Sur le debit de chaleur du radiothorium .
W badaniach swych nad ciepłem promieniowania radu ‘) w ypraco
waliśmy m etodę, która pozwoliła nam oznaczyć ciepło a, p i '¿-promienio
wania radu, oraz obljczyć współczynnik absorbcji promieni przenikliwych na podstawie, otrzymanej eksperym entalnie, krzywej wzrostu mierzonego efektu cieplnego w miarę zwiększania zdolności absorbcyjnej układu kalory
m etrycznego. W pracy niniejszej tę sam ą m etodę stosujemy do badań nad ciepłem promieniowania radjotoru.
Przedm iotem naszych badań jest preparat radjotoru, otrzymany przez jedno z nas w sierpniu r. 1924-ego z substancji bardzo bogatej w mezo- tor I. Radjotor, wraz z niewielką ilością (około 6 mgr.) substancji nie- promieniotwórczej, jako nośnika, zatopiony jest w am pułce szklanej dłu
gości 20 mm. i 5 mm. średnicy. M asa zawartego w niej radjotoru nie jest znana, waga odpowiedzi na to nie daje, gdyż preparat nie jest c h e micznie czysty. Radjolog zresztą rzadko m a m ożność wyrażania ilości badanej substancji w miligramach, zwykle nie rozporządza on bowiem dostateczną ilością preparatu chemicżnie jednorodnego. Przew ażnie więc zaw artość substancji promieniotwórczej oznaczam y porównawczo w s to sunku do w zorca radowego, m ierząc siłę jej promieniowania. W danym też razie pomiar f-promieniowania naszego preparatu radjotorowego wy
kazał, ż e ilością swą odpowiada on 28,95 mgr. radu, jako pierwiastka.
Nadm ienić należy, że pomiar ten polegał na porównaniu elektrom etrycz- nem siły prądu jonizacyjnego, wywołanego promieniami radjotoru względ
nie radu, filtrowanemi przez 1 cm. ołowiu. Posługiwaliśmy się przytem aparaturą i p r z y r z ą d e m z), używanym w praktyce bieżącej Paryskiego Instytutu Radowego do pomiarów oficjalnych.
0 A. D o r a b i a l s k a i D. K. J o w a n o w i c z . Roczniki Chemji 6. Zeszyt jubileuszow y str. 569, (1926).
2) M-me C u r i e . Journ. de Phys. 2, 792, 1912.
24 A . D orabialska i D. K ■ Jow anow icz
Metodyka naszych badań nad ciepłem promieniowania radjotoru nie różniła się zasadniczo niczem od tej, którą opracowaliśmy w studjach nad radem. Pomiary były wykonywane w tym samym kalorym etrze, oraz ampułka z radjotorem, jak uprzednio radowa, otac z a na była kolejno płaszczami metalowemi od 0,01 mm. do 2 mm. grubości. Przyrost efektu cieplnego, wywoływany zatrzymaniem większej ilości promieni w układzie kalorym etrycznym , był za każdym razem mierzony, co dało nam m oż
ność wykreślenia krzywych absorbcji energji promieniowania w glinie, miedzi i ołowiu. Istnieje jedna tylko trudność, tow arzysząca dłuższej pracy z radjotorem; wynika ona stąd, że okres półtrwania tego pier
wiastka wynosi zaledwie 1,9 lat. Już zatem w ciągu kilku m iesięcy daje się zauważyć spadek siły promieniotwórczej preparatu, co oczywiście należy w wyliczeniach uwzględnić. Nasze pomiary ciepła promienio
wania radjotoru trwały półtora miesiąca, poprawkę na zamieranie sub
stancji należało zatem wprowadzić. Była ona obliczana na podstawie pomiarów wartości liczbowej y promieniowania, wykonanych dla badanego preparatu na początku i w końcu pracy doświadczalnej. W dniu 2.VI.26 stosunek -¡"promieniowania radjotoru — /' do zmierzonego w identycznych warunkach, Y-promieniowania wzorca radowego — I wynosił:
/ '
— = 1,052.
/
T en sam stosunek w dniu 7.VII.26 spadł do:
/ '
- = 1,025.
