История открытия радиоактивности кратко
Обновлено: 05.07.2024
Радиоактивность—это самопроизвольное испускание излучения каким-либо элементом, обусловленное распадом атомных ядер. Явление радиоактивности обнаружил Антуан Анри Беккерель в 1896 г. Он установил, что урановые соли вызывают почернение фотографических пластинок даже завернутых в черную бумагу. Он обнаружил также, что эти соли способны ионизировать газы и таким образом разряжать электроскоп.
М. Склодовская-Кюри предположила, что радиоактивность радия обусловлена распадом его атомов. Она обнаружила излучение двух типов, названное а- и В-излу-чением. а-Излучение можно отклонять от первоначального направления с помощью электрически заряженной пластинки. В 1900 г. Пьер Кюри открыл излучение третьего типа, получившее название у-излучение.
Антуан Анри Беккерель (1852-1908). Открыл радиоактивность в 1896 г. Получил за эту работу Нобелевскую премию по физике в 1903 г.
Мария Склодовская-Кюри. Родилась в Варшаве в 1867 г. В 1903 г. вместе с мужем Пьером Кюри получила Нобелевскую премию по физике за исследование радиоактивного излучения. В 1911 г. получила Нобелевскую премию по химии за выделение радия. В 1934 г. умерла от лейкемии, которая, несомненно, была вызвана продолжительным облучением при работе с радиоактивными веществами.
В последующие несколько лет Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди выполнили ряд экспериментов по изучению радия, радона и урана. Они показали, что а-излучение представляет собой поток заряженных частиц. Впоследствии было установлено, что эти частицы являются ядрами атомов гелия. Резерфорд и Содди продемонстрировали также, что радиоактивность приводит к образованию других элементов.
В конце \(XIX\) века в научном мире происходили удивительные и необычайно интересные события, которые положили начало новому этапу в формировании физической картины мира.
Одним из важных доказательств сложного состава атомного ядра является радиоактивность. Рассмотрим это явление подробнее.
Открытие радиоактивности
Радиоактивность была открыта в конце XIXв физиком А.Беккерелем. Он изучал явление послесвечения солей урана после облучения их солнечными лучами.
В один из пасмурных дней, Беккерель случайно обнаружил, что соли урана оставляют след на фотопластинке, даже тогда, когда они не облучаются солнцем. Вскоре подтвердилось, что соли урана сами, без облучения, выделяют какие-то невидимые лучи. При этом интенсивность излучения зависела исключительно от количества урана в пробе, никакие химические воздействия на излучение не влияли. Это говорило о том, что открытое излучение имеет не химическую природу, а свойственно самим атомам урана. В дальнейшем выяснилось, что таким же свойством обладают все элементы с порядковым номером более 83.
Рис. 1. Открытие радиоактивности Беккерелем.
Способность излучать невидимые лучи была названа радиоактивностью.
Радиоактивные превращения
Дальнейшие исследования подтвердили это предположение. Выяснилось, что атомы радиоактивного вещества, которые в то время считались неделимыми и неизменными, на самом деле серьезно меняются. В пробе чистого радиоактивного вещества со временем начинает появляться совсем другое вещество, существенно отличающееся по физическим и химическим свойствам от первоначального. При этом и это новое вещество может быть радиоактивным, и в свою очередь также может выделять энергию и невидимые лучи, превращаясь в третье вещество, отличающееся от двух первых. Таким образом, образуются целые ряды радиоактивных веществ, превращающихся одно в другое.
Рис. 2. Радиоактивные ряды.
Состав невидимых лучей
При изучении невидимых радиоактивных лучей выяснилось, что они имеют сложный состав, и могут быть разделены с помощью магнитного поля. Поскольку магнитное поле действует на движущиеся заряды, было ясно, что излучение состоит частиц разных типов с разным знаком заряда.
Положительно заряженные тяжелые частицы, входящие в состав радиоактивных лучей были названы α-частицами. Исследования показали, что масса этих частиц вчетверо больше, чем масса атома водорода, а заряд – вдвое больше. Стало ясно, что α-частицы, фактически, являются ядрами гелия.
Отрицательно заряженные частицы были названы β-частицами. Исследования показали, что это электроны.
Нейтральная часть радиоактивных лучей, названная γ-частицами по всем признакам соответствовала электромагнитному излучению очень большой проникающей способности с малой длиной волны.
Рис. 3. Состав радиоактивного излучения.
Период полураспада
Важным свойством радиоактивного распада была его постоянная скорость, своя для каждого вещества, зависящая только от начального количества пробы. Чтобы характеризовать эту скорость было введено понятие периода полураспада.
