LE RAYONNEMENT DES SELS DE RADIUM

Séparation des différents groupes de rayons.

Les rayons émis par les sels de radium se propagent en ligne droite; ils ne sont ni réfléchis, ni réfractés, ni polarisés. Ils forment un mélange complexe que l'on peut diviser en trois groupes principaux. M. Rutherford a désigné par a, (5, y ces différents groupes (fig. 16).

FiG. 16. — Action du champ magnétique sur les sels de radium.

L'action d'un champ magnétique intense et la facilité plus ou moins grande avec lesquelles ils peuvent traverser les différentes substances permettent de les distinguer.

Imaginons que Ton place une petite quantité d'un sel de radium au fond d'une cavité profonde creusée dans un bloc de plomb P (fig. 16). Le rayonnement s'échappe alors sous forme d'un pinceau rectiligne.

.Disposons cette petite cuve dans un champ magnétique uniforme et très intense, produit par un électro-aimant puissant (fig. 17) placé de telle façon que son pôle nord soit en avant du plan de la figure et son pôle sud derrière la petite cuve. Dans ces conditions, les trois groupes de rayons a, [3, y sont séparés.

Les rayons a sont très légèrement déviés vers la gauche de leur trajectoire rectiligne, même par les champs les plus intenses. Ils forment la partie la plus importante du rayonnement du radium du

Fig. 17. — Action du champ magnétique sur les sels de radium.

moins si l'on convient de mesurer le rayonnement par la grandeur de la conductibilité qu'ils communiquent à l'air.

Les rayons (3 sont très fortement déviés par le champ magnétique, et cela de la même manière et dans le même sens que les rayons cathodiques.

Enfin, les rayons y ne sont pas déviés du tout de leur trajectoire rectihgne; ils sont analogues aux rayons de Rôntgen et ne forment qu'une faible partie du rayonnement.

Examinons rapidement la constitution de ces divers groupes de rayons.

Les rayons a du radium sont très peu pénétrants. Ils sont très rapidement absorbés par l'air, à leur sortie des sels de radium ; une lame

d'aluminium de quelques centièmes de millimètre d'épaisseur les arrête complètement.

Les lois de l'absorption de ces rayons par les écrans permettent, Indépendamment de l'action du champ magnétique, de les distinguer nettement des rayons de Rôntgen. En effet, en traversant des écrans successifs, les rayons a deviennent de moins en moins pénétrants (le phénomène inverse se produit pour les rayons de Rontgen). Pour expliquer ce résultat, on est déjà conduit à supposer que ces rayons sont formés de projectiles dont l'énergie diminue pendant la traversée de chaque écran. On constate aussi qu'un écran donné absorbe beaucoup plus fortement les rayons a quand il est placé loin du sel de radium que quand il en est placé tout prè^.

Rayons a.

Les rayons a sont très peu déviés par les champs électrique et magnétique les plus intenses; on les avait même primitivement considérés comme étant des rayons non dé viables sous cette action. Par un dispositif très ingénieux, M. Rutherford est parvenu à démontrer et à mesurer la déviation de ces rayons dans le champ magnétique.

Il résulte de ces recherches que les rayons a se comportent comme des projectiles animés d'une grande vitesse et chargés d'électricité positive. Ils sont analogues aux rayons canaux (canalstrahlen) de M. Goldstein.

D'après les dernières mesures de M. Des Coudres, la vitesse de ces projectiles est 20 fois plus faible que celle de la lumière. Si l'on admet que la charge électrique d'un de ces projectiles est la même que celle d'un atome d'hydrogène dans l'électrolyse, on trouve que sa masse est de l'ordre de grandeur de celle d'un atome d'hydrogène.

Les rayons a forment un groupe qui semble homogène; ils sont tous déviés de même façon par le champ magnétique.

