l'actinium. Ce baryum activé reste actif après diverses transformations
chimiques, son activité est donc une propriété atomique assez stable. Le
chlorure de baryum activé se fractionne comme le chlorure de baryum
radifère, les parties les plus actives étant les moins solubles dans
l'eau et l'acide chlorhydrique étendu. Le chlorure sec est spontanément
lumineux; son rayonnement Becquerel est analogue à celui du chlorure de
baryum radifère. M. Debierne a obtenu du chlorure de baryum activé 1000
fois plus actif que l'uranium. Ce baryum n'avait cependant pas acquis
tous les caractères du radium, car il ne montrait au spectroscope aucune
des raies les plus fortes du radium. De plus son activité diminua avec
le temps, et au bout de trois semaines elle était devenue trois fois
plus faible qu'au début.
[113] DEBIERNE, _Comptes rendus_, juillet 1900.
Il y a toute une étude à faire sur l'activation des substances en
dissolution avec les corps radioactifs. Il semble que, suivant les
conditions de l'expérience, on puisse obtenir des formes de
radioactivité induite atomique plus ou moins stables. La radioactivité
induite dans ces conditions est peut-être la même que la forme à
évolution lente que l'on obtient par activation prolongée à distance
dans une enceinte activante. Il y a lieu de se demander jusqu'à quel
degré la radioactivité induite atomique affecte la nature chimique de
l'atome, et si elle peut modifier les propriétés chimiques de celui-ci,
soit d'une façon passagère, soit d'une façon stable.
L'étude chimique des corps activés à distance est rendue difficile par
ce fait que l'activation est limitée à une couche superficielle très
mince, et que, par suite, la proportion de matière qui a pu être
atteinte par la transformation est extrêmement faible.
La radioactivité induite peut aussi être obtenue en laissant certaines
substances en dissolution avec l'uranium. L'expérience réussit avec le
baryum. Si, comme l'a fait M. Debierne, on ajoute de l'acide sulfurique
à une solution qui contient de l'uranium et du baryum, le sulfate de
baryum précipité entraîne de l'activité; en même temps le sel d'uranium
perd une partie de la sienne. M. Becquerel a trouvé qu'en répétant cette
opération plusieurs fois, on obtient de l'uranium à peine actif. On
pourrait croire, d'après cela, que dans cette opération on a réussi à
séparer de l'uranium un corps radioactif différent de ce métal, et dont
la présence produisait la radioactivité de l'uranium. Cependant il n'en
est rien, car au bout de quelques mois l'uranium reprend son activité
primitive; au contraire, le sulfate de baryum précipité perd celle qu'il
avait acquise.
Un phénomène analogue se produit avec le thorium. M. Rutherford
précipite une solution de sel de thorium par l'ammoniaque; il sépare la
solution et l'évapore à sec. Il obtient ainsi un petit résidu très
actif, et le thorium précipité se montre moins actif qu'auparavant. Ce
résidu actif, auquel M. Rutherford donne le nom de _thorium x_, perd son
activité avec le temps, tandis que le thorium reprend son activité
primitive[114].
[114] RUTHERFORD et SODDY, _Zeitschr. für physik. Chemie._, t. XLII,
1902, p. 81.
Il semble qu'en ce qui concerne la radioactivité induite en dissolution,
les divers corps ne se comportent pas tous de la même façon, et que
certains d'entre eux sont bien plus susceptibles de s'activer que les
autres.
_Dissémination des poussières radioactives et radioactivité induite du
laboratoire._--Lorsqu'on fait des études sur les substances fortement
radioactives, il faut prendre des précautions particulières si l'on veut
pouvoir continuer à faire des mesures délicates. Les divers objets
employés dans le laboratoire de chimie, et ceux qui servent pour les
expériences de physique, ne tardent pas à être tous radioactifs et à
agir sur les plaques photographiques au travers du papier noir. Les
poussières, l'air de la pièce, les vêtements sont radioactifs. L'air de
la pièce est conducteur. Dans le laboratoire, où nous travaillons, le
mal est arrivé à l'état aigu, et nous ne pouvons plus avoir un appareil
bien isolé.
Il y a donc lieu de prendre des précautions particulières pour éviter
autant que possible la dissémination des poussières actives, et pour
éviter aussi les phénomènes d'activité induite.
