CHAPITRE PREMIER

Introduction.

« Les rayons B sont capables de traverser toute matière, mais en la traversant ils éprouvent une absorption qui dépend de l'épaisseur et de la nature de l’écran absorbant. « La particule B étant considérée comme un électron, on peut se demander comment cette particule se comporte en traversant la matière composée d’atomes, lesquels sont considérés eux-mêmes comme des assemblages de parti-

cules chargées dont certaines sont des électrons. On peut

imaginer qu’une particule $ pourra pénétrer dans un atome et s’y trouver arrêtée, ce serait là une véritable absorption ; ou bien elle sera déviée de son trajet primitif par l’action des forces de nature électromagnétique exercées sur elle par un atome qu'elle traverse où à côté duquel elle passe ; elle pourra aussi traverser l’atome sans absorption et sans déviation appréciable ; en traversant un atome où en passant dans son voisinage immédiat, elle pourra déterminer dans l’atome une perturbation qui aura pour effet de détacher un électron de l’atome:; il y aura en ce cas formation d’ions, et si un électron est émis avec une grande vitesse, il constituera un rayon 8 secondaire. On voitque le passage des rayons 8 au travers de la matière se présente comme un phénomène dont la nature est à priori érès compliquée. L'expérience a montré que ce phénomène n’est effectivement pas simple et que tous les effets

prévus précédemment sont de nature à pouvoir se produire. »

Nous rie pouvions mieux faire, pour situer le problème de l'absorption des rayons 8 par la matière, ét en montrer toute la complexité, que de citer, comme nous venons de le faire, le Traité de Radioactivité de Mme P. Curie.

Dans ce premier chapitre d'introduction, nous allons, d’une part, rappeler quelques notions fondamentales et donner quelqués définitions ; parallèlement, d'autre part, nous indiquerons les travaux antérieurs relatifs à la question de l'absorption des rayons B.

$ 4°". Loi d’absorption des rayons 8. — Les mesures d'absorption des rayons 8 peuvent être faites soit en évaluant, à l’aide d’un appareil détecteur convenable, l’ionisation produite par les rayons restants, soit en comptant individuellement ces rayons par un dispositif approprié, soit en mesurant la charge qu'ils transportent,

Le procédé le plus couramment employé est celui de la chambre d’ionisation. On considère en ce cas que le courant d'ionisation obtenu dans la chambre mesure l'énergie abandonnée par le rayonnement qui y pénètre. Ce procédé a permis à la plupart des auteurs, dans d'assez larges limites de dispositif expérimental, de mettre en évidence une absorption exponentielle des rayons $. C'est là un résultat très simple, eu égard à la complexité du phénomène. D’après cette loi exponentielle, si 1, est l'intensité d'un faisceau de rayons 8 et æ l'épaisseur de l'écran que l’on interpose sur son trajet, l’intensité du faisceau à la sortie de l'écran n’est plus que

1=I,e "où y est, par définition, le coefficient d'absorption, qui, pour des rayons $ déterminés, dépend de la nature de l'écran absorbant. Les premières expériences à ce point de vue ont été faites par Rutherford (1) à l’aide des rayons'8 de l’uraniuin.

Dans quelles conditions les raÿons 8 obéissent-ils à la loi d'absorption exponentielle ? Non seulement les rayons $ pro-

n GEORGES FOURNIER

venant de différentes substances radioactives sont constitués par des électrons animés de vitesses différentes, mais les rayons 8 d’un radioélément déterminé sont eux-mêmes répartis en un véritable « spectre de vitesses ». Les expériences photographiques de Becquerel (2) en 1900 sont déjà probantes à ce sujet.

© Ceci dit, on peut se demander si ce sont les rayons isocinétiques ou au contraire des groupes de rayons Ê ayant des vitesses réparties d’une certaine façon entre certaines limites, qui sont absorbés exponentiellement.

Les expériences de W. Wilson (16) (31) de 1909 à 1912, de Hahn et Meitner (19) en 1909, de Crowther (23) en 1910, montrent nettement que les rayons Ê isocinétiques ne sont pas absorbés exponentiellement. D'après W. Wilson (16), ils seraient absorbés suivant une loi linéaire de la forme 1 — k(a — x) où x est l'épaisseur de l’écran, k un coefficient constant et a un coefficient qui varie avec la vitesse des rayons 6. Cette variation est représentée par une courbe expérimentale qui permet une intégration graphique pour un faisceau de rayons 6 ayant des vitesses réparties entre certaines limites. Le résultat de cette intégration fournit, d’après l’auteur, une loi d'absorption exponentielle.

