RESUME DES PRINCIPAUX FAITS ORSERYES. CONSIDÉRATIONS THÉORIQUES

§ i . — Résumé des faits observés.

Avant d'exposer les considérations théoriques au moyen desquelles on a cherché à coordonner ou même à expliquer les phénomènes de radioactivité, il nous a semblé nécessaire de résumer les faits fondamentaux décrits et démontrés dans les chapitres précédents, aussi bien que ceux qui ont été découverts par divers observateurs.

Ces faits sont indépendants de toute théorie; à mesure que leur nombre s'accroît, les théories se modifient, et dans l'examen critique de celles-ci il importe d'avoir présents les faits d'expérience qui les dominent toutes.

Je rappellerai donc qu'en 1896 j'ai reconnu l'existence d'un rayonnement émis par l'uranium et par les sels de ce métal. Ce rayonnement agit sur une plaque photographique et décharge les corps électrisés en rendant conducteurs les gaz qui les enveloppent. Ces deux actions ont

RECHERCHES SIR UNE PROPRIETE NOUVELLE DK LA MATIÈRE. 3oC)

été les bases des deux principales méthodes au moyen desquelles on a étudié la radioactivité.

Le rayonnement de l'uranium est en apparence spontané, permanent et indépendant des variations de la température et des autres conditions extérieures. Il correspond à une dépense d'énergie dont la source nous échappe encore.

Ce rayonnement est pénétrant et hétérogène; il provoque sur les corps qu'il rencontre un rayonnement secondaire.

Deux ans après ces observations, M. Schmidt observa l'activité du thorium, puis M. et Mme Curie découvrirent de nouveaux corps radioactifs : le polonium et le radium. Ce dernier corps seul est caractérisé comme corps simple nouveau par son spectre et par son poids atomique. Le rayonnement de ces corps fut assez intense pour exciter la phosphorescence des platino-cyanures ou d'autres substances; le rayonnement du radium rend lumineuse la préparation qui contient la substance active. M. et Mme Curie sont parvenus à préparer des sels de radium à peu près purs dont l'activité est près de un million de fois plus grande que celle de l'uranium. A ces substances actives il faut joindre l'actinium de M. Debierne et un produit actif associé au plomb, obtenu par M. Giesel. Récemment M. Marckwald a obtenu un bismuth actif, qui peut être du polonium mais dont l'activité ne diminue pas avec le temps.

M. et Mme Curie et M. Rutherford observèrent simultanément un phénomène autre que le rayonnement. M. et M,no Curie reconnurent que tous les corps en présence du radium deviennent temporairement radioactifs, et ils appelèrent ce phénomène la « radioactivité induite ».

3lO RECHERCHES

M. Rutherford observa qu'à côté de la radiation proprement dite plus ou moins pénétrante il se produisait des manifestations d'activité liées à la matière gazeuse, et il appela ce phénomène une « émanation ». La radioactivité induite est produite par l'émanation.

En 189g, M. Giesel, puis MM. Meyer et v. Schweidter reconnurent l'influence d'un champ magnétique sur le rayonnement de préparations actives. Je fis indépendamment la même observation, puis je reconnus dans le polonium l'existence de rayons qui semblèrent d'abord non déviables et dont M. Curie montra la coexistence avec des ravons déviables dans le rayonnement du radium. On a vu dans les chapitres précédents comment l'action dun champ magnétique permettait d'analyser le rayonnement déviable comme le prisme permet d'analyser un faisceau lumineux.

M. Curie montra qu'une partie pénétrante du rayonnement du radium transportait des charges électriques négatives, et récemment il reconnut que les préparations très actives du radium dégagent de la chaleur. MM. Curie et Dewar oui observé que, dans une enceinte entourée d'hydrogène liquide, le radium, à cette basse température, émet de la chaleur et provoque dans le liquide un dégagement continu d'hydrogène gazeux.

Ainsi les corps radioactifs présentent deux ordres de phénomènes intimement liés l'un à l'autre, la radiation et l'émanation. Celle-ci se manifeste avec le thorium et le radium à divers degrés suivant l'état physique des matières actives. L'uranium et les sels de ce métal ne manifestent pas le phénomène de l'émanation dans les gaz.

Rayonnement. — Les recherches de divers observateurs

et en particulier les recherches présentes ont permis d'analyser le phénomène de la radiation.

Le rayonnement des corps radioactifs se compose de trois types de radiations.

i° Les rayons a que j'ai observés pour le première fois avec le polonium, dont M. Rutherford a démontré la faible déviabilité magnétique inverse de celle des rayons p. On a vu que ces rayons constituent un faisceau de radiations homogènes douées de la même déviabilité magnétique.

2° Les rayons déviables ou rayons (3 qui oui révélé pour la première fois l'existence des corps radioactifs et que les diverses expériences, relatées dans les chapitres précédents, ont démontré être identiques à des rayons cathodiques transportant des charges électriques négatives.

3° Les rayons non déviables pénétrants, ou rayons y, observés d'abord au travers de lames de plomb, et dont M. \ illard a le premier reconnu le caractère de non déviabilité. Ces rayons paraissent analogues aux rayons X; ils comprennent des radiations inégalement pénétrantes et l'hétérogénéité du faisceau n'a pu être reconnue que par les effets produits au travers des écrans absorbants.

L'analyse de la radiation des corps actifs a donc conduit à reconnaître la présence des trois types qui sont produits par les décharges électriques dans les tubes à gaz raréfiés.

Ces trois types produisent des actions chimiques, ionisent les gaz, et les deux derniers provoquent des rayons secondaires sur les corps qu'ils frappent. Ils ont des intensités relatives inégales dans le rayonnement des différents corps actifs.

