Dosage des substances radioactives par les rayons

qu'elles émettent. — Le dosage des substances radioactives au moyen des rayons y est d'usage courant dans les laboratoires. Ce dosage présente le grand avantage d'être d'une grande facilité au point de vue expérimental ; il consiste à utiliser seulement les rayons très pénétrants, en supprimant le rayonnement plus absorbable au moyen d'un écran convenable. Il en résulte que pour des substances enfermées dans des ampoules de verre ou autres enveloppes minces, l'absorption produite par ces enveloppes pourra être assez faible pour qu'on ait le droit de la négliger. La comparaison peut se faire avec précision pour des échantillons d'une même substance radioactive, si les rayons émis de chaque point de la source sont dans tous les cas utilisés de la même manière, c'est-àdire reçus sous le même angle solide dans l'appareil de mesures et absorbés dans la même proportion par l'ensemble des écrans intermédiaires.

D'après M. Eve on peut doser par cette méthode l'ensemble du radium et du thorium dans les minéraux radioactifs, les rayons y du thorium ayant le même pouvoir pénétrant que ceux du radium.

On peut employer pour le dosage au moyen des rayons pénétrants une chambre d'ionisation du type représenté dans la figure Sg, Chapitre II; cet appareil sert pour les sources de très petites dimensions. Pour les sources plus volumineuses, on peut utiliser un grand condensateur à plateaux (diamètre des plateaux 4o""^ distance des plateaux 5""), dont le plateau supérieur est recouvert par un écran en plomb, sur lequel on pose la source, vers le milieu. Voici le résultat d'une comparaison entre deux ampoules contenant du radium et ayant toutes les deux de petites dimensions. La première ampoule contient o^ , 09 d'un mélange de chlorures de baryum et de radium, dans lequel le poids atomique du métal déterminé par l'expérience est égal à 2 1 6 ; cette ampoule contient donc 0^,064 de radium. Le deuxième ampoule contient 0^,0260 de chlorure de radium pur (poids atomique du métal, 226), soit os,o202 de radium. Les courants obtenus avec les deux ampoules au moyen du grand condensateur sont respectivement 5(34 et 170. Le rapport de ces courants est 3,22 tandis que le rapport des teneurs en radium est 3, 17. La précision des comparaisons de ce genre peut, d'ailleurs, être supérieure à celle qui a été obtenue

l86 CMAPITRI'; IX.

dans l'expérience précédente^ que j'indique surtout parce qu'elle se rapporte à des teneurs en radium déterminées par des méthodes chimiques.

Il est utile de remarquer que pour avoir de bonnes comparaisons il faut que les conditions expérimentales soient aussi identiques que possible pour les échantillons à comparer. Ainsi l'on constate qu'en éloignant l'une des petites ampoules du plateau sur lequel elle est posée^ de .>/ "' seulement^ on diminue de 5 pour i oo le courant mesuré; une diminution de même importance est obtenue en enveloppant l'ampoule d'une feuille de platine de o"""^ i (i d'épaisseur^ bien que l'écran de plomb que traversent les rayons ait une épaisseur de i"".

139. Nature des rayons -{. — Les rayons v n'étant pas influencés par l'action d'un champ magnétique, il semblait naturel de les assimiler aux rayons Riintgen des ampoules à vide.

On sait qu'il existe des rayons S dont la vitesse est si grande que ces rayons sont peu sensibles à l'action d'un champ magnétique. Toutefois entre les rayons [j et y il existe à ce point de vue une discontinuité qui a été mise en évidence dans les expériences de P. Curie et de M. Villard. Cette discontinuité se voit très clairement dans l'expérience suivante de M. Paschen ('). Le radium est placé au fond d'un tube de plomb de i""" de diamètre et de 6*^'" de profondeur. Un faisceau étroit de rayons s'échappe de la cuve et produit une impression sur une placjue photographique placée à 6*"" de distance de la cuve. Dans la région comprise entre le tube et la plaque on établit un champ magnétique normal au faisceau. Quand l'intensité H du champ est égale à I ooo unités, on obtient la séparation complète de la tache, correspondant au faisceau non dévié, et de la bande, correspondant au faisceau dévié des rayons ^i de vitesses différentes; la distance entre les deux impressions est de ')"". Pour H= 3ouo les rayons ,'j n'atteignent plus la plaque, tandis que l'impression due aux rayons y n'est pas modifiée.

La séparation des rayons [i et y est visible dans la figure 3, planche VL Cette figure représente une épreuve obtenue avec

(') Paschen, PItys. ZciL, i\)o'\.

