Thorium

“ Nous avons vu que le dégagement d’émanation par un composé solide à la température ordinaire se fait difficilement pour un sel de baryum radifère et relativement facilement pour les composés de thorium et les substances actinifères. Or il y a une différence de nature entre les matières qui interviennent dans les deux cas. Le radium est généralement dilué dans les sels de baryum ; l’actinium se trouve à l’état de trace avec des terres rares ; le thorium X, source de l’émanation du thorium, est dilué dans les composés de thorium. ”

“ L’étude des composés de l’uranium et du thorium avait montré, en effet, que la propriété d’émettre des rayons qui rendent l’air conducteur et qui agissent sur les plaques photographiques est une propriété spécifique de l’uranium et du thorium qui se retrouve dans tous les composés de ces métaux, d’autant plus affaiblie que la proportion du métal actif dans le composé est elle-même plus faible. L’état physique des substances semble avoir une importance tout à fait secondaire. ”

“ Quand on observe une augmentation telle que celle qui a lieu, par exemple, pour le radium qui a été ramené à son activité minimum, ou pour le thorium qui a été soumis au traitement ayant pour but de séparer complètement le thorium X, on constate, d’ailleurs, que l’activité qui se reproduit progressivement n’est pas de même nature que celle que l’on n’a pas pu séparer, mais bien de même nature que celle qui a pu être séparée, et qu’elle possède des caractères absolument distincts que nous apprendrons à préciser d’une manière très complète. ”

“ Dans ces conditions l’activité est supposée proportionnelle à la quantité de matière utilisée. Les minéraux de thorium contenant généralement de l’uranium, les deux substances étaient dosées. L’activité par gramme d’uranium ayant été déterminée pour des minerais sensiblement exempts de thorium (Mc Coy, Boltwood) , on peut calculer par différence l’activité d’un minerai de thorium par gramme de thorium. Les minéraux utilisés étaient la thorite, l’orangite, la monazite, la thorianite. ”

“ Parmi les minéraux dont on extrait le radium, le plus important est la pechblende qui est un minerai composé principalement d’oxyde d’urane et ne contenant quelquefois que très peu d’oxyde de thorium. D’autre part les minerais qui contiennent beaucoup de thorium (thorite, orangite, monazite) ne comptent pas parmi les plus riches en radium. Une liaison entre l’uranium et le radium semblait plus probable qu’une liaison entre le thorium et le radium. ”

“ Concentration de la radioactivité induite sur les corps chargés négativement. — M. Rutherford a montré qu’un corps exposé à l’action de l’émanation du thorium s’active plus fortement, quand il est porté à un potentiel électrique négatif, que quand il est au même potentiel que les corps environnants ; au contraire il s’active moins, s’il est porté à un potentiel électrique positif. Le même phénomène se produit pour l’activation par le radium et l’actinium. ”

“ 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 on trouve que, 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 à soit 0,49. ”

“ Quand on veut activer un corps solide à saturation avec l’émanation du thorium, il est nécessaire de faire agir l’émanation pendant un temps assez long, et pour cela il faut la renouveler constamment à la surface du corps que l’on veut activer. On obtient ce résultat en faisant barboter un courant d’air continu dans une solution de sel de thorium, et en envoyant ce courant d’air chargé d’émanation sur le corps à activer. ”

“ Certains radioéléments, à vie très brève, ne peuvent être étudiés par les méthodes de la chimie. On détermine leur type chimique, conformément à leurs propriétés radioactives, les expériences exposées ci-dessus ayant prouvé que la similitude de celles-ci implique une similitude de nature chimique pour les termes des trois familles du radium, du thorium et de l’actinium. Ainsi on admet que le thorium A et l’actinium A sont comme, le radium A, des isotopes du polonium ; il en est de même des corps tandis que les corps sont des isotopes du thallium. ”

“ Condensation des émanations du radium et du thorium. — MM. Rutherford et Soddy ont découvert que les émanations du radium et du thorium se condensent à la température de l’air liquide. Un courant d’air chargé d’émanation perd ses propriétés radioactives en traversant un serpentin plongé dans l’air liquide. Les émanations restent condensées dans le serpentin ; elles se retrouvent à l’état gazeux quand on réchauffe celui-ci. L’émanation du radium se condense à −150°, celle du thorium se condense à une température comprise entre −100° et −150°. ”