Pour J. A. Crowther (23), c’est le « groupe » de rayons B émis par un radioélément défini qui est absorbé exponentiellement. Le radioélément réaliserait ainsi naturellement la distribution de vitesses nécessaire pour que l’on obtienne une absorption globale exponentielle.

W. Wilson (31), en 1912, a émis l'opinion que des rayons ÿ isocinétiques, après avoir traversé une certaine épaisseur de matière, sont devenus suffisamment hétérogènes pour être absorbés exponentiellement. Il attribue par là-même une grande importance au ralentissement des électrons à leur passage au travers de la matière, ralentissement qu'il avait d’ailleurs étudié auparavant (25), en 1910. Ce ralentissement avait été envisagé précédemment par Schmidt (5) en 190»,

qui lui attribuait peu d'importance. Hahn et Meitner (19) en 1909, Crowther (23) en 1910, ont confirmé Schmidt sur ce point.

Malgré les résultats de N. Campbell (15) en 1909, relatifs à l’absorption des rayons & dans les liquides et ceux de Kovarik et Mc Keehan (34) (35) en 1914, obtenus par la méthode de numération, il semble bien établi que, dans de très larges limites de dispositif expérimental, l'absorption des rayons 8 dont les vitesses sont réparties entre certaines limites — en particulier l'absorption des « groupes » de rayons $ émis par les radioéléments — suit une loi exponentielle.

Le fait que l’on obtient expérimentalement une absorption exponentielle ne prouve pas absolument qu'il n’y a pas de ralentissement des rayons 8 à leur passage au travers de la matière. Ce ralentissement devrait se traduire par le fait que le coefficient d'absorption change avec l'épaisseur d'écran traversée, mais il est possible qu'une compensation intervienne du fait que le pouvoir ionisant des rayons $ augmente quand leur vitesse diminue. Le coefficient d'absorption, évalué à l’aide d’une chambre d'ionisation, semblerait alors indépendant de l'épaisseur traversée, ce qui correspond à l’existence d’une loi d’absorption exponentielle.

Le ralentissement a d'ailleurs été étudié au laboratoire Curie, dans une tout autre voie, par Jean Danysz, puis par M. J. d’Espine (46) en 1926, qui semblent lavoir mis en évidence, ce que nos expériences ne nous permettent pas de faire.

Certains auteurs, en particulier J. A. Gray (29) et Douglas (42), ont obtenu des résultats qui semblent plutôt mettre en évidence l'existence d’un parcours des rayons 6, révélé par une chute brusque de l’ionisation lorsque l'épaisseur d'écran traversée atteint une certaine valeur. D'après ces mêmes auteurs, ce parcours serait inversement proportionnel au coefficient massique d'absorption (40). Il faut remarquer que,

jusqu’à la chute brusque observée par ces auteurs, l'absorption suit une loi exponentielle,

$ 2. Le coefficient massique d'absorption. — Les premiers résultats concernant l'absorption des rayons $ ont montré que le coefficient d'absorption y variait avec la nature de l’absorbant. Strutt (4) a observé en 1900, que le quotient de y par la densité p de l’absorbant varie peu d’un absorbant à l’autre. Ilya par conséquent intérêt à envisager, conformément à une notion introduite par Lenard dans l'étude des rayons cathodiques, le quotient du coefficient d'absorption y par la densité p de l’absorbant. C’est ce quotient qui intervient dans la loi d'absorption exponentielle, si l’on évalue la quantité de matière traversée non plus en épaisseur x mais en masse

superficielle = . On a en effet x =. d'où:

Pete PMR”

On a donné au quotient + le nom de coefficient massique

d'absorption, C’est lui que nous continuerons à envisager au cours du présent travail. Son emploi présente l’avantage d'éliminer l'incertitude sur la densité des matières solides utilisées comme écrans absorbants.

