Читать книгу "Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов"

Газеты в ужасе писали, что теперь хулиганы будут видеть голых дам прямо на улице, сквозь одежду, просвечивая их чудо-лучами. На полке одного книжного магазина в Германии стоял снимок просвеченной рентгеновскими лучами человеческой кисти — ясно виднелись кости и золотое кольцо, надетое на палец. Это была рука супруги Рентгена.

? Как же Рентген открыл свои чудо-лучи? И при чем тут супруги Кюри?

К тому времени люди уже давно экспериментировали с электричеством и научились получать потоки свободных электронов в вакууме, то есть в пустоте. Из стеклянной колбы откачивался воздух, при этом в колбу были впаяны с двух сторон металлические электроды, на них подавалось высокое напряжение, и один из электродов начинал испускать поток электронов. От этого электрода (катода) поток электронов летел через пустоту лампы к другому электроду (аноду).

Так вот, Рентген заметил, что эти электроны, бомбардируя железяку анода, производят некое излучение, которое проникает через непрозрачные материалы и может засвечивать фотопластинки. То есть, направив эти загадочные лучи, например, через человеческую руку на фотопластинку, можно получить фотографию просвеченной человеческой руки!

Рентген начал проводить опыты и обнаружил, что эти лучи проникают и через черную бумагу, и через доску толщиной в 3 сантиметра, и даже через лист алюминия.

Ну, конечно, это было удивительно! Еще бы! Нашлись, кроме привычных лучей видимого света, еще и невидимые, но очень проникающие лучи, для которых прозрачны те вещества, которые непрозрачны для обычных солнечных лучей. Рентген назвал их Икс-лучами.

Рентгеновский снимок и рентгеновская лампа. Электроны бомбардируют анод и генерируют лучи

Все сразу кинулись эти лучи исследовать, и за год учеными было опубликовано больше тысячи работ, посвященных загадочным лучам. Тут же придумали использовать их в медицине.

Об открытии Рентгена узнал физик Беккерель, который проводил разные эксперименты с солями урана. Уран — это редкий и очень тяжелый металл (тяжелее золота и свинца), а соли урана — это соединения урана с другими химическими элементами; точно так же, как поваренная соль — соединение металла натрия с хлором.

Присутствовавший на рентгеновских опытах Беккерель обратил внимание, что под воздействием пучка электронов обычное стекло начинает светиться зеленым светом. Он знал, что соли урана тоже могут светиться красивым зеленоватым светом под воздействием прямых солнечных лучей. «А вдруг они при этом, кроме зеленого света, и другие лучи излучают, например, рентгеновские?» — внезапно подумал он. И решил проверить свое предположение.

Положил фотобумагу в черный, непрозрачный для солнечных лучей конверт, сверху придавил куском урановой соли и выставил на свет. Уран засветился зелененьким, Беккерель проявил фотобумагу, обнаружил на ней засвеченное пятно и сделал вывод: при облучении солнечным светом урановые соли начинают испускать рентгеновские лучи точно так же, как бомбардируемый электронами металл.

И ошибся! Причем ошибся дважды.

Первая ошибка выяснилась через несколько дней — когда выдался пасмурный день, солнышка на небе не было, Беккерель вздохнул и ушел из лаборатории, оставив кусок урановой соли на черном непрозрачном конверте с фотобумагой. А на следующий день машинально проявил фотобумагу и остолбенел: бумага все равно была засвечена! Значит, урановые соли излучают какие-то проникающие лучи не под действием солнечного света, а сами по себе! Вот это да!.. Спасибо плохой погоде, если бы не она, открытия б не случилось или оно случилось бы позже. В дальнейшем Беккерель открыл, что еще сильнее излучают не соли урана, а сам металлический уран без всяких «примесей».

Вторая ошибка выяснилась позже, когда оказалось, что это все-таки не рентгеновские лучи. «Лучи урана» обладали еще большей проникающей способностью, чем лучи Рентгена! А кроме того, было обнаружено, что «урановые лучи» ионизируют воздух, то есть при столкновении с молекулами воздуха они энергично срывают с молекул самые дальние электроны. И получаются ионы. Поэтому излучение Беккереля назвали ионизирующим.

Разумеется, один из самых больных вопросов, вставших перед наукой, был такой — если «урановые лучи» возникают не при подводе энергии извне (никакое солнечное облучение для них, оказывается, не нужно) и являются свойством самого урана, то откуда же этот уран берет энергию? Закон сохранения энергии был давно уже известен, было ясно, что из ниоткуда энергия взяться не может — она либо поступает извне, из какого-то источника (например, Солнца), либо когда-то заранее накоплена (так мы накапливаем энергию в поднятой кверху гире часов с кукушкой).

На вопрос об энергии (откуда она берется у урана) ответим так. Да, действительно, внутри урана есть источник ранее накопленной энергии, которая постепенно высвобождается при излучении, как из подвешенного дырявого ведра постепенно выкапывает вода, пока вся не кончится. Источник этот был заложен в уран так же, как закладывается распадная энергия в углероде-14, то есть во время создания самого вещества. Разница только в том, что углерод-14 производится в настоящее время в атмосфере, и его молекула запасает энергию космических лучей, а уран был «произведен» природой миллиарды лет назад, просто период его полураспада гораздо больше, чем у углерода-14… Впрочем, это сейчас мы с вами знаем о распаде и можем на данный вопрос ответить. А Беккерель ничего о распаде не знал! И никто не знал. Тогда люди просто столкнулись с необычным явлением и заинтересовались.

Так вот, среди заинтересовавшихся была и наша знакомая Мария Склодовская-Кюри — та самая женщина, которая потом назовет это явление радиоактивностью.

Мария задалась совершенно правильным вопросом: а нет ли других веществ, помимо урана, которые вот так же обладают свойством испускать невидимые, но проникающие лучи?

И прекрасным летом 1898 года она приступила к исследованиям. Вскоре выяснилось, что, кроме урана, излучает еще и торий. А однажды, изучая урановую руду определенного сорта из Чехии (она называлась смоляная обманка), Мария неожиданно обнаружила, что эта смоляная обманка излучает гораздо сильнее, чем даже чистый уран! Как такое может быть, чтобы уран с пустой породой излучал сильнее чистого урана? Значит, в этой породе есть еще какой-то неизвестный элемент, который излучает сильнее, чем уран, только так можно объяснить этот феномен!

Догадка оказалась верной, в смоляной обманке (смешное все-таки название и очень верное!) обнаружилось целых два доселе неизвестных науке металла. Мария, как первооткрыватель, дала им названия. Первый найденный металл она назвала в честь своей родины Польши — полонием, а второй — радием.

Для того, чтобы выделить эти металлы из горной породы в чистом виде, муж Марии Пьер отложил свои исследования и начал помогать жене. Ими была проведена тяжелая, огромная, очень грязная и довольно опасная для здоровья работа.