GO

Les nombres qui mesurent dans l'air la distance x à laquelle le rayonnement a des différentes substances actives est réduit de moitié sont les suivants :

mm Uraiiiiiin a" = 4 , 3

Hadiiim 7,5

Tlioriuin lo

Radioactivité induite du llioiiutu et du radium. iG, 5

Ces nombres ne peuvent être utilisés qu'à titre d'indication^ car ils peuvent varier avec le dispositif expérimental employé.

124. Méthode de MM. Bragg et Kleemann pour l'étude des rayons a. — Les expériences qui ont été décrites dans le paragraphe 123, ont montré que le rayonnement du polonium est franchement limité dans l'air à une distance très approximativement égale à 4'""> et que le rayonnement a du radium forme de môme autour de la substance une gaîne qui s'étend à une distance de 7"". Ces expériences ont prouvé que le pouvoir ionisant des rayons a est épuisé à une distance de quelques centimètres de la source, ce qui indique que les rayons ont pu éprouver une perte d'énergie cinétique le long de leur parcours, la perte pouvant être attribuée à la dépense d'énergie nécessaire pour produire l'ioni-

NATUIU-: DES UADIATIONS. lO)

sation du gaz. On verra^ d'ailleurs, que le nombre d'ions produit par une particule a le long de son parcours dans le gaz est très élevé et de l'ordre de 200 000; le travail d'ionisation peut donc représenter une perte d'énergie importante,

MM. Bragg et Kleemann (') ont fait l'hypothèse que les rayons a émis par une substance radioactive simple possèdent tous la même vitesse initiale, et qu'ils sont., par suite, capables de produire l'ionisation de l'air sur une même distance déterminée a qui se nomme leur parcours. Seuls les rayons a émis par la surface de la matière active peuvent réaliser le parcours a ; les rayons provenant d'une profondeur z éprouvent une perte d'énergie en traversant la matière; on admet que cette perte d'énergie se traduit par une diminution du parcours restant dans l'air, et que cette diminution proportionnelle à z peut être désignée par pz, 0 étant un coefficient qu'on nomme coefficient d'abaissement; dans la théorie primitive on considérait que 0 représente le rapport entre la densité de la matière traversée et la densité de l'air. On suppose encore, conformément aux indications de l'expérience, qu'un faisceau de rayons a traverse la matière sans éprouver une dispersion appréciable et que, par suite, le trajet des rayons dans l'air est rectiligne.

Considérons un faisceau de rayons a parallèles émis par une couche de matière d'épaisseur l suffisamment faible pour que les rayons émanant du fond de la couche puissent encore pénétrer dans l'air, c'est-à-dire pour qu'on ait zl<Ca, et examinons comment varie l'ionisation dans 1 air à une distance x de la surface de la couche active. Pour mesurer cette ionisation on laisse pénétrer les rayons dans un condensateur à p'ateaux très rapprochés, et dont le plateau A est constitué par une toile métallique {fig. i'n))', nous désignerons par x la distance variable du plateau A à la matière active et par b la distance des plateaux (profondeur de la chambre d'inoisation). Aucun courant ne sera observé dans le condensateur quand on aura x"^ a. Supposons que le pouvoir ionisant d'un rayon reste constant sur toute la longueur du parcours. Si l'on considère les distances inférieures à a — pi, le nombre de rayons a qui traversent chaque plan parallèle à la surface active reste constant, et l'ionisation dans la

(') BiiAGG ei Klkkmann, P/iiL Ma^., \Ç)o'^ et 1905.

io6

CIIM'ITRK 1\.

chambre conserve une valeur constante OM, Quand x dépasse la distance a — d, les rayons venant des couches les plus profondes commencent à ne plus traverser la chambre; un déplacement égal à dx a. pour effet de supprimer l'action des rayons

qui proviennent d'une épaisseur -^ de la couche active ; la diminution d'ionisation qui en résulte est donc proportionnelle à > si l'on désigne par N le nombre de rayons émis par la couche active

par unité d'épaisseur, et par n le nombre d'ions produits par chaque rayon par unité de longueur du trajet.

Tant que les rayons extrêmes atteignent le plateau supérieur, l'ionisation entre les plans qui correspondent aux ordonnées x et X -}- b est mesurée par l'expression

L'ionisation décroît donc en fonction de la distance suivant une loi linéaire, l'inclinaison de la droite représentative étant proportionnelle à — '■ —

Quand les rayons extrêmes n'atteignent plus le plateau supérieur, l'ionisation est donnée par la formule

d.v = (a — ccy.

