Исторические сведения об открытии естественной радиоактивности А. Беккерелем

Данная работа представляет собой анализ исторических сведений об открытии естественной радиоактивности А. Беккерелем. Рассматривается вопрос <<случайности>> данного открытия. Подробно изучается методика проведения им эксперимента с солями урана. Даєм ответы на вопросы: <<Что представляет собой соль урана в опытах А. Беккереля? Случайно ли ученый взял соль урана для своих опытов?>> В данной работе можно найти сведенья о династии Беккерелей и о том, как повлияли работы его отца и деда на открытие естественной радиоактивности А. Беккерелем.

Изучая в теме: <<Строение атома и атомного ядра>> вопрос об открытии естественной радиоактивности, мы обратили внимание на краткость его изложения. Захотелось узнать о подробностях опытов А. Беккереля и идею, которая им руководила. Ведь А. Беккерель, проводя свои эксперименты, руководствовался аналогией с излучением Х-лучей при флюоресценции стекла круксовой трубки. Как же он мог сначала освещать соль урана солнечным светом и, лишь, затем подносить её к фотопластинке? Ведь свечение соли при таком переносе прекратиться. Как можно было утверждать, что невидимое проникающее излучение ещё будет продолжаться? И ещё хотелось убедиться в том, действительно ли открытие А. Беккереля было случайным? Как говорится об этом в некоторых описаниях этого открытия: <<случайное>> проявление фотопластинки, <<случайный>> выбор соли урана для опытов, <<случайное>> попадание минерала на фотопластинку в темной комнате. Мы обратились за уточнением к специальной исторической литературе.

Уже из мы узнаем, что мысль, <<не является ли испускание рентгеновских лучей непременным спутником флюоресценции>> (не всякой люминесценции вообще, а именно флюоресценции), была высказана французским математиком и физиком академиком А. Пуанкаре, а не представляет собой <<догадки>> А. Беккереля, как иногда утверждают. Важность этой мысли очевидна, недаром в К. А. Капустинская считает её <<первой логической вехой на пути открытия радиоактивности>> и даже называет день- 20 января 1896г. , когда А. Пуанкаре сообщил свою идею А. Беккерелю. К сожалению, при этом автор книги не указывает источника такой информации. В курсе же <<История физики>> П. С. Кудрявцева даётся ссылка на работу М. Кюри-Складовской <<Радий и радиоактивность>>, изданную в 1905 г. Но, об этом были и более ранние публикации. Самая первая появилась во Всеобщем научном обозрении 30 января 1896г. (она как бы разделила на равные части промежуток времени между двумя знаменитыми выступлениями- В. Рентгена 28 декабря 1895 г. И А. Беккереля 2 марта 1896 г. , объявившими о своих великих открытиях). А, уже менее чем через две недели, в Отчетах о заседаниях Парижской академии наук за 10 февраля появилось сообщение Ш. Анри, заявившего о подтверждении его опытами с фосфоресцирующими сульфатом цинка предположения, высказанного А. Пуанкаре. Реферат этого выступления был помещён во втором выпуске журнала Русского физико-химического общества за 1896 г. , где гипотеза Пуанкаре напечатана была теперь уже на русском языке.

Отметим один из существенных, но обычно опускаемых моментов этой гипотезы. В своём высказывании о возможности сопровождения флюоресценции рентгеновскими лучами А. Пуанкаре говорит не о любых флюоресцирующих телах, а лишь о телах, флюоресценция которых достаточно интенсивна. Как оказалось впоследствии, подтверждение этой гипотезы было ошибкой. Однако через неделю после выступления Ш. Анри, на следующем заседании Парижской академии наук выступил Нивенгловский, также объявивший об испускании невидимого проникающего излучения при фосфоресценции сульфата кальция. И когда ещё через неделю, 24 февраля выступил А. Беккерель с рассказом о проникающем ,пока только через чёрную бумагу, излучении фосфоресцирующей соли урана, ему ничего не оставалось, как присоединиться к исследованиям, начатым Анри и Нивенгловским.

Что представляла собой соль урана в опытах А. Беккереля, и какова была методика эксперимента?

Фосфоресцирующей солью в опытах Беккереля являлся двойной сульфат урана и калия - сильно фосфоресцирующее вещество с очень коротким временим люминесцентного после свечения (менее 1/100 с). В следующем своём выступлении учёный привел формулу этой соли: SO4(UO)K+ H2O. Эта соль имелась у А. Беккереля в виде <<кристаллов, образующих корочку, тонкую и прозрачную>> обратим внимание на некоторые подробности. Назвав кристалл коркой, а затем пластиной, А, Беккерель в дальнейшем многократно пользуется понятием <<пластиночка>> (чешуйка, листок), добавляя к нему слово <<кристаллическая>>. Поэтому авторы, пишущие об опытах А. Беккереля с двойным сульфатом урана и калия, применяют слова <<кристалл>>, <<кристаллическая пластинка>> <<плоский кристалл>>. Размер кристаллической пластиночки А. Беккерель не указывает, однако из текста выступления видно, что она была больше монеты.

Вот как ученый описывает в первом выступлении свои опыты: <<Обёртываем броможелатиновую Люмьеровскую фотографическую пластинку двумя листами черной бумаги, очень плотной, такой, что пластинка не вуалируется экспозицией на солнце в течение, дня.

Снаружи на лист бумаги кладём пластиночку фосфоресцирующего вещества и выставляем всё это на солнце на несколько часов. Когда затем проявим фотографическую пластинку, мы видим, что на негативе появился чёрный силуэт фосфоресцирующего вещества. Если же между фосфоресцирующим веществом и бумагой мы помещаем монету или металлический экран, прорезанный ажурным рисунком, мы видим изображение этих предметов, появившееся на негативе>>. Однако, А. Беккерель, упомянув монету и металлический экран, говорит об их изображении, это изображение следует, по-видимому, понимать как контурное.

В этом выступлении А. Беккерель очень краток. Он лишь констатирует, что фосфоресцирующее вещество, о каком идёт речь, испускает лучи, которые проходят через бумагу непрозрачную для света, и разлагают соли серебра. И хотя он упомянул о металлическом экране, но, ни словом не обмолвился о том, проходят ли лучи через металл. С этого А. Беккерель начал своё следующее историческое выступление (2 марта 1896 г. ), не говоря вначале его об открытии нового вида излучения.

Поскольку первыми опытами уже было установлено, что через два слоя чёрной бумаги лучи, испускаемые фосфоресцирующей солью урана, проникают свободно, учёный решил теперь изучить их прохождение через металлы, исключив, однако, поглощающее влияние бумаги. Для этого вместо обёртывания фотопластины бумагой он применил кассеты: <<Желатинобромосеребряная пластинка Люмьера была заключена в непрозрачную кассету из чёрного материала и закрыто с одной стороны пластиной алюминия. Если мы выставляем кассету на полное солнце даже на целый день, пластинка не вуалируются; но если мы закрепим на алюминиевой пластинке, снаружи, пластиночку соли урана, которую можно, например, прикрепить полосками бумагами, если мы выставим всё это на несколько часов на солнце, мы узнаем, когда затем проявим пластинку обычным способом, что чёрный силуэт кристаллической пластиночки появился на светочувствительной пластинке и что соль серебра против фосфоресцирующей пластиночки разложена. Если пластина алюминия толстовата, интенсивность действия меньше, чем через два листа чёрной бумаги.

Если между пластиночкой соли урана и пластиной алюминия или чёрной бумагой мы помещаем экран, образуемый пластинкой меди, примерно 0,10 мм толщиной, например в форме креста, мы видим на картинке силуэт этого креста, более светлый, но с оттенком, указывающим, однако, что излучение прошло через медную пластинку. В другом опыте медная пластинка более тонкая (0,04 мм) ослабила действующее излучение много меньше>>.

Только после этого описания А. Беккерель переходит к рассказу об установлении нового факта, подчёркивая, что считает его самым важным, находящимся вне ряда явлений, которые можно было ожидать. Вот как выглядел его первый рассказ об этом:

<<Среди предыдущих экспериментов некоторые были подготовлены в среду 26 и четверг 27 февраля, а так как в те дни солнце показывалось с перерывами, я законсервировал эксперименты, полностью приготовленные, и вернул кассеты в темноту, в мебельный ящик, оставив на месте пластиночки урановой соли. В последующие дни солнце снова не показывалось, я проявил пластинки 1 марта, надеясь найти очень слабое изображение. Силуэты, напротив, показались с большой интенсивностью>>.

Увидев новый результат и подумав, что излучение, наверное, продолжалось в темноте, А. Беккерель тут же в тёмной комнате на светочувствительную сторону фотопластинки кладёт два кусочка соли, причем один (в виде выпуклого листка) помещает прямо на эмульсию, второй отделяет от неё тонкой стеклянной пластинкой. Всё это он помещает в две картонные коробки, входящие одна в другую, и запирает в ящик. Ещё одну кристаллическую пластинку соли кладёт на алюминиевый лист, закрывающий кассету со второй фотопластинкой, и также помещает в коробку и в ящик. Через 5 ч, проявив обе фотопластинки, учёный находит на них <<силуэты кристаллических пластинок, черные, как и в предыдущих опытах>>.