/
Zakładając, że spadek siły promieniotwórczej radjotoru był W ciągu tego czasu jednostajny, otrzymujemy wartość liczbową poprawki na zam ieranie substancji, dającą się łatwo obliczyć na każdy dzień, w którym był wykonany pomiar kalorymetryczny. Popraw ka ta, już w ciągu półtora miesiąca, zmienia w artość liczbową ciepła promieniowania radjotoru ok. 3% , co w naszych warunkach eksperym entalnych wielokrotnie p r z e wyższa błąd doświadczenia. W związku z tem warto podkreślić, że tutaj kryje się nowa, kalorym etryczna m etoda oznaczania okresu półtrwania pierwiastków promieniotwórczych. Można bowiem odwrócić doświadcze
nie i, nie wprowadzając poprawki na zam ieranie substancji, b a dać zmianę efektu cieplnego promieniowania w czasie. Będzie to jednak tem atem oddzielnej pracy.
Wyniki liczbowe dośw iadczeń.
W tablicach I, II i III-ej zestawiam y wartości liczbowe ciepła pro
mieniowania radjotoru — Q' kal, odpowiadające danej grubości m\s gr/cm3
ekranu m etalow ego, zatrzym ującego promienie, W trzeciej kolumnie
O cieple prom ieniow ania radjotoru 25 tablic um ieszczona jest wartość liczbowa poprawki na zam ieranie radjo
toru; podajemy ją w formie współczynnika •/., przez który mnożyliśmy, otrzymany eksperym entalnie, efekt cieplny, celem obliczenia szukanej wartości liczbowej Q' kal. Tablica 1-a zawiera wyniki pomiarów ciepła promieniowania radjotoru w obecności e k ranów glinowych, Il-a—m iedzia
nych, a 111-a ołowianych.
T a b 1 i c a 1. T a b l i c a II.
A bsorbcja promieni w glinie Absorbcja prom ieni w miedzi m /s gr/cm 2 Q’ kal V. m/s gr/cm- Q' kal V.
0.005 •60.65 l.OCO 0.009 65.42 1.050
0.012 63.61 1.000 0.0S3 66.59 1.052
0.024 - 65.45 1.000 1.657 66.78 1.055
0.056 65.74 1.010
0.135 66.31 1.007
0.359 66.41 1.009
T a b 1 i c a , III.
A bsorbcja prom ieni w ołowiu.
m /s gr/cm 2 Q' kal V.
0.019 65.00 1.011
0.022 65.35 1.014
0.047 66.81 1.015
0.116 67.04 1.0 16
1.671 67.45 1.029
W powyższych tablicach ciepło promieniowania radjotoru Q' nie jest przeliczane na g ra m substancji, ponieważ m asy preparatu nie znam y jest to zatem jedynie efekt cieplny promieniowania w godzinę radjotoru, którego ilość wyrażona w Y-promieniowaniu odpowiada 289,5 mgr. ‘) Ra w stanie pierwiastka. W tych warunkach podstawowe znaczenie posiada wartość liczbowa stosunku.
R (1)
Q'. Q /' ' I
gdzie Q' i Q oznaczają odpowiednio ciepła promieniowania radjotoru i radu, a /' i / są to, odpowiadające im, wartości liczbowe Y-promienio- wania. Znaleziono doświadczalnie:
/ = 10,929 gr/sek ; /' = 11,495 gr/sek 2)
') W celu większej dokładności w ykresu liczby, otrzym ane dla naszego p re paratu, dziesięciokrotnie zwiększam y.
2) I w yrażam y w ilości gram ów, obciążających w sekundę kw arc piezoelek
tryczny, który kom pensuje badany prąd jonizacyjny.
26 A . D orabialska i D . K. Jow anow icz
W artości liczbowe ciepła promieniowania radu Q bierzem y z poprzedniej naszej p r a c y 1), przeliczywszy je uprzednio oczywiście nie na gram, a na 27,52 mgr. to jest tę ilość, która wysyła f-promienie, m ierzone 10,929 gr/sek. W stawiając liczby powyższe do równania (1), otrzym ujem y wartości liczbowe stosunku R , podane w tablicach IV, V i VI, zaw iera
jących obliczenia seryj doświadczeń z ekranami z glinu, miedzi i ołowiu.