La variation de -^ en fonction de x est alors représentée par un arc de parabole; toutefois quand on emploie une chambre d'ioni-

NATIRE DES RADIATIONS. inj

sation très étroite^ cette portion de courbe est relativement peu importante.

Supposons que ]a matière active donne lieu à une émission de plusieurs groupes de rayons -j., chaque groupe étant homogène et se comportant suivant la théorie qui vient d'être exposée; supposons de plus que les parcours des rayons des différents groupes ne sont pas très voisins entre eux et que p a la même valeur pour tous les groupes. On pourra alors choisir l'épaisseur de la couche active de telle manière que, pour chaque faisceau, le trajet restant des rayons venant de la surface, soit plus court que le trajet restant des rayons venant du fond pour le faisceau qui vient ensuite dans l'ordre des vitesses d'émission croissantes. L'ionisation -> varie en ce cas en fonction de x suivant une courbe représentative comprenant des portions rectilignes d'intensité constante, séparées par des portions rectilignes de décroissance linéaire. Si l'on admet que chaque groupe comprend le même nombre de rayons, et que le pouvoir ionisant des rayons des divers groupes est le même, les segments de droites inclinées auront tous les mêmes inclinaisons

correspondant à la valeur commune de — — et les mêmes longueurs correspondant aux valeurs, égales entre elles, des différences des trajets effectués dans l'air par les rayons venant du fond et de la surface de la couche active pour chaque faisceau.

La ligure 121a été construite en admettant que la substance

l-is. 15 1.

active émet quatre groupes de rayons a pour lesquels les suppositions précédentes se trouvent vérifiées. Les ordonnées des

CIIAPITIUÎ IX.

points M|. Mo, M3, M., [fig. i:ii, I), mesurent les parcours des rayons des différents groupes dans l'ordre des vitesses d'émission croissantes. Ce cas est approximativement réalisé pour l'émission a du radium en équilibre avec l'émanation et la radioactivité induite. Voici quel était le dispositif expérimental qui a servi à vérifier les prévisions de la théorie. Il était nécessaire d'employer des rayons normaux à la surface active S, Pour cela le rayonnement émis par la source était limité au moyen d'un diaphragme convenable. Le diaphragme primitivement employé est représenté dans la figure 122, 1; ensuite on a considéré comme préférable de constituer le diaphragme par un grand nombre de petits tubes juxtaposés ayant^ par exemple, i"" de longueur et 2'"™ de diamètre {fig. 122, II). L'emploi du diaphragme empêche évidemment de poursuivre les mesures jusqu'à la surface active. Pour mesurer l'ionisation on réunit le plateau B à l'électromètre et la toile A à la batterie. Il est utile de disposer au voisinage de A du côté de la source une toile métallique reliée au sol, destinée à absorber les ions qui étant produits entre la source et la toile A, pourraient pé-

Fii

[leclrometre

tJ.lp l... /.

Sol'

nétrer par diffusion dans la chambre AB. La profondeur de la chambre est de 1'"'" à 2""". La nécessité d'isoler des rayons normaux réduit dans une très forte proportion l'intensité du rayonnement, et il est nécessaire d'employer une source très active ou un dispositif de mesures sensible.

L'application de cette méthode de recherche à l'étude du rayonnement a du radium a permis à MM. Bragg et Kleemann de vérifier dans les lignes principales l'exactitude des prévisions

N\TIRE DKS U\|11\TI0XS.

théoriques et à mettre en évidence ce fait important^ que le radium émet quatre groupes de rayons a qui se distinguent entre eux par la vitesse d'émission. De plus l'expérience a montré que ces groupes sont susceptibles d'être séparés^ et que chacun d'eux appartient à une substance radioactive distincte au sens de la théorie de désintégration des éléments radioactifs. Certaines suppositions faites dans la théorie primitive ont dû toutefois être modifiées.

La fio-ure i 2 >, I représente la courbe obtenue avec le radium en équili'bre radioactif. Cette courbe indique l'existence de quatre groupes de rayons qui font successivement leur apparition à mesure qu'on se rapproche de la substance active. Les parcours des rayons des divers groupes sont i"",*? i'""^'^^, .('''",8.:) et 7'''", 06. Ce dernier nombre concorde avec l'évaluation antérieurement faite

Fii;. i"j3.

