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

się, że promienie radu oraz promienie Röntgena, przechodzące przez ciecze dielektryczne, udzielają im, podobnie jak to czynią z powietrzem, własność przewodzenia prądu elektrycznego, lubo53 w bardzo słabym stopniu; oto doświadczenie (fig. 7). Ciecz badaną wlewamy do naczynia metalowego CDEF, a następnie zanurzamy w cieczy cylinderek miedziany AB. Oba te naczynia służą jednocześnie jako elektrody.

Pierwsze z nich CDEF ładujemy do pewnego potencjału za pomocą baterii akumulatorów, od których drugi biegun złączony jest z ziemią. Cylinder AB jest połączony z elektrometrem. Jeżeli prąd przechodzi przez ciecz, elektrometr utrzymujemy na zerze za pomocą kwarcu piezoelektrycznego. Cylinder AB jest otoczony innym MNM’N’, połączonym z ziemią, i nie pozwalającym na przechodzenie prądu elektrycznego przez powietrze. Rurkę z solą barową radonośną opuszczamy na dno cylindra AB. Promienie radu działają na płyn poprzez szkło rurki i poprzez ściankę metalową. Można również rurkę z radem umieścić pod ścianką DE.

Zwiększanie przewodnictwa zarówno pod wpływem promieni radu, jak i promieni Röntgena, zdaje się być własnością ogólną wszystkich cieczy.

Liczby następujące, pomnożone przez , dają przewodnictwo w odwrotnych omach dla 1 cm³. Dwusiarczek węgla 20; eter naftowy 15; amylen 14; czterochlorek węgla 8; benzyna 4; powietrze ciekłe 1,3; olej wazelinowy 1,6. W ciągu badań okazało się, że promieniowanie radu nie zmienia swej wartości ze zmianami temperatury i posiada ją nawet w temperaturze powietrza ciekłego. Fakt ten stwierdzony został bezpośrednio przez pomiary.

Fluorescencja i świecenie. Pod wpływem promieni nowo odkrytych substancji radioaktywnych niektóre ciała fluoryzują. Objaw ten odkryliśmy, działając promieniami polonu poprzez blaszkę glinową na warstwę platynocyjanku baru. Zjawisko podobne daje się jeszcze łatwiej wywołać wystarczająco silnym radonośnym preparatem barowym. Jeżeli preparat jest bardzo silnie promieniotwórczy, to i fluorescencja jest bardzo piękna. Wielka ilość ciał zdolna jest do fosforescencji lub fluorescencji pod wpływem promieni Becquerela.

Bary54 stwierdził, że sole metali alkalicznych i ziem alkalicznych, fluoryzujące od promieni świetlnych i promieni Röntgena, fluoryzują również gdy padną na nie promienie radu. Zaobserwowano również fluorescencję papieru, bawełny, szkła itp., znajdujących się w sąsiedztwie radu. Pomiędzy rozmaitymi rodzajami szkła, najosobliwiej świeci szkło z Turyngii. Metale natomiast, o ile się zdaje, niezdolne są do świecenia pod wpływem tych promieni.

Platynocyjanek baru najlepiej się nadaje do badań nad promieniowaniem ciał radioaktywnych metodą fluoroskopową, bowiem może stwierdzać obecność radu jeszcze z odległości przewyższającej 2 m.

Siarczek cynku fosforyzujący świeci od promieni radu niezwykle silnie i zachowuje swe świecenie jeszcze przez pewien czas po usunięciu substancji promieniotwórczej. Nawet wtedy ciała mogą fluoryzować, kiedy oddzielone są od radu ekranem. Obserwowaliśmy świecenie platynocyjanku baru, kiedy między nim a radem stanął człowiek. Jednakże zjawisko to objawia się bez porównania silniej, skoro substancja świecąca znajduje się tuż przed radem i nie jest od niego oddzielona przez żadne ciało stałe.

Wszystkie rodzaje promieni radu zdolne są do wywołania fluorescencji. Aby zaobserwować wpływ promieni polonu, należy go umieścić przed samym prawie ciałem fluoryzującem, unikając stawiania między nimi ekranów stałych, a jeżeli jest to konieczne, to użyć trzeba ekranów bardzo cienkich.

Świecenie substancji fluoryzujących, wystawionych na wpływ ciał promieniotwórczych, zmniejsza się z czasem. Jednocześnie sama substancja fluoryzująca ulega przemianie. Przytoczmy kilka przykładów. Promienie radu zamieniają platynocyjanek baru w odmianę brunatną, mniej świecącą; podobnie wpływają promienie Röntgena, jak to zauważył i opisał Villard. Zmieniają one również siarczan uranylu i potasu, nadając mu zabarwienie żółte. Platynocyjanek baru, zmieniony w sposób powyższy, regeneruje się częściowo pod działaniem światła.

