Dosage du radium par la mesure de l'émanation dégagée

La théorie précédente permet d'établir un mode de dosage du radium par l'émanation qu'il dégage en un temps donné. Ce procédé de dosage a été proposé de divers côtés et a été effectivement utilisé dans différents laboratoires pour des travaux dont certains ont une grande importance, La méthode qui a été employée le plus souvent est celle qui consiste à chasser par ébullition l'émanation limite contenue dans une solution qui renferme du radium, et à transporter cette émanation dans un appareil de mesures. J'aî

CIIAPITKE VI.

tout spécialement étudié une méthode de dosage du radium par l'émanation qu'il dégage ('). Cette méthode, employée couramment au laboratoire de radioactivité de Paris depuis plusieurs années, s'est montrée d'un emploi très pratique et donne des résultats d'une très grande précision: c'est pourquoi elle sera décrite avec quelques détails. La méthode consiste à entraîner par un courant d'air à froid l'émanation dégagée par une petite quantité (quelques centimètres cubes) d'une dissolution contenant du radium.

Les deux formes d'appareils en verre (barboteurs) qu'on utilise pour y placer la dissolution, sont représentées dans la figure 6(i. Le barboteur a est fermé par un bouchon rodé que l'on enlève pour introduire la dissolution; il est muni d'un tube A qui est destiné à amener l'air au fond du vase et d'un tube de dégagement B; ces deux tubes sont à robinets. Le barboteur h n'a

Fis. 60.

ni rodage ni robinets. La solution est introduite par la tubulure C au moyen d'une pipette à pointe longue et fine; après introduction de la dissolution la tubulure C est fermée à la lampe ; le tube A sert pour l'arrivée de l'air, et le tube B est un tube de dégagement. Ces deux tubes sont étirés eu pointe fine, et ils restent fermés à la lampe pendant que l'émanation s'accumule, de sorte que l'appareil est alors rigoureusement clos et qu'aucune fuite d'émanation ne peut avoir lieu. Le barboteur a n'offre pas

(') M. CuRii;, Le RacliuDi, 1910.

la même sécurité, puisque sa fermeture comporte un rodage et deux robinets; il est toutefois d'un emploi plus pratique et sert pour l'usage courant, tandis que le barboteur b est employé pour des recherches de précision. Le volume total est, en général, de ao*"'"; mais on peut employer des barboteurs plus petits ou plus grands. On introduit dans le barboteur un petit volume de la solution proposée, de manière que le tube A plonge dans la dissolution sur quelques millimètres de longueur. L'appareil qui sert pour mesurer l'activité de l'émanation produite par la solution est un condensateur à gaz muni de deux robinets {fig. 38). Le transport de l'émanation contenue dans un barboteur de la forme a dans le condensateur de mesures se fait de la manière suivante : la tubulure B du barboteur est réunie par un tube de caoutchouc de petite longueur à l'une des tubulures du condensateur, dans lequel on a préalablement fait le vicie; le robinet A étant fermé, on établit la communication entre le barboteur et le condensateur; l'air chargé d'émanation contenu dans le barboteur est aspiré dans le condensateur dont le volume est environ 20 fois plus grand que celui du barboteur. La plus grande partie de l'émanation contenue dans le barboteur est extraite pendant cette opération. On ferme alors la communication avec le condensateur, on ouvre peu à peu le robinet A et on laisse rentrer dans le barboteur de l'air inactif qui, barbotant dans la solution, entraîne l'émanation qui est y contenue. Quand la pression atmosphérique est rétablie dans le barboteur, on fait une nouvelle aspiration en ouvrant le robinet du côté du condensateur pendant que le robinet A est fermé. Par une succession d'aspirations et de rentrées d'air on peut pratiquement enlever la totalité de l'émanation contenue dans le barboteur pour des temps d'accumulation supérieurs à cjuelques heures. Il est bon d'opérer toujours de la même manière; j'ai obtenu d'excellents résultats en produisant trois aspirations suivies de trois rentrées d'air, après quoi, le robinet A étant ouvert, on laissait rentrer dans le condensateur un courant d'air, traversant le barboteur sous pression atmosphérique, et ayant toujours à peu près la même vitesse réglée par une manœuvre du robinet du condensateur. Dans mes expériences l'ensemble des trois aspirations et des trois rentrées d'air demande 5 minutes; le courant d'air régulier passe ensuite pendant fo minutes. Le liquide se trouve

