Marie Curie

“ Les rayons H naturels sont produits soit dans l’hydrogène gazeux, soit dans un corps hydrogéné tel que la paraffine. Ils forment un faisceau hétérogène, même si les rayons α générateurs sont de même vitesse, car la vitesse d’un rayon H dépend de l’angle sous lequel il est émis. L’hétérogénéité est, en général, encore accrue du fait que les rayons α générateurs éprouvent un ralentissement dans la matière hydrogénée qu’ils traversent, et que les rayons H sont produits dans cette matière à diverses profondeurs de pénétration des rayons α. ”

“ La nature de la transformation ne peut cependant pas être mise en doute, car les propriétés chimiques de l’atome résultant de la transformation et sa place dans le système périodique sont bien celles qui correspondent à la perte d’un électron nucléaire, c’est-à-dire à l’augmentation d’une unité pour le nombre atomique. ”

“ La production d’hélium par les radioéléments qui émettent des rayons α est un phénomène qu’on peut suivre quantitativement ; le volume de l’hélium produit est celui qu’on peut prévoir d’après le nombre de rayons α émis dans le même temps et déterminé par une des méthodes de numération applicable à ces rayons. Un atome d’uranium, dans ses transformations successives, libère 8 atomes d’hélium. ”

“ Ainsi l’énergie de cohésion du noyau d’hélium est considérable, et il doit en être de même de sa stabilité.
Dans tous les atomes autres que l’hydrogène, la masse du proton est, comme dans l’hélium, en moyenne beaucoup plus voisine de 1 que celle du proton libre. Par conséquent, pour tout atome, la construction à partir de protons et d’électrons entraîne une perte d’énergie considérable. ”

“ Pendant son parcours dans la matière, elle ne reste pas constamment à cet état, mais peut regagner un électron et le reperdre à nouveau. Vers la fin du parcours elle peut aussi regagner deux électrons et passer à l’état d’atome neutre, d’abord temporairement, puis définitivement.
L’atome d’hydrogène privé de son unique électron est un proton. C’est à cet état qu’il est projeté par un rayon α, lors d’un choc exceptionnel.
Un noyau quelconque peut être considéré comme un assemblage de protons et d’électrons. Une particule α doit, dans ce cas, contenir 4 protons et 2 électrons. ”

“ La découverte récente des transmutations produites par le choc des protons (Cockroft et Walton) a prouvé que là aussi il existe une certaine réciprocité. Un proton peut pénétrer dans un noyau au travers de la barrière de potentiel, même quand son énergie est modérée (100 eKV, par exemple) ; il produit une transmutation qui, dans le cas de Li, consiste dans l’émission de rayons α de grande vitesse, effet prévu par Gamow sur la base de considérations énergétiques. ”

“ Le nombre de rayons α dans un groupe est connu d’après des méthodes de numération qui décèlent l’effet individuel d’un rayon α. On utilise le plus fréquemment, soit les scintillations produites par les rayons sur un écran au sulfure de zinc, soit l’effet ionisant enregistré par des compteurs électriques dont on a établi de nombreux modèles, et dont certains font appel à une amplification par ionisation par choc, tandis que d’autres utilisent seulement des amplificateurs de grande puissance. ”

“ Parmi les noyaux légers projetés par le choc de rayons α, les protons ont une importance particulière, car ils peuvent franchir dans l’air des distances plus grandes que celles des rayons α générateurs. D’après les lois du choc élastique, la vitesse communiquée à un proton, dans un choc central, par un rayon α de vitesse v0 et d’énergie w0 avant le choc, est u = 1,6 v0 correspondant à l’énergie 0,64 w0. À la vitesse u correspond, suivant la théorie du passage des particules chargées par la matière, un parcours R, égal à environ 4 R0, si R0 est le parcours d’un rayon α de vitesse v0. ”

“ Les expériences faites sur les rayons α de RaC’ traversant des feuilles minces de cuivre, d’argent ou d’or, ont montré que la loi de Coulomb reste applicable à des déviations pour lesquelles b dépasse à peine 10-12 cm.
Quand le choc a lieu contre un noyau léger, celui-ci est projeté avec une certaine vitesse, et le rayon α éprouve une perte d’énergie. Les trajectoires de la particule α et de l’atome projeté, après choc, forment une fourche dont les bras font respectivement les angles θ et θ’ avec la direction primitive du rayon α. ”

“ Parcours. Chocs exceptionnels. L’atome à noyau.
Les rayons α émis par les corps radioactifs forment des groupes homogènes en ce qui concerne la vitesse d’émission. Faisant abstraction du phénomène de « structure fine » dont il sera question plus loin, on peut dire qu’un groupe de rayons α caractérise une substance déterminée. L’énergie initiale de chaque particule s’épuise peu à peu en traversant la matière, dans de nombreux chocs contre les atomes rencontrés ; on peut suivre le trajet tant que la particule possède une énergie supérieure à celle qui est exigée pour l’ionisation. ”

“ Le nombre N, nombre atomique, est le numéro d’ordre de l’atome considéré dans la classification périodique des éléments. La situation normale de chaque électron est caractérisée par son niveau d’énergie ou travail qu’il faut dépenser pour l’extraire de l’atome ; ce travail est généralement mesuré en électron-volts. L’atome à noyau a servi de base à la théorie quantique de Bohr qui a donné une interprétation des spectres de raies pour la lumière et pour les rayons X. ”

“ L’émission de neutrons sous le choc de rayons α a été établi, en outre de Be, pour B, Li, F et Al. Dans tous ces cas, on doit conclure à une transmutation des noyaux rencontrés, le mode de transmutation étant ici différent de celui qui consiste dans l’émission d’un proton.
En même temps se pose le problème relatif au rôle du neutron dans le noyau dont il provient. On doit peut-être considérer le neutron comme un élément de structure nucléaire à l’égal du proton ou de l’hélion. ”

“ La particule excitée serait un proton ou une particule α. Si le niveau excité est suffisamment élevé, la particule pourra quitter le noyau en traversant la barrière de potentiel, sans que la particule α incidente soit captée ; la probabilité de ce phénomène parait faible, surtout pour ce qui concerne l’émission d’une particule α intranucléaire. S’il s’agit de protons, les vitesses d’émission formeraient un spectre continu, en relation avec la perte de vitesse du rayon α incident qui prend toute valeur entre 0 et la vitesse initiale. ”

“ Geiger et Nuttall ont signalé une relation qui existe entre le parcours r d’un groupe de rayons α et la constante λ qui mesure la vitesse de transformation. Portant log r en abscisses et log λ en ordonnées, ils ont obtenu 3 graphiques à peu près rectilignes correspondant réciproquement aux 3 familles d’uranium radium, de thorium et d’actinium. Les parcours utilisés étaient les parcours normaux, abstraction faite de la structure fine. Quelques corps paraissent faire exception, même si l’on recherche seulement une courbe d’allure régulière, en renonçant à la rendre strictement rectiligne. ”

“ La loi Geiger Nuttall établit une relation entre la probabilité de la transformation radioactive et l’énergie du rayon α émis ; elle a fait l’objet d’une théorie proposée par Gamow sur laquelle nous reviendrons plus loin.
4. — Composition du rayonnement β. Groupes et spectre continu. Électrons de désintégration. — Les rayons β des corps radioactifs n’ont pas, en général, comme les rayons α un trajet rectiligne dans la matière, car, à vitesse égale, ils sont bien plus facilement déviés de leur direction lors de rencontres avec les noyaux d’atomes et même avec les électrons. ”

“ Quand on envisage une transformation nucléaire provoquée, telles qu’il peut s’en produire par le choc de rayons α sur des atomes légers, il est devenu usuel d’établir le bilan énergétique de la transformation, en vue d’en contrôler la probabilité. ”

“ Dans les transformations radioactives, on doit admettre que les particules α et les électrons de désintégration proviennent du noyau, car l’individualité d’un atome est déterminée par le noyau et ne peut être modifiée que par une altération de celui-ci. ”

“ Les travaux d’Ellis et de J. Thibaud ont montré que cette méthode permet d’identifier dans le rayonnement γ des corps radioactifs, des groupes monochromatiques d’énergie déterminée, et J. Thibaud a étendu cette démonstration aux groupes de haute fréquence émis par les dérivés du radium et du thorium, pour lesquels il n’a pas été possible jusqu’à présent d’obtenir le spectre de diffraction. ”

“ L’énergie soustraite au faisceau par le processus de diffusion se partage entre les quanta diffusés et les électrons de choc.
Le coefficient τ a également reçu une interprétation quantique. On admet qu’il caractérise un processus d’absorption, dans lequel un quantum cède intégralement son énergie à un atome, en produisant l’ionisation de celui-ci dans un de ses niveaux. Si Wi est le travail d’extraction de l’électron du niveau i, sur lequel porte l’ionisation, et W l’énergie cinétique de l’électron extrait, on a la relation d’Einstein . ”

