V. Traubenberg . . . . 0,84 3 o
Mâche (') o,3i 20 o,23 -H 3 12,87
Hofmann o,23 .\o 0,17 20 9,55
Kofler 0,27 60 o.i35 40 8,i3
Température ordinaire.
Liquide. a.
Eau o,3o environ
Pétrole 9/JJ » Hofmann
Toluène 11,75 » »
Alcool 5,6 » Kofler
Eau de mer o,i65 » »
On voit que^ conformément à ce qui a lieu pour les autres gaz, le coefficient de solubilité de l'émanation dans un liquide décroît quand la température augmente. L'émanation est^ d'ailleurs^ beaucoup plus soluble dans les liquides organiques que dans l'eau, et à basse température le coefficient d'absorption pour ces liquides peut devenir très grand (a = (ij à — -9° pour le toluène).
L'émanation est moins soluble dans les solutions salines que dans l'eau, et d'autant moins que la concentration en sel est plus grande. D'après AL Kofler le coefficient obtenu avec les solutions équimoléculaires serait le même et égal à o , 1 6 pour une solution de concentration normale (NaCl, CuSO', KCl).
Pour les mélanges d'alcool et d'eau le coefficient de solubilité de
(') iMache, Acad. de Vienne, 1904.
258 (UiAPiTRi: VI.
l'éinaiiation du radium varie d'une manière continue avec la proportion relative des deux liquides.
La diffusion de l'émanation du radium dans l'eau a été étudiée par une méthode analogue à l'une de celles utilisées pour l'étude de la diffusion dans les gaz ( ' ). L'expérience consistait à faire absorber l'émanation en vase clos par un liquide contenu dans un vase cylindrique allongé. On pouvait prélever des portions du liquide à différentes hauteurs et mesurer l'activité de ce liquide dans un condensateur. La théorie de l'expérience est absolument analogue à celle qui a été établie pour la diffusion de l'émanation du thorium. La concentration de l'émanation n est exprimée en fonction de la profondeur de pénétration x dans le liquide par la formule suivante :
n^ étant la concentration de l'émanation à la surface du liquide, D le coefficient de diffusion de l'émanation au sein du liquide et a le coefficient de destruction de l'émanation.
On trouve, pour l'émanation du radium, t / — = i . (i pour l'eau et 0.-5 pour le toluène.
D'après cela on obtient dans le cas de l'eau
Le nombre trouvé par M. Stefan pour le coefficient de diffusion du gaz carbonique dans l'eau est i ,)() -. — ■; l'émanation se diffuse donc dans l'eau plus lentement que it gaz carbonique.
Gi. Absorption de l'émanation du radium par les solides. — Les
substances solides qui ont été activées en présence de sels radifères perdent, en général, leur activité suivant une loi caractéristique indépendante de la nature de la substance. P. Curie et M. Danne ont montré que, > heures après le début de la désactivation, l'activité décroît de moitié en une période d'environ ^B minutes. Ils
(') Wallstabe, Pliys. Zeit., 1900.
ont toutefois trouvé que pour certaines substances la décroissance est beaucoup plus lente ( ' ). Le phénomène est extrêmement manifeste avec le celluloïd et le caoutchouc. La paraffine et la cire le présentent à un degré moindre; il se fait déjà sentir avec l'alun et le plomb. Cet effet peut être attribué à l'absorption d'une certaine quantité d'émanation par les corps solides, surtout par ceux qui sont mous ou poreux. On constate d'ailleurs que le celluloïd^ qui a été activé pendant un temps long, émet ensuite de l'émanation pendant plusieurs jours; cependant il finit par se désactiver complètement.
L'expérience a montré que les tubes de porcelaine sont traversés à chaud^par l'émanation du radium ainsi que les tubes de fer. Le quartz à chaud n'est pas traversé. Le verre à froid absorbe très peu d'émanation, le cuivre en absorbe un peu plus et le plomb encore
Fig. 57.
davantage. Dans quelques expériences la quantité d'émanation absorbée par le verre, le cuivre et le plomb en vase clos était de l'ordre delà fraction 10"" de la quantité présente dans les ,vases employés. M. Rutherford a montré que le charbon de bois, et surtout le charbon de noix de coco, absorbe très énergiquement l'émanation
(') Curie et Danne, Comptes rendus, 1903.
