PROCEDES D ET IDE ET DE MESURE EN RADIOACTIVITE

qui deviennent le plus rapidement actifs, puisqu'ils contiennent souvent des substances radioactives. Un condensateur actif donne lieu à la production d'un courant dans l'appareil de mesures, même quand on n'y a introduit aucune substance radioactive. Le mouvement de l'électromètre cfui en résulte est, en général, plus important que celui qui peut prendre naissance dans l'électromètre lui-même. Quand on trouve que le condensateur est trop actif, il faut procéder à son nettoyage complet; l'activité des parois étant superficielle peut être enlevée par le frottement au papier émeri et par un lavage aux acides étendus. i

On constate aussi quelquefois des causes de mouvement de l'électromètre qui sont dues à des forces électromotrices locales. Chaque fois qu'une pièce métallique qui fait partie du système isolé est séparée par un isolant solide d'une pièce métallique reliée au sol, la force électromotrice de contact qui existe entre ces pièces peut devenir une cause de courant, si la surface de l'isolant n'est pas absolument sèche et propre; le système fonctionne alors comme une pile qui utilise la conductibilité de la surface de l'isolant. Pour supprimer ce genre d'effet, on doit nettoyer et dessécher cette surface.

L'ensemble des effets mentionnés constitue ce que l'on appelle le mouvement spontané de l'appareil. Ce mouvement doit être mesuré avant l'introduction de la substance radioactive. Le courant qui mesure l'activité de celle-ci est égal à la différence des courants obtenus en sa présence et en son absence.

30, Dispositifs expérimentaux. — Nous avons vu combien est important l'usage de l'électromètre dans les mesures de radioactivité. Voici quelcjues observations relatives à l'usage de cet instrument.

Bien que les conditions du mouvement de l'aiguille interviennent moins dans les méthodes de déviation constante et du quartz piézoélectrique, que dans la méthode de vitesse de déviation, il est néanmoins toujours nécessaire que la période d'oscillation de l'équipage mobile ne soit pas trop longue, et que le mouvement soit convenablement amorti. Pour réaliser ces conditions, tout en conservant une sensibilité suffisante, il est indispensable d'utiliser une suspension très légère. Quand on n'opère pas par vitesse de déviation^

niAl'ITlŒ II.

l'amortissement le plus favorable est celui qui est voisin de l'amortissement critique, en laissant subsister une ou deux oscillations. L'amortissement est d'autant plus facile à obtenir que le moment d'inertie de l'équipage mobile est moindre, et que le couple directeur est plus faible. Dans les électromètres Curie, on emploie le plus souvent un fd de suspension de platine de o"',.')() de longueur et de o""",02 de diamètre ou un ruban de bronze très mince. L'aiguille en aluminium est très légère; elle est généralement faite avec de la feuille laminée qui n'a pas plus de ()""",oi d'épaisseur; si la feuille est encore plus mince, elle est soutenue dans sa partie centrale par un support de feuille un peu plus épaisse. Les quadrants étant assez rapprochés, le mouvement de l'aiguille se trouve suffisamment amorti par la résistance de l'air. Dans certains modèles Curie, on employait l'amortissement par les courants de Foucault; pour cela les quadrants étaient construits en acier et aimantés, ou bien des aimants étaient convenablement disposés au voisinage des c[uadrants. On peut, par ce procédé, réaliser très exactement l'amortissement cherché; toutefois, l'aluminium utilisé pour la fabrication des aiguilles doit alors être absolument exempt de traces de fer, dont la présence est, au contraire, assez fréquente.

