LA RADIOACTIVITÉ INDUITE ET L'ÉMANATION DU RADIUM

Phénomène d'activation.

Tous les corps solides, liquides ou gazeux, placés pendant quelque temps au voisinage d'un sel de radium, acquièrent les propriétés radiantes de celui-ci ; ils deviennent radioactifs et émettent à leur tour des rayons de Becquerel. Il y a en quelque sorte transmission d'activité du sel de radium aux corps mis en sa présence. Ce fait constitue le phénomène de la radioactivité induite.

La radioactivité induite se propage dans les gaz de proche en proche par conduction. Du reste, les gaz eux-mêmes, au voisinage des sels de radium, deviennent radioactifs.

Le phénomène se produit d'une façon particulièrement intense si on place les corps à activer, dans une enceinte fermée, avec un sel de radium solide ou mieux avec une solution d'un sel de radium. De plus, M. Rutherford a montré que l'activité prise par les corps était beaucoup plus considérable quand on les portait à un potentiel électrique négatif par rapport aux corps environnants.

Disposons, dans une enceinte close M remplie d'air (fig.26), un sel de radium placé dans une petite capsule a et diverses substances telles que A, B, C, D, E.

Dans ces conditions et au bout d'un temps suffisant, tous les corps se sont activés. On peut alors les soustraire à l'action du radium, les retirer de l'enceinte et constater qu'ils sont devenus le siège d'une émission de rayons de Becquerel. L'activité de ces substances pourra être déterminée au moyen du dispositif indiqué plus haut pour la mesure de l'activité des substances radioactives.

L'activité prise par les corps B, C, D, E est la même quelle que soit leur nature (plomb, cuivre, verre, ébonite, carton, paraffine, celluloïd). Cependant l'activité d'une face de l'une des lames est d'autant plus élevée que l'espace libre en regard de cette face est plus grand. Ainsi la face intérieure de l'une des lames A est moins active que sa face extérieure.

Les corps activés et éloignés des sels de radium conservent un certain temps leur activité ; celle-ci diminue peu à peu et finit par disparaître.

On constate que l'activité de la lame augmente d'abord avec la

FiG, 26. — Activation des corps dans une enceinte fermée.

durée du séjour dans l'enceinte, mais qu'elle atteint une certaine valeur limite pour un séjour assez prolongé.

La nature et la pression du gaz de l'enceinte et la position relative des substances à activer n'ont aucune influence sur les phénomènes observés, et l'activité prise par les différents corps est proportionnelle à la quantité de sel de radium qui s'y trouve.

Le rayonnement du sel de radium ne joue aucun rôle dans la production de la radioactivité induite ; on peut, en effet, recommencer l'expérience précédente après avoir enfermé le sel de radium dans une ampoule scellée. Après plusieurs jours, on peut constater à l'électroscope qu'aucune des lames placées dans l'enceinte n'émet de rayons de Becquerel ; elles ne se sont pas activées. Pour que les corps puissent

acquérir la propriété d'émettre des rayons de Becquerel, il est nécessaire que ces corps soient en relation, directe ou par l'intermédiaire d'une substance gazeuse, avec le sel de radium.

L'émanation du radium.

Pour expliquer ces phénomènes, nous pouvons supposer avec M. Rutherford que le radium dégage, d'une façon continue, un gaz matériel radioactif, que l'on nomme émanation. Cette émanation se répand dans l'espace, se mélange aux gaz qui entourent le sel de radium et peut venir agir sous une forme particulière à la surface des corps solides pour les rendre radioactifs. Les phénomènes de la radioactivité induite seraient donc le résultat d'un transport d'énergie radioactive effectué par l'émanation.

Tous les gaz placés au voisinage des sels de radium deviennent radioactifs; d'après l'hypothèse précédente, ils sont chargés d'émanation. Ces gaz peuvent donc communiquer de l'activité aux corps solides que l'on met en leur présence.

Si l'on transporte ce gaz activé dans une autre enceinte, il conserve pendant un temps assez long la propriété de rendre radioactifs les corps solides amenés en contact avec lui; cependant, dans ces conditions, l'émanation entraînée avec le gaz se détruit spontanément, et le gaz perd ses propriétés activantes. Cette vitesse de destruction est telle que la quantité d'émanation répandue dans le gaz diminue de moitié en quatre jours.

Les sels de radium sont le siège d'un débit constant d'émanation. Si l'on enferme une solution d'un sel de radium dans une ampoule à moitié pleine de liquide, l'émanation s'accumule dans le gaz au-dessus de la solution. La quantité d'émanation accumulée ne croît pas indéfiniment ; l'émanation se détruit partiellement, en effet, pendant que le radium en produit une nouvelle quantité; l'équilibre limite est obtenu quand la perte résultant de la disparition de l'émanation compense la production continue d'émanation du sel de radium.

Disparition de la radioactivité induite par les sels de radium dans une enceinte fermée.

