CAPÍTULO XIV. RADIACTIVIDAD DE LA ATMÓSFERA Y DE LOS MATERIALES ORDINARIOS.

273. Radioactividad de la atmósfera.

Los experimentos de Geitel¹ y de C. T. R. Wilson² en 1900 demostraron que un conductor cargada positiva o negativamente y colocado dentro de un recipiente cerrado perdía gradualmente su carga. Se demostró que esta pérdida de carga se debía a una pequeña ionización del aire en el interior del recipiente.

Elster y Geitel también descubrieron que un cuerpo cargado expuesto al aire libre perdía su carga rápidamente, y que la velocidad de descarga dependía de la localidad y de las condiciones atmosféricas. Más adelante, en la sección 284, se ofrecerá una descripción y discusión más detalladas de estos resultados.

En el curso de estos experimentos, Geitel observó que la velocidad de descarga aumentaba ligeramente durante algún tiempo después de haber cerrado el recipiente. Consideró que esto podría deberse posiblemente a la existencia de algunas sustancias radiactivas en el aire, las cuales producían una actividad inducida en las paredes del recipiente y aumentaban así la velocidad de disipación de la carga.

En 1901 Elster y Geitel³ probaron el audaz experimento de ver si era posible extraer una sustancia radiactiva del aire.

Los experimentos del autor habían demostrado que la radiactividad inducida por la emanación del torio podía concentrarse en el electrodo negativo bajo la acción de un campo eléctrico intenso. Este resultado indicaba que los portadores de la radiactividad poseían una carga eléctrica positiva. Por consiguiente, Elster y Geitel llevaron a cabo un experimento para comprobar si en la atmósfera existían portadores cargados positivamente que poseyeran una propiedad similar.

Para este propósito, un cilindro de malla metálica, cargado negativamente a 600 voltios, se expuso durante varias horas al aire libre. El cilindro fue retirado entonces y colocado rápidamente dentro de una gran campana de vidrio, en cuyo interior se había dispuesto un electroscopio para detectar la velocidad de descarga. Se observó que la velocidad de descarga aumentaba en una ligera medida.

Para multiplicar el efecto, un hilo de unos 20 metros de longitud fue expuesto a cierta altura del suelo, y se mantuvo cargado a un potencial elevado conectándolo al terminal negativo de una máquina de influencia.

Tras la exposición durante algunas horas, este hilo fue retirado y colocado dentro del recipiente de disipación. Se constató que la velocidad de descarga aumentaba considerablemente debido a la presencia del hilo. No se observó ningún incremento cuando el hilo se cargaba positivamente en lugar de negativamente.

Los resultados también mostraron que la materia radiactiva podía eliminarse del hilo metálico de la misma manera que de un hilo hecho activo por exposición en presencia de la emanación de torio.

Se frotó un trozo de cuero humedecido con amoníaco sobre el hilo activo. Al analizar el cuero, se encontró que era fuertemente radiactivo. Cuando se utilizó un hilo largo, la cantidad de actividad obtenida en el cuero era comparable a la poseída por un gramo de óxido de uranio.

La actividad producida en el alambre no era permanente, sino que desaparecía en gran medida en el transcurso de unas pocas horas. La cantidad de actividad producida en un alambre de un tamaño determinado, expuesto en condiciones similares, era independiente del material del alambre. Los alambres de plomo, hierro y cobre produjeron efectos aproximadamente iguales.

La cantidad de actividad obtenida aumentó enormemente al exponer un hilo cargado negativamente en una masa de aire que había permanecido impertinente durante mucho tiempo. Se realizaron experimentos en la gran cueva de Wolfenbüttel, y se observó una cantidad muy grande de actividad. Al transferir la actividad a un trozo de cuero, se descubrió que los rayos podían iluminar apreciablemente una pantalla de platinocianuro de bario en la oscuridad⁴. Los rayos también ennegrecieron una placa fotográfica a través de una pieza de aluminio de 0,1 mm de espesor.

Estos notables experimentos muestran que la radiactividad inducida obtenida de la atmósfera es muy similar en su carácter a la actividad inducida producida por las emanaciones del radio y del torio.

Ningún investigador ha contribuido más a nuestro conocimiento de la radiactividad y la ionización de la atmósfera que Elster y Geitel. Los experimentos aquí descritos han sido el punto de partida de una serie de investigaciones llevadas a cabo por ellos y otros sobre las propiedades radiactivas de la atmósfera, las cuales han conducido a una gran ampliación de nuestro conocimiento sobre ese importante tema.

Rutherford y Allan⁵ determinaron la velocidad de desintegración de la actividad inducida producida en un hilo cargado negativamente expuesto al aire libre.

Se expuso al aire libre un hilo de unos 15 metros de longitud, mantenido cargado mediante una máquina electrostática a un potencial de unos -10.000 voltios. Una hora de exposición fue suficiente para obtener una gran cantidad de actividad inducida en el hilo.

A continuación, el hilo se retiró rápidamente y se arrolló en un armazón que formaba el electrodo central en un gran recipiente metálico cilíndrico. La corriente de ionización para un voltaje de saturación se midió mediante un electrómetro Dolezalek sensible.

Se observó que la corriente, que es una medida de la actividad del hilo, disminuía con el tiempo según una ley exponencial, reduciéndose a la mitad de su valor en unos 45 minutos. La velocidad de desintegración era independiente del material del hilo, del tiempo de exposición y del potencial del hilo.

Se examinó también la naturaleza de los rayos emitidos por el hilo radiactivo. Con este fin, se hizo radiactivo un hilo de plomo de la manera descrita, y luego se arrolló rápidamente en forma de espiral plana.

El poder de penetración de los rayos se probó en un recipiente similar al mostrado en la Fig. 17. Se halló que la mayor parte de la ionización se debía a unos rayos muy fácilmente absorbibles, que tenían un carácter ligeramente más penetrante que los rayos α emitidos por un hilo activado por las emanaciones del radio o del torio.

• La intensidad de los rayos se reducía a la mitad por aproximadamente 0·001 cm de aluminio.
• La acción fotográfica observada por Elster y Geitel a través de 0·1 mm de aluminio demostró que también estaban presentes algunos rayos penetrantes.

Esto fue confirmado posteriormente por Allan, quien utilizó el método eléctrico. Estos rayos penetrantes son probablemente de naturaleza similar a los rayos β de los elementos radiactivos.

274. La actividad excitada producida en el alambre cargado negativamente no puede deberse a una acción del fuerte campo eléctrico sobre la superficie del alambre; pues se produce muy poca actividad excitada si el alambre se carga al mismo potencial dentro de un cilindro cerrado.

Hemos visto que la actividad excitada producida en el alambre puede eliminarse parcialmente mediante frotamiento y disolución en ácidos, y, en este aspecto, es similar a la actividad excitada producida en los cuerpos por las emanaciones del radio y del torio.

La muy estrecha similitud de la actividad excitada obtenida de la atmósfera con la obtenida a partir de las emanaciones del radio y del torio sugiere la probabilidad de que exista una emanación radiactiva en la atmósfera. Este punto de vista se ve confirmado por una gran cantidad de indicios indirectos analizados en las secciones 276, 277 y 280.

Asumiendo la presencia de una emanación radiactiva en la atmósfera, los efectos radiactivos observados reciben una explicación sencilla.

La emanación en el aire se desintegra gradualmente, dando lugar de algún modo a portadores radiactivos cargados positivamente. Estos son atraídos hacia el electrodo negativo en el campo eléctrico, y allí experimentan un cambio posterior, dando origen a las radiaciones observadas en la superficie del alambre.

La materia que causa la actividad inducida será así análoga al depósito activo del radio y del torio.

Dado que la tierra está cargada negativamente con respecto a la atmósfera superior, estos portadores radiactivos positivos producidos en el aire se depositan continuamente en la superficie de la tierra.

Todo lo que hay en la superficie de la tierra, incluida la superficie externa de los edificios, la hierba y las hojas de los árboles, debe estar cubierto por un depósito invisible de material radiactivo.

Una colina, un pico montañoso o cualquier masa alta de roca o tierra concentra el campo eléctrico de la tierra en ese punto $y$, en consecuencia, recibirá más radiactividad inducida por unidad de superficie que la llanura.

Elster y Geitel han señalado que la mayor ionización del aire observada en las inmediaciones de los picos salientes recibe una explicación satisfactoria desde este punto de vista.

Si los portadores radiactivos se producen a un ritmo uniforme en la atmósfera, la cantidad de actividad excitada I_t, producida en un hilo expuesto en determinadas condiciones, vendrá dada, tras una exposición durante un tiempo t, por

donde I₀ es la actividad máxima en el hilo y λ es la constante de desintegración de la actividad inducida. Puesto que la actividad de un hilo después de su extracción se reduce a la mitad en aproximadamente 45 minutos, el valor de λ es 0·92 (hora)^-1. Algunos experimentos realizados por Allan⁶ concuerdan aproximadamente con la ecuación anterior. Es difícil obtener resultados comparativos precisos debido a la inconstancia de la radiactividad del aire libre. Tras exponer un hilo durante varias horas, la actividad alcanzaba un máximo práctico y no aumentaba mucho con una exposición continuada.

Hemos visto (sección 191) que los portadores del depósito activo de radio y torio se mueven en un campo eléctrico con aproximadamente la misma velocidad que los iones. Por consiguiente, deberíamos esperar que un hilo largo cargado a un alto potencial negativo extrajera los portadores activos de la atmósfera a una distancia considerable.

Esto no parece ser así, pues Eve (véase la sección 281) ha descubierto que los portadores solo se extraen del aire en un radio inferior a un metro, para un potencial del hilo de -10.000 voltios. Parece probable que los portadores de la materia activa se depositen sobre las numerosas partículas de polvo fino presentes en el aire y, por tanto, se muevan muy lentamente incluso en un campo eléctrico intenso.

La cantidad de actividad agitada producida en un hilo metálico, sostenido a cierta distancia de la superficie de la tierra, debería aumentar constantemente con el voltaje, pues cuanto mayor sea el potencial, mayor será el volumen de aire del cual se extraen los portadores radiactivos.

La presencia de materia radiactiva en la atmósfera explicará una parte considerable de la ionización del aire observada cerca de la tierra. Esta importante cuestión se analiza con más detalle en la sección 281.

275. Radioactividad de la lluvia y la nieve recién caídas.

C. T. R. Wilson⁷ realizó experimentos para ver si algo del material radiactivo del aire era arrastrado por la lluvia. Con este fin se recogió una cierta cantidad de lluvia recién caída, se evaporó rápidamente hasta la sequedad en un recipiente de platino y se probó la actividad del residuo colocando el recipiente en un electroscopio.

En todos los casos, la velocidad de descarga del electroscopio aumentó considerablemente. A partir de unos 50 c.c. de agua de lluvia, se obtuvo una cantidad de actividad suficiente para aumentar la velocidad de descarga del electroscopio cuatro o cinco veces, después de que los rayos hubieran atravesado una capa fina de aluminio o de hoja de oro.

