CHAPITRE VIII

Considérations sur le mécanisme des transformations radioactives et la constitution des atomes.

Les phénomènes de radioactivité, dont la découverte est relativement récente, ont reçu rapidement une explication tout à fait satisfaisante. Ils ont été l’objet d’une théorie très parfaite, basée sur l'hypothèse, due à P. Curie et Me Curie, d’une transformation des atomes radioactifs, et présentée pour la première fois d’une manière précise par Rutherford et Soddy. Cette théorie s’est imposée rapidement à tous ceux qui firent des recherches dans cette voie. L’ensemble des résultats obtenus a conduit à une image relativement précise des transformations atomiques qui interviennent dans ces phénomènes, et les complications apparentes de ceux-ci furent facilement expliquées à l’aide de la loi élémentaire très simple qui régit ces transformations. On peut dire que les fondements de la nouvelle Science sont maintenant établis d’une manière définitive.

Je montrerai cependant, que les circonstances de production des phénomènes de radioactivité ne permettent pas d'expliquer d’une manière simple la loi fondamentale des transformations radioactives, quoiqu’elle soit identique à celle qui intervient dans les transformations chimiques, et qu'il est nécessaire, pour obtenir une explication satisfaisante, de faire des hypothèses très spéciales sur la constitution des atomes, ou sur l’existence d’agents physiques de nature inconnue.

Avant d'examiner quelles sont les hypothèses possibles et quelle est celle qui paraît la plus vraisemblable, je voudrais indiquer rapidement les faits expérimentaux

qui établissent une différence fondamentale entre les transformations radioactives et les autres transformations de la matière.

Toutes les transformations de matière antérieurement étudiées (changements d'états, transformations chimiques, etc.), peuvent être provoquées artificiellement par des actions extérieures, et les vitesses de transformation sont fortement influencées par les agents physiques que nous pouvons faire intervenir (chaleur, lumière, électricité, etc.).

Au contraire, les transformations radioactives se produisent spontanément, elles n’ont pu être provoquées par des actions extérieures et tous les essais entrepris dans le but de modifier leur évolution ont échoué.

D'ailleurs aucune transformation d’atomes n’a été produite artificiellement avec certitude. Des résultats positifs ont été publiés, mais ils n’ont jamais été confirmés lorsque des recherches plus précises ont été effectuées dans le but de les vérifier. En particulier M. Ramsay a annoncé à plusieurs reprises qu’on pouvait provoquer la transformation atomique de certains éléments chimiques par l’action des rayons émis par l’émanation du radium. Le cuivre du sulfate de cuivre aurait été ainsi transformé en lithium et en d’autres métaux alcalins, l’eau aurait donné lieu à la production d’argon et de néon, enfin les sels de thorium auraient, sous la même influence, produit du gaz carbonique. Les expériences précises de MM Curie et MH Gleditsch ont montré que le lithium, observé dans les expériences de M. Ramsay, provenait des vases de verre qui avaient été attaqués par la solution de cuivre en présence de l’émanation. Diverses recherches de vérification n’ont pas donné non plus de confirmation des autres résultats annoncés par M. Ramsay.

Bien d’autres tentatives ont été faites dans le but de

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provoquer une transformation d’atomes, et j’ai signalé au cours de ce travail celles que j'ai faites personnellement. Aucun résultat positif n’a pu être démontré, malgré la délicatesse des méthodes employées pour rechercher de petites traces des éléments qui auraient pu être obtenus. On a finalement l’impression que les moyens dont nous disposons actuellement sont impuissants à provoquer la décomposition des atomes.

Cela ne veut pas dire que de pareilles recherches seront toujours vaines, il est au contraire extrêmement probable qu’elles aboutiront quelque jour, lorsque nous connaîtrons mieux le mécanisme des transformations spontanées que nous observons dans les atomes radioactifs.

Les transformations radioactives semblent absolument spontanées et non seulement nous ne pouvons pas en provoquer artificiellement de semblables, mais encore il a été jusqu’à présent impossible d’exercer une influence quelconque sur leur vitesse.

On pourrait constater un changement de vitesse de transformation d’une substance radidactive de deux manières différentes. On a, en eflet, les deux relations

dn te À et n = NA no €

La mesure de l’activité d’unesubstance est proportionnelle , dn re :

à 7° une variation dans la valeur du coefficient de vi-

tesse À doit produire un changement immédiat dans l'activité d’une substance. D'autre part, une variation de À doit déterminer un changement dans l’inclinaison de la droite logarithmique : Ù

logn = logno— Àtloge.

Un grand nombre d’expériences ont été effectuées. | Ve LE CS, + # L , Re ® J'ai déjà indiqué précédemment les divers essais que

j'ai tentés ou qui ont été tentés par d’autres expérimentateurs sur l’émanation du radium : action des décharges électriques, action d’un champ magnétique, action de rayons émis par l’émanation elle-même, lorsqu’elle est obtenue sensiblement pure à la pression atmosphérique. Aucune variation sensible de la vitesse de destruction n’a été constatée.

