RAYONNEMENT DE (/URANIUM ET DES SELS DE CE METAL

§ i . — Premières observations.

Février-Juin 1896.

Les faits qui sont exposés dans ce chapitre pourraient être résumés plus brièvement. Je crois cependant devoir les présenter dans l'ordre chronologique de leur découverte afin de montrer comment, en présence d'un phénomène d'un ordre nouveau, j'ai été conduit à modifier, puis à abandonner les premières idées sous l'influence desquelles j'avais entrepris cette étude. Au cours de ces expériences et tout au début, j'ai rencontré des phénomènes dont quelques-uns n'ont pu être reproduits, dont l'explication est encore inconnue, et qui m'ont maintenu pendant plusieurs mois dans des idées qu'il eût été plus profitable d'abandonner de suite. Ces faits particuliers et les anomalies qui les caractérisent seront exposés dans le chapitre suivant.

On a vu plus haut que l'origine de ces expériences avait été l'idée de rechercher si les corps phosphorescents, après avoir été excités par la lumière, émettaient des rayons pénétrants.

Dans ce but, après les divers essais négatifs mentionnés plus haut, deux lamelles de sulfate double d'uranium et de potassium furent déposées sur une plaque photographique, enveloppée d'une double feuille de papier noir épais; entre l'une d'elles et la plaque on plaça une pièce d'argent, et le tout fut exposé au soleil (ce que l'avenir montra être absolument inutile). Après une pose de quelques heures, le développement de la plaque fit apparaître une légère impression figurant les silhouettes des lamelles, et l'ombre produite par la pièce métallique.

L'expérience lut recommencée aussitôt en interposant entre la plaque enveloppée et le sel d'uranium une lame mince de verre de omm,io d'épaisseur, ou une lamelle de mica, pour arrêter tout phénomène dû à une vapeur; le résultat fut le même avec une impression un peu plus faible. Ce furent les premiers résultats communiqués à l'Académie des Sciences le 24 février 1896 (1).

La durée de la persistance lumineuse des sels d'uranium ne dépassant pas un centième de seconde, il semblait nécessaire de soumettre le corps actif à une excitation continue pendant les expériences en l'exposant, soit au soleil, soit à unv autre source lumineuse. On disposa alors les expériences suivantes dont la description a

(1) Comptes rendus de V Académie, des Sciences, t. CXXII, p. 420.

été donnée en ces termes dans la séance du 2 mars i8o,ti( i ): « Une plaque photographique Lumière, au gélatino-bromure d'argent, a été enfermée dans un ehàssis opaque en toile noire fermé d'un coté par une plaque d'aluminium (épaisseur, 2 millimètres)-, si Ion exposait le ehàssis en plein soleil même pendant une journée entière, la plaque ne serait pas voilée; mais si l'on vient à fixer sur la plaque d'aluminium, à l'extérieur, une lamelle du sel d'uranium, que l'on peut, par exemple, assujettir avec des bandes de papier, et si l'on expose le tout pendant plusieurs heures au soleil, on reconnaît, lorsqu'on développe ensuite la plaque par les procédés ordinaires, que la silhouette de la lame cristalline apparaît en noir sur la plaque sensible, et (pie le sel d'argent a été réduit en face de la lamelle phosphorescente. Si la lame d'aluminium est un peu épaisse l'action est moindre qu'au travers de deux feuilles de papier noir.

« Si entre la lamelle du sel d'uranium et la lame d'aluminium, ou le papier noir, on interpose un écran formé d'une lame de cuivre de omm,io environ d'épaisseur, par exemple en forme de croix, on observe dans l'image la silhouette de cette croix en plus clair, mais avec une teinte indiquant cependant que les radiations ont traversé la lame en cuivre. » Dans une autre expérience, une lame de cuivre plus mince (oumi,o/j) a affaibli beaucoup moins les radiations actives...

«J'insisterai particulièrement sur le fait suivant qui me paraît tout à fait important et en dehors dés phénomènes

(1) Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXXI1, p. 501.

que l'on pouvait s'attendre à observer: les mêmes lamelles cristallines, placées en regard de plaques photographiques, dans les mêmes conditions et au travers des mêmes écrans, mais à l'abri de l'excitation des radiations incidentes, et maintenues à l'obscurité, produisent encore les mêmes impressions photographiques, \oici comment j'ai été conduit à faire cette observation : parmi les expériences qui précèdent, quelques-unes avaient été préparées le mercredi 26 et le jeudi 27 février, et comme ces jours-là le soleil ne s'est montré que d'une manière intermittente j'avais conservé les expériences toutes préparées et rentré les châssis à l'obscurité dans le tiroir d'un meuble, en laissant en place les lamelles du sel d'uranium. Le soleil ne s'étant pas montré les jours suivants, j'ai développé les plaques photographiques le Ier mars, en m'attendant à trouver des images très faibles. Les silhouettes apparurent, au contraire, avec une grande intensité. Je pensai aussitôt que l'action avait dû continuera l'obscurité et je disposai l'expérience suivante : »

Suit alors la description d'expériences identiques aux précédentes, répétées à l'abri de toute excitation lumineuse, et donnant lieu aux mêmes résultats. J'ajoutai alors qu' « il importe d'observer que ce phénomène ne parait pas devoir être attribué à des radiations lumineuses émises par phosphorescence puisque au bout d'un centième de seconde ces radiations sont devenues si faibles qu'elles ne sont presque plus perceptibles ».