Au lieu d'employer un fd de suspension en métal, on peut aussi se servir de fils de quartz, et il est possible, en ce cas^ d'avoir un fil de suspension très court et extrêmement fin, ce qui permet d'éviter l'emploi d'une longue colonne métallique surmontant la cage. Toutefois on rencontre alors d'autres difficultés; le fil de quartz n'étant pas conducteur, on ne peut pas s'en servir comme d'un fil métallique, pour maintenir par son intermédiaire l'aiguille à un potentiel constant. Il faut donc opérer à charge constante de l'aiguille, et même si celle-ci est très parfaitement isolée, on ne peut guère compter sur une sensibilité très constante. Les procédés indiqués pour rendre les fils de quartz conducteurs à la surface ne se montrent d'ailleurs pas assez réguliers dans leur fonctionnement, de sorte que l'emploi de fils métalliques est préférable. On peut se servir de fils métallique^ extrêmement fins, de o""",oi de diamètre, et de longueur très modérée, La sensibilité qui correspond à une déviation de (»'",-;") par volt sur une échelle placée à i'" de l'élcctromètre est, en général, très suffisante, et l'on ne l'augmente qu'en cas de besoin; elle est couramment obtenue

l'UOCiïDÉs d'ktldk i-;r de mksluk i;n iiadioactivité. iii

avec le modèle ordinaire de l'électromètre Curie, en utilisant un fd de suspension de o""",f)>. de diamètre et de o"','|0 à o"',.'<> de longueur.

L'isolement par les supports doit être aussi parfait que possible pour les quadrants; il est moins important pour l'aiguille, si celle-ci est maintenue à potentiel constant et chargée au moyen d'une batterie pouvant débiter un faible courant. Les meilleurs isolants solides sont le soufre, l'ambre et l'ébonite, à l'état de grande propreté. Les deux premières substances ne sont' pas hygroscopiques et isolent même dans l'air humide ; l'ébonite n'isole bien c{ue dans l'air sec et nécessite l'emploi de desséchants, tels que l'acide sulfurique concentré, à l'intérieur de la cage de l'appareil. L'emploi d'une cage métallique reliée au sol est d'ailleurs nécessaire pour assurer la protection électrostatique de l'appareil; en même temps la cage protège l'équipage mobile contre l'action des courants d'air.

Pour maintenir l'aiguille à un potentiel constant, on la relie par l'intermédiaire du fd de suspension à l'un des pôles d'une pile d'un grand nombre d'éléments dont l'autre pôle est relié au sol; un potentiel de 5o à i oo volts est, en général, employé. Les batteries de petits éléments de pile que l'on construisait à cet effet sont maintenant avantageusement remplacées par des batteries de petits accumulateurs, qui servent aussi à produire dans les condensateurs de mesures la différence de potentiel nécessaire pour obtenir le courant de saturation ( ' ).

Les condensateurs employés dans les mesures de radioactivité peuvent avoir des formes différentes suivant l'usage aucjuel ils

(') Ces petits acciimulateurs occupent peu de place. Une batterie composée de 20 boites de 44 éléments chacune donne, quand tous les éléments sont en tension, une difTérence de potentiel d'environ 1800 volts, et occupe une armoire de i^jSo de hauteur, go'"" de largeur et 60"" de profondeur. Notre laboratoire pi.ssède plusieurs de ces batteries dont trois, associées en tension, peuvent fournir une tension de 54oo volts; elles ont été construites par iM. Bulaud et fonctionnent d'une manière très satisfaisante. Elles peuvent fournir un courant de 0,01 ampère et ont une capacité de i,5 ampère-heure par élément. Les conditions d'isolement doivent être très parfaites. Pour éviter les accidents qui peuvent se produire avec ces batteries à haute tension, il est utile d'interposer entre le pôle isolé et les appareils une grande lésislance telle qu'une colonne d'eau distillée contenue dans un tube en U.

sont destinés. Voici les formes les plus usuelles de ces appareils. Le condensateur représenté dans la figure 07 est destiné à la mesure de la radioactivité de substances solides. La substance est portée par le plateau B qui est relié à la batterie de charge, tandis (jue le plateau A est relié à l'électromètre. La pièce isolante qui soutient la tige à laquelle est fixé le plateau A est protégée par une

Electrométre

chambre indépendante de la cage qui protège l'ensemble des plateaux. Cette précaution a pour but de conserver l'isolement à l'abri de l'action de poussières radioactives.