D’anciennes expériences de P. Curie ont montré que le constante de l’émanation reste sans changement, lorsqu’on fait varier sa température, depuis celle de l’air liquide jusqu’à une température élevée. Plus récemment, un tube de radium a pu être chauffé à 12500, et conserver exactement la même activité. Dans des expériences de Mme Curie et M. Kammerling-Onnes, qui étaient disposées de manière à pouvoir constater une très faible variation d'activité, différentes substances, polonium, radium, émanation, ont été plongés dans l’air liquide et aussi dans l’hydrogène liquide, et aucune variation certaine n’a été obtenue.

Enfin 1l doit être rappelé que les haisons moléculaires paraissent n’avoir aucune action sur l’activité du radium; le radium a l’état métallique, préparé par MM Curie et moi avait la même activité que le chlorure de radium dont il provenait.

Toutes ces expériences n’ont pas été également précises et une variation d'activité de 1 pour 100 aurait pu échapper dans certaines d’entre elles. Il sera utile de les répéter en essayant d’atteindre une très grande précision dans les mesures, ct cela demandera un travail considérable; mais nous pouvons conclure cependant dès maintenant, qu'il y a une différence fondamentale entre les transformations radioactives et les autres transformations de matière. Les transformations radioactives ne sont pas provoquées par une action extérieure connue, et cette conclusion subsistera, même si nous

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réussissons plus tard à provoquer une légère variation dans la vitesse de transformation.

Il est d’ailleurs extrêmement probable qu’une telle variation sera observée, lorsqu'on aura une très grande précision dans les mesures et qu’on aura fait agir des moyens encore plus puissants.

L'action des rayons « semble dévoir être la plus efficace; en effet, la particule « en mouvement représente une grande énergie, et si cette énergie pouvait être entièrement dissipée dans un choe favorable, on ferait intervenir une quantité d'énergie de même ordre que celle qui se manifeste dans la désintégration atomique.

La transformation d’un atome est comparable à l'explosion d’une bombe; lorsqu'il y a émission de particule x, l’atome est divisé en deux fragments, s’il y a seulement émission de particule $ ou de rayons y, nous pouvons supposer qu'il s’agit d’une modification brusque dans l’architecture interne de l’atome.

Parmi un grand nombre d’atomes de même nature, à partir d’un instant déterminé, les uns explosent après un temps très court, tandis que d’autres attendent un temps extrêmement long avant d’exploser. Considérons, par exemple, les atomes d’émanation produits dans un intervalle de temps très petit (1 minute) par une certaine masse de radium. À partir du moment de leur formation, qui est sensiblement le même pour tous les atomes, la durée de vie de ces différents atomes est extrêmement variable; certains existent à l’état d’émanation seulement pendant quelques instants, d’autres restent dans le même état pendant des années, et la disparition de l’émanation s'effectue progressivement dans son ensemble suivant une oi régulière qui est une loi exponentielle.

D’après cette loi, qui est la même pour toutes des trans: formations radioactives, le nombre des atomes qui se trans-

forment dans un intervalle de temps donné, est toujours la même fraction du nombre des atomes qui existent à l'instant considéré. Les hypothèses que nous pouvons faire sur la cause qui détermine les explosions successives des atomes, doivent rendre compte de cette loi.

Cette loi se rencontre aussi dans les transformations chimiques, elle est l’expression la plus simple de la loi d'action de masse, et dans le cas de transformations chimiques monomoléculaires irréversibles on aboutit à la mêrne forme d’équation. Cependant, tandis que la loi d'action de masse est facilement expliquée par ce que nous savons de la constitution de la matière, il n’en est pas de même pour la loi des transformations radioactives.

La décomposition chimique d’une substance se fait à une température donnée avec une vitesse qui dépend de la masse de substance présente et d’un certain coeflicient caractéristique de la réaction, de telle sorte que la masse de la substance primitive décroît suivant une loi exponentielle. Mais les variations de température ont une très grande influence sur le coefficient de vitesse, qui généralement augmente rapidement lorsque la température s’élève, et l’on est ainsi conduit à supposer que l'agitation thermique et les chocs moléculaires interviennent directement dans la décomposition chimique. On peut simplement imaginer que la décomposition se produit à la suite de certains chocs moléculaires qui s'effectuent dans des conditions favorables, sur des molécules qui sont dans un certain état; la loi d'action de masse peut se déduire immédiatement de cette hyÿpothèse. :

Une molécule Subit dans les conditions ordinaires (gaz ou solution), même pendant un intervalle de temps très court (une petite fraction de seconde), un nombre considérable de chocs, et l’on peut admettre que, pen-