Supposons que l'on accumule de Fémanation dans un tube A (fig. 27) en le mettant en communication avec une ampoule B, contenant un sel de radium en solution S. Au bout de quelques jours, l'air contenu dans le tube A s'est chargé d'émanation : il est devenu radioactif et a communiqué de l'activité aux parois. Si l'on sépare ensuite le tube de l'ampoule en fermant à la lampe la partie a, on peut constater que le tube A émet des rayons de Becquerel.

Fig. 27. — Prise d'émanation dans un tube.

A cet effet, on emploie un dispositif expérimental analogue à celui qui a servi à déterminer l'intensité du rayonnement des matières radioactives, mais on remplace le condensateur à plateaux par un condensateur cylindrique. Ce condensateur (fig. 28) se compose essentiellement de deux tubes concentriques, dont l'un B, en aluminium mince, est reJié à une pile d'un grand nombre d'éléments, et l'autre, en cuivre, est mis en communication avec l'électromètre et le quartz. L'ensemble de ces deux tubes est placé dans une caisse métallique E mise à la terre.

On peut à l'aide de cet appareil étudier le rayonnement extérieur

du récipient A, en le plaçant dans le cylindre intérieur du condensateur. Les rayons émis par le tube rendent conducteur l'air entre les deux cylindres. Le courant qui circule est compensé à chaque instant par le quartz piézo-électrique.

On constate alors que le rayonnement extérieur du tube A diminue avec le temps, suivant une loi exponentielle rigoureuse. Cette loi est

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FiG. 28. — Condensateur cylindrique pour la mesure de l'activité des tubes actifs.

de la forme :I = \e-^^, lo étant la valeur initiale, et I la valeur, à l'instant t, du rayonnement. En prenant la seconde pour unité, on a A; = 2,01 XlO-s. Le rayonnement baisse de moitié en quatre jours. Cette loi de désactivation(fig. 29) est absolument invariable, quelles que soient les conditions de l'expérience (dimensions et nature du réservoir, pression et nature du gaz, intensité du phénomène au début, température). La constante de temps qui caractérise la disparition de l'activité du tube est une donnée caractéristique des sels de radium utilisés pour le rendre actif. Cette constante pourrait servir à définir un étalon de temps.

Cette loi est, en réalité, la loi de disparition spontanée de l'émanation. En effet, si, après avoir activé un tube tel que A, on y fait le vide de manière à extraire l'air chargé d'émanation, on constate que le rayonnement diminue beaucoup plus rapidement : il baisse de moi-

tié pendant chaque demi-heure. Cette loi de désactivation est la même que celle suivant laquelle les corps solides activés perdent à l'air libre leur activité. On est conduit à admettre que l'activité de l'enceinte A est entretenue en partie par l'émanation qu'elle contient, et que la loi trouvée correspond bien à la destruction de l'émanation.

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FiG. 29. — Courbes de disparition de la radioactivité induite par les sels de radium dans une enceinte fermée.

Si, après avoir activé un tube tel que A, on mesure son rayonnement immédiatement, avant et après l'extraction de l'air, on constate que ce rayonnement n'a pas changé au moment où on a retiré l'air actif. Le rayonnement de l'air chargé d'émanation ne produit donc pas d'action dans cette expérience. Il est possible cependant qu'il existe, mais il doit être constitué par des rayons très peu pénétrants, incapables de traverser la paroi du verre.

L'expérience suivante donne une confirmation bien nette de cette hypothèse. Un tube métallique A (fig. 30) communique avec une solution d'un sel de radium S et est fermé à l'autre extréinité par un bou-

chon isolant i ; ce bouchon est traversé par une tige métallique C reliée à l'électro mètre. Le tube et la tige forment un condensateur cylindrique; le tube métallique est relié à une pile d'un grand nombre d'éléments. Le tube BB est relié à la terre et sert de tube de garde. Quand le tube A est activé, on le sépare du radium, on mesure l'in-

Elecîromètre .

FiG. 30. — Dispositif pour l'étude du rayonnement de rémanation.

tensité du courant qui traverse le condensateur, on renouvelle alors l'air et on fait immédiatement une nouvelle mesure de l'intensité du courant. On constate que le courant est devenu six fois plus faible. Or, pendant la deuxième mesure, le rayonnement des parois activées agit seul pour ioniser l'air du condensateur, tandis que, pendant la première mesure, l'émanation agit également; on peut donc supposer qu'elle aussi émet un rayonnement. Ce rayonnement est nécessairement très peu pénétrant puisqu'il ne fait pas sentir son action à l'extérieur.

Disparition de la radioactivité induite par le radium sur les corps solides.

Un corps solide activé, puis soustrait à Faction activante de l'émanation, se désactive suivant une loi relativement complexe au début ; mais, après deux heures de désactivation, l'activité du corps diminue en fonction du temps suivant une loi exponentielle : elle baisse de moitié pendant chaque période d'une demi-heure.

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FiG. 31. — Influence de la durée d activation sur la loi de désactivation.