La actividad desapareció en el transcurso de unas pocas horas, disminuyendo a la mitad de su valor en unos 30 minutos. El agua de lluvia que había estado en reposo durante algunas horas no mostró rastro de actividad. El agua de grifo, al ser evaporada, no dejó ningún residuo activo.

Las cantidades de actividad obtenidas a partir de una cantidad dada de agua de lluvia fueron todas del mismo orden de magnitud, ya fuera que la lluvia precipitara en gotas finas o grandes, de noche o de día, o bien que el agua de lluvia se analizara al principio o al final de una precipitación intensa que durara varias horas.

La actividad obtenida de la lluvia no se destruye al calentar el recipiente de platino hasta el rojo al rojo vivo. En este y en otros aspectos, se parece a la actividad inducida obtenida en alambres cargados negativamente expuestos al aire libre.

C. T. R. Wilson⁸ obtuvo un precipitado radiactivo a partir del agua de lluvia añadiendo un poco de cloruro de bario y precipitando este con ácido sulfúrico. También se obtuvo un precipitado activo cuando se añadió alumbre al agua y se precipitó el aluminio con amoníaco.

Los precipitados obtenidos de este modo mostraron una gran actividad. El filtrado, al evaporarse por ebullición, resultó totalmente inactivo, lo que demuestra que la materia activa se había eliminado por completo mediante precipitación. Este efecto es muy análogo a la producción de precipitados activos a partir de una disolución que contenga el depósito activo del torio (véase la sección 185).

La radiactividad de la nieve recién caída fue observada de forma independiente por C. T. R. Wilson⁹ en Inglaterra, y Allan¹⁰ y McLennan¹¹ en Canadá.

Con el fin de obtener una gran cantidad de actividad, se retiró la capa superficial de nieve y se evaporó hasta la sequedad en un recipiente de metal. Se obtuvo un residuo activo con propiedades radiactivas similares a las observadas en la lluvia recién caída.

Tanto Wilson como Allan descubrieron que la actividad de la lluvia y la nieve decaía aproximadamente a la misma velocidad, y la actividad se reducía a la mitad en unos 30 minutos. McLennan afirma que encontró una menor cantidad de radiactividad en el aire tras una nevada prolongada.

Schmauss¹² ha observado que las gotas de agua que caen a través del aire ionizado por los rayos Röntgen adquieren una carga negativa. Este efecto se atribuye al hecho de que los iones negativos en el aire se difunden más rápido que los positivos. Según este punto de vista, las gotas de lluvia y los copos de nieve adquirirían una carga negativa al caer a través del aire.

En consecuencia, actuarían como colectores de los portadores radiactivos positivos del aire. Al evaporarse el agua, la materia radiactiva quedaría atrás.

276. Radio-active emanations from the earth.

Elster y Geitel observaron que el aire en las cuevas y bodegas era, en la mayoría de los casos, anormalmente radiactivo y mostraba una ionización muy fuerte. Esta acción podría deberse posiblemente a un efecto del aire estancado, mediante el cual este producía una emanación radiactiva por sí mismo, o a la difusión de una emanación radiactiva procedente del suelo.

Para comprobar si esta emanación era producida por el aire mismo, Elster y Geitel encerraron el aire durante varias semanas en una caldera grande, pero no se observó ningún aumento apreciable de la actividad o de la ionización.

Para ver si el aire aprisionado en los capilares del suelo era radiactivo, Elster y Geitel¹³ introdujeron un tubo en la tierra y aspiraron el aire hacia un recipiente de prueba mediante una bomba de agua.

El aparato empleado para comprobar la ionización del aire se muestra en la Fig. 103. C es un electroscopio conectado a una red metálica, Z. El aire activado se introdujo en una campana de vidrio grande de 27 litros de capacidad, cuyo interior estaba revestido con una red metálica, MM´.

La campana reposaba sobre una placa de hierro AB. El electroscopio podía cargarse mediante la varilla S. Se anotó la velocidad de descarga del electroscopio antes de introducir el aire activado. Al permitir la entrada del aire activado, la velocidad de descarga aumentó rápidamente, elevándose en el transcurso de unas pocas horas, en un experimento, hasta 30 veces su valor original.

Encontraron que la emanación producía una actividad inducida en las paredes del recipiente que la contenía. El aire succionado de la tierra era aún más activo que el observado en cuevas y sótanos. Así pues, cabe albergar pocas dudas de que la actividad anormal observada en cuevas y sótanos se debe a una emanación radiactiva, presente en la tierra, que se difunde gradualmente hacia la superficie y se acumula en lugares donde el aire no se perturba.

Resultados similares a los obtenidos por Elster y Geitel para el aire extraído de la tierra en Wolfenbüttel fueron obtenidos también más tarde por Ebert y Ewers¹⁴ en Múnich.

Ellos hallaron una emanación fuertemente activa en el suelo y, además, examinaron la variación con el tiempo de la actividad debida a la emanación en un recipiente sellado.

Tras la introducción del aire activo en el recipiente de ensayo, se observó que la actividad aumentaba durante varias horas y luego decaía, según una ley exponencial, con el tiempo, reduciéndose a la mitad en aproximadamente 3,2 días.

Esta velocidad de decapitación es más rápida que la observada para la emanación del radio, que se reduce a la mitad en algo menos de cuatro días.

El aumento de la actividad con el tiempo se debe probablemente a la producción de actividad inducida en las paredes del recipiente por la emanación. En este aspecto es análogo al aumento de la actividad observado cuando la emanación del radio se introduce en un recipiente cerrado.

No se hicieron experimentos definitivos por Ebert y Ewers sobre la velocidad de decaimiento de esta actividad inducida.

En un experimento, la emanación activa, tras permanecer en el recipiente durante 140 horas, fue eliminada aspirando aire ordinario de baja actividad a través del aparato. La actividad descendió rápidamente hasta aproximadamente la mitad de su valor, y esto fue seguido por un decrecimiento muy lento de la actividad con el tiempo.

Este resultado indica que aproximadamente la mitad de la velocidad de descarga observada se debía a la radiación de la emanación y la otra mitad a la actividad inducida producida por ella.

El aparato empleado por Ebert y Ewers en estos experimentos era muy similar al utilizado por Elster y Geitel, mostrado en la Fig. 103.

Ebert y Ewers observaron que, cuando la red de alambre conectada al electroscopio se cargaba negativamente, la velocidad de descarga observada era siempre mayor que cuando se cargaba positivamente. Las diferencias observadas entre las dos velocidades de descarga variaban entre el 10 y el 20 por ciento.

Un efecto similar ha sido observado por Sarasin, Tommasina y Micheli¹⁵ para un alambre activado mediante exposición al aire libre. Esta diferencia en las velocidades de descarga para la electricidad positiva y negativa está probablemente relacionada con la presencia de partículas de polvo o pequeños glóbulos de agua suspendidos en el gas.

Los experimentos de la señorita Brooks (sección 181) han demostrado que las partículas de polvo presentes en el aire que contiene la emanación de torio se vuelven radiactivas. Una gran proporción de estas partículas de polvo adquiere una carga positiva y es transportada hacia el electrodo negativo en un campo eléctrico. Este efecto aumentaría la velocidad de descarga del electroscopio cuando está cargado negativamente.

En experimentos posteriores, Ebert y Ewers notaron que, en algunos casos, cuando el aire se había mantenido en el recipiente durante varios días, el efecto se invertía y el electroscopio mostraba una gran velocidad de descarga al ser cargado positivamente.

J. J. Thomson¹⁶ ha observado que la magnitud de la corriente de ionización depende de la dirección del campo eléctrico, si se suspenden finos glóbulos de agua en el gas ionizado.

En experimentos posteriores, Ebert¹⁷ descubrió que la emanación radiactiva podía eliminarse del aire mediante condensación en aire líquido.

Esta propiedad de la emanación fue descubierta de forma independiente por Ebert antes de conocer los resultados de Rutherford y Soddy sobre la condensación de las emanaciones del radio y del torio.

Para aumentar la cantidad de emanación radiactiva en un volumen dado de aire, una cantidad de aire activo, obtenido mediante la succión de aire del suelo, se condensaba con una máquina de aire líquido. A continuación, se permitía que el aire se evaporara parcialmente, pero el proceso se detenía antes de alcanzar el punto de volatilización de la emanación.

Este proceso se repetía con otra cantidad de aire y se sumaban los residuos. Procediendo de este modo, pudo concentrar la emanación en un pequeño volumen de aire. Al permitir que el aire se evaporara, la ionización del aire en el recipiente de prueba aumentó rápidamente durante un tiempo y luego disminuyó lentamente. Ebert afirma que el máximo para la emanación que había estado licuada durante algún tiempo se alcanzó antes que para el aire fresco. La velocidad de decaimiento de la actividad de la emanación no se alteró al mantenerla a la temperatura del aire líquido durante algún tiempo. En este aspecto, se comporta como las emanaciones del radio y del torio.

J. J. Thomson¹⁸ descubrió que el aire burbujeado a través del agua de la llave de Cambridge mostraba una conductividad mucho mayor que la del aire ordinario. El aire era aspirado a través del agua mediante una bomba de agua hacia un gasómetro grande, donde la corriente de ionización se probaba con un electrómetro sensible.

Cuando se introducía una varilla cargada negativamente en este aire conductor, se volvía activa. Tras una exposición de 15 a 30 minutos en el gas conductor, la varilla, al ser introducida en un segundo recipiente de prueba, aumentaba la corriente de saturación en el recipiente a aproximadamente cinco veces su valor normal.

Se producía muy poco efecto cuando la varilla no estaba cargada o estaba cargada positivamente durante el mismo tiempo. La actividad de la varilla disminuía con el tiempo, reduciéndose a la mitad en unos 40 minutos.

La cantidad de actividad producida en un alambre bajo condiciones constantes era independiente del material del alambre. Los rayos de la varilla se absorbían fácilmente en unos pocos centímetros de aire.

Al principio se creía que estos efectos se debían a la acción de las pequeñas gotas de agua suspendidas en el gas, pues era bien sabido que el aire aspirado rápidamente a través del agua provoca un aumento temporal de su conductividad.

Resultados posteriores, sin embargo, demostraron que había una emanación radiactiva presente en el agua de la llave de Cambridge. Esto llevó a un examen de las aguas de pozos profundos en varias partes de Inglaterra, y J. J. Thomson descubrió que, en algunos casos, se podía obtener una gran cantidad de emanación del agua de pozo.

La emanación se liberaba ya fuera haciendo burbujear aire a través del agua o hirviéndola. Se encontró que los gases obtenidos al hervir el agua eran fuertemente activos.

Una muestra de aire mezclada con la emanación radiactiva fue condensada. Se dejó evaporar el gas licuado, y las porciones anterior y posterior del gas se recolectaron en recipientes separados. Se descubrió que la porción final era unas 30 veces más activa que la primera porción.

Un examen de las propiedades radiactivas de los gases activos así obtenidos ha sido realizado por Adams¹⁹.

