objets ultra-microscopiques fortement éclairés qui ne produisent pas sur
la rétine des images nettes, mais des taches de diffraction; et ceci est
bien en accord avec la conception que chaque point lumineux extrêmement
petit est produit par le choc d'un seul atome.
Les rayons pénétrants non déviables γ semblent être de tout autre nature
et semblent analogues aux rayons Röntgen. Rien ne prouve, d'ailleurs,
que des rayons peu pénétrants de même nature ne puissent exister dans le
rayonnement du radium, car ils pourraient être masqués par le
rayonnement corpusculaire.
On vient de voir combien le rayonnement des corps radioactifs est un
phénomène complexe. Les difficultés de son étude viennent s'augmenter
par cette circonstance, qu'il y a lieu de rechercher si ce rayonnement
éprouve de la part de la matière une absorption sélective seulement, ou
bien aussi une transformation plus ou moins profonde.
On ne sait encore que peu de choses relativement à cette question.
Toutefois, si l'on admet que le rayonnement du radium comporte à la fois
des rayons genre cathodique et des rayons genre Röntgen, on peut
s'attendre à ce que ce rayonnement éprouve des transformations en
traversant les écrans. On sait, en effet: 1º que les rayons cathodiques
qui sortent du tube de Crookes à travers une fenêtre d'aluminium
(expérience de Lenard) sont fortement diffusés par l'aluminium, et que,
de plus, la traversée de l'écran entraîne une diminution de la vitesse
des rayons; c'est ainsi que des rayons cathodiques d'une vitesse égale à
1,4 × 10^{10} centimètres perdent 10 pour 100 de leur vitesse en
traversant 0mm,01 d'aluminium[72]; 2º les rayons cathodiques, en
frappant un obstacle, donnent lieu à la production de rayons Röntgen; 3º
les rayons Röntgen, en frappant un obstacle solide, donnent lieu à une
production de _rayons secondaires_, qui sont en partie des rayons
cathodiques[73].
[72] DES COUDRES, _Physik. Zeitschrift_, novembre 1902.
[73] SAGNAC, _Thèse de doctorat_.--CURIE et SAGNAC, _Comptes rendus_,
avril 1900.
On peut donc, par analogie, prévoir l'existence de tous les phénomènes
précédents pour les rayons des substances radioactives.
En étudiant la transmission des rayons du polonium à travers un écran
d'aluminium, M. Becquerel n'a observé ni production de rayons
secondaires ni transformation en rayons genre cathodique[74].
[74] BECQUEREL, _Rapports au Congrès de Physique_, 1900.
J'ai cherché à mettre en évidence une transformation des rayons du
polonium, en employant la méthode de l'interversion des écrans: deux
écrans superposés E_{1} et E_{2} étant traversés par les rayons, l'ordre
dans lequel ils sont traversés doit être indifférent, si le passage au
travers des écrans ne transforme pas les rayons; si, au contraire,
chaque écran transforme les rayons en les transmettant, l'ordre des
écrans n'est pas indifférent. Si, par exemple, les rayons se
transforment en rayons plus absorbables en traversant du plomb, et que
l'aluminium ne produise pas un effet du même genre avec la même
importance, alors le système plomb-aluminium paraîtra plus opaque que le
système aluminium-plomb; c'est ce qui a lieu pour les rayons Röntgen.
Mes expériences indiquent que ce phénomène se produit avec les rayons du
polonium. L'appareil employé était celui de la figure 8. Le polonium
était placé dans la boîte CCCC et les écrans absorbants, nécessairement
très minces, étaient placés sur la toile métallique T.
Courant
Écrans employés. Épaisseur. observé.
mm
Aluminium 0,01 } 17,9
Laiton 0,005 }
Laiton 0,005 } 6,7
Aluminium 0,01 }
Aluminium 0,01 } 150
Étain 0,005 }
Étain 0,005 } 125
Aluminium 0,01 }
Étain 0,005 } 13,9
Laiton 0,005 }
Laiton 0,005 } 4,4
Étain 0,005 }
Les résultats obtenus prouvent que le rayonnement est modifié en
traversant un écran solide. Cette conclusion est d'accord avec les
expériences dans lesquelles, de deux lames métalliques identiques et
superposées, la première se montre moins absorbante que la suivante. Il
est probable, d'après cela, que l'action transformatrice d'un écran est
d'autant plus grande que cet écran est plus loin de la source. Ce point
n'a pas été vérifié, et la nature de la transformation n'a pas encore
été étudiée en détail.