^6o CHAI'ITRi; VI.
du radium à la température ordinaire ( ' ), mais qu'il la dégage ensuite quand il est chauffé au rouge. La proportion de l'émanation non absorbée par le charbon croît régulièrement avec la température; la loi d'accroissement est représentée dans la figure 5-. L'absorption est sensiblement complète à i 5"^ elle devient pratiquement nulle à 4oo" pour la quantité d'émanation employée (-). Quand on emploie de grandes quantités d'émanation^ l'absorption n'est plus complète à la température ordinaire; il semble se produire une espèce de saturation.
L'écume de mer^ la mousse de platine^ le noir de platine^ absorbent facilement l'émanation du radium, ainsi que cela a lieu pour le charbon^ et le pouvoir absorbant semble dépendre de l'état physique de la substance^ en particulier de l'état de sa surface (^).
65. Condensation des^ émanations. — MM. Rutherford et Soddy ont découvert ce fait important que les émanations radioactives se condensent par l'action du froid comme des gaz liquéfiables à très basse température ( ' ). Quand on fait passer lentement de l'air chargé d'émanation du radium dans un long tube étroit ^ enroulé en spirale et plongeant dans de l'air liquide, l'émanation se condense dans le tube, et l'on peut conduire l'expérience de telle manière, que l'on ne constate pas du tout la présence d'émanation dans le gaz qui s'échappe du serpentin. Si ensuite on laisse le serpentin se réchauffer, l'émanation passe de l'état condensé à l'état gazeux et peut à nouveau être entraînée par un courant d'air.
On peut mettre en évidence d'une manière très frappante la condensation de l'émanation du radium, en utilisant l'action de cette émanation sur le sulfure de zinc phosphorescent. Pour cela on peut employer le dispositif représenté dans la figure 5S.
Une solution de sel de radium est placée en A dans un réservoir en verre, qui communique par un tube avec deux autres réservoirs en verre B et C. dont la paroi est recouverte de sulfure de zinc phosphorescent. Le robinet R étant fermé, on fait le vide dans les réser-
(') Rutherford, Nature, 1907.
(^) Henriot, Le Radium, 1908.
(^) Labordk, Comptes rendus, 1909.
(^) FiuTiiERFORD et SoDDY, PhH. Mag.^ 1903.
voirs B et C ; si ensuite on ouvre le robinet R, l'air chargé d'émanation qui se trouvait dans le réservoir A se répand dans les réservoirs B et C et les rend lumineux. On ferme alors le robinet R et l'on plonge le réservoir C dans l'air liquide. Au bout d'une heure, on constate que le réservoir B a perdu sa luminosité, tandis que le réservoir C est encore lumineux; l'émanation a, en effet, quitté le réservoir B
Fis. 58.
et est venue se condenser en C dans la partie refroidie ; cependant le réservoir C n'est pas très lumineux, parce que la phophorescence du sulfure de zinc est plus faible à la température de l'air liquide qu'à la température ambiante. On ferme ensuite le robinet R", ce qui interrompt la communication entre les deux réservoirs B et C, on retire le réservoir C du vase D contenant de l'air liquide, et on le laisse revenir à la température ambiante. Le réservoir C est alors vivement illuminé tandis que le réservoir B est toujours obscur; l'émanation, qui au début de l'expérience était répandue dans les deux réservoirs, se trouve, en effet, tout entière maintenant dans le réservoir C. Dans cette expérience la condensation de l'émanation se fait d'autant] plus rapidement que la pression du gaz est plus faible, la diffusion de l'émanation du réservoir B vers le
iQi CHAPITRE VI.
réservoir C se trouvant facilitée quand la pression est réduite. On peut aussi remarquer que le réservoir B peut conserver encore une certaine luminosité alors que l'émanation est déjà entièrement contenue dans le réservoir C; en effet, ce réservoir, ayant acquis une certaine radioactivité induite en présence de l'émanation, ne se désactive que progressivement quand l'émanation l'a quitté, et la disparition complète de la radioactivité induite demande quelques heures.
MM. Rutherford et Soddy ont déterminé la température de condensation de l'émanation du radium de la manière suivante : Un lent courant gazeux de vitesse constante pouvait être envoyé dans une spirale de cuivre ayant 6^ de longueur et plongeant dans un bain d'éthylène liquide (fig. 5g). L'éthylène était constamment agité et l'on pouvait abaisser sa température en entou-
Fig. 59.