Cette observation constitue le fait fondamental nouveau d'une émission de rayons pénétrants sans cause excitatrice apparente. Lune des épreuves mentionnées dans la

SLR UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. l3

description ci-dessus est reproduite dans la PI. I, fig. i .

L'absence de cause excitatrice connue sur un produit préparé depuis plusieurs années permettait de penser que le phénomène observé eût été le même à quelque époque que Ton eut fait l'expérience. Dans les idées qui avaient alors cours dans la science on pouvait songer à invoquer un emmagasinement d'énergie due à une longue exposition à la lumière diffuse, sinon le phénomène constituait un fait d'un ordre tout nouveau. Suivant Ja première hypothèse rémission eût dû s'affaiblir avec le temps, tandis que, si aucune cause excitatrice extérieure n'intervenait, le phénomène devait paraître permanent.

Pour élucider ce point fondamental, j'ai disposé sur une même plaque photographique divers composés de sesquioxyde d'uranium, des sulfates doubles d'urànyle et de potassium, de sodium, d'ammonium, formant des croûtes cristallines minces; puis un cristal de nitrate d'urane, et un morceau de blende hexagonale très phosphorescente. La plaque photographique était enveloppée de papier noir, et les substances fixées chacune sur une lamelle de verre de omm32 environ d'épaisseur. Pour le nitrate qui doit être soustrait à l'action de l'humidité de l'air, le cristal avait été placé sur une lamelle de verre identique aux précédentes, puis coiffé d'une petite cloche de verre formée par un bout de tube fermé à la lampe, et scellé à la plaque de verre par de la paraffine. Cette disposition a servi également pour enfermer à l'abri de l'air diverses autres substances dont on parlera plus loin. Elle est représentée dans la PI. 11, fig. 7. Ces substances ont été déposées sur la plaque photographique le 3 mars 1896, à

r\ heures du soir. Elles étaient depuis longtemps exposées à la lumière diffuse, et depuis lors elles ont été maintenues constamment à l'obscurité.

La plaque, développée le 5 mars, à \ li. 3o in., au bout de quarante-huit heures, a manifesté des actions à peu près équivalentes pour les divers sels d'uranium étudiés; la blende hexagonale n'a donné aucune impression.

Les mêmes substances, après avoir été retirées de la première plaque photographique, ont été disposées le même jour dans le même ordre sur une seconde plaque, de la même douzaine, enveloppée du même papier noir et dans les mêmes conditions. Cette seconde plaque, après une nouvelle pose de quarante-cinq heures, a donné des résultats aussi nets et des images aussi intenses que la première. Une troisième épreuve, puis une série d'autres obtenues d'une manière ininterrompue pendant plusieurs semaines ont fourni des impressions toujours aussi intenses. Dans ces épreuves les lamelles cristallines donnent des images neltes de leurs silhouettes, au travers des minces lamelles de verre. Les images produites par les sels recouverts dune cloche donnent tout autour de leur' propre silhouette une impression correspondant à la projection de la cloehe qui les recouvre. Ce phénomène que j'ai d'abord pris pour un phénomène de réflexion est dû à un phénomène secondaire qui sera étudié dans un des chapitres suivants.

Du 3 mars au 3 mai les substances dont il vient d'être question avaient été enfermées dans une boîte en carton opaque et avaient continué à émettre le même rayonnement sans affaiblissement sensible; le 3 mai, on reprit avec ces

SLR IMi PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. l5

mêmes échanlillons une nouvelle série d'expériences. On les enferma clans une première boîte en plomb épais, d'où ils ne sont pas sortis depuis. Un peu au-dessus du fond de cette boîle était tendue une feuille de papier noir sur laquelle les substances ont été déposées une fois pour toutes munies de leurs lamelles de verre comme il a été dit plus haut. Aux échantillons de sulfates doubles et au nitrate, recouverts chacun d'un petit tube, on avait joint, sous des tubes identiques, de l'oxyde jaune d'urane, du sulfate uraneux vert, et du sulfate uranique

Une rainure latérale pratiquée au niveau du fond de la boîte permettait de glisser sous la feuille de papier noir une plaque photographique fixée sur une lame de plomb puis le tout était enfermé dans une seconde boîte de plomb. Le changement de plaque se faisait sans toucher aux échantillons, en restant dans l'obscurité absolue, et en sortant la première boîte de la deuxième. Les sels ne pouvaient recevoir l'influence d'aucun agent actif sans que celui-ci eut traversé plusieurs millimètres de plomb. Des épreuves ont été obtenues d'abord régulièrement toutes les quarante-huit heures; puis ù des époques de plus en plus espacées ; la dernière épreuve a été obtenue le 3o mars 1903. On a reproduit (PI. I, fig. 3 et 4)Ia première cl la dernière épreuve, faites à sept ans d'intervalle dans les mêmes conditions, sans que les matières actives aient été retirées de la boîte de plomb, et sans que, pendant tout cet intervalle de temps, celle-ci soit sortie du local obscur où elle était enfermée. Toutes les épreuves montrent qualitativement la quasi-permanence du phénomène.

