Φυσική

Η ανακάλυψη της ραδιενέργειας (συνέχεια)


Η συνεισφορά του Henri Becquerel

Ο Henri Becquerel ανήκε σε μια επιφανή οικογένεια επιστημόνων. Ο παππούς του, Antoine Becquerel, γεννημένος το 1788, ήταν σημαντικός ερευνητής ηλεκτρικών και μαγνητικών φαινομένων, αφού δημοσίευσε μια σπουδαία πραγματεία για το θέμα. Ο πατέρας του Henri, Edmond Becquerel (1821-1891), σημείωσε τις μελέτες του για την υπεριώδη ακτινοβολία και τα φαινόμενα φωσφορισμού και φθορισμού. Ειδικά από το 1859 έως το 1861, είχε σπουδάσει ασβέστιο, βάριο, στροντίου και άλλα. Μεταξύ των υλικών που μελετούσε περιλαμβάνονται ορισμένα άλατα ουρανίου.

Στο εργαστήριο του πατέρα του, ο Henri Becquerel ανέπτυξε την επιστημονική του κατάρτιση και πραγματοποίησε την πρώτη του έρευνα - σχεδόν όλα στην οπτική και πολλά από αυτά, από το 1882 έως το 1897, σε φωσφορισμούς. Μεταξύ άλλων, μελέτησε το αόρατο (υπέρυθρο) φωσφορισμό των διαφόρων ουσιών. Συγκεκριμένα, μελέτησε τα φάσματα φθορισμού άλατος ουρανίου χρησιμοποιώντας δείγματα που είχε συσσωρεύσει ο πατέρας του με τα χρόνια.

Τίποτα δεν ήταν φυσικότερο από το ενδιαφέρον του Henri Becquerel για τις ακτινογραφίες και πιο συγκεκριμένα στην υπόθεση του Poincaré και στα έργα του Henry και του Niewenglowski. Στην πραγματικότητα, φάνηκε απλώς ότι εκτός από το ότι είναι σε θέση να εκπέμπουν ορατή και υπέρυθρη ακτινοβολία, τα φωταύγεια όργανα θα μπορούσαν επίσης να εκπέμπουν ακτίνες Χ. Η Becquerel αποφασίζει να πειραματιστεί στο θέμα. Θα αναπαράγουμε κάτω από το πλήρες κείμενο της πρώτης σημείωσης του Henri για το θέμα, που παρουσιάστηκε στην Ακαδημία στις 24 Φεβρουαρίου 1896 (δύο μήνες μετά την ανακάλυψη της ανακάλυψης ακτίνων Χ):

"Σε προηγούμενη συνάντηση από τη Γαλλική Ακαδημία Επιστημών, Ο Charles Henry σημείωσε ότι με την τοποθέτηση φωσφορίζοντος σουλφιδίου ψευδαργύρου στο μονοπάτι των ακτίνων που βγαίνει από ένα σωλήνα Crookes αυξήθηκε η ένταση της ακτινοβολίας που διεισδύει στο αλουμίνιο.

Επιπλέον, ο Niewenglowski διαπίστωσε ότι το εμπορικό φωσφορίζον σουλφίδιο του ασβεστίου εκπέμπει ακτινοβολία που διεισδύει σε αδιαφανείς ουσίες.

Αυτή η συμπεριφορά εκτείνεται σε διάφορες φωσφορίζουσες ουσίες και, ειδικότερα, σε άλατα ουρανίου, των οποίων η φωσφορίζουσα έχει πολύ μικρή διάρκεια.

Με το θειικό κάλιο διπλού ουρανίου, από το οποίο έχω μερικούς κρυστάλλους με τη μορφή λεπτού διαφανούς κρούστας, έκανα το ακόλουθο πείραμα:

Μια φωτογραφική πλάκα Lumiére είναι τυλιγμένη σε δύο φύλλα πολύ πυκνό μαύρο χαρτί, έτσι ώστε η πλάκα να μην σκουραίνει ακόμα και όταν εκτίθεται στον ήλιο για μια ημέρα. Μια πλάκα φωσφορίζων τοποθετείται στο εξωτερικό του χαρτιού και εκτίθεται στον ήλιο για αρκετές ώρες. Όταν αποκαλυφθεί η φωτογραφική πλάκα, εμφανίζεται η σιλουέτα της φωσφορίζουσας ουσίας, η οποία εμφανίζεται μαύρη αρνητική. Εάν τοποθετηθεί ένα νομισματικό ή διάτρητο φύλλο μετάλλου μεταξύ της φωσφορίζουσας ουσίας και του χαρτιού, η εικόνα αυτών των αντικειμένων μπορεί να παρατηρηθεί αρνητικά.

Τα ίδια πειράματα μπορούν να επαναληφθούν τοποθετώντας ένα λεπτό φύλλο από γυαλί μεταξύ της φωσφορίζουσας ουσίας και του χαρτιού. και αυτό αποκλείει τη δυνατότητα οποιασδήποτε χημικής δράσης από ατμούς που θα μπορούσαν να βγαίνουν από την ουσία όταν θερμαίνονται από τις ακτίνες του ήλιου Από τα πειράματα αυτά μπορεί να συναχθεί ότι η εν λόγω φωσφορίζουσα ουσία εκπέμπει ακτινοβολία που διεισδύει σε αδιαφανή ρόλο στο φως και μειώνει τα άλατα αργύρου. Ευαισθητοποιήστε το φωτογραφικό χαρτί".

Σημειώστε ότι ο Becquerel γνωρίζει τα προηγούμενα έργα του Henry και Niewenglowski και αναπαράγει, χωρίς πολλές αλλαγές, το πείραμα του δεύτερου. Δοκίμασε μόνο μία νέα ουσία - διπλό θειικό ουρανυλικό κάλιο - επιβεβαιώνοντας την υπόθεση Poincaré.

Την επόμενη εβδομάδα (2 Μαρτίου 1896), η d'Arsonval έλαβε πληροφορίες σχετικά με ακτινογραφίες χρησιμοποιώντας λαμπτήρα φθορισμού και κάλυψη των αντικειμένων που πρέπει να καταγραφούν με γυαλί φθορισμού που περιέχει άλας ουρανίου. Συμπεραίνει σε αυτό το άρθρο ότι όλα τα σώματα που εκπέμπουν φαιόχρωμη ακτινοβολία ακτίνων-φως είναι ικανά να εντυπωσιάζουν τις φωτογραφικές πλάκες που καλύπτονται με ανοιχτόχρωμο χαρτί.

Σε αυτή την ίδια συνεδρίαση της Ακαδημίας, η Becquerel παρουσιάζει ένα δεύτερο σημείωμα, το οποίο περιγράφεται συνήθως ως αντιπροσωπεύοντας την ανακάλυψη της ραδιενέργειας. Ο Cortés Pla είναι ένας από εκείνους που κάνει αυτό το λάθος, παρά το γεγονός ότι έχει διαβάσει (και μεταφραστεί) τα άρθρα του Becquerel: "Μια εβδομάδα αργότερα, στις 2 Μαρτίου, η Ακαδημία ακούει το αποτέλεσμα περαιτέρω ερευνών που θα αφομοιώσουν το όνομα του Becquerel, καθώς περιγράφουν την ύπαρξη ενός νέου φαινομένου: ραδιενέργεια ... " ref. 6, σελ. 32

Σε αυτή τη δεύτερη σημείωση, ο Becquerel συνεχίζει τη μελέτη των επιδράσεων που προκαλούνται από το διπλάσιο θειικό ουράνιο καλίου. Το προηγούμενο πείραμα ποικίλει, σημειώνοντας ότι η ακτινοβολία που εκπέμπεται από αυτό το υλικό είναι λιγότερο διεισδυτική από τις συνηθισμένες ακτίνες Χ. Επίσης σημειώστε ότι η διεισδυτική ακτινοβολία εκπέμπεται τόσο όταν το φωσφορίζον υλικό φωτίζεται απευθείας από τον ήλιο και όταν φωτίζεται από ανακλώμενο ή διαθλασμένο φως. Σημειώνει επίσης ότι ακόμη και στο σκοτάδι, το υλικό που μελετάται ευαισθητοποιεί τις φωτογραφικές πλάκες (όπως το Niewenglowski σουλφίδιο του ασβεστίου). Εδώ είναι το αντίγραφο αυτού του μέρους του άρθρου:

"Θα επιμείνω ιδιαίτερα στο ακόλουθο γεγονός, το οποίο φαίνεται πολύ σημαντικό για μένα και αγνοώντας την κυριαρχία των φαινομένων που θα περίμενε κανείς να παρατηρήσει. Τα ίδια κρυσταλλικά καλύμματα, τοποθετημένα δίπλα σε φωτογραφικές πλάκες, υπό τις ίδιες συνθήκες, που απομονώνονται από τα ίδια διαφράγματα, αλλά χωρίς διέγερση ακτινοβολίας και διατηρούνται στο σκοτάδι, εξακολουθούν να παράγουν τις ίδιες φωτογραφικές αποτυπώσεις. Ακολουθεί η παρατήρηση: ορισμένες από τις προηγούμενες εμπειρίες προετοιμάστηκαν την Τετάρτη 26 και την Πέμπτη 27 Φεβρουαρίου. και δεδομένου ότι αυτές τις μέρες ο ήλιος εμφανιζόταν μόνο διαλείπουσα, κράτησα τα πειράματα που είχα προετοιμάσει και έβαλα τις πλάκες με τα περιτύλιξά τους στο σκοτάδι ενός συρταριού για έπιπλα αφήνοντας στη θέση τους τα πτερύγια αλατιού ουρανίου. Καθώς ο ήλιος δεν επανεμφανίστηκε τις επόμενες ημέρες, παρουσίασα τις φωτογραφικές πλάκες την 1η Μαρτίου, ελπίζοντας να βρω πολύ αχνές εικόνες. Αντίθετα, οι σιλουέτες εμφανίστηκαν με μεγάλη ένταση. Σκέφτηκα αμέσως ότι η δράση πρέπει να συνεχιστεί στο σκοτάδι και να προετοιμαστεί η ακόλουθη εμπειρία:

Στο κάτω μέρος ενός αδιαφανούς κουτιού από χαρτόνι έβαλα μια κάρτα φωτογραφιών. Στη συνέχεια, από την ευαίσθητη πλευρά, έβαλα ένα κάλυμμα αλατιού ουρανίου, κυρτό κάλυμμα με το υψηλότερο κεντρικό τμήμα και ότι άγγιξε τη ζελατίνη μόνο σε λίγα σημεία. Στη συνέχεια, δίπλα σε αυτό, στην ίδια πλάκα, έβαλα μια άλλη ολίσθηση του ίδιου αλατιού, χωρισμένη από τη ζελατίνη με μια λεπτή γυάλινη ολίσθηση. Αφού πραγματοποίησε αυτή τη λειτουργία, στο σκοτεινό δωμάτιο, το κουτί ήταν κλειστό, τοποθετήθηκε μέσα σε ένα άλλο κουτί από χαρτόνι και τελικά σε ένα συρτάρι.

