У истоков радиоактивности

Беккерель Антуан Анри (Antoine Henri Becquerel) – французский физик. Родился 15 декабря 1852 г. в Париже в семье учёных, которая, считая его самого и его сына, дала четыре поколения учёных. Беккерели - отец, сын и дед - жили в доме французского естествоиспытателя Кювье, принадлежащем Национальному музею естественной истории.

    Беккерель получил среднее образование в лицее Людовика Великого, а в 1872 г. поступил в Политехническую школу в Париже, а через два года он перевелся в Высшую школу мостов и дорог, где изучал инженерное дело.

      После окончания Высшей школы Беккерель получил направление в Институт путей сообщения. В 1894 г. он стал главным инженером в управлении мостов и дорог. К этому же времени относится его женитьба на Люси Жамен, дочери профессора физики, с которой он был знаком ещё со времени учёбы в лицее. Увы, семейное счастье оказалось недолгим: Анри потерял любимую жену, едва достигнувшую двадцати лет и оставившую новорожденного ребенка - сына Жана, который также впоследствии стал физиком.

        Перенести потерю помогала наука, в которую Анри погрузился полностью. В 1875 г. появилась его первая публикация в "Журналь де физик". Она была замечена, и двадцатитрёхлетнему учёному была предоставлена должность репетитора в Политехнической школе.

              Беккерель возвращается в квартиру отца при Музее естественной истории и попадает в круг научных интересов семьи Беккерелей. Через три года умирает его дед и Анри переводится в музей ассистентом своего отца.

       В основном тематика их трудов была связана с областью магнитооптики и кристаллооптики. В частности, учёные осуществили интересные исследования того, как в магнитном поле вращается плоскость поляризации света. Это любопытное явление открыл Майкл Фарадей. Ежедневно наблюдая за успехами своего сына, который уже был известен как отличный экспериментатор, отец Анри испытывал гордость за него. Антуан Анри Беккерель в 1888 году представил докторскую диссертацию в Сорбонне. Эта работа стала продолжением исследований его отца и деда, а также итогом десятилетних трудов самого автора. Она была оценена очень высоко.

         В 36 лет он стал членом Парижской Академии наук, а в 40 лет получил место профессора в Музее естественной истории. В 1890 г. после 14-летнего вдовства он женился на Луизе Дезире Лорье.

       В 1895 г. немецкий физик Вильгельм Рёнтген открыл излучение, обладающее большой энергией и проникающей способностью, известное сегодня как рентгеновские лучи, которые возникают, когда катодные лучи (электроны), испускаемые отрицательным электродом (катодом) электронно-вакуумной лампы, ударяют в другую часть лампы во время высоковольтного разряда. Поскольку падающие катодные лучи вызывают также люминесценцию, когда они ударяют в лампу, то ошибочно предполагалось, что и люминесценция, и рентгеновские лучи образуются посредством одного и того же механизма и что люминесценция может сопровождаться рентгеновскими лучами.

     Французский математик и физик Анри Пуанкаре высказал предположение, что Х-лучи, открытые Рентгеном, могут самопроизвольно испускаться некоторыми природными фосфоресцирующими веществами. Рассуждения Пуанкаре были логичны и просты: рентгеновское излучение, по-видимому, возникает на том конце вакуумной трубки, куда попадают катодные лучи и где светится стекло трубки. Но тогда, может быть, светящиеся (люминесцирующие) вещества могут и сами испускать лучи, наподобие рентгеновских?

    20 января 1896 г. на заседании Французской академии Анри Пуанкаре зачитал письмо Рентгена об открытии им нового излучения. Присутствовавший в зале член Академии А. Беккерель уже на следующий день приступил к исследованиям флуоресценции. Этим явлением занимались его отец и дед. 