“ On peut, d’après ce qui précède, se rendre compte a priori de l’ordre du débit de chaleur qu’on doit prévoir pour le thorium ou l’uranium.
L’activité du radium est à celle de l’uranium dans le rapport d’environ 7,3.l06 (Boltwood) ; le dégagement de chaleur d’un gramme d’uranium doit donc être de l’ordre de 1,6.10-5 calorie à l’heure ; pour un gramme de thorium on trouverait un ordre de grandeur analogue. Pour mettre en évidence un dégagement de chaleur aussi faible, il est nécessaire d’employer une quantité de matière importante. ”

“ L’émanation émise par les composés du thorium ne persiste pas indéfiniment ; elle disparaît spontanément en fonction du temps, de telle façon que l’intensité du rayonnement qu’elle émet baisse de moitié en une minute. L’émanation peut se diffuser dans les gaz ; elle peut aussi traverser les substances poreuses telles que le papier, mais elle ne traverse pas le verre ou le mica même sous très faible épaisseur. ”

“ 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 d’atomes de thorium X présents après un temps
étant la vitesse de formation supposée constante, et, pour le nombre d’atomes de dépôt actif. ”

“ La loi de l’évolution de l’activité n’est pas la même suivant qu’on mesure l’intensité du rayonnement total ou le débit d’émanation, et l’écart des deux lois peut s’interpréter en attribuant un rayonnement au thorium exempt de radiothorium et des substances consécutives. ”

“ Quand le corps à activer est placé en présence de l’émanation du thorium dont la concentration est maintenue constante, l’activation acquise par le corps peut être représentée en fonction du temps par la loi simple. ”

“ Au cours de ma recherche, j’ai eu l’occasion d’examiner non seulement des composés simples, sels et oxydes, mais aussi un grand nombre de minéraux. Certains d’entre eux se sont montrés radioactifs ; c’étaient ceux qui contenaient de l’uranium et du thorium, mais leur radioactivité paraissait anormale, car elle était beaucoup plus forte que celle que l’on aurait pu prévoir d’après la teneur en uranium ou en thorium. ”

“ L’uranium est un des métaux dont l’atome est le plus lourd : son poids est exprimé par le nombre 240. Proche de lui, à cet égard, est le thorium dont l’atome pèse 232, et qui d’ailleurs lui est uni dans les mêmes minerais. M. Schmidt (de Berlin) porta ses investigations de ce côté. Il trouva, en 1898, que les composés du thorium se comportaient comme ceux de l’uranium, et M. Curie confirma presque aussitôt le fait. ”

“ Jadis ultimité de la matière, l’atome nous découvre aujourd’hui, autour de son noyau, un groupement de corpuscules électrisés négativement, en voie de dissociation. La radio-activité où M. Le Bon trouve une propriété commune à tous les corps, nous montre avec le radium, l’uranium, l’actinium, le thorium, etc., un bombardement général d’atomuscules doués d’une vitesse de même ordre que la lumière, et produisant sur les corps qu’ils rencontrent des effets déterminés. ”

“ On constate que la conductibilité est entièrement due à la présence de l’émanation et ne peut provenir d’un entraînement d’ions, formés en T par les rayons du thorium. Si, en effet, on remplace le composé de thorium par un composé d’urane, en conservant le même dispositif expérimental, l’air qui arrive dans le tube O n’est pas conducteur. Quand un courant d’air de vitesse constante a été établi depuis 10 minutes, un régime régulier est atteint, et le courant qui peut être obtenu sur chacune des électrodes est constant. ”

“ Il reconnut ensuite que ce rayonnement invisible non seulement impressionnait les plaques photographiques au travers des corps opaques, mais déchargeait les corps électrisés, l'électroscope, par exemple.
C'est à ce phénomène nouveau différent de la phosphorescence et de la fluorescence qu'on a donné le nom de « rayons de Becquerel ».
Thorium. — En 1898, Mme Curie et M. Schmidt découvrirent séparément des rayons analogues dans le thorium, métal connu depuis longtemps, ainsi que l'uranium. ”

