Badanie ciał radioaktywnych - Maria Skłodowska-Curie (biblioteka w internecie .TXT) 📖

rysunku i skierowane do tyłu rysunku. Trzy grupy promieni: α, β i γ zostaną w polu magnetycznym rozdzielone. Promienie γ o niezbyt wielkim natężeniu kontynuować będą bieg swój po drodze prostej bez śladu nawet zboczenia. Promienie β odchylone zostaną w sposób podobny jak promienie katodalne i zakreślą w płaszczyźnie rysunku linię kołową, zmienną w dość znacznych granicach dla poszczególnych promieni. Jeżeli blok ołowiany umieszczony jest na kliszy fotograficznej AC, to część BC, na którą padną promienie β, ulegnie zmianie. Wreszcie promienie α o bardzo wielkim natężeniu odchylą się zaledwie z lekka. Opisują one w płaszczyźnie rysunku krzywą, której promień krzywizny jest bardzo wielki; kierunek zboczenia jest wprost przeciwny do kierunku odchylenia promieni β.

Jeżeli blok ołowiany przykryjemy blaszką glinową (o grubości 0,1 mm), promienie α będą zatrzymane w bardzo znacznej części, promienie β — w ilości znacznie mniejszej, gdy promienie γ przejdą prawie bez zatrzymania.

Promienie β. Becquerel39 badał je na drodze radiograficznej, w sposób wskazany na fig. 4; klisza fotograficzna AC, z warstwą czułą na stronie górnej, została przykryta papierem czarnym. Skoro położono na nim naczynie ołowiane z radem i skierowano pole magnetyczne ku tyłowi rysunku, a więc w ten sposób, że biegun dodatni (północny) leżał przed płaszczyzną rysunku, a odjemny poza nią, na kliszy uformowała się szeroka wstęga BC; jest to prawdziwe widmo ciągłe, które wskazuje, że pęczek promieni β składa się z niezliczonej ilości rozmaicie odchylanych promieni pojedynczych. Jeżeli żelatynę kliszy pokrywamy rozmaitymi ekranami (z papieru, szkła, metali), to pewna część widma znika; promienie najbardziej odchylane w polu magnetycznym, czyli te, których drogi posiadają najmniejszy promień krzywizny, będą też najbardziej pochłaniane. Początek widma na kliszy rozpoczyna się w pewnej odległości od źródła promieniowania; im ekran jest mniej przepuszczalny, tym odległość ta bardziej wzrasta.

Promienie katodalne, jak to dowiódł Perrin40, naładowane są elektrycznością odjemną. Mogą one, według doświadczeń Perrina i Lenarda, przenosić swój ładunek elektryczny poprzez opony metalowe41, złączone z ziemią lub poprzez blaszki izolujące. We wszystkich natomiast przypadkach, kiedy promienie katodalne są pochłaniane, dostrzec można stałe powstawanie elektryczności odjemnej w substancji wchłaniającej. Myśmy stwierdzili, że to samo dotyczy promieni β radu42, które również naładowane są elektrycznością odjemną. Wykonajmy doświadczenie następujące: krążek metalowy MM (fig. 5) połączony jest drutem t z elektrometrem i otoczony warstwą izolującą, np. parafiną iiii; całość mieści się w naczyniu metalowym EEEE, połączonym z ziemią. Z jednej ze stron zarówno ściana metalowa, jak i warstwa izolująca pp są bardzo cienkie. Od tej to właśnie strony umieszczamy sól barową radonośną R, znajdującą się w naczyniu ołowianym AA. Promienie wysyłane przez rad przenikają blaszkę metalową i warstwę izolującą pp; pochłania je krążek MM i ładuje się bez przerwy i stale elektrycznością odjemną, którą stwierdzamy na elektrometrze i którą mierzymy za pomocą kwarcu piezoelektrycznego.

Prąd w ten sposób powstały jest bardzo słaby. Warstwa chlorku baru radonośnego silnie promieniotwórczego o powierzchni 2,5 cm2, o grubości 0,2 cm, daje prąd około amperów; grubość blaszki glinowej równała się 0,01 mm, a grubość blaszki izolującej ebonitowej p 0,3 mm.

Stosowaliśmy ołów, miedź i cynk jako materiały na krążek MM, a ebonit i parafinę do izolacji; rezultaty w każdym przypadku poszczególnym były podobne.

Prąd się zmniejsza, jeżeli oddalamy źródło promieniowania lub jeżeli użyjemy substancji mniej promieniotwórczej.

