Открытие радиоактивности¶

Радиоактивность — это самопроизвольное испускание атомных ядер частиц или электромагнитного излучения, сопровождающееся превращением одних элементов в другие. Открытие этого явления произошло в 1896 году французским физиком Анри Беккерелем и стало одной из ключевых вех в истории физики, открывшей путь к изучению внутреннего строения атома и к ядерной физике.

¶Предпосылки открытия

В конце XIX века физики активно исследовали явление люминесценции — свечения некоторых веществ под действием ультрафиолетового излучения. Было замечено, что ультрафиолет, пропущенный через стекло, вызывает свечение экранов, покрытых солями урана. Возникла гипотеза, что урановые соли могут накапливать энергию света и затем излучать её в виде невидимых лучей, подобно тому как это делают, например, соли бария.

В 1895 году Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи, что вызвало огромный интерес научного сообщества и стимулировало поиск сходных излучений у других веществ. Именно в этом контексте Анри Беккерель, профессор естественных наук в Париже, начал свои исследования.

¶Опыты Анри Беккереля

Беккерель предположил, что урановые соли, освещённые солнечным светом или лампой, должны испускать невидимые лучи, способные проходить через бумагу и обнажать фотопластинку — так же, как это делали рентгеновские лучи. В феврале 1896 года он положил фотопластинку, обёрнутую в плотную бумагу, на соль урана, предварительно выдержанную на солнце, и после проявления обнаружил на ней затемнение в форме кристалла. Гипотеза подтвердилась.

Однако вскоре произошло событие, приведшее к настоящему открытию. В Париже стояла пасмурная погода, и Беккерель не смог продолжить опыты с освещением. Он сложил подготовленные образцы — кристаллы соли урана и фотопластинки, обёрнутые в бумагу, — в ящик стола и оставил их на несколько дней. Когда погода наладилась и он проявил пластинки, обнаружилось, что они сильно обнажились, хотя кристаллы ни разу не освещались.

Этот результат заставил Беккереля сделать вывод: урановые соли испускают невидимые лучи постоянно, независимо от внешнего освещения, и процесс этот не требует предварительного «заряжения» энергией. В марте 1896 года он сообщил об этих результатах в Парижскую академию наук. В последующих опытах Беккерель установил, что излучение не зависит от состояния вещества (химического соединения, агрегатного состояния), определяется только наличием урана и его массой, и что воздух в камере под действием этих лучей становится проводящим электричеству. Он назвал явление «урановым излучением».

¶Этимология термина

Современный термин «радиоактивность» ввела в 1898 году Мария Склодовская-Кюри, исследуя вещество, в тысячи раз более активное, чем уран. Она предложила называть явление «радиоактивностью», а вещества, его проявляющие, — «радиоактивными». Термин быстро прижился в научной литературе.

¶Вклад Марии Кюри

Мария Склодовская-Кюри начала систематически изучать урановое излучение, разработав для этого точный метод — измерение ионизации воздуха с помощью электрометра. Она подтвердила результаты Беккереля и обнаружила, что интенсивность излучения пропорциональна количеству урана в образце. Исследуя различные минералы, она заметила, что урановая смоляная руда (питчбленд) проявляет активность значительно большую, чем чистый уран, что указывало на присутствие в ней неизвестного, более радиоактивного элемента.

Вместе с мужем, Пьером Кюри, она приступила к химическому разделению руды. В июле 1898 года супруги объявили об открытии нового элемента, названного полонием (в честь родины Марии — Польши), а в декабре того же года — второго нового элемента, радия. В 1902 году Марии Кюри удалось выделить первый дециграмм чистого хлорида радия, что позволило определить атомную массу радия и подтвердить его место в периодической таблице.

¶Природа явления

В 1903 году Анри Беккерель совместно с супругами Кюри был удостоен Нобелевской премии по физике «за выдающиеся заслуги в совместных исследованиях явления радиоактивности». В 1911 году Мария Кюри получила вторую Нобелевевскую премию — по химии — за открытие радия и полония и изучение свойств радия.

Природа радиоактивности была объяснена позже. В 1903 году Джозеф Джон Томсон предположил, что радиоактивное излучение состоит из потоков заряженных частиц. В 1908 году Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди показали, что радиоактивность сопровождается трансмутацией элементов — атомы одного элемента самопроизвольно превращаются в атомы другого, испуская при этом альфа- и бета-частицы. Резерфорд ввёл понятие периода полураспада. Эти работы заложили основы ядерной физики.

¶Значение открытия

Открытие радиоактивности изменило представления о неизменности атома и открыло путь к пониманию ядерных процессов. На его основе в XX веке были созданы ядерная энергетика, методы лучевой терапии в медицине, радиоизотопные методы исследования в физике, химии, биологии и геологии. В честь Беккереля названа единица измерения активности радиоактивного вещества — беккерель (Бк).

¶Историография

История открытия радиоактивности подробно описана в работах самой Марии Кюри «Радиоактивность» (1910) и в биографических исследованиях, в частности в книге её дочери, Евы Кюри, «Мадам Кюри» (1937). Основные первоисточники — протоколы заседаний Парижской академии наук 1896–1898 годов.