C. - II

porté à une température voisine de celle de la volatilisation. On a constaté qu'après 35 jours on ne pouvait encore apercevoir les raies de l'hélium dans le spectre du résidu gazeux provenant de la solution de thorium, mais après 20! jours on observait dans ce spectre la présence de la raie jaune de l'hélium avec les raies très fortes de l'argon. La production d'hélium par le thorium était évaluée comme étant de l'ordre de 2. io~'- gramme d'hélium par gramme de thorium et par an. En employant i85o" d'uranium (4"^^ de nitrate d'urane), M. Soddy a trouvé que l'hélium peut être observé après 27 jours mais non après 12 jours d'accumulation; la production était évaluée d'après cela à 2.10"*- gramme d'hélium par gramme d'uranium et par an. Les nombres trouvés sont du même ordre que le nombre prévu qui est égal à 5,3.io~"*- gramme d'hélium par gramme d'uranium et par an.

La production d'hélium par des atomes radioactifs variés prouve que l'atome d'hélium est probablement l'un des constituants fréquents des atomes plus complexes, l'un des éléments qui entrent dans la constitution des édifices atomiques. On peut d'ailleurs remarquer que la différence de 4 unités se rencontre fréquemment entre deux poids atomiques.

La destruction de l'atome de radium est accompagnée de l'émission de 4 faisceaux de particules a qui contiennent probablement le même nombre de particules. Ces 4 faisceaux correspondent aux 4 transformations atomiques successives de l'atome de radium en atome d'émanation, de radium A et de radium C. La série de ces transformations rapides est suivie de la formation de polonium qui émet aussi des particules a et qui en se détruisant ne laisse aucun résidu actif. Il est donc possible que la série des transformations du radium s'arrête à une matière inactive qui résulte du polonium. Si l'on admet que la destruction de chacun des atomes intermédiaires comporte l'émission d'une seule particule a et qu'aucun autre fragment d'atome n'est détaché, alors la différence entre les poids atomiques du radium et de l'atome résultant est égale à 4 X .^ = 20 ; cet atome aurait donc un poids égal à 226,5 — 20 =: 206, 5. M. Rutherford a supposé que l'atome résultant pourrait être le plomb, dont la présence dans les minéraux radioactifs peut toujours être constatée.

Le poids atomique de l'uranium est 289; on verra plus loin que,

DIVERS PHÉNOMÈXES OBSERVES EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. ^59

selon toute probabilité-, le radium dérive de l'uranium par une série de transformations atomiques. La différence entre les poids atomiques de ces corps étant 12, 5, la transformation peut se faire par l'émission de trois particules a. On sait actuellement que le parent direct du radium, l'ionium. émet des rayons a; l'uranium en émet également; mais on ne sait pas quelle est la provenance de la troisième particule. Il est possible que l'atome d'uraniuin émette deux particules a lors de sa destruction, et cette supposition est d'accord avec l'activité relative de l'uranium dans les minéraux (§ ;2l!2). Toutefois, il est possible aussi que l'uranium contienne un élément radioactif dérivant de lui et très voisin par ses propriétés chimiques, et que l'une des particules v. soit attribuable à cet élément.

io8. Essais de transformations atomiques par l'action des corps radioactifs. — A la suite des belles recherches de M. Ramsay sur la production d'hélium par le radium, plusieurs autres expériences ont été faites par le même savant, en collaboration avec M. Cameron, pour examiner si d'autres éléments que l'hélium pouvaient être produits. Les résultats obtenus semblaient extrêmement importants, toutefois ils n'ont pas été confirmés et ne peuvent être considérés comme établis.

MM. Ramsay et Cameron ( ' ) ont étudié l'action de l'émanation du radium sur l'eau pure et sur les solutions des sels de cuivre. Ils ont cru pouvoir conclure de leurs expériences qu'en présence de l'eau, l'émanation ne forme pas d'hélium, mais seulement du néon, et qu'en présence de solutions de sels de cuivre il ne se forme pas d'hélium, mais surtout de l'argon avec un peu de néon. De plus, en présence du cuivre il y aurait formation de petites quantités de métaux alcalins : sodium, potassium et lithium. MM. Ramsay et Cameron avaient admis que dans ces conditions on ne saurait considérer l'hélium comme résultant de la projection de particules a, et que l'émanation se détruit d'une manière c|ui dépend des corps avec lesquels elle se trouve en présence; suivant le degré de sa dégradation elle peut produire de l'argon, du néon ou de l'hélium. La dégradation est d'autant moins complète que le travail chi-

(/) Ramsay et Camerox. Cliem. Soc, 1907; Xature, 1907.

