PARIS, GAUTHIER-VILLAHS, IMPRIMEUR-LIBRAIRE

DU B L' H E A U DES LONGITUDES, DE L ' lî C O L E POLYTECHNIQUE, Quai des Grands-Augustins, 55.

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TRAITÉ

DE

RADIOACTIVITÉ.

NATURE DES RAOIATIONS.

99. Procédés d'étude du rayonnement. — Pour étudier le rayonnement émis par les substances radioactives, on peut se servir de l'une quelconque des propriétés de ce rayonnement. On peut donc utiliser la méthode radiographique^ la méthode électrique et la méthode fluoroscopique {voir § ^3). Les deux premières ont été employées dès le début pour l'étude des rayons uraniques; la méthode fluoroscopique ne peut s'appliquer qu'aux substances nouvelles^ fortement radioactives^ car les substances faiblement radioactives^ telles cjue l'uranium et le thorium^ ne produisent pas de fluorescence appréciable. La méthode électrique est la seule qui comporte des mesures d'intensité précises; les deux autres sont surtout propres à donner à ce point de vue des résultats qualitatifs et ne peuvent fournir que des mesures d'intensité grossières. Les résultats obtenus avec les trois méthodes considérées ne sont jamais que très grossièrement comparables entre eux et peuvent ne pas être comparables du tout. La plaque sensible^ le gaz qui s'ionise, l'écran fluorescent sont autant de récepteurs auxquels on demande d'absorber l'énergie du rayonnement et de la transformer en un autre mode d'énergie : énergie chimique, énergie ionique ou énergie lumineuse. Chaque récepteur C. - II. I

absorbe une fraction du rayonnement qui dépend essentiellement de sa nature et de celle des rayons utilisés.

Enfin, il n'est ni évident, ni même probable, que l'énergie absorbée soit entièrement transformée par le récepteur en la forme que nous désirons observer; une partie de cette énergie peut se trouver transformée en chaleur, en émission de rayonnements secondaires qui, suivant le cas, seront ou ne seront pas utilisés pour la production du phénomène observé, en action chimique différente de celle que l'on observe, etc., et, là encore, l'efPet utile du i-écepteur, pour le but que nous nous proposons, dépend essentiellement de la nature de ce récepteur et de celle des rayons. C'est ainsi que les rayons 7. sont les plus actifs au point de vue ionisant, tandis que l'effet radiographique de l'uranium et du radium dans les conditions expérimentales ordinaires est dû aux rayons ,3.

Comparons deux échantillons radioactifs dont l'un contient du radium et l'autre du polonium, et qui sont également actifs dans l'appareil à plateaux {fig. •>-). Si l'on recouvre chacun d'eux d'une feuille mince d'aluminium, le second paraîtra considérablement moins actif que le premier, et il en sera de même si on les place sous le même écran fluorescent, quand ce dernier est assez épais, ou qu'il est placé à une certaine distance des deux substances radioactives.

100. Énergie du rayonnement. — Quelle que soit la méthode de recherches employée, on trouve toujours que l'énergie du rayonnement des substances radioactives nouvelles est considérablement plus grande que celle de l'uranium et du thorium. C'est ainsi que, à petite distance, une plaque photographique est impressionnée, pour ainsi dire, instantanément, par une très petite quantité de radium, alors qu'une pose de 24 heures est nécessaire quand on opère avec l'uranium et le thorium. Un écran fluorescent est vivement illuminé au contact de très peu de radium, de polonium ou d'actinium, alors qu'aucune trace de luminosité ne se voit avec l'uranium et le thorium. Enfin, l'action ionisante sur l'air est aussi considérablement plus intense, dans le rapport de lo" environ. Mais il n'est pas toujours possible d'évaluer V intensité totale du rayonnement, comme pour l'uranium, par la méthode

NATLRE DES RADIATIONS.

électrique décrite au début {fig. 3 a). En eiïet, dans le cas de l'uranium, par exemple, le rayonnement est très approximativement absorbé dans la couche d'air qui sépare les plateaux, et le courant limite est atteint pour une tension de loo volts. Mais il n'en est plus de même pour les substances fortement radioactives. Une partie du rayonnement du radium est constituée par des rayons très pénétrants qui traversent le condensateur et les plateaux métalliciues, et ne sont nullement utilisés à ioniser l'air entre les plateaux. De plus, le courant limite ne peut pas toujours être obtenu pour les tensions dont on dispose; c'est ainsi que, pour le polonium très actif, le courant est encore proportionnel à la tension entre loo et ooo volts. Le plus souvent les nombres obtenus ne peuvent pas être considérés comme donnant la mesure du rayonnement total et ne constituent, à ce point de vue, qu'une approximation grossière. Il est cependant possible de réaliser, dans certains cas, des conditions expérimentales simples, qui permettent d'évaluer l'intensité totale d'un rayonnement déterminé.