Él encontró que la actividad de la emanación decayó, de acuerdo con una ley exponencial, con el tiempo, disminuyendo a la mitad de su valor en aproximadamente 3,4 días. Esto no difiere mucho de la tasa de descomposición de la actividad de la emanación del radio, la cual disminuye a la mitad de su valor en un poco menos de cuatro días.

La actividad inducida producida por la emanación decayó a la mitad de su valor en unos 35 minutos. La descomposición de la actividad inducida por el radio es al principio irregular, pero después de algún tiempo decae, de acuerdo con una ley exponencial, disminuyendo a la mitad de su valor en 28 minutos.

Tomando en cuenta la incertidumbre inherente a las mediciones de la muy pequeña ionización observada en estos experimentos, los resultados indican que la emanación obtenida del agua de pozo en Inglaterra es similar a la emanación del radio, si es que no idéntica a ella.

Adams observó que la emanación era ligeramente soluble en agua. Después de haber hervido agua de pozo durante un tiempo y haberla dejado reposar después, se descubrió que recuperaba su poder de desprender una emanación.

La cantidad obtenida tras dejarla reposar durante un tiempo nunca superaba el 10 por ciento de la cantidad obtenida por primera vez. Por lo tanto, es probable que el agua de pozo, además de las emanaciones mezcladas con ella, también tenga disuelta una ligera cantidad de una sustancia radiactiva permanente.

El agua de lluvia ordinaria o el agua destilada no desprenden ninguna emanación.

Bumstead y Wheeler²⁰ han llevado a cabo un examen muy minucioso de la radiactividad de la emanación obtenida del agua superficial y del suelo en New Haven, Connecticut. La emanación, obtenida del agua mediante ebullición, se hizo pasar a un gran cilindro de prueba, y se realizaron mediciones de la corriente por medio de un electrómetro sensible.

La corriente aumentó gradualmente hasta un máximo, tras la introducción de la emanación, exactamente de la misma manera en que aumenta la corriente en un recipiente tras la introducción de la emanación de radio. La disminución de la actividad de las emanaciones obtenidas del agua y del suelo se midió cuidadosamente y, dentro de los límites del error experimental, coincidió con la velocidad de disminución de la actividad observada para la emanación de radio.

La identidad de las emanaciones del agua y del suelo con la emanación de radio quedó aún más establecida mediante experimentos sobre la velocidad de difusión de la emanación a través de una placa porosa. Mediante pruebas comparativas, se encontró que el coeficiente de difusión de las emanaciones del agua y del suelo era el mismo que el de la emanación de radio. Asimismo, mediante la comparación de la velocidad de difusión del ácido carbónico, se halló que la densidad de la emanación era aproximadamente cuatro veces la del ácido carbónico, un resultado que concuerda bien con el obtenido para la emanación de radio (secciones 161 y 162).

Bumstead²¹ ha descubierto que en el aire de New Haven existe una cantidad considerable de torio, así como emanación de radio.

Para una exposición de tres horas al aire libre, del 3 al 5 por ciento de la actividad inducida en el alambre se debe al torio.

Para una exposición de doce horas, la actividad del torio representaba a veces el 15 por ciento del total.

Debido a la descomposición comparativamente lenta de la actividad inducida del torio, la actividad en el alambre, tras retirarlo durante tres o cuatro horas, se debía casi en su totalidad al torio. La velocidad de descomposición pudo medirse entonces con precisión, y se comprobó que era la misma que la de un alambre expuesto en presencia de la emanación de torio.

Dadourian²² ha examinado el aire subterráneo en New Haven, y ha descubierto que este también contiene una gran cantidad de emanación de torio.

Se cavó en el suelo un agujero circular de unos 50 cm de diámetro y 2 metros de profundidad. Se enrolló un cierto número de alambres en un bastidor aislado y se suspendieron en el agujero, cubriéndose después la parte superior del mismo. El alambre se cargó negativamente mediante una máquina de Wimshurst. Tras una larga exposición, la actividad inducida en el alambre disminuyó a un ritmo que demostró que se trataba de una mezcla de las actividades inducidas del torio y del radio.

Se ha realizado una labor muy extensa en el examen de diversos manantiales termales y minerales en busca de la emanación del radio, y no es posible aquí hacer referencia más que brevemente a unos pocos de los numerosísimos trabajos que se han publicado sobre este tema tanto en Europa como en América.

H. S. Allen y Lord Blythswood²³ han observado que las aguas termales de Bath y Buxton desprendían una emanación radiactiva. Esto fue confirmado por Strutt²⁴, quien descubrió que los gases emanados contenían la emanación del radio, y también que el lodo depositado por los manantiales contenía un rastro de sales de radio.

Estos resultados son de considerable interés, ya que Lord Rayleigh ha observado que el helio está presente entre los gases desprendidos por los manantiales. Parece probable que el helio observado se produzca a partir del radio o de los depósitos radiactivos por los cuales fluye el agua.

Se ha descubierto que muchos manantiales minerales y termales que son famosos por sus propiedades curativas contienen rastros de radio y también cantidades considerables de la emanación del radio. Se ha sugerido que las propiedades curativas pueden deberse en cierta medida a la presencia de estas cantidades minúsculas de radio.

Himstedt²⁵ encontró que las fuentes termales de Baden Baden contenían la emanación de radio, mientras que Elster y Geitel²⁶ examinaron los depósitos formados por estas fuentes y hallaron que contenían pequeñas cantidades de sales de radio. Resultados de carácter similar fueron obtenidos para varias aguas en Alemania por Dorn²⁷, Schenck²⁸ y H. Mache²⁹.

Curie y Laborde³⁰ han analizado las aguas de un gran número de manantiales minerales y han descubierto que la gran mayoría contienen la emanación de radio.

A este respecto, es interesante señalar que Curie y Laborde encontraron muy poca emanación en las aguas de Salins-Moutiers, mientras que Blanc³¹ observó, por otra parte, que el sedimento del manantial era muy activo.

Un examen más detallado de este depósito realizado por Blanc reveló el hecho de que contenía una cantidad considerable de torio. Esto se demostró al comprobar que emitía una emanación cuya actividad se reducía a la mitad en un minuto y producía una actividad inducida que descendía a su valor medio en unas 11 horas.

Boltwood³² ha analizado varias muestras de agua de manantial de diferentes procedencias en América y ha descubierto que muchas de ellas contienen la emanación de radio.

La mayor parte de los resultados sobre la cantidad de emanación de radio procedente de distintas fuentes se han expresado en unidades arbitrarias sin que, en muchos casos, se proporcione ningún patrón comparativo. Boltwood (loc. cit.) ha descrito un método satisfactorio para recolectar y analizar la emanación de diferentes aguas, y ha sugerido que la velocidad de descarga observada mediante el electroscopio o el electrómetro se exprese en función del efecto debido a la emanación liberada al disolver un peso definido del mineral uraninita.

Dado que en todos los minerales analizados hasta ahora la cantidad de radio presente es proporcional a la cantidad de uranio, dicho patrón sería suficientemente preciso para fines prácticos. La emanación liberada a partir de unos pocos centigramos del mineral es suficiente para proporcionar una velocidad de descarga adecuada en un electroscopio.

Este método es preferible al uso de una cantidad conocida de un compuesto de radio como patrón, ya que resulta difícil conocer con certeza la actividad de las preparaciones de radio que puedan estar en posesión de los distintos experimentadores.

277. Radioactividad de los componentes de la tierra.

Elster y Geitel³³ observaron que, aunque en muchos casos la conductividad del aire era anormalmente alta en recintos subterráneos, la conductividad variaba en gran medida de unos lugares a otros.

• En la cueva de Baumann, por ejemplo, la conductividad del aire era nueve veces la normal, pero en la cueva de Iberg solo tres veces la normal.
• En un sótano en Clausthal la conductividad era solo ligeramente mayor que la normal, pero la radioactividad inducida obtenida en un hilo cargado negativamente expuesto en él era solo de ¹⁄₁₁ de la radioactividad inducida obtenida cuando el hilo se exponía al aire libre.

De estos experimentos concluyeron que la cantidad de radioactividad en los diferentes lugares probablemente variaba con la naturaleza del suelo. A continuación, se hicieron observaciones sobre la conductividad del aire extraído por succión de la tierra en distintas partes del país.

• Se encontró que los suelos arcillosos y calizos de Wolfenbüttel eran fuertemente activos, y la conductividad variaba entre cuatro y dieciséis veces la cantidad normal.
• Una muestra de aire procedente de la caliza con conchas de Wurzburgo y del basalto de Wilhelmshöhe mostró muy poca actividad.

Se hicieron experimentos para ver si se podía detectar alguna sustancia radiactiva en el propio suelo. Con este fin, se colocó cierta cantidad de tierra en una cápsula y se introdujo bajo una campana de vidrio, similar a la mostrada en la Fig. 103. La conductividad del aire en el interior de la campana aumentó con el tiempo, elevándose hasta tres veces su valor normal al cabo de varios días.

Se observó poca diferencia entre si la tierra estaba seca o húmeda. La actividad del suelo parecía ser permanente, ya que no se observó ningún cambio en la actividad después de haber dejado reposar la tierra durante ocho meses.

Se hicieron entonces intentos para separar el componente radiactivo del suelo mediante tratamiento químico. Con este fin se analizó una muestra de arcilla. Mediante extracción con ácido clorhídrico se eliminó todo el carbonato de calcio. Al secar la arcilla se observó que la actividad se había reducido, pero esta recuperó espontáneamente su actividad original en el transcurso de unos pocos días.

Parece probable, por tanto, que un producto activo hubiera sido separado del suelo por el ácido. Elster y Geitel consideran que en la arcilla estaba presente una sustancia activa, la cual formaba un producto más fácilmente soluble en ácido clorhídrico que el propio material activo. Parecía haber un proceso de separación análogo al del Th X a partir del torio por precipitación con amoníaco.

También se hicieron experimentos para ver si las sustancias colocadas en la tierra adquirían alguna radiactividad. Con este fin, muestras de arcilla de alfarero, blanco de España y espato pesado, envueltas en lino, se colocaron en la tierra a 50 cm por debajo de la superficie. Al cabo de un mes, se desenterraron y se examinó su actividad.

La arcilla fue la única sustancia que mostró alguna actividad. La actividad de la arcilla disminuyó con el tiempo, lo que demostró que esta había sido inducida en ella por las emanaciones presentes en el suelo.

Elster y Geitel³⁴ han descubierto que se puede obtener una gran cantidad de la emanación radiactiva haciendo pasar aire a través de arcilla por succión. En algunos casos, la conductividad del aire en el recipiente de prueba aumentó más de 100 veces. También han descubierto que el llamado «fango» —un barro fino obtenido de aguas termales en Battaglia, en el norte de Italia— emite de tres a cuatro veces más emanación que la arcilla.