Период полураспада $T$ – это время, за которое распадается половина исходного радиоактивного вещества. Для определения числа атомов, остающихся в веществе спустя заданное время $t$, в теории радиоактивности используют формулу радиоактивного распада:
Периоды распада радиоактивных веществ колеблются в очень широких пределах, например, Литий-4 распадается за $10^$ с ! Даже свет за такое время проходит расстояние меньше размера атома. Наибольший измеренный период полураспада имеет Теллур-128 – более $2×10^$ лет, это в сто триллионов раз больше, чем возраст Вселенной.
Что мы узнали?
Явление естественной радиоактивности открыл французский физик А Беккерель в 1896 г. Он случайно обнаружил, что кусок урановой руды засвечивает фотопленку, плотно упакованную в черную бумагу. В то время физики не смогли объяснить наблюдаемое явление, и неизвестное излучение сначала назвали икс-лучами. А.Беккерель занялся изучением неизвестных лучей, и 23 ноября 1896 года мировая научная общественность узнала, что эти лучи свойственно испускать урану или его соединениям. С 1897 г. к изучению Х-лучей подсоединились супруги Мария Склодовская и Пьер Кюри. Со временем М. Склодовская-Кюри обнаружила, что способность урана испускать Х-лучи присуща и торию. Она же ввела в обиход новое название для веществ, таких как уран и торий, - радиоактивные. Супругам Кюри наука обязана также открытием еще двух веществ, природная активность которых в сотни раз превышает активность урана, - это полоний и радий.
В этот же период в Кембридже директор Кавендишской лаборатории профессор Дж.Дж.Томсон изучал так называемые катодные лучи, открытые в 1895 г. В.Рентгеном. Это лучи, которые излучает накаленный катод электронно-лучевой трубки под воздействием ультрафиолетового света. Исследования Томсона позволили сделать вывод, что радиоактивное и катодное излучения имеют общую природу. Так была открыта искусственная радиоактивность.
В 1908 г. немецкий физик Ханс Гейгер (1882-1945) изобрел прибор для измерения уровня радиации в воздухе. Прибор этот назвали счетчиком Гейгера. При обнаружении радиации счетчик издает особые щелчки. Уровень радиации указывается на шкале.
Тогда исследователи еще не знали о вредности радиоактивного излучения. Первой его жертвой и стала М. Склодовская-Кюри. Она умерла в 1934 г. от тяжелого заболевания крови. Впервые природу воздействия радиации на живой организм установили в 1925 году русские ученые Р.С.Филиппов и Р.А Надсон, изучая дрожжи. Два года спустя их открытие подтвердил американский генетик Г.Д.Меллер на дрозофиле. Оказалось, что радиоактивное излучение оказывает сильное мутагенное воздействие на живые клетки, многократно ускоряя их спонтанные мутации.
Светится без солнца
В Париже 26 февраля 1896 года выдалось пасмурным. Для физика Антуана Беккереля это значило, что эксперимент с флуоресцентными минералами, который он собирался проводить, откладывается.
Фосфоресцентные минералы. Hannes Grobe, Wikipedia
Однако изображения, которые он получил, были совсем не такими четкими, как рентгеновские снимки. Ученый решил, что дело в недостатке солнечного света и решил повторить эксперимент в солнечный день, но погода этому не способствовала. Поэтому Беккерель до поры до времени убрал минерал, фотопластинку и медный мальтийский крест, завернув их в черную ткань. Достав их через несколько дней, он почему-то решил проявить фотопластинку. И неожиданно обнаружил на ней отпечаток креста. Поскольку воздействию солнечного света минерал не подвергался, оставалось предположить, что он сам испускает какого-то рода излучение, и дальнейшие эксперименты подтвердили это предположение.
Рентгеновский снимок руки Альберта фон Кёлликера, сделанный Рентгеном 23 января 1896 года. Фото: Wikipedia
Отпечаток мальтийского креста, обнаруженный Беккерелем на фотопластинке. Фото: Henri Becquerel
Радиация как лекарство от всего
Это привело к появлению множества коммерческих продуктов, которые сегодня покажутся весьма экзотическими. Например, в 1920—30-х годах были популярны ревигаторы — кувшины для воды, покрытые изнутри глиной, содержащей картнотит — минерал с высоким содержанием урана. Эта глина насыщала воду радоном, что само по себе не было опасно для здоровья, однако не только им — в результате химических реакций в воду также попадали ядовитые мышьяк, свинец, ванадий и уран. При этом шарлатаны рекомендовали выпивать шесть и более стаканов такой воды в день. Кроме того, с радиоактивными элементами выпускали таблетки, мази, крема, зубную пасту, компрессы и многое другое. Некоторые подобные средства выпускаются и поныне.
Читайте также: