Мари́я Склодо́вская-Кюри́

Научная деятельность[править | править код]

Открытие радиоактивности[править | править код]

Основная статья: Радиоактивный распад
В конце 1897 года Мария Кюри завершила исследование по магнетизму и начала подыскивать тему для диссертации. В это время супруги Кюри познакомились с физиком Анри Беккерелем, который открыл, что урановые соединения испускают глубоко проникающее излучение. По мнению Беккереля, оно было внутренним свойством урана в отличие от рентгеновского излучения, порождаемого внешним воздействием^[158]. Мария заинтересовалась темой и начала работу над докторской диссертацией, посвящённой исследованию этого явления^[37].

Мария и Пьер Кюри в своей лаборатории. Снимок 1900 года.

Изображение фотопластинки, засвеченной излучением солей урана (видна тень металлического мальтийского креста, помещённого между пластинкой и солью)
К концу XIX века исследователи, работавшие с солями урана, знали, что помещаемые вблизи них фотографические пластинки по неизвестной причине оказывались засвеченными. Анри Беккерель задался целью изучить это явление, полагая его разновидностью фосфоресценции, с которой был хорошо знаком по работам своего отца^[159][160]. Чтобы подтвердить это предположение, Беккерель использовал солнце в качестве естественного источника света для возбуждения фосфоресценции и фотопластинки для её регистрации. В конце февраля 1896 года он приготовил соли урана на подложке в виде серебряной эмульсии, покрытой чёрной бумагой, чтобы избежать засвечивания пластинок солнечным светом. Но 26 и 27 февраля в Париже было пасмурно, и Беккерель оставил пластинку с солями в ящике. Несмотря на то, что в следующие дни также не было солнца, 1 марта он решил проявить пластинку, несколько дней пролежавшую без воздействия солнечного света. Оказалось, что, вопреки ожиданиям, изображение на фотопластинке было чётким^[10]. Учёный повторил эксперимент и убедился, что излучение не зависит от внешнего облучения, и обнаружил, что соль уранилсульфат калия продолжает излучать, даже пролежав несколько дней в темноте, что казалось противоречащим первому закону термодинамики^[159]. 23 марта 1896 года Беккерель продемонстрировал результаты опытов на заседании Парижской академии наук, предположив, что обнаружил разновидность фосфоресценции, но не обычной, а «невидимой и долгосрочной»^[161][162].
Затем Беккерель выяснил, что данным свойством обладают все имевшиеся у исследователей соединения урана, причём интенсивность излучения не зависит от температуры^[163]. К тому же оказалось, что излучение, названное им 23 ноября на заседании Парижской академии наук «урановыми лучами»^[164], подобно рентгеновскому приводит к ионизации воздуха^[159][165]. В том же году Беккерель убедился, что открытое им излучение не является фосфоресценцией, однако долго не хотел принимать этот факт^{[166][167][168]}. В 1897 году он сделал лишь один доклад, в котором резюмировал результаты своей работы, в частности объявил о разряжении электроскопа урановыми лучами. После этого Беккерель вернулся к изучению фосфоресценции, оставив теорию «урановых лучей» в зачаточном состоянии^[169][170]. Исследования Беккереля стали фундаментом для работ Пьера и Марии Кюри^[167].
Мария Кюри побудила Пьера провести сравнение соединений урана, полученных из разных месторождений, по интенсивности их излучения: соли урана (например, руда урановая смолка, или настуран) в то время использовались для получения цветного стекла. Шарль Гариель, новый директор Школы промышленной физики и химии, позволил Марии работать в здании школы. Для экспериментов использовался застеклённый деревянный сарай, который ранее служил складом и машинным отделением^[98]. Позже, во вступлении к своей диссертации, Мария поблагодарила руководителей школы за предоставленную ей возможность проводить исследования^[171]. С 1898 по 1902 годы супруги Кюри переработали восемь тонн настурана^[172].
Для количественного определения эффекта ионизации Мария с помощью Пьера придумала и сконструировала прибор, состоящий из пьезоэлектрических весов, разработанных Пьером и его братом Жаком^[4][37][173], квадрантного электрометра и ионизационной камеры, подсоединённой к батарее. Радиоактивное вещество помещалось в ионизационную камеру, где испускаемые им лучи ионизировали воздух. Ионы, перемещаясь к полюсам батареи, генерировали ток, что приводило к отклонению стрелки электрометра. Затем заряд электрометра компенсировался равным по величине зарядом, который давал кварцевый пьезоэлемент при деформации под весом гирек на весах^{[174][159][10]}.

Квадрантный электрометр, использовавшийся для количественного измерения радиоактивности
Оказалось, что природный хальколит (минерал, состоящий из фосфата меди и урана) в 2 раза более активен, чем уран, а искусственно приготовленная смесь этих солей в два раза менее активна по сравнению с ураном. Это свидетельствовало о наличии в составе природного хальколита очень активного компонента, который отличался от урана и тория и который был выделен^{[175][176][177]}. Супруги Кюри попытались установить влияние химического состава исследуемого вещества на интенсивность излучения. Их метод заключался в определении активности исследуемого препарата, химического разделения и определения активностей полученных продуктов, чтобы установить, куда перешло радиоактивное вещество^[178]. Этот эксперимент 1898 года дал основание предположить, что в образцах помимо урана присутствует ещё одно радиоактивное вещество. Изучая выделенные различными химическими методами (растворение в кислотах, осаждение, возгонка) фракции урановой руды, Кюри выявили такую, которая имела в 400 раз более сильную радиоактивность, чем чистый уран. Это привело супругов к мысли о наличии в урановой смолке неизвестного элемента, дающего интенсивное излучение^{[174][179][180][181]}. В апреле 1898 года предварительные результаты опытов от имени Марии представил на заседании Парижской академии наук Габриэль Липпман^[182].
Мария Кюри начала измерять активность всех известных тогда чистых элементов, а также сплавов, которые были в лаборатории Школы промышленной физики и химии^[183]. Одним из первых элементов был фосфор, затем был чистый уран, предоставленный Анри Муассаном, редкие и редкоземельные металлы, предоставленные Эженом Демарсе, наконец, все минералы Музея естественной истории Франции, которые предоставил геолог Альфред Лакруа, отвечавший за коллекцию^[183]. Величины полученных ионизационных токов были следующими^[179][176]: