Открытие радия и полония
Открытие радия и полония
Получив два лиценциата и звание преподавателя, Мария решила не останавливаться на достигнутом. Следующей ступенью научной карьеры должна была стать докторская диссертация. Занимаясь выбором темы диссертации, Мария перелистывала научные журналы. Ее внимание привлекла статья француза Анри Беккереля годичной давности. После открытия рентгеновских лучей многие ученые пытались найти подобные излучения у флуоресцирующих веществ под действием света. Изучая соли урана, Беккерель выяснил, что они самопроизвольно испускают особые лучи. Так была открыта радиоактивность. Естественно, что Пьера и Марию, молодых и амбициозных ученых, новое открытие очень заинтересовало. Тема докторской диссертации была выбрана.
Беккерель заметил, что открытое им излучение придает воздуху электропроводность (явление ионизации). Мария Кюри решила провести количественные исследования. Проще всего было использовать как раз это свойство: она собиралась измерять проводимость воздуха. При этом очень пригодился прибор пьезокварц, созданный в свое время братьями Кюри. Очень скоро Мария разработала метод измерения излучения. Кроме того, она показала, что излучение является свойством атомов урана и его интенсивность не зависит от внешних условий.
Исследовав радиоактивные свойства урана, Мария приступила к поискам других элементов, для которых была бы характерна радиоактивность. Она перебрала все известные в то время химические элементы и обнаружила радиоактивные свойства у тория. Сам термин «радиоактивность» тоже предложила Мария Кюри. В это время Пьер продолжал исследовать кристаллы. Но вскоре Мария сделала наблюдение, которое отвлекло ее мужа от излюбленной темы. Изучая радиоактивность различных руд, она обнаружила, что некоторые из них излучают гораздо более интенсивно, чем это можно объяснить содержанием в них урана и тория. Вначале Мария решила, что допустила какую-то ошибку. Но многократное повторение исследования показало, что расчеты правильны. Мария сделала смелое предположение: в руде содержится какое-то вещество, радиоактивность которого во много раз превышает радиоактивность урана. Первое предположение о существовании неизвестного радиоактивного элемента было опубликовано в «Докладах Академии наук» по материалам заседания от 12 апреля 1898 года: «.Два урановых минерала: уранинит (окисел урана) и хальколит (фосфат меди и уранила) — значительно активнее, чем сам уран. Этот крайне знаменательный факт вызывает мысль о том, что в данных минералах может содержаться элемент гораздо более активный, чем уран.»
Пьер «временно», как он сам думал, оставил работу с кристаллами и присоединился к жене. Вместе супруги разделили руду на несколько химических фракций и отдельно измерили их радиоактивность. Оказалось, что высокой активностью обладают не одна, а две фракции. Значит активных элементов тоже два. В июле 1898 года супруги заявили об открытии первого из этих элементов: «.Мы полагаем, что вещество, которое мы извлекли из урановой руды, содержит еще не описанный металл, по своим химическим свойствам близкий к висмуту. Если существование этого металла подтвердится, мы предлагаем назвать его "полонием" — по имени страны, откуда происходит один из нас».
Сделав доклад об этом открытии, супруги вместе с дочерью отправились отдыхать в деревню. Вернувшись в сентябре в Париж, они с удвоенной энергией принялись за работу и вскоре достигли результата. 26 декабря 1898 года на очередном заседании Академии Кюри вместе с их сотрудником Ж. Бемоном сделали сообщение. Вот отрывки из него:
«...В силу различных, только что изложенных оснований мы склонны считать, что новое радиоактивное вещество содержит новый элемент, который мы предлагаем назвать „радием“.
Новое радиоактивное вещество, несомненно, содержит также примесь бария, и в очень большом количестве, но, даже несмотря наэто, обладаетзначительной радиоактивностью.
Радиоактивность же самого радия должна быть огромной».
Но понять, что новые элементы существуют — было еще полдела. Теперь нужно было выделить их. А у супругов Кюри не было средств, помощников и помещения для проведения этой работы. Урановая смолка — руда, в которой Мария обнаружила полоний и радий, добывалась в Богемии и была весьма дорогостоящей. Здесь помогла изобретательность. Руда использовалась для добычи урана. Супруги предположили, что радий и полоний в большом количестве содержатся в отходах производства. С помощью Венской академии наук они смогли получить несколько тонн этих отходов по вполне умеренной цене.
Лабораторию Кюри оборудовали в заброшенном сарае во дворе Школы физиков и работали там четыре года. И отработанную руду, и нехитрое оборудование они на первых порах покупали за свои средства. Сарай-лаборатория был, мягко говоря, недостаточно оборудован. Асфальтированный пол, стеклянная крыша, недостаточно надежно защищавшая от дождя, деревянные столы, плохонькая чугунная печка и классная доска, на которой Пьер Кюри любил делать записи. У супругов не было средств для того, чтобы оборудовать вытяжные шкафы. В хорошую погоду они обрабатывали материалы на улице, в плохую — в сарае при открытых окнах. В таких условиях было сделано одно из фундаментальных открытий современной физики.
