Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Радиоактивность и изотопы: история и применение в геологии

Само излучение, открытое Рентгеном и названное впоследствии рентгеновским (Х-лучами), исследователи наблюдали уже в 1880-х гг., но явление радиоактивности открыл в 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель (1852–1908). Беккерель положил образец соли урана на фотографическую пластину (изолированную от воздействия солнечного света и других источников излучения), и на ней постепенно проявились очертания уранового образца. Беккерель задался вопросом: как такое возможно? Единственным разумным объяснением было то, что образец испускает «невидимые лучи»[186]. В том же году ученый опубликовал результаты своей работы[187]. Беккерель умер в относительно молодом возрасте – ему было 55 лет, – вероятно, из-за работы с радиоактивным материалом, который вызывал многочисленные ожоги на его руках, и воздействия радиации.

В 1898 г. супруги Пьер Кюри (1859–1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867–1934), французские физики, заинтересовались работой Беккереля и продолжили его исследования. Супруги Кюри (под руководством Марии) занимались исследованием тория и выяснили, что он испускает такие же «урановые лучи», как те, что обнаружил Беккерель. Мария назвала этот процесс радиоактивностью – так впервые был введен этот термин[188]. Историки науки отдают должное Марии Кюри за осознание того факта, что источником излучения является ядро атома, а не совокупность его электронов. Эта концепция стала основой для развития физики[189]. Кюри открыли два новых элемента: полоний и радий.

В 1903 г. Нобелевская премия по физике была присуждена Марии Кюри, Пьеру Кюри и Анри Беккерелю. Нобелевский комитет присудил награду супругам Кюри «в знак высокой оценки их выдающихся совместных работ по исследованию явлений излучения, открытых профессором Анри Беккерелем»[190][191]. В 1911 г. Мария Кюри получила вторую Нобелевскую премию – по химии – за работу с полонием и радием, которую она продолжила после трагической гибели мужа в 1906 г.: Пьер Кюри, поскользнувшись, попал под колеса экипажа и скончался в возрасте 46 лет в результате смертельного перелома черепа.

Понятие об изотопах было введено в 1913 г. радиохимиком Фредериком Содди (1877–1956), который на основе своих исследований изотопов свинца, иридия и тория понял, что атомы, имеющие одинаковую химическую природу и атомный объем, могут иметь разные атомные массы[192]. В 1921 г. Содди была присуждена Нобелевская премия, но награду он смог получить только в следующем, 1922 г.[193]. Еще ранее, в 1899 г., другой лауреат Нобелевской премии (1908), Эрнест Резерфорд (1871–1937), обнаружил, что торий выделяет газ, позже получивший название радон, и этот процесс сопровождается излучением двух типов: α и β. Два года спустя Резерфорд и Содди экспериментально обнаружили, что торий (в образце, оставленном в лаборатории на рождественские каникулы) в результате β-распада превратился в другую форму, которая, как выяснилось, представляет собой совершенно иной химический элемент: радий. В 1902 г. ученые опубликовали статью в двух частях «Причина и природа радиоактивности» о трансмутации – изменениях – элементов[194]. В 1904 г. Резерфорд опубликовал книгу под названием «Радиоактивность» (Radio-Activity), где писал следующее:

Наиболее примечательным свойством радиоактивных тел является их способность самопроизвольно и непрерывно излучать энергию с постоянной интенсивностью без всякого, насколько известно, воздействия на них внешних причин… Явление кажется еще более удивительным, если считать, что радиоактивные тела, должно быть, постоянно излучают энергию с момента их образования в земной коре[195].