Επανέλαβα τη διαδικασία με ένα περίβλημα από φύλλο αλουμινίου, στον οποίο έβαλα μια φωτογραφική πλάκα, και έξω, μια καλύπτρα από άλας ουρανίου. Το σετ περιλαμβανόταν σε ένα αδιαφανές κουτί από χαρτόνι και στη συνέχεια σε ένα συρτάρι. Μετά από πέντε ώρες, αποκάλυψα ότι οι πλάκες και οι σιλουέτες των κρυσταλλικών λεπίδων εμφανίστηκαν με μαύρο χρώμα, όπως σε προηγούμενα πειράματα, σαν να είχαν γίνει φωσφορίζουσες με το φως. Όσον αφορά την καλύπτρα που τοποθετήθηκε απευθείας πάνω στη ζελατίνη, δεν υπήρχε σχεδόν καμία διαφορά μεταξύ των επιδράσεων στα σημεία επαφής και στα τμήματα της καλύπτρας που ήταν περίπου ένα χιλιοστό μακριά. Η διαφορά μπορεί να αποδοθεί στις διαφορετικές αποστάσεις των ενεργών πηγών ακτινοβολίας. Η δράση της καλύπτρας που τοποθετήθηκε στο γυαλί ήταν κάπως εξασθενημένη, αλλά το σχήμα της καλύπτρας ήταν πολύ καλά αναπαραγόμενο. Τέλος, μέσω του φύλλου αλουμινίου, η δράση εξασθένησε σημαντικά, αλλά παρ 'όλα αυτά ήταν πολύ σαφής.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτό το φαινόμενο δεν φαίνεται να αποδίδεται σε φωσφορίζουσες ακτινοβολίες φωτός, αφού μετά από 1/100 του δευτερολέπτου αυτές οι ακτινοβολίες καθίστανται τόσο αχνές ώστε είναι σχεδόν ανεπαίσθητες.

Μια υπόθεση που γεννά πολύ φυσικά στο νου θα είναι η υπόθεση ότι αυτές οι ακτινοβολίες, των οποίων τα αποτελέσματα έχουν μια ισχυρή αναλογία με τις επιδράσεις που παράγει η ακτινοβολία που μελετάται από τους Lenard και Roentgen, θα μπορούσαν να είναι αόρατες ακτινοβολίες που εκπέμπονται από φωσφορίζουσες, η διάρκεια των οποίων ήταν απεριόριστα μακρύτερη από αυτή. αυτή των φωτεινών ακτινοβολιών που εκπέμπονται από αυτές τις ουσίες. Ωστόσο, οι παρούσες εμπειρίες, χωρίς να είναι αντίθετες με αυτήν την υπόθεση, δεν επιτρέπουν την διατύπωση της. Οι εμπειρίες που αναπτύσσομαι τώρα ελπίζω να δώσουν κάποια εικόνα για αυτό το νέο είδος φαινομένου »..

Σημειώστε ότι δεν υπάρχει σχεδόν τίποτα νέο σε αυτό το "νέο είδος φαινομένου". Η μόνη είδηση ​​είναι ότι η αόρατη φωσφορίζουσα φαινόταν να διαρκεί πολύ περισσότερο από την ορατή φωσφοφορία (που σε καμία περίπτωση δεν ήταν αντίθετη με ό, τι ήταν γνωστό).

Σε ένα άλλο άρθρο αναθεώρησης ακτινογραφίας τον ίδιο μήνα, ο Raveau περιγράφει τις μελέτες του Charles Henry, του Niewenglowski, του Piltchikof, του Arsonval και του Becquerel ως όλες τις ειδικές περιπτώσεις του φαινομένου που προέβλεπε ο Poincaré και ανακαλύφθηκε από τον Charles Henry. .

Την επόμενη εβδομάδα (09/03/1896), στο πλαίσιο της συνηθισμένης ποσόστωσης των αντικειμένων ακτίνων Χ, οι Battelli και Gambasso μελετούν το ρόλο των φθοριζουσών ουσιών στην αύξηση του αποτελέσματος των ακτίνων Roentgen. Η Troost μελετά το φωσφορίζον θειούχο ψευδάργυρο (μίγματα) και επαναλαμβάνει και επιβεβαιώνει τις παρατηρήσεις του Charles Henry, επιτυγχάνοντας ισχυρές ακτινογραφικές εικόνες με συναρπαστικό φωσφορισμό με φως μαγνησίου. Το Troost αναφέρει επίσης τα έργα του Niewenglowski και του Becquerel. Με τη σειρά του, ο Henri Becquerel παρουσιάζει μια τρίτη ανακοίνωση. Δηλώνει ότι η ακτινοβολία που εκπέμπεται από το μελετημένο άλας ουρανίου είναι ικανή να εκπέμπει ηλεκτροσκόπιο (όπως οι ακτίνες Χ). Ήταν φυσικό να προσπαθήσουμε να επαναλάβουμε με αυτή την ακτινοβολία όλα τα είδη των πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν ποτέ με την ακτινοβολία Roentgen για να ελεγχθεί αν ήταν τα ίδια ή όχι. Ωστόσο, η κύρια αναλογία που φάνηκε να εργάζεται στο μυαλό του Becquerel ήταν άλλη: το φαινόμενο ήταν πολύ παρόμοιο με το αόρατο φωσφορίζον (το οποίο είχε μελετήσει) στο οποίο υπήρχε εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τώρα η υπέρυθρη ακτινοβολία έχει την ίδια φύση με το φως και, αντίθετα με ό, τι περιγράφηκε στην περίπτωση των ακτίνων Χ, αντανακλάται και διαθλάται. Το Becquerel μελετά την ακτινοβολία του ουρανικού θειικού καλίου και συμπεραίνει ότι αντανακλάται σε μεταλλικές επιφάνειες και διαθλάται σε συνηθισμένο γυαλί. Είναι πλέον γνωστό ότι αυτή η ακτινοβολία δεν αντανακλά ή διαθλά στο γυαλί.

Στο ίδιο άρθρο, ο Becquerel περιγράφει τις παρατηρήσεις στις οποίες τα άλατα ουρανίου συνεχίζουν να ευαισθητοποιούν τις φωτογραφικές πλάκες ακόμα και όταν το φωσφορίζον υλικό διατηρείται στο σκοτάδι για 7 ημέρες και σημειώνει: "Ίσως αυτό το γεγονός μπορεί να συγκριθεί με την αόριστη διατήρηση, σε ορισμένους οργανισμούς, της ενέργειας που έχουν απορροφήσει και εκπέσει όταν θερμαίνονται, γεγονός για το οποίο έχω ήδη επισημάνει σε μια εργασία. από το 1891 σχετικά με τη φωσφορίζουσα θερμότητα ". Σημειώνεται ότι ο Becquerel εξακολουθεί να βασίζεται στα φαινόμενα που ήδη γνωρίζει, χωρίς να αναγνωρίζει τίποτε θεμελιωδώς νέο σε αυτό που μελετά.