228 A. DEBIERNE.

dant cet intervalle de temps, pour chaque molécule, le nombre des chocs est sensiblement le même, et que la répartition des chocs suivant leur nature ou leur violence se fait absolument au hasard. La probabilité d’un choc favorable, ou d’une série favorable de chocs, si plusieurs chocs sont nécessaires, est alors proportionnelle au nombre des chocs; il en résulte que la probabilité de transformation pendant un certain intervalle de temps, même très petit, est la même pour chaque molécule, et elle restera la même au cours du temps si le nombre par unité de temps et la nature des chocs restent sans changement, c’est-à-dire si la composition du milieu et la température restent constantes. Le nombre des molécules transformées pendant un intervalle de temps petit sera proportionnel à la grandeur de cet intervalle, à la probabilité de transformation pendant l’unité de temps, et au nombre total des molécules présentes

adN = Àn dt ou dn =— Xn dt.

le coefficient de vitesse À représente ainsi une probabilité de transformation par unité de temps. L’équation intégrée donne la loi exponentielle de disparition. C’est là l'explication la plus directe de la loi d'action de masse, dans le cas le plus simple, et il serait facile de déduire, par des considérations analogues, les lois de transformations dans les cas plus compliqués.

La loi exponentielle est ainsi une loi de hasard, basée sur la constance de la probabilité de destruction de la molécule, elle résulte de la manière désordonnée dont se produisent les chocs. Nous pouvons dire que l'agitation thermique constitue un élément de désordre, qui renouvelle constamment l’état des molécules, et qui est la cause réelle de la forme particulière de la loi de destruction.

On comprend alors pourquoi les variations de température ont une influence sur la vitesse de transformation.

Ces variations modifient l’élément de désordre : les chocs moléculaires changent de nature et leur nombre va en augmentant si la température s'élève; la probabilité de destruction est ainsi changée pour chaque molécule et en même temps le coefficient de vitesse de destruction. Ce coefficient doit varier beaucoup pour un écart notable de température.

La loi des transformations radioactives étant la même que celle des transformations chimiques, on peut supposer qu’elle est aussi une loi de hasard, et qu’elle dépend d’un certain élément de désordre. Il faut alors examiner si le désordre qui intervient est celui de l'agitation thermique.

On voit immédiatement qu’on ne peut invoquer le mécanisme de transformation qui a été utilisé pour les transformations chimiques, puisque le coefficient de vitesse est indépendant de la température, au moins dans de très larges limites. L’explosion des atomes ne peut pas résulter directement des chocs moléculaires.

Cependant, il n’est pas impossible d'imaginer un mécanisme où l'agitation thermique intervient comme élément de désordre, mais dans lequel la probabihté de transformation est sensiblement indépendante de la température. Il suffit, pour cela, de supposer que les transformations radioactives sont provoquées par une action extérieure; d’ailleurs, nous savons déjà que cette action ne peut être aucune de celles dont nous savons disposer actuellement. On peut imaginer, par exemple, que l’espace est le siège d’un champ de force de nature inconnue ou est traversé d’une manière continue par un rayonnement particulier, distinct de ceux déjà connus (1), et que leur

(1) J'ai déjà mis en évidence le caractère très particulier de la loi des transformations radioactives, dans une conférence faite en 1907, à la Société chimique à Paris, et dans une autre conférence faite en 1909, en Amérique, à la Clark University.

230 A. DEBIERNE.

action provoque la transformation des atomes radioactifs. Dans le cas d’un champ de force, la transformation d’un atome pourrait avoir lieu lorsque, par exemple, celui-ci se trouve dans une position particulière par rapport aux lignes de force; l’agitation thermique crée un état de désordre tel, que, dans un temps donné, la probabilité d’une certaine position est la même pour tous les atomes. À chaque instant, quelle que soit la température, les différents atomes seront distribués par rapport aux lignes de force suivant la même loi de hasard. La probabilité de transformation ne dépendra pas sensiblement de l’état d’agitation moléculaire, si les atomes ne sont pas astreints à rester pendant un temps notable dans une certaine position avant de se transformer. La vitesse de transformation pourra donc être à peu près indépendante de la température. Si la transformation des atomes était provoquée par un rayonnement de nature vibratoire ou corpusculaire, on pourrait facilement aboutir au même résultat : la probabilité de rencontre favorable d’un atome avec une onde, une pulsation, ou un projectile, pourrait dépendre seulement de la position de l’atome.

. Dans cette manière de voir l'agitation moléculaire intervient pour renouveler un grand nombre de fois par seconde, d’une manière désordonnée, la position de chaque atome par rapport à la face extérieure, mais l’action de la température peut rester négligeable (?).

Le champ de force ou le rayonnement hypothétique que nous faisons intervenir, doivent avoir des propriétés très spéciales; en particulier ils ne doivent pas être sensiblement influencés par des écrans matériels de grande épaisseur.