Flectrvmètre
rant d'air liquide le vase qui le contenait. La température de la spiraleT était déterminée par sa résistance électrique qui s'est montrée approximativement proportionnelle à sa température absolue. Des essais préliminaires ont été faits à ce sujet : on faisait passer dans la spirale un courant d'intensité connue, et l'on mesurait la différence de potentiel entre les deux extrémités. Cette détermination a été faite à 0°, à la température d'ébullition de l'éthylène liquide — io3o,5, à la température de solidification de l'éthylène — l'iç)". et à la température de l'air liquide que l'on évaluait à l'aide des Tables de Baly d'après la proportion d'oxygène. La courbe qui donnait la résistance de la spirale en fonction de la
GAZ RADIOACTIFS 01' KMANATIONS. 2B3
température était entre 0° et — nja^ une ligne approximativement droite passant par le zéro absolu.
Voici en quoi consistait l'expérience. Le gaz contenant l'émanation du radium passait dans la spirale refroidie au-dessous de la température de la condensation. L'émanation ayant été condensée, on envoyait dans- la spirale un courant d'oxygène ou d'hydrogène et on laissait monter la température. Le gaz qui passait dans la spirale pénétrait ensuite dans un condensateur cylindrique où son activité était mesurée. Cette activité était nulle tant que la température de la spirale était suffisamment basse; mais, la température augmentant, on observait à un moment donné la production d'un courant dans le condensateur; ce courant augmentait très rapidement à mesure que la température montait, et atteignait une valeur maximum. Voici par exemple les résultats obtenus avec un courant d'hydrogène correspondant à un débit de 1 '■"'', 38 par seconde :
tensilé
du courant dans
Température.
le
condensateur.
Ces nombres indiquent que l'émanation condensée se volatilise complètement dans un intervalle de température très restreint.
Le Tableau suivant renferme les résultats obtenus avec des débits variés d'oxygène ou d'hydrogène. On a désigné par T, la température à laqvielle commence la volatilisation, et par T^ la température à laquelle la moitié de l'effet maximum a été obtenue.
Débi
t gazeux.
Hydrogène
cm 3
sec
Oxygène..
Quand le courant de gaz n'est pas trop rapide, les résultats
264 cnAPiTni: vr.
obtenus sont concordants; mais pour la vitesse qui correspondait à un débit de 2,3 cm' : sec, la température de volatilisation était bien plus basse, ce qui s'explique en admettant que, le régime de température ne pouvant pas s'établir en ce cas entre le gaz et le métal, la paroi interne de la spirale était à une température plus élevée que sa masse. MM. Rutherford et Soddy ont conclu que la température de condensation de l'émanation du radium est voisine de — iSa^, et qu'elle est très nettement définie.
Les expériences relatives à la condensation de l'émanation du thorium ont été faites d'une manière un peu différente. Un courant gazeux de vitesse constante passait sur de l'oxyde de thorium, puis dans la spirale refroidie à la température de l'air liquide, et enfin dans le condensateur démesures. L'émanation était condensée dans la spirale, et aucun courant n'était observé dans le condensateur. On enlevait alors le bain d'air liquide, on laissait la température monter lentement, et l'on mesurait l'ionisation obtenue dans le condensateur pour diverses températures de la spirale; cette ionisation peut caractériser la quantité d'émanation entraînée dans le condensateur.
Voici la température à laquelle on commençait à avoir une ionisation mesurable, c'est-à-dire à laquelle une petite quantité d'émanation échappait à la condensation :
Courant de gaz par seconde. Température,
cm' 0
Hydrogène 0,71 — 155
» 1 ,38 — ôg
Oxygène o,58 — 155
La condensation de l'émanation du thorium s'étend sur un intervalle de température beaucoup plus grand que cela n'a lieu pour l'émanation du radium. Une température de — 1 5u^ est nécessaire pour assurer la condensation presque complète, mais il faut que la température s'élève à — i 20° pour que l'on n'observe plus de condensation. La figure (io représente la proportion de l'émanation non condensée en fonction de la température pour un courant de gaz oxygène de débit égal à i , 3<S cm-' : sec.
Dans d'autres expériences MM. Rutherford et Soddy introduisaient dans la spirale froide une quantité d'émanation déterminée.
contenue dans un gaz; la proportion d'émanation qui était restée non condensée à une température déterminée, était évaluée en extrayant rapidement cette émanation au moyen d'une pompe, et en la transportant dans l'appareil de mesures. La température de condensation ainsi trouvée pour l'émanation du radium s'est montrée bien définie et voisine de — i So^, conformément aux résultats obtenus par la méthode du courant d'air. Pour l'éma-
ie 30
Fiff. 60.
