C. — II

i46 chapiïrl: ix.

Les courbes obtenues avec le mrme appareil de mesures pour

Fis. i;

les substances radioactives considérées sont représentées dans la figure i3i.

Si l'on examine la valeur de la vitesse d'émission des rayons y., on constate que celle-ci ne varie pas dans des limites très étendues;

elle reste comprise entre i.o.io^ — et 2,3.io^ — > c'est-à-dire

'■ ■ sec sec

entre les fractions o , oo et o , o-5 de la vitesse de la lumière.

L'énergie cinétique (v d'une particule a est égale à — — ; elle peut être mise sous la forme

NATURE DES R.4DIATI0XS. l47

Voici un Tableau des valeiu's du produit — — pour les rayons v. du radium en unités E.^I :

e Radium au minimum d'activité. 1,56.10^ j, -,-% . x^t^'"

Emanation du radium i ,70 5,63. 10' <

Radium A i ,77 6, li. 10''

Radium G '2,06.10'' 8,37.10'*

La charge e d'une particule a est d'environ 3,i.io~2o u^^ité électromagnétique ; on trouve^ pour l'énergie de la particule a du radium C.

(p = 8,37. 10'* X I ,G. 10 20 = j ^3. jQ-o epo

La chute de potentiel <,' dont il faut disposer pour communiquer à une charge e l'énergie w est égale à — ; d'où l'on déduit dans le cas actuel Y= 4,2. 10" volts. Une différence de potentiel de cet ordre ne peut guère être obtenue avec les moyens dont nous disposons actuellement.

L'énergie initiale d'une particule a est très supérieure à l'énergie d'un rayon cathodique ; pour un tel rayon émis sous une différence de potentiel de loooo volts, l'énergie est voisine de lo"'* erg; pour une particule 3 l'énergie croît avec la vitesse et tend vers l'infini quand la vitesse se rapproche de celle de la lumière; cependant même pour des rayons dont la vitesse est relativement grande (rayons "p de l'uranium, par exemple), l'énergie n'est qu'une petite fraction de celle que possède une particule a pendant la plus grande partie de |son parcours. La stabilité du mouvement de la particule y. est probablement déterminée par la valeur élevée de son énergie cinétique; cette stabilité se maintient d'une manière bien plus parfaite que cela n'a lieu pour une particule ^p de vitesse moyenne.

131. Nature des particules a. — Considérons maintenant la valeur du rapport — pour une particule a et comparons-la aux valeurs obtenues avec d'autres rayons chargés. On voit de suite que le rapport — pour une particule v. est environ 35oo fois plus petit que celui qui caractérise une particule 3 de vitesse rela-

14» CHAPITRK IX.

tivement faible ou un rayon cathodique d'une ampoule de Crookes; ce rapport est du même ordre de grandeur que celui qui caractérise les rayons positifs des ampoules à vide, ce dernier rapport étant, comme on le sait, variable, et admettant comme limite supérieure la valeur lo' qui correspond aussi au transport d'électricité par l'hydrogène électrolytique. Nous sommes donc conduits à attribuer à la particule a des dimensions atomiques, et ce fait confirme l'hypothèse d'après laquelle l'expulsion d'une particule a par un atome ne peut se faire sans que celui-ci se trouve détruit,

La valeur — = 5. lo' E. M. environ ne correspond à aucun des

rapports connus dans l'électrolyse. Des considérations basées sur la production d'hélium par les corps radioactifs ont conduit M. Rutherford à prévoir que les particules a pourraient être des atomes d'hélium portant la charge élémentaire; cette supposition

conduisait à une valeur moitié moindre du rapport — • La valeur

expérimentale conduit donc à considérer la particule a comme un atome d'hélium portant le double de la charge élémentaire, ou comme un demi-atome d'hélium portant la charge élémentaire. La première de ces hypothèses semble actuellement établie.

MM. Rutherford et Royds (') ont vérifié par une expérience directe qu'on trouve de l'hélium dans un vase qui n'en contenait pas primitivement, et dans lequel on a laissé pénétrer les particules a émises par une source radiante contenue dans un tube de verre fermé à parois très minces. Le dispositif expérimental est représenté dans la figure 10:4. Une grande quantité d'émanation du radium était contenue dans le tube de verre A dont la paroi avait une épaisseur inférieure à o""", 01 ; l'épaisseur d'air équivalente étant 2"", on voit que la grande majorité des particules a traversait le tube et pénétrait dans le vase extérieur T, dans lequel on avait fait un vide parfait au moyen de charbon contenu dans le vase F et refroidi dans l'air liquide. De temps en temps on laissait remonter le mercure de manière à refouler le gaz dans le capillaire V, et l'on examinait le spectre. Après 2 \ heures aucune trace d'hélium n'était visible, mais après ■>. jours la ligne jaune apparaissait faiblement,

(') RuTHEHFOUD Cl HoYDS, l'Iul. Mcig., Cévrior UJOiJ.