Le faible rayonnement de l'uranium ne manifeste avec

3f2 RECHERCHES

une intensité notable que les rayons {3. Cependant les effets observés au travers d'enveloppes métalliques très épaisses témoignent de l'existence de rayons très pénétrants émis par l'uranium, mais on n'a pas encore démontré si ces rayons appartenaient à la catégorie des rayons (3 ou à celle des rayons y, bien que la dernière supposition soit la plus probable. L'uranium émet encore des rayons très absorbables, très actifs pour ioniser l'air, mais il n'est pas démontré qu'ils appartiennent au typé des rayons a, et leur caractère d'absorption ne suffit pas pour les classer dans cette catégorie.

Le polonium ne manifeste pas de rayons (3. 11 émet temporairement avec une grande intensité des rayons a et j'ai reconnu récemment que ce corps émet des rayons très pénétrants de la nature des rayons y.

Le thorium et le radium émettent les trois espèces de ravons.

L'étude du rayonnement des corps actifs a contribué pour une large part au progrès de nos connaissances sur les rayons cathodiques; en particulier elle a permis d'aborder l'analyse d'un faisceau et l'application à des ravons simples de considérations dérivées de la théorie balistique. On a vu comment les expériences de M. kaiilmann avaient soulevé une question mettant en doute l'existence même des masses théoriques.

Emanation. — Le phénomène de l'émanation parait intimement lié au mécanisme même de l'activité. Bornonsnous d'abord à l'exposé des faits d'expérience.

L'émanation du thorium se comporte comme un gaz ; elle est arrêtée par toute enveloppe imperméable aux gaz,

SLR UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. 3l3

si mince qu'elle soit. Elle se concentre sur les corps électrisés négativement, et les rend temporairement actifs (Rutherford).

La présence de l'émanation est nécessaire pour provoquer la radioactivité induite par le radium; le rayonnement ne produit pas d'induction. Toute enveloppe qui arrête les gaz arrête l'émanation et s'oppose au phénomène d'activation. La propriété d'activer les corps se transmet par les gaz dans toutes les parties d'une enceinte fermée; les corps s'y activent uniformément, indépendamment de leur nature. L'activation est d'autant plus intense que l'espace libre en présence de la surface qui s'active est plus grand. L'activation décroît avec le temps à partir du moment où le radium a été séparé de l'enceinte activante. Si l'enceinte est fermée l'émanation décroît d'intensité de façon à diminuer de moitié en quatre jours. Si l'enceinte est ouverte, ou si les corps activés sont à l'air libre, leur activité diminue de moitié en une demi-heure. Si les corps ont séjourné plusieurs mois dans une enceinte activante, l'activité induite après être tombée à o,oooo5 environ de sa valeur initiale, suivant la loi précédente, ne diminue plus ensuite qu'avec une extrême lenteur. L'activation se produit dans une enceinte fermée même lorsque le vide y a été fait aussi parfaitement que possible, mais si Ion entretient le vide en faisant fonctionner d'une manière continue la pompe à mercure, l'activation ne se produit plus (Curie).

L'émanation se diffuse dans l'air avec la même vitesse qu'un gaz dans un autre gaz et se condense dans un tube qui plonge dans l'air liquide.

De son côté M. Rutherford a obtenu pour le décroissement avec le temps de l'intensité de l'émanation du radium la valeur trouvée par M. Curie pour la disparition de l'activité induite et il a reconnu que pour l'émanation du thorium l'intensité diminuait de moitié en une minute et demie. Cette dernière valeur a été aussi trouvée par M. Debierne pour la diminution d'intensité de l'émanation de l'actinium.

L'émanation est favorisée par l'état de dissolution des corps : l'activation dans une enceinte fermée est plus grande en présence d'une certaine quantité de sel actif en solution, qu'en présence du même produit à l'état solide. Une calcination intense fait perdre à l'oxyde de thorium la faculté d'émettre l'émanation; l'oxyde calciné reprend cette faculté si on le dissout pour le précipiter de nouveau.

Lorsqu'on dissout un sel de radium et qu'on le ramène ensuite à l'état sec, on constate une diminution considérable de l'activité radiante ; mais peu à peu l'activité reprend sa valeur primitive au bout d'un temps plus ou moins long suivant les conditions de l'expérience. Un sel qui vient d'être séché émet autant d'émanation qu'un sel identique préparé depuis longtemps et qui a atteint son activité limite.

Un sel de radium qui vient d'être préparé dégage une quantité de chaleur relativement faible. Celle-ci augmente continuellement et tend vers une valeur déterminée qui ne paraît pas encore tout à lait atteinte au bout d'un mois. Si un sel de radium est dissous, et la solution enfermée dans un tube scellé, la quantité de chaleur dégagée par la solution, d'abord faible, tend vers la même limite que pour le sel à l'état solide.

SUR UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIERE. 3l5

Quand on chauffe longtemps au rouge un sel radifère et qu'on le ramène à la température ambiante, on constate que son activité est moindre qu'avant la chauffe ; mais peu à peu le sel reprend spontanément son activité primitive et l'activité limite peut être supérieure à celle que possédait le sel avant la chauffe. Dans les deux cas la diminution temporaire dans l'intensité du rayonnement porte principalement sur les rayons pénétrants.

Un sel de radium qui a été chauffé au rouge a perdu en grande partie la propriété de produire la radioactivité induite, mais pour lui rendre cette propriété, il suffit de le faire passer par l'état dissous.

