Физика для всех. Книга 4. Фотоны и ядра

Напряженный труд приводит к одному открытию за другим. Прежде всего обнаруживается, что кроме урана проникающие лучи дает и торий. Интенсивность лучей измеряется по силе ионизационного тока. Кюри подтверждает догадку Беккереля, что интенсивность проникающих лучей не зависит от того, в состав каких химических соединений входят уран и торий, а строго пропорциональна числу их атомов.

И вдруг осечка: урановая смоляная руда дает в четыре раза большую ионизацию, чем ей полагалось бы по количеству содержащегося в ней урана. Вот в момент таких поворотных пунктов и сказывается талант исследователя. Бесталанный человек не отказался бы от предположения, что во всем виноваты атомы урана. Но Мария Кюри понимает, что явление может быть объяснено и иначе. Ведь может статься, что в смоляной руде содержится в малом количестве неизвестный доселе химический элемент, который обладает способностью давать сильнейшее проникающее излучение. Догадка оказалась справедливой. Огромный, без преувеличения можно сказать — героический труд Кюри приводит к тому, что она выделяет сначала полоний (название не случайно: Мария Кюри — урожденная Склодовская, по национальности полька), а затем радий (лучистый). Радий оказался почти в тысячу раз активнее чистого урана.

Однако поведем наш разговор в более быстром темпе, не касаясь исторической последовательности событий.

После открытия радия были найдены и другие вещества, являющиеся источниками проникающих лучей. Все они получили название радиоактивных.

Что же представляет собой радиоактивное излучение?

В коробке, из которой был откачан воздух, помещался радиоактивный препарат, за ним — свинцовая заслонка со щелью. Луч проходил через щель, падал на фотопластинку и оставлял на ней след. Но как только коробка была помещена между полюсами магнита, на проявленной пластинке обнаружились три черточки. Радиоактивный луч разделился на три луча. Один отклонился в ту сторону, куда положено загибаться потоку отрицательно заряженных частиц, второй луч представлял собой поток положительных частиц. Третий луч не отклонялся. Видимо, он являлся родственником рентгеновского луча.

Методами, которые мы уже обсуждали, удалось доказать, что в общем случае радиоактивное излучение состоит из потока электронов (до того, как было выяснено, что это — электроны, лучи назывались бета-лучами), потока ядер атомов гелия (альфа-частицы) и жесткого электромагнитного излучения (гамма-лучи).

РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД

Происходят ли какие-либо события с атомами, являющимися источниками радиоактивного излучения? Происходят. И события эти совершенно- поразительны. В 1902 г. тот же Резерфорд (об открытии структуры атома которым в 1911 г. мы рассказали уже давно, презрев историческую последовательность событий) доказывает, что в результате радиоактивного излучения происходит превращение одного сорта атомов в другой.

Резерфорд ожидал, что предположение, хотя и основанное на строгих опытных доказательствах, будет принято в штыки химиками. Действительно, ведь, доказывая наличие превращения атомов, мы посягаем на святая святых — на неделимость атома. Утверждая, что из урана можно получить свинец, мы осуществляем мечту алхимиков, которые заслужили «славу» ничуть не более почетную, чем астрологи.

Но под тяжестью доказательств противники быстро отступили, и через некоторое время явление естественного радиоактивного распада некоторых атомов было неоспоримо доказано как химическими, так, и физическими методами. В чем же заключается радиоактивное превращение?

Прежде всего, оказалось, что электронные лучи, входящие в состав радиоактивного излучения, выходят из ядра. Но если так, то заряд ядра увеличивается на единицу и радиоактивный атом превращается в следующий по порядку атом таблицы Менделеева.

Альфа-частица несет на себе двойной положительный заряд и имеет массу в четыре раза превышающую массу атома водорода. Если ядро выбрасывает такие частицы, то должно происходить «смещение» атома влево по порядку элементов в таблице Менделеева с соответствующим изотопическим превращением.

Совершенно тривиальным (вроде «веревка есть вервие простое») будет утверждение, что радиоактивному распаду подвержены неустойчивые атомы.

Мы не знаем, много ли сортов таких атомов существовало, когда начал остывать земной шар. Но нам превосходно известно, какие, неустойчивые атомы, можно разыскать сейчас в природе. Оказывается, что они являются членами трех кланов. Прародителями являются атом урана с массовым числом 238, атом урана с массовым числом 235 и атом тория с массовым числом 232.

На рис. 5.3 мы приводим первое семейство.