Атомы и электроны

И вот Беккерель принимается за новую работу: он должен исследовать открытое им свойство двойной сернокислой соли урана и калия, найти, с чем это свойство связано, какие особенности двойной сернокислой соли урана и калия делают её способной испускать невидимые глазу лучи. И Беккерель роется в своей коллекции флюоресцирующих веществ, берёт оттуда одно вещество за другим и делает с каждым таким веществом опыт: не испускает ли и оно такие же лучи, какие испускает двойная сернокислая соль урана и калия? Несколько недель напряжённой работы, и Беккерель приходит к следующему заключению: из всех флюоресцирующих веществ, взятых им для опыта, только те испускают невидимые глазу лучи, в состав которых входит уран (уран — это металл, который вместе с другим металлом — калием — входит в состав двойной сернокислой соли урана и калия). Флюоресцирующие вещества, в которых нет урана, не испускают никаких невидимых глазу лучей, — держать ли их на солнце или в тёмном шкафу, — а те флюоресцирующие вещества, в которых содержится уран, всегда испускают невидимые лучи, заставляющие — фотографическую пластинку чернеть, — даже если она завёрнута в плотную бумагу. И они испускают эти невидимые лучи и днём и ночью, совершенно независимо от того, освещены ли они и светятся ли они или нет.

Оставалось сделать ещё последний шаг — взять какое-нибудь вещество, которое содержит в себе уран, но никогда не флюоресцирует, и посмотреть, будет ли оно испускать невидимые лучи. Уран — довольно редкий и дорогой металл, но всё же в лаборатории Беккереля нашлась щепотка чистого урана в виде порошка, и ещё несколько кусочков урана ему на время дали знакомые химики. Сам уран никогда не флюоресцирует, сколько бы его ни освещали солнечные лучи. Но когда Беккерель положил кусочек урана на фотографическую пластинку, завёрнутую в чёрную бумагу, то пластинка, проявленная через несколько часов, почернела от действия невидимых лучей, которые испускал уран. Значит, эти таинственные лучи, которые открыл Беккерель и которые так похожи на лучи, открытые Рентгеном, не имеют ровно ничего общего с флюоресценцией. Сам металл уран обладает чудесным свойством испускать эти лучи; он испускает их и когда находится в чистом виде, и когда соединён с какими-нибудь другими веществами (например, в двойной сернокислой соли урана и калия, где уран соединён с калием, серой и кислородом). Уран испускает эти лучи совершенно независимо от того, освещает ли его в это время солнце или нет. Испускание лучей зависит только от количества самого урана — чем больше урана, тем больше и лучей — и ни от чего другого не зависит. Когда Беккерель, слушая чтение письма Рентгена, вообразил, что испускание рентгеновских лучей связано о флюоресценцией, то в этой мысли не было ничего верного. И если бы он взял для своего опыта не флюоресцирующую сернокислую соль, содержащую в себе уран, а плавиковый шпат или раствор хлорофилла, то из его опытов решительно ничего не вышло бы. Но по счастливой случайности Беккерель выбрал из всей своей огромной коллекции именно сернокислую соль урана и калия, и это помогло ему открыть удивительное свойство урана: способность без всякой видимой причины испускать лучи, похожие на лучи Рентгена.

Отличаются ли лучи, открытые Беккерелем, чем-нибудь существенным от лучей Рентгена — этого и сам Беккерель в первое время не мог решить. Лучи Беккереля, как и лучи Рентгена, невидимы глазу, проходят через, бумагу, дерево, тонкие слои металла, чернят фотографическую пластинку. Очень скоро Беккерель открыл ещё одно замечательное свойство лучей, испускаемых ураном (и каждым веществом, содержащим в себе уран), — способность действовать на заряженный электрометр. Электрометр — это такой прибор, в котором свисают рядом два тоненьких золотых листочка.

Рис. 1. Фотография алюминиевой медали в лучах урана, снятая Беккерелем. Экспозиция — две недели.

Стоит только хоть немножко зарядить электрометр электричеством, как листочки сейчас же начнут отталкиваться друг от друга и немедленно разойдутся врозь на некоторый угол. В таком положении они и останутся, пока с них не стечёт электрический заряд. Обыкновенно электрический заряд стекает очень медленно, и проходит много часов или даже много дней перед тем, как листочки снова сойдутся. Но Беккерель сделал следующий опыт: он положил в коробку электрометра, под самые листочки, свою лепёшку урановой соли, и листочки стали спадать заметно быстрее, а через полтора часа и вовсе сошлись. Сделав несколько опытов, Беккерель увидел, что испускаемые ураном лучи делают воздух способным проводить электричество; поэтому с листочков электрометра заряд утекает через воздух, и листочки спадают.