        Семья Беккерелей собрала великолепную коллекцию флуоресцирующих минералов, и Анри решил проверить: не излучаются ли X - лучи минералами, обладающими свойством флуоресценции? Беккерель решил выяснить, может ли люминесцентный материал, активированный светом, а не катодными лучами, также испускать рентгеновские лучи. Идея опыта была простой: положить минерал на завёрнутую в чёрную бумагу фотопластинку, выставить на солнечный свет и затем проявить фотопластинку. Если X - лучи возникают, то они её засветят. Для своего опыта Беккерель выбрал соль урана. Всё получилось так, как он и предполагал. 24 февраля он доложил в Академии о своих результатах. Следующее заседание было назначе¬но на 2 марта 1896 г., но погода испортилась, и фотопластинки с кристаллами урановой соли пролежали в ящике письменного стола без движения. Проявив их, Беккерель увидел отчётливые отпечатки кристаллов урановой соли. 2 марта Беккерель сделал краткое сообщение о своём открытии, через полгода он установил, что фотопластинку засвечивают лишь те минералы из его коллекции, которые содержат уран, причём действие зависит от количества урана в минерале. Эффект никак не был связан с явлением люминесценции. Испускаемые ураном лучи назвали "урановыми" или "беккерелевыми".

      По свидетельству современников, Беккерель обладал замечательной научной интуицией. Открытые им урановые лучи поначалу не вызвали большого восторга. В годовом обзоре работ прези¬дент Академии наук почти ничего не сказал об откры¬тии Беккереля. И только А. Пуанкаре по достоинству оценил открытие А. Беккереля, сказав, что Анри доба¬вил "новые лучи к славе своей династии".

          Вскоре Беккерель обнаружил: излучение легко заметить, если поместить образец вблизи электроскопа - простого инструмента, чувствительного к наведенному электрическому заряду. Излучение Беккереля заряжало металл-проводник в электроскопе, откуда следовало, что оно порождает ионы (заряженные частицы), проходя сквозь толщу воздуха. Беккерель так и понял суть своего открытия и оставался при твердом убеждении, что замеченное им явление - новая и необычная разновидность флуоресценции. Другими словами, результат испускания энергии (временно запасенной в молекуле) в форме видимого света. Кюри оставалось найти истинный источник излучения, а Резерфорду в Кембридже - выявить его природу.

           Забавная историческая ремарка к открытию Беккереля: все успели забыть, что похожее наблюдение уже было сделано в Париже на сорок лет раньше. Абель Ньепс де Сен-Виктор прославился своими нововведениями в фотографии, особенно изобретением альбуминовой печати. Интерес к химии и свойствам света привёл его в лабораторию к заслуженному химику-органику Мишелю Эжену Шеврелю. Шеврель, глава Музея естественной истории, был заодно научным консультантом Мануфактуры гобеленов и в свое время заметно повлиял на взгляды Сера и школы пуантилистов. (Шеврель, кстати, мог бы похвастаться наиболее продолжительной в мире научной карьерой - он активно работал до самой смерти в возрасте 103 лет). При поддержке Шевреля Ньепс провел исследование флуоресцентных и фосфоресцентных веществ, и в 1857 году сообщил буквально следующее: рисунок на картоне, выполненный нитратом урана, оставляет отпечаток на светочувствительной бумаге - примитивном прототипе фотопленки. Фокус с урановым рисунком срабатывал и в темноте, и на солнечном свету. Даже когда фотобумагу отодвигали на 3 сантиметра, все опять повторялось. После 1857-го появилось ещё несколько сообщений об этом феномене, и они вызвали заметный интерес - в том числе и у отца Анри Беккереля, Эдмонда. Помнил ли Анри о Ньепсе к 1896 году, когда ставил свой знаменитый эксперимент? И если нет, возможно, всё же поддался влиянию каких-то смутных воспоминаний, проявляя свою фотопластинку?

