RADIUM ET SA FAMILLE. — POLOMUM

169. Rayonnement du radium. — Le radium est une substance fortement radioactive^ caractérisée par une émission de rayons et par le dégagement d'une émanation radioactive dont la période de destruction est T = 3,85 jours environ. Le radium est un métal alcalino-terrevix dont le poids atoinicjue est 226^6. L'émanation radioactive à laquelle il donne naissance est un gaz monoatomique de poids atomique élevé, probablement égal à 222,5 (').

Le radium privé de l'émanation et de la radioactivité induite qui en résulte est ramené à son activité minimum; il émet alors des rayons a ainsi qu'un rayonnement [i très faible et très absorbable. On peut mesurer l'activité totale minimum pour une quantité connue de radium en utilisant le sel en couche suffisamment mince pour que l'absorption du rayonnement par la matière active soit négligeable, et en se servant d'une chambre d'ionisation dans lacfuelle les rayons a du radium au minimum d'activité sont complètement absorbés par l'air. Dans ces conditions l'effet ionisant total des rayons émis par un gramme de radium est mesuré par un courant de saturation de 6,0 . 10^ ' ampère suivant une déter-

("] Tandis ciue la mesure du coefdcient de difïusioii d'tuis l'air avait conduit à prévoir pour rémanation un poids moléculaire et atomique d'environ loo seulement (§ (jî), uue valeur très voisine de celle que prévoit la théorie des transformations radioactives a été obtenue récemment par M. Debierne qui appliquait la méihode d'effusion, c'est-à-dire d'écoulement par un orifice en paroi mince, à l'émanation contenue dans un mélange gazeux de très faible |)ression totale {Comptes rendus, 1910); le nombre ainsi trouvé est environ :!-2o, la précision étant évaluée à 2 ou 3 pour mu. Plus récemment encore, M. Iliiuisav a ellectué la pesée directe de minimes quantités d'émanation au moyen d'une balance de sensibilité très grande, spécialement construite, et (mi a déduit pour l'émanation un pi)iils iitomique de r.H) {Comptes rendus, 1910).

RADll.M KT SA FAMlLLt;. — PoLOML.M. 3oi

mination directe (Rutherfoi-d)^ et de 8^0. io~'' ampère suivant une détermination plus récente mais moins directe (Geiger).

Si l'on utilise pour l'activité totale d'un gramme d'uranium le nombre 4.^>i • io~'" ampère (Me Coy et Ashman). le rapport des activités totales du radium au minimum d'activité et de l'uranium est égal à i , 3 . 1 o^ dans le premier cas et à i , 74- 1 o** dans le second cas. Le premier nombre est en accord avec les résultats des expériences sur l'activité du radium et de l'uranium dans les minerais d'urane (Boltwood).

Quand le radium est en équilibre avec l'émanation et la radioactivité induite^ son rayonnement a est fortement augmenté^ et l'on constate de plus l'émission de rayons ^ et de rayons "'; ces rayons pénétrants proviennent du dépôt actif, tandis que des rayons a sont émis aussi bien par l'émanation que par le dépôt actif. Le rayonnement a du radium en équilibre radioactif se compose de quatre groupes homogènes dont les parcours dans l'air sous la pression atmosphérique sont respectivement 3"", 5, i''"'.2'd. 4''"'.f^o et 7"'", 00. Nous avons vu que le groupe de rayons, dont le parcours est 3"", 5 doit être attribué au radium lui-même. Le groupe, dont le parcours est le plus long, 7*^"',o3, doit être attribué au dépôt actif, parce qu'on peut l'observer avec un fil activé. Parmi les trois substances qui composent le dépôt actif, la première, le radium A, décroît très rapidement et son effet ne peut être ob.-ervé sur le fil activé que pendant environ 10 minutes; les deux autres disparaissent plus lentement et peuvent être observées pendant quelques heures. De ces deux substances plus stables, une seule émet des rayons a, et nous verrons que cette substance est le radium C. ^L Me Clung (') a construit la courbe d'ionisation pour les rayons x émis par un fil activé au moyen de l'émanation du radium; les rayons utilisés étaient ceux du radium C après destruction du radium A. Comme l'activité diminue avec le temps, les valeurs de l'ionisation à diverses distances de la substance active doivent être rapportées à un même moment, ce qu'on peut faire facilement si la loi de variation de l'activité a été préalablement déterminée. La courbe d'ionisation obtenue (fig. i 5(3) indique que le rayonnement a du

(') Me Cluxg, Phi/. Mag., igoG.

CHAPITIU: XIII.

radium C est homoi^ène et que son parcours est environ *> ""^7. Les expériences relatives à la réduction du parcours des rayons a du radium C par la traversée de feuilles d'aluminium (§ l^O) conduisent aussi à la conclusion que les rayons forment un

l-'i^. i5fj.

20 30 40 Ionisation

groupe homogène dont le parcours clans l'air est très voisin de 7"""'. On peut donc identifier ce groupe de rayons avec celui des quatre groupes émis par le radium en équilibre radioactif dont le parcours est le plus long et égal à 7'"', 00.

Les deux autres groupes de rayons a appartiennent à l'émanation et au radium A. On doit attribuer à ce dernier le groupe dont le parcours est 'î"",'^'^;, conformément aux expériences de M. Rutherford sur la déviation magnétique de ce groupe de rayons; on a vu

en effet que la valeur du produit — > fournie par la mesure de cette

déviation, est en accord avec la valeur de la vitesse v calculée d'après le parcours 4"'\83. Des mesures directes relatives à l'absorption du rayonnement du dépôt actif par les écrans minces conduisent à la même conclusion (').

C) 11. -\V. Scii.MiDT, Ann. de Pliys., njnG.

RADIL.M ET SA FAMILLi:. — POLOMUM. 3o3

Les rayons j et" appartiennent à la partie du dépôt actif dont l'évolution est plus lente, c'est-à-dire au radium B et C.

Quand le radium contient de l'émanation et de la radioactivité induite, son activité a est augmentée. Si le sel est sec, il est peu perméable à l'émanation; son activité limite, qui est atteinte un mois après la préparation, est environ cinq fois plus élevée que l'activité initiale. En eiïectuant une détermination plus précise sur un sel de radium en couche très mince, dont les rayons a sont totalement absorbés dans l'air de la chambre d'ionisation, on trouve un rapport 5,6 entre l'activité limite qu'aurait eue le sel, s'il n'avait éprouvé aucune perte d'émanation, et l'activité minimum du mcme sel (Boltwood). On en conclut que l'activité a totale d'un gramme de radium en équilibre radioactif avec l'émanation et la radioactivité induite est i ,3 x 5,0- lo", soit 7,3.10'' fois plus grande que l'activité totale d'un gramme d'uranium. L'activité due aux rayons pénétrants était négligeable dans ces expériences.

170. Analyse de la radioactivité induite. — Nous avons vu que la radioactivité induite due au radium suit une loi d'évolution complexe en fonction du temps, et que cette loi dépend du temps pendant lequel la substance activée a été soumise à l'action activante de l'émanation du radium. Quand la substance activée a été soustraite à l'action de l'émanation, son activité mesurée par le rayonnement total va en diminuant; mais la loi de diminution n'est pas une loi exponentielle simple. Nous avons vu aussi que, dans le cas d'une exposition longue, la courbe de désactivation a pu être représentée par P. Curie et M. Danne par une différence de deux exponentielles, pour des temps supérieurs à 20 minutes à partir du début de la désactivation. Voici comment a été effectuée cette analyse qui a servi de modèle pour l'interprétation des nombreux cas analogues qui se sont présentés dans l'étude de la radioactivité.

Considérons la courbe représentative du logarithme de l'intensité -> du rayonnement total en fonction du temps. La forme de cette courbe, qvii a déjà été décrite précédemment (§ 76), est représentée dans la figure \:)~. Pour des temps supérieurs à 20 minutes environ, la courbe conserve une courbure de même

3o4 CHAPITRK XlII.

sens^ constamment décroissante, la concavité étant tournée vers les axes. Une telle courbe ne saurait être représentée par une somme d'exponentielles simples alîectées de coefficients différents suivant la formule

parce que^ dans ce dernier cas, la courbe qui représente -"^ ou log ^ en fonction du temps reste convexe vers les axes. La courbe proposée^ examinée dans la région qui correspond à i >> 20 minutes, ne

Fig.

Temps en minutes

peut donc pas représenter la disparition de deux (ou ])lus de deux) formes de radioactivité indépendantes entre elles, et caractérisées chacune par une loi de destruction exponentielle simple. Après plusieurs heures^ la covu^be proposée se confond très approximativement avec une droite dont l'équation peut s'écrire

lûgj ^p — qt.

haoium et sa i vmii.le. — polomlm. 3o5

Cette droite représente un rayonnement dont l'intensité J décroît suivant une loi exponentielle simple; soit Jq l'intensité du rayonnement qu'on obtiendrait par extrapolation de la formule pour t = o; on aura

J = Joe->',

en posant

P = logJo, g = 1 loge.

Le rayonnement réellement observé A évolue suivant une loi qui tend asymptotiquement vers la loi d'évolution du rayonnement fictif J. Formons la différence J-'i et examinons comment elle varie en fonction du temps. On trouve que cette différence décroît suivant une loi exponentielle simple, de sorte qu'on peut écrire

log(J A)=//— r//,

J — A = ( Jo— Au)e-A'',

les valeurs de -^^ et de )/ étant définies par les relations

/j'=log(Jo — Au), <7'= À'ioge.

On aura par suite

ou^ en posant ^ = K,

"Ml

Cette formule est celle qui a été indiquée par P, Curie et M. Danne; r^o n'est pas l'intensité initiale du rayonnement total^ mais l'intensité initiale extrapolée d'après la loi numérique qui représente la courbe pour des temps supérieurs à 20 minutes; la région de la courbe obtenue par extrapolation est représentée sur la figure en traits ponctués. Il résulte du mode de détermination du coefficient K que celui-ci est supérieur à l'unité, puisque Jo ^ -"^o- La courbe est donc convenablement représentée par une différence de deux exponentielles.

Les valeurs trouvées pour les coefficients étaient les suivantes :

K = 4,i, X = oooo,|ij — > À' = o,ooo538 — •

sec sec