Si l'on mélange une solution dune matière inactive avec une solution de radium, et qu'on précipite ensuite la matière ajoutée en séparant le radium avec grand soin, le précipité est actif, mais cette activité disparait avec le temps. Un corps très divisé tel que le noir de fumée, mélangé à une solution active devient temporairement actif. En précipitant du sulfate de baryte dans une solution d'aetinium, M. Debierne a obtenu un produit temporairement actif, mais dont l'activité, bien que passagère, a pu être concentrée par des méthodes de fractionnement analogues à celles au moyen desquelles on concentre le radium.

Lorsque, après avoir mélangé une solution de chlorure de baryum et une solution de chlorure d'uranvle, on précipite le sulfate de baryte, ce sel devient temporairement actif, il peut même être momentanément plus actif que le sel d'uranium, mais il perd son activité avec le temps. Le sel d'uranium extrait de la solution est moins actif qu'auparavant. En multipliant les précipitations successives de

3l6 RECHERCHES

sulfate de baryte dans une même solution active, on peut obtenir des sels d'uranium considérablement affaiblis ; tous ces produits reprennent spontanément avec le temps leur activité primitive. La loi de récupération avec le temps de l'activité du sel d'uranium, est la même que la loi de disparition de l'activité du précipité de sulfate de baryum.

Sir W. Grookes et M. Rutherford ont obtenu, l'un avec l'uranium, l'autre avec le thorium, des produits affaiblis; selon la nature des réactifs chimiques, l'activité suivait le précipité ou restait dans la liqueur.

M. Heydweiller (i) avait annoncé que le radium perd avec le temps une petite partie de son poids; ce résultat admis par M. Dorn (2) a été infirmé par M. Forch (3).

Le rayonnement des corps actifs ne communique pas de radioactivité à d'autres corps. Cependant M. \ illard a observé que du bismuth exposé à des rayons cathodiques était devenu faiblement actif, MM. Hofinann et Strauss (4) ont préparé un sulfate de plomb retiré de minerais actifs, qui, après avoir perdu son activité temporaire, la reprenait par une exposition à des rayons cathodiques. Enfin, M. Me. Lennan (5) a obtenu des signes de radioactivité dans certains sels primitivement inactifs et exposés ensuite à l'action de rayons cathodiques ou au rayonnement ultra-violet d'étincelles électriques. Dans ce

(1) Physikalische Zeitschrift, t. IV, p. 81 (1903).

(2) Plnjsikalische Zeitschrift, t. IV, p. 530 (1903).

(3) Physikalische Zeitschrift, t. IV, p. 443 (1903).

(4) Berichte der D. Chem. Gesdlschaft. Bd. XXXIII, s. 3126 (1900); Bd. XXXIV, s. 8, 407, 907, 3033, 3970 (1901).

(5) Phil. Mag., t. III, p. 195 (fév. 1902).

cas, la faible activité temporaire ne s'observe qu'en chauffant et n'a d'action que sur les corps électrisés positivement. Ces phénomènes demandent des vérifications et des études nouvelles avant d'être classés à côté de ceux que nous avons exposés plus haut.

On doit faire une réserve analogue pour les conclusions que Sir W. Grookes a déduites de l'observation d'une phosphorescence scintillante de la blende hexagonale recevant le rayonnement du radium (Voir p. 268). MM. Elster et Geitel (1) ont observé la même scintillation sur un écran de blende hexagonale maintenu à un potentiel négatif de 2000 volts au milieu d'une masse d'air radioactif extrait du sol, ou d'air activé par l'émanation du thorium. Les mêmes auteurs ont ensuite répété l'expérience de Sir W. Crookes avec des substances actives, mais la scintillation ne s'est plus produite quand ils ont substitué à la blende hexagonale une autre matière phosphorescente. On sait, d'autre part, que la blende hexagonale s'altère sous l'influence du rayonnement ; il n'est donc pas encore démontré que la scintillation soit nécessairement le fait d'une intermittence de la radiation plutôt qu'une propriété de l'écran altérable.

Tout récemment (2), Sir W. Huggins et Lady Huggins ont observé la présence des bandes ultraviolettes de l'azote dans le spectre de la lueur phosphorescente spontanée du bromure de radium.

Tels sont les principaux faits d'expérience. Dans ce

(1) Phys. Zeitschr., IV, s. 439.

(2) Proc. Roy. Soc, LXXII, p. 196 (17 juillet-5 août 1903)

résumé, on s'est efforcé d'écarter toute considération théorique ou toute hypothèse ; nous allons maintenant examiner quelques-unes de ces considérations et de ces hypothèses.

§ 2. — Considérations théoriques.

Les considérations théoriques soulevées par l'étude des phénomènes de radioactivité se rapportent à deux problèmes; le premier est relatif à la nature de l'émission, le second consiste dans la recherche des sources auxquelles les corps actifs puisent l'énergie qu ils dépensent à chaque instant.

Les faits exposés dans les chapitres précédents nous ont conduit à reconnaître quelques-uns des modes de transmission de l'énergie des corps actifs aux corps extérieurs, mais les analogies observées entre diverses parties de l'émission totale et d'autres phénomènes physiques n'ont fait ressort ir aucune explication de la cause première de la radioactivité.

I. Nature de l'éuissiox des corps radioactifs. — Examinons d'abord quelles sont les conclusions que l'on peut déduire de l'étude de l'émission; celle-ci constitue le seul phénomène abordable à l'expérimentation, et toutes ses manifestations ne nous sont peut-être pas encore connues.

L'expérience nous montre que dans Vémission totale, on doit distinguer deux phénomènes, le rayonnement et Yémanation.

