Rayonnement des substances de la famille du thorium

On pouvait prévoir pour la famille du thorium l'existence d'au moins cinq groupes de rayons a (radiothorium^ thorium X^ émanation, thorium B, thorium C). L'étude de cette question a été faite par M. Hahn (') qui utilisait du radiothorium de forte activité. La courbe d'ionisation du radiothorium en équilibre radioactif ne présente que deux coudes marqués [fig. i ^9, I), l'un qui correspond au thorium C (parcours^ 8"", G) et un autre moins net, voisin de (3"". Il est donc nécessaire d'étudier les diverses substances séparément.

C) IIaiix, Phys. Zeit., 1906.

THORIUM ET SA FAMILLE. 4ll

Le radiothorium a été privé de thorium X au moyen de précipitations répétées par l'ammoniaque^ qui permettent aussi la destruction du dépôt actif. Ce radiothorium libre de thorium X et de dépôt

Ml

Ionisation

actif, utilisé en couche très mince, donne avec le dispositif de M, Bragg une courbe d'ionisation correspondant à un seul groupe de rayons a homogènes^ caractérisés par un parcours de 3''"', 9 (^g. 17;)^ II). Si l'on continue les mesures pendant quelques jours^ la courbe change d'aspect; on voit apparaître un groupe de rayons de parcours très long (S' '",()) et un autre groupe de parcours d'environ (S"'". Comme l'opération est faite en entraînant constamment l'émanation par un courant d'air^ celle-ci ne peut s'accumuler dans le produit ; on en conclut que le groupe dont le parcours est égal à 6"" est dû au thorium X.

Le radiothorium utilisé pour les expériences n'est certainement pas exempt de thorium; toutefois l'activité propre du thorium est en ce cas bien trop faible pour que le parcours de 3''"', g puisse être considéré comme correspondant aux rayons du thorium.

Le thorium X séparé du radiothorium a également été étudié. La précipitation du radiothorium par l'ammoniaque était faite en présence d'une trace de sel de fer^ ce c|ui rend l'opération plus complète. La solution était évaporée et le résidu calciné pour chasser

4r2 CHAPITllE XIV.

les sels ammoniacaux; ayant redissous le résidu, on évaporait la solution sur une lame de platine et on la chauffait très fortement pour chasser le thorium A; on attendait ensuite pendant quelques

Fi". iSo.

Ionisation

heures que la destruction du thorium B et du thorium C fût complète, La lame était alors utilisée comme source de rayons, et l'on balayait constamment par un courant d'air l'émanation qui se produisait, pour empêcher son accumulation. La courbe d'ionisation obtenue indiquait toujours la présence du thorium C qui peut difficilement être évitée, mais on constatait de plus la présence d'un groupe de rayons caractérisés par un parcours de 5''"', 7 (^g. 180). Ce groupe appartient au thorium X.

Pour mesurer le parcours des rayons a émis par l'émanation, on faisait passer un courant d'air chargé d'émanation au travers d'un vase plat dont la face supérieure était formée par une lame mince de mica de pouvoir d'arrêt connu (^g. 62). On observait les scintillations produites par les rayons sur un écran phosphorescent placé au-dessus de la lame de mica à distance variable. La précision de ces mesures est médiocre, et l'on ne peut utiliser que les observations faites au début tant que le trouble apporté par la formation du dépôt actif n'est pas trop important. Le parcours trouvé en tenant compte de l'abaissement produit par la lame de mica était égal à .V '",•> mais, comme

TllOHll.M ET S.V FAMILLE. 4 10

le parcours évalué par la méthode d'ionisation aurait été un peu plus long, à cause de la sensibilité plus grande de cette méthode, le nombre adopté pour le parcours est 5"", 5.

Voici, en résumé, les longueurs des parcours observés:

cm

Radiothorium 0.9

Thorium X ') .~

Emanation 5,3

Tlioiium B 5,0

Thorium C 8,6

Nous avons vu que pour les quatre groupes de rayons a appartenant au radium et à ses trois dérivés : émanation, radium A et radium C, le nombre des particules émises par unité de temps est probablement le même quand les substances sont en équilibre radioactif (§ 124). Il ne semble pas en être ainsi clans le cas de la famille du thorium. On trouve, en effet, que le rapport des activités de l'émanation et du dépôt actif en équilibre radioactif est environ quatre fois plus grand que celui qu'on peut prévoir dans l'hypothèse où les nombres des particules a émises par l'émanation, par le thorium B et par le thorium C seraient les mêmes, et où l'ionisation produite par une particule y. serait proportionnelle au parcours ('). Les mesures étaient faites avec un condensateur cylindrique dans lequel on envoyait un courant d'air chargé d'émanation, pendant qu'un champ électrique était établi entre les électrodes. Quand l'équilibre était atteint, on mesurait l'ionisation c|ui était due à l'émanation et au dépôt actif; ensuite on arrêtait le courant d'air, on attendait cpie l'émanation fût détruite et l'on mesurait l'ionisation due au dépôt actif seul. Pour interpréter les résultats on tenait compte de l'utilisation des rayons a dans l'appareil de mesures.

