Początki odkrycia promieniotwórczości

Po publikacji Roentgena 28 grudnia 1895 roku cały świat został zafascynowany niezwykłymi właściwościami nowych promieni, które stały się głównym tematem dyskusji we wszystkich środowiskach. 20 stycznia 1896 roku Henri Poincaré opowiedział o zadziwiającym odkryciu Roentgena na posiedzeniu Akademii Nauk w Paryżu. Wysunął wówczas hipotezę, że emisja promieni X ma związek ze zjawiskiem fosforescencji, czyli opóźnionym wysyłaniem światła po naświetleniu danej substancji. Obecny na posiedzeniu Becquerel postanowił sprawdzić tę hipotezę. Miał w swojej pracowni minerał, siarczan uranylo - potasowy, znany jako substancja o silnej fosforescencji, wystawił go więc na działanie światła słonecznego, a następnie stwierdził, że położony na pewien czas na kliszy fotograficznej, owiniętej w czarny papier, powoduje jej wyraźne zaczernienie. Na posiedzeniu Akademii Nauk 24 lutego 1896 roku Becquerel przedstawił ten wynik uznając, że hipotezę Poincarégo potwierdzono [3,5].

Postanowił jednak kontynuować doświadczenia. Tymczasem pod koniec lutego w Paryżu rzadko świeciło słońce, więc czekając na poprawę pogody, Becquerel przechowywał mało naświetlony minerał razem z kliszą w szufladzie. Po paru dniach zdecydował się wywołać kliszę i ze zdumieniem stwierdził, że jej zaczernienie jest bardzo duże. Zrozumiał wtedy, że jego poprzedni wniosek był błędny i na następnym posiedzeniu Akademii Nauk 2 marca 1896 roku ogłosił, iż sól uranylowa sama z siebie wysyła nieznane przenikliwe promieniowanie. Tak więc błędna hipoteza i zbieg okoliczności doprowadziły do odkrycia, uhonorowanego potem Nagrodą Nobla [5].

Becquerel postanowił zbadać dokładniej właściwości nowo odkrytego promieniowania. Trzykrotnie jeszcze w marcu 1896 roku na posiedzeniach Akademii Nauk przedstawił swoje wyniki. Najpierw 9 marca oznajmił, że promienie wysyłane przez siarczan uranylowo - potasowy trzymany przez kilka dni w ciemnościach, powodują po przejściu przez dwumilimetrową płytę aluminiową rozładowanie elektroskopu listkowego. Dodatkowo stwierdził, że te niewidzialne promienie mogą ulec odbiciu i załamaniu. Cały czas konsekwentnie posługiwał się kliszami fotograficznymi. W kolejnym komunikacie 23 marca podał dokładniejsze wyniki dotyczące zdolności jonizującej nowych promieni. Porównując skutki działania promieni Roentgena wychodzących z rury Crookesa i promieniowania soli uranowej stwierdził, że pierwsze z nich rozładowuje elektroskop ponad 100 razy szybciej. Tydzień później Becquerel podał, że promienie uranowe ulegają podwójnemu załamaniu i polaryzacji.

Doświadczenia Becquerela były starannie przemyślane i wykonane ale wyniki dotyczące rzekomego odbicia, załamania i polaryzacji promieni uranowych, uzyskane zawodną metodą (badanie zaczernienia kliszy fotograficznej) były jak dziś wiemy błędne [7] i przyczyniły się do wyraźnego spadku zainteresowania nowymi promieniami.

Becquerel był znanym i cenionym fizykiem, toteż jego wyników nikt nie podawał w wątpliwość. Skoro promieniowanie uranowe wykazywały właściwości falowe jak zwykłe światło uznano, że ich naturę lepiej zrozumiano niż odkrytych wcześniej, lecz nadal tajemniczych promieni Roentgena. Najlepiej świadczy o tym fakt, iż na wspomnianych powyżej trzech posiedzeniach Akademii Nauk przedstawiono ponad 30 doniesień o badaniach promieni Roentgena. W tej powodzi wiadomości, komunikaty Becquerela o promieniowaniu uranowym mającym właściwości podobne do zwykłego światła, nie mogły wywołać szerszego oddźwięku. Na wieść o odkryciu promieni Roentgena ówczesnych uczonych ogarnął ogromny zapał. Nowe pole badań przyciągnęło także mniej kompetentnych naukowców, którzy swoimi doniesieniami potęgowali zamęt. Nic więc dziwnego, że w atmosferze nie słabnącego zainteresowania promieniami X, a jednocześnie licznych doniesień o wielości źródeł przenikliwego promieniowania, niewielkie wrażenie wywołał kolejny komunikat Becquerela, który 23 maja doniósł, że uran metaliczny także wysyła niewidzialne promieniowanie i to z natężeniem czterokrotnie większym niż wcześniej badane sole uranu. 23 listopada1896 roku oraz 1 marca i 12 kwietnia 1897 roku Becquerel ogłosił krótkie komunikaty na temat "promieni uranowych", w ostatnim stwierdził, że aktywność soli uranowych nie zmieniła się zauważalnie w ciągu roku badań. Był on w tym okresie chyba jedynym uczonym poświęcającym swój czas badaniu promieni, uznanych powszechnie za znacznie mniej ciekawe od promieni Roentgena.