Στο ίδιο άρθρο, ο Becquerel μελετά άλλα φωσφορίζοντα υλικά. Μερικά από αυτά είναι άλατα ουρανίου. Με όλα αυτά παρατηρούνται τα ίδια αποτελέσματα. Με το σουλφίδιο του ψευδαργύρου, αντίθετα με ό, τι είχαν παρατηρήσει οι Χένρι και Troost, ο Becquerel δεν βλέπει κανένα αποτέλεσμα. Ωστόσο, ο Becquerel κάνει παρατηρήσεις στο σκοτάδι - και οι Henry και Troost είχαν κάνει πειράματα ενώ το σουλφίδιο του ψευδαργύρου ήταν αναμμένο. Αναλύονται άλλα φωσφορίζοντα υλικά (στροντίου και θειούχου ασβεστίου). Το πρώτο δεν έχει καμία επίδραση στο σκοτάδι. Ένα δείγμα θειούχου ασβεστίου που παρήγαγε φωσφορίζοντα πορτοκαλιού επίσης δεν έχει καμία επίδραση, αλλά δύο σουλφίδια ασβεστίου με μπλε και πρασινωπή φωταύγεια ».έδωσε πολύ έντονα αποτελέσματα, τα πιο έντονα που είχα ποτέ σε αυτά τα πειράματα. Το γεγονός για το μπλε ασβέστιο είναι σύμφωνα με την παρατήρηση του κ. Niewenglowski μέσω του μαύρου χαρτιού. "

Από τις τρέχουσες γνώσεις μας, είναι πολύ δύσκολο να καταλάβουμε πώς μπορεί να έχουν συμβεί τα αποτελέσματα που περιγράφονται από τον Becquerel. Οι ακτινοβολίες που εκπέμπονται από τα άλατα ουρανίου, στην πραγματικότητα, δεν αντανακλούν ή διαθλούν. και το θειούχο ασβέστιο δεν πρέπει να εκπέμπει ακτινοβολία παρόμοια με τα άλατα ουρανίου (και ακόμη χειρότερα!). Είτε υπήρξαν επιδράσεις που δεν μπορούν να εξηγηθούν από τις γνώσεις μας, ή ο Becquerel είχε παραπλανηθεί στις παρατηρήσεις του - και σε αυτή την περίπτωση μπορεί να είχε προκαλέσει οι θεωρητικές του προσδοκίες να δει ανύπαρκτα φαινόμενα. Αν δεν επαναληφθούν αυτά τα πειράματα με τα ίδια υλικά που χρησιμοποιεί, δεν θα είναι δυνατόν να αποκλειστεί η ύπαρξη φυσικών φαινομένων που αγνοούνται και διαφέρουν από τη ραδιενέργεια.

Πέρασαν δύο εβδομάδες και η Becquerel δημοσιεύει νέα δουλειά (23/03/1896). Περιγράφει παρατηρήσεις ότι μερικές μη φωταυγές ενώσεις ουρανίου παράγουν επίσης τα αποτελέσματα που περιγράφηκαν παραπάνω. Επομένως, αυτή η αόρατη φωσφορίζουσα δεν φαίνεται να σχετίζεται με ορατό φωσφορισμό ή φθορισμό. Αλλά φαίνεται, σύμφωνα με τον Becquerel, να είναι πραγματικά μια περίπτωση φωσφορισμού, δεδομένου ότι ισχυρίζεται ότι η ακτινοβολία αυξάνεται όταν οι κρύσταλλοι στο σκοτάδι εκτίθενται στο ηλιακό φως ή όταν φωτίζονται από μια ηλεκτρική εκκένωση - και πάλι, το φαινόμενο που περιγράφεται δεν θα πρέπει να συμβεί, όσο γνωρίζουμε. Υπάρχει μια άλλη περίεργη παρατήρηση σε αυτό το άρθρο. Ο Becquerel ισχυρίζεται ότι τα δείγματα θειούχου ασβεστίου, τα οποία είχαν επιδράσει στο σκοτάδι, δεν έκαναν πλέον εντύπωση φωτογραφικών πλακών.
Όπως είδαμε, ο Becquerel πίστευε ότι η ακτινοβολία που μελετούσε ήταν παρόμοια με το φως επειδή αντανακλάται και διαθλάται, σε αντίθεση με τις ακτίνες Χ. Στο επόμενο άρθρο του περιέγραψε πειράματα με λεπτούς αντικειμενοφόρους τουρμαλίνης και ισχυρίστηκε ότι έχει παρατηρήσει τα αποτελέσματα πόλωσης του ακτινοβολία (άλλο περίεργο αποτέλεσμα!). Αναφέρει επίσης ότι το αποτέλεσμα γίνεται ισχυρότερο όταν το υλικό διεγείρεται από το φως (και το επαναλαμβάνει και στο επόμενο έργο).