T a b 1 i c a IV. T a b 1 i c a V.
Absorbcja prom ieni w glinie. A bsorbcja prom ieni w miedzi,
? gr/cm 2 Q' kal Q kal. R m/s gr/cm 2 ß 'k a l ß kal R
0.005 6.07 3.63 1.59 0.009 6 34 3.74 1.61
0.012 6.36 3.68 1.64 0,083 6.66 3.94 1 61
0.024 6.55 3.85 1.62 l!637 6.68 4.06 1.57
0.056 6.57 3.90 1.60
śr 1.60
0.135 6.63 3.92 1.61
0.359 6.64 3.93 1.61
ś r . 1 .6 1
T a b 1 i c a VI.
Absorbcj a prom ieni w ołowiu.
m /s gr/cm 2 ß kal ß 'k a l R
0.019 6.50 3.80 1.63
0.022 6.54 3.84 1.62
0.047 6.68 3.94 1.61
0.116 6.70 3.98 1.60
1.671 6.74 4.17 1.54
śr. 1.60
Jak widzimy z tablic, w artość liczbowa R wynosi średnio 1,60; tę te ż liczbę uw ażać można, jako charakteryzującą stosunek ciepła promienio
wania radjotoru do radu. Nie jest ona dokładnie wielkością stałą, gdyż bieg absorbcji promieni radjotoru i radu nie jest i nie m oże być iden
tyczny. Tablica VI wskazuje jasno, że udział promieni ? w ogólnym efekcie cieplnym jest większy w przypadku radu, niż radjotoru, co wpływa na stałe zmniejszanie się stosunku R w miarę wzrostu zdolność}
absorbcyjnej układu kalorym etrycznego. Uwydatnia to jasno wykres krzy
wych absorpcji energji cieplnej promieniowania w glinie, miedzi i ołowiu (rys. 1). N adając liczbom, zestawionym w tablicach I, II i III-ej, form ę graficzną, odkładamy na osi odciętych m asę ekranu, przypadającą na jednostkę jego powierzchni — mjs g r/c m 2, na osi zaś rzędnych — otrzy
many w tych warunkach efekt cieplny promieniowania, wyrażony w ka- lorjach — Q kal. W ykre s wskazuje, że krzywa absorbcji promieni w ołowiu,
l) A. D o r a b i a l s k a i D. K. J o w a n o w i c z . Roczniki Chemji 1926. Z eszy u jubileuszow y, str, 569.
O cieple prom ieniow ania radjotoru 27
w końcowej swej części nieznacznie tylko jest nachylona względem osi m/s, co świadczy o silnej przenikliwości 7-promieni radjotoru, a stąd i małymi ich udziale w badanym efekcie cieplnym. Podobnie, jak w przypadku!
radu, krzywe absorbcji energji w glinie, miedzi i ołowiu nakładają się- n a siebie w początkowym swym biegu, odpowiadającym absorbcji P-pro- mieni (wskazuje to wykres, podany obok głównego, w skali zwiększonej).
Św iadczy to, jak uprzednio, że średnie współczynniki absorbcji fS-promieni’
radjotoru w glinie, miedzi i ołowiu nie różnią się znacznie od siebie.
Przechodząc do oznaczenia wartości liczbowej ciepła a i p prom ie
niowania radjotoru, przypomnijmy, ż e mierzymy eksperym entalnie stopnio
wo sum ę ciepła promieniowania (<* + P + f), poczynając nieomal tylko od promieni a. Początkow a strom a c z ę ś ć naszej krzywej kreśli b ie g ; absorbcji p-promieni, przedłużając ją zatem do przecięcia z osią Q, otrzy
m ujem y dla mjs — 0 w artość liczbową ciepła a-promieniowania radjotoru,, wynoszącą 58 kal/godz. Liczba ta oznacza efekt cieplny a-promleniowa- nia takiej ilości radjotoru, która siłą swych 7-promieni odpowiada 289,5' mgr. Ra pierwiastkowego. Ciepło ¡3-promieniowania tej samej ilości radjotoru wynosi 8,2 kal/godz. Liczbę tę odczytujem y na osi Q, jako różnicę pomiędzy punktem jej przecięcia z przedłużeniem końca krzywej (odpowiadającego absorbcji T-promieni), oraz ciepłem a-promieniowania.
