Как Анри Беккерель совершенно случайно обнаружил радиоактивность

Перенесёмся в Европу конца XIX века. Немецкий физик Вильгельм Рентген только что обнародовал открытие таинственных X-лучей. В крупных клиниках уже получают первые снимки переломов, а в городах появляются фотоателье, где любой желающий может увидеть на снимке собственный позвоночник. Томас Эдисон вместе с сотрудниками пытается создать домашний рентгеновский аппарат. Общество встревожено: допустимо ли, что новое изобретение позволяет разглядеть человека без одежды?

Между тем учёные стараются изучить загадочное излучение со всех сторон. Среди них — французский физик Анри Беккерель. Всё могло закончиться тем, что он добавил бы лишь несколько строк в историю исследований рентгеновских лучей. Но из-за одной ошибочной гипотезы и нескольких пасмурных парижских дней он, по сути, положил начало новому разделу физики — науке о радиоактивности. Разберёмся, как проходил его эксперимент.

В ноябре 1895 года Вильгельм Рентген обнаружил неизвестное прежде излучение, легко проникавшее сквозь бумагу, дерево и мягкие ткани человеческого тела. Его назвали X-лучами: буква «X» подчёркивала, что природа излучения остаётся неясной. Сегодня мы знаем его как рентгеновское.

Новое открытие очень быстро нашло практическое применение. Уже в феврале 1896 года в одной из больниц Массачусетса (США) врач сделал первый рентгеновский снимок сломанной лодыжки. Вскоре медики по всему миру принялись исследовать возможности новинки.

Удивительнее всего то, как стремительно рентгеновские лучи вышли за пределы научных кругов и стали частью массовой культуры. Уже в начале 1896 года о них говорила вся Европа. Но что именно обсуждали?

Первая тема — нравственность. В газетах выступали встревоженные авторы: если новые лучи позволяют видеть человека насквозь, не оскорбляет ли это приличия? В то же время выходили карикатуры, высмеивавшие саму идею «рентгеновского зрения», способного проникать сквозь одежду.

Вторая тема — коммерция. Предприимчивые люди быстро сообразили, что на новой технологии можно хорошо заработать. В городах открывались ателье и устраивались публичные демонстрации, где каждый мог получить рентгенограмму собственных костей. Частные сыщики предлагали использовать рентгеновские аппараты для слежки за неверными супругами, а производители белья выпускали свинцовые модели, призванные защитить от подглядывания через «рентгеновские очки». Слово X-ray украшало самые неожиданные товары: так, в конце 1890-х продавалось мыло X-Ray Soap. Разумеется, никакого излучения в нём не содержалось. Здесь X-ray служило всего лишь маркетинговой приманкой: модное научное слово должно было ассоциироваться с прогрессом и современными технологиями.

Фактически слово «рентгеновский» превратилось в такой же волшебный маркетинговый символ, каким сегодня стал искусственный интеллект. Хороший обзор того, как открытие Рентгена проникло в массовую культуру и захватило воображение обывателей и коммерсантов, можно прочитать здесь. Разумеется, X-лучи живо интересовали и учёных. Одним из них был французский физик Антуан Анри Беккерель.

Беккерель и Х-лучи

В 1896 году Беккерелю исполнилось 43 года; он жил и работал в Париже. Он принадлежал к известной научной династии: его дед, отец и впоследствии сын преподавали физику, были членами Французской академии наук и занимались изучением света и электричества. Дед разработал электролитический метод получения металлов из руд и был удостоен медали Лондонского королевского общества за труды по электричеству. Отец открыл фотовольтаический эффект — возникновение электрического тока в жидкостной или полупроводниковой системе под действием света. После смерти отца в 1891 году Анри Беккерель, по сути, продолжил семейное дело. В научном мире его знали, однако выдающихся открытий за ним тогда ещё не числилось.

Открытие Рентгена мгновенно привлекло внимание учёных по всей Европе. Беккерель тоже захотел выяснить, не связаны ли рентгеновские лучи с явлением люминесценции, которую он сам изучал. Вслед за отцом он занимался люминесценцией, в частности фосфоресценцией. Открытие Рентгена лишь подсказало ещё один вопрос, на который исследователь хотел найти ответ.

В опытах Рентгена источником излучения служила газоразрядная трубка с сильно разреженным газом. Высокое напряжение порождало в ней поток катодных лучей — сегодня известно, что это поток электронов. Когда электроны сталкивались с веществом внутри трубки и резко теряли скорость, возникало рентгеновское излучение.