Είναι πλέον 7 εβδομάδες. Μόνο τότε η Becquerel παρουσιάζει νέα επικοινωνία. Έχοντας παρατηρήσει ότι όλες οι ενώσεις ουρανίου (φωταυγές ή μη) εκπέμπουν την ίδια αόρατη ακτινοβολία, η Becquerel αποφάσισε να δοκιμάσει το μεταλλικό ουράνιο. Παίρνει δείγμα που ετοίμασε ο Moissan (ένας χημικός που εκείνη την χρονιά είχε απομονώνει το μέταλλο) και διαπιστώνει ότι εκπέμπει επίσης ακτινοβολία. Τώρα που θα μπορούσε να έχει δείξει ότι δεν ήταν ένα φαινόμενο φωσφορισμού, αλλά κάτι άλλης φύσης. Αλλά ο Becquerel καταλήγει στο συμπέρασμα ότι αυτή είναι η πρώτη περίπτωση ενός μετάλλου που έχει ένα αόρατο φωσφορισμό. Θα ήταν φυσικό από εκεί να διερευνήσουμε την ύπαρξη άλλων στοιχείων που εκπέμπουν παρόμοια ακτινοβολία, αλλά η Becquerel δεν το κάνει. Μετά από αυτό το έργο στις 18 Μαΐου, φαίνεται ότι δεν ενδιαφέρεται και αφήνει αυτή τη μελέτη.

Τα πρώτα δύο χρόνια

Όπως μπορεί να φανεί από την περιγραφή μέχρι τώρα, το έργο του Becquerel δεν έχει καθιερώσει ούτε τη φύση της ακτινοβολίας ουρανίου ούτε την υποατομική φύση της διαδικασίας. Το έργο του, όπως και εκείνο του Charles Henry και άλλων, από την υπόθεση Poincaré, ήταν μόνο ένα από τα πολλά, εκείνη την εποχή, που απέδωσε δύσκολα τα αποτελέσματα. Εξετάζοντας στο πλαίσιο του χρόνου, η έρευνα δεν είχε ούτε την επίπτωση ούτε τη γονιμότητα της ανακάλυψης ακτίνων Χ.

Λίγοι ερευνητές έχουν αφιερωθεί στη μελέτη των "ακτίνων Becquerel" ή "των ακτίνων ουρανίου" μέχρι τις αρχές του 1898. Από τη μια πλευρά, οι ίδιοι οι φωταυγές ενώσεις ουρανίου (ή μεταλλικού ουρανίου) ήταν δύσκολο να αποκτηθούν. Από την άλλη πλευρά, ο Becquerel φαίνεται να έχει εξαντλήσει το θέμα. Επιπλέον, πολλά άλλα φαινόμενα που ανακοινώθηκαν ταυτόχρονα αποσπούν την προσοχή και υπογράμμισαν επίσης ευαίσθητες πτυχές τέτοιων μελετών.

Στην Ιαπωνία, το 1896, ο Muraoka διερεύνησε κατά πόσον ορισμένοι φωτοβολταϊκοί σκώληκες ήταν ικανοί να εκπέμπουν διεισδυτική αόρατη ακτινοβολία ικανή να ευαισθητοποιήσει τις φωτογραφικές πλάκες. Φαινόταν έτσι, αλλά τα αποτελέσματα ήταν περίεργα: το αποτέλεσμα ήταν μόνο όταν τα σκουλήκια διατηρούσαν υγρασία και όταν υπήρχε μια κάρτα μεταξύ αυτών και της φωτογραφικής πλάκας. Αργότερα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η επίδραση οφειλόταν μόνο στην υγρασία (δεδομένου ότι το υγρό χαρτί παρήγαγε το ίδιο αποτέλεσμα). Την ίδια χρονιά, ορισμένες πρόσφατα γυαλισμένες μεταλλικές πλάκες (ψευδάργυρος, μαγνήσιο και κάδμιο) ευαισθητοποιήθηκαν επίσης σε φωτογραφικές πλάκες. Ένας Αμερικανός ερευνητής, ο McKissic, ανέφερε την ίδια χρονιά ότι πολλές άλλες ουσίες φαίνεται να εκπέμπουν ακτίνες Becquerel: χλωριούχο λίθιο, θειούχο βάριο, θειικό ασβέστιο, χλωριούχο κινίνη, ζάχαρη, κιμωλία, γλυκόζη και οξικό ουράνιο. Αρκετές άλλες παρόμοιες αξιώσεις προέκυψαν την ίδια περίοδο - σχεδόν όλες χωρίς βάσεις. Όλα αυτά βοήθησαν να μπερδευτεί η κατάσταση.

Σε άρθρο ανασκόπησης που δημοσιεύτηκε το 1898, ο Stewart περιέγραψε όλα τα είδη των έργων που δημοσιεύθηκαν την εποχή εκείνη. Ήρθε στο συμπέρασμα (ίσως το πιο αποδεκτό τότε) ότι οι ακτίνες του Becquerel ήταν ηλεκτρομαγνητικά κύματα μικρού μήκους κύματος μικρού μήκους κύματος (όπως το φως) και ότι η διαδικασία εκπομπής ήταν ένα είδος φωσφορισμού. Επαναλαμβάνει τα αποτελέσματα του Becquerel σχετικά με την αντανάκλαση, τη διάθλαση και την πόλωση των ακτίνων ουρανίου και την αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας μετά την έκθεση στο φως. Βασικά υιοθετεί την ίδια αντίληψη όπως και η Becquerel. Είναι αλήθεια ότι το 1897 ο Gustave le Bon είχε επαναλάβει τα πειράματα του Becquerel και δεν είχε παρατηρήσει οποιαδήποτε σημάδια ανάκλασης, διάθλασης ή πόλωσης, αλλά κανείς δεν τον προσέδωσε. Όλοι νόμιζαν ότι ήταν ένα είδος υπεριώδους ακτινοβολίας.

Μπορούμε να πούμε ότι από το Μάιο του 1896 έως τις αρχές του 1898 ο τομέας αυτός μελέτης έμεινε στάσιμος. Το μόνο νέο αποτέλεσμα κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ήταν ότι η ακτινοβολία ουρανίου παρέμεινε ισχυρή για μήνες, αν και δεν ελήφθη φως. Παρόλο που η Becquerel ισχυρίστηκε ότι η διέγερση του φωτός αύξησε την εκπεμπόμενη ακτινοβολία, οι Elster και Geitel δεν βρήκαν αυτό το φαινόμενο (το οποίο, φυσικά, δεν υπάρχει).