J'ai répété les mêmes expériences avec un sel de radium très actif. Le
résultat a été négatif. Je n'ai observé que des variations
insignifiantes dans l'intensité de la radiation transmise lors de
l'interversion de l'ordre des écrans. Les systèmes d'écrans essayés ont
été les suivants:
mm mm
Aluminium, épaisseur 0,55 Platine, épaisseur 0,01
» » 0,55 Plomb » 0,1
» » 0,55 Étain, épaisseur 0,005
» » 1,07 Cuivre » 0,05
» » 0,55 Laiton » 0,005
» » 1,07 Laiton » 0,005
» » 0,15 Platine » 0,01
» » 0,15 Zinc » 0,05
» » 0,15 Plomb » 0,1
Le système plomb-aluminium s'est montré légèrement plus opaque que celui
aluminium-plomb, mais la différence n'est pas grande.
Je n'ai pu mettre ainsi en évidence une transformation notable des
rayons du radium. Cependant, dans diverses expériences radiographiques,
M. Becquerel a observé des effets très intenses dus aux rayons diffusés
ou secondaires, émis par les écrans solides qui recevaient les rayons du
radium. La substance la plus active, au point de vue de ces émissions
secondaires, semble être le plomb.
_Action ionisante des rayons du radium sur les liquides isolants._
--M. Curie a montré que les rayons du radium et les rayons de Röntgen
agissent sur les diélectriques liquides comme sur l'air, en leur
communiquant une certaine conductibilité électrique[75]. Voici comment
était disposée l'expérience (_fig._ 9).
[Illustration: Fig. 9.]
[75] P. CURIE, _Comptes rendus de l'Académie des Sciences_, 17 février
1902.
Le liquide à expérimenter est placé dans un vase métallique CDEF, dans
lequel plonge un tube de cuivre mince AB; ces deux pièces métalliques
servent d'électrodes. Le vase est maintenu à un potentiel connu, au
moyen d'une batterie de petits accumulateurs, dont un pôle est à terre.
Le tube AB est en relation avec l'électromètre. Lorsqu'un courant
traverse le liquide, on maintient l'électromètre au zéro à l'aide d'un
quartz piézoélectrique qui donne la mesure du courant. Le tube de
cuivre MNM'N', relié au sol, sert de tube de garde pour empêcher le
passage du courant à travers l'air. Une ampoule contenant le sel de
baryum radifère peut être placée au fond du tube AB; les rayons agissent
sur le liquide après avoir traversé le verre de l'ampoule et les parois
du tube métallique. On peut encore faire agir le radium en plaçant
l'ampoule en dessous de la paroi DE.
Pour agir avec les rayons de Röntgen, on fait arriver ces rayons au
travers de la paroi DE.
L'accroissement de conductibilité par l'action des rayons du radium ou
des rayons de Röntgen semble se produire pour tous les diélectriques
liquides; mais, pour constater cet accroissement, il est nécessaire que
la conductibilité propre du liquide soit assez faible pour ne pas
masquer l'effet des rayons.
En opérant avec le radium et les rayons de Röntgen, M. Curie a obtenu
des effets du même ordre de grandeur.
Quand on étudie avec le même dispositif la conductibilité de l'air ou
d'un autre gaz sous l'action des rayons de Becquerel, on trouve que
l'intensité du courant obtenu est proportionnelle à la différence de
potentiel entre les électrodes, tant que celle-ci ne dépasse pas
quelques volts; mais pour des tensions plus élevées, l'intensité du
courant croît de moins en moins vite, et le courant de saturation est
sensiblement atteint pour une tension de 100 volts.