-120 -130 -m Température
nation du thorium la condensation commence à — 1 20° et s'étend sur un intervalle de température de trente degrés environ. La proportion d'émanation condensée à une température donnée dépend de la pression et de la nature du gaz, de la concentration de l'émanation et du temps pendant lequel elle a séjourné dans la spirale; cette proportion est plus forte dans l'hydrogène que dans l'oxygène, elle augmente quand la pression du gaz diminue et quand l'émanation reste plus longtemps dans la spirale.
M. Rutherford a supposé que la vraie température de condensation de l'émanation du radium est vers — 1 5o°, tandis que celle de l'émanation du thorium est vers — 1 20°, mais que la condensation de l'émanation du thorium ne peut se faire aussi brusquement que celle de l'émanation du radium, parce que de ces deux émanations la première est beaucoup plus diluée dans le gaz qui la contient
que la deuxième, et que, par suite, les particules étant relativement plus écartées, leur agglomération se produit plus difficilement. Cette agglomération est d'ailleurs facilitée par toutes les conditions qui favorisent la diffusion, et c'est ainsi que s'explique l'influence de la nature et de la pression du gaz sur le phénomène.
Il est certain que les conditions dans lesquelles s'effectue la diffusion jouent un rôle important en ce qui concerne la rapidité de la condensation à une température déterminée, et que, par suit-e, le phénomène que l'on observe dépend de causes multiples* Toutefois on peut remarquer que, même indépendamment de ces causes, on ne voit aucune raison pour qu'il existe une température vraie de condensation.
Si les émanations condensées pouvaient être assimilées à des gaz liquéfiés^ possédant à une température déterminée une pression de vapeur saturante, la température de condensation dépendrait nécessairement de la quantité d'émanation contenue dans un volume d'air déterminé, et un courant de gaz passant sur l'émanation condensée entraînerait à toute température une quantité d'émanation sensiblement proportionnelle à la pression de vapeur saturante qui correspond à cette température. La courbe qu i donne la proportion d'émanation condensée en fonction de la température de la spirale dans les expériences de MM. Rutherford et Soddy devrait en ce cas présenter quelque analogie avec la courbe qui représente la variation de la pression de vapeur saturante d'un fluide en fonction de la température. On observerait donc un accroissement progressif plus ou moins rapide, mais il n'y aurait pas lieu de s'attendre à observer un effet brusque.
On a vu qu'avec l'émanation du thorium le phénomène est progressif; avec celle du radium il semble assez brusque ; cependant M. Rutherford a observé qu'en opérant avec de grandes quantités de cette émanation, on peut constater son entraînement par un courant d'air déjà à — 1:">.')0, alors que la volatilisation complète n'a lieu qu'à — 102°. De plus P. Curie et M. Dewar, ainsi que M. Ramsay et M, Rutherford^ ont constaté dans diverses expériences, que si une quantité relativement grande d'émanation du radium est condensée à la température de l'air liquide, dans un récipient qui communique avec une trompe à mercure, l'émanation est constamment entraînée dans une certaine iï>«*sure à cette tem-
pérature si basse, tant que l'on continue à faire fonctionner la trompe. On observe donc à certains points de vue des phénomènes analogues à ceux qui auraient lieu pour un gaz liquéfié, mais, d'autre part, la température de condensation de l'émanation du radium ne semble pas dépendre notablement de la concentration. Il est d'ailleurs certain que dans les expériences de condensation l'émanation n'était pas présente en quantité suffisante pour qu'une véritable liquéfaction ait pu se produire, la pression de la vapeur étant devenue saturante. On peut aussi rappeler que, même pour les gaz pour lesquels cette condition est remplie, la condensation n'a pas toujours lieu à la même température. Au sein du gaz il se produit, en général, par abaissement de température, une sursaturation, à moins que le gaz ne contienne des centres de condensation qui peuvent être des poussières.
On peut penser avec plus de vraisemblance que la condensation des émanations très diluées à basse température présente plutôt une analogie avec l'absorption des gaz par les parois solides froides. On sait que ce phénomène est électif, c'est-à-dire que certaines matières absorbent plus ou moins facilement certains gaz. C'est ainsi que le charbon de bois absorbe très facilement à la température de l'air liquide les gaz communs de l'air et l'argon, mais le néon et l'hélium ne sont pas absorbés. On a vu plus haut que le charbon absorbe l'émanation très énergiquement à la température ordinaire. Dans les mêmes conditions les parois de verre, de plomb, de cuivre absorbent cette émanation très faiblement et à un degré inégal, tandis que le celluloïd et le caoutchouc l'absorbent en plus forte proportion.
Si la condensation des émanations à basse température est assimilable à une absorption exercée par la paroi solide, cette absorption est probablement élective, et l'on devrait s'attendre à trouver que^ d'une part^ la proportion de l'émanation non condensée dans des conditions déterminées croît régulièrement avec la température, et que, d'autre part, cette proportion dépend de la nature de la paroi sur laquelle se produit la condensation. L'allure générale du phénomène est conforme à cette manière de voir; la marche de la condensation est tout à fait progressive pour l'émanation du thorium et aussi pour celle de l'actinium; pour l'émanation du radium la condensation se fait plus brusquement.
On constate d'ailleurs qu'il est extrêmement difficile de condenser de très grandes quantités d'émanation du radium mélangée à l'air. Si, par exemple, on fait circuler, dans un serpentin plongé dans l'air liquide, un courant d'air contenant de l'émanation à l'état relativement très concentré, on remarque que l'émanation se condense à l'entrée du serpentin, et qu'une forte proportion échappe à la condensation. Il semble donc qu'en ce cas il se produit comme pour le charbon une saturation de la paroi. Peut-être aussi le phénomène est-il dû à ce fait que le gaz qui entraîne l'émanation non condensée a été privé de centres de condensation pouvant faciliter le phénomène.
Le rôle de la paroi dans les phénomènes de condensation est encore peu connu. Des expériences récentes de M. Laborde ( ' ) semblent prouver que la température de condensation de l'émanation du radium^ déterminée par la méthode de M. Rutherford, n'est pas la même pour les serpentins métalliques et les serpentins de verre, la température de condensation dans ces derniers étant comprise entre — 1-7° et — i -(f, tandis qu'avec les serpentins métalliques (cuivre, fer, étain, argent) on obtenait des températures de condensation comprises entre — 1 53*^ et — i 55°.
On verra plus loin que l'émanation du radium a pu effectivement être liquéfiée lorsqu'elle se trouvait dans des conditions de concentration comparables à celles pour lesquelles on observe la liquéfaction des gaz ordinaires. Il est probable que le phénomène de condensation des émanations diluées à basse température et le phénomène de liquéfaction sont distincts.
M. Goldstein a observé la condensation de l'émanation de l'actinium dans les conditions suivantes : un réservoir dont la paroi est recouverte de sulfure de zinc phosphorescent et qui plonge dans l'air liquide, communique par un tube coudé avec un réservoir où se trouve l'actinium; le vide est fait dans l'appareil. On constate dans ces conditions que l'émanation de l'actinium rend lumineux le sulfure de zinc, et que la luminosité est limitée par un anneau situé au-dessus du niveau de l'air liquide.
La condensation de l'émanation de l'actinium aux basses tem-
(' ) Laiîordk, Comptes rendus, 1909.
pératures a été étudiée par M. Henriot ( ' ) de la manière suivante : l'émanation dégagée par un sel d'actinium très actif se diffuse dans un bon vide au travers d'un faisceau de tubes métalliques très étroits et recourbés en U. Elle est observée à la sortie de ces tubes au moyen des scintillations qu'elle produit sur un écran au sulfure de zinc, et que l'on examine à l'aide d'un petit microscope. Le faisceau de tubes plonge dans un bain constitué par un mélange d'air liquide et d'éther de pétrole. On laisse la température monter graduellement, et l'on observe l'aspect des scintillations en ouvrant pour un instant un robinet qui établit la communication entre l'actinium et l'écran. On constate que la proportion de l'émanation non condensée augmente très rapidement vers — 143°. et continue ensuite à augmenter jusque vers — 100°.
Dans d'autres expériences on faisait varier la température du sel d'actinium contenu dans une petite boîte en laiton. L'éma-
Fig. 61.
