I .s> . 10 '" — sec

193. Attribution des constantes a et h. — En effectuant l'électrolyse de la solution du dépôt actif, M. Pegram (-) et M. Lerch (■') ont obtenu à la cathode le dépôt d'une matière active dont la loi de décroissance était variable avec les conditions des expériences; la vitesse de dimiaiutiou' était généralement intermédiaire entre celle qui correspond à une période de t 1 heures et celle qui correspond à une période d'environ 1 heure. Le même résultat est obtenu en étudiant la loi de décroissance de la matière active qui se dépose sur des métaux plongés dans une solution chlorhydrique de dépôt actif. Dans certains cas on obtient une matière qui décroît de moitié en une heure; ce résultat est, en particulier, obtenu quand on laisse déposer la matière active sur le nickel. Ces expériences prouvent que la matière active, le thorium B, est celle qui décroît le plus rapidement.

(') Hahn, Jalirbuck d. Rad., 1905. — Li;ncn, Wien Der., iç)o3.

(-) Pegram, Phys. fiei\, iqoS.

{■'') Lerch, Ann. de Phys., i<)o3; Wien Ber.. ir)o5.

Les courbes représentatives de la loi de décroissance de l'activité^ pour la matière séparée d'une solution chlorhydrique de dépôt actif par électrolyse ou par immersion d'un métal^ peuvent^ en général, être interprétées par la superposition de deux lois de décroissance dont l'une correspond à une période de io,t) heures et l'autre à une période de jj minutes. Ces deux périodes caractérisent respectivement le thorium A et le thorium B. On peut donc admettre que dans les expériences considérées on obtient le plus souvent un excès de thorium B par rapport à la proportion de cette substance qui serait en écjuilibre de régime avec la quantité de thorium A qui se trouve en présence. Cet excès de thorium B disparaît suivant la période de cette substance, en même temps que le thorium A, accompagné du thorium B avec lequel il est en équilibre de régime, décroît suivant la période de io,(3 heures.

Le thorium A et le thorium B se forment dans une solution de thorium X. M. Lerch a constaté cjue clans une telle solution les quantités de thorium A et thorium B sont proportionnelles à la cjuantité de thorium X. Pour doser le thorium X on évaporait un volume donné de la dissolution et l'on mesurait l'activité totale du résidu. Pour doser le thorium A on plongeait, dans un volume de solution déterminé, une lame de zinc qui récoltait le thorium A et le thorium B. Pour doser le thorium B seul on laissait déposer cette substance sur une lame de nickel.

On peut montrer de môme que, dans une solution de dépôt actif, les quantités de thorium A et de thorium B sont proportionnelles. On précipite le thorium B sur du nickel à des intervalles de temps égaux dans des volumes égaux de la même solution. La quantité du thorium B ainsi obtenue décroît suivant la période du thorivim A,

Les résultats qui viennent d'être exposés ont reçu une confirmation par l'étude de l'influence d'une température élevée sur le dépôt actif. Cette étude a été faite par Miss Slater ('). Un fil activé avec exposition longue était chauffé au moyen d'un courant électrique; un cylindre qui entourait le fil recevait le dépôt qui distillait. Quand on chauffe le fil pendant un temps court au rouge sombre, on trouve c[u'immédiatement après la chauffe l'activité du

(') Miss Slater, Phil. Mag., igoô.

THORIUM ET SA FAMILLE. 3g5

fil n'a pas subi de variation notable, mais que la loi de décroissance du dépôt restant est devenue plus rapide. Quant à la matière qui a distillé sur le cylindre^ son activité est d'abord très faible, mais elle augmente avec le temps, passe par un maximum qui est atteint en 4 heures et décroît ensuite suivant la loi de décroissance normale qui correspond à une période d'environ i i heures. La svibstance qui a distillé est donc le thorium A.

Quand on chaulïe le fil activé à 700", son activité diminue par la chauffe, il y a donc en ce cas aussi volatilisation de thorium B. Une chauffe de cjuelques minutes à 1 000" détermine la volatilisation complète du thorium A, et l'activité du fil après la chauffe décroît en ce cas suivant la période d'une heure. Une chauffe d'une minute à I 200" suffit pour volatiliser complètement la totalité du dépôt actif.

On peut conclure de ces expériences cjue le thorium A est plus volatil cjue le thorium B et que c'est cette dernière substance qui possède la période la plus courte.

