatifs et ne
peuvent fournir que des mesures d'intensité grossières. Les résultats
obtenus avec les trois méthodes considérées ne sont jamais que très
grossièrement comparables entre eux et peuvent ne pas être comparables
du tout. La plaque sensible, le gaz qui s'ionise, l'écran fluorescent
sont autant de récepteurs auxquels on demande d'absorber l'énergie du
rayonnement et de la transformer en un autre mode d'énergie: énergie
chimique, énergie ionique ou énergie lumineuse. Chaque récepteur absorbe
une fraction du rayonnement qui dépend essentiellement de sa nature. On
verra d'ailleurs plus loin que le rayonnement est complexe; les portions
du rayonnement absorbées par les différents récepteurs peuvent différer
entre elles quantitativement et qualitativement. Enfin, il n'est ni
évident, ni même probable, que l'énergie absorbée soit entièrement
transformée par le récepteur en la forme que nous désirons observer; une
partie de cette énergie peut se trouver transformée en chaleur, en
émission de rayonnements secondaires qui, suivant le cas, seront ou ne
seront pas utilisés pour la production du phénomène observé, en action
chimique différente de celle que l'on observe, etc., et, là encore,
l'effet utile du récepteur, pour le but que nous nous proposons, dépend
essentiellement de la nature de ce récepteur.
Comparons deux échantillons radioactifs dont l'un contient du radium et
l'autre du polonium, et qui sont également actifs dans l'appareil à
plateaux de la figure 1. Si l'on recouvre chacun d'eux d'une feuille
mince d'aluminium, le second paraîtra considérablement moins actif que
le premier, et il en sera de même si on les place sous le même écran
fluorescent, quand ce dernier est assez épais, ou qu'il est placé à une
certaine distance des deux substances radioactives.
_Énergie du rayonnement._--Quelle que soit la méthode de recherches
employée, on trouve toujours que l'énergie du rayonnement des substances
radioactives nouvelles est considérablement plus grande que celle de
l'uranium et du thorium. C'est ainsi que, à petite distance, une plaque
photographique est impressionnée, pour ainsi dire, instantanément, alors
qu'une pose de 24 heures est nécessaire quand on opère avec l'uranium
et le thorium. Un écran fluorescent est vivement illuminé au contact des
substances radioactives nouvelles, alors qu'aucune trace de luminosité
ne se voit avec l'uranium et le thorium. Enfin, l'action ionisante sur
l'air est aussi considérablement plus intense, dans le rapport de 10^6
environ. Mais il n'est, à vrai dire, plus possible d'évaluer
l'_intensité totale du rayonnement_, comme pour l'uranium, par la
méthode électrique décrite au début (_fig._ 1). En effet, dans le cas de
l'uranium, par exemple, le rayonnement est très approximativement
absorbé dans la couche d'air qui sépare les plateaux, et le courant
limite est atteint pour une tension de 100 volts. Mais il n'en est plus
de même pour les substances fortement radioactives. Une partie du
rayonnement du radium est constituée par des rayons très pénétrants qui
traversent le condensateur et les plateaux métalliques, et ne sont
nullement utilisés à ioniser l'air entre les plateaux. De plus le
courant limite ne peut pas toujours être obtenu pour les tensions dont
on dispose; c'est ainsi que, pour le polonium très actif, le courant est
encore proportionnel à la tension entre 100 et 500 volts. Les conditions
expérimentales qui donnent à la mesure une signification simple ne sont
donc pas réalisées, et, par suite, les nombres obtenus ne peuvent être
considérés comme donnant la mesure du rayonnement total; ils ne
constituent, à ce point de vue, qu'une approximation grossière.
_Nature complexe du rayonnement._--Les travaux de divers physiciens (MM.
Becquerel, Meyer et von Schweidler, Giesel, Villard, Rutherford, M. et
Mme Curie) ont montré que le rayonnement des substances radioactives est
un rayonnement très complexe. Il convient de distinguer trois espèces de
rayons que je désignerai, suivant la notation adoptée par M. Rutherford,
par les lettres α, β et γ.
1º Les rayons α sont des rayons très peu pénétrants qui semblent
constituer la plus grosse partie de rayonnement. Ces rayons sont
caractérisés par les lois suivant lesquelles ils sont absorbés par la
matière. Le champ magnétique agit très faiblement sur ces rayons, et on
les a considérés tout d'abord comme insensibles à l'action de ce champ.
