mais le faisceau déviable transmis éprouve, à épaisseur d'écran égale,
une modification beaucoup moins profonde. D'après les expériences de M.
Becquerel, les rayons β très fortement déviables du radium (ceux dont la
vitesse est relativement faible) sont fortement diffusés par un écran
d'aluminium de 0mm,1 d'épaisseur; mais les rayons pénétrants et peu
déviables (rayons genre cathodique de grande vitesse) traversent ce
même écran sans aucune diffusion sensible, et sans que le faisceau
qu'ils constituent soit déformé, et cela quelle que soit l'inclinaison
de l'écran par rapport au faisceau. Les rayons β de grande vitesse
traversent sans diffusion une épaisseur bien plus grande de paraffine
(quelques centimètres), et l'on peut suivre dans celle-ci la courbure du
faisceau produite par le champ magnétique. Plus l'écran est épais et
plus sa matière est absorbante, plus le faisceau déviable primitif est
altéré, parce que, à mesure que l'épaisseur de l'écran croît, la
diffusion commence à se faire sentir sur de nouveaux groupes de rayons
de plus en plus pénétrants.
L'air produit sur les rayons β du radium qui le traversent une
diffusion, qui est très sensible pour les rayons fortement déviables,
mais qui est cependant bien moins importante que celle qui est due à des
épaisseurs égales de matières solides traversées. C'est pourquoi les
rayons déviables β du radium se propagent dans l'air à de grandes
distances.
_Pouvoir pénétrant du rayonnement des corps radioactifs._--Dès le début
des recherches sur les corps radioactifs, on s'est préoccupé de
l'absorption produite par divers écrans sur les rayons émis par ces
substances. J'ai donné dans une première Note relative à ce sujet[61]
plusieurs nombres cités au début de ce travail indiquant la pénétration
relative des rayons uraniques et thoriques. M. Rutherford a étudié plus
spécialement la radiation uranique[62] et prouvé qu'elle était
hétérogène. M. Owens a conclu de même pour les rayons thoriques[63].
Quand vint ensuite la découverte des substances fortement radioactives,
le pouvoir pénétrant de leurs rayons fut aussitôt étudié par divers
physiciens (Becquerel, Meyer et von Schweidler, Curie, Rutherford). Les
premières observations mirent en évidence l'hétérogénéité du rayonnement
qui semble être un phénomène général et commun aux substances
radioactives[64]. On se trouve là en présence de sources, qui émettent
un ensemble de radiations, dont chacune a un pouvoir pénétrant qui lui
est propre. La question se complique encore par ce fait, qu'il y a lieu
de rechercher en quelle mesure la nature de la radiation peut se trouver
modifiée par le passage à travers les substances matérielles et que, par
conséquent, chaque ensemble de mesures n'a une signification précise que
pour le dispositif expérimental employé.
[61] Mme CURIE, _Comptes rendus_, avril 1898.
[62] RUTHERFORD, _Phil. Mag._, janvier 1899.
[63] OWENS, _Phil. Mag._, octobre 1899.
[64] BECQUEREL, _Rapports au Congrès de Physique_, 1900.--MEYER et von
SCHWEIDLER, _Comptes rendus de l'Acad. de Vienne_, mars 1900 (_Physik.
Zeitschrift_, t. I, p. 209).
Ces réserves étant faites, on peut chercher à coordonner les diverses
expériences et à exposer l'ensemble des résultats acquis.
Les corps radioactifs émettent des rayons qui se propagent dans l'air et
dans le vide. La propagation est rectiligne; ce fait est prouvé par la
netteté et la forme des ombres fournies par l'interposition de corps,
opaques au rayonnement, entre la source et la plaque sensible ou l'écran
fluorescent qui sert de récepteur, la source ayant des dimensions
petites par rapport à sa distance au récepteur. Diverses expériences qui
prouvent la propagation rectiligne des rayons émis par l'uranium, le
radium et le polonium ont été faites par M. Becquerel[65].
[65] BECQUEREL, _Comptes rendus_, t. CXXX, p. 979 et 1154.