NATLllK DES RADIATIONS. 187

un faisceau de rayons émis par une source linéaire et limité par une fente parallèle à la source. Un champ magnétique parallèle à la direction de la fente était établi clans la région traversée par les rayons; le trajet des deux faisceaux séparés était reproduit sur une plaque photographique^ normale au plan déterminé par la source et la fente, mais inclinée sur la direction moyenne des rayons. Le faisceau non dévié de rayons y reste fin, tandis que le faisceau dévié de rayons ,j subit un épanouissement notable. D'après les expériences de M. Paschen, si les rayons y sont déviés par un champ magnétique, le rayon de courbure de leur trajectoire dans un champ de ooooo unités est supérieur à lo™, et en ce cas, même en leur attribuant une vitesse voisine de celle

de la lumière, on obtiendrait au plus un rapport — de l'ordre de

1000 unités électromagnétiques. Les rayons y représenteraient en ce cas des particules possédant une très grande énergie, ce cjui ne semble pas conforme aux expériences ; on sait, en effet, que les rayons y ne contribuent que pour une faible part au dégagement de chaleur produit par le radium. Il est donc probable que ces rayons ne sont pas chargés.

P. Curie et M. Sagnac (') ont cherché à mettre en évidence la charge des rayons Runtgen en recevant un faisceau de ces rayons dans un cylindre de Faraday en plomb à parois épaisses ; les rayons entraient dans ce cylindre par une ouverture pratiquée dans la paroi de plomb et fermée par une feuille d'aluminium. L'enceinte fermée ainsi obtenue était entièrement recouverte d'une couche mince de paraffine, qui était elle-même entourée d'une mince enveloppe en aluminium reliée au sol. Une tige de communication protégée de la même manière reliait la paroi du cylindre à un électromètre. Les rayons traversaient l'enveloppe extérieure, la paraffine et la fenêtre et étaient absorbés dans la paroi de plomb. Aucune charge de celle-ci n'a pu être constatée à l'électromètre.

Quand on veut s'assurer de la même manière si les rayons y transportent une charge électrique, on rencontre de grandes difficultés. Ces rayons sont, en effet, très pénétrants et traversent tout récepteur destiné à les recevoir, en n'étant absorbés que partielle-

(') P. Curie et Sagnac, Comptes rendus, 1900.

CIIAI'ITIU-: I\.

ment; en même temps ils donnent naissance à des rayons secondaires qui sont^ au moins en partie, des rayons |j et qui^ émanant des surfaces du récepteur ou des objets environnants, donnent lieu à des effets de charge. C'est ainsi qu'une enceinte en plomb à parois épaisses, complètement fermée et contenant une petite quantité de radium, doit acquérir une charge positive. Dans les expériences de M. Paschen sur la charge émise par le radium (§ 110), la charge négative que l'on observait encore avec un champ magnétique très intense pouvait provenir des rayons secondaires émis par les ailettes qui absorbaient les rayons [j déviés et les rayons y de direction oblique.

Si l'on admet que les rayons y ne sont pas chargés^ il reste à examiner si ces rayons sont de nature corpusculaire ou bien s'ils représentent une perturbation électromagnétique de l'éther. Un problème analogue s'est déjà présenté relativement à la nature des rayons Riintgen. Les propriétés de ces derniers : absence de charge, propagation parfaitement rectiligne, absence de réfraction^ de réflexion et de diffraction^ reçoivent une interprétation très cohérente, en considérant les rayons X non comme des trains d'ondes^ mais comme des pulsations de l'éther ou perturbations isolées de très courte durée se propageant dans l'espace avec la vitesse d'une onde électromagnétique. Il est^ d'ailleurs, naturel de penser qu'une perturbation de cette nature doit avoir lieu quand l'électron en mouvement rapide^ qui constitue un rayon cathodique^ éprouve un arrêt brusque en rencontrant un obstacle solide. Il est également naturel de concevoir qu'une pulsation de l'éther qui constitue des rayons X et qui représente une zone de champ électromagnétique se propageant dans l'espace peut^ en traversant la matière, agir sur les électrons qui y sont contenus, et provoquer l'expulsion de certains d'entre eux qui forment des rayons secondaires analogues aux rayons [^. D'autres rayons secondaires de la même nature que les rayons primaires doivent également être émis par la matière que traversent ces derniers, parce que les variations de l'accélération des électrons sur lesquels passe la pulsation primaire doivent donner lieu à des pulsations secondaires.

La théorie des pulsations de l'éther est, en général, considérée comme donnant l'explication la plus probable de la nature des

NATURE DKS RADIATIONS. I S»)

rayons X^ bien qu'aucune preuve décisive n'ait encore pu être apportée en faveur de cette théorie. Les expériences sur la polarisation des rayons X secondaires et primaires viennent cependant à l'appui de cette manière de voir ( ' ). En considérant que le passage d'une perturbation électromagnétique sur un électron en repos a pour elîet initial d'imprimer à celui-ci une accélération dans la direction du champ électrique^ et que le champ électrique dans une onde électromagnétique est normal à la direction de propagation, on peut prévoir c|ue l'intensité de la radiation X secondaire émise par un radiateur métallique ne doit pas être la même dans toute les directions, mais que pour une direction déterminée elle dépend de l'orientation de cette direction par rapport à celle du faisceau primaire. Cette prévision a été confirmée par les expériences de M. Barkla à ce sujet.

Les rayons y semblent analogues aux rayons X, et les conditions de leur production semblent présenter également une analogie correspondante. Les rayons y sont, en effet, dans tous les cas connus, inséparables des rayons [i, et ont une intensité proportionnelle à celle de ces derniers. On peut donc penser que leur émission dépend de celle des rayons |3 comme l'émission des rayons X dépend de celle des rayons cathodiques. Toutefois on n'a pas encore constaté avec certitude l'émission de rayons y par des radiateurs recevant des rayons j exempts de rayons y. M. Eve a signalé l'émission de rayons secondaires genre y sous l'influence des rayons pénétrants du radium, mais la production de rayons y à partir de rayons [i n'a pas été absolument prouvée.

Une différence importante avait été constatée entre les rayons y et les rayons X au point de vue du pouvoir ionisant de ces rayons pour différents gaz. M. Strutt ( -) a montré que tandis que pour les rayons y du radium l'ionisation du gaz est approximativement proportionnelle à sa densité, il n'en est pas de même pour les rayons X qui produisent une ionisation beaucoup plus grande dans l'hydrogène sulfuré et dans l'acide chlorhydrique que dans l'air, bien que la densité de ces gaz ne soit pas très différente de celle de l'air. Toutefois il ne faut pas oublier que les rayons y ont un pouvoir pénétrant considérablement plus grand que celui des rayons X

(') Barkla, Jahrbuch cl. Rad., 1908.

(-) Strutt, Phil. Trans., 1901.

igo ciivi'irRK i\.

et peuvent pour cette raison avoir des propriétés différentes. Il résulte des recherches de M, Eve ( ' ) que l'écart dont il est question ici est bien moindre pour les rayons X provenant d'un tube très dur; ces rayons étaient cependant encore 4o fois moins pénétrants que les rayons •', puisque leur coefficient d'absorption pour le plomb était égal à 2'>^ celui des rayons -' du radium étant environ o, 5.

Voici les résultats des expériences de M. Strutt et de M. Eve à

ce sujet :

Condiictibililé relative du gaz.

Rayons X :

Densité , - ,-

Gaz. lelative. mous. durs. Rayons y.

Hydrogène "jOj o,ii o,4j 0,19

Air . 1 I I I

Hj'drogène siilfiii"<'' i , ^^ 6 0,9 i ,23

Chloroforme 4,3 3a ^,6 4)8

lodure de métliyle >,() 72 i3,5 5,6

Tétrachlorure de carbone . 5,3 45 4,9 5,2

Pour chaque gaz l'ionisation était déterminée pour une pression convenable ; les résultats ont été ensuite rapportés à la même pression^ l'ionisation étant proportionnelle à la pression pour les rayons pénétrants.

M. Eve a d'ailleurs constaté que la conductibilité du gaz est due en grande partie aux rayons secondaires. Les expériences étaient faites avec deux électroscopes contenus dans une boîte qu'on remplissait du gaz étudié; les rayons agissaient par des fenêtres pratiquées dans la paroi de la boîte. Quand un des électroscopes était intérieurement recouvert de feuilles d'aluminium, l'ionisation était fortement diminuée; dans le cas des rayons Xla proportion de l'ionisation due aux rayons secondaires pouvait atteindre 70 pour 100; dans le cas de rayons *' cette proportion était très inférieure.

Il semble, d'après ce qui précède, que le mode d'action des rayons y et des rayons X sur les gaz ne puisse pas suffire pour établir entre ces rayons une différence de nature et que, par suite, l'hypothèse faite sur la nature des rayons Runtgen soit aussi applicable aux rayons y.

Dans des publications diverses, M. Bragg ( - ) a émis l'opinion que

(') Eve, Phil. Ma g., ufo].

(-) Rraug, Phi/. Mag., 190S; Le Radium, 1908.

XATIRK DITS RADIATIONS. tÇ)!

les rayons *' et les rayons X sont de nature corpusculaire^ et qu'ils sont constitués par un couple de particules chargées, l'une positivement, l'autre négativement, avec la charge élémentaire, l'ensemble des deux particules formant un couple neutre. Quand un tel couple rencontre un obstacle matériel, les deux particules peuvent être séparées, et la particule chargée négativement constitue un rayon secondaire du genre 'p. M. Bragg pense que cette théorie permet d'expliquer toutes les propriétés des rayons y et qu'elle rend compte en particulier de ce fait, que les rayons secondaires |i sont émis principalement autour d'une direction privilégiée qui est celle du faisceau des rayons y primaires; de plus, dans le cas du radium, ces rayons secondaires ont une vitesse sensiblement égale à celle des rayons j du radium lui-même ; la vitesse ne dépend pas de la nature de la matière dans laquelle les rayons secondaires sont formés.

On peut remarquer que la théorie des pulsations prévoit aussi pour l'émission des rayons secondaires |i> une direction privilégiée qui est celle du faisceau primaire. Si, en effet, une onde électromagnétique plane de direction 0 :; passe sur un électron placé au point 0, les directions du champ électrique h et du champ magnétique H se trouvent dans un plan normal en 0 à la direction Oz avec une orientation relative telle que la direction h puisse être amenée sur la direction H par une rotation de 90" autour de O; dans le sens inverse du sens de rotation des aiguilles d'une montre. L'électron déplacé d'abord en sens inverse de h en vertu de l'action du champ électrique sur sa charge négative, est équivalent à un courant circulant dans le sens h et subit de la part du champ magnétique H une force dont la direction est Oz. L'impulsion électromagnétique aiu^a donc pour effet de communiquer aux électrons des vitesses dont la composante parallèle à l'axe Oz est dirigée dans le sens de la propagation; ces vitesses peuvent se superposer aux vitesses propres des électrons, et si celles-ci sont distribuées uniformément, les vitesses résultantes qui font un angle aigu avec la direction de propagation de l'onde, qui est en même temps la direction du faisceau primaire, seront plus fréquentes que les vitesses qui font un angle obtus avec la même direction. Il faut toutefois supposer que la vitesse communiquée à l'électron par la pulsation est de même ordre que la vitesse des rayons |j secon-

ig^ ciivi'iïfu; IX.

claires; cette dernière, dans le cas des rayons X, est du même ordre que la vitesse des rayons cathodiques, et dans le cas des rayons -■ elle est du même ordre que celle des rayons j de la même substance. Il est donc évident qu'une pulsation cjui résulte de l'arrêt brusque d'un rayon cathodique et dont l'énergie totale est au plus égale à celle de ce rayon, ne peut, en se propageant dans l'espace et en passant sur un électron contenu dans la matière, fournir à celui-ci l'énergie nécessaire pour acquérir la vitesse perdue par le rayon cathodique primaire. On pourrait, d'autre part, penser cjue l'énergie des rayons secondaires ne dérive pas de celle de la pulsation, mais plutôt de l'énergie interne de l'atome, les rayons primaires n'agissant que comme cause déterminante de l'explosion de l'atome. La prédominance de l'émission secondaire 3' dans la direction des rayons primaires est, en ce cas, plus difficile à expliquer, et c'est là l'argument principal de M. Bragg en faveur de sa théorie. Peutêtre aussi pourrait-on éviter la difficulté dont il vient d'être question, en admettant qu'une seule pulsation est insuffisante pour produire l'émission d'un rayon jii secondaire; une série composée d'un grand nombre de pulsations successives serait nécessaire à cet effet, chacune de ces pulsations venant renforcer l'effet de la précédente ; on peut aussi remarquer c]u'un électron cjui au moment du passage d'une pulsation possède dans l'atome une vitesse de même direction c{ue celle de la pulsation, sera soumis plus longtemps à l'action de la pulsation et, pour cette raison, plus fortement influencé qu'un électron dont la vitesse a le sens opposé; l'expulsion pourrait résulter d'une accumulation d'elTets de ce genre.

Quant aux résultats expérimentaux d'après lesquels la vitesse des rayons [i secondaires provenant de rayons y est indépendante de la nature de l'atome dans lequel ils se forment et égale dans le cas du radium à celle des rayons [î primaires, on peut penser qu'étant donnée la nature complexe des émissions primaire et secondaire, il est difficile d'établir les conclusions considérées avec certitude et précision.

La théorie de M. Bragg conduit soit à admettre l'existence d'électrons positifs, soit à admettre que l'émission de rayons X, de rayons y et de leurs rayons secondaires de même espèce comporte la destruction des atomes par suite d'émission de particules chargées positivement et ayant des dimensions atomiques.

XATL'nn: pks radiations. 193

Dans la théorie des pulsations la vitesse des rayons X et des rayons y est égale à celle de la lumière ; dans la théorie corpusculaire elle peut en différer. La vitesse des rayons -; n'a pas été mesurée. En ce qui concerne la vitesse des rayons X^ des mesures ont été faites par M, Blondlot ( ' ) et par M. Marx (-) qui ont conclu tous les deux en attribuant aux rayons X la vitesse de la lumière; toutefois la question ne semble pas défînitivemeni résolue ( '^ ).

Certaines théories récentes de la Physique admettent une structure discontinue pour la radiation électromagnétique ou lumineuse (§ 22). Dans cette manière de voir, l'énergie de la radiation ne se propage pas en ondes continues, mais se trouve émise à l'état de faisceaux d'énergie limités ou bien à l'état d'atomes d'énergie. La théorie des pvdsations ainsi modifiée et appliquée à l'interprétation des propriétés des rayons Rtintgen et des rayons -' pourrait offrir une certaine analogie avec la théorie matérielle de M. Bragg, sauf en ce qui concerne la vitesse de propagation des rayons.

Il semble possible de se rendre compte de la distribution, dans l'espace, d'un des phénomènes élémentaires qui constituent les rayons -', en utilisant une source radiante de petites dimensions et en observant de quelle manière l'écart moyen, à partir de la valeur moyenne de l'ionisation produite dans une chambre de forme convenable, varie avec l'angle solide dans lequel le rayonnement est utilisé ( '' ).

140. Rayons secondaires des rayons -;. — La production de rayons secondaires par les rayons y est probablement un phénomène analogue à la production de rayons secondaires par les rayons Rontgen.

Un métal frappé par les rayons X émet des rayons qui sont d'autant plus différents des rayons primaires et d'autant plus absorbables c|ue le métal du radiateur est plus dense ( ^ ). Ces rayons

(') Blondlot, Comptes rendus, 1902.

(-) Marx, Anii. cl. Phys., 1906.

(') Franck et Pohl, Deutsch. phys. Ges., 1908.

(') V. SwECHiDLER, P/iys. Zcii. 1910. — E. Meyer, Acad. de Bei-lia, 191

{'") Sagnac, Ann. de C/iim. ei de Phys.^ 19»' •

C — II. i3

194 CHAPITRE l\.

secondaires des rayons X contiennent des rayons chargés négativement et par conséquent complètement différents par leur nature des rayons primaires ( ' ) ; les rayons secondaires chargés peuvent être déviés par un champ magnétique, et leur vitesse

est de l'ordre o.io^ — (-).

sec ^ '

Les métaux de faible densité ont surtout pour effet de disperser et de renvoyer les rayons X primaires^ mais les métaux denses et^ en général^ les éléments à poids atomique élevé^ donnent aussi lieu d'une part à la production de rayons cathodiques^ d'autre part à la production de rayons X secondaires plus absorbables que les rayons primaires. Ces rayons X secondaires sont homogènes; leur pouvoir pénétrant ne dépend que de la nature de la substance simple utilisée comme radiateur et constitue une propriété atomique de cette substance; les rayons X homogènes, caractéristiques d'un élément donné, ne peuvent être produits que par des rayons primaires, dont le pouvoir pénétrant est plus élevé que le leur (•^). Pour les rayons secondaires genre cathodique,

le rapport — est voisin de i,^ . lo' unités électromagnétiques, et la

vitesse est comprise entre les fractions 0,19 et 0,20 de celle de la lumière (''). Il résulte de là que ces rayons sont entièrement comparables aux rayons cathodiques produits à haut voltage. Leur vitesse croît avec le pouvoir pénétrant des rayons primaires, mais ne semble dépendre ni de l'intensité de ceux-ci, ni de la nature du radiateur (^).

La production de rayons secondaires par les rayons très pénétrants (rayons y) du radium a été observée par H. Becquerel ("), qui a décrit plusieurs expériences faites à ce sujet. Dans ces expériences faites par la méthode radiographique, l'effet des rayons y se trouve renforcé après le passage d'un écran très opaque, constitué, par exemple, par le fond d'une cuve de plomb ayant 1 '^"' d'épaisseur. On peut révéler ainsi en quelques minutes

(') CuiUE el Sagnac, Codi/jIcs reiuhis, 19011.

(-) DoRN, Abh. Halle, i()oa.

(■^) Bahkla, Jahrbuch, d. liad., 1908.'— Iîai'.ki.a el Sadi.kiî, Phil. Mag., 1908.

(') BKSTELyiEYEix, A nnalen d. P/iys., njn-.

(••) IxNES, Proc. lior. Soc, i<)<>-j.

C') lÎKCQUKUEi., Sur une nouvelle iiioi>riéle de lu nuilière, Paris, i()o3.

NATLRK DKS «ADtATIOXS. H)')

l'action des rayons y sur une plaque photographique, tandis qu'en utilisant l'effet direct de ces rayons sur la plaque, une pose bien plus longue est nécessaire. Parmi les rayons secondaires produits par les rayons y, il y en a qui sont eux-mêmes très pénétrants ; tels sont en particulier les rayons secondaires émis par le plomb.

Voici les nombres indiqués par M. Eve ( ' ) pour l'intensité relative des rayons secondaires émis par différentes substances sous l'action de l'ensemble des rayons ,S et y du radium ou des rayons y seulement; on a ajouté., à titre de comparaison, l'intensité des rayons secondaires dus aux rayons Riintgen d'après les expériences de M. Townsend :

Rayons ,'i et y. Rayons -;. P>ayons X.

Plomb loo loo loo

Cuivre J7 Gi 9.91

l^aiton JS 59 263

Zinc 5- 282

Aluniiniuiu .ào 3o 25

Verre Si 35 3i

Paraffine i '. 20 i25

Ainsi les proportions de radiation secondaire provenant des rayons j et des rayons *' ne sont pas très différentes, mais, en ce qui concerne les rayons X, les substances employées comme radiateurs peuvent se comporter tout autrement, et l'ordre des intensités peut être interverti.

Un faisceau de rayons -' obtenu par filtration des rayons du radium au travers d'un écran en plomb épais^çpntient toujours aussi des rayons chargés négativement. La charge négative ainsi observée était attribuée par M. Paschen aux rayons "; M. Eve a montré toutefois qu'elle est, selon toute probabilité, entièrement attribuable aux rayons secondaires des rayons ". Voici comment était disposée l'expérience : le radium se trouvait au fondd'une cuve cylindrique en plomb à parois très épaisses {fig. 1 44); recouverte par une plate-forme en plomb de i'^"\2 d'épaisseur. Un petit électroscope était posé sur la plate-forme de plomb, dans une position latérale par rapport au faisceau des rayons y,

(') Evi., Phil. Ma^., 1904.

\()(\ CnAI'ITUK 1\.

ainsi que l'indique la figure. En appliquant un champ magnétique de direction normale au plan du tableau, de manière à dévier les rayons sortants, genre ''■!>, vers l'électroscope^ on augmentait la vitesse de décharge de celui-ci; pour le sens opposé du champ on la diminuait. Les rayons -' n'étant pas sensibles à l'action du champ magnétique, on doit en conclure qu'aux rayons primaires

traversant le plomb sont venus se joindre à la surface de sortie des rayons secondaires, constitués au moins en partie par des électrons négatifs en mouvement rapide, ou rayons ,3. La vitesse de ces derniers était approximativement évaluée par leur pouvoir pénétrant; elle est de l'ordre de la moitié de la vitesse de la lumière. M. Eve ( ' ) a fait une série d'expériences avec du radium enfermé dans un bloc de métal épais. Les rayons y émanant de ce bloc venaient frapper un radiateur; les rayons secondaires étaient reçus dans un électroscope dont la face d'entrée était constituée par deux feuilles d'aluminium très mince superposées. Le pouvoir pénétrant des rayons secondaires pouvait être évalué par l'emploi d'écrans absorbants placés devant l'électroscope. D'après ces expériences l'ellet secondaire dû aux rayons y seuls ne constitue que 7 pour 100 de l'effet secondaire obtenu avec l'ensemble des rayons du radium enfermé dans une ainpoulc de

(') Eve, Phil. Mui^-., 190S.

NATURE I>i:s K ADIATIONS. I97

verre mince. Les rayons secondaires^ dus aux rayons •" seuls^ sont composés, d'après M. Eve, principalement de rayons genre ^ qui sont complètement absorbés par une épaisseur d'aluminivim ou de plomb au-dessous de •>'"'"; les courbes d'absorption obtenues indiquent la présence d'un rayonnement résiduel pénétrant qui doit être considéré comme de l'espèce y, parce qu'il n'est pas modifié par l'action d'un champ magnétique intense; le coefficient d'absorption du plomb pour ces rayons serait environ 4i c'està-dire sensiblement le même que celui des rayons y de l'actinium. Ces rayons viennent d'une grande profondeur du radiateur ; pour les obtenir avec l'intensité maximum, il faut employer des radiateurs très épais; leur intensité n'est pas en relation avec le poids atomique du radiateur, tandis que l'intensité des rayons secondaires de l'espèce |j varie suivant l'ordre des poids atomiques des radiateurs.

Les Tableaux suivants indiquent les proportions relatives des rayons secondaires |i> + y et des rayons secondaires y pour différentes substances :

Radiateur.

Livres . .

Epaiss

en

centime

eur très.

Raj'ons secondaires y des rayons y.

Paraffine. .

Brique. . . .

Ardoise. . .

lîois

Ciment . . .

Plomb

Fer

Rayons

secondaires p

Radiateur.

des rayons

Plomb

Cuivre

Laiton ....

Aluminium .

Verre

Pamnine. . .

La proportion de rayons *' dans le rayonnement secondaire des rayons y serait égale à (i pour loo pour le plomb, à aà pour loo pour le fer et à 28 pour 100 pour la brique,

M, Eve a constaté de plus que les rayons secondaires 3 produits par l'action des rayons ^ primaires sont plus lents que ces derniers, mais plus rapides que ceux qui proviennent des rayons y; cependant les vitesses de tous ces rayons sont du même ordre et sont supérieures à celles des rayons cathodiques secondaires émis sous

i<)S chapitrf; ix.

l'aclion des rayons X, Ce résultai est conforme à celui obtenu par d'autres expérimentateurs^ mais diffère des conceptions de M. Schmidt et de M. Bragg d'après lesquelles les rayons [i secondaires et primaires seraient de même vitesse.

L'étude des rayons secondaires des rayons y a aussi été faite par M. Kleemann ( ' ) qui a trouvé que l'intensité des rayons secondaires genre |i est une fonction périodique du poids atomique du radiateur. Quant aux rayons secondaires genre "^, la comparaison de l'absorption par un même écran des rayons émis par des radiateurs de nature différente a conduit à ce résultat que ces rayons forment au moins trois groupes différents. Ainsi les rayons y secondaires du plomb et du mercure auraient la même intensité relative quel que soit l'écran interposé sur leur passage; la même relation existerait entre les rayons secondaires du zinc, du cuivre^ du fer, du soufre et de l'aluminium, tandis que les rayons secondaires du carbone seraient différents de ceux des deux groupes précédents. Les substances d'un groupe déterminé absorbent moins les rayons secondaires émis par les substances du même groupe que les rayons secondaires émis par les substances d'un autre groupe. M. Kleemann a admis que les rayons y primaires sont composés eux-mêmes de trois groupes différents de pouvoir pénétrant beaucoup plus grand que celui des groupes secondaires. Chaque groupe primaire donnerait naissance à un groupe secondaire plus absorbable que lui-même, et susceptible d'être absorbé relativement par différentes substances de la même manière que le groupe primaire.

141. Comparaison des propriétés des rayons a. '^ et -;. Pouvoir ionisant des radiations. — Nous avons vu que les rayons a et [i sont de nature corpusculaire et se distinguent par le signe de leur charge, tandis c|ue les rayons y sont probablement un phénomène purement électromagnétique dans l'étlier. Les dilïérences entre les rayons y. et ^j proviennent des dimensions relatives des particules et de l'énergie relative; la particule a est un système plus complexe que la particule [ii; son énergie est, en général,

(') Kleemann, Pliil. Mag., 1907 et 190S.

N.VTLKK DES RADIATIONS. l<.)9

plus grande et son mouvement plus stable jusqu'au moment où, avant atteint la vitesse critique, elle perd selon toute probabilité sa charge et se trouve arrêtée par les molécules du gaz. Ses dimensions étant très grandes par rapport à celles d'une particule j, son pouvoir de pénétration est bien moindre que celui des particvdes 'p de vitesse moyenne dont l'énergie est pourtant très inférieure à celle des particules a.

Le pouvoir ionisant d'une particule a augmente quand sa vitesse diminue et tombe ensuite brusquement à zéro quand la vitesse s'approche de la vitesse critic[ue. Pour les particules |j la relation entre le pouvoir ionisant et la vitesse est encore peu connue. D'après M. Townsend la vitesse minimum pour laquelle un

• 1 ... ' 1 > o c cm

électron acquiert le pouvoir ionisant est égal a .). lo** — ■ environ,

et l'énergie minimum correspondante est 2, 5. i o"^' ' erg. Le pouvoir ionisant d'un électron augmente ensuite avec sa vitesse et atteint un maximum dont la valeur est telle que i 5 ions sont produits par centimètre de parcours dans l'air sous la pression de i""" de mercure. Mais pour des vitesses plus grandes encore, le pouvoir ionisant est moindre ; M. Durack ( ' ) a trouvé en effet qu'un rayon

cathodique de vitesse j.io'^-^ n'ionise qu'une molécule sur 5""'

de parcours dans l'air sous la pression de i '"'" de mercure. En étudiant les rayons |j du radium dont la vitesse est supérieure

à 1,5.10'" — ) M. Durack a trouvé cru'il n'v a qu'une molécule sec ^ ^1

d'air ionisée par un rayon j sur 10"" de parcours. On voit donc

que le pouvoir ionisant de l'électron en mouvement, après avoir

passé par un maximum, décroît ensuite de plus en plus à mesure

que la vitesse augmente, la valeur maximvim étant inférieure à

celle du pouvoir ionisant moyen d'une particule a.

Au voisinage d'une matière radiante l'ionisation par les rayons a

domine. L'énergie de ces rayons est utilisée dans une région étroite

entourant la matière. Le rapport de l'ionisation due aux rayons

pénétrants [^ et -' à celle due aux rayons a est d'autant plus grand

que la couche de matière active est plus épaisse et la chambre

d'ionisation plus profonde, à condition toutefois que le courant

(') Durack. Phil. Mag., lyoo.

de saturation soit obtenu. L'ionisation due aux rayons y est^ en général^ faible par rapport à celle due aux rayons ^j ; c'est ainsi que^ dans les expériences de P. Curie^ la dixième partie seulement de l'ionisation observée dans l'air à grande distance du radium était attribuable aux rayons y.

En employant des couches de matière très minces (o^, i de substance sur une surface de cSo'"'') et en utilisant vme épaisseur d'air de o'^"\ ~ au-dessus de la substance active^ M. Rutherford a trouvé pour le rapport de l'ionisation due aux rayons pénétrants à l'ionisation due aux rayons a les valeurs : o,oo"4 avec l'oxyde d'uranium^ 0,002 avec l'oxyde de thorium et o,oo33 avec le chlorure de baryum radifère; les rayons a étaient absorbés par une épaisseur d'aluminium égale à o"'"',0(j^ et il en résulte que les rayons [3 très lents devaient être absorbés également.

M. Rutherford ( ' ) a cherché à évaluer le rapport des énergies rayonnées sous forme de rayons [j et sous forme de rayons a. Le calcul n'est qu'approximatif et ne tient pas compte de l'énergie des rayons ^j lents cjui sont absorbés par l'écran en même temps que les rayons a; toutefois cette énergie ne peut pas avoir une valeur élevée parce qu'il s'agit de rayons dont la vitesse n'est pas grande. En désignant par -"^i et ^2 les ionisations totales obtenues avec les rayons a et les rayons [i de l'oxyde d'uranium en couche épaisse, par J| et J-, les ionisations qu'on aurait obtenues par unité d'épaisseur de la couche active si les rayons n'avaient pas été absorbés par la substance radiante, par [j., et [Ao les coefficients d'absorption des rayons y. et des rayons [ii de l'vu^anium par l'oxyde d'uranium, l'absorption étant supposée conforme à une loi exponentielle, on trouve

h. — ^h 'ài

J, ~ .-^o IX,'

or, une couche épaisse d'oxyde d'urane utilisée dans un condensateur à plateaux pour lequel la distance des plateaux est égale à 6'"'^ I donne une ionisation par rayons a dont le rapport à l'ionisation par rayons [it est égale à 1 1^., 7. Les rayons a sont entièrement utilisés, mais les rayons [j ne le sont pas; il faut donc ramener

(') RuïiiERFOiU), Ilatlwaclivily.

NATURE DES RADIATI0X5. 201

l'ionisation due aux rayons [j à ce qu'elle aurait été si les rayons j avaient été complètement absorbés par l'air. Le coefficient d'absorption des rayons [j de l'uranium par l'air n'a pas été mesuré, mais on peut en déduire une valeur approchée en admettant la proportionnalité du coefficient d'absorption à la densité de la matière absorbante; la valeur relative à l'aluminium étant i î, celle relative à l'air sera o,oo()5. L'ionisation par les rayons |j au voisinage de la substance active étant mesurée sur une longueur de ()"", I on obtiendra l'ionisation totale en divisant la valeur

expérimentale par <)^ i X (),oo()."). On aura donc pour le rapport y — = rji, 7x6,1x0, oo():> = o , J .

On ne connaît pas l/., et y-j, mais si l'on admet que le rapport de ces coefficients est le même cjue celui des coefficients d'absorption par l'aluminium^ on trouve

ui •?.~4o J I . '2-40

- — = — — , -— = o.D — — =^ 100 environ.

Uo 1', .1., • 14

Donc le nombre total d'ions qui peuvent être produits par les rayons a est beaucoup plus grand que celui qu'on pourrait obtenir avec les rayons ^j de la môme quantité de matière. Ce résultat est en accord avec celui qu'on peut prévoir si l'on admet que le nombre des particules j rapides n'est pas très différent du nombre des particules a émises dans le même temps, et que l'énergie moyenne d'une particule ^3 est beaucoup plus petite que celle d'une particule a.

142. Pouvoir pénétrant comparé. — Voici un Tableau qui indique d'une manière approchée les pouvoirs pénétrants des radiations. On a indiqué, pour les rayons de diverses espèces, la valeur du coefficient d'absorption |j. pour une substance déterminée et la valeur de la distance L que les rayons doivent franchir dans l'air pour que leur intensité se trouve réduite de moitié.

»:iiAi>rrui; i\.

cm I^ cm pour pour

pour l'air. pour Fair. ralurninium. le plomh

Rayons calhodiques, vi-

cin

tesse i. lo'-' 22S0

sec

Frayons cathodiques, vi-

tesse lo"* 3,1

sec