Le condensateur représenté dans la figure 38 sert pour la mesure de courants dus à des émanations ou gaz radioactifs. Il se compose d'une boîte métallique B qui est reliée à la batterie de charge et à l'intérieur de laquelle plonge une électrode isolée A reliée à l'électromètre. Cette électrode traverse un bouchon isolant en ambre qui est tenu dans un tube métallique T relié au sol ; le tube T est luimême fixé dans une pièce isolante annulaire qui pénètre exactement dans une ouverture circulaire pratiquée dans la paroi supérieure de la boîte B et munie d'un rebord. Le rôle du tube T est d'empêcher qu'en vertu de la différence de potentiel qui existe entre la boîte B et l'électrode A, un courant de charge puisse s'établir entre ces deux électrodes, utilisant la conductibilité superficielle le long de la pièce isolante; ce tube fonctionne donc comme anneau de garde. L'emploi d'une telle pièce protectrice est indispensable dans tous les appareils dans lesquels l'électrode reliée à l'électromètre est séparée par des

PROCÉDÉS d'Étude et de mesure en radioactivité. xi 3

isolants solides d'une pièce métallique reliée au pôle isolé de la batterie de charge.

La boîte B est munie d'un ou deux robinets de__verre qui per-

Piik

mettent d'y faire le vide et d'y introduire des gaz. Les robinets et les pièces isolantes sont d'ailleurs fixés de telle manière que la

Sol

Fig. 39.

Clectroin e trt

Pile

fermeture est absolument étanche. La boîte B est entièrement contenue dans une boîte métallique extérieure D dont elle est isolée et qui est reliée au sol.

Le condensateur représenté dans la figure Sp est employé pour les mesures dans lesquelles on ne tient pas à utiliser le rayonnement total de la substance, mais seulement les rayons de pouvoir pénétrant plus grand (rayons [^ et y). Ce condensateur se compose d'une électrode A reliée à l'électromètre et ayant la forme d'un plateau, C— I. 8

I I/i rHAPITUE II.

et d'une électrode B ayant la forme d'un cylindre, placé ainsi que l'indique la figure et relié à la batterie. Le fond de ce cylindre est constitué par une lame d'aluminium mince L que traversent les rayons de la substance active placée en dessous à une distance variable de l'appareil. La boîte D reliée au sol assure la protection électrostatique. L'électrode A est portée par une tige qui traverse une pièce isolante fixée dans l'enveloppe D; l'emploi d'un anneau de garde n'est donc pas nécessaire. La lame d'aluminium L peut être remplacée par une toile métallique.

Pour établir les communications entre les diverses parties du système isolé, il est nécessaire d'employer des fils métalliques protégés au point de vue électrique par des enveloppes reliées au sol. Pour obtenir ce résultat, on dispose le fil suivant l'axe d'un tube métallique. Toutefois il est nécessaire de remplir l'espace entre le fil et le tube par un isolant solide tel que la paraffine ou l'ébonite. Il existe en effet entre le fil et l'enveloppe une force électromotrice de contact; si l'espace intermédiaire est rempli d'air, cet air possède toujours une certaine conductibilité très faible dans les conditions normales, mais plus importante dans les laboratoires de radioactivité, surtout au voisinage d'une substance radioactive pouvant émettre des rayons pénétrants. Il se produit alors entre le fil et l'enveloppe un courant électrique plus ou moins notable; ce courant est supprimé presque totalement quand on remplace l'air par un isolant solide. On peut se servir de tiges d'ébonite; le fil métallique qui doit servir pour établir une communication passe dans l'axe d'une telle tige, et celle-ci est exactement contenue dans un tube métallique qui doit être relié au sol. On peut aussi couler de la paraffine dans l'espace annulaire entre le tube et le fil central ; toutefois aux extrémités il est préférable d'employer l'ébonite ou l'ambre, car la surface de ces isolants se conserve plus facilement en bon état que celle de la paraffine.