La distance à laquelle les rayons peuvent se propager dans l'air à
partir de la source est intéressante à connaître. Nous avons constaté
que le radium émet des rayons qui peuvent être observés dans l'air à
plusieurs mètres de distance. Dans certaines de nos mesures électriques,
l'action de la source sur l'air du condensateur s'exerçait à une
distance comprise entre 2m et 3m. Nous avons également obtenu des effets
de fluorescence et des impressions radiographiques à des distances du
même ordre de grandeur. Ces expériences ne peuvent être faites
facilement qu'avec des sources radioactives très intenses, parce que,
indépendamment de l'absorption exercée par l'air, l'action sur un
récepteur donné varie en raison inverse du carré de la distance à une
source de petites dimensions. Ce rayonnement, qui se propage à grande
distance du radium, comprend aussi bien des rayons genre cathodique que
des rayons non déviables; cependant, les rayons déviables dominent de
beaucoup, d'après les expériences que j'ai citées plus haut. Quant à la
grosse masse du rayonnement (rayons α), elle est, au contraire, limitée
dans l'air à une distance de 7cm environ de la source.
J'ai fait quelques expériences avec du radium enfermé dans une petite
ampoule de verre. Les rayons qui sortaient de cette ampoule
franchissaient un certain espace d'air et étaient reçus dans un
condensateur, qui servait à mesurer leur pouvoir ionisant par la méthode
électrique ordinaire. On faisait varier la distance _d_ de la source au
condensateur et l'on mesurait le courant de saturation _i_ obtenu dans
le condensateur. Voici les résultats d'une des séries de mesures:
_d cm._ _i._ (_i_ × _d_^2) × 10^{-3}.
10 127 13
20 38 15
30 17,4 16
40 10,5 17
50 6,9 17
60 4,7 17
70 3,8 19
100 1,65 17
A partir d'une certaine distance, l'intensité du rayonnement varie
sensiblement en raison inverse du carré de la distance au condensateur.
Le rayonnement du polonium ne se propage dans l'air qu'à une distance de
quelques centimètres (4cm à 6cm) de la source radiante.
Si l'on considère l'absorption des radiations par les écrans solides, on
constate là encore une différence fondamentale entre le radium et le
polonium. Le radium émet des rayons capables de traverser une grande
épaisseur de matière solide, par exemple quelques centimètres de plomb
ou de verre[66]. Les rayons qui ont traversé une grande épaisseur d'un
corps solide sont extrêmement pénétrants, et, pratiquement, on n'arrive
plus, pour ainsi dire, à les faire absorber intégralement par quoi que
ce soit. Mais ces rayons ne constituent qu'une faible fraction du
rayonnement total, dont la grosse masse est, au contraire, absorbée par
une faible épaisseur de matière solide.
[66] M. et Mme CURIE, _Rapports au Congrès_ 1900.
Le polonium émet des rayons extrêmement absorbables qui ne peuvent
traverser que des écrans solides très minces.
Voici, à titre d'exemple, quelques nombres relatifs à l'absorption
produite par une lame d'aluminium d'épaisseur égale à 0mm,01. Cette lame
était placée au-dessus et presque au contact de la substance. Le
rayonnement direct et celui transmis par la lame étaient mesurés par la
méthode électrique (appareil _fig._ 1); le courant de saturation était
sensiblement atteint dans tous les cas. Je désigne par _a_ l'activité de
la substance radiante, celle de l'uranium étant prise comme unité.
Fraction
du rayonnement
transmise
_a._ par la lame.
Chlorure de baryum radifère 57 0,32
Bromure » 43 0,30
Chlorure » 1200 0,30
Sulfate » 5000 0,29
Sulfate » 10000 0,32
Bismuth à polonium métallique 0,22
Composés d'urane 0,20
Composés de thorium en couche mince 0,38
On voit que des composés radifères de nature et d'activité différentes
donnent des résultats très analogues, ainsi que je l'ai indiqué déjà
pour les composés d'urane et de thorium au début de ce travail. On voit
aussi que si l'on considère toute la masse du rayonnement, et pour la
lame absorbante considérée, les diverses substances radiantes viennent
se ranger dans l'ordre suivant de pénétration décroissante de leurs
rayons: thorium, radium, polonium, uranium.
Ces résultats sont analogues à ceux qui ont été publiés par M.
Rutherford dans un Mémoire relatif à cette question[67].