"aj
-100= -60° Tempérahre
nation qui se dégageait du sel était enlevée de temps en temps par un brusque courant d'air, entraînée dans un condensateur à gaz et mesurée par une méthode appropriée. On constate que l'arrivée d'émanation peut être observée quand la température
(') Henriot, Le Radium, iyo8.
du sel atteint — 1 4o°j que la quantité d'émanation entraînée augmente ensuite rapidement mais progressivement avec la température jusqu'à la température de i ao^, et doit encore croître au delà de celle-ci [fig. 6i),
Quand on laisse séjourner l'émanation de l'actinium pendant un temps déterminé dans un serpentin qui plonge dans un bain réfrigérant, la proportion de l'émanation non condensée croît régulièrement avec la température. Le phénomène de condensation est étalé svir un grand intervalle de température, et cela d'autant plus que la pression est plus forte ( ' ). Le même phénomène est observé pour l'émanation du thorium. La condensation sensiblement complète est obtenue pour les émanations de l'actinium et du thorium à des températures très voisines.
66. Propriétés chimiques des émanations. — Diverses expériences ont été effectuées par MM. Rutherford et Soddy ( - ) pour voir si les émanations présentent au point de vue chimique quelque analogie avec les gaz connus. L'expérience a montré que les émanations peuvent passer au travers de solutions acides sans être fortement absorbées. L'émanation du thorium peut passer sans altération dans un tube de platine chauffé aussi fort que possible, et cela même quand ce tube est rempli de noir de platine. Dans d'autres expériences l'émanation du thorium était entraînée dans un tube de verre contenant du chromate de plomb chauffé au rouge, ou bien elle passait avec un courant d'hydrogène dans de la poudre de magnésium chauffée au rouge ou dans du noir de palladium au rouge également ; enfin on l'envoyait avec un courant de gaz carbonique dans de la poudre de zinc au rouge. Dans aucun cas on n'a observé d'autre modification de l'émanation du thorium que sa décroissance ordinaire.
On peut faire l'expérience suivante : l'émanation émise par l'oxyde de thorium est entraînée par un courant de gaz carbonique; on mélange de l'air au courant de gaz carbonique actif et l'on fait passer le mélange dans un tube qui contient de la soude; l'émanation n'est pas absorbée par la soude, mais reste avec l'air et, si
(') KiNosiiiTA, Phil. Mag.^ 1908.
(-) UuTiiERFOiiD et Soddy, Pliil. Mag.^ 1902.
on' l'envoie dans un condensateur de mesures, on constate que son activité est la même que dans le cas où le courant de gaz carbonique est remplacé par un courant d'air de même vitesse» le dispositif expérimental restant d'ailleurs le même. Cette expérience prouve que l'activité du gaz qui a passé sur l'oxyde de thorium ne doit pas être considérée comme une sorte de modification peu profonde de ce même gaz ou comme une activité temporaire appartenant à ce gaz, mais bien comme la propriété d'un agent qui se trouve dans le gaz à l'état de mélange.
L'émanation du radium se comporte comme celle du thorium; elle ne se montre pas sensible à l'action des réactifs chimiques variés très énergiques dont il vient d'être question.
MM. Ramsay et Soddy ( ' ) ont fait passer pendant plusieurs heures des étincelles électriques au travers de l'oxygène contenant de l'émanation du radium et mis en présence d'alcali; l'oxygène était ensuite absorbé par le phosphore. L'émanation restait inaltérée dans l'appareil; en introduisant de l'air dans celui-ci, on pouvait transporter le mélange dans un condensateur de mesures et vérifier que l'activité n'avait éprouvé aucune variation anormale.
En se basant sur les résultats des essais qui viennent d'être décrits, on peut considérer les émanations radioactives comme des gaz qui n'ont pas d'afTinités chimiques, et les assimiler aux gaz^ dits inertes, de la famille de l'argon. On peut, en même temps, admettre, en poursuivant cette analogie, que les émanations radioactives ont une molécule monoatomique.
67. Rayonnement et charge des émanations. — Les trois émanations émettent un rayonnement ionisant. Ce rayonnement ne comprend pas de rayons pénétrants; il est entièrement composé de rayons absorbables, du genre a. Nous avons vu comment ce fait a été mis en évidence pour l'émanation du radium par les expériences de P. Curie (§ 59). Pour l'émanation du thorium le dispositif suivant peut être employé : un courant d'air qui passe sur la substance active entraîne l'émanation dans la boîte B {fig. 62) dont le couvercle contient une fenêtre fermée par une lame mince d'aluminium ou de mica. On mesure l'ionisation
(') Ramsay et Soddy, Proc. Roy. Soc, 1903.