(:) On pourrait aussi imaginer une action extérieure qui. apporterait avec elle l’élémént de désordre nécessaire, ce serait le cas d'un rayonnemênt inconnu dont les ondes, les pulsations où les projectiles, traverseraient l'espace d’üne manière désordonüée. 1

De ces deux hypothèses d’actions extérieures, celle d’un rayonnement inconnu est encore la plus vraisemblable, car nous connaissons déjà des rayonnements qui ont une très grande pénétration, et il n’est pas absurde d’en imaginer de plus pénétrants encore.

Nous voyons que si l’on veut utiliser l'agitation thermique comme élément de désordre pour expliquer la loi des transformations radioactives, il faut supposer l’existence d'agents mconnus, ayant des propriétés difficiles à admettre.

L’agitation moléculaire étant le seul élément de désordre connu, intervenant dans les phénomènes physiques, on doit se demander si la loi exponentielle qu'il faut expliquer est bien une loi de hasard, et s’il n’est pas possible d’aboutir à la même loi sans faire intervenir un élément de désordre, agissant constamment sur les substances radioactives.

On peut supposer, par exemple, que l'instant de la transformation est déterminé, dans chaque atome, par des mouvements internes plus ou moins réguliers: Comme il se produit toujours une succession de transformations dans les atomes de la substance mère, ceux-ci pourraient être comparés à des bombes qui, à intervalles déterminés par un mouvement d’horlogerie interne, envoient au dehors des projectiles. La destinée de chaque atome de la substance mère est alors déterminée à l’avance, mais les mécanismes des différents atomes de la même espèce ne doivent pas être réglés de la même manière. Ils doivent être accordés pour que les explosions se produisent à des intervalles déterminés de telle sorte que, pour l’ensemble des atomes d’une même espèce, on obtienne la loi exponentielle de destruction et, pour les transformations successives, la loi compliquée qui a été déterminée précédemment.

D’après cette hypothèse, les atomes de la substance mère ne seraient pas tous identiques entre eux, puisque leurs destinées, très différentes les unes des autres, dépendraient seulement des arrangements internes de l’atome. On serait ainsi amené à chercher entre les différents atomes d’une certaine masse d’uranium, par exemple, des différences permanentes de propriétés. Dans toute substance radioactive, il y aurait une différence entre les atomes qui doivent avoir encore une longue durée de vie à cet état, et ceux qui doivent se transformer au bout de peu de temps; on devrait pouvoir déceler une différence de propriété entre ces atomes, et peut-être aussi les séparer les uns des autres. Aucune expérience ne permet de penser que l’on pourra aboutir dans cette direction, et cependant quelques essais ont été effectués.

Enfin, si les durées de vie de chaque atome dans les différents états successifs sont déterminées par un mécanisme plus ou moins compliqué, 1l doit exister une relation particuhère entre ces durées de vie. Dans l’équation de destinée (1)

ANioun = No do ee Àn € Autre. —Xntn) dti... dt.

on doit avoir certaines relations entre t, et les durées de vie Lo, la, ….

ta = f(ti), ts= f'(t4),

Quelles que soient ces fonctions, si nous les faisons intervenir, une certaine catégorie de destinées sera seule envisagée. Or, nous avons déjà vu que toutes les destinées sont possibles, et sont pratiquement réalisées si le nombre des atomes de la substance mère est infiniment grand. Il faudra donc ajouter au groupe d’atomes caractérisé par un ensemble de certaines fonctions, une infinité d’autres groupes caractérisés par des fonctions différentes.

(*) Voir Chapitre VI,

Si, par exemple, nous supposons des relations linéaires entre les durées de vie des atomes d’un même groupe

= a + bti, t3= a+ b't,

il faudra constituer d’autres groupes avec des paramètres différents, et, pour épuiser toutes les destinées possibles, il faudra donner finalement toutes les valeurs possibles aux paramètres et disposer de mécanismes très différents les uns des autres. Cela n’est guère compatible avec la supposition que nous avons affaire à des atomes de même espèce.

L'hypothèse de destinées déterminées à l'avance aboutit donc à une conception extraordinairement compliquée et aussi bien peu vraisemblable.

La loi élémentaire des transformations radioactives s’explique le plus facilement par l'intervention du hasard, elle a la forme d’une loi statistique. La nécessité de la considérer comme une loi de hasard s’impose encore plus fortement à l'esprit, lorsqu'on observe la destruction d’un nombre d’atomes qui n’est pas infiniment grand; dans ce cas, on peut constater des écarts très nets autour de la loi exponentielle, ces écarts sont entièrement réglés par le hasard, quoique la loi moyenne soit bien régulière. :

Si nous ne voulons pas faire intervenir le désordre de l'agitation thermique dans la production de cette loi de hasard, ce qui, comme nous l’avons vu plus haut, entraîne des complications peu vraisemblables, nous devons imaginer qu'il existe un élément de désordre nouveau, distinct de celui de l’agitation moléculaire, qui intervient directement dans la transformation des atomes.

