PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE

La quantité q est rigoureusement proportionnelle au poids tenseur; elle varie en raison directe de la longueur de la lame et en raison inverse de son épaisseur, mais ne dépend pas de sa largeur.

La quantité q est indépendante de la température dans les limites de l'expérience. Le quartz en beaux cristaux est d'ailleurs une matière bien définie et inaltérable avec le temps. Une lame constituée suivant la manière indiquée, ou quartz piézoélectrique, constitue donc un étalon de quantités cV électricités faibles, absolument invariable, et par cela même extrêmement précieux.

Le quartz est légèrement hygroscopique à sa surface, et, pour que les armatures de la lame soient bien isolées, il est nécessaire de dessécher convenablement l'enceinte métallique protectrice dans laquelle se trouve placée la lame. Un modèle récent d'un quartz piézoélectrique est représenté dans la figure 3 i .

Voici maintenant comment on peut se servir d'un quartz

Fi g. 32.

piézoélectrique pour mesurer un courant de faible intensité, tel que celui qui est produit par l'action d'une substance radioactive.

Le dispositif [fig. 32) se compose d'un électromètre à quadrants, d'un quartz piézoélectrique et de l'appareil dans lequel on veut mesurer l'ionisation, par exemple, d'un condensateur AB contenant une substance radioactive. L'aiguille de l' électromètre est portée à un potentiel élevé; l'un des quadrants est relié constamment au sol, l'autre communique avec le plateau A et avec l'armature P du quartz dont l'autre armature Q est reliée au sol.

Le plateau B qui porte la substance radioactive est porté à un potentiel élevé pour assurer la saturation. Quand on interrompt en D la communication avec le sol, le système isolé tend à se charger et l'aiguille de l'électromètre commence à dévier; on empêche la déviation de se produire en compensant à chaque instant la quantité d'électricité fournie par le courant qu'on veut mesurer, par une quantité égale et de signe contraire fournie par le quartz. Pour cela il faut produire cette dernière d'une manière progressive et continue. On peut réaliser cette condition en plaçant sur le plateau un godet, et en organisant un écoulement de mercure cjui vient remplir le godet avec un débit constant ; l'armature P est alors la source d'un courant constant, dont l'intensité est réglée par le débit de mercure et qui est susceptible de compenser exactement le courant à mesurer, de manière que l'image de l'électromètre reste au zéro. Ce mode opératoire n'est pas celui employé couramment, car on peut obtenir une compensation parfaite d'une manière encore plus simple. Il suffit pour cela de soutenir le poids à la main et de ne le laisser peser que progressivement sur le plateau, de manière à maintenir constamment l'image de l'électromètre au zéro. Avec un peu d'habitude on arrive à effectuer cette opération d'une manière très aisée et très parfaite. Il est d'ailleurs préférable d'opérer par enlèvement du poids, surtout quand celui-ci est fort. On mesure au moyen d'un chronomètre le temps nécessaire pour

enlever le poids F en maintenant la compensation. L'intensité du

F courant i est alors mesurée en valeur relative par le rapport — . et en

valeur absolue par le rapport —, si q est la cjuantité d'électricité qui correspond au poids F suivant la formule indiquée plus haut. On a par conséquent

La valeur de i est obtenue en unités E. S. absolues, si les dimensions de la lame sont mesurées en centimètres, le temps en secondes, le poids tenseur en kilogrammes, et si l'on donne au coefficient K la valeur qui convient à ce choix d'unités, soit K ^ 0,0677. Pour obtenir i en ampères, il faut diviser par 3 . 1 o" le nombre obtenu en unités E. S. absolues.

PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. lol

La mesure ainsi effectuée est indépendante de la sensibilité de l'électromètre, qui n'est utilisé que comme indicateur de potentiel; elle est également indépendante de la capacité des appareils qui composent le dispositif expérimental; on évite donc la détermination de capacités, ce qui constitue un grand avantage; toutes les mesures effectuées avec un même quartz sont directement comparables. Une augmentation de la capacité du système isolé se traduit seulement par une diminution de sensibilité de l'électromètre, et il faut conserver à celle-ci une valeur suffisante.