Al tratar el fango con ácido, la sustancia activa presente se disolvió. Al añadir algo de cloruro de bario a la disolución y precipitar el bario como sulfato, se eliminó la sustancia activa y, de este modo, se obtuvo un precipitado con una actividad superior a 100 veces, peso por peso, a la del fango original.

Se realizaron comparaciones de la velocidad de decaimiento de la actividad inducida, debida a la emanación del fango, con la debida a la emanación del radio, y, dentro de los límites de error, se encontró que las curvas de decaimiento obtenidas eran idénticas. Por lo tanto, no puede caber duda de que la actividad observada en el fango se debe a la presencia de una pequeña cantidad de radio. Elster y Geitel calculan que la cantidad de radio contenida en él es de solo aproximadamente una milésima parte de la que se obtiene de un peso igual de pechblenda de Joachimsthal.

Vincenti y Levi Da Zara³⁵ han hallado que las aguas y los sedimentos de varios manantiales termales del norte de Italia contienen la emanación del radio.

Elster y Geitel observaron que el ácido carbónico natural obtenido de grandes profundidades en antiguos suelos volcánicos era radiactivo, mientras que Burton³⁶ halló que el petróleo de un pozo profundo en Ontario, Canadá, contenía una gran cantidad de emanación, probablemente de radio, ya que su actividad se reducía a la mitad en 3,1 días, mientras que la actividad inducida producida por la emanación se reducía a la mitad en unos 35 minutos.

Tras la volatilización del aceite, quedaba un depósito permanentemente activo, lo que indica que probablemente uno o más de los radioelementos estaban presentes en una cantidad diminuta.

Elster y Geitel³⁷ han encontrado que los sedimentos activos obtenidos de los manantiales en Nauheim y Baden Baden mostraban tasas anormales de decaimiento de la actividad inducida. Esto se atribuyó finalmente a la presencia en el depósito tanto de torio como de radio.

Mediante métodos químicos adecuados, las dos sustancias activas se separaron la una de la otra y luego se probaron por separado.

278. Efecto de las condiciones meteorológicas sobre la radiactividad de la atmósfera.

Los experimentos originales de Elster y Geitel sobre la radiactividad inducida derivada de la atmósfera fueron repetidos por Rutherford y Allan³⁸ en Canadá. Se descubrió que se podía obtener una gran cantidad de radiactividad inducida del aire, y que los efectos eran similares a los observados por Elster y Geitel en Alemania. Este era el caso incluso en el día más frío del invierno, cuando el suelo estaba profundamente cubierto de nieve y soplaba viento del norte sobre tierras cubiertas de nieve.

Los resultados mostraron que la presencia de humedad no afectaba gran cosa a la radiactividad presente en el aire, ya que el aire durante un invierno canadiense es extremadamente seco. La mayor cantidad de actividad inducida en un alambre cargado negativamente se obtenía con viento fuerte. En algunos casos, la cantidad producida para un tiempo de exposición dado era de diez a veinte veces la cantidad normal. Un día frío y despejado de invierno solía producir un efecto mayor que un día cálido y nublado de verano.

Elster y Geitel³⁹ han realizado un examen detallado del efecto de las condiciones meteorológicas sobre la cantidad de radiactividad inducida que puede obtenerse de la atmósfera. Para este propósito, diseñaron un aparato portátil sencillo que utilizaron durante toda la serie de experimentos.

Se realizaron un gran número de observaciones, que abarcaron un período de doce meses. Hallaron que la cantidad de actividad inducida obtenida estaba sujeta a grandes variaciones. Los valores extremos obtenidos variaban en una proporción de 16 a 1. No pudo encontrarse ninguna conexión directa entre la cantidad de ionización en la atmósfera y la cantidad de actividad inducida producida.

Descubrieron que la mayor cantidad de actividad inducida se obtenía durante la niebla, cuando la cantidad de ionización en el aire era pequeña. Este resultado, sin embargo, no es necesariamente contradictorio con la idea de que la ionización y la actividad del aire están en cierta medida conectadas.

A partir de los experimentos de la señorita Brooks sobre el efecto del polvo al actuar como portadores de la actividad inducida, debería obtenerse una mayor cantidad de actividad inducida durante la niebla que en aire despejado.

Las partículas de agua se convierten en centros para el depósito de materia radiactiva. Los portadores positivos quedan así anclados y no son eliminados del aire por el campo terrestre.

En un campo eléctrico fuerte, estas pequeñas gotas serán arrastradas hacia el electrodo negativo y manifestarán su actividad en la superficie del alambre.

Por otra parte, la distribución de los glóbulos de agua en el aire hace que los Iones del aire desaparezcan rápidamente como consecuencia de su difusión hacia la superficie de las gotas (véase la sección 31). Por esta razón, cuanto más densa sea la niebla, menor será la conductividad observada en el aire.

Bajar la temperatura del aire ejerció una influencia decidida.

• La actividad promedio observada por debajo de 0° C. fue 1,44 veces la actividad observada por encima de 0° C.

Se encontró que la altura del barómetro ejercía una influencia notable en la cantidad de actividad inducida que se obtenía del aire. Cuanto más bajo estaba el barómetro, mayor era la cantidad de actividad inducida en el aire.

El efecto de la variación en la altura del barómetro se comprende si se considera que probablemente una gran proporción de la radiactividad observada en el aire se debe a las emanaciones radiactivas que se difunden continuamente desde la tierra hacia la atmósfera.

Elster y Geitel han sugerido provocaría que el aire del suelo fuera extraído de los capilares de la tierra hacia la atmósfera. Esto, sin embargo, no necesita ser necesariamente el caso si las condiciones de escape de la emanación hacia la atmósfera se alteran por la variación en la posición del agua subterránea o por una fuerte caída de lluvia.

La cantidad de actividad excitada que se podía obtener del aire en la costa báltica era de solo un tercio de la observada tierra adentro en Wolfenbüttel.

Los experimentos sobre la radiactividad del aire en mar abierto serían de gran importancia para determinar si la radiactividad observada en el aire se debe únicamente a las emanaciones del suelo.

Es probable que la radiactividad del aire en diferentes puntos de la Tierra varíe considerablemente y dependa en gran medida de la naturaleza del suelo.

Saake⁴⁰ ha descubierto que la cantidad de emanación presente en el aire a grandes altitudes en el valle de Arosa, en Suiza, es mucho mayor que la cantidad normal en niveles más bajos. Elster y Geitel han observado que también hay un mayor número de iones en el aire a gran altitud, y sugieren que el efecto curativo de los manantiales termales y las acciones fisiológicas del aire en las zonas altas pueden estar relacionados con la presencia de una cantidad inusual de materia radiactiva en la atmósfera.

Simpson⁴¹ hizo experimentos sobre la cantidad de radiactividad inducida en Karasjoh, Noruega, a una altura de unas 150 pies sobre el nivel del mar. El sol no se elevaba por encima del horizonte durante el tiempo en que se tomaron las observaciones. La cantidad media de radiactividad inducida obtenida del aire fue considerablemente mayor que la cantidad normal observada por Elster y Geitel en Alemania. Esto resultaba tanto más sorprendente cuanto que el suelo estaba helado y cubierto de nieve profunda.

Allan,

working in Montreal, Canada, early observed that the amount of activity to be obtained from the air was about the same in summer as in winter, although, in the latter case, the whole earth was deeply frozen and covered with snow, and the winds blew from the north over snow-covered lands.

Under such conditions, a diminution of the amount of activity is to be expected since the diffusion of the emanation must be retarded, if not altogether stopped, by the freezing of the soil. On the other hand, it appears difficult to escape from the conclusion of Elster and Geitel that the emanation present in the atmosphere is evolved from the earth itself.

Algunos experimentos interesantes han sido realizados por McLennan⁴² sobre la cantidad de radiactividad inducida que se puede obtener del aire cuando este se llena de una fina pulverización. Los experimentos se realizaron al pie de la catarata americana en Niágara. Se suspendió un hilo aislado cerca del pie de la catarata y se comparó la cantidad de actividad inducida en el hilo con la cantidad que se obtenía en el mismo hilo para la misma exposición en Toronto.

La cantidad de actividad obtenida del aire en Toronto fue generalmente de cinco a seis veces superior a la obtenida del aire en las cataratas. En estos experimentos no fue necesario utilizar una máquina eléctrica para cargar el hilo negativamente, ya que el agua pulverizada en caída mantuvo el hilo aislado cargado permanentemente a un potencial de unos -7500 voltios. Estos resultados indican que el agua pulverizada en caída tenía carga negativa y electrizó el hilo.

La pequeña cantidad de radiactividad inducida en las cataratas se debió probablemente al hecho de que las gotas cargadas negativamente extrajeron de la atmósfera los portadores radiactivos cargados positivamente y, al caer, los arrastraron al río de abajo. Al recolectar el agua pulverizada y evaporarla, no se obtuvo ningún residuo activo. Tal resultado es, sin embargo, de esperar debido a la minúscula proporción del aerosol analizado en comparación con el presente en el aire.

279. Una radiación muy penetrante procedente de la superficie terrestre.

McLennan⁴³, y Rutherford y Cooke⁴⁴ de forma independiente, observaron la presencia de una radiación muy penetrante en el interior de los edificios.

McLennan midió la conductividad natural del aire en un gran cilindro metálico cerrado por medio de un electrómetro sensible. El cilindro se colocó entonces dentro de otro y el espacio entre ambos se llenó de agua. Para un espesor de agua entre los cilindros de 25 cm, la conductividad del aire en el cilindro interior descendió a aproximadamente el 63 por ciento de su valor inicial. Este resultado muestra que parte de la ionización en el cilindro interior se debía a una radiación penetrante procedente de una fuente externa, la cual era absorbida parcial o totalmente en el agua.

Rutherford y Cooke observaron que la velocidad de descarga de un electrómetro de latón sellado disminuía al colocar una pantalla de plomo alrededor del electrómetro. Una investigación detallada de la disminución en la velocidad de descarga del electrómetro, al ser rodeado por pantallas metálicas, fue realizada posteriormente por Cooke⁴⁵.

Un espesor de 5 cm de plomo alrededor del electrómetro disminuyó la velocidad de descarga en aproximadamente un 30 por ciento. Un aumento adicional en el espesor de la pantalla no tuvo efecto. Cuando el aparato fue rodeado por 5 toneladas de plomo en lingotes, la velocidad de descarga fue aproximadamente la misma que cuando estaba rodeado por una placa de unos 3 cm de espesor. Una pantalla de hierro también disminuyó la velocidad de descarga en una medida similar a la del plomo.

Al disponer adecuadamente pantallas de plomo, se encontró que la radiación provenía por igual de todas direcciones. Tenía la misma intensidad de noche que de día. Para asegurarse de que esta radiación penetrante no se originaba por la presencia de sustancias radiactivas en el laboratorio, los experimentos se repitieron en edificios en los cuales nunca se habían introducido sustancias radiactivas, y también en terreno abierto muy alejado de cualquier edificio.

En todos los casos se observó una disminución en la velocidad de descarga del electrómetro al estar rodeado por pantallas de plomo. Estos resultados muestran que existe una radiación penetrante en la superficie de la tierra, originada en parte por la propia tierra y en parte por la atmósfera.