Comme l'avait remarqué Strutt, le coefficient massique varie peu d'un absorbant à l’autre (On verra que, dans nos expériences sur les rayons 8 du radium E, ce coefficient

varie de 16,9 pour l’aluminium à 22,1 pour l'étain). Rutherford (1) a remarqué que È croît généralement avec

le poids atomique, Seitz (6) en 1904, en utilisant la détection du rayonnement par la charge, a confirmé ce résultat. Godlewski (7) a indiqué en 1905 les valeurs numériques

: LL ae du quotient =; pour différents rayonnements absorbés dans

SUR L'ABSORPTION DES RAYONS f PAR LA MATIÈRE J

différentes substances, Mc Clelland et Hackett (8) en 1906, ont montré nettement que n'est pas constant. Nous verrons

plus loin quelle loi nous avons pu établir en ce qui concerne la variation du coefficient massique d’absorption avec la nature de l’absorbant et nous comparerons les résultats numériques de différents auteurs avec ceux que nous avons pu obtenir.

On a l'habitude de tracer graphiquement la courbe d'absorption d’un rayonnement dans une substance déterminée en portant en abscisses les masses superficielles des écrans traversés, et en ordonnées les logarithmes vulgaires des intensités correspondantes du faisceau. Dans ces conditions, la loi d'absorption exponentielle se traduit par une ligne droite dont la pente représente, au facteur log e près, le coefficient massique d'absorption et permet de le mesürer.

.$3. Phénomène de dispersion. — PR telle ie nous venons de la définir par des mesures de courants di ionisation est influencée par le phénomène de dispersion. L’expérience montre qu’un faisceau de rayons Ê primitivement canalisé ne présente plus, après avoir traversé une certaine quantité de matière, de direction privilégiée. D'anciennes photographies dues à Becquerel (3) datant de 1901, mettent cette dispersion en évidence. Il semble pourtant que ce phénomène ne trouble que le début des courbes d'absorption et n'empêche pas la détermination des coefficients d’absorption. |

En effet, considérons un groupe de rayons Ê canalisé dans une direction D de façon à pénétrer entièrement dans l’appareil détecteur de rayonnement. Si l'on interpose sur le trajet du faisceau un écran très mince, le faisceau sera dispersé autour de la direction D suivant une loi de probabilité et aussi absorbé dans l'écran : la diminution d'intensité constatée dans l'appareil détecteur de rayonnement est dué non

seulement à l'absorption, mais encore au fait que le faisceau dispersé n'entre plus en totalité dans cet appareil. |

Si nous augmentons progressivement l'épaisseur de l'écran, il arrivera un moment où la direction D cessera d’être pour le rayonnement émergent, une direction privilégiée. Autrement dit, les électrons B auront subi à l’intérieur de l’écran tant de déviations que ceux qui parviennent à traverser l’écran sortiront dans des directions absolument quelconques. À ce moment le faisceau émergent sera uniformément réparti dans l’espace, {a dispersion sera complète.

Si l'on augmente l'épaisseur de matière traversée, la portion du rayonnement émergent qui pénètre dans l'appareil détecteur restera constante (définie par les positions et dimensions respectives de la source canalisée et de l'appareil détecteur), et les diminutions ultérieures de l'intensité seront dues uniquement au phénomène d'absorption proprement dit.

Cette manière de voir est conforme à celle de J. A. Crowther (11) en 1908. Cet auteur a montré en effet que la chute initiale que présentent fréquemment les courbes d’absorption est due à la dispersion, l'absorption pure se manifestant seulement dans la portion rectiligne des courbes, lorsque la dispersion complète a été atteinte, La dispersion ainsi envisagée est considérée par Crowther comme un phénomène exponentiel permettant la détermination d’un coefficient

. . . (os . .

massique de dispersion 7 analogue au coefficient massique ù

d'absorption ES Les résultats de Crowther ont été confirmés

en 1909 par ceux de Madsen (18). LL ORÉ

La plupart des auteurs, H. Starke en particulier, attribue une grande importance à la dispersion (33) (1913).

Dans le but de compenser la perte de rayonnement par réflexion lors de l’interposition d'écrans sur le trajet d’un faisceau, À. F. Kovarik (22) en 1g10,a placé au-dessous de la source de rayonnement autant d'écrans qu'il en avait placé

SUR L'ABSORPTION DES RAYONS f PAR LA MATIÈRE 9

au-dessus. Nous ne pensons pas que ce dispositif soit capable de compenser entièrement, comme l’espérait l’auteur, la chute initiale des courbes d’absorption (qui correspond à la perte par dispersion), car il ne permet pas la compensation de la perte latérale.