Η ανακάλυψη νέων ραδιενεργών υλικών

Στις αρχές του 1898, δύο ερευνητές ανέπτυξαν ανεξάρτητα την ιδέα να προσπαθήσουν να εντοπίσουν άλλα υλικά εκτός από το ουράνιο που εκπέμπουν το ίδιο είδος ακτινοβολίας. Η έρευνα έγινε στη Γερμανία από τον G.C. Schmidt και στη Γαλλία από τη Madame Curie. Τον Απρίλιο του 1898, και οι δύο δημοσίευσαν την ανακάλυψη ότι το θόριο εκπέμπει ακτινοβολία, όπως το ουράνιο. Η μέθοδος μελέτης δεν ήταν φωτογραφική αλλά με τη χρήση ενός θαλάμου ιονισμού, παρατηρώντας το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγεται στον αέρα μεταξύ δύο ηλεκτρικών πλακών, όταν τοποθετείται ένα υλικό που εκπέμπει ακτινοβολία μεταξύ των πλακών. Αυτή η μέθοδος μελέτης ήταν ασφαλέστερη από τη χρήση φωτογραφικών πλακών, καθώς αυτά, όπως έχουμε δει, μπορούν να επηρεαστούν από πολλούς διαφορετικούς τύπους επιρροών.

Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από θόριο παρατηρήθηκε σε όλες τις εξεταζόμενες ενώσεις της, όπως συνέβη με το ουράνιο. Παρήγαγε φωτογραφικά εφέ και ήταν λίγο πιο διεισδυτικός από το ουράνιο. Ο Schmidt ισχυρίστηκε ότι έχει παρατηρήσει τη διάθλαση των ακτίνων του θορίου (όπως είχε κάνει προηγουμένως ο Becquerel), αλλά δεν μπορούσε να παρατηρήσει ούτε αντανάκλαση ούτε πόλωση των ακτίνων.

Η Marie Curie σπούδασε διάφορα ορυκτά καθώς και καθαρά χημικά. Δεν εκπλήσσει, σημείωσε ότι όλα τα ορυκτά ουρανίου και θορίου εκπέμπουν ακτινοβολία. Ωστόσο, σημείωσε ένα περίεργο γεγονός:

"Όλα τα ενεργά μέταλλα περιέχουν τα ενεργά στοιχεία. Δύο ορυκτά ουρανίου - pechblenda οξειδίου του ουρανίου και τον ασβεστόλιθο χαλκό και φωσφορικό ουρανυλεστέρα είναι πολύ πιο δραστήριοι από το ίδιο το ουράνιο. Το γεγονός αυτό είναι πολύ αξιοθαύμαστο και μας οδηγεί στο να πιστέψουμε ότι αυτά τα ορυκτά μπορεί να περιέχουν πολύ πιο ενεργό στοιχείο από το ουράνιο. Αναπαραγωγή του calcolite με τη διαδικασία του Debray με καθαρά προϊόντα. αυτός ο τεχνητός τελολίτης δεν είναι περισσότερο δραστικός από άλλα άλατα ουρανίου " .

Στο ίδιο έργο, η Marie Curie εφιστά την προσοχή στο γεγονός ότι το ουράνιο και το θόριο είναι τα στοιχεία του μεγαλύτερου ατομικού βάρους (του οποίου ήταν γνωστά). Υπολογίζει επίσης την αιτία του φαινομένου. Δεδομένης της τεράστιας διάρκειας της ακτινοβολίας, φαινόταν παράλογο τότε ότι όλη η εκπεμπόμενη ενέργεια (που φάνηκε άπειρη) θα μπορούσε να προέρχεται από το ίδιο το υλικό. Η Μαρία Κιουρί υποθέτει ότι η πηγή θα είναι εξωτερική, που σημαίνει ότι όλος ο χώρος θα διαπεράσει μια πολύ διαπεραστική, αδύναμη ακτινοβολία που θα απορροφηθεί από τα βαρύτερα στοιχεία και θα επανεκδοθεί σε μια παρατηρήσιμη μορφή.

Η ανακάλυψη του αποτελέσματος που παράγεται από το θόριο έδωσε νέα ώθηση στην αναζήτηση των "ακτίνων Becquerel". Τώρα ήταν σαφές ότι αυτό δεν ήταν ένα απομονωμένο φαινόμενο που εμφανίζεται μόνο στο ουράνιο. Η Marie Curie δίνει στο φαινόμενο αυτό το όνομα "ραδιενέργεια":

"Οι ουρανικές ακτίνες συχνά ονομάζονται ακτίνες Becquerel.Μπορούμε να γενικεύσουμε αυτό το όνομα εφαρμόζοντάς το όχι μόνο στις ουρανικές ακτίνες, αλλά και στις ακτίνες toric και σε όλες τις παρόμοιες ακτινοβολίες.

Θα αποκαλώ ραδιενεργές ουσίες που εκπέμπουν ακτίνες Becquerel. Το όνομα υπερφφωτισμός που προτάθηκε για το φαινόμενο φαίνεται να μου δίνει μια ψευδή ιδέα για τη φύση του. "

Αποδεικνύεται ότι η Marie Curie γνώριζε ότι αυτό ήταν ένα πολύ πιο γενικό φαινόμενο.