■r]i CHAPITRE vr.
de l'air dans l'espace compris entre le couvercle de la boîte B et le plateau A qui forment condensateur. Ou constate qu'au début de l'expérience le rayonnement est complètement arrêté par une épaisseur de mica de o"", ooi 5, suivie d'une épaisseur d'aluminium de,o"",ooi3 (' ), Mais peu à peu la boîte B commence à acquérir la radioactivité induite, et en même temps des rayons plus pénétrants font leur apparition ; ces rayons ne sont donc pas dus directement à l'émanation.
Le même dispositif peut être utilisé avec l'émanation de l'actinium. Là aussi on n'a que des rayons absorbables au début de
Fis. 60.
l'expérience, mais les rayons pénétrants apparaissent beaucoup plus rapidement que dans le cas de l'émanation du thorium. Ce fait est en relation avec le développement plus rapide de la radioactivité induite.
Les émanations ne portent pas de charge électrique. P. Curie d'une part, M. Rutherford d'autre part, ont observé que la vitesse de diffusion des émanations du radium et du thorium n'est pas altérée par l'existence d'un champ électrique normal à la direction de la diffusion. M, Rutherford faisait passer un courant d'air chargé d'émanation du thorium dans un condensateur cylindrique de grande longueur, formé par un tube métallique muni d'une électrode cylindrique coaxiale. En établissant une différence de potentiel entre le tube et l'électrode, on pouvait produire un champ électrique radial normal à la direction du mouvement de l'émanation. On n'a pu constater aucune influence d'un tel champ électrique sur le mouvement de l'émanation, et il résulte de ces expériences que, pour un champ moyen de 1 volt par centimètre, la vitesse de déplacement de l'émanation dans la direc-
(') Rutherford, Phil. Mag., 1905.
lion de ce champ est certainement inférieure à i o ' ^ cm par seconde ; la mobilité d'une particule d'émanation ne serait donc qu'une très petite fraction de celle d'un ion gazeux dont l'ordre de grandeur est \''"',.) par seconde, tandis que le coefficient de diffusion dans l'air est, au contraire, plus grand (0,1 environ pour les émanations, o,o3 en moyenne pour un ion gazeux). Il en résulte que le rapport de la charge e' que pourrait avoir une particule d'émanation à la charge élémentaire e est tel que
e' icr^' o,n3 e'
— < z ou — < i X IQ-''.
Il est probable^ d'après cela^ que l'émanation du thorium n'est pas chargée.
M. Me Clelland a fait une expérience directe qui consiste à introduire brusquement l'émanation du radium dans un condensateur à gaz employé comme cylindre de Faraday, la boîte qui forme l'armature extérieure du condensateur étant réunie à l'électromètre. Aucune déviation de l'électromètre n'a pu être constatée par suite de l'introduction de l'émanation ( ' ). Les expériences de ce genre présentent cette difficulté que l'isolement du cylindre de Faraday est rendu défectueux par l'action des rayons pénétrants qui traversent le métal et rendent conducteur l'air qui l'entoure; il en résulte qu'une charge faible peut passer inaperçue.
08. Production et dégagement des émanations. — Les émanations radioactives sont produites et dégagées par les composés solides ou les solutions de radium, de thorium ou d'actinium, et ce dégagement est en relation étroite avec l'activité des produits qui lui donnent naissance.
M. Giesel a le premier attiré l'attention sur ce fait qu'un sel solide de radium, qui vient d'être préparé à partir d'une dissolution, n'a pas tout d'abord vme activité constante (-); son activité va en augmentant à partir de la préparation et atteint une valeur limite sensiblement invariable au bout d'un mois environ. Le contraire a lieu pour la solution. Quand on vient de la préparer, elle est d'abord très active, mais laissée à l'air libre
(') iMc Clellaxd, l'kys. Zeit., 1904.
(-) Giesel, Wied. A/m., t. LXIX, p. 91.
ajl CHAPITRE VI.
elle se désactive rapidement, et prend finalement une activité limite qui peut être considérablement plus faible que la valeur initiale. Ces variations d'activité s'expliquent fort bien en se plaçant au point de vue de l'émanation. La diminution de l'activité de la solution correspond principalement à la perte de l'émanation qui s'échappe dans l'espace; cette baisse est bien moindre si la dissolution est en tube scellé. Une solution désactivée à l'air libre reprend une activité plus grande quand on l'enferme en tube scellé. La période de l'accroissement de l'activité du sel qui, après dissolution, vient d'être ramené à l'état solide, est celle pendant laquelle l'émanation s'emmagasine à nouveau dans le radium solide.