Wykonaliśmy również doświadczenie przeciwne. Rynienkę ołowianą AA (fig. 6) z radem umieszczaliśmy wewnątrz materii izolującej i połączyliśmy ją z elektrometrem. Skrzynka metalowa EEEE złączona była z ziemią.

W warunkach tych zauważono za pomocą elektrometru, że rad ładuje się dodatnio i ładunek jego jest równy co do wielkości z ładunkiem odjemnym w doświadczeniu poprzedzającem. Promienie β radu przedostają się przez cienką warstwę izolacyjną pp i przez blaszkę metalową m i unoszą w przestrzeń elektryczność odjemną, gdy rad sam elektryzuje się dodatnio.

Promienie α radu nie biorą udziału czynnego w tych zjawiskach, gdyż pochłaniane są prawie w całości już przez niezmiernie cieniutkie warstwy izolacyjne. Sposób powyżej opisany nie nadaje się do rozpoznania ładunku promieni polonu, są one bowiem bardzo mało przenikliwe. Nie zauważyliśmy żadnej oznaki ładunku elektrycznego w doświadczeniach z polonem, który, jak wiadomo, wysyła tylko promienie α.

A więc zarówno promienie β, jak i promienie katodalne, są promieniami przenoszącemi ładunek elektryczny. Dotychczas nie poznano jeszcze żadnego zjawiska, w którem by elektryczność nie była związana z materią. Można zatem do promieni β zastosować tę samą teorię, którą zazwyczaj posługujemy się względem promieni katodalnych. Według tej teorii balistycznej, którą sformułował W. Crookes, a następnie dopełnił i rozwinął J. J. Thomson, promienie katodalne złożone są z cząstek niewymownie drobnych, noszących między innymi nazwę elektronów; wybiegają one z katody z bardzo wielką prędkością, naładowane są elektrycznością odjemną. Można przeto przypuścić, że rad wyrzuca w przestrzeń takie właśnie cząsteczki naelektryzowane odjemnie.

Ziarnko radu, zawarte w rurce o ścianach cienkich i dobrze izolujących elektryczność, naładowuje się samo przez się do potencjału bardzo wysokiego. Według hipotezy balistycznej potencjał zwiększać się może aż do chwili, kiedy różnica potencjału pomiędzy wnętrzem rurki a otaczającemi rurkę przewodnikami stanie się wystarczającą, aby wstrzymać wybiegające z radu elektrony i zwrócić je z powrotem do źródła promieniotwórczego.

Przypadkowo wykonane zostało doświadczenie następujące: drobna ilość radu bardzo silnie radioaktywnego zamknięta była od dłuższego już czasu w rurce szklanej. Aby otworzyć rurkę, uczyniliśmy na niej kreskę za pomocą noża do krajania szkła. W tejże chwili usłyszeliśmy wyraźnie trzask, jak od iskry elektrycznej. Obserwując rurkę pod lupą zauważyliśmy, że rurka przebita jest w miejscu, gdzie ściana rurki była cieńsza wskutek uczynionej kreski. Zjawisko można w zupełności porównać z przebijaniem szkła w butelce lejdejskiej naładowanej zbyt mocno. Jeżeli rurkę szklaną, zawierającą nieco radu, zatopimy i pozostawimy przez czas dłuższy, to można oczekiwać, że rurka pęknie bez żadnej widocznej przyczyny zewnętrznej.

Rad jest pierwszym przykładem ciała, które ładuje się samo przez się elektrycznością.

Ze względu na swe podobieństwo do promieni katodalnych promienie β muszą ulegać także wpływowi pola elektrycznego, czyli zbaczać w polu elektrycznym ze swej drogi prostolinijnej. Podobne odchylenie zauważyli Dorn43 i Becquerel44.

Przedstawmy sobie np. promień β, który przebiega pomiędzy dwiema równoległymi płytami metalowymi. Naładujmy płyty, a promień zbaczać będzie ku płycie dodatniej i opisze parabolę; po wyjściu z pola elektrycznego promień odbywać będzie dalej drogę swą już po linii prostej, stycznej do paraboli. Na kliszy fotograficznej ustawionej nieco dalej w poprzek promienia, znajdujemy miejsca, gdzie promień uderzał przed i po odchyleniu.

Oznaczmy odległość tych miejsc przez δ, dalej odległość kliszy od kondensatora przez h, długość płyt metalowych kondensatora przez l, natężenie pola elektryczności przez F, masę elektronu przez m, jego ładunek przez e, a prędkość przez v. Możemy wyprowadzić wzór następujący . Jeżeli ten sam promień przepuścimy teraz przez pole magnetyczne o natężeniu H, to promień opisze krzywą (fig. 4) o promieniu krzywizny p, wtedy stosunek pomiędzy tymi wielkościami a wielkościami e, v, m przyjmie postać: . Eksperymentalnie znaleźć możemy zarówno δ, jak i p; wskutek czego z obu wzorów oblicza się już łatwo v oraz stosunek e:m. Pomiary Becquerela dały dla e/m wartość prawie równą 45 absolutnych jednostek elektromagnetycznych, zaś dla v liczbę cm (160000 km) na sekundę.

Ściślejsze pomiary Kaufmanna46 przekonały, że nie wszystkie promienie β radu mają jednakową prędkość i stosunek e/m. Oto liczby otrzymane przez Kaufmanna:

e/m abs. jedn. elektr. magn. v cm/sek. — dla promieni katodalnych (Simon) — dla promieni β radu (Kaufmana) — dla promieni β radu (Kaufmana) — dla promieni β radu (Kaufmana) — dla promieni β radu (Kaufmana) — dla promieni β radu (Kaufmana)

Z liczb tych wynika, że niektóre promienie dosięgają prędkości 283 000 km na sekundę, czyli prawie takiej samej, jak światło.

Widzimy tedy, że w miarę wzrastania prędkości v stosunek e/m się zmniejsza. Według prac Thomsona47 5) i Townsenda48 jest prawdopodobne, że każda cząsteczka, stanowiąca promień β posiada ilość elektryczności e równą tej, jaką jest naładowany atom wodoru w elektrolizie, oraz że wszystkie cząsteczki promieni β jednakowy noszą na sobie ładunek. Łatwo więc jest teraz wyprowadzić wniosek, że masa m wzrasta w miarę tego, jak wzrasta szybkość. Stąd wyprowadzono teorię, że bezwładność cząsteczek jest pochodzenia elektromagnetycznego i masa cząsteczki jest co najmniej w części masą pozorną, czyli masą elektromagnetyczną. Teoria ta pozwoli może z czasem oprzeć zasady mechaniki na dynamice drobnych cząsteczek materialnych naładowanych i będących w stanie ruchu.

Promienie α. Uważano je początkowo za niezdolne do odchylania się w polu magnetycznym lub elektrycznym. Niedawno temu Rutherford49 stwierdził jednak, że dostatecznie silne pole magnetyczne lub elektryczne odchyla je słabo, przy czym zachowują się one, jak gdyby były pociskami, naładowanymi elektrycznością dodatnią i obdarzonymi wielką prędkością. Rutherford wywnioskował ze swych doświadczeń, że prędkość promieni α wynosi mniej więcej cm (25 000 km) na sekundę; stosunek zaś e/m okazał się równym .

Doświadczenia Rutherforda potwierdził Becquerel50, który znalazł przy tym, że promienie polonu zachowują się podobnie jak promienie α radu, bowiem w tym samym polu magnetycznym opisują jednakowe krzywe. Również zdaje się wypływać z doświadczenia Becquerela, że wiązka promieni α nie jest zdolna do wytworzenia podobnego widma magnetycznego, jak to czynią promienie β, lecz zachowuje się, jakby wszystkie oddzielne jej promienie były jednakowo odchylane.

Według pomiarów Des Coudresa prędkość promieni α wynosi cm/sek, a stosunek e/m = 6400.

Promieniowania substancji radioaktywnych. Rad wysyła promienie α, podobne do promieni kanałowych, dalej promienie β, podobnie do katodalnych i wreszcie promienie γ. Polon wydziela jedynie tylko promienie α. Aktyn przypuszczalnie zachowuje się podobnie do radu, lecz badanie jego promieni nie zostało tak daleko posunięte, jak promieni radu. Co dotyczy substancji słabo radioaktywnych, to zarówno uran, jak i tor wydzielają promienie α oraz β (Becquerel, Rutherford).

W wielkiej odległości od źródła radionośnego znajdują się jedynie promienie β i γ. Obecność promieni γ, niezbaczających w polu magnetycznym i niezwykle przenikliwych, w promieniach radowych po raz pierwszy zauważył Villard51. Stanowią one zaledwie małą cząstkę promieniowania całkowitego, mierzonego metodą elektryczną.

