C. - II
SjO CHAPITRE XIII.
pas entièrement du dépôt actif; le radium au minimum d'activité donne aussi lieu à une faible émission de rayons [j très absorbables qu'on peut observer en utilisant un sel privé aussi complètement que possible d'émanation et de dépôt actif, par l'action d'une chauffe intense et prolongée. L'intensité de ce rayonnement est de l'ordre de i pour loo de celle du rayonnement [i émis par le radium en équilibre radioactif; le coefficient d'absorption pour l'aluminium de l'ordre de 3oo. La présence de rayons ,j et de rayons a dans l'émission du radium conduirait à penser que ce corps est complexe. Certains faits expérimentaux sont en faveur de cette manière de voir,
La série des descendants du radium dont l'évolution est relativement rapide comprend l'émanation, le radium A, le radium B et le radium C. On trouve le prolongement de cette série dans l'étude de la radioactivité induite à évolution lente,
185. Loi d'évolution de l'activité induite restante du radium. Radium D, E et F. Leur relation avec le radioplomb et le polonium.
— Nous avons vu qu'après une longue activation en présence d'une émanation concentrée, le corps actif manifeste, après la disparition de la radioactivité induite composée de radium A, de radium B et de radium C, un résidu d'activité de nature différente. Cette activité restante va, en effet, en augmentant en fonction du temps, suivant une loi de variation lente (§ 77), L'étude de cette activité résiduelle a été faite par M, Rutherford (') qui a montré que le résidu est de nature complexe et se compose de plusieurs matières radioactives. En particulier l'évolution de l'activité due aux rayons [i» n'était pas la même que celle de l'activité due aux rayons a. L'intensité du rayonnement |îi augmentait avec le temps, mais tendait vers une limite constante qui était atteinte après un mois. Au contraire, l'intensité du rayonnement a continuait à augmenter pendant i8 mois, et l'on constatait une diminution de la vitesse d'accroissement indiquant qu'une limite serait atteinte dans quelque temps.
L'accroissement de l'intensité des rayons [ii avait lieu suivant
(') Rutherford, Phil. Mag.^ ^\p'\', J\ciit<re, 190.").
KVDILM ET SA FAMILLE. — l'OLOMUM. 3;!
la loi
^ = ^x(i — e^^'O avec X = o,ii5^ ;
j ouicette loi s'interprète en admettant que la matière qui donne lieu à l'émission de rayons [ii se forme avec un débit constant et qu'elle se détruit de moitié en (i jours environ.
En chaullant la lame active, M. Hutherford a trouvé qu'au-dessus de looo" la matière qui fournit les rayons a est volatilisée^ tandis que la matière qui émet les rayons ^^ ne se volatilise que plus difficilement. Toutefois^ après une chauffe à iooo", l'intensité du rayonnement p n'est plus constante, mais décroît de moitié en 4,5 jovirs. On en conclut que la matière qui produit les rayons 3 est elle-même produite par une autre matière qui se volatilise au-dessous de looo" et qui évolue très lentement.
Les trois matières ont été désignées par les lettres D, E et F, le radium D étant la substance dont la vie moyenne est très longue et qui produit le radium E, source des rayons [j ; le radium F est la matière qui émet les rayons a.
M. Rutherford a montré qu'en traitant une lame de platine, qui porte la radioactivité résiduelle, par une solution étendue d'acide sulfurique, on dissout l'activité, lac|uelle peut ensuite être concentrée par évaporation. Si dans une solution du dépôt actif on plonge une plaque de bismuth, on obtient sur celle-ci un dépôt de matière F seulement, et l'on constate que cette matière décroît de moitié en i43 jours. La matière F est produite directement par la matière E ; si, en effet, on a chassé par la chauffe le radium D et le radium F d'une plaque activée, le rayonnement a de cette plaque, d'abord nul, se manifeste à nouveau en même temps qu'a lieu la décroissance du rayonnement [i. On peut donc admettre (}ue les matières D, E et F sont consécutives.