La constante d'un quartz, c'est-à-dire la quantité d'électricité dégagée par unité de poids, peut être calculée d'après la formule théorique, quand on a mesuré les dimensions de la lame. Ce calcul repose sur la supposition que la taille de la lame est absolument correcte, que le cristal est irréprochable, et que le coefficient K qui intervient dans la formule est exactement connu. Les lames sont taillées dans de beaux cristaux de quartz exempts de défauts ('). Un cristal se présente sous la forme d'un prisme hexagonal droit (notation minéralogique e'-), surmonté sur ses bases de deux pyramides. Les arêtes du prisme sont de deux espèces et peuvent être distinguées entre elles par la présence de facettes hémièdres à leurs extrémités; sur six arêtes, trois seulement portent cette modification. En pratiquant dans le prisme deux sections droites dont la distance est de l'ordre de la largeur des lames, on en sépare une tranche hexagonale dont les bases sont normales à l'axe ternaire. La figure 33 représente le cristal et la tranche qui en est

Fiir. 3'i.

détachée. Les trois axes binaires se trouvent dans le plan des bases de la tranche; on a désigné par h les arêtes modifiées par les fa-

(') La taille des lames esl faile à Paris par M. Weilein, conslriicleur.

CHAI'ITRE II.

cettes hémièdres et par g celles qui ne le sont pas. Pour obtenir des lames on pratique dans la tranche des sections normales à ses faces et à l'un des axes binaires, et très rapprochées entre elles. Il est relativement facile d'obtenir l'orientation exacte des sections droites qui est indiquée par des procédés d'optique; l'orientation normale à l'un des axes binaires est plus délicate à réaliser, elle est indiquée par rapport aux côtés de l'hexagone. La polarité d'une lame est telle que, quand on exerce une traction, celle des extrémités de l'axe binaire qui est tournée vers l'arête non modifiée se charge positivement. Quand un cristal est maclé et présente un mélange de quartz droit et de quartz gauche, les effets des deux portions se contrarient, et la lame ne donne pas alors la quantité d'électricité calculée théoriquement.

Un certain nombre de lames de quartz ayant été en service, un travail d'étalonnage de ces lames a été récemment entrepris pour comparer les valeurs expérimentales de leurs constantes aux valeurs théoriques. Ce travail a été effectué par M. J. Curie, suivant une méthode qui consiste à comparer la quantité d'électricité fournie par une lame pour un poids connu, à celle qui charge un condensateur absolu à un potentiel connu réalisé au moyen de piles étalons. La figure 34 représente schématiquement le dispositif expérimental. On utilise un électromètre à quadrants dont l'un des quadrants est relié au sol en permanence, tandis que l'autre est relié à l'une des armatures P du quartz que l'on veut étalonner et à la portion centrale A du plateau à anneau de garde d'un condensateur absolu; cet anneau de garde est relié au sol, ainsi que l'autre armature Q du quartz. Le plateau B du condensateur peut être relié soit au sol, soit à l'un des pôles d'une batterie formée par quelques éléments étalons ; l'autre pôle de cette batterie est relié au sol. Un dispositif mécanique permet d'établir ou de supprimer brusquement l'effet de traction exercé sur le cjuartz par les poids placés dans le plateau T. L'expérience consiste en ceci : le plateau B étant relié à la pile en G, et le quartz étant soumis à une traction F, on isole l'électromètre du sol en D ; un instant après on supprime la traction F et l'on réalise simultanément la mise au sol du plateau B en M, cette double manœuvre étant effectuée au moyen d'un commutateur convenable. La première de ces opérations a pour effet de mettre

PUOCÉDKS u'ÉriDE ET DE .MESIIIK EN RADIOACTIVITÉ. lO'^

en liberté une certaine quantité d'électricité q sur l'armature P; la deuxième opération met en liberté sur le plateau A une charge électrique q' dont le signe dépend du choix du pôle isolé de la

So/

batterie; ce signe devra être tel que les charges mises en liberté sur l'armature P et sur le plateau A soient de signes contraires. On pourra alors régler la traction F de telle manière que les charges se compensent complètement, et que, lors du dégagement simultané des deux charges, l'électromètre reste au zéro. Les deux charges sont alors égales en valeur absolue et l'on a

La charge q' est d'ailleurs facile à calculer. Si l'on désigne par s la surface du plateau A en centimètres carrés, par e la distance des plateaux en centimètres, par V la force électromotrice de la batterie de charge en volts, on sait que l'on a

unités E. S.

4 ~É? X joo Au lieu d'employer le dispositif expérimental de la figure 34, on

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peut aussi modifier les connexions ainsi qu'il suit : le plateau A est relié soit au sol, soit à la pile, le plateau B à l'éleetromètre et l'anneau de garde au sol. Bien que dans ces conditions le champ ne soit plus uniforme entre les plateaux et que la forme des lignes de champ soit compliquée, on peut cependant démontrer que la charge que prend le plateau B quand il est relié au sol, tandis cjue le plateau A est au potentiel V, est la même que celle que prenait le plateau A dans l'expérience précédente quand il était relié au sol, le plateau B étant au potentiel V ( ' ). La quantité d'électricité mise en liberté sur le plateau B lors de la mise au sol du plateau A peut donc se calculer par la même formule que précédemment. La modification du dispositif a pour effet d'utiliser l'isolement du plateau B qui est, en général, meilleur que celui du plateau A.