“ Peuvent être présents en plus des groupes de long parcours dont l’intensité, mesurée en nombre de rayons émis par atome transformé, est très faible par rapport à celle des groupes normaux, dont l’ensemble, pour un radioélément donné, doit correspondre approximativement à un rayon α émis par atome transformé. ”

“ Les travaux de divers auteurs ont mis en évidence l’émission de groupes définis de protons de désintégration [4] par certains éléments.
Les rayons α utilisés étaient ceux de RaC′, de ThC′ ou du polonium. Pour l’azote, un seul groupe de protons a été signalé ; la transformation a lieu probablement avec capture. Elle est accompagnée d’une absorption d’énergie ; on trouve environ Q = −1,3 × 106 électron-volts. ”

“ Tous ceux qui ont une vitesse modérée suivent un chemin sinueux. À une vitesse donnée correspond un parcours moyen, dont la détermination n’est pas précise, car la fluctuation de parcours est relativement importante. Ce parcours qui est de l’ordre du centimètre dans l’air de densité normale pour un électron dont l’énergie est environ 20.000 électron-volts, atteint 12 à 13 mètres pour des électrons de 3 x 106 électron-volts. ”

“ Les méthodes d’étude des rayons H sont les mêmes que pour les rayons α : méthode des scintillations, observation dans la chambre à détente, mesure de l’ionisation et numération par effet ionisant, mesure de la déviation dans un champ magnétique. Conformément aux lois du choc élastique, l’émission de rayons H naturels a lieu uniquement vers l’avant par rapport à celle des rayons α. Quand un rayon H est projeté dans une direction faisant un angle θ avec celle du rayon α générateur, son parcours est , quantité qui s’annule pour . ”

“ Les rayons β secondaires proviennent de la région de l’atome extérieure au noyau.
3. — Groupes de rayons α. Spectre magnétique. Structure fine. Loi Geiger Nuttall.
La déviation magnétique des rayons α permet de mesurer le rayon de courbure R de la trajectoire circulaire que décrit un rayon, dans un champ uniforme d’intensité H, normal au plan de la trajectoire. La relation RH = Mv/E donne alors la vitesse si l’on suppose connu le rapport E/M. On admet que celui-ci est donné par la formule Lorentz Einstein E/M = EM0 ; β = v/c est le rapport de la vitesse de la particule à celle de la lumière ”

“ Pour les corps qui composent les dépôts actifs : RaB, RaC, etc., de même que pour RaAc et AcX on observe un spectre continu important et un grand nombre de raies (plus de 50 pour RaC) . Les limites de vitesse varient également beaucoup d’un corps à l’autre. L’énergie, inférieure à 100 électrons-kilovolts pour les rayons β de RaD ou de Rth, atteint 3.000 él.-kv. pour ceux de RaC. On a même observé chez RaC, ThC′′ et Mth2 l’émission de rayons β de très grande énergie sous forme de faibles raies ou bandes signalées par Yvanovitch et d’Espine au-dessus de 2.500 él.-kv., jusqu’à 11.000 él.-kv. ”

“ Les protons sont émis aussi bien vers l’avant que vers l’arrière, par rapport à la direction des rayons α incidents, la vitesse vers l’avant étant supérieure à celle vers l’arrière, conformément au principe de conservation de la quantité de mouvement. Mais le choc n’étant pas élastique, la vitesse comporte une composante sans direction privilégiée. Voici les valeurs des parcours vers l’avant et vers l’arrière pour quelques éléments, les rayons α utilisés ayant un parcours de 7 centimètres. ”

“ Les radiations à étudier n’étant pas homogènes, on les soumet à une filtration préalable qui a pour objet d’éliminer les composantes plus molles. On apprécie la valeur de λ pour cette radiation filtrée, d’après les données fournies par la spectrographie des rayons γ. ”

“ Ces problèmes ont été examinés au point de vue de la mécanique ondulatoire. La probabilité de l’excitation est d’autant plus petite que le niveau excité est plus élevé et que le nombre atomique est plus grand. ”

“ L’examen détaillé des rayons γ de RaC a conduit Rutherford et Ellis à exprimer les énergies de ces rayons par la formule , où p et g sont des nombres entiers, tandis que E1 et E2 sont des énergies déterminées. Pour E1 on envisage deux valeurs possibles, 612 et 671 eKV, considérées comme des énergies de niveaux. À E2 on attribue une valeur voisine de 40 eKV, mais un peu différente selon l’une des 6 catégories en lesquelles sont classés les 49 groupes de rayons γ. ”