Il est utile de disposer de clefs permettant de rompre le contact fie l'électromètre avec le sol sans donner lieu à une perturbation électrostatique. De telles clefs peuvent être adjointes à l'électromètre ou au quartz piézoélectrique. La meilleure forme du contact semble être réalisée par une pointe de platine qui vient toucher un petit plan également en platine. La clef peut être manœuvrée

PUOCEDES D ETUDE ET DE JlESUftE EX RADIOACTIVITÉ. Il5

soit à la main, soit au moyen d'un dispositif électromagnétique.

31. Plateaux étalons. — Dans les mesures de radioactivité on a coutume de se servir de plateaux radioactifs étalons. Ces plateaux sont destinés d'une part à contrôler par un moyen simple la sensibilité de l'appareil de mesures, d'autre part à servir comme terme de comparaison pour les mesures relatives. Ils peuvent aussi être employés pour réaliser la compensation du courant dans la méthode de zéro qui a été décrite plus haut. Ces plateaux étalons sont généralement établis avec de l'oxyde d'uranium, substance d'activité invariable qui a de plus l'avantage de ne pas donner lieu à une émission trop appréciable de rayons pénétrants.

On peut employer l'oxyde d'uranium vert U'O* ou l'oxyde noir U-0^; il est bon de les pulvériser très finement. On a avantage à munir d'un rebord très bas (o'""',5) le plateau métallique destiné à recevoir la substance. On réussit à obtenir celle-ci en couche homogène et adhérente, en délayant la poudre avec du chloroforme ou autre liquide organique volatil, en décantant la bouillie fine ne contenant pas de grains un peu gros, et en la versant sur le plateau; le liquide s'évapore et laisse la matière active à l'état de pellicule adhérente ( ' ). Il faut conserver avec soin dans une boîte fermée les disques étalons ainsi préparés.

Supposons que l'on mesure par la méthode du quartz piézoélectrique le courant obtenu avec un disque étalon à oxyde d'urane dans un condensateur déterminé, et que l'on emploie successivement pour cette mesure différentes lames de quartz étalonnées en valeur absolue. Soit q la quantité d'électricité dégagée par kilogramme en unités électrostatiques absolues, et p le nombre qui mesure en grammes par seconde la variation de traction à laquelle on doit soumettre la lame par unité de temps, pour que le courant qui en résulte compense exactement celui obtenu avec le disque étalon. En désignant ce dernier par i, on peut écrire

lOOO

(') Mac Coy, Phil. Mag., 1906.

Il6 CHAPITRE II.

Le courant i étant le même dans tous les cas, le produit pq doit avoir la même valeur pour toutes les lames; ce produit est indiqué dans la dernière colonne du Tableau suivant :

Numéros de la lame. rj. p. pq.

On voit qu'en général la concordance est bonne, et que, par suite, les mesures faites avec un disque étalon peuvent servir à étalonner des lames de quartz en fonction de l'une d'elles dont la constante est connue. Pour donner à cette comparaison toute la précision désirable, il faut la faire dans les mêmes conditions de température et de pression, si le condensateur qui contient le disque étalon n'a pas une fermeture complètement étanche, ainsi qu'il arrive le plus souvent.

32. Influence de la distance des électrodes, de la pression et de la température de l'air sur les résultats des mesures. — Quand on mesure le courant de saturation dû à une substance radioactive placée sur le plateau B d'un condensateur semblable à celui de la figure 3-, on constate que ce courant varie avec la distance des plateaux. Par exemple, si la substance étudiée est une couche d'oxyde d'urane étalée sur le plateau B sous épaisseur uniforme, le courant augmente avec la distance des plateaux, mais l'augmentation est de moins en moins rapide, et le courant atteint pratiquement une valeur limite quand la distance entre les plateaux devient égale à 4"" environ. On dit alors que le rayonnement de l'oxyde d'urane a été pratiquement absorbé par une couche d'air de 4"" d'épaisseur, de sorte qu'au delà de cette distance de la substance active l'air n'est pas ionisé notablement. Ainsi la distribution de l'ionisation en fonction de la distance à la substance active peut caractériser la manière dont les rayons émis par cette substance sont absorbés par l'air qu'ils ionisent. On constate d'ailleurs