Au début de ces recherches, plusieurs expériences,

l6 RECHERCHES

faites le 7 mars 1896, touchèrent à de nombreux points importants. On réalisa la radiographie d'une médaille en aluminium. [L'épreuve de cette médaille, reproduite PI. I, fig. 1 a été obtenue avec une pose de quatre jours, du 16 au 20 mars 1896, sous des lamelles de sulfate double d'uranium et de potassium.] On observa qu'une lamelle recouverte par un miroir d'acier donne une impression plus intense qu'une lamelle non recouverte, impression qui s'étend sous le miroir. Ce phénomène attribué d'abord à une réflexion est un phénomène secondaire sur lequel on reviendra dans un autre chapitre.

On reconnut que l'action s'affaiblit avec la distance des lamelles à la surface de la plaque photographique, montrant ainsi une absorption et une diffusion par l'air; diverses lamelles de sulfate double d'uranyle et de potassium ont été disposées sur une plaque Lumière (non enveloppée) placée au fond d'une boîte de carton, et à des distances de omm,o, ouim,2, 1 millimètre et 3 millimètres. Une plaque toute semblable a été disposée en même temps sous une cloche où l'air était raréfié à quelques centimètres de pression. Les deux plaques développées au bout de vingt-trois heures de pose n'ont pas présenté de différence sensible entre l'impression obtenue dans l'air ou sous la cloche de la machine pneumatique ; les impressions produites par les diverses lamelles depuis celles qui étaient au contact de la plaque jusqu'à celles qui étaient distantes de 1 millimètre ont été à peu près identiques, tandis que la silhouette de la lamelle distante de 3 millimètres de la gélatine a été beaucoup plus faible que les autres dans les deux épreuves.

On avait, en outre, disposé une expérience dont les résultats remarquables n'ont pu être reproduits une seconde fois et qui sera décrite dans le chapitre suivant.

Enfin le même jour, 7 mars 1896, j'observai l'un des phénomènes les plus importants, celui qui a constitué la méthode la plus employée dans ces études, le seul qui jusqu'ici ait fourni des indications numériques, la décharge des corps électrisés sous l'action du rayonnement nouveau. J'ai démontré plus tard que cette décharge se faisait par l'intermédiaire des gaz ambiants rendus conducteurs, de sorte que Ion observe, en réalité, un effet produit sur le gaz, et les corps électrisés interviennent seulement par le champ électrique qu'ils produisent. Cette étude sera développée au chapitre 111. On s'est borné à citer ici, d'abord les premières mesures numériques obtenues, puis quelques résultats relatifs aux nouveaux rayons observés au moyen de la méthode électrique.

Le premier appareil qui ait servi à ces observations est un électroscope à feuilles d'or, dont la cage est une lanterne rectangulaire en fer munie de verres conducteurs de l'électricité, et dont la tige est isolée par un bouchon de diélectrine ^mélange de soufre et de paraffine, préparé par M. Hurmuzescu) (fig. 1 ). L'isolement était presque parfait; les feuilles d'or, divergeant d'une vingtaine de degrés se rapprochaient de a°,5 en douze heures vingt-cinq minutes. En introduisant dans la cage une lamelle de sulfate double d'uranyle et de potassium, l'électroscope se déchargea en une heure et demie environ.

Le lendemain 8 mars, après avoir disposé un rapporteur contre l'une des faces de la lanterne de l'électroscope, et

une lunette permettant de voir à la fois les feuilles d'or et les divisions du rapporteur, on fit les observations indiquées dans le tableau suivant. Les feuilles d'or de l'appareil, quand celui-ci est électrisé, divergent d'un angle a. Cet angle diminue quand la charge se dissipe, et la rapidité de

cette diminution, le rapport — , a permis de comparer nu-

mériquement, non pas l'intensité absolue du rayonnement, mais certains effets liés à cette intensité. L'angle a est une fonction du potentiel des feuilles d'or. Dans ces premières expériences, l'influence s'exerçait sur des conducteurs dont les positions étaient variables par rapport aux corps actifs; on ne peut donc déduire des nombres observés que des résultats comparatifs quand les conditions sont identiques. On verra néanmoins que les premières conclusions déduites sont conformes à celles qui ont été observées plus tard avec une disposition meilleure et par des mesures plus rigoureuses.

Fig. i.

OC

Les valeurs de -y- correspondent à des degrés par minute de temps, ou à des minutes d'angle par seconde de temps. Ces premières mesures, bien que très imparfaites, montrent cependant qu'il n'y a pas de différence notable entre la déperdition de l'électricité négative et celle de l'électricité positive, contrairement à ce que l'on observe avec les rayons ultra-violets.

En faisant varier la distance de la source radiante aux feuilles d'or l'effet observé est sensiblement le même, ce