El resultado no es sorprendente cuando se tiene en cuenta la radiactividad de la tierra y de la atmósfera. El autor ha hallado que los cuerpos activados por la exposición a las emanaciones del torio y del radio emiten rayos γ. Podemos esperar, por tanto, que la radiactividad inducida, muy similar, que está presente en la tierra y en la atmósfera, dé lugar también a rayos γ de carácter parecido. Trabajos más recientes, sin embargo (sección 286), indican que esta explicación no es suficiente para explicar todos los hechos observados.

280. Comparación de la radiactividad de la atmósfera con la producida por los radioelementos. Los fenómenos radiactivos observados en la tierra y en la atmósfera son de carácter muy similar a los producidos por el torio y el radio. Las emanaciones radiactivas están presentes en el aire de las cuevas y sótanos, en el ácido carbónico natural y en el agua de pozos profundos, y estas emanaciones producen una radiactividad inducida en todos los cuerpos que están en contacto con ellas. Surge ahora la cuestión de si estos efectos se deben enteramente a los radioelementos conocidos presentes en la tierra o a tipos desconocidos de materia radiactiva.

El método más sencillo para comprobar este punto es comparar la velocidad de desintegración del producto radiactivo en la atmósfera con las de los productos radiactivos conocidos del torio y del radio.

Un examen superficial de los hechos muestra inmediatamente que la radiactividad de la atmósfera está mucho más emparentada con los efectos producidos por el radio que con los debidos al torio.

La actividad de la emanación liberada del agua de pozo, y también la succionada de la tierra, se reduce a la mitad en aproximadamente 3,3 días, mientras que la actividad de la emanación del radio se reduce a la mitad en un intervalo de 3,7 a 4 días.

Teniendo en cuenta la dificultad de realizar determinaciones precisas de estas magnitudes, las velocidades de desintegración de la actividad de las emanaciones de la tierra y del radio coinciden dentro de los límites del error experimental.

Un gran número de observadores han encontrado que la emanación de radio está presente en el agua de los manantiales termales y en el sedimento depositado por ellos.

Bumstead y Wheeler han demostrado que la emanación procedente del suelo y del agua superficial de New Haven es idéntica a la del radio. Si las emanaciones de la tierra y del radio son las mismas, las actividades inducidas producidas deberían tener la misma velocidad de decaimiento.

La emanación del agua de pozo en Inglaterra cumple aproximadamente esta condición (sección 276), pero una observación registrada por Ebert y Ewers (sección 276) parece mostrar que la actividad inducida debida a la emanación extraída de la tierra decae a una velocidad muy lenta en comparación con la debida al radio.

Bumstead ha aportado pruebas indiscutibles de que la emanación del torio, así como la del radio, también está presente en la atmósfera de New Haven, mientras que Dadourian ha demostrado que es emitida por el suelo de New Haven. Blanc, y Elster y Geitel, también han descubierto que el torio está presente en los sedimentos de algunos manantiales termales.

Si la materia activa de la atmósfera consiste principalmente en la emanación de radio, el depósito activo sobre un hilo cargado negativamente, expuesto al aire libre, debería consistir inicialmente en radio A, B y C. La curva de decaimiento debería ser idéntica a la curva de decaimiento de la actividad inducida del radio, medida por los rayos $\alpha$, es decir, debería haber una caída inicial rápida correspondiente al cambio inicial de 3 minutos, luego una tasa lenta de variación, decayendo la actividad al cabo de varias horas a la mitad de su valor en unos 28 minutos (véase la sección 222).

Bumstead ha observado la rápida caída inicial para el aire en New Haven. Allan⁴⁶ no observó esta caída inicial en Montreal, pero halló que la actividad disminuía a la mitad de su valor en unos 45 minutos, contando desde un tiempo de unos 10 minutos después de retirar el hilo activo. Esta es aproximadamente la tasa de decaimiento que cabe esperar para el depósito activo de radio en el mismo intervalo.

Allan obtuvo indicios de que había varios tipos de materia activa depositados en el hilo. Por ejemplo, la actividad transferida desde el hilo activo a un trozo de cuero, humedecido con amoníaco, disminuyó a la mitad de su valor en 38 minutos; para un trozo de fieltro absorbente tratado de manera similar, la actividad disminuyó a la mitad de su valor en 60 minutos, siendo el tiempo normal para el hilo no tratado de 45 minutos.

Es probable que esta variación en la velocidad de desintegración se deba al hecho de que se transfirieron proporciones desiguales de radio B y C del hilo a la goma. Si se eliminara una proporción mayor de B que de C, la desintegración sería más lenta y viceversa.

El hecho de que la actividad de la lluvia y la nieve se reduzca a la mitad en unos 30 minutos es un fuerte indicio de que la emanación de radio está presente en la atmósfera. La materia activa de la lluvia y la nieve, tras reposar algún tiempo, consistiría principalmente en radio C, y esta debería desintegrarse exponencialmente con el tiempo, reduciéndose a la mitad en 28 minutos.

Debido a la rápida descomposición de la emanación de torio —con un periodo de semidesintegración de un minuto—, no es probable que gran parte de la radiactividad de la atmósfera pueda atribuirse a ella. Su efecto sería más pronunciado cerca de la superficie del suelo.

Casi no puede caber duda de que una gran parte de la radiactividad de la atmósfera se debe a la emanación del radio, que se difunde continuamente en la atmósfera desde los poros de la tierra.

Dado que se ha observado radiactividad en la atmósfera en todos los puntos en los que hasta ahora se han realizado observaciones, la materia radiactiva debe estar distribuida en cantidades diminutas por todo el suelo de la tierra. Las emanaciones volátiles escapan a la atmósfera por difusión, o son transportadas a la superficie en el agua de manantial o mediante el escape de gases subterráneos, y causan los fenómenos radiactivos observados en la atmósfera. La observación de Elster y Geitel de que la radiactividad del aire es mucho menor cerca del mar que en el interior se explica de inmediato si la radiactividad de la atmósfera se debe principalmente a la difusión de emanaciones del suelo hacia el aire situado por encima de este.

Los gases raros helio y xenón, que existen en la atmósfera, han sido analizados y se ha encontrado que no son radiactivos. La radiactividad del aire no puede atribuirse a una ligera radiactividad poseída por ninguno de estos gases.

281. Cantidad de emanación de radio en la atmósfera.

Es de gran interés calcular una estimación de la cantidad de emanación de radio presente en la atmósfera, ya que, dado que proviene de la tierra, sirve indirectamente como un medio para calcular la cantidad de radio que se encuentra distribuida en una delgada corteza terrestre.

Algunos experimentos en este sentido han sido realizados por Eve en el laboratorio del autor. Los experimentos aún no han concluido, pero los resultados obtenidos hasta ahora permiten calcular la cantidad probable de emanación por kilómetro cúbico de la atmósfera cercana a la tierra.

Los experimentos se realizaron primero con un gran tanque de hierro de 154 cm de lado y 730 cm de profundidad, en un edificio en el que nunca se había introducido radio ni ningún otro material radiactivo. La corriente de ionización de saturación para el aire del tanque se midió primero mediante un electroscopio, conectado a un electrodo aislado que atravesaba el centro del tanque cerrado.

Suponiendo que la ionización en el tanque era uniforme, se encontró que el número de iones producido por c.c. de aire en el tanque era de 10. Este es un valor considerablemente menor que el que se suele observar en un recipiente cerrado pequeño (véase la sección 284).

• Cooke obtuvo el valor de 10 para un electroscopio de latón bien limpiado, rodeado de plomo, mientras que
• Schuster obtuvo un valor de alrededor de 12 para el aire en el laboratorio de la Owens College, Mánchester.

Para medir la cantidad de actividad inducida procedente del tanque, un hilo metálico central aislado se cargó negativamente a unos 10 000 voltios mediante una máquina de Wimshurst. Al cabo de dos horas, se retiró el hilo y se arrolló en un bastidor aislado conectado a un electroscopio de hojas de oro. Se comprobó que la velocidad de decaimiento de la actividad en el hilo era aproximadamente la misma que para la actividad inducida producida por la emanación de radio.

Con objeto de calcular la cantidad de emanación de radio presente en el tanque grande, se realizaron experimentos especiales con un tanque más pequeño en el que se introdujo una cantidad conocida de la emanación de radio empleando una solución de bromuro de radio puro de concentración conocida. Un hilo central se utilizó como electrodo negativo al igual que antes y, tras retirarlo, se arrolló en el bastidor y se probó su actividad.

De este modo se halló que la cantidad de emanación de radio presente en el tanque grande, para poder producir la actividad inducida observada, debía de haber sido igual a la cantidad de equilibrio o máxima que se obtiene a partir de 9,5 × 10^-9 gramos de bromuro de radio puro. El volumen del tanque grande era de 17 metros cúbicos, de modo que la cantidad de emanación presente por metro cúbico era equivalente a la liberada por 5,6 × 10^-10 gramos de bromuro de radio en equilibrio radiactivo.

Si se toma la cantidad de emanación del tanque como la cantidad media existente en el aire exterior, la cantidad de emanación de radio presente por kilómetro cúbico de aire equivale a la aportada por 0,56 gramos de bromuro de radio.

Para los fines del cálculo, supóngase que la emanación está distribuida uniformemente sobre la porción de tierra de la superficie terrestre (¼ de la superficie total) y que se extiende hasta una altura media de 5 kilómetros.

El aire sobre el mar no se toma en cuenta, ya que su radiactividad no ha sido examinada. La cantidad total de emanación presente en la atmósfera bajo estas condiciones corresponde a la aportada por unas 400 toneladas de bromuro de radio.

Para mantener esta cantidad de emanación en la atmósfera, debe ser suministrada a un ritmo constante desde la superficie terrestre. Dado que la mayor parte de la emanación probablemente escapa al aire por transpiración y difusión a través del suelo, la emanación solo puede llegar a la superficie desde una capa muy delgada de la tierra.

El espesor probable de esta capa puede estimarse si se asume que la pérdida actual de calor de la tierra es abastecida por la materia radiactiva contenida en ella. Hemos visto (sección 271) que, según esta hipótesis, debe haber una cantidad de materia activa en la tierra que corresponda a unos 300 millones de toneladas de radio.

Si se supone que esta está distribuida uniformemente, un espesor de capa de unos 13 metros será suficiente para mantener la cantidad calculada de emanación en la atmósfera. Este espesor de capa es del orden de magnitud que cabría esperar a partir de consideraciones generales.

Estos resultados conducen indirectamente a la conclusión de que una gran cantidad de emanación existe indudablemente en la corteza superficial de la tierra.

También se hicieron experimentos por Eve con un gran cilindro de cinc expuesto al aire libre. Volumen por volumen, la cantidad media de actividad inducida derivada de él fue de solo alrededor de un tercio de la obtenida del gran tanque de hierro. Esto reduciría la cantidad de emanación, deducida previamente, a aproximadamente un tercio.

