_Interprétation théorique des causes des variations d'activité des sels

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.

LIBRAIRIE GAUTHIER-VILLARS,

QUAI DES GRANDS-AUGUSTINS, 55, A PARIS (6e).

=BLONDLOT= (=R.=), Correspondant de l'Institut, Professeur

à l'Université de Nancy.--=Rayons «N».= _Recueil des

Communications faites à l'Académie des Sciences_, avec des

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=BERTHELOT= (=M.=), Sénateur, Secrétaire perpétuel de

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=MOISSONNIER= (=P.=), Pharmacien principal de l'Armée,

Chef des laboratoires des usines de Billancourt et du

Service de l'Intendance du Gouvernement militaire de

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Recherches sur les substances radioactives · 第 10 / 10 段