Les objets employés en chimie ne doivent jamais être emportés dans la
salle d'études physiques, et il faut autant que possible éviter de
laisser séjourner inutilement dans cette salle les substances actives.
Avant de commencer ces études nous avions coutume, dans les travaux
d'électricité statique, d'établir la communication entre les divers
appareils par des fils métalliques isolés protégés par des cylindres
métalliques en relation avec le sol, qui préservaient les fils contre
toute influence électrique extérieure. Dans les études sur les corps
radioactifs, cette disposition est absolument défectueuse; l'air étant
conducteur, l'isolement entre le fil et le cylindre est mauvais, et la
force électromotrice de contact inévitable entre le fil et le cylindre
tend à produire un courant à travers l'air et à faire dévier
l'électromètre. Nous mettons maintenant tous les fils de communication à
l'abri de l'air en les plaçant, par exemple, au milieu de cylindres
remplis de paraffine ou d'une autre matière isolante. Il y aurait aussi
avantage à faire usage, dans ces études, d'électromètres
_rigoureusement_ clos.
_Activation en dehors de l'action des substances radioactives._--Des
essais ont été faits en vue de produire la radioactivité induite en
dehors de l'action des substances radioactives.
M. Villard[115] a soumis à l'action des rayons cathodiques un morceau de
bismuth placé comme anticathode dans un tube de Crookes; ce bismuth a
été ainsi rendu actif, à vrai dire, d'une façon extrêmement faible, car
il fallait 8 jours de pose pour obtenir une impression photographique.
[115] VILLARD, _Société de Physique_, juillet 1900.
M. Mac Lennan expose divers sels à l'action des rayons cathodiques et
les chauffe ensuite légèrement. Ces sels acquièrent alors la propriété
de décharger les corps chargés positivement[116].
[116] MAC LENNAN, _Phil. Mag._, février 1902.
Les études de ce genre offrent un grand intérêt. Si, en se servant
d'agents physiques connus, il était possible de créer dans des corps
primitivement inactifs une radioactivité notable, nous pourrions espérer
de trouver ainsi la cause de la radioactivité spontanée de certaines
matières.
_Variations d'activité des corps radioactifs. Effets de
dissolution._--Le polonium, comme je l'ai dit plus haut, diminue
d'activité avec le temps. Cette baisse est lente, elle ne semble pas se
faire avec la même vitesse pour tous les échantillons. Un échantillon de
nitrate de bismuth à polonium a perdu la moitié de son activité en 11
mois et 95 pour 100 de son activité en 33 mois. D'autres échantillons
ont éprouvé des baisses analogues.
Un échantillon de bismuth à polonium métallique fut préparé avec un
sous-nitrate, lequel, après sa préparation, était 100000 fois plus actif
que l'uranium. Ce métal n'est plus maintenant qu'un corps moyennement
radioactif 2000 fois plus actif que l'uranium. Sa radioactivité est
mesurée de temps en temps. Pendant 6 mois ce métal a perdu 67 pour 100
de son activité.
La perte d'activité ne semble pas être facilitée par les réactions
chimiques. Dans des opérations chimiques rapides on ne constate
généralement pas de perte considérable d'activité.
Contrairement à ce qui se passe pour le polonium, les sels radifères
possèdent une radioactivité permanente qui ne présente pas de baisse
appréciable au bout de quelques années.
Quand on vient de préparer un sel de radium à l'état solide, ce sel n'a
pas tout d'abord une activité constante. Son activité va en augmentant à
partir de la préparation et atteint une valeur limite sensiblement
invariable au bout d'un mois environ. Le contraire a lieu pour la
solution. Quand on vient de la préparer, elle est d'abord très active,
mais laissée à l'air libre elle se désactive rapidement, et prend
finalement une activité limite qui peut être considérablement plus
faible que la valeur initiale. Ces variations d'activité ont été tout
d'abord observées par M. Giesel[117]. Elles s'expliquent fort bien en se
plaçant au point de vue de l'émanation. La diminution de l'activité de
la solution correspond à la perte de l'émanation qui s'échappe dans
l'espace; cette baisse est bien moindre si la dissolution est en tube
scellé. Une solution désactivée à l'air libre reprend une activité plus
grande quand on l'enferme en tube scellé. La période de l'accroissement
de l'activité du sel qui, après dissolution, vient d'être ramené à
l'état solide, est celle pendant laquelle l'émanation s'emmagasine à
nouveau dans le radium solide.