Ce sont eux qui agissent dans le petit appareil réalisé par M; Crookes sous le nom de spinthariscope. Dans cet appareil on a disposé à l'extrémité d'un fil métaUique a (fig. 18) une fraction de milligramme d'un sel de radium. On place ce fragment à quelques dixièmes de millimètre d'un écran E au sulfure de zinc de Sidot; En examinant

dans l'obscurité, avec une forte loupe L, l'écran qui est tourné vers le radium, on aperçoit des petits points lumineux sur l'écran. Ces points lumineux apparaissent et disparaissent continuellement; ils font songer à un ciel chargé d'étoiles scintillantes. L'effet est très curieux. On

FiG. 18. — Spinthariscope de Crookes.

peut imaginer que chaque point lumineux qui apparaît et disparaît résulte du choc d'un projectile. On aurait affaire pour la première fois à un phénomène permettant de distinguer l'action individuelle d'un atome. ,

Rayons |3.

Les rayons (3 du radium sont analogues aux rayons cathodiques; ils sont facilement déviés par un champ magnétique et de la même façon que ces derniers.

On peut mettre en évidence la déviation des rayons (5 par le champ magnétique au moyen de Texpérience suivante : une ampoule en verre renfermant un sel de radium R est placée à l'une des extrémités d'un tube en plomb à parois très épaisses AB (fig. 19). Ce tube est placé entre les branches d'un électro-aimant et est orienté normalement ù la ligne des pôles NS. A une certaine distance de l'extrémité B du tube de plomb, on a disposé un électroscope E chargé d'électricité.

Les rayons émis par le sel de radium et qUi sont canalisés par le tube provoquent la décharge de l'électroscope. Si l'on fait passer le courant dans le fil de l'électrO-aimant, les ravons ^ sont rejetés sur les parois du tube de plomb, les rayons y seuls agissent et la dé»

charge se fail très lentement. Quant aux rayons a, ils sont absorbés par Tair immédiatement au voisinage du sel de radium et ne peuvent parvenir jusqu'à rélectroscope. Si l'on cesse de faire passer le courant dans l'électro-aimant, les rayons p provoquent rapidement la décharge de rélectroscope.

Les rayons p forment un mélange hétérogène ; on peut les distinguer les uns des autres par leur pouvoir pénétrant et par la déviation variable qu'ils éprouvent dans un champ magnétique. Certains d'entre

Electroscope

FiG. 19. — Déviation des rayons fs par le champ magnétique.

eux sont facilement absorbés par une lame d'aluminium de quelques centièmes de milUiiiètre d'épaisseur, tandis que d'autres traversent plusieurs millimètres de plomb.

Les trajectoires décrites par les rayons p déviés par le champ magnétique sont circulaires et situées dans un plan normal à la direction du champ magnétique. Les rayons des circonférences décrites varient dans des Hmites étendues. Si Ton reçoit ces rayons sur une plaque photographique BG (fig. 16), la plaque se trouve impressionnée par des rayons qui, ayant décrit des trajectoires circulaires, sont rabattus sur

la plaque et viennent la couper à angle droit. M. Becquerel a montré que l'impression ainsi produite constitue une large bande diffuse, véritable spectre continu, prouvant que le faisceau de rayons déviables émis par la source est formé par une infinité de radiations inégalement déviables.

Si l'on recouvre la plaque de divers écrans absorbants, tels que du papier, du verre, des métaux, une portion seulement du spectre se trouve supprimée et Ton constate que les rayons les plus déviés par le champ magnétique, c'est-à-dire ceux dont la trajectoire a le plus petit rayon, sont le plus fortement absorbés. Pour chaque écran, l'impression sur la plaque ne commence qu'à une certaine distance de la source radiante ; cette distance est d'autant plus grande que l'écran est plus absorbant.