Następna praca Becquerela na temat promieniotwórczości została przedstawiona dopiero 27 marca 1899 roku, rok po pierwszej publikacji Marii Skłodowskiej-Curie i parę miesięcy po odkryciu polonu i radu. Właściwie cały czas od maja 1896 do wiosny 1898 roku był okresem stagnacji w badaniach promieni Becquerela.

Trudno powiedzieć, jak potoczyłaby się historia promieniotwórczości, gdyby w końcu 1897 roku Maria Skłodowska-Curie nie zdecydowała zająć się systematycznie "nieciekawym" zagadnieniem, jakim wydawało się wówczas promieniowanie uranu. Skończyła właśnie swoją rozprawę dyplomową na temat właściwości magnetycznych hartowanej stali i gdyby kontynuowała te badania, zapewne jej nazwisko nie przeszłoby do historii. Jej pierwsza samodzielna praca na temat promieniotwórczości - nazwa właśnie przez nią zaproponowana - to zerwanie z praktykami ówczesnych badaczy nowych promieni [5].

Pierwsze badania Maria Skłodowska-Curie rozpoczęła w bardzo prymitywnych warunkach, w ciasnej, wilgotnej maszynowni szkolnej służącej jako laboratorium naukowe. W badaniach swoich posługiwała się elektroskopem, połączonym z komorą jonizacyjną. Poddając systematycznie związki uranowe różnym czynnikom chemicznym oraz badając ich promieniowanie Maria Skłodowska-Curie stwierdziła, że nowe promieniowanie (Becquerela) jest własnością uranu, niezależnie od tego w jakim związku chemicznym uran występuje. Oddziaływania zewnętrzne jak grzanie, oziębianie, naświetlanie różnym promieniowaniem, pole magnetyczne itd. nie wywierają żadnego wpływu na własności uranu. Wtedy to Maria Skłodowska-Curie po raz pierwszy na świecie nazwała tę nową cechę materii promieniotwórczością (radioaktywnością) [13]. Przeczuwając, że własność tę mogą mieć inne pierwiastki, podjęła w tym kierunku nowe badania, które wykazały, że poza uranem również pierwiastek tor posiada własności promieniotwórcze (początek 1898 roku). Niezależnie od niej własność tę potwierdził niemiecki fizyk Gerhard Schmidt (1865 - 1949). Maria Skłodowska-Curie, badając systematycznie różne materiały pod kątem ich promieniowania, jakoby wiedziona instynktem, zaczęła badać też minerały zawierające uran i tor. Badając ich promieniotwórczość spostrzegła, że niektóre z nich (blenda smolista, chalkolit, autunit czy toryt) nieoczekiwanie wykazują wyższą aktywność niżby to odpowiadało zawartości w nich uranu. Na przykład chalkolit (fosforan miedziowo - uranylowy) zsyntetyzowany przez panią Skłodowską-Curie wykazywał aktywność odpowiadającą zawartości w nim uranu, ale była ona niższa od aktywności chalkolitu naturalnego. Minerał- blenda smolista wykazywał aktywność cztery razy większą od metalicznego uranu. Te spostrzeżenia dowodziły niezwykłej skrupulatności, systematyczności, dużej wiedzy, a zarazem niezwykłej intuicji. Fakty powyższe, doprowadziły Marię Skłodowską-Curie do wniosku o fundamentalnym wprost znaczeniu dla rozwoju tej dziedziny nauki - w minerałach tych oprócz uranu powinien być zawarty jeszcze inny pierwiastek promieniotwórczy o aktywności znacznie przewyższającej aktywność uranu [7,8].

Piotr Curie zainteresowany obserwacjami i wnioskami małżonki, przerywa swoje ukochane badania krystalograficzne, by wraz z Marią rozpocząć wspólne badania i próbować wyjaśnić te zagadkowe spostrzeżenia [14]. We wstępie do swej rozprawy doktorskiej "Badanie ciał radioaktywnych" Maria Skłodowska-Curie napisała: "Okazało się, że wyniki do jakich mnie ta praca doprowadziła odsłaniają widoki tak ciekawe, że pan Curie, odstępując od swych robót, będących w biegu, przyłączył się do mnie i odtąd wspólnie nasze usiłowania skierowaliśmy ku wydobyciu nowych ciał promieniotwórczych i ich zbadaniu" [5].Ta ścisła współpraca zaowocuje niebawem fantastycznymi wynikami. Piotr Curie zajął się fizyczną stroną eksperymentów udoskonalając aparaturę pomiarową, zaś pani Maria znając chemię, rozpoczyna przygotowania do pracy analityczno - chemicznej. Oboje wykazują tu umiejętność łączenia metod fizycznych i chemicznych do wyjaśnienia jednego i tego samego problemu. Mając jasno sformułowany cel, państwo Curie przystępują do systematycznej analizy blendy uranowej. Chociaż będą to pomiary jakościowe z wykorzystaniem promieniotwórczości materiałów, to wykonane zostaną z perfekcyjną dokładnością, zapewnioną przez użycie zjawiska piezoelektrycznego, w którym wielkości prądów z kryształu i komory jonizacyjnej są co prawda małe, rzędu pikoamperów, ale łatwo porównywalne ze sobą. Tego rodzaju urządzenia były używane w wielu laboratoriach do lat 50 XX wieku, kiedy to wyparły je liczniki Geigera, a potem liczniki scyntylacyjne [7].

