radifères, après dissolution et après chauffe._--Les faits qui viennent
d'être exposés peuvent être, en partie, expliqués par la théorie d'après
laquelle le radium produit l'énergie sous forme d'émanation, cette
dernière se transformant ensuite en énergie de rayonnement. Quand on
dissout un sel de radium, l'émanation qu'il produit se répand au dehors
de la solution et provoque la radioactivité en dehors de la source dont
elle provient; lorsqu'on évapore la dissolution, le sel solide obtenu
est peu actif, car il ne contient que peu d'émanation. Peu à peu
l'émanation s'accumule dans le sel, dont l'activité augmente jusqu'à une
valeur limite, qui est obtenue quand la production d'émanation par le
radium compense la perte qui se fait par débit extérieur et par
transformation sur place en rayons de Becquerel.
Lorsqu'on chauffe un sel de radium, le débit d'émanation en dehors du
sel est fortement augmenté, et les phénomènes de radioactivité induite
sont plus intenses que quand le sel est à la température ordinaire. Mais
quand le sel revient à la température ordinaire, il est épuisé, comme
dans le cas où on l'avait dissous, il ne contient que peu d'émanation,
l'activité est devenue très faible. Peu à peu l'émanation s'accumule de
nouveau dans le sel solide et le rayonnement va en augmentant.
On peut admettre que le radium donne lieu à un débit constant
d'émanation, dont une partie s'échappe à l'extérieur, tandis que la
partie restante est transformée, dans le radium lui-même, en rayons de
Becquerel. Lorsque le radium a été chauffé au rouge, il perd la plus
grande partie de son pouvoir d'activation; autrement dit, le débit
d'émanation à l'extérieur est diminué. Par suite, la proportion
d'émanation utilisée dans le radium lui-même doit être plus forte, et le
produit atteint une radioactivité limite plus élevée.
On peut se proposer d'établir théoriquement la loi de l'augmentation de
l'activité d'un sel radifère solide qui a été dissous ou qui a été
chauffé. Nous admettrons que l'intensité du rayonnement du radium est, à
chaque instant, proportionnelle à la quantité d'émanation _q_ présente
dans le radium. Nous savons que l'émanation se détruit spontanément
suivant une loi telle que l'on ait, à chaque instant,
(1) _q_ = _q_0 _e_^{-t/θ}
_q_0 étant la quantité d'émanation à l'origine du temps, et θ la
constante de temps égale à 4,97 × 10^5 sec.
Soit, d'autre part, Δ le débit d'émanation fourni par le radium,
quantité que je supposerai constante. Voyons ce qui se passerait, s'il
ne s'échappait pas d'émanation dans l'espace ambiant. L'émanation
produite serait alors entièrement utilisée dans le radium pour y
produire le rayonnement. On a d'ailleurs, d'après la formule (1),
_dq_/_dt_ = - _q_0/θ _e_^{-t/θ} = - _q_/θ,
et, par suite, à l'état d'équilibre, le radium contiendrait une
certaine quantité d'émanation Q telle que l'on ait
(2) Δ = Q/θ,
et le rayonnement du radium serait alors proportionnel à Q.
Supposons qu'on mette le radium dans des conditions où il perd de
l'émanation au dehors; c'est ce que l'on peut obtenir en dissolvant le
composé radifère ou en le chauffant. L'équilibre sera troublé et
l'activité du radium diminuera. Mais aussitôt que la cause de la perte
d'émanation a été supprimée (le corps est revenu à l'état solide, ou
bien on a cessé de chauffer), l'émanation s'accumule à nouveau dans le
radium, et nous avons une période, pendant laquelle le débit Δ l'emporte
sur la vitesse de destruction _q_/θ. On a alors
_dq_/_dt_ = Δ - _q_/θ = (Q - _q_)/θ,
d'où
_d_/_dt_ (Q - _q_) = (Q - _q_)/θ,
(3) Q - _q_ = (Q - _q_0) _e_^{- _t_/θ},
_q_0 étant la quantité d'émanation présente dans le radium au temps
_t_ = 0.
D'après la formule (3) l'excès de la quantité d'émanation Q que le
radium contient à l'état d'équilibre sur la quantité _q_ qu'il contient
à un moment donné, décroît en fonction du temps suivant une loi
exponentielle qui est la loi même de la disparition spontanée de
l'émanation. Le rayonnement du radium étant d'ailleurs proportionnel à
la quantité d'émanation, l'excès de l'intensité du rayonnement limite
sur l'intensité actuelle doit décroître en fonction du temps suivant
cette même loi; cet excès doit donc diminuer de moitié en 4 jours
environ.
La théorie qui précède est incomplète, puisqu'on a négligé la perte
d'émanation par débit à l'extérieur. Il est, d'ailleurs, difficile de
savoir comment celle-ci intervient en fonction du temps. En comparant
les résultats de l'expérience à ceux de cette théorie incomplète, on ne
trouve pas un accord satisfaisant; on retire cependant la conviction que
la théorie en question contient une part de vérité. La loi d'après
laquelle l'excès de l'activité limite sur l'activité actuelle diminue de
moitié en 4 jours représente, avec une certaine approximation, la marche
de la reprise d'activité après chauffe pendant une dizaine de jours.