= 66,2 kal. — 58 kal. = 8,2 kal.
Obliczenie to jest wykonane na podstawie krzywej absorbcji energji?
cieplnej w glinie, celem usunięcia wpływu Y-promieniowania, które jak
wiadomo tutaj najsłabiej się zaznacza. W artości liczbowej ciepła '(--pro
mieniowania radjotoru obecnie nie obliczamy, gdyż, jak wskazują krzywe, nasz układ kalóm etryczny zaabsorbował jedynie drobną ich część.
Na zakończenie obliczamy średni współczynnik absorbcji p-promieni radjotoru w glinie. Jak zwykle, w pierwszem przybliżeniu zastosow ać m ożna równanie wykładnicze:
28 A. D orabialska i D. K ■ Jow anow icz
Qp (1 - e | * }
gdzie q jest to otrzymane eksperym entalnie ciepło (3-promieniowania radjotoru dla danej grubości tn/s ekranu, Q p =8 , 2 kal. — całkowite ciepło p-promieniowania, a j - — poszukiwany współczynnik absorbcji.
Rozwiązując równanie względem gdy <7 = 8, 1 kal., co odpowiada na
■krzywej glinu wartości m/s = 0,115 gr/cm 2, otrzymujemy w wyniku, źe średni współczynnik absorbcji (3-promieni radjotoru w glinie wynosi:
^ = 38.3.
Wyniki ogólne.
W ykonano sz ere g pomiarów ciepła promieniowania radjotoru w wa
runkach wzrastającej absorbcji układu kalom etrycznego. W ykreślono krzywą Wzrostu ciepła promieniowania radjotoru w zależności f u n k cjo n a ł nej od masy ekranu metalowego, absorbującego energję cieplną promieni.
Użyto ekranów, z glinu, miedzi i ołowiu.
Określono wartość liczbową ciepła a-promieniowania radjotoru Q ri = 58 kal/godz. dla ilości radjotoru, która siłą swego -¡--promieniowania odpowiada 289,5 mgr-om Ra pierwiastkowego.
Ustalono, że ta sam a ilość radjotoru wysyła p-promienie o energji cieplnej Qp = 8 , 2 kal/godz.
Obliczono średni współczynnik absorbcji p-promieni radjotoru w glinie
== 38.3.
;P'
Obliczono, ż e stosunek ciepła promieniowania radjotoru do siły jego
7-promieniowanią, Dorównany z tym samym stosunkiem dla radu, wynosi
/?= = 1,60. ■
P a ry ż w r. 1926. Instytut Radowy.
O cieple prom ieniow ania radjotoru 29
R é s u m é .
On a m esuré l’effet calorifique des rayons a, p et y du radiothorium.
La source était s u c ce ssiv e m en t enveloppée par des é crans cylindriques d ’Al, Cu, Pb, de diverses épaisseur, et l’accroissem ent du débit de la chaleur a été soigneusem ent observé. Les résultats des m esures exprimés par trois courbes, montrent l’augmentation du débit calorifique en fonction de m/s (m asse de l’écran par cm 2).
On a trouvé 58 cal/heure, dûes aux rayons a du radiothorium, dont le rayonnem ent y est équivalant à celui de 289,5 mgr. de Ra-élément.
Pour le débit calorifique dû aux rayons p seuls de la m êm e source on a trouvé 8 , 2 cal/heure.
Le rapport entre le débit de chaleur et le rayonnem ent y du radio
thorium com paré au m êm e rapport pour le radium est égal à 1,60.
On a calculé le coefficient moyen d ’absorption du rayons p dans aluminium — = 38,3.
P
P a r is 1926. Institut du Radium.
W ojciech Ś w ięto s ła w s k l.