§ 98. Открытие радиоактивности

Определения и обозначения

Радиоактивность — самопроизвольное испускание некоторыми веществами проникающего излучения. Её обнаружили, когда урановая соль засветила фотопластинку, несмотря на то что та была завёрнута в чёрную бумагу. Понятие помогает отличать излучение, испускаемое самим веществом, от свечения, вызванного внешним воздействием.

Радиоактивное излучение — излучение, испускаемое радиоактивным веществом и способное воздействовать на фотопластинку. По оставшейся на ней засветке можно судить, что излучение достигло пластинки, даже если его нельзя увидеть глазами. Это определение нужно, чтобы описывать наблюдаемый результат опыта, не смешивая его с обычным светом.

Радиоактивный распад — самопроизвольное превращение атомных ядер, с которым связано испускание радиоактивного излучения. Ядро — центральная часть атома; при распаде оно меняется, а излучение сопровождает это превращение. Термин связывает наблюдаемое свойство вещества с процессами, происходящими внутри атомных ядер.

Естественная радиоактивность — радиоактивность природных веществ, обнаруженная без внешнего воздействия. Урановая соль испускала излучение и без предварительного освещения, поэтому источник действия находился в самом веществе. Это понятие позволяет отличить природную радиоактивность от излучения, появление которого вызвано внешним воздействием.

Как это устроено

Беккерель исследовал соли урана, которые могли светиться после освещения, и хотел выяснить, сопровождается ли это свечение другим излучением. Он предположил, что солнечный свет может сначала воздействовать на соль, а затем она испускает излучение. Чтобы проверить предположение, требовалось обнаружить действие, которое не обязательно видно глазом. Для этого учёный использовал фотопластинку: она меняется под действием излучения и сохраняет след после проявления.

Фотопластинку обернули чёрной бумагой, чтобы обычный видимый свет не мог попасть на неё, а рядом поместили урановую соль. После проявления на пластинке появилась засветка, хотя бумага не пропускала свет, как при обычном освещении. Такое сравнение помогало отделить действие соли от прямого попадания света на пластинку. Значит, от соли исходило излучение, способное пройти сквозь бумагу и вызвать изменение фотоматериала.

Сначала результат можно было объяснить так: солнечный свет подействовал на соль, и уже соль засветила пластинку. Чтобы проверить эту версию, урановую соль и завёрнутую фотопластинку оставили в темноте. Солнечный свет не попадал на соль, поэтому предполагаемая цепочка «освещение — излучение соли» не должна была сработать. Однако пластинка всё равно засветилась, и объяснение через обязательное воздействие солнца пришлось отвергнуть.

Повторная засветка в темноте показала, что урановая соль испускает проникающее излучение самостоятельно. Беккерель заключил, что это свойство связано с самим ураном, а не с предварительным освещением. Явление самопроизвольного испускания такого излучения назвали радиоактивностью. В дальнейшем его стали связывать с превращениями атомных ядер, хотя первоначальное открытие основывалось именно на опыте с фотопластинкой.

Мария и Пьер Кюри продолжили исследования, потому что хотели выяснить, ограничено ли обнаруженное свойство ураном. Они обнаружили радиоактивность у тория, то есть установили, что ею обладают и другие вещества. Изучая урановую руду, супруги Кюри нашли в ней вещества с сильной радиоактивностью и выделили новые элементы — полоний и радий. Это показало, что природная руда может содержать неизвестные радиоактивные элементы, а изучать следует не только чистый уран.

Исследования радиоактивности

Таблица помогает разделить первоначальное обнаружение явления и последующее расширение исследований. Сопоставляйте не только имена, но и действия учёных с полученными результатами. Так легче не приписать открытие радиоактивности Кюри: его первым обнаружил Беккерель.

Разбор задач

Задача 1. Фотопластинка была завёрнута в чёрную бумагу, на неё положили урановую соль и оставили на свету. После проявления пластинка засветилась. Нужно определить, что именно доказывает этот результат, и не делать выводов, для которых в условии нет данных.