■>.C)0 CIIAPITRf: X.

mique demandé à l'émanation est plus grand; en agissant sur le cuivre, l'émanation lui fait suljir une dégradation en éléments de sa famille, de poids atomique inférieur : potassium, sodium, lithium. Les résultats signalés paraissaient d'une importance fondamentale. En effet, dans la manière de voir généralement admise, l'hélium était produit par l'émanation du radium indépendamment de toute intervention de l'expérimentateur, et son identité avec les particules a paraissait très probable bien qu'elle ne fût pas encore démontrée d'une manière aussi probante qu'actuellement. La conception de MM. Ramsay et Cameron était contraire à l'opinion généralement établie au sujet des phénomènes radioactifs, d'après laquelle ces phénomènes ne semblaient pas pouvoir être influencés par les conditions de l'expérience et semblaient échapper totalement à l'influence de toute intervention étrangère. Il était donc très important de décider si les phénomènes signalés avaient lieu effectivement, car leur confirmation nécessitait un changement profond des théories de la radioactivité.

Voici en quoi consistent les expériences principales :

i" Action de V émanation du radium sur les solutions des sels de cuii're. — Une solution de sel de cuivre (sulfate ou azotate) est placée dans un petit ballon de verre dans lequel on introduit une forte quantité d'émanation qu'on laisse s'y détruire spontanément. Ensuite on sépare le cuivre; la solution restante est évaporée à sec et l'on examine le résidu. Les mêmes opérations sont effectuées avec une solution du même sel de cuivre qui n'a pas subi l'action de l'émanation. Les expériences ont été répétées plusieurs fois. Le résidu consistait surtout en sel de sddium (avec un peu de potassium et de calcium); dans les quatre ex^É*iences décrites, où l'on a fait agir l'émanation, la présence cm lithiuip était observée à l'aide du spectroscope; dans les expériences témoins, le résidu était notablement inférieur, et l'on ne constatait pas la présence du lithium. MM. Ramsay et Cameron ont fait un essai de détermination de la quantité de lithium observée et ont indiqué la présence d'environ o"'^,oooi^ de lithium dans le résidu qui pesait i'"^,C)- pour 0^^,27 de cuivre employé (0*^,815 d'azotate de cuivre), tandis que dans l'expérience témoin correspondante le résidu était seulement de ()"'^,-(j.

DIVERS PHE.NOMKNES OBSERVES EN PRESENCE DES CORl'S RADIOACTIFS. 'bl

'i" Gaz obtenus par l'action de Vémanation sur Veau et sur d'autres liquides. — Les expériences étaient faites dans un ballon de quartz de 5"" à ()"" de volume. L'émanation était introduite dans ce ballon avec de l'hydrogène; le ballon étant plongé dans un bain d'air liquide^ on enlevait l'hydrogène et l'hélium en faisant le vide parfait, tandis que l'émanation restait condensée. Le ballon était alors fermé, et on laissait l'action se produire; après quelque temps on extrayait les gaz formés et on les examinait. Quand le liquide employé est l'eau, la composition des gaz est, par exemple, la suivante :

cm '

Az 4- CO - o ,M)

La partie du gaz considérée comme étant principalement de l'azote était soumise à l'absorption par le charbon refroidi dans un bain d'air liquide. Le résidu gazeux obtenu donnait le spectre de l'hélium et du néon, les deux gaz étant en quantité comparable et occupant un volume de o'""'',8. L'argon était certainement présent dans le gaz avant l'absorption, mais comme MM. Ramsay et Cameron ne pensaient pas avoir pu éviter complètement toute rentrée d'air dans l'appareil d'expérience, ils n'attachaient pas d'importance à la présence de ce gaz qui est relativement abondant dans l'atmosphère. Par contre ils considéraient comme certain que le néon est produit par l'émanation. Avec des liquides autres que l'eau la présence de néon n'a pu être constatée. Dans les gaz extraits des solutions de sels de radium on constatait la présence d'hélium et de néon.

Des expériences ont été faites en vue de vérifier les résultats de MM. Cameron et Ramsay. Si en présence du radium, le cuivre donne lieu à la formation de lithium, on peut espérer de trouver du lithium dans les minéraux du radium qui contiennent du cuivre. Les recherches faites à ce sujet ont mis en évidence la présence du lithium dans les minéraux radioactifs ('), (-) (chalcolite, autunite.

(') M. CoY, A'ature, 1(107.

(-) E. Glkditsch, Comptes rendin, 1907 et 1908.

^62 CHAl'lTRK X.

pechblende, etc.). Toutefois en dosant le lithium dans les minéraux au moyen du spectrocope^ on ne constate aucune relation entre les proportions de cuivre, de radium et de lithium; de plus la gangue dans laquelle se trouvent les cristaux est souvent plus riche en lithium que le minéral lui-même ; si donc le lithium est présent à l'état de trace, on ne peut affirmer que cette trace n'appartient pas à la gangue plutôt qu'au minerai. On constate, par exemple, que la thorite qui ne contient presque pas de cuivre contient beaucoup de lithium, que l'autunite qui ne contient pas de cuivre contient incontestablement du lithium ; il en est de même de la gummite. La chalcolite contient beaucoup de cuivre, et à peine une trace de lithium qui peut provenir de la gangue. Ces résultats n'apportent donc aucune confirmation des expériences de M. Ramsay.