Antes de que tales cálculos puedan considerarse del todo definitivos, será necesario realizar mediciones comparativas de la cantidad de emanación en la atmósfera en varias partes de la tierra.

El aire en Montreal no es anormalmente activo, por lo que los cálculos probablemente dan el orden de magnitud correcto de las cantidades.

Eve también observó que la cantidad de actividad que se podía obtener por unidad de longitud del hilo en el cilindro de zinc de unos 70 cm de diámetro era aproximadamente la misma que para un hilo de 0,5 mm de diámetro cargado a 10.000 voltios al aire libre, sostenido a 20 pies del suelo.

Esto demuestra que dicho potencial no atrae a los portadores de actividad inducida que se encuentran a más de medio metro de distancia, y probablemente el alcance sea aún menor.

Es de gran importancia averiguar qué proporción del número de iones producidos en la atmósfera se debe a la materia radiactiva distribuida en ella.

Los resultados de Eve con el gran tanque de hierro, al que ya se ha hecho referencia, indican que una gran proporción de la ionización en el tanque se debía a la materia radiactiva contenida en él, ya que la relación entre la actividad inducida en el electrodo central y la corriente de ionización total en el tanque era de aproximadamente ⁷⁄₁₀ de la relación correspondiente para un tanque más pequeño en el que se había introducido una provisión de emanación de radio.

Este resultado requiere confirmación mediante experimentos en otras partes de la tierra, pero los resultados apuntan a la conclusión de que una gran parte, si no toda, de la ionización en la superficie terrestre se debe a materia radiactiva distribuida en la atmósfera.

Una tasa constante de producción de 30 iones por segundo por c.c. de aire, que se ha observado al aire libre en la superficie de la tierra en diversas localidades, sería producida por la presencia en cada c.c. de aire de la cantidad de emanación liberada a partir de 2·4 × 10^-15 gramos de bromuro de radio en equilibrio radiactivo.

No es probable, sin embargo, que la ionización de la parte superior de la atmósfera se deba únicamente a esta causa. Para explicar el mantenimiento de la gran carga positiva que generalmente existe en la alta atmósfera, debe haber una fuerte ionización del aire superior, la cual puede deberse posiblemente a radiaciones ionizantes emitidas por el sol.

282. Ionización del aire atmosférico.

Se han realizado un gran número de mediciones durante los últimos años para determinar la cantidad relativa de ionización en la atmósfera en diferentes localidades y a diferentes altitudes.

Las mediciones de este tipo fueron emprendidas por primera vez por Elster y Geitel con un tipo especial de electroscopio. Un cuerpo cargado expuesto al aire se conectaba a un electroscopio portátil, y la velocidad de pérdida de carga se observaba mediante el movimiento de la hoja de oro o aluminio.

Las velocidades de descarga del electroscopio para la electricidad positiva y negativa eran generalmente diferentes, y la relación dependía de la localidad, de la altitud y de las condiciones meteorológicas. Este aparato no es adecuado para mediciones cuantitativas y las deducciones que se deben extraer de las observaciones son necesariamente algo indefinidas.

Ebert⁴⁷ ha diseñado un aparato portátil en el cual se puede determinar fácilmente el número de iones por c.c. del aire.

Una corriente constante de aire es aspirada entre dos cilindros concéntricos por medio de un ventilador accionado por un peso descendente. El cilindro interior está aislado y conectado a un electroscopio.

Conociendo la capacidad del aparato y la velocidad de la corriente de aire, la velocidad de movimiento de la hoja de oro proporciona una medida del número de iones presentes en la unidad de volumen del aire aspirado entre los cilindros.

De este modo, Ebert descubrió que el número de iones en el aire era algo variable, pero que por término medio correspondía a unos 2600 por centímetro cúbico en la localidad concreta donde se hicieron las mediciones.

Este es el número de equilibrio de iones presentes por c.c. cuando la tasa de producción equilibra la tasa de recombinación.

Si q es el número de iones producido por segundo por unidad de volumen del aire y n es el número de equilibrio, entonces q = αn² donde α es la constante de recombinación (sección 30).

Mediante una ligera modificación en el aparato de Ebert, Schuster⁴⁸ ha demostrado que se puede determinar la constante de recombinación para la muestra particular de aire bajo investigación.

El valor así obtenido para el aire en las cercanías de Manchester fue variable, y de dos a tres veces mayor que el del aire libre de polvo. Los resultados de algunas medidas preliminares mostraron que el número de iones presentes por c.c. del aire en distintas localidades variaba de 2370 a 3660, mientras que el valor de q, el número de iones producido por c.c. por segundo, variaba entre 12 y 38,5.

Rutherford y Allan y Eberts demostraron que los iones en el aire tenían aproximadamente la misma movilidad que los iones producidos en el aire por los rayos Röntgen y sustancias radiactivas.

En algunas determinaciones recientes de Mache y Von Schweidler⁴⁹, se encontró que la velocidad del ión positivo era de aproximadamente 1·02 cms. por segundo, y la del negativo de 1·25 cms., para un gradiente de potencial de un voltio por cm.

Langevin⁵⁰ ha demostrado recientemente que, además de estos iones de movimiento rápido, también están presentes en la atmósfera algunos iones que viajan extremadamente despacio en un campo eléctrico.

El número de estos iones de movimiento lento en el aire de París es aproximadamente 40 veces mayor que el número de los iones más rápidos. Este resultado es de gran importancia, pues en el aparato de Ebert estos iones escapan a la detección, ya que el campo eléctrico no es lo suficientemente fuerte como para transportarlos hasta los electrodos durante el tiempo de su paso entre los cilindros.

283. Radiactividad de los materiales ordinarios.

Se ha demostrado que la materia radiactiva parece estar distribuida de manera bastante uniforme sobre la superficie de la tierra y en la atmósfera.

Surge la importantísima cuestión de si la pequeña radiactividad observada se debe a radioelementos conocidos o desconocidos presentes en la tierra y la atmósfera, o a una débil radiactividad de la materia en general, que solo es fácilmente detectable cuando hay grandes cantidades de materia presentes.

La evidencia experimental aún no es suficiente para responder a esta pregunta, pero se ha obtenido una prueba indudable de que muchos de los metales muestran una radiactividad muy débil. Si esta radiactividad se debe a la presencia de un ligero rastro de los radioelementos o es una propiedad real de los metales mismos se discutirá con más detalle en la sección 286.

Schuster⁵¹ ha señalado que se ha descubierto que toda propiedad física hallada hasta ahora en un elemento es compartida por todos los demás en diferentes grados. Por ejemplo, la propiedad del magnetismo se manifiesta con mayor intensidad en el hierro, el níquel y el cobalto, pero se observa que todas las demás sustancias son débilmente magnéticas o diamagnéticas.

Por lo tanto, basándose en principios generales, cabría esperar que toda la materia exhibiera la propiedad de la radiactividad en diversos grados. Según la perspectiva desarrollada en el capítulo X., la presencia de esta propiedad es un indicio de que la materia está experimentando un cambio acompañado de la expulsión de partículas cargadas. Sin embargo, no se deduce en absoluto que, porque el átomo de un elemento se vuelva inestable y se desintegre con el tiempo, los átomos de todos los demás elementos pasen por fases similares de inestabilidad.

Ya se ha mencionado (sección 8) que Mme. Curie hizo un examen muy exhaustivo de la mayoría de los elementos y sus compuestos en busca de radioactividad.

Se utilizó el método eléctrico y cualquier sustancia que poseyera una actividad de ¹⁄₁₀₀ de la del uranio habría sido detectada con certeza. Con excepción de los elementos radioactivos conocidos y los minerales que contienen uranio y torio, no se encontró ninguna otra sustancia que fuera radioactiva ni siquiera en ese grado.

Ciertas sustancias como el fósforo⁵² poseen la propiedad de ionizar un gas bajo condiciones especiales. El aire que se hace pasar sobre el fósforo es conductor, pero aún no se ha determinado si esta conductividad se debe meramente a los iones formados en la superficie del fósforo o a los iones producidos por los núcleos de fósforo o emanaciones, como se les ha denominado, que son arrastrados junto con la corriente de aire.

No parece, sin embargo, que la ionización del gas se deba en modo alguno a la presencia de un tipo de radiación penetrante como la emitida por los cuerpos radiactivos.

Le Bon (sección 8) observó que el sulfato de quinina, después de ser calentado a una temperatura inferior al punto de fusión y luego dejado enfriar, mostraba durante un tiempo una fuerte fosforescencia y era capaz de descargar rápidamente un electróscopo. La acción de descarga del sulfato de quinina bajo diversas condiciones ha sido examinada muy cuidadosamente por la señorita Gates⁵³.

La ionización no pudo observarse a través de una fina lámina de aluminio o de pan de oro, sino que parecía estar limitada a la superficie del sulfato. Se encontró que la corriente observada por un electrómetro variaba con la dirección del campo eléctrico, lo que indica que los iones positivos y negativos tenían movilidades muy diferentes. La acción de descarga parece deberse bien a una ionización del gas muy cerca de la superficie por algunas ondas de luz ultravioleta corta, que acompañan a la fosforescencia, o bien a una acción química que tiene lugar en la superficie.

Por lo tanto, ni el fósforo ni el sulfato de quinina pueden considerarse radiactivos, ni siquiera en las condiciones especiales en las que son capaces de descargar un cuerpo electrizado. En ninguno de los dos casos se ha encontrado evidencia de que la ionización se deba a la emisión de una radiación penetrante.

No se ha obtenido todavía ninguna prueba cierta de que se pueda hacer que un cuerpo sea radiactivo mediante la exposición a los rayos Röntgen o a los rayos catódicos.

Un metal expuesto a la acción de los rayos Röntgen da lugar a una radiación secundaria que se absorbe muy fácilmente en unos pocos centímetros de aire. Es posible que esta radiación secundaria resulte ser análoga en algunos aspectos a los rayos $\alpha$ de los elementos radiactivos.

La radiación secundaria, sin embargo, cesa inmediatamente después de interrumpir los rayos Röntgen. Villard⁵⁴ afirmó que un trozo de bismuto producía una débil acción fotográfica tras haber estado expuesto durante algún tiempo a la acción de los rayos catódicos en el vacío. No obstante, no se ha demostrado que el bismuto emita rayos de un carácter similar a los de los cuerpos radiactivos.

Los experimentos de Ramsay y Cooke sobre la producción de una actividad aparente en materia inactiva mediante las radiaciones del radio ya han sido discutidos en la sección 264.

La existencia de una radiactividad muy débil en la materia ordinaria se ha deducido del estudio de la conductividad de los gases en recipientes cerrados. La conductividad es extremadamente diminuta y se requieren métodos especiales para determinarla con precisión. A continuación se ofrecerá una breve reseña del desarrollo gradual de nuestro conocimiento sobre esta importante cuestión.

