Les rayons déviables β du radium se comportent d'une manière analogue,

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.

Recherches sur les substances radioactives · 第 5 / 10 段