NATCHK I)i;S RADIATIONS. ! 49

après î jours les lignes dans le jaune et le vert étaient brillantes et après () jours toutes les lignes fortes pouvaient être observées. Si le même tube A au lieu de contenir de l'émanation contient de Thélium comprimé, aucune trace d'hélium ne pénètre dans le vase extérieur. On peut donc conclure que des particules a, qui

Fi;

ont pu traverser la paroi de verre en vertu de leur grande vitesse de projection, se retrouvent dans l'espace extérieur à l'état de gaz hélium.

Dans ces expériences les particules a ont dû pénétrer dans le verre du vase extérieur et ne s'en dégager que lentement dans l'espace vide; c'est pour cette raison que le spectre de l'hélium n'a pu être observé qu'après un intervalle de ^ jours. Dans d'autres expériences les particules a sortant du tube ont été reçues dans une feuille de plomb, et le spectre de l'hélium a été observé après 24 heures. Enfin il a été possible de découvrir la présence d'hélium

occlus dans une feuille de plomb qui entourait le tube à émanation dans l'air à la pression atmosphérique ; cette feuille était introduite dans un appareil approprié à l'examen des gaz; l'air était déplacé par un courant d'oxygène pur qui a été ensuite absorbé par le charbon à la température de l'air liquide ; puis la lame a été chauffée et le spectre du gaz dégagé a été soumis à l'examen. L'hélium était déjà visible avec une lame cjui avait été exposée f heures seulement à l'action des rayons. La même expérience a été répétée avec une lame d'étain.

132. Charge des rayons a. — La mesure de la charge des rayons a constitue une expérience très délicate. On ne pouvait espérer observer cette charge que dans un vide très parfait^ car les particules a ont un pouvoir ionisant très grand^ et il est nécessaire d'éviter pour l'électrode qui les absorbe la perte de charge résultant de l'ionisation du gaz résiduel.

Les premières expériences faites en vue de mettre en évidence la charge des rayons a ont donné un résultat négatif. Voici quel était le dispositif expérimental employé par M. Rutherford ( ' ) : Une couche très mince de bromure de radium était obtenue sur une plaque par évaporation d'une solution très étendue; le sel était étudié quand son activité était minimum; à cet état il n'émet sensiblement que des rayons a. La couche de matière étant très mince^ les rayons n'étaient pas absorbés par la matière radiante d'une manière appréciable.

La plaque active A [fig. i 33) était isolée dans un vase de métal et reliée à l'un des pôles d'une batterie dont l'autre pôle était relié au sol. L'électrode supérieure^ isolée et reliée à un électromètre, était constituée par une boîte rectangulaire en cuivre^ dont l'ouverture tournée vers le bas était fermée par une feuille d'aluminium très mince. Les rayons a traversaient cette feuille^ pénétraient dans la boîte et étaient absorbés par les parois de celle-ci. La boîte extérieure D était reliée au sol^ et l'on y faisait un vide aussi bon que possible. Si les rayons sont chargés positivement, l'électrode doit recueillir de l'électricité positive et;, en vertu de l'ionisation du gaz résiduel, le courant obtenu quand la

(') Rutherford, Phil. Trans., 1904.

XATIRE DES RADIATIONS.

plaque A est à un potentiel positif doit être supérieur à celui que l'on obtient quand cette plaque est à un potentiel négatif. Aucune différence certaine n'a cependant pu être constatée, et même l'effet obtenu était plutôt inverse de celui qui était prévu. De plus le courant diminue d'abord cjuand le vide devient meilleur, mais tend ensuite vers une limite indépendante de la pression.

Fi£

e/ecfromètre

pompe

M. Strutt ('), opérant avec du polonium en couche très mince et avec un dispositif analogue à celui dont il s'était servi pour la démonstration de la charge des rayons |3, trouva de même que l'électroscope se déchargeait, qu'il fût chargé positivement ou négativement.