Ionisation

de la distance à laquelle s'arrêtent dans l'air les rayons a du radium. L'ionisation qui persiste à une distance supérieure à 7"" est faible ; elle est attribuable aux rayons j et y du radium.

Le groupe de rayons a dont le parcours est le plus faible pro-

MO ciiAi'irrtK i\.

vient du radium lui-même. En eiïet. si l'on prend soin de chasser l'émanation du radium par une chauffe très forte et très prolongée (plus de '6 heures), de manière à laisser s'éteindre la radioactivité induite, ce groupe de rayons subsiste seul, et l'on obtient alors la courbe II {fig. i :>,.)). Cette courbe affecte l'allure générale prévue dans la figure 1:^0 pour un groupe de rayons homogènes. Cependant la portion rectiligne verticale est remplacée par une portion inclinée PQ. Si l'on admet qu'il y a cependant correspondance entre ces deux portions et que le nombre des rayons reste constant dans la région PQ, alors les abscisses dans cette région représentent le pouvoir ionisant moyen du faisceau à une distance x de la surface active. On ne peut donc plus considérer que ce pouvoir ionisant est le même sur toute la longueur du parcours, mais on est conduit à admettre qu'il augmente avec la distance déjà franchie et qu'il est maximum vers la fin du parcours. Le même effet peut être constaté pour tous les groupes de rayons du radium ainsi qu'on le voit dans la figure 1 23, I. Abstraction faite des écarts pouvant provenir de cette cause, on doit s'attendre à ce que les ionisations produites par les divers faisceaux soient égales, si le nombre des particules a est le même dans chaque faisceau. Cette prévision se trouve vérifiée approximativement, les abscisses qui correspondent aux maximums de -^ étant sensiblement dans le rapport i : i^ : 3 : 4-

La séparation des faisceaux est d'autant plus nette que la couche de matière radiante est plus mince; quand elle ne l'est pas suffisamment, on ne peut distinguer les faisceaux de parcours voisins j'"",2.) et 4*^'", 83. Pour obtenir une couche mince on évapore une solution étendue de sel radifère sur une plaque de métal. Toutefois, en examinant la surface active au microscope, on constate toujours cfue le sel est ramassé en petits cristaux, et il ne semble pas possible d'obtenir ainsi une couche uniforme de très faible épaisseur.

Quand la couche de matière radifère est plus épaisse^ la diminution de l'ionisation commence à se produire dès qu'on s'éloigne de la substance active. La courbe ^^ = j{x), prévue par la théorie approchée, est alors celle de la figure 121, II, les ordonnées des points M,, Mo, M:,, M', correspondant au parcours des faisceaux, et les inclinaisons des quatre segments de droites étant dans le rapport i : -.i : 3 :4. En effet, le segment M-, Mj correspond à la

NATLRi: DKS RAOIATIONS.

disparition d'un seul faisceau^ et son inclinaison est caractérisée par le coefficient — ;— ^ le segment Mu Mo corrrespond à la disparition de deux faisceaux et à l'inclinaison ^^ — - — - etc. Des courbes

qui rappellent la ligne polygonale théorique ont été obtenues par MM. Bragg et Kleemann.

Le faisceau de rayons a dont le parcours est le plus grand (■j'"",o6) est dû au dépôt actif du radium, car il persiste après une chauffe très forte mais d'assez courte durée, qui a pour effet de chasser l'émanation sans que la destruction du dépôt actif ait été achevée; ce faisceau disparaît en ce cas rapidement pendant la première demi-heure qui suit la chauffe; il est dû au composant radium C du dépôt actif, composant susceptible d'être isolé.

Les deux autres groupes de rayons a peuvent être attribués à l'émanation du radium et au premier composant du dépôt actif, le radium A; le radium A est la matière radioactive à laquelle est attribuée la décroissance initiale très rapide du rayonnement total obtenu par la radioactivité induite, tandis que le radium C est la matière dont le rayonnement y. peut être observé pour des temps supérieurs à une demi-heure à partir du début de la désactivation.