M. Rutherford a émis la supposition que ces matières doivent se trouver accumulées dans les minéraux qui contiennent du radium, et il a cherché à les identifier avec les substances radioactives connues. En particulier, il a constaté que la loi de décroissance du radium F rapproche cette substance du polonium. De plus, on savait que l'activité du plomb extrait de la pechblende semble constante, et qu'elle est due à un rayonnement qui semble de même nature que celui du polonium. M. Rutherford en a conclu
CHAPITBE Mil.
que le radium D est la substance qui^ se trouvant séparée avec le plouib^ donne lieu à une production continue de radium E et de radium F. Ces prévisions ont été pleinement justifiées et ont permis d'interpréter l'ensemble des renseignements qu'on possédait sur le plomb radioactif. Ainsi^ M. Debierne avait montré qu'en traitant le plomb radioactif on pouvait en extraire du polonium ; MM. Hofmann^ GonderetWrtlfl, en plongeant des lames métalliques dans une solution de plomb radioactif^ en ont extrait deux constituants radioactifs, probablement le radium E et le radium F. Les produits obtenus antérieurement par MM. Hofmann et Strauss devaient être enrichis en polonium.
Dans le spectre du radioplomb, Demarçay n'a vu aucune raie nouvelle^, et il est probable que le radium D, le radium E et le radium F se trouvent présents en quantité minime. L'exactitude de la théorie de M. Rutherford a été démontrée par les expériences de MM. Meyer et von Schweidler (') qui ont étudié comparativement le rayonnement du plomb radioactif et l'activité induite résiduelle du radium. Ils ont constaté que la matière qui émet des rayons a dans le radioplomb et qui peut en être séparée^ est caractérisée par la même loi de décroissance cjue celle observée pour le polonium ; et cfue c'est aussi suivant une loi caractérisée par la même constante radioactive que s'accroît le rayonnement a du dépôt actif résiduel. Une vérification analogue a été faite pour la matière qui émet les rayons |3. Pour séparer le radium E et le radium F^ on plongeait des lames métalliques dans les solutions de plomb radioactif et l'on étudiait l'activité de ces lames, en rayons a et en rayons |j^ en les soumettant dans certains cas à une chauffe à température élevée. La séparation par électrolyse a été également utilisée.
180. Radium D. Essai de détermination de la période et propriétés. — Le radium D ne semble pas actif par lui-même. On obtient du chlorure de plomb pratic|uement inactif^ suivant le procédé de M. Debierne, qui consiste à laisser cristalliser par refroidissement une solution chaude de ce chlorure; en répétant cette opération sur les cristaux redissous^ on obtient après quelques
(') Meyuu cL V. ScmvEiDLi;!!. Acad. Vienne, 190').
RADIUM ET SA FAMILLE. — POLOMUM. SjS
cristallisations un chlorure dont l'activité, très faible au début, augmente ensuite en fonction du temps aussi bien en rayons a qu'en rayons j, et l'on peut s'assurer que l'activité initiale est très peu importante par rapport à celle qui se développe dans la suite. Si donc le radium D possède un rayonnement, celui-ci est très faible et probablement très absorbable. La constante radioactive du radium D est encore mal connue. Pour la déterminer, il faudrait observer la loi de décroissance de l'activité du radioplomb quand celui-ci se trouve en équilibre de régime radioactif avec le radium E et le radium F. Les séries d'expériences commencées à cet effet n'ont pas encore pu donner le résultat cherché et ont appris seulement que le maximum de l'activité totale est atteint en deux ans après la séparation du radioplomb privé de radium E et de radium F. De même le maximum de l'activité totale du dépôt actif résiduel est atteint deux ans après la fin de l'activation.
Si nous considérons le radium D, initialement dépourvu de radium E et de radium F, et que nous employions des notations analogues à celles qui nous ont déjà servi, les quantités des trois substances sont données en fonction du temps par les formules suivantes :
r e-'lt e-'^t c-ft ']
F = rt 1 /? 2 Do ï f'^ ■
d) (f — d) iz — d){/—z) ' if—d) if— z ) \
les constantes radioactives du radium D, du radium E et du radium F étant respectivement cl, s et /.
Après un temps t suffisamment grand, E et F décroissent suivant la loi exponentielle qui caractérise la matière D, et ce résultat est atteint pour la matière E avant d'avoir été atteint pour la matière F.
M. Rutherford a essayé de déterminer la constante d par voie indirecte au moyen du raisonnement suivant : Soit N le nombre de particules |j émises par seconde par le radium C qui est en équilibre avec une certaine quantité d'émanation ; cette quantité d'émanation émettra pendant toute la durée de sa vie un nombre
de particules |i égal à ,-? où A est la constante de l'émanation.