Dans le cas de la reprise d'activité après dissolution cette même loi
semble convenir à peu près pendant une certaine période de temps, qui
commence deux ou trois jours après la dessiccation du produit et se
poursuit pendant 10 à 15 jours. Les phénomènes sont d'ailleurs
complexes; la théorie indiquée n'explique pas pourquoi les rayons
pénétrants sont supprimés en plus forte proportion que les rayons
absorbables.
NATURE ET CAUSE DES PHÉNOMÈNES DE RADIOACTIVITÉ.
Dès le début des recherches sur les corps radioactifs, et alors que les
propriétés de ces corps étaient encore à peine connues, la spontanéité
de leur rayonnement s'est posée comme un problème, ayant pour les
physiciens le plus grand intérêt. Aujourd'hui, nous sommes plus avancés
au point de vue de la connaissance des corps radioactifs, et nous savons
isoler un corps radioactif d'une très grande puissance, le radium.
L'utilisation des propriétés remarquables du radium a permis de faire
une étude approfondie des rayons émis par les corps radioactifs; les
divers groupes de rayons qui ont été étudiés jusqu'ici présentent des
analogies avec les groupes de rayons qui existent dans les tubes de
Crookes: rayons cathodiques, rayons Röntgen, rayons canaux. Ce sont
encore les mêmes groupes de rayons que l'on retrouve dans le rayonnement
secondaire produit par les rayons Röntgen[118], et dans le rayonnement
des corps qui ont acquis la radioactivité induite.
[118] SAGNAC, _Thèse de doctorat_.--CURIE et SAGNAC, _Comptes rendus_,
avril 1900.
Mais si la nature du rayonnement est actuellement mieux connue, la cause
de la radioactivité spontanée reste mystérieuse et ce phénomène est
toujours pour nous une énigme et un sujet d'étonnement profond.
Les corps spontanément radioactifs, en premier lieu le radium,
constituent des sources d'énergie. Le débit d'énergie auquel ils donnent
lieu nous est révélé par le rayonnement de Becquerel, par les effets
chimiques et lumineux et par le dégagement continu de chaleur.
On s'est souvent demandé si l'énergie est créée dans les corps
radioactifs eux-mêmes ou bien si elle est empruntée par ces corps à des
sources extérieures. Aucune des nombreuses hypothèses, qui résultent de
ces deux manières de voir, n'a encore reçu de confirmation
expérimentale.
On peut supposer que l'énergie radioactive a été emmagasinée
antérieurement et qu'elle s'épuise peu à peu comme cela arrive pour une
phosphorescence de très longue durée. On peut imaginer que le dégagement
d'énergie radioactive correspond à une transformation de la nature même
de l'atome du corps radiant qui serait en voie d'évolution; le fait que
le radium dégage de la chaleur d'une manière continue plaide en faveur
de cette hypothèse. On peut supposer que la transformation est
accompagnée d'une perte de poids et d'une émission de particules
matérielles qui constitue le rayonnement. La source d'énergie peut
encore être cherchée dans l'énergie de gravitation. Enfin, on peut
imaginer que l'espace est constamment traversé par des rayonnements
encore inconnus qui sont arrêtés à leur passage au travers des corps
radioactifs et transformés en énergie radioactive.
Bien des raisons sont à invoquer pour et contre ces diverses manières de
voir, et le plus souvent les essais de vérification expérimentale des
conséquences de ces hypothèses ont donné des résultats négatifs.
L'énergie radioactive de l'uranium et du radium ne semble pas jusqu'ici
s'épuiser ni même éprouver une variation appréciable avec le temps.
Demarçay a examiné au spectroscope un échantillon de chlorure de radium
pur à 5 mois d'intervalle; il n'a observé aucun changement dans le
spectre au bout de ces 5 mois. La raie principale du baryum qui se
voyait dans le spectre et indiquait la présence du baryum à l'état de
trace, ne s'était pas renforcée pendant l'intervalle de temps considéré;
le radium ne s'était donc pas transformé en baryum d'une manière
sensible.
Les variations de poids signalées par M. Heydweiller pour les composés
du radium[119] ne peuvent pas encore être considérées comme un fait
établi.
[119] HEYDWEILLER, _Physik. Zeitschr._, octobre 1902.
MM. Elster et Geitel ont trouvé que la radioactivité de l'uranium n'est
pas changée au fond d'un puits de mine de 850m de profondeur; une
couche de terre de cette épaisseur ne modifierait donc pas le
rayonnement primaire hypothétique qui provoquerait la radioactivité de
l'uranium.
Nous avons mesuré la radioactivité de l'uranium à midi et à minuit,
pensant que si le rayonnement primaire hypothétique avait sa source
dans le soleil, il pourrait être en partie absorbé en traversant la
terre. L'expérience n'a donné aucune différence pour les deux mesures.
