Гениальное открытие супругов Кюри

88. Радий — Radium (Ra)

Некоторые вещества обладают поразительным свойством: если такое вещество подвергнуть освещению солнечными лучами, светом кварцевой лампы или другого сильного источника света, то после освещения долгое время оно светится. Это явление называют фосфоресценцией. Оно было открыто в 1602 г. болонским сапожником Винченцо Каскаролло.

Светящиеся составы временного действия впервые были получены более 300 лет назад в Италии в Болонье (откуда произошло и название их «болонские фосфоры») путем прокаливания с углем тяжелого шпата (сернокислый барий), содержащего фосфоресцирующие примеси.

Шли десятилетия. В научных журналах изредка появлялись сообщения о новых фосфоресцирующих веществах, новых опытах и наблюдениях. Однако подобные сообщения не обращали на себя внимания, не вызывали научных споров, почти не замечались. В числе исследователей, интересовавшихся явлением фосфоресценции, находился тогда еще мало кому известный парижский профессор Анри Антуан Беккерель. Его имя, однако, вскоре стало известно в научных кругах не только Франции, но и других стран. Этому способствовало следующее событие.

4 января 1896 г. выдающийся немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген подробно описал недавно открытые им лучи, обладающие большой проникающей способностью. Эти лучи, названные Рентгеном на заседании Германского физического общества икс-лучами, совершенно свободно проникали через бумагу, дерево, человеческое тело и даже через металлы. Вскоре весть об открытии «таинственных» лучей стала достоянием не только ученых, но и многих любителей естествознания. После же сообщения о том, что предприимчивый врач с помощью рентгеновских лучей определил положение пули в теле пациента и, успешно проведя операцию, спас больного, икс-лучи получили особенную популярность. В модных салонах демонстрировались схемы приборов для получения икс-лучей, а нередко в порядке развлечения показывались на экране «изображения» скелетов тех, кто желал «просветиться». Между прочим, героями таких «скелетных сеансов» очень часто являлись светские дамы.

Возможность получения изображения «скелета» объясняется тем, что лучи, открытые Рентгеном, неодинаково проникают через различные вещества. Кости организмов, а также металлы поглощают эти лучи сильнее, чем кожа, мышцы, мягкие ткани тела или одежда.

Открытие Рентгена послужило толчком и для работ Беккереля. Зная, что икс-лучи, или лучи Рентгена, как называют их обычно теперь, испускаются из светящейся части рентгеновской трубки, Беккерель решил проверить, не являются ли фосфоресцирующие вещества источником лучей Рентгена.

Для проверки этого предположения Беккерель исследует ряд известных, способных к фосфоресценции веществ. Для этого он освещает их солнечными лучами. Пользуясь способностью лучей Рентгена проникать через различные материалы, он помещает исследуемое вещество на фотопластинку, завернутую в черную, не пропускающую обычный свет бумагу. Однажды, когда день оказался пасмурным и осветить очередной образец исследуемого вещества солнечным светом Беккерелю не удалось, он в конце рабочего дня положил подготовленный образец и фотопластинки в черной бумаге в шкаф.

Четыре последующих дня были типичными для парижского января: на небе низко висели тучи, было пасмурно, моросил дождь. На пятый день утром он взял из шкафа образец и фотопластинки для исследования. Каково же было удивление Беккереля, когда при проявлении пластинок вместо мутного расплывчатого и даже сомнительного пятна обнаружился четкий, необыкновенно черный отпечаток лежавшего на пластинках кусочка вещества. Возник вопрос: почему же пластинка почернела, ведь образцы не освещались, никогда не давали таких черных пятен! А если спрятать и вещество и закрытую пластинку в совершенно темную комнату?

Беккерель провел еще один опыт, но результат был прежним. Против кусочка исследуемого вещества, а им было соединение урана, на пластинке красовался четкий отпечаток! Еще опыт, повторение его, новые условия. Все по-прежнему! Опыты повторялись со многими веществами, но только те, которые содержали уран, давали четкое пятно на закрытой фотопластинке, причем интенсивность почернения пластинки была прямо пропорциональна количеству содержащегося в данном веществе чистого урана и времени контакта. Уран, казалось, являлся единственным виновником почернения фотопластинок. Беккерель и сделал подобное заключение. Но вскоре же ему пришлось от него отказаться. Произведя исследование урановой руды, известной под названием смоляной обманки из Богемии, Беккерель обнаружил, что она действует сильнее, чем следовало ожидать по количеству содержащегося в ней урана. Этого Беккерель не мог понять и тем более объяснить.

Фотопластинка оказалась все же не очень удобным инструментом для определения «урановых лучей». И нужен был удобный и доступный метод количественного определения потока лучей. Эту задачу успешно разрешил физик, профессор Пьер Кюри. Оказалось, что под действием «урановых» лучей воздух становится проводником электричества. Чем больше этих лучей попадает в пространство между двумя заряженными электричеством металлическими пластинками, тем быстрее они теряют свои заряды.

Прибор был создан, его необходимо было использовать при изучении таинственных «урановых» лучей. За решение этой задачи принимается Мария Склодовская — жена Пьера Кюри. Полагая, что повышенная активность богемской руды объясняется наличием в ней неизвестного элемента, Мария Склодовская занялась его поисками. Вскоре была одержана первая победа: Мария Склодовская установила, что лучи, подобные урану, испускаются не только соединениями урана, но и тория. Но … и активность некоторых соединений тория была сильнее, чем следовало бы ожидать, судя по содержанию чистого тория. Это укрепляло ранее высказанную Марией Склодовской мысль о наличии в природе пока еще неизвестного радиоактивного химического элемента. Поиски его стали целью жизни супругов Кюри.

