Физика и астрофизика: краткая история науки в нашей жизни

Никонов Александр Петрович

Мария тяжело переживала смерть мужа и соратника по борьбе с загадками природы. Только наука и дальнейшие исследования поддерживали ее в горе. Она стала первой женщиной, которая читала лекции во французском университете и возглавляла там кафедру, при этом продолжая работу в лаборатории. Ей хотелось выделить из соли чистый металлический радий. И уже после смерти мужа, в 1910 году – через 12 лет после начала исследований, – это удалось наконец сделать. И за это в следующем году ей была вручена вторая Нобелевская премия.

12 лет работы с радиоактивными материалами… За эти годы радиоактивная пыль пропитала буквально все в лаборатории и доме Кюри. Когда через полвека к листочку из блокнота, в котором супруги Кюри вели свои записи,

поднесли прибор для замера ионизирующего излучения (он называется счетчик Гейгера), счетчик тревожно застрекотал, оповещая о высоком уровне радиации. А когда этот листок положили на фотопластинку, лучи от микроскопических радиоактивных пылинок, застрявших в бумаге, эту пластинку засветили. На фото даже был виден след от пальца – то ли Марии, то ли Пьера Кюри, которые когда-то держали в руках этот радиоактивный блокнотный листок.

Так что же это были за лучи такие смертельные? И почему тяжелые металлы их излучают?

Физик Резерфорд выдвинул гипотезу, что радиоактивное излучение – это следствие распада атомных ядер. При распаде, по мысли Резерфорда, радий превращается в другой элемент. Как мы с вами уже знаем, эта гипотеза потом подтвердилась.

Ученые, увлеченно изучающие распад атомных ядер, выяснили, что при этом процессе образуются целых три вида излучения. Как выяснили? Да легко – они пропускали таинственные лучи между полюсами обычного магнита. К тому времени люди уже давно знали, что магнит влияет на летящие электрические заряды, отклоняя положительные заряды в одну сторону, а отрицательные в другую. И пытались таким образом определить: а не являются ли таинственные лучи просто-напросто потоком заряженных частиц? Если магнит на них повлияет, значит, таинственные «лучи» – это просто поток заряженных частичек. Все гениальное просто!

Тогда-то и выяснилось, что есть целых три сорта радиационного излучения! Ученые назвали их альфа-излучением, бета-излучением и гамма-излучением и обозначили для краткости греческими буквами – , и .

Оказалось, что часть «лучей» в магнитном поле немного отклоняется магнитом вправо (эту часть излучения назвали альфа), другая часть довольно сильно отклоняется влево (бета), а третья часть пролетает прямо, не замечая магнита (гамма). Зная, как действует магнит на заряды (а наука, как мы уже сказали, к тому времени имела об этом представление), ученые сделали вывод: то, что отклонилось немного вправо, – струя положительных частичек, причем тяжелых, судя по небольшому отклонению. Другая часть, отклоненная сильно влево, – это отрицательно заряженные частицы, причем легкие, поскольку магниту легко их отклонить. Ну, а третья часть, которая магнитом не отклонилась, – электронейтральна.

Что такое легонькие отрицательные частицы, ученые уже знали – это электроны. Значит, бета-излучение есть не что иное, как обычный поток электронов. Эта загадка решена.

Альфа-излучение, то есть положительно заряженные частицы, оказались ядрами гелия (два протона, два нейтрона). Найдите гелий в таблице Менделеева, не поленитесь. Видите – два положительно заряженных протона и вес в четыре единицы. Получается, что тяжелые ядра некоторых металлов, распадаясь, выплевывают сгусточек, состоящий из двух протонов и двух нейтронов.

Разделение ионизирующего излучения на три сорта – альфа, бета и гамма

Ну, а то, что прошло сквозь магнитное поле, не отклоняясь, то есть было электрически нейтральным, и есть собственно лучи. Те самые, загадочные и проникающие. Из чего они «сделаны»?

