Путешествие в Страну элементов

В 1934 году французские исследователи Фредерик Жолио и Ирен Кюри доказали всему миру, что настало время, когда человек может искусственно получать радиоактивные изотопы.

Облучая альфа-частицами алюминиевую пластинку, они обнаружили, что она сохраняет радиоактивность, даже когда источник «снарядов» убирали. Облученная пластинка испускала позитроны, и этот процесс подчинялся закону радиоактивного распада, причем активность уменьшалась вдвое примерно за 3 минуты. Известные природные радиоактивные изотопы не обладали таким периодом полураспада. Вывод мог быть один: позитрон испускается искусственным радиоактивным изотопом, возникшим при облучении алюминия альфа-частицами. Ученые предположили, что алюминий при облучении альфа-частицами превращается в фосфор:

²⁷₁₃Al + ⁴₂He → ³⁰₁₅P + ¹₀n,

а искусственный изотоп фосфора с массой 30 является неустойчивым и распадается с испусканием позитронов:

³⁰₁₅P → ³⁰₁₄Si + β^t.

Вскоре Жолио и Ирен Кюри подтвердили свою догадку. С помощью химических операций они доказали, что в результате бомбардировки алюминия альфа-частицами действительно образуется радиоактивный изотоп фосфора.

Взаимодействия альфа-частиц с ядрами различных элементов были первыми ядерными реакциями, которые удалось осуществить человеку. Затем арсенал ядерной физики пополнился другими «снарядами»: оказалось, что нейтрон, протон, дейтрон, электрон и даже фотон способны «реагировать» с ядрами.

Так начала развиваться ядерная химия — наука о превращении атомных ядер.

Можно ли увидеть атом?

Хотя учеными созданы электронные микроскопы, позволяющие «разглядеть» некоторые крупные молекулы (например, белка), нам, по-видимому, никогда не удастся увидеть атом. Ведь размер атома около 0,00 000 001 (10^–8) сантиметра. Однако, хотя мы не видим и еще меньшие частицы материи, например протоны, нейтроны, электроны, мы имеем о них довольно полное представление. Как же нам это удается?

Радиоактивные изотопы химических элементов обладают свойством излучать различные частицы. Регистрация этого излучения и дает возможность «видеть» невидимое — отдельные атомы.

Под действием потока альфа- или бета-частиц некоторые вещества, например сернистый цинк, начинают светиться, — это знали еще на заре изучения радиоактивности. Как только поток частиц прекращается, перестает светиться сернистый цинк. Таков принцип действия одного из первых приборов для регистрации радиоактивных веществ. Его назвали спинтарископом, что в переводе означает «наблюдать вспышки». Конструкция его очень проста. На иглу наносится какое-либо радиоактивное вещество, способное испускать частицы. Поток этих частиц, достигая экрана, вызывает его свечение. Если вещества на игле очень мало, можно наблюдать отдельные вспышки — «следы» долетающих до экрана частиц — и непосредственно подсчитывать число распавшихся атомов.

Пожалуй, самым «старым» методом является «метод авторегистрации» излучения. Ведь еще Беккерель обнаружил, что радиоактивные вещества действуют на фотопластинки, засвечивая их. Однако лишь в тридцатых годах советские ученые Л. В. Мысовский и Л. П. Жданов предложили использовать фотопластинки для регистрации отдельных частиц. Проходя сквозь светочувствительные эмульсии, альфа- или бета-частицы действуют на молекулы бромистого серебра. После проявления и фиксирования на такой пластинке остается след частицы, прошедшей сквозь эмульсию.

Наиболее распространенные методы регистрации радиоактивного излучения основаны на его ионизирующей способности. Если около заряженного электроскопа поместить радиоактивное вещество, то он разряжается. Под действием излучения воздух, который является довольно хорошим изолятором, становится проводником электрического тока.

На этом принципе Марией и Пьером Кюри был построен прибор для количественной оценки как интенсивности излучения, так и радиоактивного вещества. Схема его очень проста. К нижней из двух металлических пластин, отделенных друг от друга слоем воздуха, подключается положительный полюс батареи, а верхняя соединяется через электрометр с землей. Если между пластинами поместить какое-либо радиоактивное вещество, то стрелка электрометра отклонится от нуля и покажет, что между пластинами идет ток. Чем больше радиоактивного вещества будет между пластинами, тем больше отклонится стрелка электрометра.