284. Conductividad del aire en recipientes cerrados.

Desde la época de Coulomb en adelante, varios investigadores han creído que un conductor cargado colocado dentro de un recipiente cerrado perdía su carga más rápidamente de lo que podía explicarse por la fuga de conducción a través del soporte aislante.

Matteucci, ya en 1850, observó que la velocidad de pérdida de carga era independiente del potencial.

Boys, utilizando aislantes de cuarzo de diferentes longitudes y diámetros, llegó a la conclusión de que la fuga debía producirse en parte a través del aire. Se creía que esta pérdida de carga en un recipiente cerrado se debía de algún modo a la presencia de partículas de polvo en el aire.

Al descubrirse que los gases se convierten en conductores temporales de la electricidad bajo la influencia de los rayos Röntgen y de los rayos de las sustancias radiactivas, la atención volvió a centrarse en esta cuestión. Geitel⁵⁵ y C. T. R. Wilson⁵⁶ abordaron el problema de forma independiente, y ambos llegaron a la conclusión de que la pérdida de carga se debía a una ionización constante del aire en el recipiente cerrado.

Geitel empleó en sus experimentos un aparato similar al mostrado en la Fig. 103. Se observó la pérdida de carga de un electroscopio de Exner, con el cilindro de tela metálica Z acoplado, en un recipiente cerrado que contenía unos 30 litros de aire. Se comprobó que el sistema del electroscopio disminuía su potencial a un ritmo de unos 40 voltios por hora, y se demostró que esta fuga no se debía a una falta de aislamiento de los soportes.

Wilson, por otra parte, empleó un recipiente de muy pequeño volumen, con el fin de trabajar con aire que pudiera librarse por completo de polvo. En los primeros experimentos se empleó un recipiente de vidrio plateado con un volumen de solo 163 c. c. La disposición experimental se muestra en la Fig. 104.

El conductor, cuya pérdida de carga iba a medirse, se colocaba cerca del centro del recipiente A. Consistía en una tira estrecha de metal con una hoja de oro adherida. La tira de metal se fijaba a la varilla superior mediante una pequeña perla de azufre.

La varilla superior estaba conectada a un condensador de azufre con un electrómetro de Exner B acoplado para indicar su potencial. El sistema de la hoja de oro se cargaba inicialmente al mismo potencial que la varilla superior y el condensador mediante un fino hilo de acero que se hacía tocar el sistema de la hoja de oro por la atracción de un imán acercado a este.

La velocidad de movimiento de la hoja de oro se medía por medio de un microscopio provisto de un ocular micrométrico. Manteniendo la varilla superior a un potencial ligeramente superior al del sistema de la hoja de oro, se garantizaba que la pérdida de carga del sistema de la hoja de oro no se debiera en modo alguno a una fuga por conducción a través de la perla de azufre.

El método empleado por Wilson en estos experimentos es muy seguro y conveniente cuando se ha de observar una tasa de descarga extremadamente pequeña. A este respecto, el electroscopio mide con seguridad una tasa de pérdida de carga mucho menor de lo que puede medirse con un electrómetro sensible.

Tanto Geitel como Wilson descubrieron que la pérdida de carga del sistema aislado en aire libre de polvo era la misma para una carga positiva que para una negativa, y era independiente del potencial en un rango considerable.

La pérdida era la misma en la oscuridad que con luz diurna difusa. La independencia de la pérdida respecto al potencial es una prueba contundente de que la pérdida de carga se debe a una ionización constante del aire.

Cuando el campo eléctrico que actúa sobre el gas supera un cierto valor, todos los iones son transportados a los electrodos antes de que ocurra la recombinación. Se alcanza una corriente de saturación, la cual será independiente de un mayor aumento del campo eléctrico, siempre y cuando, por supuesto, no se aplique un potencial lo suficientemente alto como para hacer saltar una chispa.

C. T. R. Wilson ha ideado recientemente un experimento sorprendente para demostrar la presencia de iones en el aire libre de polvo que no está expuesto a ninguna agencia ionizante externa.

Dos grandes placas metálicas se colocan en un recipiente de vidrio conectado a un aparato de expansión similar al descrito en la sección 34. Al expandir el aire, la presencia de los iones se pone de manifiesto por la aparición de una ligera nube entre las placas. Estos núcleos de condensación llevan una carga eléctrica y son aparentemente similares en todos los aspectos a los iones producidos en los gases por los rayos X, o por los rayos de sustancias radiactivas.

Wilson descubrió que la pérdida de carga del sistema aislado era independiente de la localidad. La velocidad de descarga no se alteraba cuando el aparato se colocaba en un túnel profundo, por lo que no parecía que la pérdida de carga se debiera a una radiación externa.

Sin embargo, a partir de experimentos ya descritos (sección 279), es probable que alrededor del 30 por ciento de la velocidad de descarga observada se debiera a una radiación muy penetrante. Este experimento de Wilson indica que la intensidad de la radiación penetrante era la misma en el túnel que en la superficie de la tierra.

Wilson descubrió que la ionización del aire era aproximadamente la misma en un recipiente de latón que en uno de vidrio, y llegó a la conclusión de que el aire se ionizaba espontáneamente.

Utilizando un recipiente de latón de un volumen de unos 471 c.c., Wilson determinó el número de iones que deben producirse en el aire por unidad de volumen por segundo, para dar cuenta de la pérdida de carga del sistema aislado. Se encontró que el sistema de fuga tenía una capacidad de alrededor de 1,1 unidades electrostáticas, y perdía su carga a una velocidad de 4,1 voltios por hora para un potencial de 210 voltios, y 4,0 voltios por hora para un potencial de 120 voltios. Tomando la carga de un ion como 3,4 × 10^-10 unidades electrostáticas, esto corresponde a una producción de 26 iones por segundo.

Rutherford y Allan⁵⁷ repitieron los resultados de Geitel y Wilson, utilizando un método electrométrico. La corriente de saturación se observó entre dos cilindros concéntricos de zinc de 25,5 y 7,5 cm de diámetro, respectivamente, y 154 cm de longitud. Se encontró que la corriente de saturación podía obtenerse prácticamente con un potencial de unos pocos voltios. Sin embargo, la saturación se obtenía con un voltaje menor después de que el aire hubiera permanecido en reposo dentro de los cilindros durante varios días. Esto se debía probablemente al asentamiento gradual del polvo presente originalmente en el aire.

Posteriores observaciones sobre el número de iones producidos en el aire en recipientes sellados han sido realizadas por Patterson⁵⁸, Harms⁵⁹ y Cooke⁶⁰.

Los resultados obtenidos por diferentes observadores se muestran en la siguiente tabla. El valor de la carga de un ion se toma como 3·4 × 10^-10 unidades electrostáticas:

Más adelante se demostrará que las diferencias en estos resultados se deben probablemente a diferencias en la radiactividad del recipiente que los contiene.

285. Efecto de la presión y naturaleza del gas.

C. T. R. Wilson (loc. cit.) halló que la velocidad de pérdida de carga de un conductor cargado variaba aproximadamente como la presión del aire entre las presiones examinadas, a saber, 43 mm y 743 mm de mercurio. Estos resultados apuntan a la conclusión de que, en un buen vacío, un cuerpo cargado perdería su carga extremadamente despacio. Esto coincide con una observación de Crookes, quien halló que un par de hojas de oro retenían su carga durante varios meses en un alto vacío.

Wilson⁶¹ en una fecha posterior investigó la fuga para diferentes gases. Los resultados se incluyen en la siguiente tabla, donde la ionización producida en el aire se toma como la unidad:

Con excepción del hidrógeno, la ionización producida en diferentes gases es aproximadamente proporcional a su densidad. La ionización relativa es muy similar a la observada por Strutt (sección 45) para gases expuestos a la influencia de los rayos $\alpha$ y $\beta$ de sustancias radiactivas, y apunta a la conclusión de que la ionización observada puede deberse ya sea a una radiación proveniente de las paredes del recipiente o de fuentes externas.

Jaffé⁶² ha examinado detenidamente la ionización natural en el gas muy pesado carbonilo de níquel, Ni(CO)₄, en un pequeño recipiente de vidrio plateado. La ionización de este gas fue de 5,1 veces la del aire a presión normal, mientras que su densidad es de 5,9 veces la del aire. La fuga del electróscopo fue casi proporcional a las presiones, excepto a baja presión, momento en el cual la fuga fue algo mayor de lo que cabría esperar si se cumpliera la ley de la presión. El hecho de que un gas de tan alta densidad y estructura complicada se comporte como los gases más simples y ligeros es un fuerte indicio de que la ionización en sí se debe a una radiación proveniente de las paredes del recipiente y no a una ionización espontánea del gas.

Patterson⁶³ examinó la variación de la ionización del aire con la presión en un gran recipiente de hierro de 30 cm de diámetro y 20 cm de longitud. La corriente entre un electrodo central y el cilindro se midió mediante un electrómetro de Dolezalek sensible.

Encontró que la corriente de saturación era prácticamente independiente de la presión para presiones superiores a 300 mm de mercurio. Por debajo de una presión de 80 mm, la corriente variaba directamente con la presión. Para el aire a presión atmosférica, la corriente era independiente de la temperatura hasta los 450 °C. Con un aumento posterior de la temperatura, la corriente comenzó a aumentar, y el incremento fue más rápido cuando el electrodo central tenía carga negativa que cuando tenía carga positiva. Esta diferencia se atribuyó a la producción de iones positivos en la superficie del recipiente de hierro.

Los resultados obtenidos por Patterson hacen muy improbable que la ionización observada en el aire se deba a una ionización espontánea del aire encerrado, ya que cabría esperar que la magnitud de esta ionización dependiera de la temperatura del gas. Por otra parte, estos resultados son previsibles si la ionización del aire encerrado se debe principalmente a una radiación fácilmente absorbida proveniente de las paredes del recipiente.

Si esta radiación tuviera un poder de penetración aproximadamente igual al observado para los rayos $\alpha$ de los elementos radiactivos, la radiación se absorbería en unos pocos centímetros de aire. Con la disminución de la presión, las radiaciones atravesarían una mayor distancia de aire antes de su absorción completa, pero la ionización total producida por los rayos seguiría siendo aproximadamente la misma, hasta que la presión se redujera lo suficiente como para permitir que la radiación atravesara el espacio de aire del recipiente sin absorción completa. Con una disminución aún mayor de la presión, la ionización total producida por la radiación, y en consecuencia la corriente observada, variaría directamente con la presión.

286. Examen de la materia ordinaria en busca de radioactividad.

Strutt⁶⁴, McLennan y Burton⁶⁵, y Cooke⁶⁶ observaron independientemente, casi al mismo tiempo, que la materia ordinaria es radioactiva en un grado leve.

Strutt, mediante un electroscopio, observó que la ionización producida en un recipiente cerrado variaba con el material del recipiente. Se empleó un recipiente de vidrio con una base removible y el recipiente se forró con el material por examinar.

