Promieniotwórczo¶æ

PROMIENIOTWÓRCZO¦Æ

    W ostatnich latach XIX wieku wielu naukowców zajmow³o siê badaniami w³asno¶ci promieni X. Jednym z nich by³ Henry Becquerel. W roku 1896 przeprowadza³ on do¶wiadczenie, którego celem mia³o byæ zbadanie, czy pobudzane do fluorescencji ¶wiat³em nadfioletowym ró¿ne materia³y s± równie¿ ¼ród³em jaki¶ cz±steczek lub fal (naukowiec wi±za³ powstawanie promieni X z fluorescencj± szk³a pobudzanego przez promienie katodowe). W do¶wiadczeniu u¿ywa³ p³yty fotograficznej owiniêtej dwoma arkuszami czarnego papieru. Papier ten by³ nieprzepuszczalny dla promieni ¶wietlnych. Na tak przygotowanej p³ycie po³o¿y³ Becquerel substancjê, która mia³a byæ pobudzana do fluoryzacji. By³y ni± kryszta³y siarczanu uranowo-potasowego. Nastêpnie naukowiec na¶wietla³ je przez kilka godzin promieniami s³onecznymi. Po przeprowadzeniu do¶wiadczenia wywo³a³ p³ytê fotograficzn±. Ujrza³ na niej czarn± sylwetkê substancji fluoryzuj±cej.
    W nastêpnych do¶wiadczeniach umieszcza³ miêdzy kryszta³ami, a p³yt± fotograficzn± ró¿ne przedmioty (na przyk³ad monetê). Uzyskiwa³ na negatywie obrazy tych przedmiotów. Na podstawie przeprowadzonych do¶wiadczeñ Becquerel wysnu³ wniosek, ¿e badana substancja fluoryzuj±c emituje promieniowanie, które przenika papier i oddzia³ywuje chemicznie na p³ytê fotograficzn±.
    Jednak¿e w kilka dni po przeprowadzeniu pierwszego do¶wiadczenia, Becquerel odkry³, ¿e zdjêcie zostaje zaczernione tak¿e w momencie, gdy kryszta³ki zawieraj±ce uran, nie s± pobudzane do fluorescencji przez promieniowanie ¶wietlne. Obrazy na negatywie pojawia³y siê równie¿, gdy zestaw do¶wiadczalny by³ przechowywany w ciemno¶ci. Badaj±c to zjawisko, naukowiec przeprowadzi³ kilka do¶wiadczeñ, w których bardzo dok³adnie stara³ siê odizolowaæ próbki kryszta³ów uranowych od wp³ywu promieni ró¿nej d³ugo¶ci. Jak siê okaza³o substancja nadal emitowa³a promieniowani. Nied³ugo pó¼niej Becquerel odkry³, ¿e ró¿ne substancje zawieraj±ce domieszki uranu emituj± takie promieniowanie, nie zale¿nie od tego czy maj± one zdolno¶æ fluorescencji, czy nie. Tak, wiêc ¼ród³em obserwowanego zjawiska jest uran. Becquerel odkry³ zjawisko promieniotwórczo¶ci.
    Odkrycie Becquerela, które by³o w³a¶ciwie odkryciem przypadkowym, poruszy³o ca³y ¶wiat naukowy. Badacze starali siê dociec jakie substancje emituj± promieniowanie i jakie s± cechy tego zjawiska.
    W latach 1895-1896 Thomson i Rutherford zajmowali siê badaniem zjawiska jonizacji gazów na¶wietlanych promieniami odkrytymi przez Becquerela. W czasie do¶wiadczenia Rutherford odkry³, ¿e istniej± w zasadzie dwa rodzaje tego promieniowania - jedno, nazwane alfa, by³o ³atwo absorbowane, nawet przez kartki papieru; i drugie, nazwane beta, mog³o przenikaæ nawet przez grube blachy metalowe (na przyk³ad przez 0,25 centymetrów aluminium).