Получив более активные продукты, супруги разделили обязанности. Пьер занялся исследованием свойств радия, а Мария продолжила работы по получению чистых солей радия и полония. Вот как она сама описывала эту работу: «Мне приходилось обрабатывать сразу до двадцати килограммов исходной смеси, из-за чего наш сарай был заставлен большими чанами с осадками и жидкостями; это был изнурительный труд — переносить сосуды, переливать жидкости и часами размешивать железным прутом кипящую массу в чугунном котле».
Летом 1899 года супруги отдыхали в Закопане. На горном курорте собралось все семейство Склодовских. Старик Склодовский был счастлив. К тому времени все его дети поднялись на ноги. Длусские строили в Закопане санаторий для больных туберкулезом. Юзеф стал уважаемым и преуспевающим врачом, Эля преподавала и вышла замуж. Дни, проведенные в кругу семьи, дали столь необходимый супругам Кюри отдых.
Через год после начала исследований стало понятно, что добывать соли полония сложнее, и Мария полностью переключилась на радий. Полученные с таким трудом соли супруги не только исследовали сами, но и отправляли другим ученым, в том числе Беккерелю. К 1900 году Пьер и Мария опубликовали целый ряд статей по результатам своих исследований: об открытии наведенной радиации; эффектах, вызываемых излучением; новых радиоактивных веществах; действии магнитного поля на лучи. В 1900 году Пьер также начал изучать физиологическое действие радия. С этой целью он в течение нескольких часов подвергал свою руку воздействию радия. Результат — похожее на ожог повреждение, лечить которое пришлось несколько месяцев. Развитие ожога и обстоятельства его заживания Пьер аккуратно фиксировал в своих записях.
В результате исследований, проведенных супругами Кюри и некоторыми другими учеными, было выяснено, что излучение складывается из лучей трех разных типов: положительно заряженные а-лучи, Р-лучи, имеющие отрицательный заряд, и у-лучи, не несущие заряда. В 1900 году на Физическом конгрессе в Париже супруги выступили с большим докладом о новых радиоактивных веществах. Доклад вызвал живейший интерес в научных кругах всего мира.
Ни отсутствие средств, ни тяжелые условия работы не могли омрачить супругам Кюри радость открытий:
«В ту пору мы были всецело поглощены новой областью, раскрывшейся перед нами благодаря столь неожиданному открытию. Несмотря на тяжелые условия работы, мы чувствовали себя очень счастливыми. Наши дни проходили в лаборатории, и случалось, что мы и завтракали там, совсем скромно, по-студенчески. В нашем убогом сарае царило глубокое спокойствие; иногда, наблюдая за какой-нибудь операцией, мы расхаживали взад и вперед, обсуждая текущую и будущую работу; когда нам было холодно, чашка горячего чая около печки подкрепляла нас. Мы жили, поглощенные одной заботой, как очарованные.
Бывало, что мы возвращались вечером после обеда, чтобы бросить взгляд на наши владения. Наши драгоценные вещества, которые нам негде было хранить, были расположены на полках; со всех сторон еле видимые угадывались их светящиеся силуэты, и в темноте казалось, что светится что-то висящее в воздухе; это зрелище неизменно становилось для нас предметом волнения и восхищения».
Но материальное положение семьи оставляло желать лучшего. Значительная часть скудного семейного бюджета уходила на научные исследования. И к 1900 году супруги задумались о необходимости увеличить свои доходы. Весной Пьер получил место помощника преподавателя в политехнической школе. Летом Женевский университет пригласил его занять кафедру физики. Условия были очень выгодные: повышенный оклад, расширение лаборатории физики, специально для исследований радиоактивности, официальная должность в лаборатории для Марии. Супруги очень заинтересовались этим предложением и даже посетили Женеву. Но впоследствии они приняли отрицательное решение. Да, переезд в Швейцарию мог раз и навсегда решить все финансовые проблемы, но Пьер и Мария не хотели ни на день прерывать свои исследования.
Возможность эмиграции таких крупных ученых напугала научные круги Франции. При поддержке Анри Пуанкаре Пьер получил кафедру физики в Подготовительной школе Сорбонны. Мария стала читать лекции по физике в Высшей женской нормальной школе в Севре — пригороде Парижа. Эти перемены укрепили семейный бюджет, но значительно сократили время, которое супруги могли посвящать исследованиям. Несмотря на финансовые трудности, Пьер и Мария по обоюдному согласию отказались извлекать материальную выгоду из своих открытий. Они не стали брать патенты и охотно делились информацией с любыми интересующимися лицами.
Тем временем сначала во Франции, а затем и в других странах начала развиваться промышленная добыча радия. При этом использовались методы, разработанные супругами Кюри. Промышленник Арме де Лиль предоставил супругам помещение на своем заводе и выделил некоторую сумму для организации работы. Остальные средства супруги Кюри сперва добавляли из своего кармана, вскоре, правда, им удалось получить несколько субсидий, самая существенная из которых была выделена Академией наук и составила 20000 франков.
Кюри получали на заводе радионосный барий, а затем в лаборатории Мария занималась его очисткой и выделением солей радия. К 1902 году она приготовила 0,1 грамм хлорида радия. Здесь необходимы некоторые числа. На одну тонну урана в урановых рудах приходится 0,34 грамма радия. Также Мария установила атомный вес радия — 225 (позже это значение было уточнено).
Данный текст является ознакомительным фрагментом.