Les recherches les plus récentes sont favorables à l'hypothèse d'une
transformation atomique du radium. Cette hypothèse a été mise dès le
début des recherches sur la radioactivité[120]; elle a été franchement
adoptée par M. Rutherford qui a admis que l'émanation du radium est un
gaz matériel qui est un des produits de la désagrégation de l'atome du
radium[121]. Les expériences récentes de MM. Ramsay et Soddy tendent à
prouver que l'émanation est un gaz instable qui se détruit en donnant
lieu à une production d'hélium. D'autre part, le débit continu de
chaleur fourni par le radium ne saurait s'expliquer par une réaction
chimique ordinaire, mais pourrait peut-être avoir son origine dans une
transformation de l'atome.
[120] Mme CURIE, _Revue générale des Sciences_, 30 janvier 1899.
[121] RUTHERFORD et SODDY, _Phil. Mag._, mai 1903.
Rappelons enfin que les substances radioactives nouvelles se trouvent
toujours dans les minerais d'urane; nous avons vainement cherché du
radium dans le baryum du commerce (_voir_ page 46). La présence du
radium semble donc liée à celle de l'uranium. Les minerais d'urane
contiennent d'ailleurs de l'argon et de l'hélium, et cette coïncidence
n'est probablement pas non plus due au hasard. La présence simultanée de
ces divers corps dans les mêmes minerais fait songer que la présence des
uns est peut-être nécessaire pour la formation des autres.
Il est toutefois nécessaire de remarquer que les faits qui viennent à
l'appui de l'idée d'une transformation atomique du radium peuvent aussi
recevoir une interprétation différente. Au lieu d'admettre que l'atome
de radium se transforme, on pourrait admettre que cet atome est lui-même
stable, mais qu'il agit sur le milieu qui l'entoure (atomes matériels
voisins ou éther du vide) de manière à donner lieu à des transformations
atomiques. Cette hypothèse conduit tout aussi bien à admettre la
possibilité de la transformation des éléments, mais le radium lui-même
ne serait plus alors un élément en voie de destruction.
FIN.
TABLE DES MATIÈRES.
Pages.
INTRODUCTION 1
Historique 3
I.--_Radioactivité de l'uranium et du thorium. Minéraux
radioactifs._
Rayons de Becquerel 6
Mesure de l'intensité du rayonnement 8
Radioactivité des composés d'uranium et de thorium 14
La radioactivité atomique est-elle un phénomène général? 17
Minéraux radioactifs 19
II.--_Les nouvelles substances radioactives._
Méthode de recherches 22
Polonium, radium, actinium 22
Spectre du radium 25
Extraction des substances radioactives nouvelles 27
Polonium 31
Préparation du chlorure de radium pur 34
Détermination du poids atomique du radium 40
Caractères des sels de radium 45
Fractionnement du chlorure de baryum ordinaire 46
III.--_Rayonnement des nouvelles substances radioactives._
Procédés d'étude du rayonnement 47
Energie du rayonnement 48
Nature complexe du rayonnement 49
Action du champ magnétique 51
Rayons déviables β 56
Charge des rayons déviables β 57
Action du champ électrique sur les rayons β du radium 62
Rapport de la charge à la masse pour une particule chargée 63
négativement, émise par le radium
Action du champ magnétique sur les rayons α 66
Action du champ magnétique sur les rayons des autres 68
substances radioactives
Proportion des rayons déviables β dans le rayonnement 68
du radium
Pouvoir pénétrant du rayonnement des corps radioactifs 73
Action ionisante des rayons du radium sur les liquides 90
isolants
Divers effets et applications de l'action ionisante des 93
rayons émis par les substances radioactives
Effets de fluorescence, effets lumineux 95
Dégagement de chaleur par les sels de radium 98
Effets chimiques produits par les nouvelles substances
radioactives. Colorations 102
Dégagement de gaz en présence des sels de radium 104
Production de thermoluminescence 105
Radiographies 106
Effets physiologiques 107
Action de la température sur le rayonnement 109
IV.--_La radioactivité induite._
Communication de la radioactivité à des substances
primitivement inactives 111
Activation en enceinte fermée 113
Rôle des gaz dans les phénomènes de radioactivité induite. 115
Emanation
Désactivation à l'air libre des corps solides activés 116
Désactivation en enceinte close. Vitesse de destruction de 117
l'émanation
Nature des émanations 119
Variations d'activité des liquides activés et des solutions 122
radifères
Théorie de la radioactivité 123
Autre forme de la radioactivité induite 126
Radioactivité induite à évolution lente 126
Radioactivité induite sur des substances qui séjournent en
dissolution avec le radium 127
Dissémination des poussières radioactives et radioactivité
induite du laboratoire 130
Activation en dehors de l'action des substances radioactives 131
Variations d'activité des corps radioactifs. Effets de 132
dissolution
Variations d'activité des sels de radium par la chauffe 139
Interprétation théorique des causes de variation d'activité 144
des sels radifères après dissolution et après chauffe
_Nature et cause des phénomènes de radioactivité_ 147
FIN DE LA TABLE DES MATIÈRES.
PARIS.--IMPRIMERIE GAUTHIER-VILLARS,
35119 Quai des Grands-Augustins, 55.
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