Matière radioactive

“ Théorie de la transformation d’une seule substance. — Les bases de la théorie peuvent être présentées ainsi qu’il suit :
1o Toute matière radioactive simple se détruit spontanément suivant une loi exponentielle qui lui est propre et peut servir à la caractériser. Si atomes de cette matière existent au temps et atomes au temps on aura
où est une constante caractéristique, nommée constante radioactive de la substance considérée, et la base des logarithmes naturels. ”

“ Cette matière a donc les propriétés d’un dépôt actif, et l’on peut en conclure qu’elle provient d’une émanation radioactive. La même expérience faite à l’air libre donne le même résultat. Les nombreux travaux effectués à ce sujet prouvent avec certitude que les substances radioactives sont très répandues dans le sol et leurs émanations dans l’atmosphère. Ces émanations produisent des particules de dépôt actif qui restent en suspension dans l’air et vont se fixer sur les poussières qui y sont contenues ; ces particules peuvent être entraînées par un champ électrique. ”

“ L’émission de rayons par une substance radioactive varie avec la direction, suivant une loi qui dépend de l’épaisseur de la couche active. Quand la couche a une épaisseur appréciable, le rayonnement est plus important pour une direction d’émission normale à la surface active, que pour une direction oblique par rapport à cette surface. Mais la matière active peut aussi être présente sous forme d’un enduit infiniment mince recouvrant une matière inactive ; tel est le cas d’un dépôt de radioactivité induite sur une lame métallique. ”

“ Sa radioactivité a fait l’objet des recherches de MM. Hofmann et Strauss qui ont supposé l’existence d’une matière radioactive nouvelle. Toutefois cette matière n’a pu être caractérisée suffisamment à cette époque. ”

“ Enfin, on peut imaginer que l’espace est constamment traversé par des rayonnements encore inconnus qui sont arrêtés à leur passage au travers des corps radioactifs et transformés en énergie radioactive. ”

“ Production de radioactivité induite. — La radioactivité induite est une activité transmise à des corps primitivement inactifs, placés dans le voisinage des corps qui ont la propriété d’émettre une émanation radioactive. ”

“ Sans préciser autant les hypothèses, on peut adopter le nom d’émanation pour désigner l’énergie radioactive sous la forme qu’elle affecte quand elle se répand dans le gaz qui entoure les corps radioactifs ; on peut de plus supposer que cette énergie disparaît en créant l’énergie de radioactivité induite des corps solides. ”

“ Les lois d’évolution des radioactivités induites sont entièrement indépendantes de la nature du corps activé. Chaque émanation produit une radioactivité induite caractéristique, dont les propriétés ne dépendent ni de la nature de la matière activée ni de l’intensité de l’activation. Tout se passe donc comme si l’activation consistait en un véritable dépôt de substance active sur la surface activée. ”

“ Si la source de rayons n’émet que des rayons (polonium) , et si la destruction d’un atome est accompagnée de l’émission d’une seule particule on a
étant le nombre d’ions produit par une particule et la charge élémentaire ; on suppose que les rayons sont complètement absorbés dans la chambre d’ionisation, et que se trouve ainsi bien défini. On sait, en effet, que toutes les particules émises par une substance radioactive simple, distribuée en couche extrêmement mince, peuvent franchir dans l’air la même distance et produisent le même nombre d’ions le long de ce parcours (voir § 124) . ”

“ Le radium privé de l’émanation et de la radioactivité induite qui en résulte est ramené à son activité minimum ; il émet alors des rayons ainsi qu’un rayonnement très faible et très absorbable. On peut mesurer l’activité totale minimum pour une quantité connue de radium en utilisant le sel en couche suffisamment mince pour que l’absorption du rayonnement par la matière active soit négligeable, et en se servant d’une chambre d’ionisation dans laquelle les rayons du radium au minimum d’activité sont complètement absorbés par l’air. ”

“ Mais les théories actuelles de la radioactivité nous conduisent à envisager l’existence d’un très grand nombre d’autres substances radioactives dont la vie est éphémère, et dont l’état de dilution dans la matière qui les contient est tel qu’il est difficile d’espérer pouvoir les obtenir en quantité pondérable. Ces substances peuvent être solides ou gazeuses ; en ce dernier cas elles portent le nom d’émanations. L’émanation du radium est celle que l’on peut obtenir en quantité relativement plus grande, et l’on a réussi à observer son spectre et son volume. ”