[117] GIESEL, _Wied. Ann._, t. LXIX, p. 91.
Voici quelques expériences à ce sujet:
Une solution de chlorure de baryum radifère laissée à l'air libre
pendant 2 jours devient 300 fois moins active.
Une solution est enfermée en vase clos; on ouvre le vase, on verse la
solution dans une cuve et l'on mesure l'activité:
Activité mesurée immédiatement 67
» au bout de 2 heures 20
» » 2 jours 0,25
Une solution de chlorure de baryum radifère qui est restée à l'air libre
est enfermée dans un tube de verre scellé, et l'on mesure le rayonnement
de ce tube. On trouve les résultats suivants:
Activité mesurée immédiatement 27
» après 2 jours 61
» » 3 jours 70
» » 4 jours 81
» » 7 jours 100
» » 11 jours 100
L'activité initiale d'un sel solide après sa préparation est d'autant
plus faible que le temps de dissolution a été plus long. Une plus forte
proportion de l'activité est alors transmise au dissolvant. Voici les
activités initiales obtenues avec un chlorure dont l'activité limite est
800 et que l'on maintenait en dissolution pendant un temps donné; puis
on séchait le sel et l'on mesurait son activité immédiatement:
Activité limite 800
Activité initiale après dissolution et dessiccation immédiate 440
Activité initiale après que le sel est resté dissous 5 jours 120
» » 18 jours 130
» » 32 jours 114
Dans cette expérience le sel dissous se trouvait dans un vase simplement
couvert d'un verre de montre.
J'ai fait avec le même sel deux dissolutions que j'ai conservées en tube
scellé pendant 13 mois; l'une de ces dissolutions était 8 fois plus
concentrée que l'autre:
Activité initiale du sel de la solution concentrée
après dessiccation 200
Activité initiale du sel de la solution étendue
après dessiccation 100
La désactivation du sel est donc d'autant plus grande que la proportion
du dissolvant est plus grande, l'énergie radioactive transmise au
liquide ayant alors un plus grand volume de liquide à saturer et un plus
grand espace à remplir. Les deux échantillons du même sel, qui avaient
ainsi une activité initiale différente, ont d'ailleurs augmenté
d'activité avec une vitesse très différente au début; au bout d'un jour
ils avaient la même activité, et l'accroissement d'activité se continua
exactement de la même façon pour tous les deux jusqu'à la limite.
Quand la dissolution est étendue, la désactivation du sel est très
rapide; c'est ce que montrent les expériences suivantes: trois portions
égales d'un même sel radifère sont dissoutes dans des quantités égales
d'eau. La première dissolution _a_ est laissée à l'air libre pendant une
heure, puis séchée. La deuxième dissolution _b_ est traversée pendant
une heure par un courant d'air, puis séchée. La troisième dissolution
_c_ est laissée pendant 13 jours à l'air libre, puis séchée. Les
activités initiales des trois sels sont:
Pour la portion _a_ 145,2
» _b_ 141,6
» _c_ 102,6
L'activité limite du même sel est environ 470. On voit donc qu'au bout
d'une heure la plus grande partie de l'effet était produite. De plus, le
courant d'air qui a barboté pendant une heure dans la dissolution _b_
n'a produit que peu d'effet. La proportion du sel dans la dissolution
était d'environ 0,5 pour 100.
L'énergie radioactive sous forme d'émanation se propage difficilement du
radium solide dans l'air; elle éprouve de même une résistance au passage
du radium solide dans un liquide. Quand on agite du sulfate radifère
avec de l'eau pendant une journée entière, son activité après celle
opération est sensiblement la même que celle d'une portion du même
sulfate laissée à l'air libre.
En faisant le vide sur du sel radifère on retire toute l'émanation
disponible. Toutefois la radioactivité d'un chlorure radifère sur lequel
nous avions fait le vide pendant 6 jours ne fut pas sensiblement
modifiée par cette opération. Cette expérience montre que la
radioactivité du sel est due principalement à l'énergie radioactive
utilisée dans l'intérieur des grains, laquelle ne peut être enlevée en
faisant le vide.