De nombreux auteurs, en particulier Rutherford (28) en 1911, surtout Bohr (36) en 1915 et J.-H. Jeans (45) en 1923, ont entrepris l'étude théorique de la dispersion et de l’absorption. Malheureusement les calculs relatifs au choc d'un électron sur un atome ne peuvent être poursuivis qu'après des hypothèses simplificatrices qui en réduisent la portée. D'après l'important travail théorique de Bohr, la diminution de vitesse des rayons 8 (et «) à leur passage au travers de la matière dépend essentiellement des fréquences caractéristiques de l’électron dans les atomes absorbants. L'auteur-parvient à rendre compte d’une façon satisfaisante des résultats expérimentaux concernant l'absorption.

$ 4. Rayonnement secondaire. — En dehors du phénomène de dispersion, l'absorption se trouve encore compliquée par la production de rayonnements secondaires produits par les rayons Ê au sein des écrans absorbants, comme l’ont montré les travaux de Pound(14) en 1909 et de J.-A. Gray (27) en 1g11 et (43) en 1922. Nous verrons plus loin comment on peut tenter d'isoler par le calcul ce rayonnement secondaire et en tenir compte. Indiquons seulement que ce rayonnement ne se manifeste d’une façon appréciable que dans le cas d’un rayonnement Ê moyennement pénétrant (rayons £ du Ra E) absorbé par une substance très dense (l’or par exemple).

$ 5. Influence de la vitesse des rayons £. — Le coefficient massique d'absorption + ne dépend pas seulement de la

nature de l’absorbant. Il dépend aussi de la « qualité » des rayons envisagés. Mais on ne peut pas caractériser cette qua-

lité par la vitesse des électrons, puisque le « groupe » de rayons ® qui s'absorbe exponentiellement est justement formé d'électrons de vitesses variées. Il est possible, toute fois, que l’on tente avantageusement de faire entrer dans

ë RENTE .

l'expression de “ soit une vitesse moyenne convenablement

choisie, soit la vitesse correspondant à la tête de bande du spectre magnétique.

Nous reviendrons plus loin sur ce sujet.

$ 6. Autres résultats antérieurs concernant l’absorption des rayons & par la matière, — De nombreux auteurs ont donné des résultats numériques relatifs à l'absorption des rayons 8 par la matière. Outre ceux que nous avons déjà cités, nous devons mentionner : Schmidt (9) (1906), (17) (1909), (26) (1910) ; J. A. Crowther (10) (1906) et (20) (1909) ; O. Hahn et L. Meitner (12) (1908) ; Makower(13) (1908); Borodowsky (21) (1910) ; Becker et Baerwald (24) (1910) ; J. À. Gray (29) (1912) ; von Baeyer (32) (1912) ; W. Bothe (37), (38) et (41) (1922) ; B.-F.-J. Schonland (39) (1922) ; G.-T.-R. Wilson (44) (1923). Nous rappellerons leurs résultats et nous les comparerons aux nôtres dans le courant de ce travail.

$7. Plan de l'exposé. — Nous étudierons tout d'abord l'absorption des rayons £ du radium E dans différentes substances, Après la description du dispositif expérimental (chapitre Il) nous nous occuperons de l'absorption des rayons $ du radium E dans les corps simples à numéro atomique inférieur à 5o (chapitre IT), puis dans les éléments à numéro atomique supérieur à 50, où l'on voit apparaître les phénomènes secondaires (chapitre IV). De là, nous passerons à l'absorption dans les corps composés, en décrivant tout d'abord les dispositifs expérimentaux particuliers et les résultats qu'ils nous ont permis d'obtenir relativement aux corps composés solides et liquides (chapitre V). Nous décri-

SUR L’ABSORPTION DES RAYONS f PAR LA MATIÈRE II

rons ensuite la méthode Se pour les solutions (chapitre VI), ainsi que quelques expériences complémentaires effectuées avec le radium E (chapitre VII). Dans le chapitre VIIT nous étudierons les résultats obtenus avec des

rayons 6 autres que ceux du radium E, Enfin les conclusions de ce travail feront l’objet du dernier chapitre (IX).

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