101. Nature complexe du rayonnement. — La nature d'un rayonnement ne peut être précisée par cette considération que ce rayonnement est susceptible de produire des effets photographiques, d'ioniser les gaz et de provoquer la fluorescence. Nous connaissons en effet des radiations diverses qui jouissent des propriétés qui viennent d'être énumérées; ces propriétés sont communes aux rayons cathodiques, aux rayons positifs des tubes de Crookes, aux rayons Rontgen et aux rayons ultraviolets de très courte longueur d'onde.

Pour établir une distinction entre ces radiations, on peut examiner : leur absorption par la matière, l'action qu'elles subissent dans un champ électrique ou dans un champ magnétique, le transport de charge électrique par la radiation, la valeur du rapport de la charge à la masse pour les radiations de nature corpusculaire transportant des charges électriques, la vitesse de propagation de la radiation. Les procédés d'étude qui ont été utilisés à ces divers points de vue pour les rayons des corps radioactifs ont été, en général, empruntés à la technique établie antérieurement pour l'étude des rayons cathodiques et des rayons Riintgen. Les travaux effectués par divers physiciens : H. Becquerel, MAL Meyer

et V. Schweidler, M. Giesel^ P. Curie et M"^^ Curie^ M. Villard, M. Rutherford ont montré que le rayonnement des corps radioactifs est très complexe.

Un examen approché suffit d'ailleurs pour révéler de grandes différences dans la nature des radiations émises. Ainsi les rayons du thorium sont^ dans leur ensemble^ plus pénétrants que ceux de l'uranium. Les rayons du polonium ne se propagent dans l'air qu'à la distance d'environ 4"'"^ tandis que certains rayons du radium peuvent être étudiés dans l'air à plusieurs mètres de distance de la source. Les rayons du polonium ne peuvent pas traverser une épaisseur d'aluminium égale à o"'", i^ tandis que certains rayons du radium traversent encore u.ie épaisseur de plomb de 20*^'".

Des recherches plus approfondies ont mis en évidence ce fait fondamental que le rayonnement des corps radioactifs comprend trois types de rayons qui semblent être les mêmes que ceux qui se produisent dans les tubes de Crookes. Nous distinguerons, suivant la notation de M. Rutherford^ les rayons y., les l'ayons [j et les rayons y,

i" Les rayons a sont des rayons très peu pénétrants qui semblent représenter la plus grosse partie de l'énergie du rayonnement. Ces rayons sont caractérisés par les lois suivant lesquelles ils sont absorbés par la matière. Le champ magnétique agit très faiblement sur ces rayons, et on les a considérés tout d'abord comme insensibles à l'action de ce champ. Cependant, dans un champ magnétique intense, les rayons a sont légèrement déviés; la déviation se produit de la même manière que dans le cas des rayons cathodiques, mais le sens de la déviation est renversé; il est le même que pour les rayons positifs des tubes de Crookes.

2" Les rayons [i» sont des rayons moins absorbables dans leur ensemble que les précédents. Ils sont déviés dans un champ magnétique de la même manière et dans le même sens que les rayons cathodiques.

3" Les rayons y sont des rayons pénétrants insensibles à l'action du champ magnétique et comparables aux rayons de Runtgen.

Les rayons d'un même groupe peuvent avoir un pouvoir de pénétration qui varie dans des limites très étendues, comme cela a été prouvé pour les rayons 3.

Imaginons l'expérience suivante : le radium R est placé au fond d'une petite cavité profonde creusée dans un bloc de plomb P [fig. 91). Un faisceau de rayons rectiligne et peu épanoui s'échappe de la cuve. Supposons que^ dans la région qui entoure la cuve, on établisse un champ magnétique uniforme, très intense, normal au plan de la figure et dirigé vers l'arrière de ce plan. Les trois groupes de rayons v., fj, v se trouveront séparés. Les rayons y peu intenses continuent leur trajet rectiligne sans trace de déviation. Les rayons [j sont déviés à la façon de rayons cathodiques, et décrivent

Fig. De-

dans le plan de la figure des trajectoires circulaires dont le rayon varie dans des limites étendues. Si la cuve est placée sur une plaque photographique AC, la portion BC de la plaque qui reçoit les rayons [î est impressionnée. Enfin, les rayons a forment un faisceau très intense qui est dévié légèrement et qui est assez rapidement absorbé par l'air. Ces rayons décrivent, dans le plan de la figure, une trajectoire dont le rayon de courbure est très grand, le sens de la déviation étant l'inverse de celui qui a lieu pour les rayons ^3.

Si l'on recouvre la cuve d'un écran d'aluminium d'épaisseur égale à o™'", i, les rayons v. seront supprimés, les rayons [j ne le seront qu'en partie, et les rayons "' ne sembleront pas absorbés notablement.

L'expérience indiquée n'a pas été réalisée sous cette forme^ et l'on verra clans la suite quelles sont les expériences qui montrent l'action du champ magnétique sur les divers groupes de rayons.