Когда Беккерель напечатал подробное описание своих опытов, все физики и химики во всём мире всполошились. Лучи Беккереля произвели такую же сенсацию, какую за несколько месяцев перед тем произвели лучи Рентгена. Во всех физических лабораториях только и было разговоров, что о таинственных лучах Беккереля. Огромное впечатление произвели эти разговоры о лучах Беккереля на одну молодую польку, жившую в Париже, — Марию Склодовскую-Кюри.

Склодовская-Кюри, которая в то время ещё была начинающим и никому не известным физиком, решила расследовать, один ли только уран испускает лучи Беккереля или же есть и ещё какие-нибудь другие вещества, испускающие такие же самые лучи. Для того чтобы узнать, испускает ли какое-нибудь вещество лучи Беккереля или нет, не нужно брать фотографическую пластинку, подумала Мария Кюри: с фотографической пластинкой много возни, и работа подвигается очень медленно. Проще всего взять электрометр, как это делал и Беккерель: если по мере приближения к исследуемому веществу листочки заряженного электрометра будут спадать, значит, это вещество испускает лучи Беккереля, а если нет, то, значит, никаких лучей Беккереля оно не испускает. Вооружившись своим электрометром, Мария Кюри исследовала множество разных веществ — всевозможные минералы, горные породы, газы, растворы — вообще всё, что ей удалось достать. И только в апреле 1898 года она, наконец, наткнулась на одно вещество, которое испускало лучи Беккереля, как и уран. Этим веществом оказался металл торий — довольно редкий металл, который ещё в 1829 году был открыт знаменитым шведским химиком Берцелиусом. Не только чистый торий испускал лучи Беккереля, но и все соединения тория с другими веществами. Как и в случае урана, здесь выполнялось такое же правило: чем больше тория, тем сильнее лучи; ни от чего другого испускание лучей Беккереля не зависело. Когда Мария Кюри увидела, что уран не единственное чистое вещество, испускающее лучи Беккереля, но что таким же свойством обладает и торий, она сочла нужным придумать для этого свойства особое название — она назвала его радиоактивностью (от латинского слова «радиус» — луч; радиоактивность — способность испускать лучи). Уран и торий — это радиоактивные вещества, — так назвала их Мария Кюри, — и все их соединения с другими веществами тоже радиоактивны[1].

Продолжая свою работу с радиоактивными веществами, Мария Кюри в том же 1898 году сделала неожиданное открытие, которое поставило её на короткое время в тупик. У неё было несколько образцов урановой смоляной обманки — руды, из которой добывается чистый металл уран. Эти образцы руды были выкопаны из земли в рудниках около чешского городка Иоахимсталь. Когда Мария Кюри начала исследовать электрометром эти куски руды, то обнаружилась непонятная вещь: если взять два препарата, содержащие в себе одинаковое количество урана, — но только один в виде химически чистого урана, а другой в виде куска руды из Иоахимсталя — и поднести и к тому, и к другому одинаково заряженный электрометр, то оказывается, что в присутствии иоахимстальской руды листочки электрометра спадают в несколько раз быстрее, чем в присутствии химически чистого урана. Значит, иоахимстальская руда испускает гораздо больше лучей Беккереля, чем препарат, содержащий такое же количество химически чистого урана. Это казалось очень странным, потому что количество лучей Беккереля, испускаемых тем или иным препаратом урана, должно было бы, казалось, зависеть только от количества урана и ни от чего больше. Когда Мария Кюри получила в своей лаборатории этот странный результат, она рассказала о нём своему мужу, известному французскому физику Пьеру Кюри. Пьер и Мария Кюри стали вместе думать о том, какая могла бы быть причина того, что иоахимстальская урановая руда в несколько раз более радиоактивна, чем химически чистый уран и его соединения. Подумав, они сообразили, что, вероятно, в иоахимстальской руде есть, кроме урана, ещё какое-то другое радиоактивное вещество, испускающее лучи Беккереля; присутствие этого другого вещества, которого нет в химических препаратах урана, — это и есть причина большей радиоактивности чешской руды по сравнению с чистым ураном.

1

Заметим, что радиоактивность тория и его соединений одновременно с Марией Кюри или даже немножко раньше открыл немецкий физик Шмидт. Но дальнейшие работы Шмидта оказались менее замечательными, чем дальнейшие работы Марии Кюри, а поэтому мы здесь ограничимся рассказом об открытиях, сделанных Марией Кюри.