Cependant, dans un champ magnétique intense, les rayons α sont
légèrement déviés; la déviation se produit de la même manière que dans
le cas des rayons cathodiques, mais le sens de la déviation est
renversé; il est le même que pour les rayons canaux des tubes de
Crookes.
2º Les rayons β sont des rayons moins absorbables dans leur ensemble que
les précédents. Ils sont déviés par un champ magnétique de la même
manière et dans le même sens que les rayons cathodiques.
3º Les rayons γ sont des rayons pénétrants insensibles à l'action du
champ magnétique et comparables aux rayons de Röntgen.
Les rayons d'un même groupe peuvent avoir un pouvoir de pénétration qui
varie dans des limites très étendues, comme cela a été prouvé pour les
rayons β.
Imaginons l'expérience suivante: le radium R est placé au fond d'une
petite cavité profonde creusée dans un bloc de plomb P (_fig._ 4). Un
faisceau de rayons rectiligne et peu épanoui s'échappe de la cuve.
Supposons que, dans la région qui entoure la cuve, on établisse un champ
magnétique uniforme, très intense, normal au plan de la figure et dirigé
vers l'arrière de ce plan. Les trois groupes de rayons α, β, γ se
trouveront séparés. Les rayons γ peu intenses continuent leur trajet
rectiligne sans trace de déviation. Les rayons β sont déviés à la façon
de rayons cathodiques et décrivent dans le plan de la figure des
trajectoires circulaires dont le rayon varie dans des limites étendues.
Si la cuve est placée sur une plaque photographique AC, la portion BC
de la plaque qui reçoit les rayons β est impressionnée. Enfin, les
rayons α forment un faisceau très intense qui est dévié légèrement et
qui est assez rapidement absorbé par l'air. Ces rayons décrivent, dans
le plan de la figure, une trajectoire dont le rayon de courbure est très
grand, le sens de la déviation étant l'inverse de celui qui a lieu pour
les rayons β.
[Illustration: Fig. 4.]
Si l'on recouvre la cuve d'un écran mince en aluminium, (0mm,1
d'épaisseur), les rayons α sont en très grande partie supprimés, les
rayons β le sont bien moins et les rayons γ ne semblent pas absorbés
notablement.
L'expérience que je viens de décrire n'a pas été réalisée sous cette
forme, et l'on verra dans la suite quelles sont les expériences qui
montrent l'action du champ magnétique sur les divers groupes de rayons.
_Action du champ magnétique._--On a vu que les rayons émis par les
substances radioactives ont un grand nombre de propriétés communes aux
rayons cathodiques et aux rayons Röntgen. Aussi bien les rayons
cathodiques que les rayons Röntgen ionisent l'air, agissent sur les
plaques photographiques, excitent la fluorescence, n'éprouvent pas de
réflexion régulière. Mais les rayons cathodiques diffèrent des rayons
Röntgen en ce qu'ils sont déviés de leur trajet rectiligne par l'action
du champ magnétique et en ce qu'ils transportent des charges
d'électricité négative.
Le fait que le champ magnétique agit sur les rayons émis par les
substances radioactives a été découvert presque simultanément par MM.
Giesel, Meyer et von Schweidler et Becquerel[40]. Ces physiciens ont
reconnu que les rayons des substances radioactives sont déviés par le
champ magnétique de la même façon et dans le même sens que les rayons
cathodiques; leurs observations se rapportaient aux rayons β.
[40] GIESEL, _Wied. Ann._, 2 novembre 1899.--MEYER et VON SCHWEIDLER,
_Acad. Anzeiger Wien_, 3 et 9 novembre 1899.--BECQUEREL, _Comptes
rendus_, 11 décembre 1899.
M. Curie a montré que le rayonnement du radium comporte deux groupes de
rayons bien distincts, dont l'un est facilement dévié par le champ
magnétique (rayons β) alors que l'autre reste insensible à l'action de
ce champ (rayons α et γ dont l'ensemble était désigné par le nom de
rayons non déviables)[41].
[41] P. CURIE, _Comptes rendus_, 8 janvier 1900.
M. Becquerel n'a pas observé d'émission de rayons genre cathodique par
les échantillons de polonium préparés par nous. C'est, au contraire, sur
un échantillon de polonium, préparé par lui, que M. Giesel a observé
pour la première fois l'effet du champ magnétique. De tous les
échantillons de polonium, préparés par nous, aucun n'a jamais donné lieu
à une émission de rayons genre cathodique.
Le polonium de M. Giesel n'émet des rayons genre cathodique que quand il
est récemment préparé, et il est probable que l'émission est due au
phénomène de radioactivité induite dont il sera question plus loin.
