HYPOTHÈSE DE LA RADIOACTIVITÉ

tains corps des vitesses énormes, au point de les séparer. Si une telle radiation existait réellement, elle devrait vraisemblablement être absorbée par les corps radioactifs, de sorte qu'une enceinte formée de ces derniers devrait diminuer la radioactivité d'un corps contenu à Tintérieur. On n'a jamais pensé peut-être à une expérience de ce genre, et faite en ces termes précis, mais MM. Elster et Geitel (^) ont reconnu, que la radioactivité d'un corps donné ne s'affaiblit pas si' on le porte sous la terre, dans une mine, par exemple, à une profondeur de 800 mètres ; et il serait peu vraisemblable que cette couche n'absorbât pas, d'une manière sensible, les radiations supposées traversant l'espace.

Il semble donc qu'on doive préférer l'hypothèse, suivant laquelle l'énergie des corps radioactifs aurait une origine analogue à celle de l'énergie thermique fournie parles combinaisons chimiques, avec la différence que, dans ce dernier cas, il s'agit d'atomes qui, pris à l'état libre ou sortant d'autres combinaisons, s'unissent pour former de nouvelles molécules, tandis que dans le cas des corps radioactifs, il s'agit au contraire d'électrons provenant d'atomes instables, qui s'unissent pour former des atomes nouveaux, plus durables.

Certaines expériences et spécialement celles de Rutherford et de ses collaborateurs, rendent extrêmement vraisemblables ces modifications ou transformations atomiques, et conduisent à considérer les phénomènes de la radioactivité delà manière suivante (-).

Les atomes des corps radioactifs sont des systèmes d'électrons instables. Ces atomes se divisent

(1) Elster et H. Geitel. — Deiblàtler, p. 443 (1899).

(2) E. RuTHERFORD et F. SoDDY. — iVuV. Mag., p. 576, Mai (1903).

86 LA RADIOACTIVITÉ

l'un après l'autre en plusieurs parties, c'est-à-dire en électrons négatifs libres et en groupes d'électrons en majorité positifs, ou ions positifs. Les premiers constituent les rayons jS et les autres les rayons «.

L'émanation est probablement constituée par ces mêmes ions positifs ou par des modifications de ces ions. Si une partie seulement des atomes désagrégés est rayonnée tout autour, la partie restante constituera un nouveau corps qui pourra être luimême radioactif; et s'il l'est, ses atomes seront capables de fractionnements ultérieurs.

On pourrait en dire autant des nouveaux atomes constituant l'émanation, ainsi que de la substance qu'elle dépose sur les corps inertes en les rendant temporairement actifs (activité induite). Les transformations atomiques finiront de se produire seulement lorsque les électrons constitueront des atomes stables et, par suite, une substance non radioactive.

Considérons, par exemple, l'uranium, M. Grookes (') et M. Becquerel (^) séparèrent de cette substance une partie active et une partie non active. La première que Rutlierford appela l'uranium X, perd avec le temps son activité, pendant que l'autre l'acquiert lentement. L'uranium non actif se transforme donc peu à peu en uranium X, et la transformation est accompagnée de radiation. En même temps l'uranium X se transforme en une substance inconnue. La même chose se passe avec le thorium, à cela près que, outre une transformation de thorium inactif en thorium X, accompagnée de l'émission des rayons habituels, on a en plus la production d'une émanation, comme résultat d'une scission ultérieure des

(1) W. Crookes. —Proc. Roy. Soc, t. LXYl,p. 419 (1900).

(-) H. Becquerel. — Comptes rendus, t. CXXXVI, p. 137 (1900).

TRANSFORMATION DE l'ÉMANATION 87

atomes constituant le thorium X. L'émanation est elle-même radioactive, et apte ainsi à se transformer en d'autres substances, parmi lesquelles celles qui adhèrent aux corps voisins et sont cause de la radioactivité induite.

On ignore également quelle est la condition atomique finale et stable du thorium.

