Дослідження радіоактивності

Дослідження радіоактивності

        Відкриття Рентгена чудово не тільки можливістю зрозуміти будову речовини і численними практичними застосуваннями. Це відкриття розбурхало думку вчених, вже було вирішили, що будівля фізики побудовано і в природі більше немає нічого не відомого людині.        Радіоакти́вність — явище мимовільного перетворення нестійкого ізотопа хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай іншого елемента) (радіоактивний розпад) шляхом випромінювання гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів. Ці, сильно проникаючі потоки частинок іноді називають ядерним випромінюванням.

Дослідження Беккереля                У 35 років Анрі Беккерель захищає докторську дисертацію, 40 років стає професором. Він вивчає явище флуоресценції. Йому дуже хочеться розгадати природу таємничого світіння деяких речовин під впливом сонячного випромінювання. Беккерель збирає величезну колекцію хімічних речовин і природних мінералів, що світяться.         У своїй доповіді на конгресі Беккерель вказував, що йому здавалося дуже малоймовірним, щоб рентгенівські промені могли існувати в природі тільки в тих складних умовах, в яких вони виходять у дослідах Рентгена.         Беккерель, близько знайомий з дослідженнями свого батька по люмінесценції, звернув увагу на той факт, що катодні промені у дослідах Рентгена виробляли при ударі одночасно і люмінесценцію скла і невидимі Х-промені. Це привело його до ідеї, що всяка люмінесценція супроводжується одночасно випущенням рентгенівських променів.         Цю ідею вперше висловив А. Пуанкаре. У своїй докторській дисертації М. Кюрі-Склодовська пише з цього приводу «Перші рентгеновые трубки не мали металевого антикатода: джерелом рентгенівських променів служила піддана дії катодних променів скляна стінка; при цьому вона сильно флуоресцировала. Можна було задатися питанням, чи не є випущення рентгенівських променів неодмінним супутником флоуресценции, незалежно від причини останньої».

          Беккерель перевіряє себе ще і ще раз. 26 лютого 1896 року настали похмурі дні, і Беккерель з жалем ховає приготовану до експерименту фотопластинку з сіллю в стіл Між коржем солі і фотопластинки на цей раз він поклав маленький мідний хрестик, щоб перевірити, чи пройдуть крізь нього рентгенівські промені.         Ймовірно, деякі відкриття в науці зобов'язані своїм походженням поганій погоді. Якщо б кінець лютого 1896 року в Парижі був сонячний, не було б виявлено одне з найважливіших наукових явищ, розгадка якого призвела до перевороту в сучасній фізиці. Кілька днів Беккерель обмірковує намічений їм експеримент, потім вибирає зі свого колекції подвійну сірчанокислу сіль урану і калію, спресовану в невелику корж, кладе сіль на фото-платівку, заховану від світла в чорний папір, і виставляє пластинку з сіллю на сонці. Під впливом сонячних променів подвійна сіль стала яскраво світитися, але на захищену фотопластинку це світіння не могло потрапити Беккерель ледь дочекався моменту, коли фотопластинку можна було дістати з проявника. На платівці виразно проступало зображення коржі з солі Невже все вірно, і сіль у відповідь на опромінення сонячними променями випромінює не тільки світло, але і рентгенівські промені?

         Як першокласний дослідник, Беккерель не похитнувся піддати серйозному випробування свою теорію і почав досліджувати дію солей урану на платівку в темряві. Так виявилося, і це Беккерель довів послідовними дослідами, що уран і його з'єднання безперервно випромінюють без ослаблення промені, діючі на фотографічну пластинку і, як показав Беккерель, здатні також розряджати електроскоп, тобто створювати іонізацію. Це відкриття викликало сенсацію. 1 березня 1896 року Беккерель, так і не дочекавшись появи сонця на небі, вийняв з скриньки ту саму фотопластинку, на якій кілька днів пролежали хрестик і сіль, і на всяк випадок виявив її. Яке ж було його здивування, коли він побачив на виявленій фотопластинці чітке зображення і хрестика, і коржі з сіллю! Значить, сонце і флуоресценція тут ні при чому?       

Особливо вражала здатність урану випромінювати спонтанно, без усякого зовнішнього впливу. Рамзай розповідає, що коли восени 1896 році він разом з лордом Кельвіном (В Томсоном) і Д. Стоксом відвідав лабораторію Беккереля, то «ці знамениті фізики дивувалися, звідки міг би взятися невичерпний запас енергії в солях урану. Лорд Кельвін схилявся до думки, що уран служить свого роду пасткою, яка вловлює нічим іншим не обнаруживаемую променисту енергію, що доходить до нас через простір, і перетворює її в таку форму, в якій вона робиться здатною проводити хімічні дії».          Перше у світі повідомлення про існування радіоактивності було зроблено Анрі Беккерелем на засіданні Паризької академії наук 24 лютого 1896 року Відкриття явища радіоактивності Беккерелем можна віднести до числа найбільш видатних відкриттів сучасної науки. Саме завдяки йому людина змогла значно поглибити свої пізнання в області структури і властивостей матерії, зрозуміти закономірності багатьох процесів у Всесвіті, вирішити проблему оволодіння ядерною енергією. Вчення про радіоактивність зробило колосальний вплив на розвиток науки, причому за порівняно невеликий проміжок часу.        Вивчаючи властивості нових променів, Беккерель спробував пояснити їх природу. Однак він не міг прийти до чітких висновків і довгий час дотримувався помилкової точки зору, згідно з якою радіоактивність, можливо, є формою тривалої фосфоресценции. Лорд Кельвин(В. Томсон)