1. Отметим наблюдение: фотопластинка изменилась, хотя была защищена от прямого попадания света чёрной бумагой.
2. Следовательно, воздействие вызвала не освещённость самой пластинки, а излучение, исходившее от урановой соли и прошедшее через бумагу.
3. Условие говорит, что опыт проводили на свету, поэтому оно само по себе ещё не исключает гипотезу о роли солнечного света. Для этого нужен дополнительный опыт в темноте.

Ответ: излучение урановой соли прошло через чёрную бумагу и подействовало на фотопластинку; опыт на свету ещё не доказывает, что излучение возникает без освещения.

Задача 2. Урановую соль и завёрнутую фотопластинку несколько дней держали в темноте, но пластинка засветилась. Определите, что этот результат сообщает о природе излучения. Важно сравнить наблюдение с первоначальной гипотезой, а не просто повторить описание опыта.

1. Если бы соль испускала излучение только после того, как на неё подействовал солнечный свет, в темноте такого воздействия не было бы.
2. Несмотря на отсутствие освещения, фотопластинка засветилась. Значит, урановая соль продолжала испускать излучение без внешнего светового воздействия.
3. Сопоставление с гипотезой показывает, что солнечный свет не является необходимой причиной излучения; его источником служит сама соль.

Ответ: урановая соль самопроизвольно испускает проникающее излучение, для этого ей не требуется солнечный свет.

Задача 3. При исследовании разных веществ обнаружили излучение у урановых и ториевых соединений, а в урановой руде нашли полоний и радий. Нужно определить, какие выводы подтверждает каждое наблюдение. Не следует смешивать вывод о распространённости свойства с результатом поиска новых элементов.

1. Излучение ториевых соединений показывает, что радиоактивность свойственна не только урану. Наблюдение подтверждает наличие этого свойства у другого вещества.
2. Обнаружение полония и радия в урановой руде означает, что руда содержит не только уран и может включать неизвестные ранее радиоактивные элементы.
3. Эти выводы различны: первый относится к тому, какие вещества радиоактивны, второй — к составу руды и открытию новых элементов.

Ответ: радиоактивность есть не только у урана, но и у тория; урановая руда может содержать другие радиоактивные элементы, в частности полоний и радий.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что уран засвечивает пластинку только после освещения. Так рассуждают, потому что первый опыт проводили на свету и его результат допускает такое объяснение. Проверь себя: вспомни опыт с солью в темноте — пластинка засветилась и без солнечного света.

Ошибка: полагать, что чёрная бумага полностью задерживает любое излучение. Чёрный цвет связывают с тем, что бумага не пропускает видимый свет, и ошибочно распространяют это на все виды излучения. Проверь вывод по результату опыта: засветка означает, что излучение от соли прошло сквозь бумагу.

Ошибка: путать радиоактивность с обычным свечением вещества. Это происходит потому, что первоначально Беккерель изучал светящиеся урановые соли. Но в опыте обнаруживали не просто видимый свет, а действие проникающего излучения на фотопластинку; проверь, что именно было зарегистрировано.

Ошибка: приписывать открытие радиоактивности супругам Кюри. Их имена часто связывают с этой темой из-за важных исследований и открытия новых элементов. Проверь хронологию: радиоактивность впервые обнаружил Беккерель, а Мария и Пьер Кюри продолжили изучение явления.

Связь с другими темами

Для понимания опытов полезно знать, что атом состоит из ядра и электронов, а фотопластинка меняется под действием излучения. Открытие радиоактивности стало основой для изучения строения атомного ядра и видов радиоактивного излучения. Позднее эта тема помогает разобраться в ядерных превращениях и периоде полураспада — времени, за которое распадается половина радиоактивных ядер. Знания о свойствах излучения нужны и при изучении применения радиоактивных веществ.

Что запомнить

• Радиоактивность впервые обнаружил Анри Беккерель.
• Урановая соль испускала излучение даже в темноте.
• Излучение урановой соли проходило через чёрную бумагу и воздействовало на фотопластинку.
• Радиоактивность — самопроизвольное свойство вещества, а не следствие освещения.
• Мария и Пьер Кюри исследовали радиоактивность урана и тория.
• Кюри выделили из урановой руды полоний и радий.