Les transformations successives de l'atome de radium sont analogues à celles du thorium, sauf qu'il n'existe pas, à ce qu'il semble, un radium X. Il y a 'donc scission des atomes de radium et formation d'émanation ou peut-être mieux d'émanations, car entre le radium et l'émanation condensable il existe, semble-t-il, des phases de transformations intermédiaires, ces transformations étant contemporaines de l'émission des rayons «, |3, y. L'émanation est ellemême radioactive, et en se transformant elle produit la substance produisant la radioactivité induite, à savoir, une substance temporairement radioactive et à cause de cela, en état de transformation ultérieure. On ne peut dire, pas plus pour le radium que pour les autres corps radioactifs, que les autres phases successives d'agrégation existent avant d'arriver à un arrangement stable ; mais cette substance finale non radioactive peut désormais être considérée comme connue dans le cas du radium. On a, en effet pu reconnaître ('), qu'avec le temps, l'émanation du radium enfermée dans un tube se modifie; son spectre change d'aspect lentement, et finit par présenter les raies caractéristiques de Vliélium. Ce gaz, découvert depuis peu de temps dans notre atmos-

(1) E. Rutherford et F. Soddy. — Phil. Mag., p. 441, avril (1903).

W. Ramsat. —Nature, p. 334, août (1903).

W. Ramsay et F. Soddy. — Phys. Zeitschr., p. 613, septembre (1903).

LA RADIOACTIVITE

phère et dans quelques minéraux, est un de ceux dont les raies se rencontrent dans le spectre de la lumière solaire, à laquelle il doit, d'ailleurs, son nom. Les minéraux dont il fut extrait, sont en général ceux-là mêmes dont on retire le radium ; ce qui est facilement explicable d'après ce qui a été exposé.

Une expérience toute récente de MM. Curie et Dewar (') semble mettre hors de doute la transformation de l'émanation du radium en hélium. Ils employèrent environ 4 décigr. de bromure de radium pur et sec enfermé depuis trois mois dans une petite ampoule communiquant avec un tube de Geissler, c'est-à-dire avec un tube muni de deux électrodes soudées à travers le verre, par l'intermédiaire desquelles on pouvait rendre lumineux le gaz contenu dans le tube en faisant passer des décharges électriques. On fit d'abord un vide suffisant dans ces récipients et l'on reconnut qu'il se dégageait continuellement du corps radioactif un gaz, à raison de 1 cm c. chaque mois (à la pression ordinaire). En faisant passer la décharge dans le tube et en examinant le spectre de la lumière ainsi produite, on voyait les raies de l'hydrogène et celles du mercure, la vapeur de ce dernier provenant de la pompe avec laquelle on avait fait le vide. Il n'y avait donc pas encore de trace d'hélium.

• Le même bromure de radium fut ensuite introduit dans un tube en quartz, et chaufl'é jusqu'à la fusion du sel^ pendant que l'on produisait une aspiration à travers un tube refroidi par de l'air liquide. On recueillit ainsi 2, 6 cm c. de gaz qui était lumineux par suite de l'émanation qu'il contenait. Transporté

(1) Dewar et Cuiîié. — Comptes rendus, p. 19, 2o janv. 1904.

TRANSFORMATION DE L EMANATION

dans un tnbe de Geissler, ce gaz ne montra que le sî)ectre de l'azote, même après avoir essayé de l'éliminer au moyen de la condensation provoquée avec le refroidissement dans l'hydrogène liquide. Arrivé à ce point, le tube de quartz contenant le sel de radium l'ut fermé hermétiquement pendant que l'on faisait le vide. Vingt jours plus tard, en entourant le tube de bandelettes d'étain formant électrodes et en rendant le gaz lumineux par la décharge, le spectroscope montra nettement le spectre entier de l'hélium. Il semble difficile, après cela, de mettre en doute que l'hélium se forme à la suite des transformations radioactives du radium, mais il faudra beaucoup d'autres preuves de ce genre avant qu'on puisse considérer la transformation des atomes chimiques comme bien démontrée, c'est-à-dire avant qu'on abandonne l'idée de Tinvarialjilité absolue des atomes qui, avec le temps, s'est profondément enracinée en nous (').

(1) Sur la radioacili'ité incluitt- du radium. — MM. Rulherford et Socldy ont, dès le, début admis que les émanations et les l'adioactivités induites sont coiistituccs par des particules n)atérielles provenant de la désagrégation des cor])s radioactils. La condensation- de l'émanation aux températures très busses, les l'écentos découvertes de ]MM. Ramsay et Soddy relatives à la pression de l'émanation du radium et à la production de l'hélium par le radium ont apporté un appui considérable à l'hypothèse de la désagrégation : le radium émet donc une émanation gazeus.e, matérielle et rétroactive qui se désagrège à son iour en donnant des matières l'adioactives solides auxquelles sont dus les phénomènes de la radioactivité induite.

La loi de désagrégation de 1 émanation M du radium en fonction du temps t est une loi ponentielle de la l'orme

M = Mo e- ™' ou w = 2,012x10-^

d'après cette loi l'émanation diminue de moitié en 4 jours.