Znacznie większa jednak część promieniowania radu składa się z promieni α, które prawdopodobnie wysyłane są przez warstwę wierzchnią substancji promieniotwórczej. Jeżeli bowiem zmieniać się będzie grubość warstwy promieniującej, to, co prawda, natężenie promieniowania α wzrośnie, lecz nie w tym co grubość stopniu; natomiast promieniowanie β wzrośnie w stosunku do grubości; promienie α, idące z wnętrza masy, pochłaniane są przez górne warstwy preparatu.

Zdolność przenikania promieni. Ciała promieniotwórcze wysyłają promienie, które przenikają zarówno przez powietrze, jak i przez próżnię.

Odległość od źródła radioaktywnego, do jakiej promienie dotrzeć mogą w powietrzu, dochodzi do kilku nawet metrów. W niektórych doświadczeniach podczas pomiarów elektrycznych zauważyliśmy wpływ źródła promieniującego na powietrze kondensatora jeszcze w odległości 2 do 3 m. Na tejże odległości zaobserwowaliśmy również oddziaływanie na ciała fluoryzujące i na kliszę fotograficzną. Podobne doświadczenia wykonywać jednak trzeba z substancjami silnie aktywnymi. Promieniowanie, które dochodzi aż do takiej odległości od radu, zawiera zarówno promienie odchylane β, jak i promienie γ; jednak ilość pierwszych znacznie przeważa.

Tymczasem największa część promieniowania, tj. promienie α, z łatwością zostaje wstrzymana przez powietrze i dochodzi zaledwie do odległości 7 cm od źródła. Promieniowanie polonu zauważyć się daje zaledwie do odległości 4–6 cm.

Jeszcze silniejsza zaznaczy się różnica, jeżeli użyjemy ekranów stałych zamiast powietrza. Niektóre promienie wysyłane przez rad zdolne są przenikać przez warstwę ołowiu lub szkła grubości kilku nawet centymetrów. Są to niesłychanie przenikliwe promienie; praktycznie nie zdołano osiągnąć całkowitego ich pochłonięcia przez jakikolwiek ekran. Przekonaliśmy się, że blacha ołowiana o grubości 1,5 cm przepuszcza dość znaczną ilość promieni β. Natomiast promienie α nie są prawie wcale przepuszczane przez ekrany stałe. Promienie polonu, składające się jedynie z promieni α, bardzo łatwo są pochłaniane i przechodzą co najwyżej przez cieniutkie ekrany.

Jeżeli, jak to uczynił Villard, na szereg klisz fotograficznych puścimy promienie radu, to wiązka promieni niezaginanych i przenikliwych γ przejdzie przez wszystkie klisze, znacząc na każdej z nich swą obecność, gdy promienie β tylko na pierwszej kliszy swój ślad zostawią. W powyższym doświadczeniu promienie β dlatego nie oddziałały na drugą kliszę, że zostały podczas przejścia przez pierwszą rozproszone na wszystkie strony.

Promienie katodalne rozpraszane są z łatwością przez ekrany; rozpraszanie jest tym słabsze, im grubość ekranu jest mniejsza; podczas przejścia przez ekrany bardzo cienkie kierunek pęczka wychodzącego staje się już przedłużeniem pęczka wpadającego.

Promienie β radu zachowują się w sposób analogiczny, choć ulegają rozproszeniu nieco trudniej niż katodalne; te ostatnie zostają rozproszone już przez ekrany glinowe o grubości zaledwie 0,01 mm; tymczasem te promienie β radu, których szybkość jest najmniejsza, są dość silnie rozpraszane przez ekran glinowy o grubości dopiero 0,1 mm, podczas gdy część promieni β bardzo przenikliwych i słabo zaginanych (promienie o wielkiej szybkości) przechodzi przez ten ostatni ekran bez żadnej zmiany; promienie takie mogą przenikać przez warstwę parafiny grubą na kilka centymetrów, nie ulegając wcale rozproszeniu. Powietrze również działa na promienie β radu rozpraszająco: działanie daje się odczuwać zwłaszcza na promieniach β silnie odchylanych; w ogóle jednak powietrze daleko słabiej rozprasza promienie β niż ciała stałe, i dlatego promienie β mogą przenikać przez powietrze na kilka nawet metrów.

Działanie jonizujące promieni radu na ciecze. Pan Curie52 przekonał