ОТКРЫТИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ
РАДИОАКТИВНОСТИ
Сараевой Ани 10 «б»
Рентгеновские
лучи
Рентгеновское излучение
было открыто Вильгельмом Конрадом Рёнтгеном.
Он был первым, кто опубликовал статью
о рентгеновских лучах, которые он назвал X-лучами (x-ray).
Статья Рентгена под названием «О новом
типе лучей» была опубликована 28-го декабря 1895 года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского
общества.
Но еще за 8 лет до
этого — в 1887 году Никола Тесла в дневниковых
записях зафиксировал результаты исследования
рентгеновских лучей и испускаемое ими тормозное излучение, однако
ни Тесла, ни его окружение не придали
серьёзное значение этим наблюдениям.
Кроме этого, уже тогда Тесла предположил
опасность длительного воздействия рентгеновских
лучей на человеческий организм.
Катодолучевая трубка,
которую Рентген использовал в своих экспериментах,
была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом. При работе этой
трубки возникают рентгеновские лучи.
Это было показано в экспериментах Крукса и
с 1892 года в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение
фотопластинок. Однако никто из них не
осознал значения, сделанного ими открытия,
и не опубликовал своих результатов.
По этой причине
Рентген не знал о сделанных до него открытиях
и открыл лучи независимо — при наблюдении
флюоресценции, возникающей при работе
катодолучевой трубки. На некоторых языках
(включая русский и немецкий) эти лучи
были названы его именем, несмотря на его
сильные возражения. Рентген занимался Х-лучам
и не многим более года (с 8 ноября 1895 года
по март 1897 года) и опубликовал о них три
статьи, в которых было исчерпывающее
описание новых лучей, впоследствии сотни
работ его последователей, опубликованных
затем на протяжении 12 лет, не могли ни
прибавить, ни изменить ничего существенного.
Рентген, потерявший интерес к Х-лучам, говорил
своим коллегам: «Я уже всё написал, не
тратьте зря время». Свой вклад в известность
Рентгена внесла также знаменитая фотография
руки Альберта фон Кёликера, которую он
опубликовал в своей статье (см. изображение
справа). За открытие рентгеновских лучей
Рентгену в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физике,
причём нобелевский комитет подчёркивал
практическую важность его открытия.
Открытие
радиоактивности
В начале января 1896 года Рентген
разослал специальное сообщение об открытии Х-лучей
своим знакомым коллегам-физикам. В следующие
дни пресса всех стран сообщала о "сенсационном
открытии". Физики бросились проверять
данные Рентгена и - если возможно - пытаться
найти новые, доселе не наблюдавшиеся
лучи.
Теоретики тоже оживились.
Еще в январе 1896 года известный математик
и физик Анри Пуанкаре на заседании Парижской
Академии наук сообщил о рентгеновских
лучах. При этом он показал фотографии,
полученные от Рентгена.
В своем докладе Пуанкаре поставил
вопрос, который занимал и других физиков:
не испускают ли почти все флуоресцирующие
вещества под воздействием солнечного
света определенные лучи, подобные рентгеновским.
Среди участников заседания
был Анри Беккерель, профессор Высшей
технической школы в Париже. Он происходил
из семьи физиков. Отец был известен своими
работами в области флуоресценции и научной
фотографии. Анри Беккерель также много
лет занимался явлениями флуоресценции
и фосфоресценции.
Сообщение Пуанкаре произвело
на него глубокое впечатление, и он сразу
же после заседания Академии приступил
к проверке высказанного предположения.
Для этой цели он положил флуоресцирующие
вещества на фотографические пластинки,
завернутые в черную светонепроницаемую
бумагу, и оставил их на несколько часов
под солнечными лучами.
После проявления пластинок
тот фотографический слой, на котором
лежала урановая соль, действительно оказался
сильно засвеченным. Беккерель решил,
что это подтверждает предположения Пуанкаре.
Он полагал, что соль урана под действием
солнечного света испускает лучи, которые,
подобно лучам Рентгена, пронизывают светонепроницаемую
упаковку и химически изменяют фотослой.
Об этом он доложил Французской Академии
наук 29 февраля 1896 года.
В последующие недели Беккерель
пришел к убеждению, что при описанном
им явлении следует вести речь о лучах,
которые исходят от солей урана непрерывно
и без предварительного возбуждения. Лучи
урана, которые вскоре стали называть
"лучами Беккереля", подобно рентгеновским
лучам, делали воздух проводником электричества.
Вначале их сущность оставалась столь
же загадочной, как и природа Х-лучей.
Как выяснилось вскоре, Беккерель открыл
природное явление огромного значения:
радиоактивность. Вслед за Рентгеном он
сделал еще один решительный шаг в физику
XX столетия. Это был первый шаг к исследованию
атомного ядра.
Исследование Резерфорда
Эрнест Резерфорд — уникальный
ученый в том плане, что свои главные открытия
он сделал уже после получения
Нобелевской премии. В 1911 году ему удался
эксперимент, который позволил ученым
заглянуть вглубь атома и получить представление
о его строении.
Используя естественный источник
радиоактивного излучения, Резерфорд
построил пушку, дававшую направленный
и сфокусированный поток частиц. Пушка
представляла собой свинцовый ящик с узкой
прорезью, внутрь которого был помещен
радиоактивный материал. Благодаря этому
частицы (в данном случае альфа-частицы,
состоящие из двух протонов и двух нейтронов),
испускаемые радиоактивным веществом
во всех направлениях, кроме одного, поглощались
свинцовым экраном, и лишь через прорезь
вылетал направленный пучок альфа-частиц.
Далее на пути пучка стояло еще несколько
свинцовых экранов с узкими прорезями,
отсекавших частицы, отклоняющиеся от
строго заданного направления. В результате
к мишени подлетал идеально сфокусированный
пучок альфа-частиц, а сама мишень представляла
собой тончайший лист золотой фольги.
В нее-то и ударял альфа-луч. После столкновения
с атомами фольги альфа-частицы продолжали
свой путь и попадали на люминесцентный
экран, установленный позади мишени, на
котором при попадании на него альфа-частиц
регистрировались вспышки. По ним экспериментатор
мог судить, в каком количестве и насколько
альфа-частицы отклоняются от направления
прямолинейного движения в результате
столкновений с атомами фольги.
В начале ХХ века ученые уже знали,
что атом содержит отрицательно заряженные
электроны. Однако преобладало представление,
что атом представляет собой что-то похожее
на положительно заряженную тонкую сетку,
заполненную отрицательно заряженными
электронами.
Резерфорд, однако, заметил,
что никто из его предшественников даже
не пробовал проверить экспериментально,
не отклоняются ли некоторые альфа-частицы
под очень большими углами. Резерфорд
попросил одного из своих студентов переоборудовать
установку таким образом, чтобы можно
было наблюдать рассеяние альфа-частиц
под большими углами отклонения В качестве
детектора использовался экран с покрытием
из сульфида натрия — материала, дающего
флуоресцентную вспышку при попадании
в него альфа-частицы. Выяснилось, что некоторые
частицы отклоняются на углы вплоть до 180°.
В рамках устоявшейся модели
атома полученный результат не мог быть
истолкован. Резерфорд заключил, что атом
состоит из сверхплотного, компактного
ядра, несущего на себе положительный
заряд, и отрицательно заряженных легких
электронов вокруг него.
Исследование Кюри
За изучение радиоактивности
особенно активно взялись Мария (1867 —1934)
и Пьер (1859—1906) Кюри. Это они дали название
новому явлению — радиоактивность. Прежде
всего, французские ученые выяснили, что
сама радиация не зависит от химического
состава радиоактивного вещества. Не играло
никакой роли, в каком виде бралось вещество
— в виде монолита или порошка, в сухом
или растворенном виде. Радиоактивное
вещество перемешивали с другими нерадиоактивными
веществами. Картина радиации не менялась:
интенсивность излучение всегда была
прямо пропорционально количеству радиоактивного
элемента, куда бы тот не входил. Следовательно,
решили Кюри, радиация является сущностной характеристикой
химического элемента
В 1899 году супруги Кюри обнаружили,
что наряду с ураном (атомный номер — 92)
естественной радиоактивностью обладает торий (90).
Для дальнейшего исследования в качестве
сырья Кюри взяли природный минерал под
названием богемская смоляная обманка,
который почему-то обладал большей радиоактивностью,
чем даже концентрированная урановая
соль, которую использовал Беккерель.
Мария и Пьер догадались, что в этом минерале
содержится какое-то еще неизвестное вещество,
радиоактивность которого намного выше
урана.
Для его получения потребовалось
два года изнурительного труда, но супруги
все-таки смогли получить первые доли
грамма радия (88) — так решено было назвать
новый радиоактивный элемент. Свою энергию
радий черпал как будто бы из ничего. Его
излучение было в миллион раз больше урана..
В темноте он излучает яркий свет, при
котором можно было даже читать. Правда,
касаться радия не безопасно, так как на
коже он оставляет болезненные язвы.
Об открытии радия Мария и Пьер
заявили 26 декабря 1898 года. В 1913 году в
Париже открылся целый Институт Радия.
Точно с таким же названием в 1922 году открылся
институт в Ленинграде, позже аналогичный
институт в Варшаве. В этих институтах
велись исследования во всех направлениях,
так или иначе связанных с радиоактивностью.
В частности, было выяснено, что радиация
способна разрушать онкологические образования.
Поэтому в этих институтах наряду с химиками
и физиками трудились биологи и медики.
В 1903 году Мария защитила докторскую диссертацию
на тему «Исследование радиоактивных
веществ». После смерти мужа в 1906 году
Склодовская-Кюри заняла его кафедру в
Парижском университете. С 1914 года Мария
руководила физико-химическим отделом
Института Радия при Парижском университете,
основанного при её деятельном участии.
Здесь же вместе с матерью работала дочь,
Ирен (1897 – 1956), и её муж Фредерик Жолио-Кюри
(1900 – 1958). В 1936 году Ирен и Фредерик стали
лауреатами Нобелевской премии по химии
за совместно выполненный синтез новых
радиоактивных элементов. После смерти
матери дочь возглавила кафедру физики
в Парижском университете. При активном
участии ее мужа во Франции 15 декабря 1948
года был запущен первый ядерный реактор.
Дочь, как и ее мать, скончалась от лучевой
болезни, 17 марта 1956 года.