SI H UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. 3lC)

Le premier se compose lui-même de diverses parties qui sont à peu près complètement identifiées avec les divers rayons observés dans les décharges électriques au travers des gaz raréfiés. Le second ne parait jusqu'ici avoir d'analogie avec aucun autre phénomène connu.

Rayonnement. — Le rayonnement des corps actifs se manifeste sous trois formes que l'on est convenu de désigner par a, (3 et y.

Les rayons a paraissent assimilables aux rayons canaux.

Les rayons (3 sont identiques à des rayons cathodiques, et les rayons y se comportent comme des rayons X très pénétrants.

Dans les tubes à ga/> raréfiés, les décharges électriques font naître des rayons cathodiques et des rayons canaux, et les rayons cathodiques donnent eux-mêmes naissance à des rayons X. On sait aussi que les rayons X provoquent un rayonnement secondaire formé d'une partie non déviable par un champ magnétique et d'une partie déviable transportant des charges électriques négatives.

L'association des rayons a, (3 et y dans le rayonnement des corps actifs n'a donc rien qui doive nous surprendre.

Il convient de remarquer que les rayons y se rencontrent dans le rayonnement de tous les corps actifs, même lorsque ceux-ci manifestent isolément l'une des espèces de rayons déviables à l'exclusion de l'autre. On les retrouve dans le rayonnement du polonium qui ne contient pas de rayons (3, et dans celui de l'uranium qui ne parait pas émettre de rayons chargés d'électricité positive.

Cette constatation n'est pas contraire à l'existence d'une dépendance mutuelle entre les rayons y et les rayons a ou

R, mais elle n'est pas suffisante pour nous indiquer si certains rayons donnent naissance aux autres.

L'une des hypothèses les plus vraisemblables consiste à regarder les rayons X et par suite les rayons y comme des impulsions de l'éther, ne constituant pas des ondes régulières. D'autre part, on verra plus loin que l'une des hypothèses que l'on peut faire sur la radioactivité, est de considérer le phénomène, et en particulier les rayons a et g, comme les effets d'une série d'explosions atomiques. Dans cet ordre d'idées, il semble assez naturel que ces explosions provoquent des perturbations de l'éther ne se succédant pas avec la régularité que l'on rencontre dans les phénomènes lumineux.

La partie du rayonnement dont l'étude a été la plus complète, est la partie (3 ou partie cathodique. On a vu que l'on rendait compte de ses propriétés, dans leurs moindres détails, en considérant un faisceau cathodique comme constitué par des petits corps transportant des charges électriques négatives. Ces corpuscules, selon l'expression de M. J.-J. Thomson, ou ces électrons, comme les appelle M. Lorentz, ont été considérés comme des parcelles de matière ordinaire dont les masses seraient environ mille fois plus petites que celle de l'atome d'hydrogène.

La théorie « balistique » ou corpusculaire a été féconde par les expériences qu'elle a provoquées. Dans celte théorie, la transmission des rayons cathodiques qui traversent les corps solides en conservant leurs charges électriques, devenait comparable au passage d'un flux de poussières au travers d'un treillage. Les masses les plus faibles et les plus rapides devaient être les plus péné-

SLR Li\E PROPRIÉTÉ JNOLVELLE DE LA MATIÈRE. 321

trantes, les plus grosses et les plus lentes devaient être les plus absorbables. Les rayons secondaires pouvaient être considérés comme constitués par la matière entraînée ou pulvérisée par les projectiles cathodiques.

La réalité des charges négatives transportées par les rayons cathodiques a été démontrée, tandis que l'existence même des corpuscules est encore en question. Les expériences de M. Kaufmann ont montré que le rapport de la masse attribuée aux corpuscules fictifs, à la charge qu'ils transportent était variable avec la vitesse calculée. D'un autre côté, en s'appuvant sur la théorie de M. Lorentz, M. Abraham a montré qu'une partie au moins de l'inertie d'un électron en mouvement était de nature électro-magnétique et fonction de la vitesse. En appliquant à ses expériences les formules de M. Abraham, M. Kaufmann a cru pouvoir conclure que, dans la limite des erreurs de ses expériences, la masse calculée pour l'électron était entièrement électromagnétique, et l'importance de cette considération fait désirer des expériences plus complètes sur cette question.

Des expériences suffisamment précises manquent également pour les rayons a; on sait seulement qu'en leur appliquant la théorie balistique, les masses calculées sont plus grosses et les vitesses moindres que pour les rayons cathodiques.

Les électrons ne semblent pas devoir être considérés comme répondant à la matière ordinaire sous les états que nous lui connaissons. Sir W. Grookes, l'initiateur de ces idées théoriques, considérait la « matière radiante » comme un quatrième état de la matière, et la « matière radiante »,

support des charges transportées, n'est autre que l'électron.

Il résulte de ces diverses considérations que si, par le fait du rayonnement, les corps actifs subissaient une perte de poids, celle-ci paraît devoir être tellement faible qu'elle échapperait à nos moyens de mesure. On a rappelé plus haut qu'aucun changement de poids des corps actifs n'avait pu être constaté avec certitude.

Le rayonnement, en rencontrant les corps ambiants et en pénétrant dans ceux-ci, s'y transforme et provoque des effets calorifiques, chimiques et lumineux.

Une partie du rayonnement peut même être absorbée et transformée sur place, à sa naissance, dans les préparations actives elles-mêmes. La phosphorescence spontanée des sels de radium accompagnée des bandes spectrales de certains gaz, et une partie au moins de la chaleur dégagée peuvent être attribuées à cette absorption.