La méthode employée par MM. Bragg et Kleemann pour l'analyse du rayonnnement a du radium a été appliquée ensuite par de nombreux observateurs à l'étude des rayons y. émis par les autres corps radioactifs. On a obtenu ainsi les résultats suivants :

Le polonium émet un seul groupe de rayons a dont le parcours dans Tair est égala 3'"",(S6 (').

L'actinium émet quatre (ou cinq) groupes de rayons y. qui peuvent être attribués aux différents produits de sa désintégration {voir Chap. X\ ).

Le thorium émet cinq ou six groupes de rayons a dont un lui appartient vraisemblablement, les cinq autres appartenant aux produits de sa désintégration {voir Chap. XIV).

L'expérience est favorable à la manière de voir d'après laquelle l'émission d'un seul groupe de rayons a caractérise une substance radioactive simple, l'émission de plus d'un groupe étant l'indice d'une composition complexe de la substance active. Cette opinion

C) Levin, PI)} s. Ztit., i9..(i.

ciiAi'irm: ix.

résulte des séparations qu'on a pu réaliser entre les différents groupes de rayons a émis par les substances primaires^ et qui ont. en général, conduit à attribuer chaque groupe à une substance chimiquement distincte.

La longueur du parcours dans lair^ à la pression et à la température normales^ est une donnée caractéristique pour un groupe de rayons a. Dans ce qui précède, le parcours a été défini par la distance à laquelle s'étend dans l'air l'action ionisante des rayons; toutefois l'expérience a montré que toute autre propriété des rayons peut aussi être observée seulement jusqu'à une certaine limite qui est approximativement la même dans tous les cas {(^oir § 1^*^^ 134). Il semble donc qu'il existe une liaison étroite entre les diverses propriétés de la particule a; en vertu de cette liaison les procédés d'étude qui consistent à déceler la présence des particules par la production d'ions, la production de scintillations, l'effet radiographique ou le transport de charge électrique paraissent équivalents, au moins en première approximation,

126. Courbe d'ionisation des rayons y. — La courbe I ^ f[x) qui donne, suivant la méthode Bragg et Kleemann, la valeur de l'ionisation / en fonction de la distance a; à la surface active, sera nommée, pour abréger, courbe d'ionisation des rayons a.

Les ordonnées x de cette courbe représentent les distances à la surface de la couche active, supposée plane et très mince; les abscisses / représentent, pour des rayons approximativement normaux à la surface active, le nombre d'ions produits entre deux plans parallèles à cette surface, ayant entre eux une distance fixe h. et ayant comme ordonnées x — - et a; + 7 • On peut donc considérer que / est l'ionisation moyenne par unité de longueur; tant que le nombre des particules reste invariable, c'est aussi la valeur moyenne du pouvoir ionisant dans la région comprise entre jles deux plans qui limitent la chambre d'ionisation. Il peut paraître préférable de porter x en abscisses et / en ordonnées.

L'étude de la courbe d'ionisation offre un grand intérêt. Nous avons vu que l'ionisation / augmente avec x et passe par un maximum pour une certaine valeur de cette distance; le maximum est suivi d'une décroissance très rapide. Un examen attentif

NATL'RK DIÎS RADIATIONS. Il3

des courbes expérimentales montre que l'interprétation théorique de leur forme offre encore quelque incertitude. Pour s'en rendre compte^ il est utile de discuter de quelle manière la forme de la courbe dépend des conditions de l'expérience.

On peut remarquer tout d'abord que les rayons ne peuvent être rigoureusement normaux à la surface active. La valeur mesurée de / correspond en réalité à des rayons dont l'inclinaison sur la normale varie entre certaines limites. Cependant l'effet de l'obliquité devient très faible dès qu'on réalise une canalisation assez parfaite du faisceau. Ainsi pour un rayon émis normalement et pour un rayon émis dans une direction qui fait avec la normale un angle égal à o, i ou 5<^^ -, les distances limites x qui peuvent être atteintes ne diffèrent c[ue de la fraction o,oo5 du parcours a supposé le même dans les deux cas; il en résulte que pour ces rayons les portions égales de leurs trajets qui correspondent à une même distance moyenne x peuvent être^ en général^ considérées comme se correspondant avec une approximation suffisante.

