Радиоактивные изотопы и их применение

Изучением лучей, открытых Беккерелем, занялись многие ученые. Особенно плодотворными были работы Марии Склодовской-Кюри и ее мужа Пьера Кюри. Они нашли, что лучи Беккереля испускаются только теми веществами, которые содержат уран или торий. Для обнаружения этих лучей Пьер Кюри построил специальный прибор, основанный на том, что под действием лучей Беккереля воздух становится проводником электрического тока. Прибор работает по схеме, показанной на рис. 1. Металлическая пластинка 1 присоединяется к отрицательному полюсу электрической батареи, а пластинка 2 — к положительному. Если излучение радиоактивного вещества проходит между пластинками 1 и 2, то воздух делается проводником электрического тока, вся цепь оказывается замкнутой, и стрелка гальванометра 3 отклоняется. Чем интенсивнее излучение, тем больше отклоняется стрелка.

^{Рис. 1. Схема прибора для обнаружения лучей Беккереля:}

^{1 и 2 — металлические пластинки; 3 — гальванометр; 4 — источник постоянного тока; 5 — излучение исследуемого вещества}

Мария Кюри установила, что интенсивность излучения была тем больше, чем больше урана находилось в веществе. Вскоре, однако, выяснилось, что урановая руда, так называемая урановая смолка, давала излучение в несколько раз более интенсивное, чем чистый металл уран, несмотря на то, что в урановой смолке содержалось лишь несколько процентов урана. Это явление говорило о том, что в урановой смолке есть какое-то вещество, способное к более сильному излучению, чем сам уран.

Поисками этого неизвестного вещества и занялись Мария и Пьер Кюри. В результате двухлетней работы им удалось обнаружить в урановой руде два новых вида атомов, т. е. два новых элемента — радий и полоний. Полоний получил свое имя в честь Польши — родины Марии Кюри, — а радий — за его излучение («радиус» в переводе с латинского — луч). Само излучение было названо радиоактивным, а элементы, способные к такого рода излучению, — радиоактивными. Радиоактивными элементами оказались уран, торий, радий и полоний.

5. Радий

Радий испускает лучи, подобные урану, но излучение радия более интенсивное. Радий непрерывно выделяет тепло.

Лучи от кусочка радия идут прямолинейно во все стороны. Они плохо проникают через свинец, и если радий находится на дне свинцовой коробки, в которой сделано узкое отверстие, то лучи распространяются из этого отверстия узким пучком. Если на пути пучка поставить фотографическую пластинку, то после проявления на ней получится одно маленькое пятно (рис. 2, а). Если же лучи радия проходят сквозь электромагнитное поле, то они делятся на три составные части. Это легко обнаружить с помощью фотопластинки. Вместо одного пятна на ней после проявления появляются три: одно в центре, другое рядом с ним, а третье с другой стороны от центра (рис. 2, б).

^Рис. 2:

^{а — поток лучей радия дает на фотопластинке черное пятно; б — проходя через сильное электромагнитное поле, поток делится на три вида лучей}

Три рода лучей радия были названы альфа- бета- и гамма-лучами (альфа-, бета- и гамма — названия трех первых букв греческого алфавита).

Как было установлено опытами с отклонением излучения радия в электромагнитном поле, альфа-лучи представляют собой поток положительно заряженных частиц, бета-лучи — поток отрицательно заряженных частиц, а гамма-лучи не несут никакого электрического заряда.

6. Строение атома

Исследование свойств радия и ряд других опытов привели ученых к заключению, что атомы являются сложными частицами, в состав их входят положительно заряженные частицы и электроны[2]. Как же расположены они в атоме?

Оказывается, в центре атома находится положительно заряженное ядро очень малых размеров. Ядро окружено электронами. Так как атом в целом электрически нейтрален, то число окружающих его электронов равно заряду ядра.

Расстояния от ядра до электронов значительно больше размеров самого ядра. Если представить себе ядро увеличенным до размеров горошины, то электроны как бы окажутся на расстоянии 100 метров от ее центра.

Диаметр ядра атома имеет размер порядка 0,0001 ангстрема, а сам атом — от одного до пяти ангстремов[3].

Электроны составляют лишь незначительную часть массы атома. Почти вся масса атома сосредоточена в ядре. Если бы мы смогли наполнить один кубический сантиметр ядрами какого-либо атома, то он весил бы приблизительно столько же, сколько величайшая гора Кавказа Эльбрус (около 100 000 000 тонн).

Атомы различных элементов отличаются друг от друга весом и зарядом ядра.