Rayonnement pénétrant à la surface de la terre

Nous avons vu que l'ionisation qu'on observe en vase clos est un phénomène dont la nature peut être très complexe. L'étude de ce phénomène présente un grand intérêt, parce qu'elle est en relation avec un problème très important : celui de l'existence d'une radioactivité générale de la matière. Les matières radioactives connues sont très répandues à la surface du globe terrestre; il peut aussi exister des matières radioactives encore inconnues. Les recherches faites sur l'ionisation spontanée en vase clos ont montré que cette ionisation dépend de la nature de la paroi du vase; il est important de distinguer si la paroi intervient comme source de rayons, quelle que soit la matière dont elle est formée, ou bien si son rôle peut s'expliquer sans faire intervenir cette hypothèse.

Les causes qui peuvent, en principe, provoquer l'ionisation en vase clos ont été énumérées dans le paragraphe précédent. Ces

5l6 CllAl'lTKK WII.

causes permettent de prévoir que l'ionisation doit^ en général, être attribuée en partie à l'action de rayons absorbables et en partie à l'action de rayons pénétrants. L'existence d'un rayonnement très pénétrant à la surface de la terre a, en effet, été constatée par de nombreux observateurs, et tout d'abord par M. Me Lennan et MM. Rutlierford et Cooke ( ' ). M. Me Lennan mesurait la conductibilité de l'air dans un récipient métallique qui se trouvait à l'intérieur d'un récipient jdIus grand, l'espace intermédiaire pouvant être rempli d'eau, dont la couche avait 2 à*"" d'épaisseur. Lors de l'introduction de l'eau, l'ionisation dans le vase intérieur se trouvait réduite à ()) pour 1 00 environ de sa valeur initiale ; cette ionisation était donc due en grande partie à une radiation extérieure qui s'est trouvée totalement ou partiellement supprimée.

MM. Rutherford et Cooke ont constaté de même qu'on pouvait réduire l'ionisation dans un vase clos en entourant celui-ci d'écrans absorbants, par exemple d'écrans de plomb. Avec un écran de 5"'" d'épaisseur, l'ionisation était diminuée de 00 pour 100 environ; le même résultat était obtenu avec des écrans de fer. L'effet des écrans semblait épuisé pour des épaisseurs de quelques centimètres. En disposant convenablement les écrans. M. Cooke a pu s'assurer que la radiation pénétrante vient indifféremment de tous les côtés. Des résultats semblables ont été obtenus avec des vases placés en plein air loin de tout bâtiment, de sorte qu'il est certain que la radiation pénétrante n'est pas due uniquement aux substances radioactives présentes dans les laboratoires, mais doit être considérée comme provenant du sol et de l'atmosphère.

Le rôle des écrans est complexe. S'ils absorbent le rayonnement pénétrant extérieur, ils peuvent aussi émettre eux-mêmes un tel rayonnement. Conformément à cette remarque, on a pu aussi observer l'accroissement de l'ionisation dans un vase clos par l'action de parois solides placées au voisinage. Ainsi une radiation pénétrante vient de la brique; quand on place un électroscope à l'intérieur d'vme cage en brique, l'ionisation peut se trouver augmentée de ^o pour 100, et l'effet n'est épuisé que pour de grandes épaisseurs. On doit donc attribuer aux briques une ra-

(') McLennan. Phys. Rev.. 190!. — ItUTiiEUFORD et Cookv.^ Amer. Pins. Soc.., 190».. — CooKii. Phil. Mag., UJo'^.

UAOIOVCTIVITK DU SOI, I-T DR I.' ATMOSPIIKUIC. Si;

dioactivité appréciable^ et ce fait est en accord avec les observations de MM. Elster et Geitel sur la radioactivité des argiles. Le rayonnement émis par la brique était absorbé par une épaisseur de plomb de ■>.'""'.

D'après les observations de MM. Elster et Geitel, l'air des cavernes et des grottes est, en général, plus fortement radioactif que l'air extérieur; ce fait est dû à l'accumulation des émanations dans ces espaces confinés dont les parois contiennent des matières radioactives. On peut donc penser qu'en introduisant une chambre d'ionisation close dans une caverne, on observera, en général, un accroissement d'ionisation, le rayonnement pénétrant venant de l'air ambiant étant plus intense qu'à l'air libre et le rayonnement pénétrant des parois étant reçu de tous côtés. Dans certains cas on constate, en effet, un tel accroissement [Wulf, expériences faites dans le tunnel du Simplon (')],mais le phénomène inverse a aussi été observé. Ainsi, en mesurant l'ionisation dans un vase clos, d'abord à la surface de la terre et ensuite dans une caverne contenue dans une mine de sel gemme, MM. Elster et Geitel ( - ) ont constaté une diminution de l'ionisation d'environ 28 pour 100; cette dim.inution était due à la suppression de rayons pénétrants, et, conformément à ce fait, l'ionisation de l'air dans la caverne était aussi beaucoup plus faible que l'ionisation dans l'air normal. Une diminution de l'ionisation de 4^ pour 100 a été observée dans des cavernes de craie (Wulf). On peut supposer que le sel gemme et la craie sont pauvres en matière radioactive et que les parois des cavernes peuvent pour cette raison fonctionner d'une manière efficace comme écrans protecteurs contre la radiation extérieure.

Le rayonnement pénétrant qui intervient pour produire l'ionisation en vase clos peut provenir en partie du sol, en partie de l'atmosphère. Il est probable que la part venant de l'atmosphère est moins importante; c'est cependant à cette part du rayonnement que doivent être probablement attribuées certaines variations régulières ou irrégulières de l'ionisation observée.