En collaboration avec M"" Gleditsch, j'ai cherché à reproduire les expériences de MM. Ramsay et Cameron sur les solutions des sels de cuivre dans des conditions de sécurité aussi grandes que possible (' ). L'expérience est, en effet, délicate et comporte plusieurs causes d'erreur dont la principale est l'emploi d'un vase de verrez ainsi que M. Ramsay l'a fait remarquer lui-même.

Nos expériences préliminaires ont montré qu'il est extrêmement difficile d'avoir des produits chimiques exempts de lithium. On en trouve dans l'eau distillée, dans presque tous les réactifs; si un réactif n'en contient pas et qu'on le laisse séjourner dans un vase de verre, il en contient des traces après quelque temps. L'expérience suivante a été faite : l'eau qui a été distillée dans un alambic en platine et conservée dans une bouteille de platine ne laisse aucun résidu visible après évaporation de udo''"' dans une capsule de platine, et la dernière goutte résultant de la concentration ne donne pas le spectre du lithium. Mais si de l'eau obtenue de la même manière est conservée dans un flacon de verre pendant ai heures, on peut constater après évaporation l'existence d'un petit résidu constitué principalement par un sel de sodium, mais contenant aussi une trace de lithium.

Il était indispensable de remplacer le verre par une autre matière. Cependant il est également dangereux d'employer le quartz, parce que les vases de quartz du commerce contiennent

( ') M. Curie et E. Gledistch, Comptes rendus, igof^.

DIVERS PHÉNOMÈNES OIÎSKUVÉS EX PaÉSENCE DES CORPS RADIOACTIIS. v.f)>

du lithium. Quand on traite par de l'acide fluorhydrique exempt de lithium un débris d'une capsule de quartz opaque et un morceau d'un tube de quartz transparent^ on obtient un résidu qui contient du lithium en proportion notable; le quartz transparent en contient bien plus que le quartz opaque.

L'expérience a donc été faite dans un récipient en platine^ et le dispositif expérimental était tel que la solution de sel de cuivre ne se trouvait à aucun moment en contact avec le verre de l'appareil. L'eau et les acides nécessaires pour l'expérience étaient redistillés dans un alambic en platine et conservés dans des bouteilles en platine. Le sel de cuivre a été soigneusement purifié par cristallisation^ afin d'éliminer autant que possible le lithium qui s'y trouve toujours en quantité notable. L'émanation utilisée était fournie par une solution contenant o^, 19 de radium, et l'émanation introduite dans l'appareil était mesurée directement par le rayonnement pénétrant du récipient. Le volume du récipient était de i 3""', et le volume de la solution de sulfate de cuivre était de -"'"'. Deux expériences ont été faites, en même temps que deux expériences témoins sur une solution qui n'a pas subi l'action de l'émanation. Après l'expérience, le cuivre était séparé; le résidu de l'évaporation du liquide était pesé et étudié au spectroscope. Bien que la quantité de cuivre employée ait été voisine de celle employée par M. Ramsay, et que la quantité d'émanation utilisée ait aussi été approximativement la même, les résidus finalement obtenus ont été beaucoup plus faibles (o%ooo4 et o^,ooo5 pour les expériences directes et de o^,ooo3 et 0^,000:2 pour les expériences témoins). L'examen spectroscopique a montré que le résidu contient principalement du sodium et un peu de potassium; la présence de lithium n'a pu être constatée. Par comparaison avec des solutions contenant du lithium en proportion connue, on a pu juger que la quantité de métal lithium présente était inférieure à 0,6. 10^^ milligramme. Avec les mêmes quantités de cuivre et d'émanation, MM. Ramsay et Cameron ont indiqué la présence de i , 7 . i o~ ' milh- . gramme de lithium. La différence des poids des résidus obtenus par nous dans les expériences directes et les expériences témoins est très faible (o™s,i à o'"?..)) ; elle s'explique probablement par le fait que, dans l'expérience faite avec l'émanation, la rentrée de celle-ci peut amener l'introduction de traces de matières étran-

gères. Dans l'expérience la plus complète de MM. Ramsay et Cameron cette même différence est o"'^,88 et peut être attribuée à l'attaque plus énergique du verre par la solution en présence de l'émanation. Les résultats de MM. Ramsay et Cameron n'ont donc pas été confirmés et doivent être attribués à l'attaque des vases sous l'action de l'émanation,