Les liquides étudiés avec le même appareil et avec le même produit
radiant très actif se comportent différemment; l'intensité du courant
est proportionnelle à la tension quand celle-ci varie entre 0 et 450
volts, et cela même quand la distance des électrodes ne dépasse pas 6mm.
On peut alors considérer la _conductivité_ provoquée dans divers
liquides par le rayonnement d'un sel de radium agissant dans les mêmes
conditions.
Les nombres du Tableau suivant multiplié par 10^{-14} donnent la
conductivité en mhos (inverse d'ohm) pour 1cm3:
Sulfure de carbone 20
Éther de pétrole 15
Amylène 14
Chlorure de carbone 8
Benzine 4
Air liquide 1,3
Huile de vaseline 1,6
On peut cependant supposer que les liquides et les gaz se comportent
d'une façon analogue, mais que, pour les liquides, le courant reste
proportionnel à la tension jusqu'à une limite bien plus élevée que pour
les gaz. On pouvait, par analogie avec ce qui a lieu pour les gaz,
chercher à abaisser la limite de proportionnalité en employant un
rayonnement beaucoup plus faible. L'expérience a vérifié cette
prévision; le produit radiant employé était 150 fois moins actif que
celui qui avait servi pour les premières expériences. Pour des tensions
de 50, 100, 200, 400 volts, les intensités du courant étaient
représentées respectivement par les nombres 109, 185, 255, 335. La
proportionnalité ne se maintient plus, mais le courant varie encore
fortement quand on double la différence de potentiel.
Quelques-uns des liquides examinés sont des isolants à peu près
parfaits, quand ils sont maintenus à température constante, et qu'ils
sont à l'abri de l'action des rayons. Tels sont: l'air liquide, l'éther
de pétrole, l'huile de vaseline, l'amylène. Il est alors très facile
d'étudier l'effet des rayons. L'huile de vaseline est beaucoup moins
sensible à l'action des rayons que l'éther de pétrole. Il convient
peut-être de rapprocher ce fait de la différence de volatilité qui
existe entre ces deux hydrocarbures. L'air liquide qui a bouilli pendant
quelque temps dans le vase d'expérience est plus sensible à l'action des
rayons que celui que l'on vient d'y verser; la conductivité produite par
les rayons est de 1/4 plus grande dans le premier cas. M. Curie a étudié
sur l'amylène et sur l'éther de pétrole l'action des rayons aux
températures de +10° et de -17°. La conductivité due au rayonnement
diminue de 1/10 seulement de sa valeur, quand on passe de 10° à -17°.
Dans les expériences où l'on fait varier la température du liquide on
peut soit maintenir le radium à la température ambiante, soit le porter
à la même température que le liquide; on obtient le même résultat dans
les deux cas. Cela tient à ce que le rayonnement du radium ne varie pas
avec la température, et conserve encore la même valeur même à la
température de l'air liquide. Ce fait a été vérifié directement par des
mesures.
_Divers effets et applications de l'action ionisante des rayons émis par
les substances radioactives._--Les rayons des nouvelles substances
radioactives ionisent l'air fortement. On peut, par l'action du radium,
provoquer facilement _la condensation de la vapeur d'eau sursaturée_,
absolument comme cela a lieu par l'action des rayons cathodiques et des
rayons Röntgen.
Sous l'influence des rayons émis par les substances radioactives
nouvelles, la _distance explosive entre deux conducteurs métalliques
pour une différence de potentiel donnée se trouve augmentée_; autrement
dit, le passage de l'étincelle est facilité par l'action des rayons. Ce
phénomène est dû à l'action des rayons les plus pénétrants. Si, en
effet, on entoure le radium d'une enveloppe en plomb de 2cm, l'action du
radium sur l'étincelle n'est pas considérablement affaiblie, alors que
le rayonnement qui traverse n'est qu'une très faible fraction du
rayonnement total.
En rendant conducteur, par l'action des substances radioactives, l'air
au voisinage de deux conducteurs métalliques, dont l'un est relié au sol
et l'autre à un électromètre bien isolé, on voit l'électromètre prendre
une déviation permanente, qui permet de mesurer la force électromotrice
de la pile formée par l'air et les deux métaux (force électromotrice de
contact des deux métaux, quand ils sont séparés par l'air). Cette
méthode de mesures a été employée par lord Kelwin et ses élèves, la
substance radiante étant l'uranium[76]; une méthode analogue avait été
antérieurement employée par M. Perrin qui utilisait l'action ionisante
des rayons Röntgen[77].