Λίγους μήνες μετά την ανακάλυψη του αποτελέσματος που παράγεται από το θόριο, η Marie και ο Pierre Curie θα παρουσιάσουν ένα ακόμη σημαντικότερο έργο. Στο προηγούμενο έργο, η Marie Curie είχε προτείνει ότι το pitchblende μπορεί να περιέχει άλλο, άγνωστο ραδιενεργό υλικό. Πηγαίνει έξω από το δρόμο της για να προσπαθήσει να απομονώσει αυτή την ουσία. Γι 'αυτό, είναι αφιερωμένο σε μια εργασία αναλυτικής χημείας, διαχωρίζοντας σταδιακά τα συστατικά του pechblenda, τα οποία τα ελέγχουν με ηλεκτρική μέθοδο, προκειμένου να διαχωρίσουν τα ραδιενεργά κλάσματα από τα ανενεργά. Πρώτον, ξεκινώντας από το pechblenda που ήταν δυόμισι φορές πιο ενεργό από το ουράνιο, το ορυκτό διαλύθηκε σε οξύ. Στη συνέχεια διοχετεύθηκε φυσαλίδες υδρογόνου (H2S) μέσω του υγρού και σχηματίστηκαν αρκετά καθιζάνοντα αδιάλυτα σουλφίδια. Το ουράνιο και το θόριο παρέμειναν διαλυμένα. Το ίζημα ήταν πολύ δραστικό. Με την προσθήκη θειούχου αμμωνίου, το αρσενικό και τα σουλφίδια του αντιμονίου (μη δραστικά) διαλύονται. Το υπόλειμμα περνάει από άλλες διαδικασίες διαχωρισμού. Τέλος, το ενεργό υλικό δεσμεύεται στο βισμούθιο και δεν μπορεί να διαχωριστεί από αυτό με τις συνήθεις διαδικασίες. Επομένως, δεν ήταν γνωστό στοιχείο. Μέσω κλασματικών διεργασιών εξάχνωσης ήταν δυνατό να ληφθεί ένα υλικό (ακόμα συνδεδεμένο με βισμούθιο) το οποίο ήταν 400 φορές πιο δραστικό από το καθαρό ουράνιο. Το ζευγάρι Curie προτείνει:

"Πιστεύουμε λοιπόν ότι η ουσία που αφαιρούμε από το pechblenda περιέχει ένα μη αναγνωρισμένο μέταλλο, γειτονικό βισμούθιο για τις αναλυτικές του ιδιότητες. Αν επιβεβαιωθεί η ύπαρξη αυτού του νέου μετάλλου, προτείνουμε να το ονομάσουμε polonium, τη χώρα προέλευσης ενός από εμάς ".

Δεν μπορεί να ειπωθεί ότι στην πραγματικότητα δημιουργήθηκε η ύπαρξη ενός νέου στοιχείου. Το υποτιθέμενο νέο μέταλλο συμπεριφέρεται όπως το βισμουθ και δεν είχε φασματικές ραβδώσεις που θα μπορούσαν να παρατηρηθούν. Συνεπώς, υπήρχε αρχικά σκεπτικισμός σχετικά με την ανακάλυψη αυτή.
Σε άρθρο που γράφτηκε μετά το έργο για το πόλονι, η Marie Curie εξετάζει τις γνώσεις της για το θέμα. Αμφισβητεί την ύπαρξη αντανάκλασης, διάθλασης και πόλωσης των ακτίνων του Becquerel και αρνείται, βάσει των μελετών του Elster και του Geitel, τη δυνατότητα εντατικοποίησης της ραδιενέργειας από την έκθεση στον ήλιο.Το Marie Curie υπερασπίζεται σαφώς την ιδέα ότι η ραδιενέργεια Είναι μια ατομική ιδιοκτησία.

Κατά την τελευταία συνεδρίαση της Ακαδημίας Επιστημών του 1898, οι Curies και Bémont παρουσίασαν ένα νέο έγγραφο. Σε αυτό, παρουσιάζουν στοιχεία για ένα νέο ραδιενεργό στοιχείο, χημικά παρόμοιο με το βάριο, που εξάγεται επίσης από το pechblenda. Σε αυτή την περίπτωση επίσης, δεν ήταν δυνατό να διαχωριστεί το νέο στοιχείο από το γνωστό μέταλλο. αλλά ήταν δυνατό να ληφθεί ένα υλικό 900 φορές πιο δραστικό από το ουράνιο. Επιπλέον, αυτή τη φορά η φασματοσκοπική ανάλυση επέτρεψε να παρατηρήσετε μια άγνωστη φασματική ακτίνα. Οι συντάκτες του άρθρου καλούν αυτό το νέο στοιχείο "ραδιόφωνο", επειδή φαίνεται πιο ραδιενεργό από οποιοδήποτε άλλο στοιχείο.

Αργότερα βήματα

Υπήρχαν ακόμη πολλά να γίνουν κατανοητά. Ποιες ήταν οι ακτινοβολίες που εκπέμπονται: όπως οι ακτίνες Χ ή όχι; Μέχρι τότε, φαινόταν έτσι. Από πού προέρχεται η ενέργεια που απελευθερώνεται από αυτά τα υλικά; Γιατί κάποια στοιχεία είναι ραδιενεργά και άλλα όχι; Κανένα από αυτά δεν διευκρινίστηκε. Δεν υπήρχε επίσης καμιά υποψία ότι η ραδιενέργεια οδήγησε σε μετασχηματισμούς από ένα χημικό στοιχείο σε άλλο. Το όνομα "ραδιενέργεια" υπήρχε, αλλά το σύνθετο φαινόμενο στο οποίο ονομάζουμε τώρα αυτό το όνομα δεν ήταν ακόμη γνωστό.

Η υπόλοιπη ιστορία είναι μεγάλη και πλούσια. Δεν μπορεί να περιγραφεί λεπτομερώς εδώ. Ο κεντρικός σκοπός αυτού του κεφαλαίου ήταν να δείξει ότι η Becquerel απέχει πολύ από την καθιέρωση της ύπαρξης ραδιενέργειας, όπως την αντιλαμβανόμαστε σήμερα. Ας υποδείξουμε, λοιπόν, μόνο μερικά από τα επεισόδια, για να δώσουμε μια ιδέα για το τι ήταν ακόμη να ανακαλυφθεί.

