Элементы Мари Кюри. Цена опасного открытия - Дава Собел

В то время как об Х-лучах было опубликовано уже более тысячи научных работ, в теме урановых лучей Беккереля у нее практически не было конкурентов. Более того, она могла проводить задуманные измерения с помощью инструментов, изобретенных ее мужем и его братом.

Беккерель обнаружил урановые лучи по чистой случайности: искал одно, а нашел другое. Он предположил, что солнечный свет может вызывать появление недавно открытых Х-лучей в некоторых природных материалах, и задумал эксперимент, чтобы отделить эффекты видимого света от эффектов невидимого Х-излучения. Вначале он обернул фотографическую пластину двумя слоями плотной черной бумаги. На это основание он поместил образец урановой соли, носившей название уранилсульфата калия – кристаллического сложного вещества со способностью флуоресцировать (то есть поглощать свет и испускать в ответ собственное свечение). Беккерель планировал в ясный день выставить завернутую в бумагу пластину и лежавшие на ней кристаллы соли под солнечный свет. Кристаллы стали бы светиться, и если бы это свечение содержало Х-лучи, то оно проникло бы сквозь черную бумагу – чего видимый свет сделать не мог – и оставило изображение кристаллов на фотографической пластине.

Случилось так, что погода в феврале выдалась ненастная, и отсутствие солнца вынудило Беккереля хранить завернутую пластину и флуоресцентный материал в ящике стола, дожидаясь, пока небо расчистится. Несколько дней спустя небо оставалось все таким же пасмурным, и он вынул материалы из ящика и, вероятно, раздосадованный, проявил пластину, так и не проведя запланированный эксперимент. К его удивлению, на пластине проявилось неясное изображение, созданное кристаллами, лежавшими вместе с ней в ящике. Там, в темноте, без всякой помощи солнца или любого иного источника света, урановая соль каким-то образом передала лучевой сигнал сквозь черную обертку фотографической эмульсии.

Последующие эксперименты убедили Беккереля, что любая урансодержащая субстанция из имевшихся в коллекции музея способна творить то же самое волшебство. Урановые лучи проникали не только сквозь черную бумагу, но и почти с такой же легкостью проходили через покровы из фанеры, алюминия, меди и платины. Что еще страннее, этот эффект не ослабевал с течением времени. Месяц за месяцем урановые материалы сохраняли свою способность испускать урановые лучи.

Беккерель провел с урановыми лучами несколько других экспериментов, прежде чем оставить эту тему. Он знал, что несколько исследователей в Европе показали, что Х-лучи способны нейтрализовать электрический заряд – «разряжать» любые наэлектризованные тела на своем пути. Например, стеклянный стержень, наэлектризованный трением о ткань, терял свой заряд в присутствии Х-лучей. Беккерель обнаружил, что урановые лучи точно так же способны разряжать электрический заряд, хоть и не мог объяснить этого эффекта.

На долю физика Дж. Дж. Томсона из Кавендишской лаборатории в Англии выпало объединить в 1897 году эти открытия в новую теорию атома. По Томсону, атом был в целом электрически нейтральным, состоящим из субатомных частиц равного, но противоположного заряда, которые он назвал «ионами». Х-лучи или урановые лучи, проходящие сквозь воздух, расщепляли индивидуальные атомы атмосферных газов, отделяя положительно заряженные ионы от отрицательно заряженных. «Ионизированный» таким образом или расчлененный на ионные пары воздух становился проводником электричества, через который и утекал заряд.

Мадам Кюри увидела в ионизации способ определить количество урановых лучей, испускаемых различными веществами, путем измерения электрической проводимости, которую они создавали в окружавшем их воздухе.

По просьбе Пьера директор его школы выделил Мари небольшую кладовую на первом этаже для использования в качестве лаборатории. Это помещение было сырым и неотапливаемым, но оно целиком было в ее распоряжении. Первые шесть недель она провела в этом личном закутке, устанавливая, испытывая и отлаживая свой экспериментальный аппарат. Он состоял из ряда связанных устройств, как самодельных, так и промышленного производства.

На одном конце верстака она разместила небольшую ионизационную камеру, которую они с Пьером сколотили из досок от ящиков из-под овощей. Внутри этой камеры она установила два металлических диска, каждый по восемь сантиметров диаметром, один над другим, так что их разделяло расстояние всего в три сантиметра. Нижний диск она присоединила к батарее на 100 вольт, а верхний – к электрометру, который измерял электрический ток в единицах, названных в честь французского физика Андре-Мари Ампера. Пьезоэлектрический кварц Кюри стоял рядом на треноге и также был подключен к электрометру. Как показали Пьер и Жак в своей революционной работе по пьезоэлектричеству, электрический ток можно было индуцировать в длинном узком кристалле кварца в ответ на давление, например при растяжении.

Чтобы производить замеры, Мари посыпала тонким слоем измельченного в порошок материала, содержавшего уран, нижний диск в ионизационной камере и щелкнула рычажком, замыкавшим цепь между диском и батареей. Когда урановые лучи ионизировали воздух между дисками, возникло движение тока от заряженной нижней пластины к верхней, и в этот момент электрометр отреагировал: его стрелка дрогнула и отклонилась от нуля. Тогда Мари опустила крохотную гирьку на чашу весов, подвешенных к пьезоэлектрическому кристаллу, таким образом растягивая его и заставляя генерировать противоположный по заряду ток, который оттянул стрелку обратно к нулю. Ей нужно было не отрывать взгляда от показаний приборов и одновременно держать правую руку с пригоршней гирек над чашей весов. Когда ток достиг пикового значения, или точки насыщения, а кристалл был нагружен достаточным весом, чтобы его компенсировать, она щелкнула секундомером в левой руке. Чем больше была активность образца, тем быстрее ток в камере достигал точки насыщения. Позже она смогла рассчитать силу тока в миллионных долях ампера по соответствующему ему весу в граммах.

Мари многократно отрабатывала эти процедурные этапы, чтобы добиться плавной координации между синхронизацией и уравновешиванием, но мало что могла сделать для стабилизации условий в своей импровизированной лаборатории. 6 февраля 1898 года она отметила температуру воздуха в каморке, близкую к точке замерзания – всего +6,25 по Цельсию! – которую выделила в лабораторном блокноте десятью восклицательными знаками. Холод и сырость почти так же сильно влияли на инструменты, как и на нее саму, но все же вскоре она определила активность чистого урана как сравнительную основу для всех своих прочих оценок. Терпеливое тестирование доказало, что различные сложные соединения урана производили урановые лучи прямо пропорционально количеству содержавшегося в них урана. Активность урановых лучей не исчезала и даже не ослабевала, когда уран химически соединялся с другими элементами. Не изменялась активность ее образцов, и когда она нагревала их до высоких температур, или выставляла их на яркий свет, или бомбардировала Х-лучами. Ничто не влияло на излучающую силу урана. На основе этих наблюдений она пришла к выводу, что излучение урановых лучей должно быть неотъемлемым атомным свойством урана, таким же постоянным и определяющим, как его атомный вес.

Однако поведение урана противоречило большинству фундаментальных физических принципов. Основные «законы»