[67] RUTHERFORD, _Phil. Mag._, juillet 1902.
M. Rutherford trouve, d'ailleurs, que l'ordre est le même quand la
substance absorbante est constituée par l'air. Mais il est probable que
cet ordre n'a rien d'absolu et ne se maintiendrait pas indépendamment de
la nature et de l'épaisseur de l'écran considéré. L'expérience montre,
en effet, que la loi d'absorption est très différente pour le polonium
et le radium et que, pour ce dernier, il y a lieu de considérer
séparément l'absorption des rayons de chacun des trois groupes.
Le polonium se prête particulièrement à l'étude des rayons α, puisque
les échantillons que nous possédons n'émettent point d'autres rayons.
J'ai fait une première série d'expériences avec des échantillons de
polonium extrêmement actifs et récemment préparés. J'ai trouvé que les
rayons du polonium sont d'autant plus absorbables, que l'épaisseur de
matière qu'ils ont déjà traversée est plus grande[68]. Cette loi
d'absorption singulière est contraire à celle que l'on connaît pour les
autres rayonnements.
[68] Mme CURIE, _Comptes rendus_, 8 janvier 1900.
J'ai employé pour cette étude notre appareil de mesures de la
conductibilité électrique avec le dispositif suivant:
Les deux plateaux d'un condensateur PP et P'P' (_fig._ 8) sont
horizontaux et abrités dans une boîte métallique BBBB en relation avec
la terre. Le corps actif A, situé dans une boîte métallique épaisse
CCCC faisant corps avec le plateau P'P', agit sur l'air du
condensateur au travers d'une toile métallique T; les rayons qui
traversent la toile sont seuls utilisés pour la production du courant,
le champ électrique s'arrêtant à la toile. On peut faire varier la
distance AT du corps actif à la toile. Le champ entre les plateaux est
établi au moyen d'une pile; la mesure
du courant se fait au moyen d'un électromètre et d'un quartz
piézoélectrique.
[Illustration: Fig. 8]
En plaçant en A sur le corps actif divers écrans et en modifiant la
distance AT, on peut mesurer l'absorption des rayons qui font dans
l'air des chemins plus ou moins grands.
Voici les résultats obtenus avec le polonium:
Pour une certaine valeur de la distance AT (4cm et au-dessus), aucun
courant ne passe: les rayons ne pénètrent pas dans le condensateur.
Quand on diminue la distance AT, l'apparition des rayons dans le
condensateur se fait d'une manière assez brusque, de telle sorte que,
pour une petite diminution de la distance, on passe d'un courant très
faible à un courant très notable; ensuite le courant s'accroît
régulièrement quand on continue à rapprocher le corps radiant de la
toile T.
Quand on recouvre la substance radiante d'une lame d'aluminium laminé de
1/100 de millimètre d'épaisseur, l'absorption produite par la lame est
d'autant plus forte que la distance AT est plus grande.
Si l'on place sur la première lame d'aluminium une deuxième lame
pareille, chaque lame absorbe une fraction du rayonnement qu'elle
reçoit, et cette fraction est plus grande pour la deuxième lame que pour
la première, de telle façon que c'est la deuxième lame qui semble plus
absorbante.
Dans le Tableau qui suit, j'ai fait figurer: dans la première ligne,
les distances en centimètres entre le polonium et la toile T; dans la
deuxième ligne, la proportion de rayons pour 100 transmise par une
lame d'aluminium; dans la troisième ligne, la proportion de rayons
pour 100 transmise par deux lames du même aluminium.
Distance AT 3,5 2,5 1,9 1,45 0,5
Pour 100 de rayons transmis par
une lame 0 0 5 10 25
Pour 100 de rayons transmis par
deux lames 0 0 0 5 0,7
Dans ces expériences, la distance des plateaux P et P' était de 3cm. On
voit que l'interposition de la lame d'aluminium diminue l'intensité du
rayonnement en plus forte proportion dans les régions éloignées que dans
les régions rapprochées.