228. Variation de l'ionisation en vase clos. Relation avec la

(') Wulf, Phys. Zeil., 1909.

C) Elster et Geitel, PAys. Zeit., 1903.

5l8 CIIAPITRK XVII.

pression et la nature du gaz. — L'ionisation qu'on observe dans un vase clos présente, en général, des variations en fonction du temps. La nature de ces variations dépend en partie des conditions de l'expérience. Pour obtenir des résultats comparables, il est nécessaire de se rendre compte des causes qui peuvent donner lieu aux variations signalées.

On observe souvent que le courant obtenu dans une chambre d'ionisation donnée diminue pendant cjuelque temps à partir du moment où le champ électricjue a été établi dans la chambre. Si celle-ci est de petites dimensions, la diminution est rapide, et une valeur limite est atteinte en c|uelques minutes. Si, au contraire, le volume est grand, la décroissance peut persister pendant un temps plus long (quelques heures). Cet effet est dû à la présence dans l'air intérieur d'une certaine cjuantité de gros ions qui ne sont pas recueillis par les électrodes aussi rapidement que les petits. Quand on applique un champ intense, les petits ions sont recueillis à mesure de leur production, mais les gros ions ne sont utilisés qu'en un temps appréciable. Leur proportion dans l'air est en relation avec celle des poussières; si le récipient a été vidé et rempli ensuite d'air soigneusement fdtré, les gros ions sont absents. Dans un grand récipient contenant des gros ions, le courant de saturation ne peut être obtenu; mais à mesure cjue les gros ions sont éliminés par l'action du champ électrique, la saturation devient plus facile, et l'on peut la réaliser même dans un grand volume. Les chambres d'ionisation à gaz, utilisées dans les laboratoires de radioactivité, peuvent contenir de petites quantités de matières radioactives; quand une telle chamljre a été remplie d'air exempt de poussières, elle peut néanmoins, après cjuelque temps, contenir un petit nombre de gros ions ; la présence de matières radioactives et surtout de leurs émanations dans l'air donne lieu, en effet, à des réactions chimiques, et les produits de réaction (composés nitrés) peuvent former, surtout en présence de vapeur d'eau, des particules susceptibles de fournir de gros ions par absorption des ions ordinaires. Le vase contient alors une certaine provision de gros ions qui se trouve épuisée lors de l'application du champ et qui ne se reforme ensuite que lentement.

Indépendamment de toute présence de gros ions, on peut observer une décroissance initiale de l'ionisation dans une chambre qui a été

RADIOACTIVITÉ DU SOL ET DE LATMOSPIIliRIi. 319

fermée après avoir été remplie d'air frais. Cette décroissance peut être due à la diminution de la radioactivité induite des parois. Les parois exposées à l'air libre se recouvrent d'une couche de dépôt actif qui diffuse vers elles de l'atmosphère. La radioactivité induite ainsi acquise peut être plus grande que la radioactivité induite de régime due à l'émanation enfermée dans le vase. S'il en est ainsi^ on doit observer une décroissance dont la durée ne dépend pas de la forme de la chambre. On peut réduir^ fortement l'ionisation dans une chambre en soumettant les parois de celle-ci à un nettoyage très parfait par des moyens mécaniques et par des moyens chimiques. La paroi est grattée et frottée; elle est aussi nettoyée aux acides, à l'ammoniaque, à l'alcool, à l'eau distillée. La réduction de l'ionisation par ce procédé a pu atteindre 60 pour 1 00 (Cooke). Le rôle du nettoyage consiste certainement à enlever la couche de dépôt actif qui recouvre la surface. Si d'ailleurs la surface a été longtemps au contact d'air contenant de l'émanation, elle peut porter aussi une proportion appréciable du dépôt de radioactivité induite à évolution lente; ce fait peut se produire dans l'atmosphère et encore plus facilement dans l'air riche en émanation du radium des laboratoires de radioactivité.

Quand les parois ont été complètement nettoyées et que la chambre a été remplie d'air exempt de poussières, on ne prévoit phis aucune cause de décroissance initiale de l'ionisation. On peut s'attendre, au contraire, à voir l'ionisation augmenter en fonction du temps par suite du développement sur les parois de la radioactivité induite, l'air qu'on introduit contenant généralement de l'émanation du radium et pouvant contenir aussi de l'émanation du thorium.

Divers observateurs ont constaté que l'ionisation en vase clos observée dans ces conditions bien définies augmente, en effet, régulièrement et tend vers une valeur limite qui n'est atteinte qu'après quelques jours (') (Campbell et Wood, Me Lennan, Eve, Wright). Quand la limite a été atteinte, on abaisse l'ionisation à nouveau en aérant le récipient et en le remplissant d'air frais; mais la valeur obtenue immédiatement après reste néanmoins

(') Campbell et Wood, Phil. Mag., 1908. — Me Lennan, Phil. Mag., 1907. — Wright, Phil. Mag., 1909.

CIlAlITRi: xvn.

supérieure à la valeur initiale, laquelle ne peut être obtenue à nouveau qu'à la suite d'un nettoyage des parois. L'augmentation de l'ionisation en fonction du temps à partir du début^ l'effet d'un remplacement d'air et l'accroissement consécutif ont été représentés dans la figure 190 pour deux récipients en plomb diffé-

Fi;;. i,,o.

ry

t jours

Temps enjours

rents. On voit que l'accroissement du courant est dû en partie à une modification superficielle des parois et en partie à une cause localisée dans le gaz; cette cause pourrait, par exemple, consister en un dégagement très lent par les parois d'une émanation radioactive.

Ces mêmes phénomènes ont été observés en remplissant la