Emanation. — Les effets de l'émanation ont été très complètement étudiés par M. et Mme Curie et par M. liutherford. Ce phénomène paraît intimement lié à la présence de la matière.

L'émanation du thorium découverte par M. Rutherford se comporte comme un gaz. L'auteur expliquait la radioactivité qu'elle communique aux corps, et, en particulier, à ceux qui sont éleetrisés négativement, en supposant que l'émanation produit un dépôt matériel. Cette hypothèse parait rendre compte i\c tous les faits, à la condition toutefois d'admettre que le dépôt est en quantité tellement faible que sa présence ne peut être révélée par aucun des procédés applicables à la matière ordinaire.

De leur côté M. et Mme Curie ont montré que l'activité

induite par le radium se transmettait par les gaz, qu'elle ne se produisait pas dans une enceinte où l'on entretenait le vide d'une manière continue, et cpie l'émanation se diffusait dans les gaz comme le ferait \\n gaz dans un autre gaz. L'émanation communique superficiellement aux corps des propriétés temporairement identiques à celles de la matière active elle-même.

Il semble qu'on puisse attribuer à l'état de dissociation électroh tique la mise en liberté de la cause de la radioactivité induite car la présence de l'eau et surtout l'état de dissolution dans l'eau favorise la manifestation de l'émanation.

Au contraire, la calcination de certains sels fait disparaître la faculté d'émettre l'émanation, sans altérer l'intensité du rayonnement; cette disparition coïncide avec la disparition des traces d'eau dans les sels. L'émanation reparaît si le sel est dissous puis ramené à l'état solide. On pourrait expliquer la disparition de l'émanation par le fait que la calcination peut provoquer à la surface des particules solides la formation d'une couche vitreuse qui intercepte les échanges gazeux et confine l'émanation à l'intérieur des particules vitrifiées.

Peut-être également faudrait-il attribuer à une constitution moléculaire s'opposant à la diffusion des gaz l'absence d'émanation avec l'uranium et le polonium.

Il convient de rapprocher de ces considérations les phénomènes d'activation obtenus en précipitant des corps inertes dans des solutions actives. Ceux-ci prennent temporairement une activité de même nature que celle du corps actif dissous.

3â4 RECHERCHES

On pourrait penser que, clans ces expériences, l'activation est due à des parcelles de matière radioactive entraînées par la précipitation. Mais comme l'activité disparaît au bout de quelque temps, on serait obligé d'admettre, soit que la matière active disparaît dans lacté de la radioactivité, et que la quantité entraînée est assez faible pour que sa disparition se fasse assez rapidement et devienne appréciable, soit que la matière entraînée a perdu la propriété d'avoir une émission permanente, et est devenue temporairement active comme l'est l'émanation.

Cette dernière conception s'exprime plus simplement en disant que le précipité a fixé l'émanation mise en liberté par la dissociation électrolytique corrélative de l'acte de la dissolution. L'affaiblissement de l'activité de la matière active dissoute serait dû à cet emprunt. On a vu, du reste, que cet affaiblissement était temporaire et que l'activité se régénérait spontanément avec le temps. Cet affaiblissement et cette récupération se manifestent avec tous les sels actifs dissous, puis ramenés à l'état solide.

J'ai pensé que la récupération d'activité observée dans les divers cas pouvait s'expliquer en admettant que l'émanation produite d'une manière continue par une préparation radioactive, se fixait en partie sur la préparation elle-même. La fixation se ferait, soit sur la matière inerte mélangée à la matière active, soit sur les molécules inactives associées chimiquement aux molécules actives. Les parties ainsi activées participent à l'émission totale, de sorte que, par l'effet de cette « auto-activation », l'activité d'une préparation doit augmenter spontanément

SUR l NE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. 325

pendant quelque temps à partir du moment où elle a été obtenue.

L'accroissement d'activité doit tendre vers un maximum qui sera atteint lorsque la disparition naturelle de l'activité induite compensera exactement l'activation due à la production continue de l'émanation.

La quantité de chaleur dégagée augmente en même temps que l'intensité du rayonnement, et en même temps que la fixation de l'émanation, soit dans les corps solides, soit dans les dissolutions.

Lorsqu'on dissout une préparation radioactive, l'activité induite des matières mélangées et celle des éléments dissociés se répandent dans la solution d'où elles peuvent être transmises aux gaz ambiants, et lorsqu'on ramène ensuite la préparation à l'état solide, les matières inactives n'ont plus la même activation qu'avant d'avoir été dissoutes.

L'activité du sulfate de baryte précipité dans la solution d'un sel d'uranium peut être temporairement plus grande que l'activité du sel d'uranium, et ce fait montre bien que l'activation n'est pas due à des parcelles d'uranium entraînées mécaniquement.

Il semble y avoir eu dans ce cas concentration sur une petite quantité de matière inerte, de la presque totalité de l'émanation répandue dans la solution.

Un phénomène du même ordre intervient peut-être dans la concentration progressive de l'activité induite par une série de précipitations fractionnées, telle que l'a réalisée M. Debierne.

On peut même pousser plus loin les conséquences de

cette hypothèse et se demander si dans les opérations de fractionnement par cristallisation la masse totale de l'activité répandue dans la solution n'intervient pas pour communiquer aux premiers cristaux déposés une activité permanente supérieure à celle des cristaux déposés ultérieurement dans la solution déjà affaiblie.

On voit combien l'hypothèse qui assimile L'émanation à une matière active se prête facilement à l'interprétation des phénomènes. Dans cet ordre d'idées, pour me guider dans mes recherches, j'avais émis l'hypothèse suivante (i).

Il v aurait dans les corps radioactifs deux sortes de particules de différentes grosseurs, les unes environ mille fois plus petites que les autres; en se séparant, les plus petites emporteraient des charges négatives, et prendraient des vitesses énormes qui leur permettraient de traverser les corps solides, ce seraient les rayons 6; les autres, plus grosses, dont les masses seraient de l'ordre de grandeur de celles des ions électrolvtiques, seraient animées de vitesses beaucoup moindres; les unes, chargées positivement formeraient des radiations très absorbables, les ravons a; les autres ne traverseraient pas les solides et constitueraient l'émanation, se comportant comme une sorte de gaz qui formerait sur tous les corps, excepté sur ceux qui sont électrisés positivement, un dépôt matériel; on expliquerait ainsi les phénomènes de radioactivité induite, l'identité temporaire du rayonnement et de l'émanation des corps activés et des corps activants,

(1) Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXXIIl, p. 979 (9 décembre 1901).

et l'identité de l'induction sur les divers corps solides quelle que soit leur nature.

Ce dépôt de matière serait capable de se diviser à son tour en particules plus petites qui traverseraient le verre, donnant des rayons déviables et non déviables observés avec les substances induites, et ce serait par suite de cette subdivision moléculaire que la radioactivité induite se dissiperait, même au travers d'une enveloppe de verre.

Tout en me laissant guider par cette hypothèse pour l'exécution de diverses expériences décrites dans les chapitres précédents, je n'ai reconnu aucun fait précis de nature à établir que l'émanation fût réellement de la matière dans l'un des états sous lesquels celle-ci se présente habituellement.

M. Rutherford a été conduit de son côté à penser que l'émanation était matérielle; et même il n'a pas hésité ;'i lui attribuer les propriétés des gaz du groupe de l'argon ou de l'hélium.

L'absence de tension de vapeur dans le vide, le fait qu'on n'observe aucune trace des raies spectrales caractéristiques du radium dans les gaz radioactifs extraits des sels de radium, et la disparition totale de l'activité de l'émanation enfermée dans un tube scellé, paraissent contraires à cette manière de voir.

Pour répondre à ces objections on pourrait admettre que dans l'émanation la matière est en quantité trop faible pour que les manifestations, par lesquelles nous caractérisons les corps, soient sensibles. On sait en particulier que les raies du radium n'apparaissent qu'avec des produits contenant une proportion notable de ce corps.

3a8 RECHERCHES

L'opinion que M. Curie (i) a puisée dans ses beaux travaux est : « qu'il n'y a pas actuellement de raisons suffisantes pour admettre l'existence d'une émanation de matière sous sa forme atomique ordinaire ».

M. Curie définit l'émanation comme étant « l'énergie radioactive émise par les corps radioactifs sous la forme spéciale sous laquelle elle est emmagasinée dans les gaz et dans le vide », et il propose la théorie suivante de la radioactivité :

« Le radium n'émet pas par lui-même des rayons de Becquerel, il n'émet que l'émanation. Dans les sels de radium solides l'émanation ne pouvant s'échapper, se transforme sur place en rayonnement de Becquerel. Pour une solution placée dans une enceinte, l'émanation se répand dans l'enceinte et provoque la radioactivité des parois; le rayonnement est extériorisé. »

Examinant ensuite quel est le support de l'énergie qui constitue l'émanation, M. Curie signale les trois manières de voir suivantes : soit admettre avec M. Butherford que le radium émet un gaz qui sert à transporter l'émanation, soit attribuer ce rôle au gaz qui existe dans l'espace où elle est répandue, soit supposer que l'émanation n'a pas pour support la matière ordinaire, et qu'il existe des centres de condensation d'énergie situés entre les molécules des gaz et qui peuvent être entraînés avec eux.

M. Debierne a récemment repris et développé l'hypothèse des centres d'énergie ou ions activants à l'occasion

(1) Comptes rendus de ï 'Académie des Sciences, t. CXXXVI, p. 225 (26 janvier 1903).

sur une propriété nouvelle dk la matière. 3^9

d'une étude sur l'activité induite par les sels d'actinium. Cette hypothèse rend compte des différences que l'on observe dans le vide entre la diffusion de l'activation produite par l'actinium, et celle du radium. M. Debierne a montré en outre qu'un champ magnétique agit sur la cause de l'activation et il attribue cette cause à un rayonnement nouveau qui aurait la propriété de rendre temporairement actifs les corps qui le reçoivent.

Il faut attendre de nouvelles expériences avant de pouvoir se prononcer sur la valeur de cette dernière hypothèse.

Ainsi l'étude de l'émission des corps radioactifs, émission se faisant, soit par rayonnement, soit par émanation, nous conduit à concevoir la matière dans un état différent de l'état atomique ordinaire. Les électrons, tels que les a imaginés M. Lorentz dans sa théorie électro-magnétique de la lumière, paraissent répondre à cette conception, et ce rapprochement établit un lien entre les manifestations de la radioactivité et les causes qui donnent naissance aux phénomènes électriques, électro-magnétiques et lumineux.

II. — Hypothèses relatives aux sources de l énergie dépensée. — Les premières observations qui permirent de découvrir le rayonnement de l'Uranium, mirent en évidence la spontanéité et la permanence de l'émission.

Ces deux propriétés inattendues, et qui, du reste, ne sont pas nécessairement corrélatives l'une de l'autre, ont posé dès l'origine de ces études le problème de la recherche des sources de l'énergie dissipée.

i'3o RECHERCHES

La première idée qui se présenta fut de rattacher le phénomène nouveau à une transformation d'énergie de l'ordre des phénomènes de phosphorescence.