Voici les expériences qui prouvent qu'une partie du rayonnement du
radium et une partie seulement est constituée par des rayons facilement
déviables (rayons β). Ces expériences ont été faites par la méthode
électrique[42].
[42] P. CURIE, _Comptes rendus_, 8 janvier 1900.
[Illustration: Fig. 5.]
Le corps radioactif (_fig._ 5) envoie des radiations suivant la
direction AD entre les plateaux P et P'. Le plateau P est maintenu au
potentiel de 500 volts, le plateau P' est relié à un électromètre et à
un quartz piézoélectrique. On mesure l'intensité du courant qui passe
dans l'air sous l'influence des radiations. On peut à volonté établir le
champ magnétique d'un électro-aimant normalement au plan de la figure
dans toute la région EEEE. Si les rayons sont déviés, même faiblement,
ils ne pénètrent plus entre les plateaux, et le courant est supprimé.
La région où passent les rayons est entourée par les masses de plomb B,
B', B" et par les armatures de l'électro-aimant; quand les rayons sont
déviés, ils sont absorbés par les masses de plomb B et B'.
Les résultats obtenus dépendent essentiellement de la distance AD du
corps radiant A à l'entrée du condensateur en D. Si la distance AD est
assez grande (supérieure à 7cm), la plus grande partie (90 pour 100
environ) des rayons du radium qui arrivent au condensateur sont déviés
et supprimés pour un champ de 2500 unités. Ces rayons sont des rayons β.
Si la distance AD est plus faible que 65mm, une partie moins importante
des rayons est déviée par l'action du champ; cette partie est d'ailleurs
déjà complètement déviée par un champ de 2500 unités, et la proportion
de rayons supprimés n'augmente pas quand on fait croître le champ de
2500 à 7000 unités.
La proportion des rayons non supprimés par le champ est d'autant plus
grande que la distance AD entre le corps radiant et le condensateur est
plus petite. Pour les distances faibles les rayons qui peuvent être
déviés facilement ne constituent plus qu'une très faible fraction du
rayonnement total.
Les rayons pénétrants sont donc, en majeure partie, des rayons déviables
genre cathodique (rayons β).
Avec le dispositif expérimental qui vient d'être décrit, l'action du
champ magnétique sur les rayons α ne pouvait guère être observée pour
les champs employés. Le rayonnement très important, en apparence non
déviable, observé à petite distance de la source radiante, était
constitué par les rayons α; le rayonnement non déviable observé à grande
distance était constitué par les rayons γ.
Lorsque l'on tamise le faisceau au travers d'une lame absorbante
(aluminium ou papier noir), les rayons qui passent sont presque tous
déviés par le champ, de telle sorte qu'à l'aide de l'écran et du champ
magnétique presque tout le rayonnement est supprimé dans le
condensateur, ce qui reste n'étant alors dû qu'aux rayons γ, dont la
proportion est faible. Quant aux rayons α, ils sont absorbés par
l'écran.
Une lame d'aluminium de 1/100 de millimètre d'épaisseur suffit pour
supprimer presque tous les rayons difficilement déviables, quand la
substance est assez loin du condensateur; pour des distances plus
petites (34mm et 51mm), deux feuilles d'aluminium au 1/100 sont
nécessaires pour obtenir ce résultat.
On a fait des mesures semblables sur quatre substances radifères
(chlorures ou carbonates) d'activité très différente; les résultats
obtenus ont été très analogues.
On peut remarquer que, pour tous les échantillons, les rayons pénétrants
déviables à l'aimant (rayons β) ne sont qu'une faible partie du
rayonnement total; ils n'interviennent que pour une faible part dans les
mesures où l'on utilise le rayonnement intégral pour produire la
conductibilité de l'air.
On peut étudier la radiation émise par le polonium par la méthode
électrique. Quand on fait varier la distance AD du polonium au
condensateur, on n'observe d'abord aucun courant tant que la distance
est assez grande; quand on rapproche le polonium, on observe que, pour
une certaine distance qui était de 4cm pour l'échantillon étudié, le
rayonnement se fait très brusquement sentir avec une assez grande
intensité; le courant augmente ensuite régulièrement si l'on continue à
rapprocher le polonium, mais le champ magnétique ne produit pas d'effet
appréciable dans ces conditions. Il semble que le rayonnement du
polonium soit délimité dans l'espace et dépasse à peine dans l'air une
sorte de gaine entourant la substance sur l'épaisseur de quelques
centimètres.