Cet effet est encore plus marqué que ne l'indiquent les nombres qui
précèdent. Ainsi, la pénétration de 25 pour 100, pour la distance 0cm,5,
représente la moyenne de pénétration pour tous les rayons qui dépassent
cette distance, ceux extrêmes ayant une pénétration très faible. Si l'on
ne recueillait que les rayons compris entre 0cm,5 et 1cm, par exemple,
on aurait une pénétration plus grande encore. Et, en effet, si l'on
rapproche le plateau P à une distance 0cm,5 de P', la fraction du
rayonnement transmise par la lame d'aluminium (pour AT = 0cm,5) est de
47 pour 100 et, à travers deux lames, elle est de 5 pour 100 du
rayonnement primitif.
J'ai fait récemment une deuxième série d'expériences avec ces mêmes
échantillons de polonium dont l'activité était considérablement
diminuée, l'intervalle de temps qui sépare les deux séries d'expériences
étant de 3 ans.
Dans les expériences anciennes, le polonium était à l'état de
sous-nitrate; dans celles récentes il était à l'état de grains
métalliques, obtenus par fusion du sous-nitrate avec le cyanure de
potassium.
J'ai constaté que le rayonnement du polonium avait conservé les mêmes
caractères essentiels, et j'ai trouvé quelques résultats nouveaux.
Voici, pour diverses valeurs de la distance AT, la fraction du
rayonnement transmise par un écran formé par 4 feuilles très minces
d'aluminium battu superposées:
Distance AT en centimètres 0 1,5 2,6
Pour 100 de rayons transmis par l'écran 76 66 39
J'ai constaté de même que la fraction du rayonnement absorbée par un
écran donné croît avec l'épaisseur de matière qui a déjà été traversée
par le rayonnement, mais cela a lieu seulement à partir d'une certaine
valeur de la distance AT. Quand cette distance est nulle (le polonium
étant tout contre la toile, en dehors ou en dedans du condensateur), on
observe que, de plusieurs écrans identiques superposés, chacun absorbe
la même fraction du rayonnement qu'il reçoit, autrement dit, l'intensité
du rayonnement diminue alors suivant une loi exponentielle en fonction
de l'épaisseur de matière traversée, comme cela aurait lieu pour un
rayonnement homogène et transmis par la lame sans changement de nature.
Voici quelques résultats numériques relatifs à ces expériences:
Pour une distance AT égale à 1cm,5, un écran en aluminium mince transmet
la fraction 0,51 du rayonnement qu'il reçoit quand il agit seul, et la
fraction 0,34 seulement du rayonnement qu'il reçoit quand il est précédé
par un autre écran pareil à lui.
Au contraire, pour une distance AT égale à 0, ce même écran transmet
dans les deux cas considérés la même fraction du rayonnement qu'il
reçoit et cette fraction est égale à 0,71; elle est donc plus grande que
dans le cas précédent.
Voici, pour une distance AT égale à 0 et pour une succession d'écrans
très minces superposés, des nombres qui indiquent pour chaque écran le
rapport du rayonnement transmis au rayonnement reçu:
Série Série
de 9 feuilles de cuivre de 7 feuilles d'aluminium
très minces. très minces.
0,72 0,69
0,78 0,94
0,75 0,95
0,77 0,91
0,70 0,92
Série Série
de 9 feuilles de cuivre de 7 feuilles d'aluminium
très minces. très minces.
0,77 0,93
0,69 0,91
0,79
0,68
Étant données les difficultés d'emploi d'écrans très minces et de la
superposition d'écrans au contact, les nombres de chaque colonne peuvent
être considérés comme constants; seul, le premier nombre de la colonne
relative à l'aluminium indique une absorption plus forte que celle
indiquée par les nombres suivants.
Les rayons α du radium se comportent comme les rayons du polonium. On
peut étudier ces rayons à peu près seuls en renvoyant les rayons bien
plus déviables β de côté par l'emploi d'un champ magnétique; les rayons
γ semblent, en effet, peu importants par rapport aux rayons α.
Toutefois, on ne peut opérer ainsi qu'à partir d'une certaine distance
de la source radiante. Voici les résultats d'une expérience de ce genre.
On mesurait la fraction du rayonnement transmise par une lame
d'aluminium de 0mm,1 d'épaisseur; cette lame était placée toujours au
même endroit, au-dessus et à petite distance de la source radiante. On
observait, au moyen de l'appareil de la figure 5, le courant produit
dans le condensateur pour diverses valeurs de la distance AD, en
présence et en absence de la lame.