Η φύση και η ποικιλία της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ραδιενεργά υλικά καθιερώθηκε σταδιακά. Στις αρχές του 1899, ο Ράδερφορντ σημείωσε δύο τύπους ακτινοβολίας ουρανίου - ένα ακόμη διεισδυτικό και ένα εύκολα απορροφημένο. Τους αποκαλούσε ένα (λιγότερο διεισδυτικό) και β. Ωστόσο, φαντάστηκε ότι και οι δύο ήταν διαφορετικοί τύποι ακτίνων Χ. Στα τέλη του 1899, ο Geisel παρατήρησε ότι οι ακτινοβολίες του πολονίου αποκλίνουν από έναν μαγνήτη. Αυτές οι ακτίνες δεν μπορούσαν επομένως να είναι ακτίνες Χ. Το ζευγάρι Curie διαπίστωσε ότι κάποιες ακτίνες εκτρέπονται από τον μαγνήτη και μερικές δεν ήταν. Οι εκτροπές αντιστοιχούσαν στην β-ακτινοβολία του Rutherford. Η αίσθηση της παραμόρφωσης έδειξε ότι ήταν παρόμοια με τις ακτίνες της καθόδου, δηλαδή με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Στη συνέχεια, το ζευγάρι Curie παρακολούθησε, με ηλεκτρικές μετρήσεις, ότι αυτή η ακτινοβολία πράγματι φέρει αρνητικό φορτίο. Η μη ανιχνευμένη ακτινοβολία έχει αναγνωριστεί ως ακτινοβολία α (η οποία είναι στην πραγματικότητα ελαφρώς εκτροπή λόγω της μεγάλης αναλογίας μάζας / φορτίου).

Ο Becquerel, σε αυτό το στάδιο, έκανε μερικές μελέτες για την εκτροπή αυτών των ακτινοβολιών. Προσπάθησε να εκτρέψει την ακτινοβολία b μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου, αλλά απέτυχε αρχικά. Αυτό επιτεύχθηκε το 1900 από τον Ε. Dorn. Την ίδια χρονιά, ο Villard ανακάλυψε ότι οι μη αποκλίνοντες ακτίνες ήταν δύο τύπων: α-ακτίνες (χαμηλή διείσδυση) και άλλες πολύ διεισδυτικές ακτίνες, που ονομάζονταν "ακτίνες g". Δεν ήταν μέχρι το 1903 που ο Ράδερφορντ παρατήρησε ότι η ακτινοβολία θα μπορούσε να εκτραπεί ηλεκτρικά και μαγνητικά και στη συνέχεια βρέθηκε ότι είναι θετικά φορτισμένα σωματίδια. Μόνο τότε η έννοια της φύσης αυτών των τριών ακτινοβολιών έγινε σαφέστερη.

Μια άλλη πτυχή της ραδιενέργειας - ο μετασχηματισμός των ραδιενεργών στοιχείων - αναδύθηκε αργά. Το 1899 ο Ράδερφορντ σημείωσε την ύπαρξη ραδιενεργού εκροής θορίου. Ο Dorn βρήκε ότι το ραδιόφωνο παρήγαγε επίσης μια παρόμοια εκποπή. Μετά από μερικούς μήνες, βρέθηκε ότι είναι ένα νέο χημικό στοιχείο, αέρια (ραδόνιο). Το αέριο αυτό παράγεται από το ραδιενεργό υλικό. Επιπλέον, οι Κούροι είχαν παρατηρήσει στα τέλη του 1899 ότι το ραδιόφωνο μπορούσε να κάνει τα κοντινά σώματα ραδιενεργά. Το επόμενο έτος, ο Ράδερφορντ ανακάλυψε ότι η επαγόμενη ραδιενέργεια οφειλόταν σε κατάθεση που δημιουργήθηκε με αέρια εκροή. Ωστόσο, αυτή η κατάθεση δεν ήταν ίδια με την εκπόνηση.

Διαπιστώθηκε επίσης ότι η εκπομπή και η απόθεση έχασε γρήγορα τη ραδιενέργεια, η οποία αποδείχθηκε μια βαθμιαία ατομική αλλαγή. Μετά από αυτές και άλλες μελέτες, ο Rutherford και ο Soddy παρουσίασαν τη θεωρία των ραδιενεργών μετασχηματισμών σε 5 άρθρα που δημοσιεύθηκαν από το Νοέμβριο του 1902 μέχρι τον Μάιο του 1903. Με αυτά τα έργα, τα περιγράμματα της νέας άποψης για τη ραδιενέργεια είχαν ήδη καθιερωθεί. Πολλά ζητήματα διευκρινίστηκαν τα επόμενα χρόνια.

Τελικά σχόλια

Αντί να μειωθεί ο ρόλος του Becquerel στην ανακάλυψη της ραδιενέργειας, ο σκοπός αυτού του κεφαλαίου ήταν να δείξει τη μεγάλη δυσκολία στην καθιέρωση φαινομένων που δεν θεωρητικά αναμένονται. Είναι εύκολο να παρατηρήσουμε αυτό που προβλέπεται - πράγματι, όπως αποδείχθηκε, μπορεί κανείς να παρατηρήσει αυτό που είχε προβλεφθεί ακόμα και όταν η πρόβλεψη είναι ψευδής. Πολύ πιο δύσκολο είναι να δούμε τι συμβαίνει ενάντια σε όλες τις προσδοκίες.

Η εις βάθος μελέτη τέτοιων επεισοδίων θα πρέπει να αποτελεί μέρος της εκπαίδευσης κάθε πειραματικού επιστήμονα, διότι η στερεότυπη άποψη του πειραματιστή μειώνει και εξομαλύνει την πειραματική εργασία - όταν, στην πραγματικότητα, το καλό πειραματικό έργο είναι εξαιρετικά δύσκολο, δημιουργικό και προκλητικό, έχουν το θάρρος να αντιμετωπίσουν φαινόμενα στο εργαστήριο που αρνούνται να σεβαστούν τις καθιερωμένες θεωρίες.

Πηγή: σελίδα του Ινστιτούτου Φυσικής - UFRGS