M. J.-J. Thomson (-) opérait également avec du polonium. Un disque de métal relié à l'électroscope se trouvait en face de la plaque recouverte de polonium, à 3°"" de distance. Un très bon vide était obtenu au moyen de la méthode qui consiste à absorber le gaz résiduel par du charbon de noix de coco contenu dans un tube immergé dans l'air liquide. La décharge de l'électroscope était 1 oo fois plus rapide pour une charge positive que pour une charge négative; on devait en conclure que le polonium émet beaucoup plus d'électricité négative que d'électricité positive. En plaçant l'appareil dans un champ magnétique intense, on constatait que la décharge de l'électroscope pour une charge positive se trouvait arrêtée, les particules chargées négativement émises par

(') Strutt, Phil. Mag., 1904.

(^) J.-J. Thomson, Nature^ 1904; Proc. Camb. Phil. Soc, 1905.

l52 CHAI'ITRK IX.

le polonium ayant été déviées de leur trajet par l'action du champ magnétique. Il était donc manifeste que ces particules étaient douées d'une vitesse d'émission relativement très faible et étaient, par suite, extrêmement sensibles à l'action d'un champ électrique et d'un champ magnétique. Ces particules sont des électrons lents qui ne possèdent pas de pouvoir ionisant. Elles sont émises en grande quantité par le polonium et, d'après les expériences précédemment décrites, il en est de même pour le radium. En rapprochant les plateaux de son appareil, M. J.-J. Thomson a pu mettre en évidence la charge positive transportée par les rayons a du polonium.

M. Rutherford ( ' ) ayant repris ses expériences avec l'emploi d'un champ magnétique parallèle au plan des plateaux, a observé que, dans ces conditions, l'électrode supérieure reçoit une charge positive, quel que soit le sens du champ électrique entre les plateaux. Quand on fait varier Tintensité du champ magnétique, l'effet produit sur le courant atteint une limite et ne varie plus pour des valeurs plus élevées du champ. Voici les résultats obtenus dans une expérience où la distance des plateaux était égale à 3'"'", et où le plateau actif était recouvert d'une feuille mince d'aluminium semblable à celle qui fait partie de l'électrode supérieure.

Courant

Potentiel -^ ^^ —^

du plateau actif. sans champ magnctique. avec champ magnétique.

volls

2 — 2 , 0 ^-O ,oS\

M. Rutherford a admis que la différence des courants mesurés en présence d'un champ magnétique pour les deux sens du champ électrique est due uniquement au courant déterminé par l'ioni-

(') Rutherford, Nature, lyo.'j.

NATLRE DES RADIATIONS. l53

sation résiduelle du gaz^ lequel prend des v^aleurs égales et désigne contraire en même temps que le potentiel de la plaque inférieure. Dans ces conditions la charge positive due aux rayons a absorbés par l'électrode est mesurée par la moyenne des courants i^ et l'o qui correspondent aux valeurs (+V) et ( — V) du potentiel du plateau A. On remarque d'ailleurs que pour les valeurs de V qui ne dépassent pas S volts, les moyennes des deux courants, indiquées dans le Tableau, sont assez voisines.

Soient n le nombre des particules a reçues par seconde et e la charge d'une particule. La charge ne est obtenue par la relation

et la charge émise par la substance radiante est double, puisque la moitié des rayons seulement est émise vers le haut.

Avec o^^^, 48 de bromure de radium sur une surface de 20'^"'' environ, le courant de charge mesuré était égal à 8,8. io~''^ ampère, ce qui conduit à la valeur de 19 unités E.S. par gramme de radium au minimum d'activité.

Si l'on connaît la valeur de e, on peut déduire de la mesure du courant de charge le nombre N des particules émises par seconde pour un gi^amme de radium au minimum d'activité.

En admettant e^3,i.io~-" E. M., on trouve N=2.io'". Puisqu'il est probable que les mêmes nombres de particules a sont émis par seconde dans chacun des groupes des rayons du radium en équilibre, le nombre des particules émises par un gramme de radium en équilibre radioactif avec son émanation serait environ i(>. 10'",

La charge des rayons y. a été éludlée par d'autres observateurs qui ont observé la charge des rayons du polonium dans un bon vide et avec emploi d'un champ magnétique (' ), (-) , (■').

La charge des rayons y. peut être mise en évidence par la même méthode que celle qui a servi dans les expériences de P. et M. Curie sur la charge des rayons 3 ( ' ). Les rayons du polonium traversent

(') Envers, Pliys. Zeit., 190G.

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

(') Moulin, Le Radium, 1907.

(*) Greinacheh, Deutsche phys. GeselL, 1909.

l51 CHAPITRE IX.

une feuille très mince d'aluminium et une couche d'isolant solide d'épaisseur o'"'", o3; ils sont ensuite absorbés par une électrode. On obtient sur celle-ci un courant de charge qui a été mis en évidence avec un dispositif de mesures sensible.