L'hypothèse la plus simple que l’on puisse faire, qui paraît en même temps la plus satisfaisante, est de supposer

234 Le penees à meex de -DEBLERNE:

que dans chaque atome il existe un élément 4e désordre interne (1).

Nous sommes ainsi conduits à une nouvelle conception de l’atome. Un atome qui contient un élément de désordre ne peut être représenté comme un système planétaire, dont les constituants, peu nombreux, sont animés de mouvements plus ou moins réguliers; car suivant, l'expression d'Henri Poincaré, « qui dit hasard dit grands nombres; un monde formé de peu d’éléments obéira à des lois plus ou moins compliquées, mais qui ne seront pas des lois statistiques ».

Nous pouvons supposer qu'ilexiste à l’intérieur de l’atome radioactif et, par analogie, à l’intérieur de tous les atomes, un grand nombre d'éléments doués de mouvements désordonnés analogues à ceux des molécules d’un gaz enfermé dans un récipient. Cette agitation intra-atomique déter-— minera, dans certains cas, un état instable suivi de l’explosion de Patome; elle doit être sensiblement indépendante du mouvement moléculaire et des agents physiques, qui sont sans action sur les lois des transformations radioactives.

Si l'agitation se produit sur un grand nombre d’éléments, d’une manière suffisamment désordonnée, la probabilité de transformation restera la même, au cours du temps, pour chaque atome. La loi de transformation résultera directement de ce fait.

Dans cette manière de voir, les atomes passent, dans un petit intervalle de temps, par un grand nombre d'états différents, mais l’état moyen reste constant et est indépendant des circonstances extérieures. Il en résulte que les propriétés des différents atomes sont exactement

(*] J'ai déjà exquissé cette discussion et proposé l’hypothèse d’un élément de désordre intra-atomique dans une conférence faite en janvier 1912 à la Société de Physique. Dans une conférence faite peu de temps après, avril 1912, à la même Société, Henri Poincaré, adopta cette hypothèse, la discuta et fit à son sujet quelques remarques très intéressantes. Ces conférences furent publiées par la Société de Physique (Idées modernes sur la constitution de la matière, p. 304-353),

les mêmes en moyenne, pour tous les atomes de même espèce.

: L'examen des causes possibles des phénomènes de radioactivité conduit done à admettre une complexité de l’atome beaucoup plus grande que celle qu’on avait pu imaginer d’après l’étude des autres phénomènes, . car. ceux-ci peuvent recevoir une explication en utilisant le seul désordre créé par l'agitation moléculaire, et en supposant des mouvements de charges électriques, plus ou moins compliqués, mais ayant toujours une certaine régularité, à l’intérieur de l’atome.

L'image que l’on peut se faire d’un atome est ainsi grandement modifiée, car il doit contenir un système infiniment complexe à l’abri de toutes les perturbations que nous pouvons provoquer sur d’autres régions. .Ce système constitue probablement la partie la plus importante de l’atome, celle qui règle par son influence les mouvements des charges électriques, et qui donne à l’atome son caractère et ses propriétés individuelles.

. L’agitation intra-atomique permet d'imaginer une grandeur analogue à une température caractérisant l’état interne de l’atome; si nous supposons que les projectiles émis au moment de l'explosion sont en équilibre avec l'agitation intra-atomique au moment de leur projection, la température interne de l’atome doit être infiniment plus élevée que la température extérieure. Cependant les deux températures n’offrent aucune tendance à s’équilibrer pendant la période de stabilité de l'atome, l'échange d'énergie ne s’effectuant qu’au moment de l’explosion. Il faut supposer que l'agitation intra-atomique se produit à l’intérieur d’une espèce d’enveloppe imperméable à l'énergie rayonnante et insensible aux chocs moléculaires. Cette enveloppe pourrait être d’une nature analogue à celle qui détermine la tension superficielle d’un liquide.

236 A. DEBIERNE.

L'atome est ainsi divisé en plusieurs régions, probablement assez distinctes. Dans la région externe, se trouvent les éléments qui établissent la liaison avec les phénomènes extérieurs. On doit y rencontrer d’abord des électrons faiblement liés qui se détachent facilement sous l'influence d’un choc ou d’une action électromagnétique ; ce sont eux qui produisent les phénomènes de l’ionisation gazeuse, qui peuvent devenir complètement libres lorsque le corps est à l’état métallique, qui interviennent dans la conductibilité électrique ou calorifique, et peut-être aussi dans le rayonnement thermique. Îls sont relativement très éloignés de la partie centrale de l’atome qui est probablement chargé positivement.

L'ionisation électrolytique, qui est toujours accompagnée d’une décomposition de la molécule, paraît être différente de l’ionisation gazeuse, et les électrons, dont le départ détermine cette ionisation, doivent être plus fortement liés; on peut imaginer qu'ils sont plus rapprochés du noyau central; à côté d’eux, se trouvent les éléments (électrons, magnétons) qui déterminent les raies spectrales et aussi les valences. Toute cette région intermédiaire est le siège des forces d’affinité chimique, qui déterminent les liaisons entre les atomes et la formation des molécules. L'influence de la température et des radiations sur les phénomènes chimiques montre qu’elle est accessible aux actions de l'extérieur.