Les anomalies décrites dans le chapitre II étaient de nature à appuyer cette manière de voir, mais bientôt les expériences démontrèrent l'inefficacité de toutes les causes excitatrices connues pour modifier l'intensité du rayonnement; la spontanéité et la permanence apparurent alors comme caractéristiques du rayonnement de l'uranium. Ces propriétés constatées depuis avec les divers corps doués d'une radioactivité propre constituent l'un des caractères les plus importants du phénomène; elles dérivent de son essence même et apparaissent comme l'effet, soit d'une propriété nouvelle de la matière, soit d'une source d'énergie dont l'existence aurait échappé jusqu'ici aux expérimentateurs.

Cette considération avait frappé M. et Mme Curie dès l'origine de leurs travaux faisant suite à mes premières recherches, et, dans la première note publiée par Mme Curie se trouve énoncée l'hypothèse suivante :

« On pourrait imaginer que tout l'espace est constamment traversé par des rayons analogues aux rayons de Rôntgen, mais beaucoup plus pénétrants et ne pouvant être absorbés que par certains éléments à gros poids atomiques tels que l'uranium et le thorium. »

Le fait que le radium se classe à côté des corps dont le poids atomique est élevé, n'est pas contraire à cette conception. L'énergie serait empruntée à un rayonnement cosmique ou solaire, et les corps actifs la transformeraient comme les corps matériels transforment les

rayons X en rayons secondaires, ou comme ils transforment la lumière ultra-violette en rayons cathodiques.

La transformation pourrait s'appliquer soit à la totalité soit à une partie de l'émission, et l'autre partie serait alors un effet secondaire du rayonnement lui-même.

Rien n'est venu jusqu'ici ni confirmer ni infirmer cette hypothèse. L'activité des corps radioactifs n'a pas paru subir de modification lorsqu'on les a transportés au fond d'une mine profonde, ou au milieu d'une masse importante de minerai radioactif, qui, conformément au principe de Kirehhoff, eût pu absorber le rayonnement excitateur.

Une autre hvpothèse consiste à supposer qu'en l'absence de toute cause excitatrice connue l'énergie émise pourrait être empruntée à l'énergie qui serait mise en liberté par une destruction moléculaire de la matière elle-même. Cette destruction, qui pourrait mettre en jeu des quantités d'énergie considérables, aurait lieu, soit spontanément en vertu d'une propriété physique nouvelle, soit sous l'influence d'une intervention extérieure.

Le phénomène serait une sorte d'évaporation ou de pulvérisation comparable à la production des odeurs qui sont émises par certains corps sans que l'on puisse, même au bout d'un temps assez long, constater une diminution appréciable de leurs poids. L'émanation serait comparable à un gaz transportant une odeur.

Cette idée était de celles qui semblaient compatibles avec l'extrême ténuité des corpuscules auxquels la théorie balistique attribue le rayonnement cathodique, et je l'avais accueillie avec faveur au début de mes recherches.

Je comparais alors les corps actifs à des réservoirs contenant une quantité considérable d'énergie dans un état de disponibilité latente, et qui dépenseraient peu à peu leur réserve. Si la réserve est très faible le phénomène est temporaire; si elle est considérable l'émission nous semble être permanente.

Parmi les corps dans lesquels on peut accumuler de l'énergie d'une manière permanente on peut citer le fer et l'acier qui s'aimantent, et peuvent servir de transformateurs d'énergie sans perdre leur aimantation, mais le phénomène est différent de celui qui nous occupe. Les corps qui deviennent phosphorescents quand on les échauffe et qui sont appelés aujourd'hui thermo-luminescents emmagasinent l'énergie lumineuse, peut-être sous forme de combinaison chimique, et la conservent pendant un temps indéfini jusqu'au moment où une élévation de température fait émettre cette énergie sous forme lumineuse. Certaines combinaisons chimiques formées avec absorption de chaleur conservent l'énergie qui leur a été fournie et la restituent au moment de leur décomposition.

On peut donc rechercher si la source qui fournit l'énergie dépensée dans les corps actifs n'est pas une dislocation continuelle des molécules ou même des atomes. 11 n'est pas contraire à ce que l'on connaît de supposer que l'énergie emmagasinée par l'action qui relie entre elles les particules les plus ténues de la matière pour constituer l'atome soit considérable.

L'atome des corps actifs ne serait donc pas invariable et on serait conduit à admettre qu'il se détruit par une sorte d'explosion,. Les débris pourraient être, en partie de

la matière inerte, et en partie des électrons ou des groupements d'électrons qui constitueraient les divers rayonnements cl et (3, et communiqueraient des ébranlements à l'éther (rayons y); les corpuscules resteraient répandus dans la matière ou dans l'espace. Dans cet ordre d'idées l'émanation pourrait être regardée comme formée par des groupements d'électrons transportés par la matière gazeuse.

Nous avons déjà vu que l'hypothèse de transformations chimiques altérant la molécule s'était présentée à divers observateurs. Les corps hypothétiques qu'ils ont imaginés pour rendre compte des faits d'expérience, l'Ur.X, de Sir. W. Grookes, le Th.X et le Ra.X de M. Rutherford peuvent être considérés comme des noms différents donnés à l'émanation de l'uranium, du thorium et du radium.

M. Rutherford imagine même que la matière passe par une série de transformations moléculaires successives dont le terme serait une transformation s ub atomique.

Cette conception n'est pas essentiellement différente de celle qui a été exposée plus haut, et qui aboutit à une pulvérisation de l'atome.