Considérons maintenant l'influence de la profondeur h de la chambre d'ionisation. En raison de la variation du pouvoir ionisant avec x, il n'est pas facile de traiter ce cas par la théorie, mais on peut le discuter sur la base de données expérimentales. La valeur de /qu'on aurait avec une chambre de profondeur &= '^.^va. et pour x^=X\ est évidemment la somme des valeurs de / obtenues avec une chambre de profondeur h = i°^™ pour x = x, — 0"^^^, 5 et a:, = x, + o™"^, 5. Si l'on a obtenu la courbe d'ionisation expérimentale relative à une certaine substance en se servant d'une chambre pour laquelle b = 1 "^"^, on pourra donc construire les courbes d'ionisation qu'on aurait obtenues avec des chambres pour lesquelles b = 2"^™, 3'^'^, etc. Portons en abscisses la valeur

de b et en ordonnées la valeur de j qui correspond à une même

distance x; les points obtenus viennent se placer sur une courbe,

qui permet de déduire par extrapolation la valeur de j cju'on

aurait obtenue avec une chambre infiniment étroite 6=0, En recommençant cette construction pour différentes distances x, on peut construire la courbe d'ionisation limite qui correspond à une profondeur négligeable de la chambre, le dispositif expérimental C. — II. 8

CUAIMTIU: IX.

restant le même par ailleurs. L'exemple d'une telle opération est donné dans la figure 1^4; les courbes déduites d'une même courbe expérimentale et correspondant à différentes valeurs de h inscrites sur la figure^ ont été construites chacune à une échelle différente pour I , de manière à rendre égales les valeurs maximum de /. On voit c|ue la diminution de 6 a pour effet d'augmenter la distance c, qui correspond au maximum et de

Fi:;. 12 j.

Mistances en centiaiétnas.

réduire la distance a — ; sur laquelle / décroît depuis sa valeur maximum jusqu'à la valeur o. On voit aussi que sur la cour]:)e qui correspond à & = o la distance a — ç est d'environ 5™™. La substance active était le polonium déposé sur une lame métallique en couche extrêmement mince (').

On peut enfin examiner l'influence de l'épaisseur de la couche active. Quand cette épaisseur augmente^ la région du maximum de 7 se rapproche de la substance active. Si le nombre des particules restait le même et si le pouvoir ionisant d'une particule

(') Les courbes de lu (iyiire \i\ oiU été oljlenucs par .M. .Moulin, Thèses de doctorat. Paris, 1910.

NATLRK DES R.VDl.VTIONS. Il5

isolée était constant ou bien régulièrement croissant le long du parcours jusqu'à la fin de celui-ci^ la valeur de / pour une couche de matière d'épaisseur négligeable devrait tomber brusquement de la valeur maximum à la valeur o sur une distance négligeable (voir fig. 121). Pourtant sur les courbes expérimentales cette distance z^= a — ç est toujours très appréciable, même quand la couche de matière active paraît extrêmement mince. C'est ainsi que pour le polonium déposé sur une lame métallique en couche invisible ou à peine visible on trouve :; = 5"^"^^ après correction relative à l'influence de la profondeur de la chambre [fig. 1^4)? des valeurs de :: de 5""^^ à (i"''"^ sont obtenues avec une chambre d'ionisation de 2™"^ de profondeur^ la substance active étant soit le polonium déposé en couche très mince, soit le dépôt de radioactivité induite du radiuin (radium C) ; dans ce dernier cas le dépôt est absolument invisible, et pourtant la courbe obtenue peut être superposée dans la région terminale à la courbe d'ionisation des rayons du polonium obtenue avec le même dispositif expérimental [voir § 131^ fig. i3i).

Pour interpréter la forme de la courbe d'ionisation vers la fin du parcours, on peut faire deux suppositions qui, d'ailleurs, pourraient être vérifiées simultanément : i " on peut admettre cjue le pouvoir ionisant d'une particule, après avoir passé par un maximum, décroît ensuite rapidement vers la fin du parcours ; 2" on peut supposer c|ue le nombre des particules qui, ayant été émises par une couche active infiniment mince dans une direction normale à celleci, peuvent traverser un plan situé à la distance x de la surface active, n'est pas constant pour toutes les valeurs de x inférieures à la longueur a du parcours, mais que ce nombre diminue, tout au moins vers la fin du parcours, de sorte cjue la distance a n'est atteinte que pour un nombre de particules relativement restreint,