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alors après chaque opération dans un état parfaitement défini et ne garde qu'une quantité d'émanation négligeable par rapport à celle qui se forme en quelques heures. Les quantités d'émanation extraites à des intervalles de temps égaux sont très exactement égales pour des temps d'accumulation supérieurs à 4 heures.

Quand on emploie un barboteur de la forme b, l'ouverture des tubulures se fait en cassant leurs pointes dans les tubes de caoutchouc qui les relient au condensateur et au flacon laveur; les robinets qui servent pour la manœuvre sont alors celui du condensateur et celui du flacon laveur. Après l'opération on ferme à nouveau les pointes des tubulures à la lampe.

Quand l'opération est finie, la pression atmosphérique n'est pas encore rétablie dans le condensateur. On laisse celui-ci sous pression réduite et l'on attend que, par suite du développement de la radioactivité induite, le courant ait atteint la valeur maximum, qui peut être facilement mesurée avec une grande exactitude. Il y a avantage à rétablir la pression atmosphérique dans le condensateur seulement quelques minutes avant la mesure, parce que, si l'appareil n'était pas parfaitement étanche, la petite perte d'émanation qui pourrait en résulter se trouverait diminuée. On peut faire une mesure du courant de saturation entre 3 heures 3o minutes et 4 heures, à partir de l'aspiration de l'émanation. Il est bon de faire deux séries de mesures à une demi-heure d'intervalle.

La valeur du courant de saturation pour une même quantité d'émanation dépend des dimensions du condensateur et de la densité du gaz qui y est contenu ; ces conditions influent en effet sur la manière dont se trouvent utilisés les rayons émis par l'émanation et la radiaoctivité induite. Plus les dimensions du condensateur sont grandes et plus la densité du gaz est élevée, plus le courant est intense. Si les dimensions des condensateurs employés restent toujours les mêmes, il suffit de préciser l'influence de la densité du gaz et de ramener toutes les mesures à une densité considérée comme normale. La correction à appliquer, à cet effet, a été déterminée par l'expérience. Une certaine quantité d'émanation se trouvant dans un condensateur relié à un manomètre, et le courant ayant atteint sa valeur maximum, on

faisait la mesure du courant en augmentant par degrés la quantité d'air contenue dans le condensateur, de manière à avoir la valeur du courant pour une série de pressions comprenant la pression atmosphérique et s'en écartant dans les deux sens de la valeur de quelques centimètres de mercure. La courbe expérimentale ainsi obtenue a permis d'établir la correction due à la variation de pression de l'air atmosphérique; la correction due à la variation de la température ambiante a été déduite en admettant que la température n'intervient que pour modifier la densité de l'air. Avec les dimensions des condensateurs employés^ la formule de correction est la suivante :

£ représentant la correction à ajouter au courant mesuré i, pour le ramener à la valeur qu'il aurait eue, si l'air du condensateur avait été à la pression de -Go"^'^ de mercure et à la température de i5'', alors que la pression et la température de l'air au moment du remplissage final ont été effectivement p millimètres de mercure et t degrés. La correction peut atteindre 2 pour 1 00 de la valeur mesurée, et son emploi est utile pour des mesures précises.

Le condensateur qui a servi pour une mesure est ensuite purgé de l'émanation qu'il contient; pour cela on y fait le vide, et on laisse ensuite rentrer de l'air inactif séché et filtré. Quand cette opération a été répétée plusieurs fois, le condensateur est abandonné pendant une journée pour permiettre l'extinction de la radioactivité induite ; Il peut, après cela, resservir pour une nouvelle mesure. Toutefois, il peut conserver une petite activité que l'on doit faire intervenir comme correction aux mesures et qui doit être aussi faible que possible. L'expérience montre que les condensateurs de mêmes dimensions sont parfaitement interchangeables.