MM. Rutherford et Geiger ont entrepris la détermination de la charge émise par une quantité connue de radium G sous forme de rayons a ('). L'appareil utilisé est représenté dans la figure i34.

Fi g. i34.

Un tube de verre de 4"" de diamètre à deux rodages contient la source radiante R et l'appareil de mesures. Ce dernier se compose d'une plaque B reliée à une batterie et percée d'une fenêtre de i '''",92 de diamètre^ fermée par une feuille en aluminium mince, et d'une

(') RuTiiERi'"ûBD et GiiiGKii, Jalirbucli. d. Jîad., J908.

NATL'Rli: DliS RADIATIONS. rj5

boîte plate en laiton A dont le diamèti'e est de 2""^5 et dont l'ouverture tournée vers le bas est fermée par une feuille d'aluminium semblable à la première; la boîte A est reliée à l'électromètre. La source se trouve à une distance de .'V'"', 5 de la chambre d'ionisation; c'est une petite coupelle de verre activée par l'émanation du radium. Un champ magnétique est établi dans toute la région occupée par l'appareil ; il est parallèle aux plateaux et a pour effet de dévier les rayons ,3 du radium C et de ramener les électrons lents émis par les surfaces d'aluminium à leur point de départ. Le vide est aussi parfait que possible, malgré cela le courant est toujours plus intense quand le potentiel de B est positif que quand ce potentiel est négatif. La moyenne des courants i| et i-2, obtenus avec des valeurs du potentiel égales et de signes contraires, mesure le courant de charge /dû aux rayons a. Les valeurs de ii et l'o sont indépendantes de l'intensité du champ électrique quand le potentiel du plateau B varie entre 2 et 8 volts; la moyenne est indépendante de la valeur du champ magnétique^ si celui-ci est assez intense. Le rapport du nombre des rayons reçus dans l'appareil de mesures au nombre de rayons émis est calculé d'après les dimensions géométriqvies, en supposant l'émission de rayons uniforme dans toutes les directions.

Si l'on a comparé le rayonnement pénétrant de la coupelle active à celui d'une ampoule contenant une quantité connue de radium en équilibre radioactif, on peut déduire de la mesure du courant i la valeur de la charge émise par unité de temps sous forme de rayons a par le radium C qui se trouve en équilibre radioactif avec un gramme de radium. Le nombre ainsi calculé est 3 1,6 unités E. S. D'après la théorie, la charge émise par unité de temps avec les rayons y. d'un gramme de radium au minimum d'activité aurait aussi la même valeur; cette valeur est supérieure à celle précédemment trouvée.

Pour expliquer la perte du pouvoir ionisant pour une particule a dont la vitesse est tombée au-dessous de la vitesse critique, M. J.- J. Thomson ( ' ) a supposé qu'une particule qui a atteint cette vitesse se trouve déchargée par un électron qui s'y attache; au contraire, tant que la vitesse est supérieure à une certaine vi-

(•) J.-J. Thomson, Conduction of Electricity through gases.

ijG

ciiai'Itur; ix.

tesse minimum, l'énergie cinétique de la particule est suffisante pour que la particule et l'électron puissent échapper à leur attraction mutuelle. Dans cette manière de voir la charge des particules a ne peut être observée au delà de leur parcours mesuré par la méthode d'ionisation.

M. Duane (') a fait des expériences pour décider si la charge des rayons a disparaît en même temps que le pouvoir ionisant. La source des rayons était constituée par du radium au minimum d'activité, en couche aussi mince que possible. L'appareil utilisé est une boîte cylindrique en laiton dont le fond est percé d'un trou circulaire de i'^^"',8 de diamètre; ce trou est fermé par une lame de mica très mince (2'"^ par centimètre carré de surface) soutenue par une grille de fil de cuivre. Un plateau placé en face de la lame de mica reçoit les rayons qui ont traversé celle-ci et sert d'électrode reliée à l'électromètre, tandis que la toile métallique peut être portée à un potentiel élevé. Pour construire la courbe d'ionisation on canalise les rayons du radium au moyen d'un diaphragme à tubes, de manière à n'utiliser que les rayons normaux,

Fig. i35.