Si le corps a été soumis à l'action de l'émanation pendant plus de vingt-quatre heures, la loi de désactivation est donnée par la différence de deux exponentielles.

Cette loi est alors de la forme : I — Io[«e-^^ — (a — 1) e-'^],

lo étant Finlensité du rayonnement à l'origine du temps t. C'est-à-dire au moment où l'on soustrait la lame à l'action de l'émanation. Les coefficients ont pour valeurs :a:=i,2; b— 0,000413 ; c — 0,000538.

Cette loi de désactivation est représentée par la courbe 1 de la figure 31. On a porté en ordonnées les logarithmes de l'intensité du rayonnement et en abscisses les temps. Deux heures après le commencement de la désactivation, l'une des deux exponentielles est de-

5 Iteures

FiG. 32. — Loi de désactivation de quelques substances qui retiennent

de l'émanation occluse.

La courbe (1) est la courbe normale.

venue négligeable par rapport à la première, et la courbe représentant la loi est, en raison du choix des unités, représentée par une droite. L'activité baisse de moitié en vingt-huit minutes.

Si la durée d'activation a été inférieure à vingt -quatre heures, la loi de désactivation devient excessivement complexe, et les courbes représentatives du phénomène prennent des formes assez variées. Pour

une activation de quelques secondes, par exemple, on constate d'abord une baisse brusque d'activité, puis le rayonnement augmente, passe par un maximum et recommence à diminuer; deux heures après, l'activité a pris sa valeur normale : elle baisse de moitié en vingt-huit minutes. Dans ce cas, l'interprétation du phénomène devient assez délicate, mais présente, cependant, un très haut intérêt théorique. On est conduit à supposer que, sur la lame activée, l'énergie radioactive affecte trois états successifs distincts.

Quand on retire de l'enceinte activante des corps quelconques, on constate que ces corps peuvent émettre eux-mêmes une petite quantité d'émanation. Il semble que les substances s'en soient imprégnées, et qu'elles la dégagent ensuite. La plupart des corps perdent cette petite quantité d'émanation occluse pendant les vingt minutes qui suivent le début de la désactivation. Cependant, certains corps solides, tels que le celluloïd, le caoutchouc, la paraffine, ont la propriété de s'imprégner d'émanation et d'en émettre ensuite pendant plusieurs heures et même plusieurs jours. La loi de désactivation est complètement modifiée (fig. 32).

Si la durée du séjour en présence de l'émanation a été très prolongée, les corps soustraits à cette action se désactivent d'abord, suivant la loi ordinaire (de moitié en vingt-huit minutes), mais l'activité ne disparaît pas complètement ; il reste une activité plusieurs milliers de fois plus faible qu'au début et qui se manifeste pendant quelques années.

Activité induite des liqmdes.

Les liquides peuvent de^^enir radioactifs. Si l'on place dans une enceinte un sel de radium avec des liquides tels que l'eau, les solutions salines j l'essence de pétrole, on constate que ces hqtiides s'activent faiblement ; il semble que l'émanation s'y dissolve^ car si l'on enferme ces liquides dans une ampoule scellée, le rayonnement émis par celle-ci diminue de moitié en quatre jours.

Rayonnement des sels de radium en solution.

Si l'on place dans un tube scellé une solution d'un sel de radium, on peut constater, au bout de quelque temps, en portant le tube dans l'obscurité, que le verre du tube est lumineux. La portion de ce tube en contact avec le gaz est plus fortement lumineuse que celle en contact avec la solution ; le gaz chargé d'émanation agit fortement sur la paroi du tube. La solution n'émet plus que très peu de rayons, alors que le gaz chargé d'émanation rayonne fortement ainsi que la paroi. Dans ces conditions, tout se passe comme si le sel de radium ne se comportait plus que com^me producteur d'émanation : ses propriétés se sont modifiées, et sa radioactivité se trouve extériorisée.

On peut constater, en outre, que l'activité du gaz augmente et n'atteint un régime stable qu'un mois après la fermeture de l'ampoule.

Cet équihbre s'établit quand la perte spontanée d'activité devient égale à la production d'émanation.

Les quelques considérations précédentes permettent d'expliquer la variation d'activité des sels de radium par la chauffe ou la dissolution.

On peut, en effet, admettre que l'émanation produite par le radium ne peut s'échapper que bien difQcilement du sel sohde, qu'elle s'y accumule en se transformant en radioactivité induite. La chauffe a pour effet de provoquer le dégagement d'émanation. Le sel, ramené à la température initiale, émet beaucoup moins de rayons. Il reprend peu à peu son activité, grâce au débit continu d'émanation qu'il produit et qui s'accumule dans le sel lui-même sous forme de radioactivité induite.

L'effet de la dissolution est analogue : la dissolution effectue un état de division de la matière tel, qUe l'émanation peut s'échapper facilement. Si l'on évapore la solution, le sel sec est d'abord peu actifs mais il reprend peu à peu son activité primitive par un mécanism identique au précédent i