Distance AD 6,0 5,1 3,4
Pour 100 de rayons transmis par l'aluminium 3 7 24
Ce sont encore les rayons qui allaient le plus loin dans l'air qui sont
le plus absorbés par l'aluminium. Il y a donc une grande analogie entre
la partie absorbable α du rayonnement du radium et les rayons du
polonium.
Les rayons déviables β et les rayons non déviables pénétrants γ sont,
au contraire, de nature différente. Les expériences de divers
physiciens, notamment de MM. Meyer et von Schweidler[69], montrent
clairement que, si l'on considère l'ensemble du rayonnement du radium,
le pouvoir pénétrant de ce rayonnement augmente avec l'épaisseur de
matière traversée, comme cela a lieu pour les rayons de Röntgen. Dans
ces expériences, les rayons α interviennent à peine, parce que ces
rayons sont pratiquement supprimés par des écrans absorbants très
minces. Ce qui traverse, ce sont, d'une part, les rayons β plus ou moins
diffusés, d'autre part, les rayons γ, qui semblent analogues aux rayons
de Röntgen.
[69] MEYER et von SCHWEIDLER, _Physik. Zeitschrift_, t. I, p. 209.
Voici les résultats de quelques-unes de mes expériences à ce sujet:
Le radium est enfermé dans une ampoule de verre. Les rayons qui sortent
de l'ampoule traversent 30cm d'air et sont reçus sur une série de
plaques de verre d'épaisseur de 1mm,3 chacune; la première plaque
transmet 49 pour 100 du rayonnement qu'elle reçoit, la deuxième transmet
84 pour 100 du rayonnement qu'elle reçoit, la troisième transmet 85 pour
100 du rayonnement qu'elle reçoit.
Dans une autre série d'expériences, le radium était enfermé dans une
ampoule de verre placée à 10cm du condensateur qui recevait les rayons.
On plaçait sur l'ampoule une série d'écrans de plomb identiques dont
chacun avait une épaisseur de 0mm,115.
Le rapport du rayonnement transmis au rayonnement reçu est donné pour
chacune des lames successives par la série des nombres suivants:
0,40 0,60 0,72 0,79 0,89 0,92 0,94 0,94 0,97
Pour une série de 4 écrans en plomb dont chacun avait 1mm,5
d'épaisseur, le rapport du rayonnement transmis au rayonnement reçu
était donné pour les lames successives par les nombres suivants:
0,09 0,78 0,84 0,82
De ces expériences il résulte que, quand l'épaisseur de plomb traversée
croît de 0mm,1 à 6mm, le pouvoir pénétrant du rayonnement va en
augmentant.
J'ai constaté que, dans les conditions expérimentales indiquées, un
écran de plomb de 1cm,8 d'épaisseur transmet 2 pour 100 du rayonnement
qu'il reçoit; un écran de plomb de 5cm,3 d'épaisseur transmet encore 0,4
pour 100 du rayonnement qu'il reçoit. J'ai constaté également que le
rayonnement transmis par une épaisseur de plomb égale à 1mm,5 comprend
une forte proportion de rayons déviables (genre cathodique). Ces
derniers sont donc capables de traverser non seulement de grandes
distances dans l'air, mais aussi des épaisseurs notables de substances
solides très absorbantes telles que le plomb.
Quand on étudie avec l'appareil de la figure 2 l'absorption exercée par
une lame d'aluminium de 0mm,01 d'épaisseur sur l'ensemble du rayonnement
du radium, la lame étant toujours placée à la même distance de la
substance radiante, et le condensateur étant placé à une distance
variable AD, les résultats obtenus sont la superposition de ce qui est
dû aux trois groupes du rayonnement. Si l'on observe à grande distance,
les rayons pénétrants dominent et l'absorption est faible; si l'on
observe à petite distance, les rayons α dominent et l'absorption est
d'autant plus faible qu'on se rapproche plus de la substance; pour une
distance intermédiaire, l'absorption passe par un maximum et la
pénétration par un minimum.
