à la recherche de la source de la radioactivité

1898: Marie Curie choisit de rechercher les sources  des rayons uraniques, phénomène qu’elle nomme « radioactivité » .

Pour differents corps, elle mesure leur radioactivité, par la mesure de la conduction électrique (le courant électrique) dans l’air, dans une chambre d’ionisation. Dès la découverte de ces rayonnements par Henri Becquerel, on connaissait trois de leurs effets (dont les deux premier avaient permis de les "voir" enfin): 1) faire produire de la lumiere à un corp luminescent 2) impressionner une plaque photographique 3) rendre l'air conducteur (causant notamment la décharge des électroscopes).

Pour mesurer ces faibles courants avec le maximum de précision possible a l'époque, elle utilise un ensemble composé d'un électrometre et d'un quartz piézoélectrique selon une technique mise au point par Pierre Curie. ( Voir ci dessous pour plus d'information sur ces instruments.)

Elle découvre que certains minerais sont plus actifs que l’uranium et le thorium, puis avec P.Curie en juillet 1898 en extrait chimiquement un nouvel éléments, qu’ils appellent Polonium, puis en septembre un autre, le « radium ».
Apres un énorme travail à partir d’une tonne de minerai, ils parviennent en 1902 à extraire un dixième de gramme de chlorure de radium.

Ceci (cet accès à cette intense source de rayonnements) ouvre la porte à un nouveau monde de découvertes et d’applications.
Notamment les applications médicales car il avait été observés déja avant 1900 que les rayons ionisants avaient un effet sur la peau, et en 1901 P.Curie et H.Becquerel souffrirent de plaies dues aux radiations. Des 1904 la production industrielle de radium se développa, en particulier en vue du traitement des cancers, la Curiethérapie.

Ainsi qu’une compétition commerciale pour la production du radium, passant - au rythme de changements de sites producteurs liés au changements de sites d'extraction de minerai - de la France a l’Autriche, puis aux états unis (1913), puis a la Belgique (1922) ; puis au canada (1933). Finalement le radium est complètement dépassé par les radioéléments "artificiels" (à vie courte) après la seconde guerre mondiale. Après avoir été l'élément le plus cher du monde, le radium a alors perdu toute valeur. Mais pendant un demi siecle ses rayonnements ont été le moyen d'acces a la dimension subatomique, pour l'ensemble du développement des connaissances, avant que les accélérateurs ne soient développés et permettent d'accéder à toute la gamme possible des rayonnements

Les appareils de mesure de la radioactivité

Dans la chambre d'ionisation (à gauche sur la photo et sur le schéma extrait de la thèse de Marie Curie ) , qui est une sorte de condensateur, composé de deux plateaux entre lesquels on applique une tension de l'ordre de 100V , on place une source radioactive.

Le rayonnement de la radioactivité rend l'air conducteur. Sous la tension de 100V, cela crée un petit courant.

Celui ci va etre mesuré par un électromètre (au milieu).
croquisthese 

photo instruments mesure radioactivité 
Le système est amélioré par l'utilisation d'un cristal piézoélectrique (au centre de la photo), qui va produire une charge électrique en fonction du poids qui va lui être appliqué, et qui vise a ramener le courant à zéro au niveau de l’électromètre.

la vitesse a laquelle il faut rajouter des poids est donc proportionnelle à l'activité de la source radioactive. D’où l'importance du chronomètre.


le rayonnement de la radioactivité: élément et outil de découverte de la structure des atomes: noyaux et électrons




1899 : Rutherford met en évidence deux rayonnements (....alpha et beta....) dans la radioactivité, de pouvoirs de pénétration différents,


Becquerel et Giesel dévient les rayons beta par des champs électriques et magnétiques, et montrent que les rapports charge/masse sont de l’ordre de celui observé par Thompson (en 1897 il avait mesuré l'ordre de grandeur du rapport charge/masse des corpuscules de charge négative formant le rayon cathodique)


1908 Rutherford verifie que l’accumulation de particules alphas est bien le gaz Hélium.

1911 : C.T.R. Wilson invente la chambre a brouillard, permettant de détecter les trajectoires de particules. (ici « à expansion », il existe aussi le modele « à diffusion » inventé plus tard et qui a l’avantage d’un fonctionnement permanent)
wilsondroites wilsoncourbe
(photographies à partir de la chambre de Wilson de F.Joliot Curie, des années 30-50)


1911 Rutherford, Geiger et Marsden en mesurant la position d’alphas apres traversée d’une feuille d’or de quelques microns démontrent l’existence et la taille du noyau atomique, en observant que quelques rares alphas sont extremement déviés contrairement à ce qui était attendu (vitesse de l’ordre de 20000Km/s) .


Peut être la premiere détection d’impacts individuels d’alphas, grâce à un écran scintillant observé au microscope dans l’obscurité.
On sait donc maintenant la dimension relative de la région où se situe la masse dans la matière : elle est tres concentrée. Ce « noyau » a donc un « rayon » 100000 fois plus petit que celui de l’atome.
La matière est essentiellement un vide peuplé d’électrons négatifs, qui gravitent autour d’un noyau, positif et tout petit, et qui contient presque toute la masse.


1913 : à la suite de Planck (corp noir) et Einstein (effet photoélectique) Bohr propose la quantification des orbites des électrons dans l’atome.

(Au niveau microscopique (atomique et subatomique) la quantification est le fait que seules certaines valeurs sont possibles, ce qui pourrait sembler anecdotique mais a des effets majeurs  sur la forme des molécules et donc sur la chimie et donc la biologie, les propriétés des matériaux  ou la reproduction des molécules qui intervient dans les processus cellulaires)

Le rayonnement lumineux se propage comme une onde (occupant largement l'espace ce qui peut créer des phénomenes d'interférence entre ondes) mais interagit par grains (quantas) avec les atomes ou autres corpuscules. Cette dualité onde corpuscule, existant pour chaque rayonnement-corpuscule, a été énoncée par Louis de Broglie en 1924.)

1913 H.Geiger invente un détecteur qui permet de détecter le passage d'une particules

1919 :Rutherford parvient à transmuter de l’azote en le bombardant par des alphas du Radium. Production d’hydrogene.


1923 : Gustav Von Hevessy suit le parcours du radium dans une plante


1924 Blumgart et Weiss mesurent la vitesse de la circulation sanguine avec du radium C, et Lacassagne et Lattes réalisent les premieres auto radiographies d’animaux ayant recu du polonium.

1932 découverte du neutron

on a donc alors une vision plus précise des constituants  des atomes


étape suivante:  la radioactivité "artificielle" et les premiers accélérateurs