Физика для всех. Книга 4. Фотоны и ядра

В 3-й книге было коротко рассказано, каким образом Резерфорд установил, что атом состоит из крошечного ядра и движущихся около него электронов. Теперь мы должны раскрыть перед читателем одну из важнейших страниц физики — ту, на которой записаны факты о строении атомного ядра из протонов и нейтронов. Как ни странно, но история этого открытия начинается за пятнадцать лет до того, как своими опытами по рассеянию, альфа-частиц тонкой фольгой Резерфорд доказал справедливость ядерной модели атома.

Верной 1896 г. французский физик Анри Беккерель (1852–1908) выяснил, что уран испускает лучи, действие которых, подобно рентгеновским лучам. Так же как и открытые за несколько месяцев перед этим икс-лучи Рентгена, урановые лучи засвечивают фотографические пластинки, проходят через непрозрачные предметы. Поглощение их пропорционально плотности предмета, помещенного между ураном и фотопластинкой. Если тело непрозрачно для этих лучей, то на пластинке образуются четкие контуры предмета. Урановые лучи, опять же как лучи Рентгена, способны ионизовать воздух; по ионизации воздуха можно очень хорошо оценивать их интенсивность.

Есть родственное в открытиях Беккереля и Рентгена — элемент случайности. Но один лишь случай никогда не является источником важного научного открытия. Как после открытия Рентгена нашлись люди, которые за несколько лет до него «видели» икс-лучи, так же и после открытия Беккереля выяснилось, что по крайней мере человека три наблюдали почернение фотопластинки, находившейся вблизи от солей урана. Но мало «увидеть»! Надо обратить внимание и надо выяснить настоящую причину явления. Это сделали Рентген и Беккерель, а не их предшественники. Потому они и заслужили честь и славу.

Путь к открытию Беккереля проходил через следующие этапы. Рентгеновские лучи в первых трубках, как мы это рассказывали, падали на стекло. Стекло флуоресцировало под действием катодных лучей. Поэтому естественно возникала мысль, что проникающие лучи являются спутниками флуоресценции. Беккерель и начал с того, что стал производить опыты с веществами, которые флуоресцируют под действием солнечного света. Довольно быстро он обнаружил, что проникающие лучи исходят из различных минералов, содержащих уран. Уже это было открытием. Но Беккерель не спешил сообщить о нем ученому миру. Опыты следовало повторить несколько раз. А тут, как назло, солнце упорно не появлялось на небе несколько дней. Фотопластинки вместе с исследуемыми минералами лежали в ожидании солнышка в ящике лабораторного стола. 1 марта 1896 г., наконец, выдался солнечный день. Можно было приступить к опытам. Но прежде чем начать работу, Беккерель решил проверить качество пластинок. Отправился в темную комнату, проявил одну из пластинок и увидел на ней четкие силуэты образцов минерала. А ведь флуоресценций-то никакой не было. Значит, дело не в ней.

Беккерель повторяет «темповые» опыты и убеждается в том, что его минералы являются источниками проникающего излучения, которое создается «само по себе» — без всякой помощи внешнего света.

Тщательный просмотр многих образцов приводит Беккереля к мысли, что источником лучей является уран. Если в минерале урана нет, то нет и проникающего излучения. Чтобы доказательство было полным, нужно исследовать чистый уран. А этот элемент — большая редкость: Беккерель достал уран у своего друга химика Муассана. На одном и том же заседании французской Академии наук Муассан рассказал о своем способе получения чистого урана, а Беккерель сообщил о том, что уран испускает лучи. Эти доклады были прочитаны 23 ноября 1896 г. Всего лишь пятьдесят лет отделяют это открытие от атомной бомбы, сброшенной над Хиросимой.

Прошел год. Осенью 1897 г. начинают свои опыты два молодых физика — супруги Кюри. Молодые энтузиасты работают в холодном сарае. Исследование химических особенностей образцов, дающих проникающую радиацию Беккереля, Мария Кюри (1867–1934) выбирает в качестве темы своей диссертации.

МАРИЯ СКЛОДОВСКАЯ-КЮРИ (1867–1984) — выдающаяся женщина-ученый. В 1898 г., исследуя излучение (природа которого в то время была неизвестна) урана и тория, выяснила, что в рудах этих элементов содержатся вещества, обладающие гораздо более сильной способностью к излучению. Ею были выделены полоний и радий. Мария Кюри и ее супруг Пьер Кюри ввели в обиход термин «радиоактивность». Открытия Марии Склодовской-Кюри были немедленно подхвачены Резерфордом и привели к установлению законов радиоактивного распада атомов.