Ainsi l'on peut supposer qu'un atome d'émanation du thorium produit lors de sa destruction quatre particules a, tandis qu'un atome de thorium B ou de thorium C ne produit qu'une particule. Mais on pourrait aussi admettre que l'émanation est un corps complexe, se composant de quatre termes successifs, à évolution très rapide, chaque transformation comportant l'émission d'une

(') Broxsox, Pliil. Mag., 1908.

4l4 ClIAlMTIlh; \IV.

seule particule. Cette dernière manière de voir est appuyée par l'observation des scintillations produites sur deux écrans phosphorescents très rapprochés par l'émanation contenue entre ces écrans; les éclairs observés semblaient produits par groupes, les éclairs de chaque groupe étant plutôt successifs que simultanés (').

En considérant l'ionisation produite par une particule comme approximativement proportionnelle au parcours et en admettant qu'un atome de thorium X émet une seule particule a, on trouve cjue, si le thorium X est en équilibre avec l'émanation et le dépôt actif, le rapport de l'activité du dépôt à celle du thorium X accompagné de l'émanation doit être approximativement égal

- ^" ' j soit o, 4;)- L'expérience indique pour ce même

rapport la valeur o,41 (§ 1^^) ^pi diffère peu de la précédente.

Le rayonnement Jj des substances de la famille du thorium a également été étudié en détail. Ce rayonnement provient principalement du dépôt actif et du mésothorium; le thorium au minimum d'activité (contenant du radiothorium), le thorium X et l'émanation du thorium n'interviennent pas d'une manière sensible. Quand le thorium X a été privé de dépôt actif par la chauffe, le rayonnement initial total constitue environ 6o pour loo de la valeur maximum atteinte dans la suite, tandis que le rayonnement initial mesuré au travers d'un écran d'aluminium de o""",o6 d'épaisseur est inférieur à 3 pour loo de la valeur maximum (-). Cependant, en comparant le pouvoir pénétrant des rayons ^i pour le dépôt actif et pour le thorium X ne contenant que très peu de dépôt actif, on a pu constater que le thorium X donne lieu à une émission de rayons [j extrêmement absorbables('').

Quand on ramène le thorium au minimum d'activité, par séparation du thorium X et extinction temporaire du dépôt actif.

(') Geigeh et iMat.sdkn, P/iys. Zeil., loio.

(-) Lewin, Pliys. Zeil., ii|<)(i.

(^) Haiin el L. Meitneu, l'hys. Zcil., njio.

TIIOKIIM KT SA FAMILLE. 4l5

on supprime presque complètement le rayonnement pénétrant. Pour le thorium ainsi préparé l'intensité initiale du rayonnement total constitue environ 23 pour loo du maximum atteint après 1 mois^ tandis que l'intensité du rayonnement [i constitue moins de 3 pour loo du maximum atteint après le même temps. On peut donc penser que le thorium accompagné de radiothorium n'émet pas de rayons p', quant au mésothorium^ il se trouve séparé en même temps que le thorium X et n'intervient pas dans les mesures.

M. Hahn et M'^" Meitner (') ont montré que les rayons 3 du mésothorium sont complexes. La loi d'absorption n'est pas une exponentielle simple. Le coefficient d'absorption observé pour l'aluminium variait entre a = 38^5 et ul = 20^2.

On voit qu'en résumé le rayonnement p des substances de la famille du thorium se compose ainsi qu'il suit : deux groupes de rayons homogènes appartenant respectivement au thorium A et au thorium D (§ 197)^ un groupe complexe appartenant au mésothorium et un groupe appartenant au thorium X. Les coefficients d'absorption pour l'aluminium ont pour valeurs :

Mésothoiium 38,5 à 20,2

Thorium X rayons très absorbables

Thorium A i~5

Thorium D i5)7

L'analyse du rayonnement [it, faite par la méthode radiographique^ à l'aide du champ magnétique, a donné des résultats entièrement conformes à ceux qui viennent d'être indiqués (§ 111).