Le thorium A peut être obtenu sensiblement exempt de thorium B en additionnant la solution du dépôt actif d'une quantité suffisante de noir animal qui entraîne le thorium B; deux précipitations suffisent pour obtenir du thorium A pur et, si l'on emploie peu de liquide, on peut évaporer la matière à sec en un temps assez court pour que la proportion de thorium B formé soit encore négligeable (').

196. Rayonnement a du dépôt actif. Thorium B, thorium C, thorium D. — Les courbes de décroissance du dépôt actif du thorium sont, ainsi que nous l'avons vu, approximativement les mêmes cjuand la mesure est faite en utilisant le rayonnement total ou les rayons pénétrants. Les rayons des trois espèces 7, ''■!) et y étaient donc tout d'abord attribués au thorium B, tandis que le thorium A était considéré comme une matière inactive. Cependant, en comparant l'absorption du rayonnement par l'aluminium, pour une plaque ne portant que du thorium B et pour une plaque portant du thorium A en équilibre avec le thorium B, M. Lerch (-) a

(•) Levix, Phys. Zeit., 1907. — Hahn et Mkitnek, P/iys. Zei(., 1908. (-) Lerch, Phys. Zeit., 1906.

SgO CHAPITRE XIV.

trouvé que le thorium A n'est pas inactif^ mais donne lieu à une émission de rayons [i très absorbables ; les expériences étaient faites en mesurant le rayonnement à une distance de la source active oiî n'arrivent plus les rayons a.

Conformément à ces résultats on a pu observer (') que les lois d'évolution du rayonnement a et du rayonnement [i, pour le thorium A primitivement dépourvu de thorium B^ sont difl'érentes si l'on utilise les rayons [i transmis par un écran d'aluminium très mince, d'épaisseur juste suffisante pour l'absorption des rayons a. L'augmentation de l'activité avec le temps est représentée par les courl:>es de la figure i-3. La courbe I représente l'accroissement du rayonnement a; elle est tout à fait conforme à la courbe qui représente l'évolution du rayonnement total de la radioac-

Fi,L>-. I-:!.

ç' GO

Temps en minutes.

MO

tivité induite après une exposition très courte [fi g. H i ) ; l'intensité initiale est sensiblement nulle, et l'intensité maximum est atteinte en 222 minutes. La courbe II est relative à l'évolution du rayonnement [j dont l'intensité n'est pas nulle au début; on trouve par extrapolation de la courbe expérimentale que cette intensité initiale constitue environ \?> pour loo de la valeur maximum atteinte après i 70 minutes.

La constitution du dépôt actif du thorium n'est pas aussi simple (jue l'indique la théorie des deux matières, et des recherches

(') IIahx et IMeitneu, PIi^s. Zeil.. i;)()8.

THORIUM ET SA FAMILLE. 3<)7

plus approfondies ont indiqué la présence d'un plus grand nombre de substances.

M. Hahn (') a étudié le rayonnement a du dépôt actif de l'émanation du thorium. Pour obtenir ce dépôt il utilisait comme source d'émanation le radiothorium, dont les échantillons très actifs préparés par lui fournissaient l'émanation du thorium en grande quantité. L'analyse du rayonnement a était faite par la méthode de Bragg. La courbe d'ionisation obtenue {fig. 174) indique très nettement la présence de deux groupes de rayons a dont les parcours très différents sont égaux à 5''" et 8"", G. Le thorium A ne donnant pas de rayons y., et les expériences relatives à la famille du radium étant favorables à la supposition qu'une sub-

Fix. 1-4.

lonisatiin

stance simple n'émet qu'un groupe de rayons v., M. Hahn a conclu que le thorium B est une substance complexe composée de thorium B proprement dit et de thorium C^ chacune de ces substances correspondant à l'un des groupes de rayons. M. Hahn a essayé de séparer ces deux substances par électrolyse ou par dépôt sur métal^ mais n'a pu observer aucune d'elles séparément. On peut supposer que le thorium C a une période très courte et ne peut pour cette raison être séparé du thorium B ; en vertu de cette supposition on est conduit à attribuer au thoriuin C celui des

(') Haiin, Phys. Zeit., igo'j.

SgS CHAPITRE XIV.

deux groupes de rayons a dont le parcours est le plus long. On constate, en effet, quelle plus souvent, le parcours d'un groupe des rayons a est d'autant plus long que la transformation est plus rapide.