         Было установлено, что неведомые лучи не только вызывают почернение фотопластинок, но и производят разнообразные другие действия. Открытие Рентгена, а затем и Беккереля породило нечто подобное "лучевой эпидемии". Возможно, из множества заявок на открытие такого рода больше других привлекли внимание физиков выступления профессора Блондо из Нанси, который не только "видел" некие новые лучи, но даже сумел провести их спектральный анализ. Правда, другие исследователи (в числе которых, заметим, оказался и Жан Беккерель) не смогли подтвердить этих сообщений, и вскоре, благодаря вмешательству блестящего американского экспериментатора Роберта Вуда все закончилось скандальным разоблачением. Финал был, увы, трагичен: Блондо который, скорее всего, был жертвой самовнушения, не перенеся удара, обрушившегося на него после шумного успеха (Парижская АН успела даже наградить его золотой медалью и премией в 20 тыс. франков), сошёл с ума и вскоре умер.

   В 1898 г. Мария Складовская - Кюри назвала это замечательное явление природы радиоактивностью (от лат. radio - «излучаю»; radius-«луч» и activus - «действенный»).

       По определению радиоактивность – «самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием частиц». По сути, превращение одних веществ в другие… Цели алхимиков в результате открытия радиоактивности в некоторой мере были достигнуты. Не при помощи философского камня и не превращение свинца в золото, об этом не может быть и речи. Но всё же было выяснено, что в определённых условиях одни вещества могут превращаться в другие.

          Радиоактивное излучение нельзя увидеть, но можно заставить его себя "проявить" в видимом мире. В камеру Вильсона (пластиковый бокс, охлажденный до -30°C), наполненную паром изопропилового спирта, помещён кусок радиоактивного урана (минерал уранинит). Минерал излучает положительно заряженные альфа-частицы и отрицательно заряженные бета-частицы. Встречая на пути молекулы спирта, альфа-частицы отрывают электрон от молекулы спирта, а бета-частицы, наоборот, добавляют ей электроны. Молекулы спирта становятся заряженными и начинают притягивать другие молекулы спирта. Когда молекулы собираются в кучу, то получаются заметные белые облака, которые видны на анимации. Так мы можем проследить пути выбрасываемых частиц.

Альфа-частицы создают прямые и густые облака, а бета-частицы - длинные.

                 Беккерелю удалось сделать ещё одно «случайное» крупное открытие, относящееся к радиоактивности. В апреле 1902 года для публичной лекции ему понадобилось радиоактивное вещество, он взял его у супругов Кюри и положил пробирку с ним в жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул пробирку с хлоридом радия (RaCl2) владельцам, а на следующий день обнаружил на теле под жилетным карманом покраснение кожи в форме пробирки, на месте которого позже образовалась язва. Беккерель рассказал об этом Пьеру Кюри, и тот поставил на себе опыт: в течение десяти часов носил привязанную к предплечью пробирку с радием. Через несколько дней у него тоже появилось покраснение, перешедшее затем в тяжелейшую язву, от которой он страдал в течение двух месяцев. Так впервые было открыто биологическое действие радиоактивности. С тех пор препараты стали помещаться в свинцовые коробочки.

В 1903 году Беккерель, совместно с Пьером и Марией Кюри, удостаивается Нобелевской премии - Беккерель был первым французом, привезшим в Париж Нобелевскую медаль (премию супругам Кюри, которые не смогли приехать в Стокгольм, шведский король Оскар вручил министру Франции).

      Почести, восторженный приём при всех его научных выступлениях, поистине международное признание его открытия - всё это не изменило стиля жизни Беккереля, он до своего последнего часа остался всё таким же, как и прежде, скромным и преданным науке тружеником.

        Умер А.Беккерель 25 августа 1908 года в Круасике (Бретань) во время поездки с женой в её родовое поместье.

В его честь названы:

Единица активности в системе единиц СИ — беккерель (Bq).

Кратер на Луне.

Кратер на Марсе.

Беккерелит — вторичный урановый минерал.

Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.