Dans la région centrale, doivent se trouver les principaux constituants de l’atome, ceux qu’on pourrait appeler les sous-atomes. Ils doivent être liés entre eux par des forces sur la nature desquelles nous n’avons pas de renseignements, mais qui sont incomparablement plus puissantes que les forces de liaisons moléculaires. Les phénomènes de radioactivité ont montré qu’un constituant commun à un très grand nombre d’atomes est

l’hélium, pour lequel nous pouvons imaginer une constitution plus simple, en particulier à cause de l’absence des forces d’affinité. Les atomes radioactifs contiennent plusieurs atomes d’hélium, l’uranium peut en perdre huit et en contient peut-être un plus grand nombre.

Ces différents constituants, hélilum et autres sousatomes, réunis dans le noyau central, doivent régler les mouvements des divers éléments de la région où s’exercent les actions chimiques, et qui contient les oscillateurs émettant les raies spectrales caractéristiques de l’atome. Chaque fois qu’une modification se produit à l’intérieur du noyau, les propriétés chimiques et le spectre changent complètement.

D’après l'hypothèse que nous avons émise pour expliquer les lois des transformations radioactives, ce noyau central doit être le siège de mouvements désordonnés qui le font passer très rapidement par un grand nombre d'états différents, de telle sorte que la probabilité de chacun de ces états peut être considérée comme constante au cours du temps. L’état moyen est rigoureusement constant et indépendant des circonstances extérieures.

Le désordre intra-atomique, qui permet d’assimiler la loi des transformations radioactives à une loi de hasard, exige, pour subsister, qu’il existe dans le noyau un très grand nombre d’éléments, car les constituants principaux du noyau, ou sous-atomes, sont trop peu nombreux pour constituer un système qui serait le siège d’un tel désordre. Nous sommes donc amenés à imaginer que ces sous-atomes sont en présence d'éléments beaucoup plus nombreux, et naturellement beaucoup plus petits, dont l'agitation crée le désordre nécessaire entre les sousatomes, comme l'agitation thermique des molécules d’un liquide crée le désordre du mouvement brownien des particules en suspension. Il est difficile de se faire une idée de la nature de ces petits éléments si nombreux. Si une

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équipartition d'énergie est réalisée avec les sous-atomes, et si nous supposons que ceux-ci ont, dans le noyau central, une énergie de même ordre que celle qui est réalisée au moment de l’explosion, les petits éléments doivent avoir des vitesses extraordinairement grandes, ou peut-être, plus simplement, très voisines de celle de la lumière.

Ce noyau central contient aussi des électrons, car la vitesse des particules 8 est beaucoup plus grande que celle des électrons contenus dans la région d’émission spectrale, et, comme l’a fait remarquer M®® Curie, ces particules proviennent très probablement du noyau. On pourrait imaginer que les particules 8 sont identiques aux petits éléments qui entretiennent le désordre intraatomique. Cependant l’expérience semble plutôt montrer que les particules 8 sont en petit nombre, car à chaque explosion, on n’observe généralement que la projection d’une seule particule.

Il faut remarquer aussi que le désordre entre les sousatomes est d’une nature particulière, qu'on ne peut le comparer absolument à lagitation moléculaire ou au moment brownien. En effet, chaque fois qu’un état instable est créé par ce désordre, le sous-atome est expulsé avec une vitesse initiale toujours la même; il en est de même pour les particules 8. On doit plutôt imaginér que ces sous-atomes ont des mouvements peu différents de mouvements réguliers, mais qu’il se produit des écarts d'une manière désordonnée qui déterminent le passage à un état instable, avec une probabilité qui reste constante, à cause de la parfaite irrégularité des écarts produits. Un mouvement analogue est réalisé dans la chute d’un gros granule colloïdal au sem d’un liquide ou d’une très petite goutte au sein d’un gaz. Le granule s’écarte très peu de la verticale, mais les écarts produits par les chocs moléculaires sont absolument irréguliers.

Le noyau central réglant, par son influence, les mouvements des éléments des régions extérieures (électrons, magnétons), le désordre dont il est le siège doit se répercuter sur ces régions d’une manière plus ou moins importante.

Les régions externes de l’ätome, qui contiennent les éléments déterminant l'émission des raies spectrales et l'émission du rayonnement noir, sont done soumises à des actions qui apportent avec elles deux causes distinctes de désordre, désordre intra-atomique du noyau central qui ne dépend que de la nature de l’atome, et désordre thermique qui intervient par les chocs moléculaires, et dépend essentiellement de la température et de la nature des molécules en présence (1).

