Анри Беккерель и открытие радиоактивности
Катодно-лучевые трубки это не единственное, что светится в темноте. Это свойственно и некоторым минералам. Иногда довольно тусклые кристаллы начинают неистово сиять, когда исчезает свет. Один французский физик, профессор Анри Беккерель, задался вопросом, не испускают ли эти сияющие диковины невидимые лучи, подобные тем, что совсем недавно открыл Рёнтген. Но то, что он обнаружил, оказалось излучением совсем иного рода.
К моменту этого открытия Анри Беккерель уже был ведущей фигурой во Французской академии наук. Он воспроизвел условия случайного открытия Рентгена, только вместо катодно-лучевой трубки был образец сульфата уранила-калия, отличающегося своей фосфоресценцией (особый вид фотолюминесценции). В ходе опыта Беккерель надеялся показать, что этот фосфоресцирующий минерал также является источником Х-лучей либо электромагнитного излучения другого вида. Хотя эксперимент был тщательно продуман и спланирован, этим открытием Беккерель, как и Рёнтген, в какой-то мере был обязан счастливой случайности.
О пользе забывчивости
Однажды Рёнтген, работая поздно вечером, включил катодную трубку, не сняв с нее колпак, и в темноте увидел загадочное свечение на лежавшем неподалеку бумажном экране, покрытом слоем кристаллов платиноцианистого бария. (Обычный свет катодно-лучевой трубки был надежно прикрыт черным картоном.)
С Беккерелем получилось почти то же, только он на завернутую в двойной картон фотопластинку положил образцы фосфоресцирующего минерала, который какое-то время после пребывания на солнце светился в темноте. (На сей раз это были кристаллы и порошки сульфата уранила-калия.) Сейчас мы понимаем природу фосфоресценции. Кристалл поглощает определенные длины волн, а затем в течение длительного времени переизлучает полученную энергию на другой длине волны. Именно поэтому исследователь имел возможность наблюдать в темноте свечение.
Беккерель ожидал, что если светящиеся кристаллы действительно испускают рентгеновские лучи, то те пройдут через двойной картон, в котором лежит фотопластинка, и оставят на ней следы засветки. Беккерель пробовал выставлять на солнечный свет разные минералы вместе с запечатанной фотопластинкой, но засветки не было.
Беккерель так и не получил ожидаемых результатов, пока не начал экспериментировать с сульфатом уранила-калия, ураносодержащего рассыпчатого природного минерала. Этот минерал сегодня известен как «желтый кек», и из него получают металлический уран, из которого уже делают ядерное топливо. Но в те времена уран считался вполне безобидным тяжелым металлом и использовался в основном для того, чтобы придавать стеклянным и гончарным изделиям отчетливую желто-зеленую окраску. Остается лишь удивляться, насколько изменилась роль урана сейчас.
Лучи Беккереля
Соли урана действительно оставляли расплывчатые пятна засветки на фотопластине, и стало очевидно, что причиной тому является не фосфоресценция сульфата уранила-калия, так что новое явление получило название «лучи Беккереля». В то время Беккерель параллельно изучал и другие природные минералы, богатые ураном, такие как уранинит, или урановая смолка — наиболее распространенный минерал урана. Все они засвечивали фотопластинки, и ученый пришел к выводу, что источником этих лучей является уран. Несколькими годами позже Мария Кюри, обучавшаяся в Сорбонне у Беккереля, дала этому явлению название радиоактивность. Не все элементы дают радиоактивное излучение, а только нестабильные, т.е. радиоактивные.
Три вида радиоактивного излучения
Вопрос состоял в том, являются ли лучи Беккереля излучением в том же смысле, что и радиоволны, свет, тепло или рентгеновское излучение. В 1898 году в Кембриджский университет, Англия, пришел выходец из Новой Зеландии Эрнст Резерфорд. Это поистине титаническая фигура в ядерной физике, поскольку именно он открыл внутреннюю структуру атома. Конечно, тогда он не знал этого, но его работа с ураном в Кембридже стала началом этого пути в глубины атома. Резерфорд установил, что этот тяжелый металл дает два вида излучения, которые он назвал альфа и бета. Альфа-излучение блокируется даже тонкой золотой фольгой, тогда как бета-излучение проходит без ослабления.
В 1900 году француз Поль Виллар обнаружил третий вид радиоактивного излучения, исходящий, правда, от другого радиоактивного металла — недавно открытого радия. Оказалось, что оно обладает еще большей проникающей способностью, чем те, которые обнаружил Резерфорд. Чтобы продолжить ряд, новому излучению дали название гамма-лучи (его дал тот же Резерфорд в 1903 году).
Потребовались годы, чтобы понять, что эти виды радиоизлучения будут в центре всех исследований структуры атома. А тогда, на заре атомной эры, Беккерель сделал еще одно важное открытие относительно его лучей — они обожгли его кожу. Позже выяснилось, что обжигают кожу все виды радиоактивного излучения. В 1901 году он сделал соответствующий доклад, положив начало радиомедицине — совокупности терапевтических методов на основе радиоизлучения.
Радиоактивность
Явление выброса высокоэнергетических частиц из нестабильных (т.е. радиоактивных) атомов получило название радиоактивность и распадается на три отдельных процесса. Альфа- и беталучи оказались вовсе не излучением, а потоком частиц. Альфа-частицы являются положительно заряженными ядрами гелия-4 и имеют очень низкую проникающую способность. Их останавливают практически все твердые вещества. Бета-частицы это электроны. Они несут отрицательный заряд и останавливаются тонкой металлической фольгой. Первые же опыты с фольгой показали, что они намного меньше альфачастиц. И только гамма-лучи оказались электромагнитным излучением. Оно переносит большую энергию, и защитой от него может стать только толстый слой свинца.
Явление выброса высокоэнергетических частиц из нестабильных (т.е. радиоактивных) атомов получило название радиоактивность и распадается на три отдельных процесса. Альфа- и беталучи оказались вовсе не излучением, а потоком частиц. Альфа-частицы являются положительно заряженными ядрами гелия-4 и имеют очень низкую проникающую способность. Их останавливают практически все твердые вещества. Бета-частицы это электроны. Они несут отрицательный заряд и останавливаются тонкой металлической фольгой. Первые же опыты с фольгой показали, что они намного меньше альфачастиц. И только гамма-лучи оказались электромагнитным излучением. Оно переносит большую энергию, и защитой от него может стать только толстый слой свинца.