Les rayons p du radium sont chargés d'électricité négative. La démonstration expérimentale de ce dernier fait confirme l'analogie de ces rayons avec les rayons cathodiques. Les rayons cathodiques sont, en effet, comme l'a montré M. Perrin, chargés d'électricité négative : ils peuvent transporter leur charge à travers des enveloppes métalliques réunies à la terre et à travers des lames isolantes. En tous les points où les rayons cathodiques sont absorbés, il se fait un dégagement continu d'électricité négative.

Par une méthode analogue, il est facile de démontrer expérimentalement que les rayons (3 du radium sont chargés d'électricité négative. Cependant ce dégagement est faible ; aussi, pour le mettre en évidence, il est nécessaire que le conducteur qui absorbe les rayons soit parfaitement isolé. A cet effet, on place le conducteur à l'abri de l'air, soit en le noyant dans un bon diélectrique solide, soit en le plaçant dans un tube à vide très parfait.

L'appareil employé (fig. 20) se compose d'un disque conducteur M, relié par une tige métallique t à un électromètre. Le disque et la tige sont entourés d'une matière isolante i et le tout est recouvert d'une enveloppe métallique E en communication permanente avec la terre. Si l'on expose cet appareil au rayonnement d'un sel de radium R placé à l'extérieur dans une petite cuve en plomb, les rayons traversent la lame métaUique, la lame isolante, et sont absorbés par le plateau Mi

On constate alors à Félectromètre un dégagement continu d'électricité négative.

La quantité d'électricité produite est très faible, elle est de l'ordre de grandeur de 10-*^ coulombs par seconde, pour un chlorure de baryum radifère très actif formant une couche de 2^°^^ de surface et de 0^'" 2 d'épaisseur, les rayons utilisés ayant traversé, avant d'être

FiG. 20, — Appareil pour l'étude des rayons p.

absorbés par le conducteur M, une épaisseur d'aluminium de 0^^ 01 et, une épaisseur d'ébonite de Q^'^S.

Quand on éloigne le sel de radium ou qu'on emploie un produit moins actif, les charges sont plus faibles.

On peut faire l'expérience inverse, qui consiste à placer le sel de, radium au milieu de la matière isolante et à mettre la cuvette qui contient le sel en relation avec Félectromètre (fig. 21). Dans ces condi-

/ pi

'ectrœnèù'fi

Kl

Fig. 21. — Appareil pour Pétude des rayons p.

lions, on constate que le radium prend une charge positive égale en grandeur à la charge négative de la première expérience. Les rayons très pénétrants du radium emportent avec eux les charges négatives. Il résulte de ces deux expériences qu'un sel de . radium enfermé dans une ampoule parfaitement isolante doit se charger spontanément

d'électricité coraiï^e une bouteille de Leyde. On peut alsérnent constater ce fait avec une ampoule scellée contenant depuis un certain temps un sel de radium. Si l'on fait avec un couteau à verre un trait sur la paroi de l'ampoule, il part à cet endroit une étincelle qui perce le verre aminci sous le couteau ; en même temps l'opérateur éprouve une petite secousse dans les doigts par suite du passage de la déchargea

Le radium est le premier exemiple d'un corps qui se charge spontané^ ment d'électricité.

On peut mettre encore ce dernier fait en évidence au moyen dii petit appareil imaginé par M. Strutt, et qui est représenté par la figure 22. Une petite ampoule en verre R contient un sel de radium ;

Te

rre

Terre

FiG. 22. — Appareil de Strutt à mouvement perpétuel.

elle est suspendue à une tige de^^quartz Q et le tout est placé dans un réservoir en verre T. Deux feuilles d'or très minces forment un petit êlectroscope ; ces feuilles, en s'écartant, peuvent venir toucher deux

lames métalliques a et a' mises en communication permanente avec la terre. On fait, dans le réservoir, un vide aussi parfait que possible, par la tubulure Y.