(*} On peut se demander si les deux éléments de désordre qui interviennent ainsi dans la constitution de la matière, sont absolument indépendants l’un de l'autre, et en particulier, si le désordre de l’agitation moléculaire ne peut pas créer et entretenir le désordre intraatomique. En principe, cela est contraire aux résultats expérimentaux, qui, jusqu’à présent, ont montré une indépendance complète entre la vitesse de transformation des atomes et la température, etilest évident que si le désordre intra-atomique est entretenu par l'agitation thermique, la probabilité de transformation d’un atome doit en dépendre directement. Cependant, considérons un ensemble constitué par plusieurs systèmes oscillants, ayant chacun un moment d'inertie considérable, une période propre, et exerçant entre eux des actions mutuelles. Si l’on soumet cet ensemble à une série de petites perlurbations venant de l'extérieur d’une manière désordonnée, la probabilité d’un certain état de l’ensemble, par exemple une concordance de phases de différents systèmes oscillants, dépendra de la fréquence et de la grandeur de ces perturbations; mais on peut se demander s’il ne serait pas possible de faire varier, dans un intervalle relativement très grand, la fréquence ct la violence des perturbations, sans que la probabilité considérée varie d’une manière appréciable. Cela dépendra évidemment de Ia nature des ensembles considérés. 3

L'état interne des atomes est peut-être influencé d’une manière analogue par les chocs moléculaires de telle sorte que la probabilité de transformatlon varie peu avec la température, lorsque celle-ci a atteint une valeur suffisante.

Naturellement, cela: constitue un processus d’échange entre l'énergie des mouvements d'ensemble de chaque atome et l'énergie intra-ato-

240 A. DEBIERNE.

Jusqu’à présent, dans les théories sur le rayonnement thermique et sur l'émission spectrale, on n’a fait intervenir que le désordre de l’agitation moléculaire. Il semble, a priori, que les théories plus complètes auront à tenir compte du fait que les éléments d'émission (oscillateurs ou systèmes plus complexes) peuvent subir des variations désordonnées dans les intervalles de temps compris entre les chocs des molécules. Cependant, dans un grand nombre de cas, l’action de deux éléments de désordre distincts ne doit pas être différente de celle d’un seul élément. D'’ailleurs dans les conditions ordinaires les variations dues à l'influence du noyau sont probablement de peu d’importance vis-à-vis de celles provoquées par les chocs moléculaires et c’est peut-être seulement dans le voisinage du zéro absolu, qu’on pourra constater l'influence du désordre intra-atomique. Quoi qu’il en soit, ilest bien difficile d’admettre que le noyau central, qui est probablement la partie la plus caractéristique de l’atome, se comporte comme un petit monde rigoureusement fermé dont l'influence d’ensemble reste absolument invariable malgré l’agitation désordonnée interne.

Tous les constituants du noyau sont évidemment liés par des forces considérables. Cependant, dans les corps radioactifs, 1l arrive un moment ou un constituant s'échappe avec une vitesse énorme, et le projectile qui est ainsi lancé

mique, et cela crée de nouvelles difficultés aux théories sur les chaleurs spécifiques, mais si celte conception pouvait être perfectionnée de manière à êtrecompatible avec cesthéories, on aurait simplifié considérablement l’image qne l’on peut se faire de la constitution de l'atome.

Des essais relatifs à l’action de la température sur les constantes radioactives ont déjà été faits entre de très grandes limites; M° Curie et M. Kammerling Onnes ont effectué des expériences dans l'hydrogène liquide ; il serait intéressant de les refaire dans l’hélium liquide, car il est possible que l’action de l'agitation thermique sur la probabilité de transformation devienne déjà constante à partir d’une très basse température.

(particule 4 où 8) produit un recul correspondant du reste de l’atome; il est d’ailleurs difficile de savoir si cette vitesse est la vitesse normale du constituant dans l’atome, ou si elle a été acquise au moment de l'explosion.

I semble, & priori, que lorsqu'un pareil projectile, qui avait une énergie suffisante pour s’échapper du noyau, va rencontrer un autre noyau d’atome, 1l aura aussi énergie suffisante pour y produire une perturbation importante, et peut-être pour y provoquer une désagrégation. Îl est extrêmement remarquable que l’on n’ait pas réussi à mettre un pareil phénomène en évidence. J’ai déjà indiqué quelles expériences avaient été faites pour provoquer une transformation atomique, ou une variation dans la vitesse des transformations radioactives. L'expérience la plus importante est certainement celle où la constante de Pémanation pure à la pression atmosphérique (dans laquelle chaque atome d’émanation est rencontré un très grand nombre de fois par les projectiles radioactifs) a été reconnue être la même que celle de l’émanation infiniment diluée dans l'air. Il y a certainement lieu de reprendre cette expérience dans des. conditions de très grande précision, mais on peut dire dès maintenant que la variation, si elle existe, est inférieure à 1 pour 100.