L'existence d'un rayonnement "' a été constatée avec certitude pour le dépôt actif; ces rayons appartiennent probablement au thorium D.

201. Famille du thorium. — Voici la série des dérivés du thorium actuellement connus :

(') Hahx et L. Meitxer, Phys. Zeit., 1908.

4i6 ciui'iTRi: \iv.

Vie moyenne

Thorium de l'ordre de lo'^ ans rayons a

Mésotliorium 1 7,9 ans

Mésotliorium i 8,9 heures » [i

Radiolliorium ioG3 jours » a

Tliorium X 5,35 jours >> a, ji

Emanation 76 secondes » a

Thorium A i5,3 heures » ^

Thorium B 79 minutes » a

Thorium G \ie très courte » a

Tliorium D 4,3 minutes » [i, Y

ACTLMUM ET SA FAMILLE

20!2. Activité de l'actinium. — L'actinium est une substance d'activité permanente; elle donne lieu à une émission de rayons %, 3, *', et elle déoaoe une émanation radioactive de très courte durée, dont la période est 5, y secondes. Cette émanation produit une radioactivité [induite caractérisée par [une période de décroissance de .5(3 minutes.

Relativement à la constance du rayonnement de l'actinium, nous n'avons encore c|ue des données restreintes. En mesurant le rayonnement pénétrant de l'actinium contenu dans une ampoule de verre mince ( échantillon préparé depuis 4 ^ns ), on a constaté cjue l'activité est restée sensibleinent constante pendant l'intervalle de temps de r <S mois, sur lequel portent actuellement les mesures.

203. Actinium X. — On a vu qu'en ajoutant du baryum à une solution d'actinium et en précipitant, après quelque temps, le baryum par l'acide sulfurique, M. Debierne (') a obtenu un entraînement d'activité avec le baryum précipité. Ce n'était pas l'actinium seul qui était entraîné dans ces conditions; en effet si, après avoir transformé le sulfate en chlorure, on précipitait dans la solution l'actinium par l'ammoniaque, le baryum qui restait dissous conservait une forte activité, plusieurs centaines de fois plus grande que celle de l'uranium. L'activité pouvait être encore concentrée par cristallisation fractionnée du sel de baryum et s'accumulait dans les cristaux; elle pouvait alors atteindre une valevu^ plusieurs milliers de fois plus élevée que celle de l'activité de l'uranium. Mais après trois semaines le

(') Debierne, Comptes rendus, igoo.

4l8 CHAPITRK X\ .

produit obtenu ne conservait plus qu'environ un tiers de son activité initiale. L'activité obtenue était d'autant plus grande que le sel de baryum avait été laissé plus longtemps en solution avec l'actinium.

M. Giesel (') a observé ciue l'activité de l'actinium augmente pendant i mois après la préparation et prend ensuite une valeur constante. En précipitant une solution d'actinium par l'ammoniaque, il a obtenu dans la solution ammoniacale une substance active dont l'activité disparaissait en quelques mois et cpi'il noinma émanium X^ l'identité de l'émanium et de l'actinium n'ayant pas encore été admise à cette époque,

M. Godlewski (-) a entrepris simultanément la recherche d'une substance jouant par rapport à l'actinium le même rôle que le thorium X par rapport au thorium. En traitant une solution d'actinium par l'ammoniaque/ il obtint dans le précipité l'actinium à l'état à peu près inactif^ tandis que la dissolution ammoniacale évaporée laissait un résidu très actif, La substance active ainsi séparée de l'actinium a été nominée actinium X. Elle se trouvait dans le résidu très faible c{ui subsiste après la destruction des sels ammoniacaux par la chaleur; la masse de ce résidu dépend des impuretés contenues dans l'actinium^ mais l'activité totale est proportionnelle à la quantité d'actinium utilisée pour l'opération.

La loi de l'évolution de l'activité totale a été étudiée pour l'actinium X et pour l'actinium privé d'actinium X. On constate que^ pendant le premier jour après la séparation^ l'actinium X éprouve une augmentation d'activité d'environ 10 pour loo [fig. iHi); après avoir passé par un maximum, l'activité décroit; la loi limite de la décroissance est une exponentielle simple, caractérisée par une période de 10,2 jours,

correspondant à une constante radioactive ). = o,oG8 -. — •