û7l CIIAI'ITIU-; Mil.
Admettons que ce nombre soit aussi celui des atomes de radium D formés. Quand celui-ci sera en équilibre avec le radium E, il émettra par seconde un nombre N'de particules fi égal à -^. si l'on admet qu'un atome de radium D donne lieu à la formation d'un seul atome de radium E dont la destruction comporte l'émission d'une seule particule ^. On aura donc
En mesurant^ dans le même appareil^ l'intensité du rayonnement p du radium C et du radium E cjui en résulte suivant la théorie précédente, M. Rutherford a évalué à environ /\o ans la période de destruction de moitié pour le radium D.
MM. Meyer et von Schweidler (') ont utilisé une méthode analogue. Supposons que le radium D soit déposé avec une vitesse constante A sur le corps qui s'active; tel sera le cas si le corps est exposé à l'action d'une émanation de concentration constante. Les quantités des matières D, E et F qui existeront après un temps t sur le corps activé sont les suivantes :
Comme d a une valeur très faible, on peut pour des valeurs de T c|ui ne sont pas trop grandes, remplacer e^ ''" par i — d-; de plus on peut négliger d par rapport à e et y, ainsi que z par rapport à f. Supposons que chac|ue atome d'une substance ne produise qu'un atome de la substance suivante, ce cjui conduit à poser /«, = /?o= 1. Choisissons enfin le temps - de telle manière que l'exponentielle e~~' soit négligeable ; cette condition pourra être réalisée pour un temps de quelques mois pour lequel l'exponentielle e ^ '" est encore voisine de i .
(') ÎSIeyeu et YON SfiiiWKiDLEK, Pliys. Zeit., 1907.
RADIUM ET SA FAMIM.E. — POl.ONUM.
On trouve dans ces conditions
Ht
= At
Kx
On peut faire avec M. Rutherford l'hypothèse que le rayonnement 'p émis par le radium C et par le radium E qui sont en équilibre avec une quantité constante de radium^ comporte l'émission d'un même nombre de particules par seconde, et que l'effet ionisant de chaque particule clans le même appareil est le même. Cette supposition n'est certainement pas très exacte, parce que les rayons [i du radium C et ceux du radium E n'ont pas le 'même pouvoir pénétrant, mais il est difficile de tenir compte de cette circonstance. En faisant abstraction de l'écart qui en résulte, on peut écrire, pour le rayonnement -3 du radium C et du radium E au temps t,
.3p(C) = A^rEo^-
En ce cpii concerne le rayonnement a on peut admettre également que le nombre des particules émises par seconde est le même pour le radium C et le radium F en équilibre radioactif avec le radium; mais on se rapproche plus de Ja vérité en admettant que l'effet ionisant d'une particule est proportionnel à son parcours qu'en admettant qu'il est le même dans les deux cas. On peut donc écrire
'■•>a(Foo) 3. se. ..
, ^a(G) 7,ob
.3a(G) = -3a(:FO '. (i
o.bi j - a \
o.Gi j -. d { i
Les expériences étaient effectuées ainsi qu'il suit. Une plaque de platine était activée pendant 264 jours en vase clos en présence de 0*^,5 de bromure de baryum radifère contenant 60 pour 100 de bromure de radium. Après ce temps on enlevait la plaque, et l'on
376 ciiapithe xiii.
mesurait le rayonnement d'abord 9.5 minutes après la fm de l'exposition, puis 2 4 heures après la fin de l'exposition. La deuxième mesure fournissait le rayonnement du radium E présent sur la plaque; le rayonnement du radium C était déduit par différence et extrapolé pour le moment initial de la désactivation. La valeur trouvée pour c/ conduit à une valeur de 35,- ans pour la période de destruction de moitié quand on utilise le rayonnement [j et à une période de 1 -j. ans seulement quand on utilise le rayonnement a. Cette deuxième valeur était considérée comme plus correcte^ la divergence du nombre obtenu par la mesure du rayonnement [i pouvant s'expliquer par la supposition que le radium C est une substance complexe qui émet plus d'un groupe de rayons ^i, chaque groupe correspondant à une substance radioactive simple.
En observant au moyen du nombre des scintillations produites l'accroissement du radium F à partir d'une quantité donnée' d'émanation, M. Antonolf a obtenu pour la période du radium D une valeur d'environ i6,5 ans ( ' ).
Le radium D est entraîné avec le plomb que l'on extrait de la pechblende. On n'a pas encore réussi à l'obtenir à l'état concentré, de manière à essayer de l'isoler, Li progrès de la concentration est d'ailleurs difficile à suivre, parce c[ue la substance n'est pas active par elle-même et que l'activité limite en rayons pénétrants n'est atteinte qu'en un mois, tandis que l'activité en rayons a demande encore bien plus da temps pour se développer complètement. D'autre part, les procédés qu'on essaie pour concentrer le radium D ont, en général, pour effet de concentrer le radium E et le radium F dans les diverses parties du traitement; la valeur limite qui esl ensuite atteinte pour ces substances peut donc seide caractériser la proportion de radium D.
Des essais de concentration du radium D ont été décrits par divers auteurs (-) ('). Voici quelques-uns des résultats obtenus : lors de la cristallisation du chlorure de plomb radioactif en solution aqueuse ou chlorhydrique, le radium D se concentre dans les cristaux. Dans la distillation du chlorure en présence du chlorure
(') Antonoff, Pldl. Mag., 1910.
(-) HoFMANN et WoLFL, lieiic/ite d. cliem. GeselL, 1907.
(■■') SziLAiiD, Le Jiadium, kjoH.
RADlliM ET S\ l'AMlLLE. — POLONIUM. 877
d'ammonium^ le radium D se concentre dans la partie plus volatile. Quand on fait agir du zinc sur le chlorure f ondu^ le radium D s'accumule dans le métal. En précipitant la solution du chlorure par riiyposulfite de sodium, on obtient l'entraînement du radium D avec le précipité formé au début, et l'on peut ainsi obtenir du plomb radioactif 5 à 7 fois plus riche en radium D que celui qui a servi de point de départ. Un bon résultat est obtenu en transformant le chlorure en tétraphénylplomb qui cristallise à peu près exempt de radium D. On peut obtenir ainsi un sel dont l'activité limite en rayons a est 200 fois plus grande que celle de l'uranium, mais la réaction n'est pas assez simple pour pouvoir servir comme procédé de fractionnement régulier.
Le radium D est entraîné avec le baryum dans la précipitation de ce dernier par l'acide sulfurique; il peut ainsi être séparé du radium E et du radium F qui restent en solution (').
187. Radium E, et E.. Radium F. — Le radium E est une substance qui émet des rayons '■j sensiblement homogènes dont le coefTicient d'absorption par l'aluminium est environ a = 44- Un rayonnement ^' faible semble aussi exister ; le coefTicient d'absorption par le plomb est égal à 0,8 (-) et l'intensité n'est que 0,016 pour 100 de celle des rayons [i. Le radium E n'est pas volatil à 1000".
MM. Meyer et von Schweilder (•') ont obtenu pour la décroissance du radium E des périodes variables avec les conditions de l'expérience. Ils en ont conclu qu'entre le radium D et le radium F il existe non pas une, mais deux substances intermédiaires; le radium E, et le radium E,. La substance E, serait inactive, volatile au rouge et soluble dans l'acide acétique à chaud; elle aurait une période de () à 6,5 jours. La substance Eo serait celle qui émet des rayons 3, elle ne serait ni volatile au rouge, ni soluble dans l'acide acétique à chaud et aurait une période de 4,8 jours. En électrolysant une solution de dépôt actif, on peut, pour une densité de courant convenable, recueillir sur la
(•) Antonoff, P/iil. Mag., 1910.
(-) ScHiiiDT, P/i 75. Zeit., 1907.
{') Meyer et von Schweidler, Acad. Vienne, 1906.
378 CIIAI'ITRi: Mil.
cathode du radium E, et Eo avec du radium F, mais sans radium D. Le rayonnement [j d'une plaque ainsi activée décroît en général suivant une loi qui n'est pas d'abord simple; la vitesse de destruction augmente avec le temps pour atteindre une loi limite qui est une exponentielle simple correspondant à une période de (i jours. Mais si la plaque a été chauffée ou bien traitée par l'acide acétique à chavid^ son rayonnement |îi décroît dès le début suivant une loi exponentielle simple correspondant à une période de 4,8 jours.
Les conclusions relatives à l'existence du radium E, et E2 ont été contestées par M. Antonoff qui a observé l'accroissement du rayonnement [i à partir du radium D pur, obtenu par une activation de courte durée en présence d'émanation très concentrée; la loi d'accroissement n'indiqviait l'existence d'aucune substance inactive intermédiaire; elle conduisait à considérer le radium E comme une substance simple ayant une période de 5 jours.
On obtient une période de 4," jours pour la substance qui émet le rayonnement [i en observant l'accroissement d'activité d'un chlorure de radioplomb préparé à l'état inactif au moyen de la cristallisation répétée par refroidissement ( ' ).
Le radium F (polonium) émet des rayons a et aussi des électrons lents. Le parcours des rayons a est égal à 3'^"',8() (-); ces rayons sont absorbés par une épaisseur d'aluminium égale à o'''",oo28. Le radium F est identique avec le polonium et le radiotellure. La période du polonium a été déterminée par de nombreux expérimentateurs. Voici les nombres obtenus :
Période en jours.
Dépôt actif i38,2 \ ,.
Substance extraite du plomb ladioactif. . i34,5 f
> et
Radiotellure... i3G,5 l „ , ...
' 1 V. bchweidler.
Bismutb poloniiere. i')8,G /
Dépôt actif i.'i3 ) ,, , r 1
V ,, U Riitlieiford.
nadiotellure 14^ 1
T. ■ 1, ^ i Alarckwald
Radiotellure ijii.o -, ^^ • ,
I cl (Trcinacher.
Polonium • • • • i4'>,o ^'- Curie.
(') Danysz, Comptes rendus, i()oG.
(^) Levin, yVys. Zeii., i()o6.
flADIlM ET SA TAMILLE. — POLONIl'.M. 879
Dans ce Tal)leau on a désigné par radioteUure la substance préparée par M. Marckwald, et par polonium celle préparée par M. Curie. La période du polonium peut être prise égale à i io jours, nombre voisin de la moyenne des résultats expérimentaux.
Le polonium dans le dépôt actif est volatil à looo". Il se dépose sur les métaux plongés dans la solution chlorhydrique du dépôt actif et même sur le platine. Les propriétés chimicjues de ce corps ont été exposées précédemment.
Quand on soumet à l'électrolyse une solution de dépôt actif ou de radioplomb^ le polonium se dépose seul pour des densités de courant d'environ 4 . lo"" ampère; avec une densité de courant de io~5 ampère on obtient un mélange de radium F et de radium E, et avec ro~'' ampère et au-dessus on a en plus un dépôt de radium D.
La loi de l'accroissement de l'activité du radium D est représentée dans les figures l 'jo et i 7 i . Le radium D utilisé était préparé à l'état inactif par cristallisation répétée d'une solution de chlorure de radioplomb extrait de la pechblende. La figure 1 70 représente
Temps en jours
la loi d'accroissement de l'intensité ^ du rayonnement pénétrant. Une intensité limite ^^ est atteinte en un temps d'environ un mois. La période déduite de la diminution du logarithme de (-■^^ — >i) en fonction du temps est T = 4 , 7 jours.
La figure i-i représente la loi d'accroissement de l'intensité A du rayonnement total (courbe III); celle-ci augmente pendant ■>. ans et atteint après 760 jours une valeur qui ne varie pas sensiblement pendant l'année suivante. La courbe I a été obtenue en observant l'accroissement du rayonnement total d'une lame de
CHAl'IlRi; XIII.
verre qui avait subi une acLivation d'un mois en présence d'une grande quantité d'émanation du radium. La courbe II est une courbe théorique qui représente l'accroissement de la quantité de polonium en fonction du temps^, la période du polonium étant
Fi g. 171.
Temps en Jours
supposée égale à 1 fo jours, et la vitesse de formation étant sup» posée constante. On voit que les trois courbes ont une allure analogue. D'après la forme de ces courbes et d'après les résultats obtenus jusqu'à présent, relativement à la décroissance du radium D en équilibre avec E et F, il semble que la période du radium D dépasserait i5 ans et pourrait être plutôt de l'ordre de 4o ans.