Un autre phénomène permet d’imaginer une explication à ce résultat négatif : C’est le phénomène d’absorption des particules & par la matière. Les particules &, qui sont des atomes d’hélium, peuvent rencontrer un très grand nombre de molécules (jusqu’à 200 000) et les-1oniser sans être déviés de leur direction; la proportion des particules déviées est absolument insignifiante.

Tout se passe comme si les atomes d’hélium traveraient les autres atomes sans subir d’autre changement qu’une faible diminution de vitesse; il n’y a pas choc réel, analogue au choc élastique où au choc moléculaire, avec transmission de là plus grande partie de l'énergie

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à la molécule choquée. On est ainsi amené à penser que les noyaux des atomes ne se rencontrent pas ou du mois ne se rencontrent qu'extrêmement rarement.

Dans un atome, les constituants de la région externe (électrons, magnétons) sont probablement très éloignés les uns des autres, comme les planètes dans un système planétaire, et cette région peut être traversée de part en part par un système analogue sans qu’il en résulte autre chose que la séparation d’un électron ou la rupture d’une liaison moléculaire. La probabilité de rencontre réelle entre les noyaux, doit être infiniment plus petite que celle des rencontres entre les parties externes, et 1l est naturel d'expliquer ce phénomène par une extrême petitesse du noyau, par rapport au volume total occupé par l’ensemble de l’atome. D'ailleurs, quelle que soit cette petitesse, il doit toujours se produire un certain nombre de rencontres réelles entre les noyaux d’atomes et ceux des particules &, et parmi ces rencontres, ilest bien probable que quelques-unes déterminent une modification profonde de l’atome rencontré. On conçoit que la proportion de rencontres favorables puisse être extrêmement petite, mais ces rencontres sont possibles, et l’étude de l’action des projectiles radioactifs sur les transformations des atomes et les constantes radioactives, doit être poursuivie en perfectionnant autant que possible les méthodes d'observation. °

Les noyaux des atomes, malgré leur extrême complexité, doivent occuper une très petite fraction du volume total de l’atome, les divers éléments sont done très rapprochés les uns des autres, et cela explique peut-être que les forces de liaisons, qui doivent varier beaucoup en fonction de la distance, soient si considérables.

L'image d’un atome peut être rapprochée de celle d'une cellule dont le noyau paraît constituer l'organe principal qui gouverne la vie de l’ensemble et donne

à la cellule sa personnalité, et de celle d’une planète dont l'atmosphère occupe un volume considérable par rapport à celui occupé par la masse solide et liquide; Patmosphère, sensible aux agents extérieurs, est le siège de phénomènes perceptibles du dehors, mais la masse interne ne se manifeste d’une manière tangible qu’au moment d’un cataclysme ou d’une éruption volcanique.

Parmi les autres faits, découverts par l'étude de la radioactivité, qui peuvent donner des renseignements sur la constitution du noyau atomique, il faut signaler la classification périodique des éléments d’une ‘même famille de substances radioactives, qui montre que des modifications analogues se produisent dans les propriétés chimiques de l’élément radioactif, chaque fois que la transformation radioactive correspondante est de même nature (émission de particule &« ou de particule 8); et la relation singulière signalée par Geiger entre la vie moyenne des atomes radioactifs et le parcours de de la particule & émise au moment de leur transformation.

Le parcours de la particule &« est en relation directe avec sa vitesse initiale et son énergie cinétique. Ce parcours varie très peu, de 2°% à 9°" environ, au contraire les vies moyennes sont comprises entre + de seconde et plusieurs milliards d’années; cependant, en portant en abseisses les logarithmes des parcours et en ordonnées les logarithmes des vies moyennes, on observe que, dans une même famille, les points obtenus se placent sensiblement sur une droite. Cela veut dire que la vie moyenne est en raison inverse d’une certaine puissance de la vitesse d'émission de la particule. Si celle-c1 est la même que la vitesse de la particule à l’intérieur de l'atome, on a ainsi upe relation, entre la probabilité de l'état d’instabilité qui provoque la transformation, et la vitesse d’agitation à

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l'intérieur du noyau atomique. C’est une première relation de la cinétique et de la thermodynamique intra-atomique.

Il serait prématuré d'essayer, avec les connaissances actuelles, de se faire une image plus précise de la constitution des atomes, analogue à celle que nous pouvons nous faire des molécules organiques, mais les considérations précédentes montrent que les faits découverts dans l’étude des phénomènes de radioactivité apportent des.notions absolument nouvelles et fondamentales sur cette constitution.

Vu et approuvé :

Paris, le 14 janvier 1914.

LE DoyEN DE LA FACULTÉ DES SCIENCES, Pauz APPELL.

Vu et permis d'imprimer :

Paris, le 14 janvier 1914.

LE Vice-RECTEUR DE L'ACADÉMIE DE PARIS, L. LIARD.

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