Enfin je dois mentionner qu'après avoir observé un dégagement continu de chaleur au sein d'une masse de chlorure de radium, M. Curie a été également conduit à invoquer l'hypothèse d'une modification très lente de l'atome de radium, tout en faisant remarquer que le dégagement de chaleur pourrait encore s'expliquer en supposant que le radium utilise une énergie extérieure de nature inconnue.

Le fait qu'aucun corps radioactif n'a été trouvé dans un minerai qui ne contenait pas de l'uranium ou du tho-

rium, et la similitude entre les propriétés chimiques des corps actifs et celles d'autres corps beaucoup plus répandus, ont encore suggéré l'idée de la possibilité d'une transformation delà matière inerte en matière active sous l'influence d'une cause extérieure. Une telle transformation n'apparaîtrait pas comme étant plus invraisemblable que ne l'est la transformation de la matière inerte en matière aimantée. Cependant une telle hypothèse, qui conduit à admettre une transmutation entre les éléments, est contraire à toutes les lois physiques et chimiques établies.

Si l'énergie émise est empruntée à la transformation de la matière active, l'activité doit s'épuiser.

Une participation de la matière inerte à la formation de la matière active augmenterait la réserve de radioactivité dans la nature et reculerait l'échéance de sa disparition finale. Si la transformation est excessivement faible par rapport aux masses matérielles que nous pouvons mesurer, et très lente par rapport à la durée des phénomènes au milieu desquels nous vivons, l'émission doit nous paraître permanente.

Cependant une variation continue dont la durée serait comparable à celle des phénomènes géologiques devrait être appréciable, et l'on est en droit de penser que, depuis l'époque de leur formation dans la croûte terrestre, ces corps instables eussent dû disparaître si aucune cause extérieure ne tendait à les reconstituer.

L'hvpothèse dune destruction de l'atome s'est présentée assez naturellement pour justifier l'émission de matière corpusculaire; mais l'hypothèse inverse, proposée

par M. Filippo Re (i). n'est pas moins intéressante.

Après avoir émis l'idée que les atomes matériels seraient formés de corpuscules dont le groupement obéit aux lois de la gravitation, et avoir constaté que l'énergie dépensée pour réaliser ce groupement a dû être énorme si l'on en juge par l'impossibilité où nous sommes de la détruire, M. F. Re compare les atomes inertes à des soleils éteints, arrivés à un état stable, et les atomes radioactifs à des soleils en activité, subissant une condensation progressive qui dégage l'énergie observée.

On doit rapprocher de cette conception l'hypothèse émise il y a quelques années par M. J. Perrin (2) et dans laquelle l'auteur assimile la constitution des atomes à celle d'une sorte de système solaire réduit. En appliquant à un pareil système les lois de la gravitation, on trouve que les mouvements périodiques des corpuscules sont de l'ordre de fréquence des mouvements lumineux. M. Perrin assimilait les atomes radioactifs à des svstèmes dont les planètes les plus éloignées pourraient échapper à l'attraction centrale.

L'hypothèse de M. F. Re peut être prise en considération au même titre que l'hypothèse inverse. Elle partage avec celle de M. Perrin l'intérêt puissant qui s'attache aux tentatives faites pour ramener à des lois communes l'infiniment petit de l'atome et l'infiniment grand de l'Univers.

(1) Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. GXXXVI, p. 1393 (8 juin 1903).

(2) Revue scientifique, 13 avril 1901.

Nous avons été amenés à examiner deux groupes d'hypothèses entre lesquelles aucune expérience ne vient nous imposer un choix.

i° La matière se transforme, soit spontanément soit sous l'influence d'une cause extérieure; si l'atome se détruit, l'énergie libérée a été empruntée antérieurement à des sources extérieures; si l'atome se condense, l'énergie dégagée est le résultat de la contraction actuelle.

2° L'énergie dépensée est empruntée actuellement à des sources extérieures, et elle est transformée à chaque instant par la matière.

Dans ces diverses hypothèses la question de la permanence dans l'intensité de la radioactivité n'est qu'une des formes sous lesquelles se présente la question générale de la permanence des causes dans l'Univers.

Peut-être celle-ci constitue-t-elle seulement une apparence qui réside dans l'ordre de grandeur de la durée du temps que peut concevoir notre raison; nous observerions alors l'effet d'une cause dont l'évolution lente et continue nous donnerait l'illusion de la permanence.

Août 1903.

1. — Sur les radiations émises par phosphorescence. H. Becquerel.

Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXII, p. 420 (24 février 1896).

2. — Sur les radiations invisibles émises par les corps phosphores-

cents. H. Becquerel. Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXII, p. 501 (2 mars 1896).

3. — Sur quelques propriétés nouvelles des radiations invisibles.

émises par divers corps phosphorescents. H. Becquerel. Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXII, p. 559 (9 mars 1896).

4. — Sur les radiation* invisibles émises par les sels d'uranium.

H. Becquerel. Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXII, p. 689 (23 mars 1896).

5. — Sur les propriétés différentes des radiations invisibles émises

par les sels d'uranium, et du rayonnement de la paroi anticathodique d'un tid)e de Crookes. H. Becquerel. Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXII, p. 762 (30 mars 1896).

6. — Émission de radiations nouvelles par l'uranium métallique.

H. Becquerel. Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXXII, p. 1086 (18 mai 1896).

7. — Sur diverses propriétés des rayons uraniques. H. Becquerel,

Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXIII, p. 855 (23 novembre 1896).

8. — Recherches sur les rayons uraniques. H. Becquerel. Comptes

rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXIV, p. 438 (lor mars 1897).