La quantité —représente la vie movenne de l'émanation; elle est de

5,75 jours.

Enfin tout récemment (Société française de physique, 17 mars 1905) M. P. Curie, en collaboration avec M. J. Danne, a étudié les lois de la disparition de la radioactivité induite par l'émanation du radium.

f)0 TRANSFORMATION DE L EMANATION

On commence pac laisser un corps solide à s'activer pendant longtemps en présence de l'émanation du radium et l'on étudie ensuite la manière dont il se désactive à l'air libre. Voici la loi trouvée (en négligeant ce qui se passe pendant les premières 5 minutes);

(1) l = Io[Ke-'^'— (K— l)e-'"]

avec

Iq étant le rayonnement initial et t étant exprimé en secondes.

Comment interpréter cette loi ? Eh bien, l'on admet que pendant tout le tem.ps que l'émanation agit sur le corps solide soumis à l'expérience, elle crée, avec une vitesse constante une première substance radioactive B qui se désagrège spontanément suivant la loi exponentielle

B = Boe-"

avec une vitesse

dB

—- = — bB

at

b étant un coefficient caractérisant la vitesse de désagrégation de la substance.

La substance B en se désagrégeant donne naissance à son tour à une deuxième substance radioactive C qui disparaîtrait suivant une loi exponentielle de la forme

C = Co e- '*

si elle n'était entretenue par la substance R.

Soustrayons maintenant le corps solide à l'action de l'émanation. Les substances B et G existeront à sa surface dans une certaine proportion qui varie en fonction du temps.

Il suffit ensuite d'admettre que le rayonnement de la substance C pendant sa désagrégation est plus important que celui de la quantité correspondante de la substance B pour trouver que le rayonnement du corps solide soumis à l'expérience est représenté par une formule de la forme (1).

Nous avons supposé que le rayonnenient de G est de beaucoup le plus important, le rayonnement de B pouvant être considéré comme nul. Que donne la théorie avec cette hypothèse.' Elle conduit à la valeur suivante de K

or l'expérience donne K = 4,2. On peut donc admettre que la substance G rayonne seule.

Il y a encore un cas intéressant à considérer : c'est le cas où le corps solide n'a été soumis à l'action de l'émanation que pendant un temps relativement court. Ici la loi de désactivation est beaucoup plus complexe que dans le cas précédent. Voici, en effet, ce que l'on constate. Le corps ayant été soumis à l'action de l'émanation du radium pendant

THANSFORMATION DE L EMANATION QI

5 minutes seulement, le rayonnement pendant sa désactivation commence d'abord par décroître très rapidement en passant, après quekpies minutes, par un minimum ; le rayonnement se met ensuite à augmenter et passe, [au bout d'une demi-heure, par un maximum qui est finalement suivi 2>ar une décroissance exponentielle avec le coefficient c = 0,000413. Comment expliquer ces phénomènes complexes? L'hypothèse de deux substances n'est plus suffisante. On parvient, au contraire, à tout expliquer en admettant l'existence de trois substances radioactives A, B, G sur le corps soumis au rayonnement du radium. Ces trois substances sont caractérisées par les lois de désagrégation suivantes :

= Aoe-«'

= Bo.-*'

^Coe-''

= 0,00'kOl

La substance A est créée directement par l'émanation du radium; elle disparait rapidement; sa vie moyenne est - = 4,3 minutes. En se désagrégeant, cette substance A donne naissance à la substance B qui, lorsqu'elle est seule, se détruit spontanément au bout de 33 minutes (sa vie moyenne). La substance C est entretenue par B; sa vie moyenne est de 3Ô minutes.

Les substances A et C rayonnent et ionisent l'air ; B ne rayonne pas.

D'une manière générale, lorsqu'un corps a été soumis pendant un temps d à l'action de l'émanation du radium, et qu'il se désactive ensiiite à l'air libre, son rayonnement est donné, en fonction du temps, par la formule ;

où ;i= 1,28

La radioactivité induite devient volatile aux températures élevées et distille d'un corps chaud sur un corps froid. La substance B est plus volatile que la substance C.

Enfin lorsqu'on chauffe un instant un corps activé à une température supérieure à 900°, la nature de la radioactivité induite semble modifiée et la constante de temps de la loi de la disparition de la radioactivité induite n'est plus la même qu'avant. M. Curie voit là un fait enlièrement nouveau.