“ On peut admettre, d’une manière générale, que tout corps radioactif est en voie de destruction plus ou moins rapide, et qu’aucun état stable ne peut être atteint tant que la transformation donne lieu à la production d’un autre corps également radioactif. La stabilité ne pourrait être réalisée que pour la matière inactive.
La théorie qui vient d’être exposée est une théorie de transmutation d’éléments chimiques. Cette théorie se trouve parmi celles qui ont été proposées pour l’explication des phénomènes de la radioactivité, presque aussitôt après la découverte du rayonnement uranique. ”

“ Toutefois la possibilité d’une transformation atomique non accompagnée de rayonnement n’est évidemment pas exclue. Si une substance inactive se transforme en une substance également inactive, ce fait ne pourra pas être constaté par les procédés d’étude de la radioactivité, mais on peut constater la transformation d’une matière inactive en matière active, ce dont nous verrons des exemples dans la suite de cet Ouvrage. ”

“ Au lieu de contrôler la sensibilité de l’électromètre et la constance de la résistance, on peut de temps en temps observer la déviation obtenue par l’emploi d’une substance radioactive étalon, telle que l’oxyde d’urane, dont l’activité est constante. ”

“ L'énergie radioactive qui s'accumule dans le radium tend à se dissiper de deux façons différentes: 1o par rayonnement (rayons chargés et non chargés d'électricité) ; 2o par conduction, c'est-à-dire par transmission de proche en proche aux corps environnants, par l'intermédiaire des gaz et des liquides (dégagement d'émanation et transformation en radioactivité induite) .
La perte d'énergie radioactive, tant par rayonnement que par conduction, croît avec la quantité d'énergie accumulée dans le corps radioactif. ”

“ Toutefois celles qui ont une existence individuelle au point de vue du chimiste, et dont l’isolement paraît un problème abordable, sont toujours en nombre très restreint. Aucune substance radioactive nouvelle autre que le radium, n’a d’ailleurs été obtenue à l’état de sel pur et caractérisée comme élément par son spectre et son poids atomique. ”

“ On peut observer que le caractère général des transformations radioactives est le même dans toutes les familles. La transformation semble toujours se faire de telle manière qu’une substance radioactive donne lieu à la formation d’une seule substance radioactive ; en aucun cas la production simultanée de deux radioéléments à partir de la même substance mère n’a encore été observée. Il est possible cependant qu’on soit amené à considérer des cas de ce genre ; la question se pose, en particulier, pour la filiation de l’actinium à partir de l’uranium. ”

“ Divers procédés de fractionnement utilisés pour la préparation de cette substance seront décrits plus loin. L’actinium émet des rayons Becquerel et une émanation radioactive caractéristique différente de celles du thorium et du radium.
Toutes ces trois substances radioactives nouvelles se trouvent dans la pechblende en quantité absolument infinitésimale. Pour les obtenir à l’état concentré, nous avons été obligés de traiter plusieurs tonnes de résidus de minerai d’urane. Le gros traitement se fait dans une usine ; il est suivi de tout un travail de purification et de concentration. ”

“ On peut imaginer que le dégagement d’énergie radioactive correspond à une transformation de la nature même de l’atome du corps radiant qui serait en voie d’évolution ; le fait que le radium dégage de la chaleur d’une manière continue plaide en faveur de cette hypothèse. On peut supposer que la transformation est accompagnée d’une perte de poids et d’une émission de particules matérielles qui constitue le rayonnement. La source d’énergie peut encore être cherchée dans l’énergie de gravitation. ”

“ Cependant, d’après ce qui précède, l’explication complète de l’ionisation de l’atmosphère par la présence, dans l’atmosphère et dans le sol, de matières radioactives connues paraît parfaitement possible.
227. 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 combinaisons chimiques et les mélanges contenant de l’uranium ou du thorium sont d’autant plus actifs qu’ils contiennent une plus forte proportion de ces métaux, toute matière inactive agissant à la fois comme matière inerte et matière absorbant le rayonnement.
La radioactivité atomique est-elle un phénomène général ? — Comme il a été dit plus haut, j’ai cherché si d’autres substances que les composés d’uranium et de thorium étaient radioactives. ”

“ Le dégagement d’émanation par l’oxyde ou l’hydrate de thorium est d’autant plus important que la couche de matière employée est plus épaisse. Pour des couches d’épaisseur suffisante, la radioactivité répandue dans le gaz, par suite de la présence de l’émanation, est importante par rapport au rayonnement direct de la substance. Quand on entraîne le gaz radioactif par un courant d’air, la conductibilité de l’air au contact de la substance se trouve fortement diminuée, car l’émanation du thorium ne peut pas s’y accumuler. ”

“ Les corps radioactifs sont des sources d’énergie dont le dégagement se manifeste par des effets variés : émission de radiations, de chaleur, de lumière, d’électricité. Ce dégagement d’énergie est essentiellement lié à l’atome de la substance ; il constitue un phénomène atomique ; il est de plus spontané. Ces deux caractères sont tout à fait essentiels.
Nous connaissons actuellement des corps faiblement radioactifs : l’uranium et le thorium, et plusieurs corps fortement radioactifs : le radium, le polonium, l’actinium, le radiothorium, l’ionium. ”

“ On est amené à envisager actuellement l’existence d’environ 30 éléments radioactifs dont plusieurs, à la vérité, ne seront probablement jamais caractérisés comme tels, parce qu’ils ont une durée de vie trop brève. ”

“ Citons, par exemple, l’opinion que les émanations sont des gaz radioactifs et que les radioactivités induites sont dues à des dépôts de substances solides ; que la radioactivité induite à évolution lente du radium est due à des matières qui peuvent être identifiées avec des corps radioactifs contenus dans les minerais d’urane, et qu’en particulier le polonium est un produit de la désagrégation du radium ; que le radium doit se former d’une manière continue dans les minerais d’urane, que les particules sont des atomes d’hélium. ”

“ Le radium donne lieu à un dégagement de chaleur de 118cal par gramme et par heure, et cela sans que l’état de la substance se modifie d’une manière appréciable pendant plusieurs années. Ce fait extrêmement remarquable établit une distinction fondamentale entre le radium et les éléments ordinaires, et se trouve en accord avec la conception actuelle qui attribue la radioactivité à une transformation de l’atome.
Les substances radioactives peuvent posséder une activité constante, au moins en apparence, dans les limites de nos observations : tels sont l’uranium, le thorium, le radium, l’actinium. ”

“ Si l’on cherche à préciser l’origine de l’énergie de radioactivité, on peut faire diverses suppositions qui viennent se grouper autour de deux hypothèses très générales : 1° chaque atome radioactif possède, à l’état d’énergie potentielle, l’énergie qu’il dégage ; 2° l’atome radioactif est un mécanisme qui puise à chaque instant en dehors de lui-même l’énergie qu’il dégage. ”

“ Radioactivité induite sur des substances qui séjournent en dissolution avec le radium.—Quand on traite un minerai radioactif contenant du radium, pour en extraire ce corps, et tant que le travail n'est pas avancé, on réalise des séparations chimiques, après lesquelles la radioactivité se trouve entièrement avec l'un des produits de la réaction, l'autre produit étant entièrement inactif. On sépare ainsi d'un côté des produits radiants qui peuvent être plusieurs centaines de fois plus actifs que l'uranium, de l'autre côté du cuivre, de l'antimoine, de l'arsenic, etc., absolument inactifs. ”

“ On sait aujourd’hui que de tels calculs peuvent être sujets à des erreurs, et que, parmi les matières radioactives, celle que l’on désirerait conserver n’est pas toujours celle qui est la plus active à l’époque où l’on fait la mesure. ”

“ Nous n’avons aucune notion sur la grandeur de l’énergie mise en jeu dans les phénomènes de radioactivité, et nous ne savons ni suivant quelles lois elle se dissipe, ni si elle varie avec l’état physique et chimique des corps radiants. ”

“ On doit en conclure que l’énergie interne d’un atome est très grande par rapport à celle qui est mise en jeu lors de la combinaison des atomes en une molécule, et ce fait est probablement de nature à expliquer l’indépendance des phénomènes radioactifs des conditions expérimentales. Parmi les essais qui ont été faits en vue d’influencer ces phénomènes, aucun n’a encore donné un résultat positif.
La radioactivité résulte de la destruction de certains atomes, et cette destruction nous apparaît comme un phénomène spontané. ”