La perte d'activité que le radium éprouve quand on le fait passer par
l'état dissous est relativement plus grande pour les rayons pénétrants
que pour les rayons absorbables. Voici quelques exemples:
Un chlorure radifère, qui avait atteint son activité limite 470 est
dissous et reste en dissolution pendant une heure; on le sèche ensuite
et l'on mesure sa radioactivité initiale par la méthode électrique. On
trouve que le rayonnement initial total est égal à la fraction 0,3 du
rayonnement total limite. Si l'on fait la mesure de l'intensité du
rayonnement en recouvrant la substance active d'un écran d'aluminium de
0mm,01 d'épaisseur, on trouve que le rayonnement initial qui traverse
cet écran n'est que la fraction 0,17 du rayonnement limite traversant le
même écran.
Quand le sel est resté en dissolution pendant 13 jours, on trouve pour
le rayonnement initial total la fraction 0,22 du rayonnement limite
total et pour le rayonnement qui traverse 0mm,01 d'aluminium la fraction
0,13 du rayonnement limite.
Dans les deux cas le rapport du rayonnement initial après dissolution au
rayonnement limite est de 1,7 fois plus grand pour le rayonnement total
que pour le rayonnement qui traverse 0mm,01 d'aluminium.
Il faut d'ailleurs remarquer que, en séchant le produit après
dissolution, on ne peut éviter une période de temps pendant laquelle le
produit se trouve à un état mal défini, ni entièrement solide, ni
entièrement liquide. On ne peut non plus éviter de chauffer le produit
pour enlever l'eau rapidement.
Pour ces deux raisons il n'est guère possible de déterminer la vraie
activité initiale du produit qui passe de l'état dissous à l'état
solide. Dans les expériences qui viennent d'être citées des quantités
égales de substances radiantes étaient dissoutes dans la même quantité
d'eau, et ensuite les dissolutions étaient évaporées à sec dans des
conditions aussi identiques que possible et sans chauffer au-dessus de
120° ou 130°.
[Illustration: Fig. 13.]
J'ai étudié la loi suivant laquelle augmente l'activité d'un sel
radifère solide, à partir du moment où ce sel est séché après
dissolution, jusqu'au moment où il atteint son activité limite. Dans
les Tableaux qui suivent j'indique l'intensité du rayonnement I en
fonction du temps, l'intensité limite étant supposée égale à 100, et le
temps étant compté à partir du moment où le produit a été séché. Le
Tableau I (_fig._ 13, courbe I) est relatif au rayonnement total. Le
Tableau II (_fig._ 13, courbe II) est relatif seulement aux rayons
pénétrants (rayons qui ont traversé 3cm d'air et 0mm,01 d'aluminium).
TABLEAU I. TABLEAU II.
Temps. I. Temps. I.
0 » 21 0 » 1,3
1 jour 25 1 jour 19
3 » 44 3 » 43
5 » 60 6 » 60
10 » 78 15 » 70
19 » 93 23 » 86
33 » 100 46 » 94
67 » 100
J'ai fait plusieurs autres séries de mesures du même genre, mais elle ne
sont pas absolument en accord les unes avec les autres, bien que le
caractère général des courbes obtenues reste le même. Il est difficile
d'obtenir des résultats bien réguliers. On peut cependant remarquer que
la reprise d'activité met plus d'un mois à se produire, et que les
rayons les plus pénétrants sont ceux qui sont le plus profondément
atteints par l'effet de la dissolution.
L'intensité initiale du rayonnement qui peut traverser 3cm d'air et
0mm,01 d'aluminium n'est que 1 pour 100 de l'intensité limite, alors que
l'intensité initiale du rayonnement total est 21 pour 100 du rayonnement
total limite.
Un sel radifère, qui a été dissous et qui vient d'être séché, possède le
même pouvoir pour provoquer l'activité induite (et, par conséquent,
laisse échapper au dehors autant d'émanation) qu'un échantillon du même
sel qui, après avoir été préparé à l'état solide est resté dans cet état
un temps suffisant pour atteindre la radioactivité limite. L'activité
radiante de ces deux produits est pourtant extrêmement différente; le
premier est, par exemple, 5 fois moins actif que le second.