Pour séparer le thorium C du dépôt actif, M. Hahn et M"'' Meitner (') ont essayé la méthode qui leur a permis de recueillir le radium B projeté sur une placjue activée portant du radium A. Cette méthode consiste à établir un champ électrique entre la plaque active et une plaque parallèle placée en face et chargée négativement. Les particules projetées sont arrêtées dans l'air à une très petite distance de la plaque active ; si elles sont chargées positivement, elles sont entraînées par l'action du champ électrique sur la plaque opposée. En utilisant ce procédé avec une plaque portant le dépôt actif de l'émanation du thorium, on n'obtient aucune substance émettant des rayons a, mais on obtient, par contre, une substance émettant des rayons pénétrants. Cette substance est caractérisée par une loi de décroissance, dont la période est 3,1 minutes. Elle doit être considérée comme consécutive au thorium C, parce que, s'il en était autrement, elle donnerait lieu en se détruisant à la formation d'une matière qui émet des rayons a. La substance considérée a reçu le nom de thorium D. On l'obtient en quantité proportionnelle au thorium A présent sur la plaque. On peut aussi la séparer par des procédés chimiques : entraînement dans la précipitation par l'hydrogène sulfuré ou entraînement par le noir animal. On peut toutefois remarquer que, pour une substance dont la vie moyenne est courte, le procédé de séparation par projection est particulièrement favorable, parce qu'il n'entraîne aucune perle de temps pour les opérations à effectuer.

1U7. Rayonnement [i du dépôt actif. — Ce rayonnement a été étudié en détail par M. Hahn et M"'" Meitner (-) qui ont examiné séparément les rayons du thorium A et ceux du thorium (B+C+D). La séparation était obtenue en précipitant la solution du dépôt actif par le noir animal qui entraîne les matières B, C et D et laisse en solution la matière A; on peut ainsi obtenir cette dernière à

(') IIahn et L. MiciTNER, Soc. de Pliys. ail., 1909; Phys. Zeit.. 190S. C) Jbid.

TIIORHM KT SA FAMILLE. 899

l'exclusion des autres. Le dépôt actif provenait de l'émanation émise par des échantillons de radiothorium. Les rayons émis par la partie (B -[- C + D) du dépôt actif forment un groupe homogène caractérisé par une loi d'absorption exponentielle simple^ le coefficient d'absorption pour l'aluminium étant i 5,-. Ces rayons doivent être attribués au thorium D.

Les rayons du thorium A forment aussi un groupe homogène caractérisé par une loi exponentielle beaucoup plus rapide, le coefficient d'absorption pour l'aluminium étant ^= 1^5. Pour mettre en évidence cette loi, il est nécessaire de tenir compte de la formation des matières cjui succèdent au thorium A et faire la correction relative à l'apparition graduelle du groupe des rayons [> plus pénétrants provenant du thorium D.

La loi d'absorption des rayons 'p du dépôt actif du thorium est représentée par des courbes dans les figures i-j et iy<). On a

Fiu. I-'..

Epaiiseur dalummium traversée

porté en ordonnées le logarithme de l'intensité et en abscisses le nombre de feuilles d'aluminium interposées sur le trajet des rayons. La courbe I {fxg. 170) est relative au thorium A accompagné de ses dérivés B, C et D ; on voit, au début, une baisse rapide du rayonnement par suite de l'absorption des rayons |j du thorium A, ensuite la loi d'absorption est une exponentielle simple, et les rayons cjui interviennent sont ceux du thorium D, La

4o() CIIAPITRK XIV.

courbe II (/ig. i ~d) est également relative à un mélange de tous les composants du dépôt actif; elle est construite à une autre échelle pour les al)scisses que la courbe I et a été prolongée jusqu'à ce qu'on ait obtenu un résidu de rayons y. La courbe III est relative au thorium A seul et a été obtenue en appliquant aux mesures des corrections qui éliminent l'eiïet de petites quantités de thorium (B+C+D) formées pendant les opérations; pour cette courbe l'échelle des abscisses est de o""",:^') pour une grande division; l'intensité du rayonnement baisse de moitié sur une épaisseur d'aluminium de o""",o5.