Najpierw rudy trzeba było sproszkować, a potem wyznaczyć aktywność. Następnie materiał ten rozpuszczano i poddawano obróbce metodami mokrej chemii, strącając różne osady, które suszono i znów mierzono aktywność. Małżonkowie Curie szybko spostrzegli, że metodą kolejnych strąceń można było skoncentrować aktywność w określonych osadach. Niestety, koncentracja poszukiwanych pierwiastków była w rudach niewielka i trzeba było przerobić tony rudy. Do realizacji tych prac na tak dużej masie materiału należało mieć odpowiednio duże pomieszczenia z wentylacjami, kanalizacją, wyciągami chemicznymi itp. urządzeniami. Niestety na to nie było stać państwa Curie, za laboratorium służyła im szopa drewniana z oszklonym dachem i cementową podłogą [2]. Miała ona tylko jedną zaletę - dawała państwu Curie luksus niezależności. W pomieszczeniu tym, latem panował upał nie do wytrzymania, zimą natomiast, choć to Paryż, pomimo ogrzewania żelaznym piecem rozpalonym do czerwoności, panował dotkliwy chłód. Pani Maria początkowo sama mieszała reagenty w wielkim kotle, potężną łyżką, równą prawie jej wysokości, gdyż nie było stać państwa Curie na zatrudnienie choćby jednego laboranta do tego celu. W takich to warunkach pracowali przez dwa lata dokonując jednego z najciekawszych odkryć w dziedzinie fizyki i chemii [7].

W wyniku długotrwałych, pracochłonnych, żmudnych, ale znakomicie wykonanych doświadczeń po przerobieniu blisko jednej tony blendy uranowej już po odseparowaniu uranu stwierdzili promieniotwórczość, uwidaczniającą się w dwu frakcjach. Przeprowadzone skrupulatne badania jednej z tych frakcji wiodących do wydzielenia bizmutu doprowadziło do wykrycia nowego pierwiastka promieniotwórczego, który na prośbę Marii nazwali polonem [11], aby uhonorować jej kraj rodzinny, nie istniejący wówczas na politycznej mapie Europy. Preparaty tego pierwiastka miały aktywność kilka tysięcy razy większą od soli uranowej. Okazał się on później bardziej zbliżony własnościami do telluru niż do bizmutu. Miało to miejsce w lipcu 1898 roku, informacja w prasie naukowej o odkryciu polonu ukazała się w tym samym czasie [7].

Badania innej frakcji, tym razem we współpracy z chemikiem Gustawem Bemontem (1867 - 1932), wykazały, że obok baru wytrąca się jakiś pierwiastek nie znany do tej pory, o bardzo wysokiej aktywności, milion razy większej od soli uranu, o bardzo długim okresie rozpadu. Państwo Curie pierwiastek ten nazwali radem od francuskiego słowa radie - promienisty. O odkryciu radu odkrywcy zakomunikowali w grudniu 1898 roku. Rad wykazywał wszystkie cechy pierwiastka, posiadał własności chemiczne ziem alkaicznych (z roztworu strącał się najłatwiej z barem) oraz charakterystyczne widmo optyczne. Od innych znanych pierwiastków różnił się jedynie swoimi własnościami promieniotwórczymi i tym, że występował w przyrodzie w wyjątkowo w małych ilościach. Największe ilości radu zawarte w jednym gramie rudy uranowej były rzędu 10^-4 mg. Wobec tak małych ilości radu, w jakich on występuje zwykle, metody chemiczne nie mogły być stosowane. Tylko sprzęgnięcie ich z pomiarami promieniotwórczości mogło dać pozytywne wyniki, czyli inaczej mówiąc państwo Curie stworzyli podstawy nauki zwanej radiochemią [7,11].

W tym samym czasie małżonkowie Curie zbadali również promieniotwórczość toru (Th). Występuje on w minerałach obok uranu i ziem rzadkich. Na drodze obróbki chemicznej udało się im wydzielić z toru substancje pochodne o aktywności znacznie większej od toru, którym nadano nazwy mezotor (228Ra), tor X (224Ra) itp. Promieniotwórczość toru i jego pochodnych, jak również odkrytego w październiku 1899 roku aktynu przez A. Debierna (1874 - 1949), ucznia i przyjaciela Piotra Curie, podczas prac z separacją polonu należy zaliczyć do osiągnięć "laboratorium" Marii i Piotra Curie.

Poprzednia strona | _Następna strona_