■fcj

Distance du radium i la fenêtne en cm

Distance du radium à In fenêtre en cm.

et l'on mesure le courant de saturation entre la toile et l'électrode pour diverses distances du radium à la lame de mica. La courbe I [flg. I. ■).")) montre que la presque totalité de l'ionisation à l'intérieur de la boîte cesse quand le radium est éloigné d'environ 2""' de la fenêtre, le courant très faible observé à une distance plus

(') Duane, Comptes rendus^ ^'.p'^-

NATLBE DES RADIATIONS. Ijy

grande étant dû à la présence d'un reste d'émanation et de radioactivité induite.

Pour mesurer la charge des rayons on fait un bon vide dans la boîte et l'on établit un champ magnétique parallèle à l'électrode^ afin de supprimer l'effet des électrons lents émis par la fenêtre et l'électrode. On mesure la charge apportée au plateau par les rayons y., sans canaliser ces derniers et en employant une quantité plus grande de radium. On vérifie qu'aucun courant d'ionisation appréciable n'existe dans la boîte en constatant ciue^, le champ magnétique étant établi^ on peut établir une différence de potentiel de quelques volts entre la fenêtre et l'électrode sans modifier l'intensité dvi courant. La courbe II {fig. i.î,")) représente le courant de charge dû aux rayons. Ce courant est sensiblement supprimé quand le radium est à plus de y/'" de la fenêtre. La charge des particules a et leur pouvoir ionisant s'arrêtent à peu près au même point. Le parcours mesuré par la charge est peut-être un peu plus court que celui mesuré par le pouvoir ionisant^ mais la différence est^ en tout cas^ très faible.

Ainsi pour une particule a qui a perdu son pouvoir ionisant^ la charge ne peut pas être décelée. Nous avons vu d'ailleurs qu'une telle particule ne peut plus agir sur une plaque sensible ou sur un écran phosphorescent^ et nous verrons qu'elle a perdu aussi son pouvoir de produire des rayons secondaires [çoir § 136), Une particule y. qui a atteint la vitesse critique a donc perdu toutes les propriétés qui la distinguent des atomes gazeux ordinaires.

Il est facile de se rendre compte qu'un atome léger^ un atome d'hélivim par exemple^ lancé dans l'air avec la vitesse initiale d'une particule y, et subissant des chocs contre les molécules d'air suivant les hypothèses admises d'ordinaire en théorie cinétique^ se trouverait très rapidement arrêté dans son mouvement rectiligne^ son énergie cinétique se trouvant réduite à celle qui correspond à l'agitation thermique. On peut prévoir que dans ces conditions le parcours du projectile ne serait qu'une petite fraction du parcours réellement observé pour une particule a; en efîet^ d'une part, le projectile serait fortement dévié de sa direction primitive dès les premiers chocs; d'autre part, sa vitesse serait réduite à la vitesse moyenne d'agitation thermique après une très petit nombre de chocs.

làS CH.VPlTRi: IX.

Deux points de vue différents sont envisagées en théorie cinétique : 1 " les molécules peuvent être assimilées à des sphères parfaitement élastiques; 2" on suppose que les molécules exercent entre elles des forces centrales fonction de la distance; Maxwell a particulièrement développé le cas où la force est une répulsion qui varie en raison inverse de la cinquième puissance de la distance.

Dans la première hypothèse on remarque d'abord que la masse d'une particule a étant plus petite que celle d'une molécule d'air, une particule a qui subit un choc central se trouve nécessairement rejetée en arrière. Si le choc n'est pas central, la déviation est moindre; on peut calculer la déviation moyenne qui correspond aux différents chocs possibles. Si m est la masse d'une particule a et M celle d'une molécule d'air, l'angle de déviation moyen cp est

, , r 2 AI — m 1 iT ^ , 7T M 1 AT ^ r\

égal a — — n quand M >- m et a 7 quand M <^ m. Un voit

que, pour une particule a qui se déplace dans l'air (M = 3o environ, 771= 4), la première formule donne une déviation moyenne voisine de 90", de sorte que, selon toute probabilité, la particule doit être rejetée de côté dès le premier choc, c'est-à-dire après un parcours de l'ordre de lo"-' cm. On peut s'assurer de même que chaque choc détermine une réduction de vitesse importante; c'est ainsi que quatre chocs centraux contre des molécules d'air suffiraient pour réduire de moitié la vitesse d'une particule a du radium G. Les résultats indiqués sont obtenus en considérant la vitesse des molécules d'air comme négligeable par rapport à celle des particules a,

La deuxième hypothèse a été examinée par M J.-J. Thomson (') ; elle conduit à des conclusions analogues à celles qui découlent de l'hypothèse des chocs élastiques.