_Variations d'activité des sels de radium par la chauffe._--Quand on
chauffe un composé radifère, ce composé dégage de l'émanation et perd de
l'activité. La perte d'activité est d'autant plus grande que la chauffe
est à la fois plus intense et plus prolongée. C'est ainsi qu'en
chauffant un sel radifère pendant 1 heure à 130° on lui fait perdre 10
pour 100 de son rayonnement total: au contraire, une chauffe de 10
minutes à 400° ne produit pas d'effet sensible. Une chauffe au rouge de
quelques heures de durée détruit 77 pour 100 du rayonnement total.
La perte d'activité par la chauffe est plus importante pour les rayons
pénétrants que pour les rayons absorbables. C'est ainsi qu'une chauffe
de quelques heures de durée détruit environ 77 pour 100 du rayonnement
total, mais la même chauffe détruit la presque totalité (99 pour 100) du
rayonnement qui est capable de traverser 3cm d'air et 0mm,1 d'aluminium.
En maintenant le chlorure de baryum radifère en fusion pendant quelques
heures (vers 800°), on détruit 98 pour 100 du rayonnement capable de
traverser 0mm,3 d'aluminium. On peut dire que les rayons pénétrants
n'existent sensiblement pas après une chauffe forte et prolongée.
Quand un sel radifère a perdu une partie de son activité par la chauffe,
cette baisse d'activité ne persiste pas: l'activité du sel se régénère
spontanément à la température ordinaire et tend vers une certaine valeur
limite. J'ai observé le fait fort curieux que cette limite est plus
élevée que l'activité limite du sel avant la chauffe, du moins en est-il
ainsi pour le chlorure. En voici des exemples: un échantillon de
chlorure de baryum radifère qui, après avoir été préparé à l'état
solide, a atteint depuis longtemps son activité limite, possède un
rayonnement total représenté par le nombre 470, et un rayonnement
capable de traverser 0mm,01 d'aluminium, représenté par le nombre 157.
Cet échantillon est soumis à une chauffe au rouge pendant quelques
heures. Deux mois après la chauffe, il atteint une activité limite avec
un rayonnement total égal à 690, et un rayonnement à travers 0mm,01
d'aluminium égal à 227. Le rayonnement total et le rayonnement qui
traverse l'aluminium sont donc augmentés respectivement dans le rapport
690/470 et 227/156. Ces deux rapports sont sensiblement égaux entre eux
et égaux à 1,45.
[Illustration: Fig. 14.]
Un échantillon de chlorure de baryum radifère qui, après avoir été
préparé à l'état solide, a atteint une activité limite égale à 62, est
maintenu en fusion pendant quelques heures; puis le produit fondu est
pulvérisé. Ce produit reprend une nouvelle activité limite égale à 140,
soit plus de 2 fois plus grande que celle qu'il pouvait atteindre, quand
il avait été préparé à l'état solide sans avoir été notablement chauffé
pendant la dessiccation.
J'ai étudié la loi de l'augmentation de l'activité des composés
radifères après la chauffe. Voici, à titre d'exemple, les résultats de
deux séries de mesures. Les nombres des Tableaux I et II indiquent
l'intensité du rayonnement I en fonction du temps, l'intensité limite
étant supposée égale à 100, et le temps étant compté à partir de la fin
de la chauffe. Le Tableau I (_fig._ 14, courbe I) est relatif au
rayonnement total d'un échantillon de chlorure de baryum radifère. Le
Tableau II (_fig._ 3, courbe II) est relatif au rayonnement pénétrant
d'un échantillon de sulfate de baryum radifère, car on mesurait
l'intensité du rayonnement qui traversait 3cm d'air et 0mm,01
d'aluminium. Les deux produits ont subi une chauffe au rouge cerise
pendant 7 heures.
TABLEAU I. TABLEAU II.
Temps. I. Temps. I.