L'air chargé d'émanation qui pénètre dans le condensateur est très humide; l'interposition de tubes desséchants peut occasionner des erreurs telles que l'absorption de petites quantités d'émanation par ces matières. Cette interposition peut être évitée si l'on a soin de se servir d'ambre pour les pièces isolantes du condensateur; l'ambre conserve en effet dans l'air humide ses propriétés isolantes à un degré suffisant, pour que la mesure puisse se faire très exactement par une méthode de zéro; l'ébonite ne peut pas rendre le

même service. Après chaque opération il est bon de dessécher le condensateur.

Nous avons vu que la quantité d'émanation q accumulée pendant le temps t est donnée par la formule

q = lpf)\\ — e y/-

Si l'émanation n'éprouvait pas de destruction spontanée, la même quantité d'émanation q serait obtenue en un temps t,- que l'on peut nommer temps réduit et qui est tel que

Par suite

Le temps réduit augmente avec t et tend vers la valeur 0 quand t tend vers l'infini. Pratiquement la limite est atteinte avec une grande approximation pour t = îo jours.

La quantité

tr '

doit être constante pour un barboteur déterminé, contenant un poids fixe p de radium. Soit R la valeur de ce rapport. Pour deux barboteurs contenant des poids différents p et p' de radium, les rapports correspondants R et R' devront vérifier la relation

Il suffira donc de connaître la valeur du rapport R pour une solution contenant une quantité connue de radium, pour pouvoir doser par comparaison le radium contenu dans toute autre solution. Pour prouver que l'emploi de la méthode est légitime, il est nécessaire de s'assurer que le rapport R est indépendant du temps d'accumulation et qu'il est proportionnel à la teneur de la solution en radium.

Si la constante de temps h de l'émanation est connue, le temps réduit tr peut facilement être calculé pour une valeur quelconque du temps d'accumulation t. On peut, en particulier, construire

une Table qui fournit les valeurs de t,- correspondant à des valeurs de t croissantes par intervalles convenables. Une Table de ce genre est depuis plusieurs années d'usage courant dans mon laboratoire. On peut admettre que la valeur de h est très voisine de io3,2 heures [voir § o9). C'est ce nombre quia été adopté comme base pour la construction de la Table qui a été reproduite à la fin de ce Volume (Tableau B).

L'expérience prouve que le rapport R se montre très constant et peut être mesuré avec une grande précision pour des temps d'accumulation compris entre i") heures et 4'^ heures. Pour des temps d'accumulation de quelques heures seulement, la mesure est moins bien définie, en ce sens que le mode de prise d'émanation prend plus d'importance; aussi les résultats sont moins bons. Enfin pour des temps de quelques jours et davantage, R conserve approximativement la même valeur que pour un jour, mais les mesures sont moins concordantes, et la valeur trouvée pour R est le plus souvent trop faible, l'écart pouvant atteindre 5 pour loo environ.

Quand on emploie des barboteurs à robinets, toute valeur de R trop faible peut être attribuée à un défaut de fermeture, mais avec des barboteurs entièrement clos cette cause d'erreurs est supprimée. Il est possible que pour des temps d'accumulation longs il puisse se produire une occlusion partielle de l'émanation dans le verre. On peut aussi remarquer que. si l'on obtenait toujours

pour t = ?>o jours une valeur de — constante et inférieure à celle

que l'on obtient pour i = i jour, ce fait serait une indication pour penser que la valeur admise pour h est trop forte; en effet, si, par exemple, on modifie de o pour loo la valeur de 0, le temps réduit qui correspond à f = a; est modifié dans la même proportion, tandis que les temps réduits qui correspondent aux temps d'accumulation inférieurs à -i jours éprouvent une réduction inférieure à 1 pour loo. Les résultats obtenus avec des valeurs de t comprises entre 5 et 3o jours ne sont pas assez réguliers pour que l'on puisse s'en servir dans le but de fixer la valeur de la constante.

Voici, à titre d'exemple, quelques-unes des nombreuses séries de mesures effectuées :