La deuxième manière de voir doit, en tout cas, être adoptée, ainsi qu'il résulte des expériences de M. Geiger ( ' ) qvii a observé les scintillations produites sur un écran au sulfure de zinc par un faisceau de rayons a issu d'une source de petites dimensions (polonium ou radium C) et convenablement limité de manière à ne contenir que des rayons de directions peu différentes. Le nombre

('; Gkiger, Pioc. Roy. Soc, lyiu.

llG CIIAIMTHF. IX.

des scintillations observées dans l'air à la pression atmosphérique commençait à diminuer quand la distance à la source était inférieure de 6"^"^ environ à la longueur du parcours^ et la diminution se poursuivait ensuite régulièrement jusqu'à la disparition complète. Le même effet a été constaté pour les rayons a de l'actinium B ( '). Ainsi toutes les particules a ne parviennent pas à la même distance de leur point d'émission. Ce fait s'expliquerait facilement si la vitesse d'émission des diverses particules n'était pas rigoureusement la même^ mais se trouvait comprise entre certaines limites assez rapprochées; cette hypothèse pourrait être en relation avec l'hypothèse plus générale^ d'après laquelle les atomes d'une même substance radioactive ne sont pas exactement semblables en tout point {i^oir § 98). Cependant l'expérience ne semble pas favorable à cette supposition {çoir § 129). On sait^ d'autre part, qu'en se déplaçant dans l'air (ou dans tout autre milieu matériel)^ les particules a éprouvent une réduction progressive de leur vitesse (§ 129)^ et l'on pourrait admettre avec M, Geiger que des particules qui ont été émises primitivement avec la même vitesse et qui ont accompli le même trajet dans l'air, peuvent cependant avoir une vitesse variable entre certaines limites^ les conditions de leurs chocs contre les molécules rencontrées n'ayant pas été les mêmes. Il en résulterait que le parcours que peut effectuer une particule avant d'avoir subi l'absorption pourrait aussi varier dans certaines limites. Étant donné le très grand nombre des molécules que rencontre une particule a (environ 10^ molécules sur la longueur de 1"");, il semble cependant difficile d'expliquer dans cette manière de voir qu'un écart moyen de quelques millimètres sur la longueur mesurable du parcours puisse prendre naissance par le simple effet du hasard des rencontres. Une autre interprétation paraît plus probable. L'expérience a montré que l'hypothèse primitive, d'après laquelle le trajet des rayons dans l'air est rectiligne, ne s'applique plus vers la fin du parcours, les conditions du mouvement étant alors plus complexes. Avant d'avoir été définitivement absorbées dans l'air, les particules paraissent éprouver une dispersion importante, de sorte qu'un faisceau de rayons primitivement parallèles subit un épanouissement vers la fin du

(') .M"" Blanouiks, Complts tendus, 1910.

XATL'RK DES RADIATIONS. IIJ

parcours. On a vu que pour les rayons ^ la diffusion est un phénomène important. La diffusion des rayons a dans l'air^ même avant la fin de leur parcours, bien qu'extrêmement faible, a pu cependant être observée, et cette diffusion paraît devoir jouer un rôle prépondérant vers la fin du trajet [voir § 136). Dans cette manière de voir le parcours d'une particule, c'est-à-dire le chemin c{ue la particule peut franchir dans l'air en conservant ses propriétés caractéristiques, pourrait être le même pour toutes les particules; mais la forme du trajet final étant différente, la distance atteinte en ligne droite à partir de la source pourrait varier entre certaines limites.

120. Passage des rayons y. au travers des écrans métalliques minces. Pouvoir d'arrêt. — MM. Bragg et Kleemann (') ont montré que si l'on étudie au moyen de leur dispositif expérimental

Fii

/onisation

la courbe d'ionisation des rayons a, l'interposition d'un écran métallique mince entre la source et le diaphragme a pour effet de déplacer la courbe parallèlement à elle-même dans la direction Ox, sans que d'ailleurs la courbe soit déformée, au moins en première

{') Bragg el Klki:man>', PJtil. Mag., 1905.

I iS CHAPITRE IX.

approximation. Si au premier écran on superpose un deuxième écran semblable^ l'abaissement de la courbe est doublé. L'eiïet de l'écran consiste donc à produire un abaissement de la courbe d'ionisation^ et cet abaissement est proportionnel à l'épaisseur de l'écran (/ig. \'.->.3). Ces expériences rendent légitime la supposition analogue qui a été faite relativement à la diminution du trajet des rayons a par suite de leur passage dans la matière qui les émet.

Ce fait est en faveur de l'hypothèse d'après laquelle toutes les particules a traversent effectivement l'écran, pourvu qu'elles aient la même vitesse initiale et la même direction normale à l'écran, et pourvu que l'écran ait une épaisseur inférieure à une certaine valeur limite. Des expériences intéressantes ont été faites à ce sujet par M. Regener ( ' ) qui, observant les particules a par les scintillations qu'elles produisent sur un écran au sulfure de zinc, a constaté que le nombre des scintillations pour des rayons normaux n'est pas modifié par l'interposition d'un écran mince entre la source (polonium) et l'écran.

L'abaissement A de la courbe d'ionisation par suite du passage des rayons au travers d'un écran d'épaisseur / constitue V épaisseur d'air équii'alente à cet écran. Si l'abaissement était proportionnel à la densité z de la matière par rapport à l'air, on aurait la relation A = /o. Cette relation n'est pas conforme à l'expérience, et l'on trouve, en général, que le rapport -^ pour les métaux est supérieur à l'unité, surtout pour les métaux denses. Ce rapport présente, par contre, avec le poids atomique p de la substance absorbante, une relation plus étroite ; il varie approximativement en raison inverse de la racine carrée du poids atomique, ainsi que l'indique le Tableau suivant :

Or 3,o5

Sn ......... ji , i I

Ag i, il

Cu 1,78

Al 1,7.3

Air 1,0

(') Deu/sc/t. l'Itys. Ges.^ 'O"*^-

XATllU: DES RADIATIONS. Ili)

L'abaissement par atome est yj > où d est la densité de la substance absorbante; cet abaissement se trouve, par conséquent, proportionnnel à \ p. On peut de plus admettre que l'abaissement dû à une molécule est la somme des abaissements dus aux atomes qui la composent. En considérant l'air comme composé d'oxygène et d'azote dans le rapport de i à 5, on trouve que l'abaissement produit en moyenne par molécule d'air est proportionnel à T v i4 + 7\' i(). Un gaz homogène diatomique de

poids atomique p produirait un effet équivalent, si l'on avait la relation

On peut considérer p' comme le poids atomique d'un atome

d'air fictif, et l'on trouve pour ce gaz \ // = 3,-(), tandis que — = i .

C'est ainsi qu'a été obtenu le nombre placé dans la dernière ligne du Tableau précédent.

On nomme poiwoir d'arrêt s d'une matière le rapport qui existe entre l'abaissement par atome de cette matière et l'abaissement par atome d'air. On a donc par définition

- JZL Izp

Quand les rayons a se propagent dans un gaz, on nomme de même pouvoir d'arrêt du gaz le rapport entre l'abaissement par molécule du gaz et l'abaissement par molécule d'air.

Désignons par a„ le parcours des rayons dans l'air et par a le parcours dans un autre gaz. L'abaissement relatif à des épaisseurs a^ et a, traversées respectivement dans l'air et dans le gaz, est évidemment le même et égal à a„. Si les gaz ont la même concentration moléculaire, il résulte de ce qui précède que le pouvoir d'arrêt du gaz est

représenté par le rapport —• On constate que le pouvoir d'arrêt

d'un gaz, déterminé expérimentalement par le rapport des parcours, est en bonne concordance avec celui qu'on calcule par l'addition des pouvoirs d'arrêt des atomes. Par exemple, pour

liO CIlAI'lTIUi IX.

le bromure d'éthyle CH'Br, le calcul indique

et l'expérience faite en mesurant directement le parcours des rayons a d'une même substance active dans le bromure d'éthyle

et dans l'air donne le résultat — = .^ o-.

Quand on fait varier la pression et la température d'un gaz, le parcours varie en raison inverse de la pression et proportionnellement à la température aljsolue; le pouvoir d'arrêt d'une molécule est donc indépendant de la pression et de la température.

En étudiant le passage des rayons du polonium au travers d'écrans minces, MM. Kucera et Masek ( ' ) ont confirmé les résultats obtenus par MM, Bragg et Kleemann.

La théorie du passage des rayons a au travers de la matière, sous la forme qui vient d'être exposée, n'est pas absolument exacte dans ses détails. Des expériences plus précises ont mis en évidence que le pouvoir d'arrêt d'un écran dépend de sa distance à la source radiante; de plus, le pouvoir d'arrêt d'un tel écran est plus grand pour le groupe le plus pénétrant des rayons du radium que pour le groupe le moins pénétrant ('), (-), (■'), L'épaisseur d'air équivalente à un écran donné varie avec la distance de l'écran à la source. En voici un exemple :

Di

islance

paisseur

source.