MM. Rutherford et Royds (') ont entrepris l'examen des gaz c|ui se forment dans un récipient contenant de l'eau et de l'émanation du radium. La principale cause d'erreur, relativement à la production de néon, consiste en ce fait que le néon se trouve en petite proportion dans l'air atmosphérique; la réaction spectrale du néon dans le mélange des gaz inertes de l'air n'est pas sensible parce que son spectre est masqué par celui de l'argon; mais quand l'argon est absorbé par le charbon à la température de l'air liquide, la sensibilité de la réaction spectrale du néon est considérablement augmentée. Une expérience directe a montré cju'on peut découvrir le néon provenant de l'introduction dans l'appareil d'expérience de -^ de centimètre cube d'air, et cju'avec le néon provenant de { de centimètre cube d'air on obtient le spectre presque complet et brillant. La quantité de néon qui peut être observée représente lo"" centimètre cube.

Les expériences étaient faites avec ri""' d'eau dans un ballon de verre de 4'"' de volume. Le vide parfait étant fait sur l'eau congelée^ on introduisait dans le ballon l'émanation purifiée de oS, 1 5o de radium. Après 3 jours on plongeait le ballon dans l'air liquide, et l'on séparait les gaz non condensables dont le volume était environ 4""'. L'hydrogène était éliminé par explosion avec de l'oxygène introduit en faible quantité; le résidu gazeux privé de gaz condensables, au moyen de charbon maintenu à la température de l'air liquide^ était examiné au spectroscope; ce résidu était constitué par de l'hélium, et aucune raie du néon n'était observée. En introduisant alors dans l'appareil le résidu gazeux de o'''"',i d'air après absorption par le charbon, on constatait que, dans le mélange d'hélium et de néon, les spectres des deux gaz étaient visibles avec un éclat comparable, ce qui prouve que la présence de l'hélium ne masque pas celle du néon.

Cj HUTHERFOHD Cl HoYDS, l'Iul. Milg., KJOS.

DIVKKS r'IIKNO.MKMCS OBSEUVlis KN PRKSICNCK DES COUPS HADIOACTIFS. 2G5

MM. Rutherford et Royds ont conclu de leurs expériences que la quantité de néon qui pouvait être présente avec l'hélium était certainement inférieure à i pour loo du volume gazeux. Ils n'ont pas constaté non plus la présence de néon dans les gaz provenant d'une solution de 0^,2 de radium dans l'eau, et ils ont attribué les résultats obtenus par MM. Cameron et Ramsay à la rentrée d'air dans leur appareil d'expérience.

Dans plusieurs expériences, faites sur les gaz extraits des solutions de sel de radium, M. Debierne n'a jamais observé la présence du néon dans le résidu gazeux obtenu après absorption des gaz autres que l'hélium. L'appareil utilisé ne comportait pas de robinets dans sa partie essentielle, et quand le vide avait été fait très complètement, aucune rentrée d'air n'était possible ni pendant l'accumulation, ni pendant l'absorption des gaz.

Ces expériences montrent qu'il est très diflicile de prouver la production dans l'appareil d'expériences de l'un des gaz inertes qui se trouvent dans l'atmosphère.

A la suite d'expériences plus récentes, MM. Ramsay et Gray ont annoncé la production de gaz carbonés dans des solutions de sels de thorium, de zirconium, etc., soumises à l'action de l'émanation du radium ('). La production de gaz carbonés ayant toujours lieu en présence de l'émanation et de traces de matières organiques, il est difficile de prouver que le carbone a été produit par une transformation atomique.

En résumé, on peut considérer qu'il n'y a pas encore actuellement de raisons suffisantes pour admettre que la formation de certains éléments puisse être provoquée à volonté en présence de corps radioactifs. La production d'hélium reste acquise; mais elle est reliée à une propriété essentielle des éléments radioactifs et n'est pas influencée par l'intervention de l'expérimentateur.

159. Effets physiologiques. — Les rayons du radium exercent une action sur l'épiderme. Cette action a été d'abord observée par M. Walkhofï (-) et confirmée ensuite par M. Giesel (■^) par H. Becquerel et P. Curie (').

(■) Ramsay et Gray, Cliem, Soc. 1907.

(-) Walkhoff, Phot. ftundscliau, ii)Oo.

(3) Giesel, Ber. d. d. c/ieni. GeselL. t. XXIII.

(*) Becquerel et Curie. Comptes rendus, t. CWXII.

•>6() CHAPITRK \.

Si l'on place sur la peau une capsule en celluloïd ou en caoutchouc mince^ renfermant un sel de radium très actif^ et qu'on l'y laisse pendant quelque temps^ une rougeur se produit sur la peau^ soit de suite^ soit au bout d'un temps c[ui est d'autant plus long que l'action a été plus faible et moins prolongée ; cette tache rouge apparaît à l'endroit qui a été exposé à l'action; l'altération locale de la peau se manifeste et évolue comme une brûlure ; dans certains cas il se forme une ampoule. Si l'exposition a été prolongée, il se produit une ulcération très longue à guérir. Dans une expérience^ P. Curie a fait agir sur son bras un produit radiant relativement peu actif pendant i o heures ; la rougeur se manifesta de suite, et il se forma plus tard une plaie qui mit 4 mois à guérir; l'épiderme a été détruit localement et n'a pu se reconstituer à l'état sain que lentement et péniblement avec formation d'une cicatrice très marquée. Une brûlure au radium avec exposition d'une demi-heure apparut au bout de i ') jours, forma une ampoule et guérit en I 5 jours. Une autre brûhire, faite avec une exposition de 8 minutes seulement, occasionna une tache rouge qui apparut au bout de ■>. mois seulement, et son effet fut insigniliant.

L'action du radium sur la peau peut se produire à travers les métaux, mais elle est affaiblie. Pour se garantir de l'action, il faut éviter de garder trop longtemps le radium sur soi autrement qu'enveloppé dans une feuille de plomb. Les brûlures complètement guéries peuvent laisser subsister des taches rouges qui de temps en temps redeviennent sensibles, ainsi cjue cela m'est arrivé. Les extrémités des doigts peuvent devenir rouges et douloureuses et subir la desquamation.

Aussitôt après la découverte de l'action physiologique des rayons du radium, on a cherché à en réaliser des applications médicales. Les premiers essais à ce sujet ont été faits par le D'" Danlos, à l'hôpital Saint-Louis, en vue d'utiliser les rayons du radium, comme procédé de traitement de certaines maladies de la peau, procédé comparable au traitement par les rayons Rcintgen ou la lumière ultraviolette. Le radium donne à ce point de vue de très bons résultats ; son action est plus profonde cjue celle de la lumière, et son emploi est plus facile que celui de la lumière ou des rayons Rontgen. L'étude des conditions de l'application est nécessairement un peu longue, parce qu'on ne peut se rendre compte immédiatement de l'effet de l'application.

DIVKRS PHÉNOMÈNES OBSERVÉS EN PRÉSENCE DES CORPS RADIOACTIFS. 2(17

M. Giesel a remarqué l'action du radium sur les feuilles des plantes. Les feuilles soumises à l'action jaunissent et s'effritent.

M. Giesel a également découvert l'action des rayons du radium sur l'œil ( ' ), Quand on place dans l'obscurité un produit radiant au voisinage de la paupière fermée ou de la tempe^ on a la sensation d'une lumière qui remplit l'œil. Ce phénomène a été étudié par MM. Himstedt et Nagel ( -). Ces physiciens ont montré que tous les milieux de l'œil deviennent fluorescents par l'action du radium, et c'est ce qui explique la sensation de lumière perçue. Les aveugles, chez lesquels la rétine est intacte, sont sensibles à l'action du radium, tandis que ceux dont la rétine est malade n'éprouvent pas la sensation lumineuse due aux rayons.

Les rayons du radium empêchent ou entravent le développement des colonies microbiennes, mais cette action n'est pas intense (^).

Les rayons du radium agissent énergiquement sur la moelle et sur le cerveau. Après une action d'une heure, des paralysies se produisent chez les animaux soumis aux expériences, et ceux-ci meurent généralement au bout de quelques jours ( ').

M. Bohn ( ■' ) a montré que l'action des rayons se produit surtout sur les tissus en voie de formation.

L'émanation dvi radium à forte dose introduite dans les poumons des animaux produit des effets toxiques (•*). Mais l'émanation à faible dose peut produire des effets stimulants, ainsi que cela a été constaté dans le cas du développement des têtards. On a constaté de même que les rayons émis par le radium peuvent exercer une action stimulante sur la respiration des plantes.

La littérature relative aux effets physiologiques du radium est déjà considérable, et il ne serait pas possible de décrire ici tous les résultats obtenus. Au point de vue des applications médicales les recherches effectuées sont également très nombreuses, et il

(') Giesel. Xaturforscherversanimlung, Mûnchen, jî^qq.

(-) Himstedt et Xagel, Ann. der Physik, t. IV, 1901.

(^) AscHKiXASS et Caspari, Ann. der Phrsik. t. VI. tgoi. p. 570.

(') Danysz, Comptes rendus. 16 février i()o3.

( = ) BoHX. Comptes rendus, igoS.

(*) Bouchard, Curie, Balthazard, Comptes rendus, igo'i.

•i68 CIlAI>ITIUi- X.

n'est pas douteux que le radium peut rendre en ce sens des services importants. Les résultats les mieux établis et couramment obtenus sont ceux relatifs au traitement des cancers superficiels, des lupus, des taches de lie de vin, des granulations des paupières.