Voici quelques expériences à ce sujet :
Une solution de chlorure de baryum radifère est enfermée en vase clos; on ouvre le vase, on verse la solution dans une cuve et l'on mesure l'activité :
Activité mesurée immédiatement tij
» au bout de 2 Iieuro. . . . . ^.o » » 2 jours 0,'2 )
Cette solution^ laissée à l'air libre pendant ■^ jours, est donc devenue environ 3oo fois moins active.
Une solution de chlorure de baryum radifère qui est restée à l'air libre est enfermée dans une tube de verre scellé, et l'on mesure le rayonnement de ce tube. On trouve les résultats suiv^ants :
Activité mesurée immédiatement 27
» après 2 jours. 61
» » 3 jours 70
» » 4 jom's ^i
» ,') 7 jours 100
» >> I I jours 100
n L'activité initiale d'un sel radifère solide après sa préparation peut dépendre du temps pendant lequel le sel est resté dissous si ce temps est court. Le sel solide contient en effet une certaine quantité d'émanation qui est accompagnée de radioactivité induite ; quand on dissout le sel et qu'on laisse la dissolution pendant i jour ou davantage dans des conditions où l'émanation s'échappe facilement, la radioactivité induite s'éteint progressivement; si alors on évapore rapidement la dissolution, le sel
G.VZ RADUnCTIFS OU É.MANATIONS. 273
sec obtenu ne contient d'abord sensiblement ni de l'émanation ni de la radioactivité induite; ce sel possède alors V activité totale minimum qu'il soit susceptible de manifester dans des conditions de mesures déterminées. Si, au contraire, un sel solide préparé depuis longtemps est soumis à une dissolution et à une dessiccation immédiate, l'émanation qui était contenue dans le sel est chassée, mais la radioactivité induite reste avec le sel dont l'activité initiale se trouve par ce fait augmentée. Toutefois, en ce cas, le sel éprouve une baisse d'activité pendant les premières heures qui suivent sa dessiccation; cette baisse est due à la destruction de la radioactivité induite qui a lieu rapidement, tandis que l'accumulation de l'émanation demande un temps beaucoup plus long. On observera toujours aussi un excès d'activité initiale du sel sur son activité minimum, quand le sel est obtenu par évaporation rapide d'une dissolution qui était conservée en vase clos et qui, par conséquent, contenait de l'émanation et de la radioactivité induite.
Voici les valeurs des activités initiales obtenues avec un chlorure dont l'activité limite était 800 et que l'on maintenait en dissolution pendant un temps donné; puis on séchait le sel et l'on mesurait son activité immédiatement :
Activité limite 800
Activité initiale après dissolution et dessiccalion immédiate. 44o
Activité initiale après que le sel est resté dissous 5 jours. . . 120
» » . iS jours. . . i3o
» » 02 jours. . . 114
Dans cette expérience le sel dissous se trouvait dans un \'^se simplement couvert d'un verre de montre.
Deux dissolutions faites avec le même sel ont été conservées en tube scellé pendant plusieurs mois; l'une de ces dissolutions était 8 fois plus concentrée que l'autre. Après dessiccation rapide l'activité du sel de la solution concentrée était deux fois plus grande que l'activité du sel de la solution plus étendue. Mais, un jour après, les deux échantillons de sel avaient la même activité, et l'accroissement d'activité se continua exactement de la même façon pour tous les deux jusqu'à la limite. La différence des activités initiales était due à un excès de radioactivité induite dans la dissolution qui, ayant le volume le plus petit, a pu être évaporée plus rapidement.
o-fi
Il est utile de se rendre compte des détails qui viennent d'être indiqués afin de pouvoir les prendre en considération pour la comparaison de l'activité des sels radifères.
Les Tableaux suivants indiquent comment augmente l'activité d'un sel radifère solide, à partir du moment où ce sel est séché après dissolution jusqu'au moment où il atteint son activité limite ( ' ) ; dans ces Tableaux on a désigné par I l'intensité du rayonnement, l'intensité limite étant supposée égale à i oo, et le temps étant compté à partir du moment où le produit a été séché. Le Tableau I {fig. ().;>, courbe I) est relatif au rayonnement
Fig. G3.
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3o Ao
total: le Tableau II {fig. ()>, courbe II) est relatif seulement aux rayons pénétrants (rayons qui ont traversé o"" d'air et o""",oi d'aluminium). '
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Temps.
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