Il paraît donc nécessaire d'admettre que les chocs d'une particule a contre les molécules d'un gaz ne sont pas de même nature que ceux que l'on considère en théorie cinétique. M. J.-J. Thomson indique que la différence pourrait être attribuable à ce fait que la particule est chargée. Cependant l'on ne conçoit pas facilement par quel mécanisme la présence de la charge pourrait favoriser la pénétratian de la particule ; la charge semblerait plutôt devoir constituer

(') J.-J. TiioMsox, Conduction of Electricily tlirough gases.

NATURE DES RADIATIONS. iSg

un obstacle au mouvement^ en raison de l'attraction électrostatique qui doit se produire entre la particule chargée et les molécules ; mais le calcul montre que la perturbation qui en résulte est très peu importante quand l'énergie cinétique de la particule est aussi grande. Il ne semble pas d'ailleurs indispensable d'admettre que l'arrêt résulte de la perte de charge^, car on peut concevoir que si l'arrêt s'est produit pour une autre raison, la charge se trouvera aussitôt neutralisée grâce à la présence d'ions dans le gaz. On pourrait imaginer qu'une particule a qui possède une vitesse suffisante traverse les molécules qu'elle rencontre, et qu'il existe une vitesse limite au-dessous de laquelle ce phénomène ne peut se produire. Dans cette hypothèse la grandeur de la vitesse serait la cause déterminante du désaccord qui se manifeste entre le mode de mouvement d'une particule a et les prévisions de la théorie cinétique, de sorte qu'un atome d'hélium, lancé avec la même vitesse, pourrait se comporter de la même manière.

L'expérience montre que la stabilité du mouvement de la particule n'est assurée que tant que l'énergie reste suffisamment grande. Toute rencontre avec une molécule de gaz doit entraîner une perte d'énergie de la particule, surtout quand il y a production d'ions; le nombre des ions produits par une particule a est d'ailleurs très grand, et l'on a des raisons pour penser que les molécules qui subissent l'ionisation constituent la plus grande partie des molécules rencontrées {i'oir § 135).

133. Numération directe des particules a. Mesure de la charge d'une particule a. Valeur de la charge élémentaire. — La charge d'une particule a et le nombre des particules a émises par seconde par un gramme de radium sont des constantes d'une grande importance qu'il est utile de pouvoir déterminer indépendamment. On doit à MM. Rutherford et Geiger ( ' ) un travail important sur la numération directe des particules a.

Le principe de la méthode est le suivant : une particule a isolée produit le long de son parcours dans l'air sous la pression atmosphérique un nombre d'ions très grand mais insuffisant pour produire un effet appréciable sur l'électromètre. Si la particule se

(') Rutherford et Geiger^ Phys. Zeit., 1909.

l6o CllAI'ITHE IN.

déplace dans l'air sous pression réduite dans une région où existe un champ électrique intense, chaque ion créé peut en produire d'autres, en vertu du phénomène d'ionisation par choc des ions, découvert et étudié par M. Townsend [i>oir § 13), L'effet de la particule a ainsi multiplié devient accessible à l'observation.

L'appareil employé était un long cylindre de verre E {fig. i')6) dans lequel on plaçait la source radiante en G. Ce tube pouvait être relié par un robinet à large voie F à l'appareil de mesures. Ce dernier

Fis. i36.

était constitué par un condensateur cylindrique dont les deux bases étaient formées par des bouchons d'ébonite; un fil B^ placé axialement^ servait d'électrode. Dans l'une des bases C était mastiqué un tube de verre portant une pièce métallique percée par une fenêtre qui était fermée par une lamelle de mica. Un tube de caoutchouc reliait le tube de verre au robinet du tube E. La source radiante était portée par un cylindre de fer qui pouvait être déplacé le long du tube au moyen d'un aimant. Quand le robinet était ouvert^ les rayons a entraient par la fenêtre dans l'appareil de mesures et y produisaient des ions. L'intensité du rayonnement admis dans le condensateur était réglée de telle manière que quelques particules seulement fussent reçues par minute. L'effet de chaque particule se traduisait par une impulsion observée à l'électromètre; celui-ci était relié au sol par l'intermédiaire d'une résistance à air ionisé par une matière radioactive et, après chaque impulsion^ il revenait vers le zéro. La chambre d'ionisation avait 20'"' de longueur et i"",7 de diamètre ; la pression du gaz (air ou gaz carbonique) variait entre :>,•"" et 5"" de mercure; la différence de potentiel entre l'électrode et la boîte extérieure était de i :iOO volts. Le tube E avait une longueur de 4j<>""', et la fenêtre de mica un diamètre de i""",5.

Le radium C était employé comme source radiante. On activait

NATURE DliS RAOIATIONS. l6l

fortement une petite plaque de métal; on attendait que la chute rapide initiale de la radioactivité induite fût terminée (le radium A est alors détruit) ; on comparait le rayonnement pénétrant de la plaque à celui d'une ampoule contenant une quantité connue de radium, on mettait la source en place et l'on faisait le vide dans le tube E ; on commençait ensuite l'expérience, et de temps en temps on contrôlait la valeur de l'activité de la source en utilisant les rayons pénétrants émis à l'extérieur du tube. Il était nécessaire de tenir compte de la diminution de l'activité en fonction du temps. Le nombre des impulsions est proportionnel à la surface de la fenêtre, à l'intensité de la source et varie en raison inverse du carré de la distance; il est indépendant de la pression et de la nature du gaz dans la chambre d'ionisation, ainsi que de la différence de potentiel utilisée. L'émission des particules se fait uniformément dans toutes les directions. Tous ces points ont été directement vérifiés par l'expérience. Le nombre des particules émises par unité de temps varie notablement, indiquant ainsi que la loi du hasard intervient dans le phénomène d'émission du rayonnement. Connaissant la valeur moyenne du nombre de particules reçues par unité de temps et l'angle solide sous lequel la surface de la fenêtre est vue de la source, on en déduit facilement le nombre total des particules émises pas la source. On a trouvé ainsi

pour le nombre N des particules a émises en une seconde par une quantité de radium C qui est en équilibre avec un gramme de radium. Ce nombre est supposé égal à celui des particules a émises par un gramme de radium au minimum d'activité. Il diffère notablement du nombre indiqué précédemment (§ 132).

En remplaçant la chambre d'ionisation par un écran au sulfure de zinc placé contre la fenêtre, on a pu s'assurer que chaque particule a produit une scintillation; les scintillations étaient observées au moyen d'un microscope.

On a pu observer par la même méthode l'effet des particules a de l'uranium, du thorium et de l'actinium, et il semblait possible de mettre en évidence l'action individuelle d'une particule jS.

Si les particules a des quatre faisceaux du radium sont en nombre égal, le nombre des particules émises par gramme de C. — II. II

l6-2 CHAPITRE IX.

radium en équilibre radioactif et par seconde est i3,6. lo'". Nous avons vu^ d'autre part^ que dans les mêmes conditions on obtient pour le nombre des particules |j de grande vitesse 5^). lo'" d'après M. Rutherford et lo'' d'après M. Makower. Les nombres des particules a et 'p émises par un gt-amme de radium en équilibre ne sont donc pas différents comme ordre de grandeur.

Connaissant le nombre des particules émises par seconde par le radium C qui est en équilibre avec un gTamme de radium et connaissant de plus la charge qui accompagne ces particules (§ 132), on trouve pour la charge d'une particule a la valeur moyenne

e = 9 , 3 . 1 o" '" u I) i té E. S . ;

les valeurs obtenues dans plusieurs expériences étaient comprises entre 8, 'j. lo "'" et 10,1.10"^"^.

M. Rutherford a admis que cette valeur est le double de la charge élémentaire, et que la valeur de celle-ci est, par conséquent, plus forte que celle admise à la suite des expériences de M. J.-J. Thomson et de M. Wilson. Il a donc proposé d'adopter pour la charge élémentaire le nombre 4>*^^-io~'"- Ce nombre est en accord avec celui qui a été déduit par M. Planck des lois du rayonnement et avec les résultats de certaines expériences récentes (§ 11).

La charge d'une particule a du polonium a été mesurée par M. Regener ('). L'expérience consistait à mesurer la charge positive émise par une lame portant un dépôt de polonium en couche mince, et à compter le nombre des particules émises dans le même temps par la même lame, en utilisant les scintillations produites par ces particules sur un écran phosphorescent. La méthode suppose donc que chaque particule a donne lieu à la production d'un point lumineux.

En comparant le nombre des particules comptées par la méthode électrique à celui observé par la méthode des scintillations, quand la chambre d'ionisation est enlevée et remplacée par un écran phosphorescent transparent fixé à l'extrémité du tube E en D (/îg. 1 36), MM. Rutherford et Geiger avaient trouvé que la méthode optique donne un résultat inférieur de i pour 100 environ à

{') Rkgener, Acad. de Berlin, 190»).

NATURE DES RADIATIONS. lG3

celui que fournit la méthode électrique. La concordance semblait donc bonne, et l'on pouvait espérer l'améliorer encore en perfectionnant les conditions de l'expérience. Pour cela l'écran au sulfure de zinc collé a été remplacé par des lames minces taillées dans la blende naturelle, dans du diamant ou de la willémite. Les scintillations étaient observées au moyen d'un microscope muni d'un objectif à immersion, et les observations n'étaient commencées qu'après un long séjour dans l'obscurité. La source radiante se trouvait dans un tube dans lequel on faisait un vide parfait, et l'angle solide comprenant les rayons utilisés était défini par un diaphragme, de telle manière que le nombre des points lumineux à compter fût en moyenne d'un pour deux secondes. La numération était faite par un procédé d'enregistrement et, pour éliminer l'effet des oscillations du nombre des particules rayonnées, on comptait dans chaque série d'expériences environ 5ooo points lumi-

Immersion

Couvre objBt

^'lamelle

neux. Le dispositif expérimental est représenté dans la figure 107. En modifiant l'orientation de la plaque active P on peut étudier la répartition du rayonnement suivant des directions faisant un angle variable avec la normale à la plaque. On trouve que, quand cet angle varie de o'' à 87° (^g. i38), le nombre des scintillations reste constant; c'est seulement pour un angle supérieur à 88 que se manifeste une décroissance rapide du nombre des particules reçues, et il est probable que cet effet est attribuable aux inégalités

l64 CHAPITRE IX.

de la surface active. Il est légitime, d'après cela, d'admettre que l'émission ne varie pas avec la direction.

La charge émise par la plaque active sous forme de rayons a était mesurée au moyen d'un dispositif analogue à celui de la figure 1)4, mais dont le récepteur C n'était pas fermé par une lame d'aluminium mince. Les électrons lents émis par le polonium et par le récepteur étaient ramenés aux surfaces d'émission par l'emploi d'un champ magnétique. On avait réalisé un vide aussi parfait que possible pour diminuer l'ionisation du gaz résiduel. Le courant d'ionisation n'était qu'une fraction de 3 pour loo environ du courant de charge dû aux rayons a.

Les résultats de plusieurs séries d'expériences ont donné, pour la valeur moyenne du nombre des particules émises par seconde par la plaque active, le nombre 3,9.3. lo' et pour la charge émise

Fig. i3S.

0 10 20 30 W 50 60 70 80 90° angle

dans le même temps la valeur 0,0003-7 unité E. S.; d'où, pour la charge e d'une particule a,

e = 9,58. 10^"^' unité E. S.

Ce nombre est en très bon accord avec les résultats de MM. Ratherford et Geiger.

Si la particule a porte le double de la charge élémentaire, la valeur ^0 de cette dernière est probablement environ

f 0 = 4,7- •<> '" uiiiu'' K. S.

NATURE DES RADIATIONS. I Go

Le nombre /\,-. lo"''* étant adopté pour la charge élémentaire^ conduirait à prendre 2,-. 10'^ pour le nombre des molécules d'un gaz contenues dans i*^"'' de volume dans les conditions normales de température et de pression; la masse d'un atome d'hydrogène serait 1,6. io~-'' gramme et le nombre des molécules dans une molécule-gramme serait environ 6^1 . 10^^.

Il résulte de plus^ de la valeur du rapport —> que la masse

calculée pour une particule a est très peu différente de celle d'un atome d'hélium^ et que l'identité des particules a avec les atomes d'hélium est ainsi confirmée.

Par l'ensemble des belles expériences de M. Rutherford et de ses collaborateurs, la nature de la particule a semble définitivement établie.

134. Volume de l'émanation en équilibre avec un gramme de radium. Vitesse de production d'hélium par le radium. — En

partant des données numériques qui résultent des expériences de M. Rutherford, on peut faire les considérations suivantes :

Si un atome de radium, en se détruisant^ émet une seule particule y. et un seul atome d'émanation, alors le nombre des atomes d'émanation émis par seconde par un gTamme de radium est égal à 3,4 -lo'", et le nombre des atomes d'hélium formés par seconde est 4 X 3,4' i<^"' pour un gTamme de radium en équilibre radioactif.

Le nombre des atomes d'émanation en équilibre radioactif avec un gramme de radium est donc égal à 3,4.io'" X ^, où h est la vie moyenne de l'émanation^ égale à ^^So^.io-^ secondes. Le volume occupé par ces atomes est représenté par la formule

Ce nombre est très voisin de celui qui résulte des déterminations expérimentales.

Le volume occupé par l'hélium produit en une seconde est égal

a ,„ cm^ ce qui conduit a un volume de o™"' 43 par