0 16,2 0 0,8
0,6 jour 25,4 0,7 jour 13
1 » 27,4 1 » 18
2 » 38 1,9 » 26,4
3 » 46,3 6 » 46,2
4 » 54 10 » 55,5
6 » 67,5 14 » 64
10 » 84 18 » 71,8
24 » 95 27 » 81
57 » 100 36 » 91
50 » 95,5
57 » 99
84 » 100
J'ai fait encore plusieurs autres séries de déterminations, mais, de
même que pour la reprise d'activité après dissolution, les résultats
des diverses séries ne sont pas bien concordants.
L'effet de la chauffe ne persiste pas quand on dissout la substance
radifère chauffée. De deux échantillons d'une même substance radifère
d'activité 1800, l'un a été fortement chauffé, et son activité a été
réduite par la chauffe à 670. Les deux échantillons ayant été à ce
moment dissous et laissés en dissolution pendant 20 heures, leurs
activités initiales à l'état solide ont été 460 pour le produit non
chauffé et 420 pour celui chauffé; il n'y avait donc pas de différence
considérable entre l'activité de ces deux produits. Mais, si les deux
produits ne restent pas en dissolution un temps suffisant, si, par
exemple, on les sèche immédiatement après les avoir dissous, le produit
non chauffé est beaucoup plus actif que le produit chauffé; un certain
temps est nécessaire pour que l'état de dissolution fasse disparaître
l'effet de la chauffe. Un produit d'activité 3200 a été chauffé et
n'avait plus après la chauffe qu'une activité de 1030. Ce produit a été
dissous en même temps qu'une portion du même produit non chauffée, et
les deux portions ont été séchées immédiatement. L'activité initiale
était de 1450 pour le produit non chauffé et de 760 pour celui chauffé.
Pour les sels radifères solides, le pouvoir de provoquer la
radioactivité induite est fortement influencé par la chauffe. Pendant
que l'on chauffe les composés radifères, ils dégagent plus d'émanation
qu'à la température ordinaire; mais, quand ils sont ensuite ramenés à la
température ordinaire, non seulement leur radioactivité est bien
inférieure à celle qu'ils avaient avant la chauffe, mais aussi leur
pouvoir activant est considérablement diminué. Pendant le temps qui suit
la chauffe, la radioactivité du produit va en augmentant et peut même
dépasser la valeur primitive. Le pouvoir activant se rétablit aussi
partiellement; cependant, après une chauffe prolongée au rouge, la
presque totalité du pouvoir activant se trouve supprimée, sans être
susceptible de reparaître spontanément avec le temps. On peut restituer
au sel radifère son pouvoir activant primitif en le dissolvant dans
l'eau et en le séchant à l'étuve à une température de 120°. Il semble
donc que la calcination ait pour effet de mettre le sel dans un état
physique particulier, dans lequel l'émanation se dégage bien plus
difficilement que cela n'a lieu pour le même produit solide qui n'a pas
été chauffé à température élevée, et il en résulte tout naturellement
que le sel atteint une radioactivité limite plus élevée que celle qu'il
avait avant la chauffe. Pour remettre le sel dans l'état physique qu'il
avait avant la chauffe, il suffit de le dissoudre et de le sécher, sans
le chauffer, au-dessus de 150°.
Voici quelques exemples numériques à ce sujet:
Je désigne par _a_ l'activité induite limite provoquée en vase clos sur
une lame de cuivre par un échantillon de carbonate de baryum radifère
d'activité 1600.
Posons pour le produit non chauffé:
_a_ = 100.
On trouve:
1 jour après la chauffe _a_ = 3,3
4 » » _a_ = 7,1
10 » » _a_ = 15
20 » » _a_ = 15
37 » » _a_ = 15
La radioactivité du produit avait diminué de 90 pour 100 par la chauffe,
mais, au bout d'un mois, elle avait déjà repris la valeur primitive.
Voici une expérience du même genre faite avec un chlorure de baryum
radifère d'activité 3000. Le pouvoir activant est déterminé de la même
façon que dans l'expérience précédente.
Pouvoir activant du produit non chauffé:
_a_ = 100.
Pouvoir activant du produit après une chauffe au rouge de trois heures:
2 jours après chauffe 2,3
5 » » 7,0
11 » » 8,2
18 » » 8,2
Pouvoir activant du produit non chauffé qui
a été dissous, puis séché à 150° 92
Pouvoir activant du produit chauffé qui a
été dissous, puis séché à 150° 105