Le fonctionnement de l'appareil est alors très simple. La charge positive de la petite ampoule de radium se communique aux feuilles d v.r et celles-ci divergent progressivement à mesure que la charge augmente. Quand les feuilles sont suffisamment écartées, elles viennent toucher les deux lames a et a\ et la charge s'écoule au sol, les feuilles retombent, reprennent une autre charge et divergent de nouveau. Gomme la production d'électricité est continue, les feuilles s'écartent et se rapprochent d'une façon permanente.

Les charges et décharges se succèdent à des intervalles de temps d'autant plus courts que la quantité de bromure de radium, dans l'ampoule, est plus grande. Pour que l'expérience réussisse d'une façon bien nette, il est nécessaire que l'ampoule de radium soit parfaitement isolée. C'est dans ce but que celle-ci a été suspendue à un fil de quartz qui constitue un très bon isolant, et que l'on a fait dans l'appareil un vide très parfait. On évite ainsi les fuites d'électricité occasionnées par le fait que l'air devient conducteur sous l'influence des substances radioactives.

On peut supposer que les raj^ons (3 sont constitués par des projectiles (électrons) chargés d'électricité négative et lancés à partir du radium avec une grande vitesse.

La mesure des déviations de ces rayons sous l'action d'un champ magnétique a permis à M. Becquerel, puis à M. Kaufmann de déterminer les vitesses de ces projectiles. Ces vitesses, variables pour les différents rayons [3, sont comprises entre 2,36x101^ centimètres par seconde et 2,83x10'^ centimètres par seconde. On voit que certains rayons p ont une vitesse voisine de celle de la lumière. D'autre part, des considérations théoriques font supposer que la masse de chacun de ces projectiles est 2 000 fois plus petite que celle d'un atome d'hydrogène.

On conçoit aisément que des projectiles d'une masse aussi faible et animés d'une telle vitesse peuvent avoir un pouvoir pénétrant très grand vis-à-vis de la matière.

Les rayons du radium, et principalement les rayons ^, peuvent se

diffuser. Si l'on envoie, sur un écran mince un faisceau de rayons provenant d'un sel de radium, les rayons a sont absorbés, les rayons y traversent partiellement l'écran à l'état de faisceau bien défini aux bords nets; quant aux rayons ^, ils sont diffusés dans tous les sens. Cependant, cette diffusion ne paraît pas une propriété constante des rayons /3. M. Becquerel a montré qu'un faisceau de rayons [3 se propage à l'état bien défini dans la parafiine.

Rayons y»

Les rayons y sont tout à fait comparables aux rayons de Rônlgen; ils ne possèdent donc aucune charge électrique. Ils ne forment qu'une très faible partie du rayonnement du radium. Certains rayons y ont un pouvoir de pénétration extraordinaire ; quelques-uns peuvent traverser plusieurs centimètres de plomb. Ils ionisent l'air faiblement et donnent une trace tout à fait nette, mais légère sur la plaque photographique. Toutefois, il est possible que l'énergie de ces rayons soit considérable, car si les effets sur la plaque sensible et les gaz sont faibles, cela tient en grande partie à la faible absorption subie par ces rayons.

En résumé, les rayons émis par le radium ont tous les caractères de ceux qu'émet l'ampoule de Crookes. Les rayons a, chargés positivement, correspondent aux rayons-canaux de Goldstein, les rayons /3 aux rayons cathodiques et les rayons y aux rayons de RÔntgen.

Les rayons du radium sont pourtant plus pénétrants. Tandis que les rayons-canaux ne parcourent, dans le vide, qu'une distance de quelques centimètres, les rayons a parcourent la même distance dans l'air à la pression atmosphérique. Les rayons cathodiques traversent difficilement une feuille d'aluminium de 4 millièmes de miUimètre. Enfin, si les rayons de Rôntgen peuvent traverser une épaisseur assez grande de certains corps opaques, ils sont complètement arrêtés par une feuille de plomb de 1 ou 2 millimètres d'épaisseur, tandis qu'on peut constater un effet appréciable des rayons y à travers une épaisseur de plomb de 5 ou 6 centimètres.