DÉGAGEiMlîNT DE CHALEUR PAR LES SUBSTANCES RADIO VCTIVES.

100. Dégagement de chaleur par le radium en équilibre radioactif. Méthodes de mesures. — Le dégagement de chaleur par les substances radioactives et, en particulier^ par le radium est un des phénomènes les plus importants observés avec ces substances. La découverte de ce dégagement de chaleur et l'ordre de grandeur du débit de chaleur dans le cas de radium ont fourni une preuve directe de ce fait qu'une quantité considérable d'énergie est mise en jeu dans des phénomènes de la radioactivité.

La découverte du dégagement de chaleur par les sels de radium a été faite par P. Curie en collaboration avec M. Laborde ( ' ), au courant de recherches relatives à l'effet balistic|ue des rayons pénétrants du radium. Le dispositif expérimental était constitué par une boîte en plomb à trois compartiments; dans le compartiment du milieu était suspendu, au moyen d'un fil très fin^ un levier portant à l'une de ses extrémités une palette en plomb^ et à l'autre un contrepoids. L'ampoule à radium^ introduite alternativement dans l'un des compartiments voisins, agissait sur la palette au travers d'une fenêtre percée dans la cloison de séparation et fermée par une feuille d'aluminium mince. Les effets observés n'étaient pas ceux que l'on comptait observer; les mouvements du levier étaient irréguliers et absolument analogues à ceux qu'on aurait obtenus par l'approche d'un corps plus chaud que le milieu extérieur, et cela malgré les précautions prises pour éviter des effets de ce genre. Il semblait donc utile de s'assurer par une expérience directe si l'ampoule à radium constituait une source de chaleur

( ' ) Curie et Laborde, Comptes rendus, 1903.

CHAPITRK XI.

Le dispositif expérimental était organisé en vue de mesurer une différence de température deo",oi ; mais on s'aperçut aussitôt que le phénomène était bien plus important qu'on ne l'avait prévu, et l'on a été amené à réduire la sensibilité de l'appareil.

Voici la description du premier dispositif expérimental : deux petites ampoules de verre étaient placées dans deux vases de verre plus grands^ dans lesquels elles étaient maintenues par des bouchons. L'une des ampoules contenait i ^ de chlorure de baryum radifère dont la teneur en chlorure de radium était environ l 'j pour I oo ; l'autre ampoule contenait du sel de baryum ; les deux soudures d'un couple thermo-électrique pénétraient dans les deux ampoules. Les vases de verre étaient installés dans une caisse de plomb contenue dans une caisse de bois^, bourrée de coton. Quand l'équilibre de température était établi, le couple thermoélectrique indiquait un excès de température de i",5 dans l'ampoule à radium.

Il était ainsi prouvé qu'un sel de radium donne lieu à un dégagement de chaleur spontané et continu.

Le dégagement de chaleur par le radium a pour effet de maintenir les sels de radium à une température plus élevée que la température ambiante; mais l'excès de température dépend de l'isolement thermique de la substance. Cet excès de température peut

Cuton

Corps oue/con/jue

être mis en évidence par une expérience grossière faite au moyen de deux thermomètres à mercure ordinaires [fig. i 48)- On utilise

DEGAGEMENT DE CHAI.El U PAR LES SUBSTANCES RADIOACTIVES. 2" 1

deux vases isolateurs thermiques à vide^ identiques entre eux. Dans l'un des vases on place une ampoule de verre contenant plusieurs décigrammes de sel de radium pur; dans le deuxième vase on place une autre ampoule de verre toute pareille qui contient une substance inactive quelconque, par exemple du chlorure de baryum. La température de chaque enceinte est indiquée par un thermomètre dont le réservoir est placé au voisinaiïe immédiat de l'ampoule. L'ouverture des isolateurs est fermée par du coton. Quand l'équilibre de température est établi, le thermomètre qui se trouve dans le même vase que le radium indique constamment une température supérieure à celle indiquée par l'autre thermomètre; l'excès de température observé était de > degrés. Dans une expérience analogue faite avec i^' de bromure de radium. M. Giesel a observé un excès de température stationnaire de o degrés.

La donnée expérimentale importante à connaître est le débit de chaleur par unité de masse de radium et par unité de temps.

P. Curie et M. Laborde ont entrepris une détermination de ce débit de chaleur. L'expérience a été faite par deux méthodes différentes :

1° La première méthode est basée sur l'emploi du premier dispositif expérimental perfectionné {fig. i^g). Les ampoules se trouvaient dans des cavités ménagées dans des blocs de laiton, lesquels étaient placés à l'intérieur de vases isolateurs à vide installés dans un vase plein d'eau; ce vase était placé dans une enveloppe de calorimètre remplie d'eau. Un certain excès de température étant établi entre les deux ampoules, on enlevait le radium et on le remplaçait par une spirale de fd chauffée au moyen d'un courant électrique dont l'intensité était réglée de manière à obtenir le même excès de température que dans le cas précédent. La quantité de chaleur dégagée par i" de chlorure de baryum radifère contenant I ^ pour I oo de chlorure de radium était de 1 4 calories par heure.