La siguiente tabla muestra los resultados relativos obtenidos. La cantidad de fuga observada se expresa en términos del número de divisiones de la escala del ocular recorridas por hora por la hoja de oro:

Existen, por lo tanto, diferencias marcadas en la pérdida observada para diferentes materiales y también diferencias considerables en distintas muestras del mismo metal. Por ejemplo, un espécimen de platino provocó casi el doble de pérdida que otra muestra de un lote diferente.

McLennan y Burton, por otra parte, midieron mediante un electrómetro sensible la corriente de ionización producida en el aire dentro de un cilindro de hierro cerrado de 25 cm de diámetro y 130 cm de longitud, en el cual se colocó un electrodo central aislado. El cilindro abierto se expuso primero durante algún tiempo en la ventana abierta del laboratorio. A continuación, se retiró, se cerraron la parte superior y la inferior, y se determinó tan pronto como fue posible la corriente de saturación a través del gas.

En todos los casos se observó que la corriente disminuía durante dos o tres horas hasta un mínimo y luego aumentaba de nuevo muy lentamente. En un experimento, por ejemplo, la corriente inicial observada correspondía a 30 en una escala arbitraria. En el transcurso de cuatro horas la corriente descendió hasta un mínimo de 6·6, y 44 horas más tarde había ascendido hasta un máximo práctico de 24.

La disminución inicial observada se debe probablemente a una radiactividad del aire encerrado o de las paredes del recipiente, que decaía rápidamente con el tiempo. El decaimiento de la actividad inducida producida en la superficie interior del cilindro al ser expuesto al aire fue probablemente responsable de una parte de la disminución observada. McLennan atribuye el aumento de la corriente con el tiempo a una emanación radiactiva que emana del cilindro e ioniza el aire encerrado.

Al colocar revestimientos de plomo, estaño y cinc en el cilindro de hierro, se observaron diferencias considerables tanto para la corriente mínima como para el máximo final. El plomo dio aproximadamente el doble de corriente que el cinc, mientras que el estaño dio un valor intermedio. Estos resultados son similares en su carácter a los obtenidos por Strutt.

McLennan y Burton también investigaron el efecto de la disminución de presión sobre la corriente. El cilindro se llenó con aire a una presión de 7 atmósferas y se dejó reposar hasta que la corriente alcanzó un valor constante. A continuación, se dejó escapar el aire y la presión se redujo a 44 mm de mercurio. Se encontró que la corriente variaba aproximadamente con la presión en todo el intervalo.

Estos resultados no concuerdan con los resultados de Patterson ya descritos, ni con algunos experimentos posteriores de Strutt. Sin embargo, los resultados de McLennan apuntan a la conclusión de que la ionización se debía principalmente a una emanación emitida por el metal.

Dado que el aire se eliminaba rápidamente, una cantidad proporcional de la emanación también sería eliminada, y por lo tanto cabría esperar que la corriente variara directamente con la presión. Si este es el caso, la corriente a través del gas a bajas presiones debería aumentar de nuevo hasta un máximo si se deja transcurrir el tiempo necesario para que se forme una nueva emanación.

H. L. Cooke, utilizando un método electroscópico, obtuvo resultados muy similares a los dados por Strutt. Cooke observó que el ladrillo emitía una radiación penetrante. Cuando un recipiente de latón que contenía el sistema de hojas de oro era rodeado por ladrillo, la descarga del electroscopio aumentaba entre un 40 y un 50 por ciento.

Esta radiación tenía aproximadamente el mismo poder de penetración que los rayos de las sustancias radiactivas. Los rayos eran absorbidos por completo al rodear el electroscopio con una lámina de plomo de 2 mm de espesor. Este resultado concuerda con la observación de Elster y Geitel, ya mencionada, de que la materia radiactiva estaba presente en la arcilla recién excavada de la tierra.

Cooke también observó que la ionización del aire en el interior de un electroscopio de latón podía reducirse a aproximadamente un tercio de su valor habitual si la superficie interior del latón se limpiaba cuidadosamente. Al eliminar la capa superficial del latón, pudo reducir la ionización del aire encerrado de 30 a 10iones por c.c. por segundo.

Esta es una observación importante e indica que una gran proporción de la radiactividad observada en la materia ordinaria se debe a un depósito de materia radiactiva en su superficie. Ya se ha demostrado que los cuerpos que han estado expuestos en presencia de la emanación del radio conservan una actividad residual que decae extremadamente despacio.

No cabe duda de que la emanación del radio está presente en la atmósfera y, en consecuencia, la superficie expuesta de la materia se recubrirá con una película invisible de materia radiactiva depositada desde la atmósfera. Debido a la lenta descomposición de esta actividad, es probable que la actividad de la materia expuesta al aire libre aumente de forma constante durante un intervalo prolongado.

Los metales, aunque originalmente sean inactivos, adquirirían así una actividad bastante permanente, pero debería ser posible eliminarla quitando la superficie del metal o mediante tratamiento químico. Eve⁶⁷ ha llamado la atención sobre el rápido aumento de la actividad de toda la materia que se deja en un laboratorio en el que se ha liberado una gran cantidad de emanación. Esta actividad superficial, debida a los productos radio D, E y efe, se eliminó principalmente colocando el metal en un ácido fuerte.

Se han realizado varios experimentos por J. J. Thomson, N. R. Campbell y A. Wood en el laboratorio Cavendish para examinar si la radioactividad observada en la materia ordinaria es una propiedad específica de dicha materia o se debe a la presencia de alguna impureza radioactiva. Una descripción de estos experimentos fue dada por el profesor J. J. Thomson en un debate sobre la radioactividad de la materia ordinaria en la reunión de la Asociación Británica en Cambridge, 1904. Los resultados⁶⁸, en conjunto, respaldan la opinión de que cada sustancia emite uno o varios tipos característicos de radiación y que la radiación es una propiedad específica de la sustancia. J. J. Thomson⁶⁹ ha realizado experimentos para observar la acción de diferentes sustancias al bloquear la radiación externa muy penetrante (sección 279) observada por Cooke y McLennan. Encontró que algunas sustancias bloquean esta radiación externa, mientras que otras tenían poco o ningún efecto. Por ejemplo, la ionización en un recipiente cerrado se redujo un 17 por ciento al rodearlo con una gruesa envoltura de plomo; pero, al rodearlo con un espesor absorbente equivalente de agua, o agua mezclada con arena, no se observó ninguna disminución perceptible. En otros experimentos, Wood⁷⁰ encontró que la disminución de la ionización por una pantalla dada dependía del material del recipiente. Por ejemplo, la ionización en un recipiente de plomo, rodeado por una pantalla de plomo, se redujo un 10 por ciento, mientras que en un recipiente de hierro se redujo un 24 por ciento. Concluye a partir de sus experimentos que la ionización observada en un recipiente cerrado tiene un origen triple. Parte de ella se debe a una radiación penetrante externa, parte a una radiación secundaria generada por esta, mientras que el resto se debe a una radiación intrínseca de las paredes, totalmente independiente de la radiación externa.

En algunos experimentos de Campbell⁷¹, se observó la variación de la corriente de ionización entre dos placas paralelas para un aumento progresivo de la distancia entre ellas. Los efectos observados se muestran en la Fig. 105.

Las curvas ascienden al principio rápidamente, luego se curvan y finalmente se convierten en una línea recta. El codo de la curva se encuentra a una distancia diferente para las distintas sustancias.

La forma de estas curvas indica que están presentes dos tipos de radiación, uno de los cuales se absorbe fácilmente en el gas, mientras que el otro, un tipo de radiación más penetrante, se extiende a lo largo de toda la distancia entre las placas.

En otra serie de experimentos, un lado del recipiente de prueba era de aluminio delgado y se observó la corriente de ionización cuando se acercaba una pantalla exterior.

• El plomo produjo un aumento considerable, pero la radiación procedente de él fue absorbida fácilmente por una pantalla interpuesta.
• La radiación emitida por el carbono y el cinc era más del doble de penetrante que la del plomo.

Se hicieron intentos para ver si las sustancias sólidas en proceso de disolución emitían una emanación radiactiva, manteniendo luego las disoluciones en un recipiente cerrado y probando posteriormente la actividad del aire extraído de ellas. En algunos casos se observó una emanación, pero la cantidad variaba según las diferentes muestras del mismo material; en otros no se detectó ningún efecto.

Cuando se colocaron revestimientos de diferentes sustancias en un recipiente de prueba cerrado, la corriente de ionización en la mayoría de los casos descendió al principio, pasó por un mínimo y luego aumentó lentamente hasta alcanzar un máximo.

Para el plomo, el máximo se alcanzó en 9 horas, para el estaño en 14 y para el zinc en 18 horas. Estos resultados indican que el metal emite una emanación y que la cantidad alcanza un valor máximo en diferentes intervalos en los distintos casos.

Esto se confirmó mediante el examen de un trozo de plomo que se dejó en ácido nítrico libre de radio. Tras este tratamiento se observó un efecto veinte veces mayor que el normal. Esto se debe probablemente al aumento de la porosidad del plomo, lo que permite que una mayor fracción de la emanación producida en el metal se difunda hacia el exterior con el gas.

La actividad observada en la materia ordinaria es extremadamente pequeña.

La tasa más baja de producción de iones observada hasta ahora es de 10 por centímetro cúbico por segundo en un recipiente de latón. Supóngase que se toma un recipiente esférico de latón con una capacidad de 1 litro. El área de la superficie interior sería de unos 480 cm² y el número total de iones producidos por segundo sería de unos 10⁴.

Ahora bien, se ha demostrado en la sección 252 que una partícula $\alpha$ proyectada desde el propio radio da lugar a $8,6\times {10}^4$ iones antes de ser absorbida en el gas. La expulsión de una partícula $\alpha$ cada 8 segundos de todo el recipiente, o de una partícula $\alpha$ de cada centímetro cuadrado de superficie por hora, explicaría así la minúscula conductividad observada.

Incluso si se supusiera que esta actividad es el resultado de la descomposición de la materia que compone el recipiente, la desintegración de un átomo por segundo por gramo, siempre que fuera acompañada por la expulsión de una partícula $\alpha$, explicaría plenamente la conductividad observada.

Si bien los experimentos, ya mencionados, aportan pruebas contundentes de que la materia ordinaria posee la propiedad de la radiactividad en un grado débil, no debe olvidarse que la actividad observada es excesivamente diminuta, comparada incluso con una sustancia radiactiva débil como el uranio o el torio.

La interpretación de los resultados se complica también por la presencia de la emanación de radio en la atmósfera, pues hemos visto que la superficie de todo cuerpo expuesto al aire libre debe quedar revestida con los productos de transformación, de cambio lento, de la emanación de radio.

La distribución de materia radiactiva en los componentes de la tierra dificulta la certeza de que cualquier sustancia, por cuidadosamente que haya sido preparada, esté libre de impurezas radiactivas.

Si la materia en general es radiactiva, debe estar experimentando una transformación a un ritmo excesivamente lento, a menos que se suponga (véase el Apéndice A) que cambios de un carácter similar a los observados en los radioelementos pueden ocurrir sin la aparición de sus radiaciones características.