Il convient de faire des réserves générales importantes sur la
signification des expériences que je viens de décrire. Quand j'indique
la proportion des rayons déviés par l'aimant, il s'agit seulement des
radiations susceptibles d'actionner un courant dans le condensateur. En
employant comme réactif des rayons de Becquerel la fluorescence ou
l'action sur les plaques photographiques, la proportion serait
probablement différente, une mesure d'intensité n'ayant généralement un
sens que pour la méthode de mesures employée.
Les rayons du polonium sont des rayons du genre α. Dans les expériences
que je viens de décrire, on n'a observé aucun effet du champ magnétique
sur ces rayons, mais le dispositif expérimental était tel qu'une faible
déviation passait inaperçue.
Des expériences faites par la méthode radiographique ont confirmé les
résultats de celles qui précèdent. En employant le radium comme source
radiante, et en recevant l'impression sur une plaque parallèle au
faisceau primitif et normale au champ, on obtient la trace très nette de
deux faisceaux séparés par l'action du champ, l'un dévié, l'autre non
dévié. Les rayons β constituent le faisceau dévié; les rayons α étant
peu déviés se confondent sensiblement avec le faisceau non dévié des
rayons γ.
_Rayons déviables β_.--Il résultait des expériences de MM. Giesel et de
MM. Meyer et von Schweidler que le rayonnement des corps radioactifs est
au moins en partie dévié par un champ magnétique, et que la déviation se
fait comme pour les rayons cathodiques. M. Becquerel a étudié l'action
du champ sur les rayons par la méthode radiographique[43]. Le dispositif
expérimental employé était celui de la figure 4. Le radium était placé
dans la cuve en plomb P, et cette cuve était posée sur la face sensible
d'une plaque photographique AC enveloppée de papier noir. Le tout était
placé entre les pôles d'un électro-aimant, le champ magnétique étant
normal au plan de la figure.
[43] BECQUEREL, _Comptes rendus_, t. CXXX, p. 206, 372, 810.
Si le champ est dirigé vers l'arrière de ce plan, la partie BC de la
plaque se trouve impressionnée par des rayons qui, ayant décrit des
trajectoires circulaires, sont rabattus sur la plaque et viennent la
couper à angle droit. Ces rayons sont des rayons β.
M. Becquerel a montré que l'impression constitue une large bande
diffuse, véritable spectre continu, montrant que le faisceau de rayons
déviables émis par la source est constitué par une infinité de
radiations inégalement déviables. Si l'on recouvre la gélatine de la
plaque de divers écrans absorbants (papier, verre, métaux), une portion
du spectre se trouve supprimée, et l'on constate que les rayons les plus
déviés par le champ magnétique, autrement dit ceux qui donnent la plus
petite valeur du rayon de la trajectoire circulaire, sont le plus
fortement absorbés. Pour chaque écran l'impression sur la plaque ne
commence qu'à une certaine distance de la source radiante, cette
distance étant d'autant plus grande que l'écran est plus absorbant.
_Charge des rayons déviables._--Les rayons cathodiques sont, comme l'a
montré M. Perrin, chargés d'électricité négative[44]. De plus ils
peuvent, d'après les expériences de M. Perrin et de M. Lenard[45],
transporter leur charge à travers des enveloppes métalliques réunies à
la terre et à travers des lames isolantes. En tout point, où les rayons
cathodiques sont absorbés, se fait un dégagement continu d'électricité
négative. Nous avons constaté qu'il en est de même pour les rayons
déviables β du radium. _Les rayons déviables β du radium sont chargés
d'électricité négative_[46].
[44] _Comptes rendus_, t. CXXI, p. 1130. _Annales de Chimie et de
Physique_, t. II, 1897.
[45] LENARD, _Wied. Ann._, t. LXIV, p. 279.
[46] M. et Mme CURIE, _Comptes rendus_, 5 mars 1900.
Étalons la substance radioactive sur l'un des plateaux d'un
condensateur, ce plateau étant relié métalliquement à la terre; le
second plateau est relié à un électromètre, il reçoit et absorbe les
rayons émis par la substance. Si les rayons sont chargés, on doit
observer une arrivée continue d'électricité à l'électromètre. Cette
expérience, réalisée dans l'air, ne nous a pas permis de déceler une
charge des rayons, mais l'expérience ainsi faite n'est pas sensible.
L'air entre les plateaux étant rendu conducteur par les rayons,
l'électromètre n'est plus isolé et ne peut accuser que des charges
assez fortes.