2° La deuxième méthode consistait à évaluer la quantité de chaleur dégagée par le radium à l'aide du calorimètre à glace de Bunsen [fig. i5o). En plaçant dans ce calorimètre une ampoule de verre qui contient le sel de radium, et qui a été préalablement refroidie dans la glace fondante, on constate un apport continu

CIIAPITRI-: XI.

de chaleur qui s'arrête quand on éloigne le radium. Le calorimètre à o-lace était installé dans un vase isolateur à vide^, rempli de glace fondante et protégé lui-même de l'extérieur contre la perte de chaleur. Le déplacement de la colonne de mercure était de l'ordre de i*^"' pour ;V"', et l'on observait des déplacements de quelques centimètres pendant une heure. L'équilibre du calori-

Fig. 14.).

(Àcx lunnonuUix

mètre doit être observé avant et après chaque expérience; si l'eau contenue dans le vase isolateur et celle contenue dans le calorimètre n'est pas absolument pure, on observe un mouvement continu de la colonne dans le tube capillaire; il est nécessaire de réduire ce mouvement au minimum et d'en tenir compte.

Quand on a mesuré è\ l'aide du calorimètre à glace la chaleur dégagée par un sel de radium contenu dans une ampoule de verre, certains rayons pénétrants du radium traversent l'ampoule et le calorimètre sans y être absorbés. Pour voir si ces rayons emportent une quantité d'énergie appréciable, on faisait une mesure en entourant l'ampoule d'une feuille de plomb de :^>."""

DKCAGKMIi.NT OK CHALELU PAU UiS SUBSTANCES RADIOACTIVES. J.- i

d'épaisseur; dans ces conditions, le dégagement de chaleur était augmenté de 4 pour loo environ de sa valeur; l'énergie émise par le radium sous forme de rayons pénétrants ne semblait donc nullement négligeable.

Voici les résultats obtenus avec du radium préparé depuis longtemps et ayant atteint l'équilibre radioactif; l'ampoule était entourée d'une feuille de plomb de 2""" à 3""" d'épaissevir; on utilisait oS, /[ i j de bromure de radium. Le dégagement de chaleur observé était de :-»4"'. 1 par heure, soit oS*"''' par gramme de bromure et heure, et 98"' par gramme de radium et heure.

Fis;. i5o.

.')" Une troisième méthode de mesures a été employée par P. Curie et M. Dewar ( ' ) ; elle consiste à utiliser la chaleur dégagée pour faire bouillir un gaz liquéfié sous la pression atmosphérique, et à mesurer le volume de gaz qui se dégage. Les gaz essayés sont : l'oxygène liquide ( — i^o"), l'hydrogène liquide ( — 25;^"), l'éthylène et l'azote. L'hydrogène liquide convient particulièrement bien pour réaliser l'expérience. Une éprouvette A, entourée d'un isolateur thermique à vide, contient de l'hydrogène liquide H {fig. 1 Ji); elle est munie d'un tube de dégagement t qui permet de recueillir le gaz dans une éprouvette graduée E remplie d'eau. L'éprouvette A et son isolateur plongent dans un bain d'hydrogène liquide H'. Dans ces conditions aucun dégagement gazeux ne se produit dans l'éprouvette A. Lorsqu'on introduit, dans l'hydro-

(') CuniE et Dewaiî, Proc. Roy. Inst., 190 '(. C. — II.

gène liquide contenu dans cette éprouvette^ une ampoule qui contient un sel de radium, il se fait un dégagement continu de gaz; avec la quantité de sel utilisée on recueillait -A''"^' de gaz par minute.

La chaleur fournie au gaz est égale à hm, si l'on désigne par m la masse de gaz dégagé et par L sa chaleur latente de vaporisation à la température de l'expérience. On détermine la chaleur latente L en laissant tomber dans le calorimètre un corps étalon, par exemple une petite masse de plomb (oo, 5). La chaleur spéci-

fique du plomb varie peu avec la température et peut être considérée comme une fonction linéaire de celle-ci. Sa valeur moyenne, 0,0295, déterminée directement pour l'écart de température de — iST)'* à i5", est peu différente de sa valeur moyenne entre 18" et 100° qui est égale à o, 0008. La température du gaz liquéfié peut être contrôlée au moyen d'un couple étalonné avec un thermomètre à air.