[76] LORD KELWIN, BEATTIE et SMOLAN, _Nature_, 1897.
[77] PERRIN, _Thèse de doctorat_.
On peut se servir des substances radioactives dans l'étude de
l'électricité atmosphérique. La substance active est enfermée dans une
petite boîte en aluminium mince, fixée à l'extrémité d'une tige
métallique en relation avec l'électromètre. L'air est rendu conducteur
au voisinage de l'extrémité de la tige, et celle-ci prend le potentiel
de l'air qui l'entoure. Le radium remplace ainsi avec avantage les
flammes ou les appareils à écoulement d'eau de lord Kelwin, généralement
employés jusqu'à présent dans l'étude de l'électricité atmosphérique[78].
[78] PAULSEN, _Rapports au Congrès de Physique_, 1900.--WITKOWSKI,
_Bulletin de l'Académie des Sciences de Cracovie_, janvier 1902.
_Effets de fluorescence, effets lumineux._--Les rayons émis par les
nouvelles substances radioactives provoquent la fluorescence de certains
corps. M. Curie et moi, nous avons tout d'abord découvert ce phénomène
en faisant agir le polonium au travers d'une feuille d'aluminium sur une
couche de platinocyanure de baryum. La même expérience réussit encore
plus facilement avec du baryum radifère suffisamment actif. Quand la
substance est fortement radioactive, la fluorescence produite est très
belle.
Un grand nombre de substances sont susceptibles de devenir
phosphorescentes ou fluorescentes par l'action des rayons de Becquerel.
M. Becquerel a étudié l'action sur les sels d'urane, le diamant, la
blende, etc. M. Bary a montré que les sels des métaux alcalins et
alcalino-terreux, qui sont tous fluorescents sous l'action des rayons
lumineux et des rayons Röntgen, sont également fluorescents sous
l'action des rayons du radium[79]. On peut également observer la
fluorescence du papier, du coton, du verre, etc., au voisinage du
radium. Parmi les différentes espèces de verre, le verre de Thuringe est
particulièrement lumineux. Les métaux ne semblent pas devenir lumineux.
[79] BARY, _Comptes rendus_, t. CXXX, 1900, p. 776.
Le platinocyanure de baryum convient le mieux quand on veut étudier le
rayonnement des corps radioactifs par la méthode fluoroscopique. On peut
suivre l'effet des rayons du radium à des distances supérieures à 2m.
Le sulfure de zinc phosphorescent est rendu extrêmement lumineux, mais
ce corps a l'inconvénient de conserver la luminosité pendant quelque
temps, après que l'action des rayons a été supprimée.
On peut observer la fluorescence produite par le radium quand l'écran
fluorescent est séparé du radium par des écrans absorbants. Nous avons
pu observer l'éclairement d'un écran au platinocyanure de baryum à
travers le corps humain. Cependant, l'action est incomparablement plus
intense, quand l'écran est placé tout contre le radium et qu'il n'en est
séparé par aucun écran solide. Tous les groupes de rayons semblent
capables de produire la fluorescence.
Pour observer l'action du polonium il est nécessaire de mettre la
substance tout près de l'écran fluorescent sans interposition d'écran
solide, ou tout au moins avec interposition d'un écran très mince
seulement.
La luminosité des substances fluorescentes exposées à l'action des
substances radioactives baisse avec le temps. En même temps la substance
fluorescente subit une transformation. En voici quelques exemples:
Les rayons du radium transforment le platinocyanure de baryum en une
variété brune moins lumineuse (action analogue à celle produite par les
rayons Röntgen et décrite par M. Villard). Ils altèrent également le
sulfate d'uranyle et de potassium en le faisant jaunir. Le
platinocyanure de baryum transformé est régénéré partiellement par
l'action de la lumière. Plaçons le radium au-dessous d'une couche de
platinocyanure de baryum étalée sur du papier, le platinocyanure devient
lumineux; si l'on maintient le système dans l'obscurité, le
platinocyanure s'altère, et sa luminosité baisse considérablement. Mais,
exposons le tout à la lumière; le platinocyanure est partiellement
régénéré, et si l'on reporte le tout dans l'obscurité, la luminosité
reparaît assez forte. On a donc, au moyen d'un corps fluorescent et d'un
corps radioactif, réalisé un système qui fonctionne comme un corps
phosphorescent à longue durée de phosphorescence.