Ответа на этот вопрос у ученых не было. Видимо, из того же, из чего сделаны лучи Солнца, то есть видимого света. Ньютон предполагал, что это поток частичек, а

другие ученые, изучавшие волны, считали, что свет – волны, то есть колебание мирового эфира. Солнечный свет мы видим глазами, но для него мы сами непрозрачны. А вот гамма-лучи и рентгеновские лучи глазами мы не видим. Но зато мы для них совершенно прозрачны!

Именно эти лучи нас и убивают. Они – самая главная опасность радиоактивности.

Гамма-лучи прошивают нас насквозь и разрушают наше тело, от чего человек умирает в страшных мучениях.

А что же другие виды радиации – бета и альфа?

Они неопасны или, точнее, малоопасны. Электроны и ядра гелия легко задерживаются листом бумаги, стеклом, да и просто слоем воздуха, так что укрыться от них не проблема. А вот гамма-лучи… Упаси нас боже попасть под гамма-излучение! Это реальный жесткач! От них тоже можно укрыться, только для этого требуется толстый слой брони или подземные бункеры. И что самое неприятное, человек во время облучения вообще ничего не чувствует. В окружающей нас природе нет таких мощных потоков гамма-лучей, какие научилось получать человечество искусственно, поэтому эволюция и не предусмотрела для животного мира никакой сигнальной системы о подобной опасности. От огня мы чувствуем боль, а вот излучение убивает неощутимо.

Бета-излучение сейчас используется в наручных часах – для подсветки стрелок и циферок ночью. Выглядит это свечение довольно красиво. Правда, стоят такие часы довольно дорого. А стоят они дорого потому, что для подсветки используется тритий – сверхтяжелый водород, то есть водород-3, в атомном ядре которого не только одинокий протон, но и два нейтрона. Бывает еще дейтерий – просто тяжелый водород (протон и один нейтрон), но в часах с подсветкой используется именно тритий. Вещество это очень редкое и потому дорогое. 1 грамм трития стоит 30 тысяч долларов. В часах используют ничтожные доли миллиграмма этого вещества. Тритием наполняют стеклянную микроампулу, стенки которой изнутри покрыты люминофором – веществом, которое может светиться при облучении электронами. Эти микроампулы наклеивают на стрелки и цифры часов.

Как это происходит?

Тритий радиоактивен. То есть этот изотоп нестабилен, он распадается. Формула распада написана ниже, она проста и понятна любому.

₁Н³ = ₂Не³ + е^– +

Слева тритий, обозначенный значком водорода из таблицы Менделеева (Н), он имеет один протон и атомную массу в три нуклона. После распада получается нейтрино , электрон (е) и изотоп гелия – гелий-3, то есть второй химический элемент в таблице Менделеева. В нем, как видите, два протона и один нейтрон.

Электрончики, которые выстреливаются в момент распада, бомбардируют люминофор, вызывая его свечение. Светится слой люминофора круглосуточно, просто днем это свечение незаметно, а ночью очень даже! И светиться он будет годами, потому что период полураспада трития 12 лет. То есть через 12 лет светимость часов упадет вдвое.

Как сделать атомную бомбу

Проблема применения накопленных знаний в целях разрушения встает перед человечеством каждый раз, когда оно овладевает какой-то новой энергией. Овладели огнем – придумали, как использовать его в военном деле. Изобрели порох, стали воевать с его помощью. Изобрели аэропланы – начали на них воевать. Ну и, разумеется, когда в начале XX века люди открыли феномен радиоактивности и поняли, что перед ними источник энергии необычайной силы, тут же встал вопрос: а как его применить для убийства других людей? Ведь энергия распада атомных ядер огромна, и Эйнштейн вовсе не зря сравнивал ее с овладением огнем. Только Эйнштейн мечтал об атомных электростанциях, а военные – об оружии.