В большом количестве книг, статей, рассказов образно излагается история огромного, поистине героического труда по отысканию этого элемента. Два года шла работа в тяжелых, буквально нечеловеческих условиях труда — в сарае с дырявой крышей и асфальтовым полом. Руками двух самоотверженных людей были переработаны тонны урановой руды, полученной с большим трудом у австрийского правительства, и выделены первые крупинки солей нового элемента — полония. Соединения полония обладали огромной активностью и мощным излучением, но это был еще не чистый полоний. В нем также были примеси. Как выделить их? Как определить свойства, если крупинки соли по размерам не превышают булавочную головку? И снова за работу! Проходят еще пять месяцев, и супруги Пьер и Мария Кюри добиваются новой победы. Они получают около одной десятой грамма соли таинственного элемента. За необычайную способность к лучеиспусканию они назвали его радием (от слова «радиус» — «луч»). Само явление испускания лучей было названо радиоактивностью.

В 1910 г. электролизом хлористого радия был получен радий в чистом виде. По внешнему виду он не отличается от большинства металлов, имеющих серебристо-белый цвет, однако по свойствам радий не имеет себе подобных. Его активность в миллион с лишним раз больше активности урана, соли светятся в темноте, непрерывно излучают тепло. Количество тепла, выделяемого при этом граммом радия, в 250 000 раз больше, чем при сгорании такой же порции угля.

Новый элемент обладал необыкновенным физиологическим действием, которое впервые заметил Беккерель. Перевозя крупинку радия в Лондон для демонстрации в Лондонском королевском обществе, Беккерель некоторое время носил ампулу в кармане жилета. Вскоре он ощутил сильное жжение на теле против кармана и при осмотре обнаружил сильную красноту, похожую на пятно от ожога. Изучая действие радия на организм, Пьер Кюри добровольно подверг себя эксперименту. Он привязывал ампулу с солью радия к руке и убедился в способности вещества вызывать долго не заживающие язвы.

Радий разрушает не только здоровые ткани, но убивает и злокачественные новообразования, излечивая поверхностный рак кожи. Такие свойства давали надежду на успешную борьбу с болезнью, против которой человек не имел еще действенных средств.

В 1904 г. французский промышленник Армэ де Лиль высказал смелую для того времени мысль об организации … завода по добыче радия для медицинских целей. Проект де Лиля был претворен в жизнь, чему во многом способствовали супруги Кюри, подготовившие для этого тонкого производства опытных сотрудников. Радий стал поступать в продажу, правда, в минимальных количествах и по баснословно высоким ценам. Несмотря на это, он стал доступным для науки. Число ученых, работающих над изучением свойств радия, увеличивается с каждым годом. Опыты с радием вели десятки ученых. Они установили, что лучи радия являются сложными и способны под действием магнитного и электрического полей разлагаться на составляющие их лучи. Эти составляющие по начальным буквам греческого алфавита были названы альфа-, бета- и гамма-лучами.

Оказалось, что альфа- и бета-лучи являются потоком материальных частиц. Откуда же они исходят? Где тот неисчерпаемый источник, который, не истощаясь, непрерывно рождает их? Ответ был необычен: атомы радия распадаются! То, что на протяжении столетий считали нерушимым, неделимым, вечным, на глазах распадалось, разрушалось на еще более мельчайшие, чем сам атом, материальные частицы. Разрушались не только атомы радия, но и старые научные представления.

Радий по своей активности превосходит в миллионы раз уран, над которым проводились первые опыты. Если уран добывали тоннами и применяли его соединения для окраски стекла, то радий был и остается труднодоступным элементом. Радия в природе мало, не превышает 8 · 10^–12 %. Мария Склодовская получила немногим больше одного грамма радия. К 1916 г. было добыто 48 г, в 1927 г. количество добытого радия составило 340 г. В настоящее время на всем земном шаре добыто не более одного килограмма радия. Цена радия значительно превышала цену равного количества золота. Самая высокая цена на радий была в 1912 г. (510 тыс. золотых рублей за 1 г). Точно установлено, что в тонне урана находится 0,34 г радия. Если к этому добавить, что самая богатая урановая руда не столь уж богата ураном, то станет понятным, почему на земном шаре за все эти годы добыто всего около одного килограмма радия.

В периодической системе элементов место радия определилось во второй группе. Присутствие радия в природе, вообще говоря, не было большой неожиданностью, так как существование радия в 1871 г., за 27 лет до его открытия, было предсказано Д. И. Менделеевым. По своим химическим свойствам радий оказался подобным барию. Сходство их столь велико, что сернокислый барий при осаждении из раствора увлекает в осадок и сернокислый радий, если, конечно, он есть в растворе.

До самого последнего времени не были найдены сколь-либо значительные месторождения радия, хотя и установлено, что дно океанов богаче радием, чем суша. Может быть теперь это уже и не столь важно, поскольку разработаны способы искусственного получения радиоактивных элементов, вполне заменяющих радий во всех областях науки и техники. В связи с этим радий сейчас потерял первостепенное значение.

Открытие радия и явление радиоактивности знаменовали в истории развития науки новый этап в изучении вещества и начало новой эры в развитии техники. На грани двадцатого века человеческий гений совершил скачок к вершинам знания и власти над силами природы.

Как памятник великому подвигу Марии Кюри на Брюссельской выставке в павильоне «Атом» демонстрировалась ее записная книжка. Через много лет страницы сохранили значительную радиоактивность. Может быть это так рано и прервало жизнь великого ученого?