“ Ces résultats ont été confirmés par M. Boltwood qui a trouvé aussi que le mésothorium accompagne le thorium X lors de la précipitation par l’ammoniaque d’une solution de sels de thorium. En traitant ainsi un sel de thorium (azotate) anciennement préparé, on obtient par évaporation de la solution ammoniacale un résidu qui diminue d’activité pendant un mois par suite de la destruction du thorium X, mais dont l’activité, après avoir passé par un minimum, augmente ensuite progressivement, par suite de la formation de radiothorium. ”

“ On ne peut d’ailleurs pas induire a priori si l’inhalation d’emanation du Thorium produira ou ne produira pas dans Torganisme un effet physiologique
quelconque : le seul moyen de le savoir, c’est d’expé-rimenter. ”

“ Ce mode de calcul ne s’applique pas aux minerais riches en thorium, comme la thorianite, dans lesquels la production d’hélium ne peut être attribuée seulement à l’uranium et à ses dérivés. De plus, si la production d’hélium va en diminuant, l’âge du minerai peut être moins élevé ; s’il y a eu de l’hélium dégagé, il peut être plus élevé.
D’après M. Strutt, même les minéraux très compacts, tels que la thorianite, dégagent de l’hélium à la température ordinaire, mais on peut penser que les conditions qui déterminent l’occlusion de ce gaz ont pu être modifiées. ”

“ Les nombres que j’ai obtenus avec les composés de thorium m’ont permis de constater :
1o Que l’épaisseur de la couche employée a une action considérable, surtout avec l’oxyde ;
2o Que le phénomène n’est régulier que si l’on emploie une couche active mince (0,25mm par exemple) . Au contraire, quand on emploie une couche de matière épaisse (6mm) , on obtient des nombres oscillant entre des limites étendues, surtout dans le cas de l’oxyde :
Le phénomène comporte une cause d’irrégularités qui n’existe pas dans le cas des composés d’urane. ”

“ Si nous admettons que l’émission de chaque particule correspond à la destruction d’un atome, on peut en tirer des conclusions sur la vitesse de désintégration relative des éléments considérés. M. Bragg a trouvé, par exemple, que le thorium privé de thorium X, d’émanation et de radioactivité induite émet par atome 20 pour 100 du nombre des particules émises par un atome d’uranium dans le même temps. ”

“ Ces gisements sont des gisements de pechblende que l’on ne trouve guère en Europe que dans le nord de la Bohème et qui sont exploités près de la petite ville de Joachimsthal... Et ces corps radioactifs ce sont : l’Uranium, le Thorium, l’Helium, et principalement, dans le cas qui nous occupe...
— Le Radium, interrompit François.
— Tu l’as dit, mon petit, le Radium. Il y a des phénomènes de radioactivité un peu partout, et l’on peut dire qu’ils se manifestent dans toute la nature, ainsi par l’action bienfaisante des sources thermales. ”

“ Quand on chauffe 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 quelques minutes à 1000° 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 1200° suffit pour volatiliser complètement la totalité 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 passe 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 aurait lieu suivant la formule ”

“ Une matière nouvelle remplaça les nombreux oxydes jusque-là préconisés : à savoir un mélange de deux d’entre eux seulement, les oxydes de thorium et de cérium. Les manchons actuels contiennent environ 99 pour 100 d’oxyde de thorium, et I pour 100 d’oxyde de cérium. L’éclat atteint, de cette manière, le maximum d’intensité et de fixité ; et, quoique la lumière soit blanche, son ton est plus chaud et plus agréable à l’œil ; elle est plus proche de la lumière solaire qu’aucun autre éclairage artificiel. ”

“ On peut donc admettre que les atomes de radium produisent des atomes d’hélium.
4o La théorie comprend toutes les manifestations d’activité temporaire : polonium, émanations radioactives, radioactivités induites, thorium X, uranium X, actinium X, etc., et en donne une explication simple. Elle rend compte également bien des augmentations et des diminutions d’activité qui peuvent être observées. Tous les phénomènes d’activité temporaire ont d’ailleurs un caractère tel qu’ils semblent attachés à des substances matérielles solides ou gazeuses. ”