éqi

iiivaleute,

Écran en or

cm 2,2

Ecran en aliuniiiiinn.

Aluminium

Platine

IMeyer.

Kucera et iMasek.

(•) KucEUA et Maskk, Phys. Zeit., 190G.

(') Kucera et Maskk, /oc. cit.

(-) Meyicr, Phys. Zeit., 1907.

(^) BiîAGG, Pliil. Mag., Mjo;.

NATL'IΠDES RADIATION?. 12 1

La distance o correspond aux expériences dans lesquelles l'écran était interposé entre la source et le diaphragme.

On constate aussi que le rapport des parcours pour les divers groupes de rayons a du radium n'est pas le même dans deux gaz différents ( ' ). La comparaison a été faite pour l'air et le méthane, et les conditions expérimentales étaient choisies de telle manière que les parcours pour les groupes les moins pénétrants étaient les mêmes dans les deux gaz. Le rapport des parcours étant égal à I pour ce groupe, on a trouvé qu'il était égal à 0,86 pour le groupe le plus pénétrant et à o, 88 pour le groupe suivant.

Les courbes d'ionisation construites pour les rayons du polonium avec interposition d'un écran en argent ou d'un écran en or ne peuvent être exactement superposées par glissement ni entre elles ni avec la courbe obtenue sans écran; toutefois l'écart n'est pas très important ('-).

On peut admettre que le pouvoir d'arrêt varie avec la distance à la source principalement pour les atomes lourds et beaucoup moins pour les atomes légers.

l!27. Absorption par des écrans pour un rayonnement émis dans toutes les directions. — La théorie des rayons a qui vient d'être exposée se présente d'une manière très simple^ et malgré les écarts entre la théorie et l'expérience^ le passage des rayons a au travers de la matière ne semble pas donner lieu à des phénomènes aussi complexes que ceux qu'on observe avec les rayons 3, sauf peut-être vers la fin du parcours. Une simplification importante est apportée par le fait de la stabilité de la direction du mouvement des rayons a qui traversent les écrans sans changement de direction appréciable. De plus, ainsi qu'on le verra plus loin, les rayons a ne donnent pas lieu à une production de rayons secondaires doués de pouvoir ionisant.

On peut essayer^ par conséquent^ de calculer l'intensité du rayonnement transmis par un écran d'une épaisseur déterminée. La seule difficulté qui se présente, c'est la variation du pouvoir ionisant des rayons le long de leur parcours; ainsi que nous l'avons

(') BiiAGG, /'/;//. Mag., 1907.

(\) Meyer, P/iys. Zeit., 1907.

122 CHAPITRK IX.

VU, le pouvoir ionisant augmente avec le trajet déjà accompli, et la loi de cette variation n'est pas très exactement connue. Pour simplifier le problème, nous admettrons que le pouvoir ionisant conserve une valeur constante; les résultats ainsi obtenus ne doivent pas différer qualitativement de la réalité. On peut considérer séparément : i" le cas où l'émission est due aune couche très mince de matière active; :i" le cas où cette couche est épaisse.

i" Couche active cV épaisseur négligeable. — Soient / l'épaisseur de l'écran supposé indéfini, ainsi que la couche active, a le parcours des rayons, t l'abaissement du parcours par unité d'épaisseur

Fie. 126.

de matière traversée, /) le nombre d'ions produit par un rayon sur l'unité de longueur de son trajet dans l'air, et N le nombre de rayons émis par unité de temps et de surface uniformément dans toutes les directions de l'espace. Un élément de la surface active [fig. 136, I) émet un rayonnement dans toutes les directions; l'épaisseur de matière qui peut être traversée par les rayons est

égale au maximum à — • Pour les rayons qui font un angle H avec la normale à la surface, l'épaisseur d'air équivalente à l'épaisseur de matière traversée est -^ „ > et le trajet restant dans l'air

est a 7» où cos 0 <C — • Ces ravons donnent lieu à une pro-

cosO a -^ '■

duction d'ions A, laquelle évaluée par unité de surface et de temps peut être calculée par la formule