Distance AD 7,1 6,5 6,0 5,1 3,4
Pour 100 de rayons transmis par
l'aluminium 91 82 58 41 48
Toutefois, certaines expériences relatives à l'absorption mettent en
évidence une certaine analogie entre les rayons α et les rayons
déviables β. C'est ainsi que M. Becquerel a trouvé que l'action
absorbante d'un écran solide sur les rayons β augmente avec la distance
de l'écran à la source, de sorte que, si les rayons sont soumis à un
champ magnétique comme dans la figure 4, un écran placé contre la source
radiante laisse subsister une portion plus grande du spectre magnétique
que le même écran placé sur la plaque photographique. Cette variation de
l'effet absorbant de l'écran avec la distance de cet écran à la source
est analogue à ce qui a lieu pour les rayons α; elle a été vérifiée par
MM. Meyer et von Schweidler, qui opéraient par la méthode
fluoroscopique; M. Curie et moi nous avons observé le même fait en nous
servant de la méthode électrique. Les conditions de production de ce
phénomène n'ont pas encore été étudiées. Cependant, quand le radium est
enfermé dans un tube de verre et placé à assez grande distance d'un
condensateur qui est lui-même enfermé dans une boîte d'aluminium mince,
il est indifférent de placer l'écran contre la source ou contre le
condensateur; le courant obtenu est alors le même dans les deux cas.
L'étude des rayons α m'avait amenée à considérer que ces rayons
se comportent comme des projectiles lancés avec une certaine vitesse et
qui perdent de leur force vive en franchissant des obstacles[70]. Ces
rayons jouissent pourtant de la propagation rectiligne comme l'a montré
M. Becquerel dans l'expérience suivante. Le polonium émettant les rayons
était placé dans une cavité linéaire très étroite, creusée dans une
feuille de carton. On avait ainsi une source linéaire de rayons. Un fil
de cuivre de 1mm,5 de diamètre était placé parallèlement en face de la
source à une distance de 4mm,9. Une plaque photographique était placée
parallèlement à une distance de 8mm,65 au delà. Après une pose de 10
minutes, l'ombre géométrique du fil était reproduite d'une façon
parfaite, avec les dimensions prévues et une pénombre très étroite de
chaque côté correspondant bien à la largeur de la source. La même
expérience réussit également bien en plaçant contre le fil une double
feuille d'aluminium battu que les rayons sont obligés de traverser.
[70] Mme CURIE, _Comptes rendus_, 8 janvier 1900.
Il s'agit donc bien de rayons capables de donner des ombres géométriques
parfaites. L'expérience avec l'aluminium montre que ces rayons ne sont
pas diffusés en traversant la lame, et que cette lame n'émet pas, tout
au moins en quantité importante, des rayons secondaires analogues aux
rayons secondaires des rayons de Röntgen.
Les rayons α sont ceux qui semblent actifs dans la très belle expérience
réalisée dans le _spinthariscope_ de M. Crookes[71]. Cet appareil se
compose essentiellement d'un grain de sel de radium maintenu à
l'extrémité d'un fil métallique en face d'un écran au sulfure de zinc
phosphorescent. Le grain de radium est à une très petite distance de
l'écran (0mm,5, par exemple), et l'on regarde au moyen d'une loupe la
face de l'écran tournée vers le radium. Dans ces conditions l'œil
aperçoit sur l'écran une véritable pluie de points lumineux qui
apparaissent et disparaissent continuellement. L'écran présente l'aspect
d'un ciel étoilé. Les points brillants sont plus rapprochés dans les
régions de l'écran voisines du radium, et dans le voisinage immédiat de
celui-ci la lueur paraît continue. Le phénomène ne semble pas altéré par
les courants d'air; il se produit dans le vide; un écran même très mince
placé entre le radium et l'écran phosphorescent le supprime; il semble
donc bien que le phénomène soit dû à l'action des rayons α les plus
absorbables du radium.
[71] _Chem. News_, 3 avril 1903.
On peut imaginer que l'apparition d'un des points lumineux sur l'écran
phosphorescent est provoquée par le choc d'un projectile isolé. Dans
cette manière de voir, on aurait affaire, pour la première fois, à un
phénomène permettant de distinguer l'action individuelle d'une particule
dont les dimensions sont du même ordre de grandeur que celles d'un
atome.