Les mesures ont été effectuées avec un condensateur à plateaux ayant 20"" de diamètre utile (soit 314'"™' de surface utile). Les plateaux étaient constitués par des plans de verre soigneusement dressés et argentés ; ils étaient séparés par des cales de quartz dont l'épaisseur était mesurée avec précision. La batterie était composée de dix éléments Weston dont la valeur, indiquée par le constructeur, a été contrôlée à l'Ecole d'Electricité de Paris.

Ces mesures ont servi à étalonner plusieurs lames de quartz en

valeur absolue et indépendamment de toute hypothèse. Elles ont

montré de plus que la taille des lames est très satisfaisante, et

elles ont permis de contrôler la valeur du module piézoélectrique.

Pour ccIêi les longueurs l et les épaisseurs e des lames ont été

soigneusement mesurées. On avait, d'après les anciennes mesures

de J. et P. Curie,

F étant mesuré en kilogrammes et q en unités E. S. Des mesures faites par M. Yoigt ont donné un résultat très analogue. Les mesures récentes de M. J. Curie, eft'ectuées^sur douze lames de quartz, donnent le nombre plus élevé

(') F. CuKiK, Œuvres, p. iï'^.

PROCEDES D ETUDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE. lOJ

Ce nombre, qui est probablement le plus exact, correspond à K = 6,90. io~^ unité absolue.

Une lame de quartz de forme courante peut sans inconvénient supporter un poids de 5''^. Quand elle est associée à un électromètre de sensibilité ordinaire (o' "', 5o de déviation pour i volt à la distance de 1"'), le poids de i" donne une déviation d'environ 5""". La quantité d'électricité dégagée par kilogramme pour une lame de 10''"' de longueur et de o""", 5 d'épaisseur est égale à 1 2 unités E. S. environ. Les courants que l'on peut mesurer avec une telle lame sont compris entre io~^ et 10"'^ ampère. Ces limites pourraient encore être étendues; en particulier la mesure de courants très faibles est limitée surtout par l'isolement des appareils; si la capacité de l'appareil producteur de courant est petite, on peut accroître notablement la sensibilité du dispositif de mesures, en employant un électroscope sensible et un quartz court et épais.

L'emploi de la méthode de zéro qui vient d'être décrite est particulièrement précieux dans les laboratoires de radioactivité, où l'on a coutume de se servir de substances fortement actives. La grande difficulté que l'on rencontre à maintenir dans ces laboratoires l'isolement des appareils a été signalée déjà anciennement ( ' ). Cette difficulté provient de la dissémination de poussières actives, du dégagement d'émanations radioactives et de la formation en présence de celles-ci de radioactivités induites, dont certaines formes très actives disparaissent rapidement, tandis que d'autres formes beaucoup moins actives ont en revanche l'inconvénient de persister pendant des années. Tous les objets contenus dans un laboratoire de radioactivité ont une activité anormale. Il est utile de ménager dans un tel laboratoire deux parties, ou mieux deux bâtiments séparés, dont l'un est destiné exclusivement aux opérations sur les substances fortement radioactives non scellées en tube de verre, et l'autre aux mesures électrométriques et aux opérations sur les corps très faiblement actifs et ne dégageant pas d'émanations. Dans ce bâtiment peu actif, on ne doit jamais introduire ni une substance très active, ni des habits ou des objets qui ont servi dans le bâtiment actif. Il est bon aussi d'aérer éner-

(' ) P. et M. Clrie, Rapports au Congrès de Physique. Paris, 1900.

io6 <:HAPiriu<: ii.

giquement les salles de travail quand on soupçonne qu'il s'y est dégagé un peu d'émanation. Toutefois toutes ces précautions n'ont qu'un effet limité, et la contamination progressive du laboratoire par la radioactivité ne peut être complètement évitée ( ' ). Dans ces conditions le choix d'une méthode de zéro pour les mesures s'impose tout particulièrement. Avec la méthode que nous employons, il n'est pas indispensable d'avoir un isolement très parfait, parce que, même avec un isolement médiocre, le défaut d'isolement devient, en général, très faible quand l'électromètre est maintenu au voisinage du potentiel zéro.

Des mesures d'électrométrie très délicates ne peuvent être effectuées que dans des bâtiments neufs, n'ayant jamais eu contact avec les substances radioactives et les personnes qui les étudient, et éloignés autant que possible d'un laboratoire de radioactivité.