    W latach 1898-1899 naukowcy Maria Sk³odowska Curie, Pierre Curie (1859-1906) i G. Bemont odkryli nowe pierwiastki promieniotwórcze - rad i polon.
    Rutherford i Owens odkryli kolejny promieniotwórczy pierwiastek - tor.
    Rutherford i Frederic Soddy (1877-1956) zauwa¿yli, ¿e z radu wydzielana jest pewna substancja gazowa, nazwana "emanacj± gazow±". Gaz ten nie wykazywa³ aktywno¶ci chemicznej. By³ wiêc podobny do gazów szlachetnych. Po jego przebadaniu za pomoc± spektroskopu okaza³o siê, ¿e znajduje siê w nim hel.

    Przez kolejne lata naukowcy podejmowali badania obu rodzaji promieniowania. Promienie alfa - ma³o przenikliwe, jak siê okaza³o sk³adaj± siê z dodatnio na³adowanych cz±steczek (odchylaj± siê w polu magnetycznym w t± sam± stronê co inne dodatnie cz±steczki). Okaza³o siê ¿e stosunek q/m tych cz±steczek wynosi oko³o 4,8*10⁷ kulombów na kilogram. Stosunek ten jest dwa razy mniejszy ni¿ stosunek q/m dla jonu wodoru. Naukowcy wysnuli wniosek, i¿ cz±steczki alfa sk³adaj± siê z atomów helu na³adowanego podwójnym ³adunkiem dodatnim - takie cz±stki maj± masê równ± 4*(masa wodoru) i ³adunek dodatni 2*(³adunek elementarny). Nied³ugo pó¼niej Rutherford i Royds przeprowadzili nastêpuj±ce do¶wiadczenie. Do bardzo cienkiej rurki kapilarnej, której grubo¶æ ¶cianek wynosi³a tylko 0,01 mm wprowadzili mocne cia³o promieniotwórcze. Po szczelnym zamkniêciu rurki, umieszczono j± w innej obszerniejszej rurce, w której istnia³a pró¿nia. Przez cienkie ¶ciany rurki kapilarnej mog³y przenikaæ cz±steczki alfa, natomiast "emanacja gazowa" nie. Po kilku dniach w rurce zewnêtrznej pojawia³ siê hel. Móg³ on pochodziæ tylko z cz±steczek alfa, które traci³y dodatni ³adunek (do³±czane by³y elektrony) i zamienia³y siê w atomy helu.
    Cz±steczki beta, znacznie bardziej przenikliwe, daj± siê odchylaæ w polu elektrycznym i magnetycznym, w taki sposób i¿ cz±stki te musz± mieæ ³adunek ujemny. Po dalszych badaniach naukowcy doszli do wniosku, i¿ cz±steczki beta to po prostu elektrony (przy okazji badacze zebrali obserwacje ¶wiadcz±ce nowych prawach, prawach opisanych pó¼niejsz± teori± wzglêdno¶ci).
    Odkryto równie¿ trzeci rodzaj promieniowania wysy³any przez cia³a promieniotwórcze - promieniowanie gamma. Okaza³o siê, ¿e s± to fale elektromagnetyczne o d³ugo¶ci fali na ogó³ mniejszej od 10^-11 metra.

Promieniowanie alfa, beta, gamma mo¿na rzdzieliæ u¿ywaj±c pola magnetycznego

Nied³ugo po odkryciu zjawiska promieniotwórczo¶ci wielu naukowców podjê³o badania pierwiastków promieniotwórczych. Odkryli oni, i¿ uran, tor i aktyn daj± poprzez kolejne rozpady pocz±tek licznej grupie pierwiastków promieniotwórczych. Pierwiastki te zosta³y zestawione przez badaczy w szeregi promieniotwórcze, w taki sposób, ¿e ka¿dy pierwiastek powstaje z pierwiastka poprzedzaj±cego go w tablicy i przemienia siê w substancjê znajduj±c± siê w tablicy pod nim. Ostatni pierwiastek wszystkich szeregów jest pierwiastkiem trwa³ym (jest nim o³ów). W szeregu promieniotwórczym wystêpowa³y czêsto pierwiastki o tych samych w³asno¶ciach chemicznych, ale o ró¿nych masach atomowych (by³a to wskazówka mówi±ca o istnieniu izotopów).

W toku nastêpnych badañ naukowcy powi±zali rodzaj emitowanego promieniowania z poszczególnymi rozpadami.