Dans la figure 17G les courbes l, \l, III^ IV, V indiquent comment se modifie la loi d'absorption à mesure que se produit la formation de thorium B. Pour chaque courbe l'intensité initiale a été adoptée la même; la quantité de thorium B présente est indiquée au-dessus de chaque courbe en pour 1 00 de la quantité

i"is. i-n.

faeissei/r d aluminium traversée

qui correspond à l'équilibre avec le thorium A; l'épaisseur totale d'aluminium utilisée est la même pour chaque courbe (o""",iS). L'évolution du thorium C et du thorium D étant très rapide, on peut admettre ciue ces substances sont en équilibre avec le thorium B. La théorie' de l'évolution de l'activité peut donc, en général, se faire en tenant com])te de deux substances seulemciil,

TIIOIULM ET SA FAMILLE. 4<'I

le thorium A et le thorium B, mais en attribuant une certaine activité en rayons [j au thorium A^ primitivement considéré comme inactif, tandis qu'on attribuera., comme antérieurement^ une activité a et une activité |j et y au thorium B accompagné des matières qui lui succèdent.

198. Évolution de l'activité du thorium X et du thorium privé de thorium X. — Le thorium contient d'ordinaire une certaine quantité limite de thorium X qui se reforme en i mois quand le thorium X a été extrait. L'émanation et le dépôt actif sont alors également en éc[uilibre avec le thorium X et le thorium. Lors de la séparation du thorium X^ le dépôt actif reste avec le thorium^ mais si l'on procède à des précipitations répétées du thorium par l'ammoniaque^ le dépôt actif en excès se détruit progressivement, et l'on obtient alors le thorium privé de dépôt actif et ayant une activité minimum qui est environ ■î.t pour loo de l'activité de régime. Pour le thorium ainsi préparé, MM. Rutherford et Soddy(') ont observé une loi d'évolution de l'activité plus simple, manifestant un accroissement continu sans baisse initiale; l'accroissement correspond à la formation de thorium X, de l'émanation et du dépôt actif. Une théorie simplifiée peut être faite en admettant que l'émanation, dont la vie moyenne est courte, est constamment en équilibre avec le thorium X, et que tout se passse comme si le dépôt actif se formait directement à partir du thorium X. Si l'on ne tenait pas compte du dépôt actif, l'accroissement de l'activité -3 aurait lieu suivant la formule

^n étant l'activité initiale minimum du thorium privé de thorium X, '3^ l'activité limite atteinte après i mois, ). la constante radioactive du thorium X.

La formation du dépôt actif demandant un certain temps, apporte une perturbation à la forme de la courbe. On peut tenir compte de cette perturbation en admettant, en première approximation, que le dépôt actif est représenté par une seule substance ayant la période du thorium A. On aura alors pour le nombre N d'atomes

(') RcTHEnFORD et SoDDY, P/iil. Mag., 1902. — RuTHKRFORD, Badioactivity . C. — II. 2G

/{Oî CIIAIMTRE \IV.

de thorium X présents après un temps t

A étant la vitesse de formation supposée constante, et^ pour le nombre A d'atomes de dépôt actif.

n étant le nombre d'atomes de thorium A qui proviennent d'un atome de thorium X.

Quand le thorium X a été séparé, les nombres d'atomes de thorium X et de dépôt actif^ qui sont présents à l'instant t après la séparation^ sont donnés par les formviles

N = No «->■',

Dans les deux cas le rayonnement ^ est donné par une équation de la forme

A = /,,ÀN + A-2«A,

et le rapport des activités du thorium X accompagné de l'émanation, d'une part, et du dépôt actif en équilibre de régime avec le thorium X, d'autre part, est mesuré par le quotient x-'- ' soit— • On trouve alors pour l'évolution de l'activité A du thorium X

P>o \ a — kj a — t.

'■^0 étant l'intensité initiale.

La courbe représentative, après avoir passé par un maximum, tend vers une loi de décroissance exponentielle caractéristique du thorium X; cette loi est sensiblement atteinte en 4 jours. On peut alors, en extrapolant cette courbe limite vers l'origine, obtenir l'ordonnée initiale Jq qui vérifie la relation

Jo \\a

THORIUM ET SA FAMILLE. 4o3

M. Rutherford a obtenu ainsi K = o^4 î^ pour le rayonnement total dans l'appareil utilisé,

La loi d'accroissement de l'activité du thorium qui a été privé

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