Les rayons a sont ceux qui produisent au voisinage d'une substance radioactive la plus grande partie de l'effet ionisant. L'effet photographique de ruranium, du thorium et du radium est dû^ au contraire, larincipalement aux rayons |j. L'action des rayons a actuellement connus ne s'étend d'ailleurs, en aucun cas, à une distance supérieure à 9'^'" à partir de la substance active. Les effets des rayons y sont relativement faibles ; ces rayons persistent seuls dans un faisceau qui a traversé une épaisseur de plomb supérieure à quelques millimètres.

102. Propagation rectiligne des rayons, réflexion, polarisation, réfraction, émission. ^ — - Les corps radioactifs émettent des rayons qui se propagent dans l'air et dans le vide. La propagation est rectiligne; ce fait est prouvé par la netteté et la forme des ombres fournies par l'interposition de corps, opaques au rayonnement, entre la source et la plaque sensible ou l'écran fluorescent qui sert de récepteur, la source ayant des dimensions petites par rapport à sa distance au récepteur. Diverses expériences qui prouvent la propagation rectiligne des rayons émis par l'uranium, le radium et le polonium ont été faites par H. Becquerel ( ' ).

Le dispositif comprend une source linéaire étroite, un écran placé en face de la source et percé d'une fente rectangulaire étroite, parallèle à la source, une plaque photographique parallèle à l'écran {fig. 9a). L'impression obtenue dans ces conditions présente une région centrale d'intensité maximum et deux régions latérales d'intensité décroissante. Le phénomène est analogue à celui que l'on aurait obtenu en prenant comme source une fente éclairée de même largeur. Quand on opère avec le polonium la distance de la source à la plaque ne doit pas atteindre 4*^'" dans l'air à la pression atmosphérique, mais peut être plus grande si la pression est réduite. Quand on opère avec le radium, il faut avoir soin d'exclure le contact direct de l'émanation avec la plaque, afin d'éviter la

(') Becquerel, Comptes rendus, t. CXXX, p. 979 el nb'^.

NATURE DKS RADIATIONS. 7

production d'un voile général; pour cela il faut placer le radium dans une boîte étanche et le faire agir au travers d'une fenêtre très mince en aluminium ou en mica. De toute façon il faut aussi

Fig. 90.

exclure l'action des rayons lumineux qui peuvent être émis par la substance.

La propagation rectiligne des rayons a du jiolonium a été mise en évidence par H. Becquerel dans l'expérience suivante. Le polonium émettant les rayons était placé dans une cavité linéaire très étroite, creusée dans une feuille de carton. On avait ainsi une source linéaire de rayons. Un fil de cuivre de i"""^5 de diamètre était placé parallèlement en face de la source à une distance de 4""";, 9- Une plaque photographique était placée parallèlement à une distance de 8"""^65 au delà. Après une pose de lo minutes l'ombre géométrique du fil était reproduite d'une façon parfaite^ avec les dimensions prévues et une pénombre très étroite de chaque côté correspondant bien à la largeur de la source. La même expérience réussit également bien en plaçant contre le fil une double feuille d'aluminium battu que les rayons sont obligés de traverser. Il s'agit donc bien de rayons capables de donner des ombres géométriques parfaites. L'expérience avec l'aluminium montre que ces rayons ne sont pas diffusés en ti'aversant la lame^ et que cette lame n'émet pas^ tout au moins en quantité importante^ des rayons secondaires analogues aux rayons secondaires des rayons de Riintgen.

M. Rutherford a fait l'étude de l'influence du champ magnétique sur la propagation des rayons a [voir § l!29). La propagation rectiligne des rayons dans le vide en l'absence du champ se trouve très nettement établie par ces expériences. Elles con-

firment aussi l'absence de diffusion notable d'un faisceau a lors du passage au travers d'un écran mince.

Les rayons du radium peuvent être observés même dans l'air à plusieurs mètres de distance de la source. Dans certaines mesures effectuées par P. Curie et M'"" Curie l'action de la source sur l'air du condensateur s'exerçait à une distance comprise entre a'" et 3'" : des effets de fluorescence et des impressions radiographiques étaient obtenus à des distances du même ordre de grandeur. Ces expériences ne peuvent être faites facilement qu'avec des sources radioactives très intenses^ parce que, indépendamment de l'absorption exercée par l'air^ l'action sur un récepteur donné doit varier en raison inverse du carré de la distance à une source de petites dimensions^ si le rayonnement se propage en ligne droite dans toutes les directions. Le rayonnement observé à grande distance du radium comprend des rayons [j et des rayons y^ mais les premiers dominent de beaucoup.

Voici quelques résultats obtenus avec du radium enfermé dans une petite ampoule de verre ('). Les rayons qui sortaient de cette ampoule franchissaient un certain espace d'air et étaient reçus dans un condensateur^ qui servait à mesurer leur pouvoir ionisant par la méthode électrique ordinaire. On faisait varier la distance cl de la source au condensateur^ et l'on mesurait le courant de saturation i obtenu dans le condensateur. Voici les résultats d'une des séries de mesures :

d cm .