Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Естественная радиоактивность

Открытие радиоактивности

Открытие одного важного явления обычно приводит к другим открытиям. В 1895 г. Рентген открыл свои лучи; это дало толчок к открытию Беккерелем в 1896 г. радиоактивности. Беккерель пытался выяснить, нет ли какой-либо связи между флуоресценцией стекла рентгеновской трубки и фосфоресценцией некоторых солей при облучении их обычным светом. Выполняя программу своих исследований, он изучал двойной сульфат урана и калия. Вначале он завернул фотопластинку в толстую черную бумагу и поместил кристалл урановой соли над бумагой. Затем он выставил сверток вместе с кристаллом на солнечный свет. Проявив пластинку, Беккерель обнаружил на негативе силуэт кристалла соли и предположил, что он вызван излучением, испускаемым кристаллом.

Вслед за этим опытом он предпринял другие, в которых помещал различные поглощающие вещества между урановой солью и фотопластинкой. В каждом случае получалось одно и то же: после проявления пластинки на ней наблюдалась тень от поглощающего вещества. Ученый полагал, что эта тень вызывается поглощением излучения в веществе, помещенном между урановой солью и фотопластинкой. Коронным экспериментом оказался опыт, в котором Беккерель отказался от облучения соли светом от внешнего источника и вместо этого решил выяснить, не является ли сама соль источником излучений.

Для этих экспериментов Беккерель изготовил светонепроницаемую коробку, на дне которой помещалась фотопластинка. В одном опыте он поместил кристаллы урановой соли на пластинку. На проявленной пластинке обнаружились силуэты отдельных кристаллов. В другом опыте Беккерель поместил между кристаллами и фотопластинкой кусок алюминия; снова на проявленной пластинке были видны силуэты кристаллов, но на этот раз они были менее ярки, поскольку алюминий поглотил часть излучений. На основании этих экспериментов Беккерель пришел к заключению, что излучения идут из урановой соли, независимо от воздействия на нее внешнего света.

Затем Беккерель продолжил свои исследования по выяснению происхождения этих излучений. Используя в опытах множество соединений урана, он пришел к выводу, что излучения испускаются имеющимся в соединениях ураном. Некоторые соединения фосфоресцировали, другие нет. Он открыл также важное свойство излучений: они могли вызывать разряд электрически заряженных тел. Это сделало возможным количественное изучение явления при помощи ионизационных камер, электроскопов и электрометров.

Немного позже Эрнест Резерфорд изучал проникающую способность излучения урановой соли, измеряя ионизацию, производимую им в ионизационной камере. Он нашел, что излучение состоит из двух частей: очень мягкой части, легко поглощаемой веществом, которую он назвал альфа-лучами, и более проникающей части, названной им бета-лучами. Излучение, обнаруженное в опытах Беккереля, как теперь известно, должно было состоять из бета-лучей.

Далее Мария Кюри при помощи ионизационного метода показала, что активность урановой соли пропорциональна массе урана, содержащейся в соли. Этим она продемонстрировала атомную природу радиоактивности. Затем Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри подвергли систематическому химическому анализу урановую смоляную обманку и измерили электрическим методом активность элементов, полученных из этого минерала. В 1898 г. они добились успеха, открыв два новых радиоактивных элемента — полоний и радий. За эту работу они получили Нобелевскую премию.

Радий был выделен супругами Кюри в виде соли — хлорида радия. Они обнаружили, что его активность более чем в миллион раз превышает активность такой же массы урана. Чистый металлический радий впервые был получен в 1910 г. разложением расплавленной соли. Его атомный вес оказался равным 226,05. Он находился в конце второй группы периодической таблицы элементов; по химическому строению аналогичен кальцию, стронцию и барию. С тех пор было открыто много других радиоактивных веществ, заполнивших ряд свободных мест, имевшихся в периодической таблице Д. И. Менделеева до открытия Беккерелем радиоактивности.

Излучения, испускаемые радиоактивными веществами

Кроме альфа- и бета-лучей, естественные радиоактивные вещества испускают третий вид излучения — гамма-лучи. Существование трех видов излучения можно очень просто продемонстрировать. Небольшое количество радиоактивной соли R помещается на дне длинного узкого углубления в свинцовом блоке (рис. 1). Почти параллельный пучок излучений радиоактивного вещества выходит сквозь щель 5; лучи, идущие в других направлениях, поглощаются в блоке. Сам блок помещен в воздухонепроницаемую камеру, в которой находится фотопластинка Р, расположенная над щелью. Чтобы избежать поглощения лучей, воздух из камеры откачивается. Под прямым углом к плоскости рисунка приложено сильное магнитное поле, направленное от наблюдателя.

После достаточно продолжительной экспозиции на проявленной фотопластинке можно обнаружить три различных линии. Линия, расположенная слева, образована альфа-лучами, представляющими собой поток положительно заряженных частиц, называемых альфа-частицами. Линия справа возникла под действием бета-лучей, являющиеся потоком отрицательно заряженных частиц, носящих название бета-частиц. Третья, неотклоненная линия обусловлена гамма-излучением, неподверженным воздействию магнитного поля. Образование этой линии, следовательно, можно отнести либо за счет потока нейтральных частиц, либо за счет электромагнитного излучения. Опыты по интерференции и дифракции гамма-лучей, аналогичные опытам с рентгеновыми лучами, указывают на то, что гамма-лучи представляют собой электромагнитное излучение с предельно короткими длинами волн —0,1 А и меньше.

Исследования показывают, что некоторые естественные радиоактивные вещества испускают альфа-частицы, другие испускают бета-частицы, и что гамма-лучи иногда сопровождают излучение как тех, так и других. После открытия Беккерелем радиоактивности было высказано предположение о том, что все эти лучи испускаются ядрами в результате некоторых спонтанных (самопроизвольных) процессов, осуществляющихся в них. В виду этого, если ядро испускает заряженную частицу, его атомный номер меняется и при этом возникает ядро атома нового типа. Важную роль в определении этих изменений играет химия. Анализ известного радиоактивного элемента, распадавшегося в течение некоторого времени, показывает присутствие многих новых элементов, возникших вследствие распада.

Тщательное изучение природы и свойств лучей, испускаемых при расщеплениях, подкрепленное химическим анализом веществ, приводит к ценным сведениям о строении ядра и о ядерных процессах. Оно также указывает направление, в котором следует действовать, чтобы добиться желаемых изменений ядер и получить новые атомы и атомные процессы.

Г.Семат, Г.Э. Уайт - Физика атомного века /
Перевод с английского А.В.Давыдова

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору! 
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник
Яндекс.Метрика