Учёные тогда пытались связать новое излучение с уже изученными явлениями. Математик Анри Пуанкаре задался вопросом: а вдруг рентгеновские лучи каким-то образом связаны с флуоресценцией? В январе 1896 года он представил работы Рентгена Парижской академии наук и высказал предположение, что флуоресцирующие вещества способны излучать не только видимый свет, но и рентгеновские лучи.

Эта мысль особенно заинтересовала Анри Беккереля: он много лет занимался флуоресценцией и фосфоресценцией. Он решил проверить, правда ли флуоресцирующие вещества могут испускать проникающее излучение, подобное рентгеновскому.

Для опыта он взял соли урана, ярко фосфоресцировавшие под солнечными лучами. Схема эксперимента была достаточно простой:

• обернуть фотопластинку плотной чёрной бумагой, чтобы обычный свет не мог до неё добраться;

• поместить сверху кристаллы урановой соли;

• выставить всю конструкцию на солнце;

• проявить пластинку и проверить, отпечатались ли на ней кристаллы.

Будь гипотеза верна, после облучения солнцем соль урана должна была испустить невидимое проникающее излучение, которое прошло бы сквозь бумагу и засветило пластинку. Именно такой результат и дали первые опыты. Теория, казалось, подтвердилась.

Как облачность «сломала» теорию

Любой научный эксперимент должен быть воспроизводимым. В конце февраля 1896 года Беккерель собрался продолжить опыты, но в Париже несколько дней подряд стояла пасмурная погода. Пока он ждал солнца, завёрнутая фотопластинка с солями урана пролежала в ящике письменного стола.

Казалось логичным, что без солнечного света ничего не произойдёт. Тем не менее спустя несколько дней Беккерель всё же решил проявить одну из пластинок. Возможно, им двигало обычное научное любопытство: даже при недостатке света результат мог показать, насколько слабым будет эффект.

Итог оказался совершенно неожиданным. На пластинке проступило чёткое, насыщенное изображение кристаллов урановой соли, хотя на протяжении нескольких дней они вообще не получали солнечного света. Беккерель понял: дело вовсе не в энергии, которую соль якобы «накапливает» под действием солнца. Она испускает проникающее излучение самостоятельно.

Затем последовала серия контрольных опытов. Они показали, что для возникновения излучения солнечный свет совершенно не нужен. Более того, Беккерель выяснил, что тот же эффект дают разные соединения урана, в том числе не обладающие выраженной фосфоресценцией. Следовательно, явление не было связано с послесвечением вещества.

Постепенно стало понятно: уран сам по себе непрерывно излучает нечто неизвестное. Позднее выяснилось, что это внутреннее свойство элемента — естественная радиоактивность.

Уже 2 марта 1896 года Беккерель представил Парижской академии наук (Académie des sciences) новое сообщение о результатах своих опытов. Оно вышло в журнале Comptes rendus de l’Académie des sciences.

Тогда сам учёный ещё не до конца осознавал природу явления. Он полагал, что открытые им лучи могут быть связаны с фосфоресценцией урана и в чём-то напоминать рентгеновское излучение. Суть его доклада сводилась примерно к следующему: «Обнаружен любопытный эффект, вот итоги моих наблюдений».

Беккерель и чета Кюри

Работа Беккереля заинтересовала Пьера и Марию Кюри. Они допустили, что подобным свойством могут обладать и другие вещества. На протяжении нескольких лет супруги изучали огромное число минералов и открыли полоний и радий… За свой «неудавшийся» эксперимент Беккерель в 1903 году вместе с Пьером и Марией Кюри был удостоен Нобелевской премии по физике. Впрочем, термин «радиоактивность» в научный обиход ввела именно Мария Кюри, а сам Беккерель поначалу называл лучи урановыми.

Позднее Беккерель ещё раз оставил след в этой области науки, первым задумавшись о биологическом воздействии радиоактивности. В первые годы учёные не осознавали, насколько опасным может быть новое явление. Радиоактивные вещества без опаски носили в карманах, хранили в лабораториях без какой-либо защиты и приносили на публичные демонстрации.

В 1902 году после одной из таких лекций Анри Беккерель обнаружил на груди покраснение кожи — точно в том месте, где в жилетном кармане лежала пробирка с хлоридом радия, взятая у Пьера и Марии Кюри. Со временем покраснение переросло в язву. Узнав об этом, Пьер Кюри проверил наблюдение на себе: он на десять часов привязал к предплечью такую же пробирку. Через несколько дней у него появился столь же тяжёлый ожог, не заживавший несколько месяцев. Так учёные впервые убедились, что радиоактивное излучение действует не только на фотопластинки, но и на живые ткани.

Но это уже совсем другая история.

 

Источник