Le verre, qui est rendu fluorescent par l'action du radium, se colore en
brun ou en violet. En même temps, il devient moins fluorescent. Si l'on
chauffe ce verre ainsi altéré, il se décolore et, en même temps que la
décoloration se produit, le verre émet de la lumière. Après cela le
verre a repris la propriété d'être fluorescent au même degré qu'avant la
transformation.
Le sulfure de zinc qui a été exposé à l'action du radium pendant un
temps suffisant s'épuise peu à peu et perd la faculté d'être
phosphorescent, soit sous l'action du radium, soit sous celle de la
lumière.
Le diamant est rendu phosphorescent par l'action du radium et peut être
distingué ainsi des imitations en strass, dont la luminosité est très
faible.
Tous les composés de baryum radifère _sont spontanément lumineux_[80].
Les sels haloïdes, anhydres et secs, émettent une lumière
particulièrement intense. Cette luminosité ne peut être vue à la grande
lumière du jour, mais on la voit facilement dans la demi-obscurité ou
dans une pièce éclairée à la lumière du gaz. La lumière émise peut être
assez forte pour que l'on puisse lire en s'éclairant avec un peu de
produit dans l'obscurité. La lumière émise émane de toute la masse du
produit, tandis que, pour un corps phosphorescent ordinaire, la lumière
émane surtout de la partie de la surface qui a été éclairée. A l'air
humide les produits radifères perdent en grande partie leur luminosité,
mais ils la reprennent par desséchement (Giesel). La luminosité semble
se conserver. Au bout de plusieurs années aucune modification sensible
ne semble s'être produite dans la luminosité de produits faiblement
actifs, gardés en tubes scellés à l'obscurité. Avec du chlorure de
baryum radifère, très actif et très lumineux, la lumière change de
teinte au bout de quelques mois; elle devient plus violacée et
s'affaiblit beaucoup; en même temps le produit subit certaines
transformations; en redissolvant le sel dans l'eau et en le séchant à
nouveau, on obtient la luminosité primitive.
[80] CURIE, _Soc. de Physique_, 3 mars 1899.--GIESEL, _Wied. Ann._, t.
LXIX, p. 91.
Les solutions de sels de baryum radifères, qui contiennent une forte
proportion de radium, sont également lumineuses; on peut observer ce
fait en plaçant la solution dans une capsule de platine qui, n'étant pas
lumineuse elle-même, permet d'apercevoir la luminosité faible de la
solution.
Quand une solution de sel de baryum radifère contient des cristaux qui
s'y sont déposés, ces cristaux sont lumineux au sein de la solution, et
ils le sont bien plus que la solution elle-même, de sorte que, dans ces
conditions, ils semblent seuls lumineux.
M. Giesel a préparé du platinocyanure de baryum radifère. Quand ce sel
vient de cristalliser, il a l'aspect du platinocyanure de baryum
ordinaire, et il est très lumineux. Mais peu à peu le sel se colore
spontanément et prend une teinte brune, en même temps que les cristaux
deviennent dichroïques. A cet état, le sel est bien moins lumineux,
quoique sa radioactivité ait augmenté[81]. Le platinocyanure de radium,
préparé par M. Giesel, s'altère encore bien plus rapidement.
[81] GIESEL, _Wied. Ann._, t. LXIX, p. 91.
Les composés de radium constituent le premier exemple de substances
spontanément lumineuses.
_Dégagement de chaleur par les sels de radium._--Tout récemment MM.