Поскольку фосфоресценция этой соли после возбуждения длится менее одной сотой доли секунды, А. Беккерель делает вывод, что этот новый порядок явлений не связан с люминесценцией, а, следовательно, добавим мы, и с предположениями А. Пуанкаре.

Итак, на основании сказанного можно прийти к выводу, что ход событий, связанных с открытием радиоактивности мало похож на случайный. Публикация гипотезы А. Пуанкаре и расширение круга связанных с ней исследователей (К. А. Капустинская в указывает ещё С. Томсона, работавшего в Англии) ставит под сомнение предположение о <<счастливой случайности>> в открытии радиоактивности. Что же касается частностей, то, как видим, пластинки, несколько суток пролежавшие в темноте вместе с кристаллами урановой соли, были проявлены далеко не случайно, ибо <<в темноту они были возвращены>>, а, следовательно, прибывали некоторое время при свете дня.

А случайно ли А. Беккерель взял для опытов соли урана? Спустя семь лет в своей речи, произнесённой в Стокгольме 11 декабря 1903 г. , Анри Беккерель сказал: <<Среди фосфоресцирующих тел для исследования особенно подходили соли урана вследствие необычного строения, которое, по-видимому, обнаруживается гармоническим рядом полос, образующим их спектры поглощения и фосфоресценции>>.

Значит, А. Беккерель не просто перебирал фосфоресцирующие вещества и случайно использовал соли урана, а, размышляя, выбрал и сделал выбор правильно. И было бы удивительно, если бы не Беккерель, а кто-то другой, работая с фосфоресцирующими веществами, открыл радиоактивность. Перечитав то, что можно найти в словарях и энциклопедиях об учёной династии Беккерелей, мы в узнаем, что не только автор открытия радиоактивности, но и его отец и дед занимались изучением люминесцирующих веществ. Его, отец был изобретателем фосфороскопа - прибора, позволяющего определять продолжительность люминесцентного послесвечения, длящегося не более 0,00075 с. И все они - А. Беккерель, его отец и дед - были академиками, а к моменту описываемых событий общий стаж их научной работы составлял около 330 лет, из которых 84 года приходились на членство в Академии наук.

Анри Беккерель выполнил свою первую крупную научную работу, когда ещё был жив его дед, а отец уже был академиком. Сколько полезного для научной работы он смог от них перенять, особенно от отца, не только построившего фосфороскоп, но и давшего научную классификацию явлений фосфоресценции и установившего целый ряд её закономерностей! Можно предположить, что в семье Беккерелей о люминесцирующих веществах знали всё или почти всё, что к тому времени было известно науке. И поэтому совершенно справедливыми нам кажутся слова А. Беккереля, сказанные им о своём открытии: <<Было совершенно ясным, почему открытие радиоактивности было сделано в нашей лаборатории, и, если бы мой отец был жив в1896 г. , он был бы тем, кто сделал это>>.

В заключение заметим, что А. Беккерель, открыв новое явление, не знал ещё ,да и не мог знать, с чем оно связано, он лишь сказал о нём как о <<новом порядке явлений>>. Поэтому поводу очень хорошо сказала Ева Кюри в: <<Самый <<момент открытия>> бывает не всегда. В работе учёного столько тонкостей, столько тяжёлого труда, поэтому не возможно, чтобы уверенность в достигнутом успехе вдруг вспыхнула, как молния, и ослепила своим блеском>>. Не было такого <<момента>> и для А. Беккереля. Мы уже упомянули о том, что, проявив фотопластинки, несколько (четверо или трое) суток пролежавшие в темноте вместе с солью урана, и увидев чёрные силуэты кристаллов, он подумал, что излучение, по-видимому, продолжалось в темноте. Проделав сразу же за этим опыт в затемнённой комнате, он не избавился ещё от мысли, что проникающее излучение, сопутствующее люминесцентному, имеет значительно большую продолжительность. Его следующий доклад в академии 9 марта 1896 г. свидетельствует об этом. В новых опытах А. Беккерель применял уже кристаллы соли урана, выдержанные вне действия света 5, 6 и более суток. В частности, известный опыт разряда электроскопа <<урановыми лучами>> А. Беккерель проделывал с пластинками соли, выдержанными долго в темноте - в течение пяти суток.

Нам сегодня, почти через столетие после открытия радиоактивности, легче увидеть решающий опыт. Беккерелю это сделать было труднее.