Открытие радиоактивности

Присутствовавший на заседании Анри Беккерель решил проверить гипотезу Пуанкаре. Для опытов он выбрал соль урана. Обернув фотопластинку черной бумагой, он положил на нее металлическую пластинку, покрытую слоем урановой соли, и выставил на несколько часов на яркий солнечный свет. После проявления фотопластинки на ней действительно был обнаружен силуэт металлической пластинки. Повторные опыты дали аналогичный результат, и 24 февраля 1896 года Беккерель доложил Академии о результатах опытов. Казалось, что гипотеза Пуанкаре подтверждается.

Но Беккерель решил провести добавочные эксперименты. Однако погода была пасмурной, и в ожидании солнечного дня он положил обернутые черной бумагой фотопластинки вместе с металлической пластинкой, покрытой урановой солью, в темный шкаф. Вскоре выдался солнечный день, но Беккерель решил до продолжения опытов на солнце проявить фотопластинки, пролежавшие несколько дней в темном шкафу. Результат оказался сенсационным. На проявленных фотопластинках четко обозначился силуэт металлической пластинки. Беккерель немедленно поставил повторные опыты. Результат был тем же: урановая соль без предварительного освещения испускала невидимые лучи, действовавшие на фотопластинку сквозь непрозрачный для видимого света экран. 2 марта 1896 года Беккерель сообщил о своем открытии.

В последующих экспериментах он окончательно опроверг гипотезу Пуанкаре. Оказалось, что «беккерелевы лучи» испускаются лишь соединениями урана. Они способны ионизировать воздух и разряжать заряженный электроскоп. Заметка Беккереля от 23 ноября 1896 года появилась почти одновременно с заметкой Дж. Дж. Томсона и Э. Резерфорда, показавших, что рентгеновские лучи делают воздух электропроводящим благодаря ионизирующему воздействию. Так был открыт важный метод детектирования ионизирующих излучений. Вскоре Беккерель подтвердил наличие невидимого излучения и у чистого урана. При этом способность урана испускать «беккерелевы лучи» не зависела от его химического состояния и не ослабевала месяцами.

В конце 1897 года в изучение нового явления включились Мария Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри. Они также для детектирования «беккерелевых лучей» пользовались их способностью сообщать воздуху электропроводность. Склодовская-Кюри поставила целью поиск других веществ, обладающих свойствами, аналогичными урану. И она обнаружила, что «торий и его соединения имеют то же свойство». Вещества, испускающие «беккерелевы лучи», Склодовская-Кюри назвала «радиоактивными». Новый термин прижился и употребляется до сих пор.

Следующим этапом работ супругов Кюри была попытка химически выделить из урановой руды новые, неизвестные еще радиоактивные элементы. Эти исследования завершились успехом. В 1898 году появились одна за другой статьи, сообщающие о получении новых радиоактивных веществ. Об одном из таких веществ Кюри сообщили, что оно «содержит какой-то металл, до сих пор еще не замеченный, по своим аналитическим свойствам близкий к висмуту». Они назвали новый элемент полонием в честь Польши – родины М. Склодовской. Активность полония оказалась почти в 400 раз выше активности урана. В декабре того же года супруги Кюри сообщили об открытии еще одного радиоактивного вещества, по химическим свойствам близкого барию. Было получено хлористое соединение нового элемента, активность которого оказалась примерно в 900 раз выше активности урана. В спектре соединения была обнаружена линия, не принадлежавшая ни одному из известных элементов. Кюри назвали этот элемент радием.

В 1903 году Анри Беккерель, а также Пьер и Мария Кюри были удостоены Нобелевской премии за открытие явления спонтанной радиоактивности и за исследования радиоактивного излучения.

Природа радиоактивного излучения была исследована целым рядом ученых, но первым обнаружил его сложный состав Эрнст Резерфорд. Это было показано опять таки методом наблюдения электропроводности воздуха. Одну из пластин конденсатора Резерфорд покрывал порошком солей урана и соединял с полюсом батареи. Вторая пластина соединялась с электрометром. Измерялась скорость разряда конденсатора, обусловленного ионизирующим действием радиоактивного излучения урана. В процессе опыта радиоактивный порошок, в частности, накрывали тонкими листами металлической фольги.

«Эти опыты, – писал Резерфорд, – показывают, что излучение урана неоднородно по составу – в нем присутствуют, по крайней мере, два излучения различного типа. Одно очень сильно поглощается, назовем его для удобства -излучением, а другое имеет большую проникающую способность, назовем его -излучением». Таким образом, в 1899 году Резерфорд выделил два вида радиоактивного излучения, различающихся своей проникающей способностью.

Во время этих исследований Резерфорд узнал об открытии радиоактивности тория. Он исследовал излучение тория и установил, что -излучение тория обладает большей проникающей способностью по сравнению с -излучением урана. Он отметил также, что излучение тория «неоднородно по составу, в нем присутствуют какие-то лучи большой проникающей способности». Однако более подробного анализа ториевого излучения Резерфорд не провел. В 1900 году французский физик Поль Виллар открыл сильно проникающее излучение, которое получило условное наименование  - излучения.

В том же году Анри Беккерель, пытаясь выяснить природу  - излучения, измерил отношение заряда  - частиц к их массе методом отклонения в электрическом и магнитном полях. Величина для  - частиц оказалась практически равной такой же величине, полученной для катодных лучей и фотоэлектронов. Результаты Беккереля подтверждали существование электрона как некоторой универсальной частицы, входящей в состав вещества. Супруги Кюри и ряд других физиков получили аналогичные результаты. В 1902 году Резерфорд писал о том, что «отклоняемые лучи во всех отношениях подобны катодным лучам». Он недвусмысленно говорил о  - частицах как об электронах.

Нужно заметить, что известие об открытии электрона поначалу многими было воспринято скептически. В то время даже атомистическая гипотеза еще не пользовалась полным признанием, тем менее могла увлечь многих ученых идея о существовании электрона – частицы, значительно меньшей, чем атом.