Curie et Laborde ont trouvé que _les sels de radium sont le siège d'un
dégagement de_ _chaleur spontané et continu_[82]. Ce dégagement de
chaleur a pour effet de maintenir les sels de radium à une température
plus élevée que la température ambiante; l'excès de température dépend
d'ailleurs de l'isolement thermique de la substance. Cet excès de
température peut être mis en évidence par une expérience grossière faite
au moyen de deux thermomètres à mercure ordinaires. On utilise deux
vases isolateurs thermiques à vide, identiques entre eux. Dans l'un des
vases on place une ampoule de verre contenant 7dg de bromure de
radium pur; dans le deuxième vase on place une autre ampoule de verre
toute pareille qui contient une substance inactive quelconque, par
exemple du chlorure de baryum. La température de chaque enceinte est
indiquée par un thermomètre dont le réservoir est placé au voisinage
immédiat de l'ampoule. L'ouverture des isolateurs est fermée par du
coton. Quand l'équilibre de température est établi, le thermomètre qui
se trouve dans le même vase que le radium indique constamment une
température supérieure à celle indiquée par l'autre thermomètre; l'excès
de température observé était de 3°.
[82] CURIE et LABORDE, _Comptes rendus_, 16 mars 1903.
On peut évaluer la quantité de chaleur dégagée par le radium à l'aide du
calorimètre à glace de Bunsen. En plaçant dans ce calorimètre une
ampoule de verre qui contient le sel de radium, on constate un apport
continu de chaleur qui s'arrête dès qu'on éloigne le radium. La mesure
faite avec un sel de radium préparé depuis longtemps indique que chaque
gramme de radium dégage environ 80 petites calories pendant chaque
heure. Le radium dégage donc pendant une heure une quantité de chaleur
suffisante pour fondre son poids de glace, et un atome gramme (225g) de
radium dégagerait en une heure 18000cal, soit une quantité de chaleur
comparable à celle qui est produite par la combustion d'un atome gramme
(1g) d'hydrogène. Un débit de chaleur aussi considérable ne saurait
être expliqué par aucune réaction chimique ordinaire, et cela d'autant
plus que l'état du radium semble rester le même pendant des années. On
pourrait penser que le dégagement de chaleur est dû à une transformation
de l'atome de radium lui-même, transformation nécessairement très lente.
S'il en était ainsi, on serait amené à conclure que les quantités
d'énergie mises en jeu dans la formation et dans la transformation des
atomes sont considérables et dépassent tout ce qui nous est connu.
On peut encore évaluer la chaleur dégagée par le radium à diverses
températures en l'utilisant pour faire bouillir un gaz liquéfié et en
mesurant le volume du gaz qui se dégage. On peut faire cette expérience
avec du chlorure de méthyle (à -21°). L'expérience a été faite par MM.
Dewar et Curie avec l'oxygène liquide (à -180°) et avec l'hydrogène
liquide (à -252°). Ce dernier corps convient particulièrement bien pour
réaliser l'expérience. Une éprouvette A, entourée d'un isolateur
thermique à vide, contient de l'hydrogène liquide H (_fig._ 10); elle
est munie d'un tube de dégagement _t_ qui permet de recueillir le gaz
dans une éprouvette graduée E remplie d'eau. L'éprouvette A et son
isolateur plongent dans un bain d'hydrogène liquide H'. Dans ces
conditions aucun dégagement gazeux ne se produit dans l'éprouvette A.
Lorsque l'on introduit, dans l'hydrogène liquide contenu dans cette
éprouvette, une ampoule qui contient 7dg de bromure de radium, il se
fait un dégagement continu de gaz, et l'on recueille 73cm3 de gaz
par minute.
[Illustration: Fig. 10.]
Un sel de radium solide qui vient d'être préparé dégage une quantité de
chaleur relativement faible; mais ce débit de chaleur augmente
continuellement et tend vers une valeur déterminée qui n'est pas encore
tout à fait atteinte au bout d'un mois. Quand on dissout dans l'eau un
sel de radium et qu'on enferme la solution en tube scellé, la quantité
de chaleur dégagée par la solution est d'abord faible; elle augmente
ensuite et tend à devenir constante au bout d'un mois; le débit de
chaleur est alors le même que celui dû au même sel à l'état solide.