Дослідження П'єра та Марії Кюрі        Марія Кюрі почала свої дослідження з терплячого вивчення великого числа хімічних елементів: чи не є деякі з них, подібно урану, джерелами «променів Беккереля»?         Дослідження радіоактивності уранових сполук призвело її до висновку, що радіоактивність є властивістю, що належить атомів урану, незалежно від того, входять чи вони в хімічне з'єднання чи ні.     При цьому вона «вимірювала напруженість уранових променів, користуючись їхньою властивістю повідомляти повітрю електропровідність». Цим іонізаційним методом вона переконалася в атомній природі явища.         «Тоді я зайнялася пошуками, не існує інших елементів, що володіють тим же властивістю, і з цією метою вивчила всі відомі на той час елементи, як в чистому вигляді, так і в з'єднаннях. Я знайшла, що серед цих променів тільки сполуки торію випускають промені, подібні променів урану».

Досліди Марії Склодовської-Кюрі з вивчення руд показали, що деякі уранові та торієві руди мають «аномальної» радіоактивністю: їх радіоактивність виявилася набагато сильніше того, що можна було очікувати від урану і торію. «Тоді я висунула гіпотезу, - писала Марія Склодовська-Кюрі, - що мінерали з ураном і торієм містять невелику кількість речовини, набагато більше радіоактивного, ніж уран і торій; це речовина не могло належати до відомим елементам, бо всі вони вже були досліджені; це повинен був бути новий хімічний елемент».        Розуміючи важливість перевірки цієї гіпотези, П'єр Кюрі залишив свої дослідження кристалів і приєднався до роботи, задуманої Марією. Для своїх дослідів вони вибрали уранову смолку, добывавшуюся у місті Сент-Иоахимстале в Богемії.        Головні зусилля вчених були спрямовані на виділення радію з відходів уранової смолки, так як було показано, що його легше відокремити. В результаті Марії і П'єру вдалося отримати з 8 тонн відходів иоахимстальской уранової смолки перший у світі дециграмм радію.

Напружена праця принесла щедрі результати. 18 липня 1898 року П'єр і Марія Кюрі на засіданні Паризької Академії наук виступили з повідомленням «Про новому радіоактивне речовині, що міститься в смоляній обманці». Вчені заявили: «Речовина, яке ми винесли з смоляної обманки, містить метал, ще не описаний і є сусідом вісмуту за своїм аналітичним властивостями. Якщо існування нового металу підтвердиться, ми пропонуємо назвати його полонієм, на ім'я батьківщини одного з нас».         У цій роботі вперше досліджуване явище названо радіоактивністю, а промені - радіоактивними. Активність нового елемента - полонію - виявилася в 400 разів вище активності урану.        В результаті хімічного аналізу з уранової смолки вдалося також виділити елемент барій, який мав відносно сильної радіоактивністю. При виділення хлориду барію з водного розчину в кристалічному вигляді радіоактивність переходила з маточного розчину в кристали. Спектральний аналіз цих кристалів показав наявність нової лінії, яка, мабуть, не належить жодному з відомих елементів».

26 грудня 1898 року з'являється наступна стаття подружжя Кюрі і Ж. Бемона - «Про одному новому, сильно радіоактивному речовині, що міститься в смоляний руді» Автори повідомили, що їм вдалося виділити з уранових відходів речовина, містить деякий новий елемент, який повідомляє йому властивість радіоактивності і дуже близький за своїми хімічними властивостями до барію. Новий елемент вони запропонували назвати радієм. Активність виділеного хлориду радію в 900 разів перевищувала активність урану.         Відкриттям полонію і радію починається новий етап в історії радіоактивності. В кінці січня 1899 року Склодовська-Кюрі висловила припущення про сутність радіоактивного випромінювання, про його матеріальний характер. Вона вважала, що радіоактивність може виявитися властивістю, властивим лише важким елементам.

Дослідження Дебьерна             У тому ж таки року А. Дебьерн, перевіряючи гіпотезу Марії Кюрі про наявність в урановій смолці інших радіоактивних елементів крім радію і полонію, зробив чергове відкриття: з смолки можна виділити высокорадиоактивное речовина, відокремлюється при фракціонуванні з рідкоземельними елементами і титаном. Хімічні властивості нової речовини відрізнялися від властивостей радію і полонію, а його активність у 100 000 разів перевищувала активність урану. У 1900 році А. Дебьерн повідомив про виділення цього нового радіоактивного елемента, названого актинием. Таким чином, до початку XX століття було відомо п'ять радіоактивних речовин: уран, торій, полоній, радій, актиній.