Voici les volumes de gaz formés par calorie et mesurés dans les conditions normales de température et de pression :

cm'

lùlivltne 7

O xygonc i î . •>.

Hydrogène S8,()

Azote I Î.Q

DEGAGEMENT OE CHALEUR PAR LES SURSTANCES RADIOACTIVES. 273

L'expérience avec l'hydrogène offre la plus grande sensibilité. A défaut d'iiydrogène ou d'oxygène pur on peut employer l'air liquide ayant longtemps bouilli, et dont la température est — i85".

Certaines causes d'erreur peuvent intervenir : des gouttelettes liquides entraînées peuvent se vaporiser dans l'éprouvette et augmenter le volume du gaz mesuré; ou, au contraire, il peut y avoir condensation de gaz dans le calorimètre A^ si la température du liquide intérieur est plus élevée que celle du liquide extérieur.

Des expériences faites avec o", 42 de bromure de radium ont

donné les résultats suivants :

Calories à riieure.

Calorimètre à oxygène liquide ti2,8 (Curie et Dewar)

Calorimètre à hydrogène liquide 3i,G » »

Calorimètre à glace j^,! (Curie et Larorde)

Le nombre élevé fourni par le calorimètre à hydrogène a été attribué à un effet d'entraînement de gouttelettes^ le calorimètre ayant eu des dimensions trop petites. Les nombres obtenus pour les calorimètres à glace et à oxygène sont de yS''"' et gS'"' par gramme de radium et par heure.

On pouvait conclure de l'ensemble de ces expériences que la quantité de chaleur dégagée par gramme de radium et par heure est voisine de 100"'''. D'après cela un gramme de radium dégage pendant chaque heure une quantité de chaleur supérieure à celle qui est nécessaire pour fondre son poids de glace. Un atome-gramme de radium (ao.fi^) dégage en une heure une quantité de chaleur comparable à celle qui est produite par la combustion d'un atome-gramme d'hydrogène. P. Curie a fait remarquer cju'un débit de chaleur aussi considérable ne saurait être expliqué par aucune réaction chimique ordinaire, et cela d'autant plus que l'état du radium semble rester le même pendant des années. On peut plutôt attribuer le dégagement de chaleur à une transformation de Fa tome de radium lui-même, transformation nécessairement très lente, et l'on a ainsi une raison expérimentale pour penser que les quantités d'énergie mises en jeu dans la formation et dans la transformation des atomes sont considérables et dépassent tout ce qui nous est connu.

•.>.7G CIIM'ITHE XI.

Les mesures du dégagement de chaleur par le radium aux basses températures offrent un intérêt particulier; elles montrent que le débit de chaleur est sensiblement le même à la température ordinaire et aux plus basses températures que nous sachions atteindre. Aucune réaction chimique ne se comporte de cette manière., et à la température de l'hydrogène liquide, toute activité chimique semble suspendue.

P. Curie ( ' ) a constaté que le débit de chaleur dû au radium dépend du temps qui s'est écoulé depuis la préparation du sel étudié. Un sel de radium solide qui vient d'être préparé dégage une quantité de chaleur relativement faible; mais le débit de chaleur augmente continuellement et tend vers une valeur déterminée qui n'est pas encore tout à fait atteinte au bout d'un mois. Quand on dissout dans l'eau un sel de radium et qu'on enferme la solution en tube scellé^ la quantité de chaleur dégagée par la solution est d'abord faible; elle augmente ensuite et tend à devenir constante au bout d'un mois; le débit de chaleur est alors le même que celui dû au même sel à l'état solide. Ces changements dans la valeur du débit de chaleur indiquaient que ce débit est en relation avec l'équilibre radioactif du sel, et qu'il est dû pour la plus grande partie à l'émanation accumulée. Ce fait a été bientôt constaté expérimentalement par M. Rutherford,

Les expériences précédemment décrites ont établi avec certitude par des méthodes diverses le fait du dégagement de chaleur par le radium^ et en ont indiqué la grandeur approchée. D'autres observateurs sont venus confirmer les résultats obtenus, et ont effectué la mesure du débit de chaleur (-), Cette mesure a pu être faite, dans certains cas, avec une bonne précision.

Les expériences de M. Angstrftm étaient effectuées avec o^, ()8<î5 de bromure de radium pur, enfermé dans une ampoule de verre. Les calorimètres sont deux blocs métalliques pareils [fig. i 32), dont chacun constitue un cylindre creux à parois épaisses ; l'un contient l'ampoule à radium, l'autre une spirale de fil de manganine; les

(') Curie, Soc. de Pliys., i()0.'5.

(-) Angstrom, Phys. Zeit., 190.5. — Uunge et Prech^, Acad. de Berlin, \\)0-'>. — Preciit, />e/'. d. d. phys. GeselL, u)o\. — Rutherford et Barnes, Phil. Mcii,'.,