Szkło fluoryzuje od radu; powoli jednak zabarwia się na brunatno lub fioletowo, a jednocześnie traci na sile świecenia. Jeżeli podobnie zmienione szkło ogrzejemy, to odbarwi się, wydzielając jednocześnie światło; a wtedy odzyskuje normalną swą zdolność fluorescencji. Siarczek cynku, wystawiony na wpływ promieni przez czas pewien ulega zmianie i traci powoli na własności fosforyzowania, jak od promieni radu, tak i od światła. Diament fosforyzuje, kiedy upadną nań promienie radu; może on być w ten sposób odróżniony od imitowanych, których świecenie w tym razie jest bardzo słabe.

Wszystkie związki baru radonośnego świecą same przez się55. Sole chlorowcowe w stanie bezwodnym i suchym wysyłają światło szczególnie mocne. Świecenie podobne nie może być co prawda widziane podczas dnia pełnego, lecz łatwo je zaobserwować o zmroku lub w miejscach oświetlonych gazem. Światło wysyłane przez preparaty stężone bywa nawet tak silne, że przy nim czytać można. Podkreślić trzeba, że tu substancja świeci w całej masie, podczas gdy w zwykłej substancji fosforyzującej światło wypływa tylko z tej części powierzchni, jaka uprzednio została oświetlona. W powietrzu wilgotnym substancje radonośne tracą znacznie na sile świecenia, lecz po wyschnięciu wracają do normy. Świecenie, o ile się zdaje, jest nieznikome. Po kilku jeszcze latach nie znaleziono żadnej zmiany widocznej w świeceniu słabo promieniotwórczego preparatu, przechowywanego w ciemnym miejscu w rurce zalutowanej. Natomiast chlorek baru radonośny o bardzo znacznej promieniotwórczości i silnym świeceniu zmienia swe zabarwienie w ciągu kilku miesięcy; światło staje się fioletowawe i dość znacznie się osłabia; jednocześnie produkt ulega zmianie; jeżeli go rozpuścimy w wodzie i odparujemy roztwór, to preparat odzyskuje z powrotem dawne swe światło.

Roztwory soli baru radonośnego, zawierające dużą ilość radu, świecą również; zjawisko to obserwować można najlepiej w naczyniu z platyny, która sama nie świeci i pozwala spostrzec słabe nawet świecenie roztworu.

Jeżeli roztwór soli barowej radonośnej wydzieli kryształy, to świecą one wewnątrz płynu. Giesel wytworzył platynocyjanek baru radonośny. Po wykrystalizowaniu sól ta miała wygląd zwykłego platynocyjanku baru, lecz świeciła silnie. Powoli zaczęła się zabarwiać na brunatno, a jednocześnie kryształy stawały się dwubarwne i świeciły daleko słabiej, choć promieniotwórczość swą zwiększyły56 Platynocyjanek radu przygotowany przez Giesela zmieniał się znacznie szybciej jeszcze.

Związki radu są więc pierwszym przykładem substancji samoistnie świecącej.

Wydzielanie ciepła przez sole radu. Curie i Laborde znaleźli, że sole radu wydzielają ciepło stale i niezmiennie57. Wskutek tego sole radu posiadają temperaturę wyższą od temperatury otoczenia. Różnica temperatury zależy oczywiście od izolacji cieplnej soli radu i może wynosić kilka stopni; można ją zatem stwierdzić za pomocą zwykłego termometru.

Weźmy dwa naczynia izolujące względem ciepła za pomocą próżni (izolatory Dewara) i zupełnie podobne. W jednym umieszczamy zalutowaną rurkę szklaną, zawierającą 7 decygramów bromku radu; w drugim umieszczamy podobną rurkę zawierającą jakiekolwiek ciało nieradioaktywne, np. chlorek baru (fig. 8). Dwa termometry, których rezerwuary są umieszczone tuż koło rurek, wskazują temperaturę. Otwór izolatorów jest zatkany watą. Kiedy równowaga temperatur jest ustalona, termometr znajdujący się w naczyniu zawierającem rad wskazuje temperaturę wyższą, aniżeli drugi termometr; różnica temperatur jest niezmienna i wynosiła w opisanym doświadczeniu 3°.

Ilość ciepła wydzielana przez rad w oznaczonym czasie może być zmierzona za pomocą kalorymetru lodowego Bunsena. Jeżeli umieścimy w tym kalorymetrze rurkę szklaną zalutowaną, zawierającą sól radu, to kalorymetr wskazuje stałą produkcję ciepła, która ustaje, skoro tylko oddalimy rad. Z pomiarów wynika, że każdy gram radu wydziela przez godzinę około 80 małych kaloryj. A zatem rad wydziela przez każdą godzinę ilość ciepła wystarczającą, aby stopić równą masę lodu; zaś atom-gram (225g) radu wydziela przez godzinę 18000 kaloryj, czyli ilość ciepła niewiele mniejszą od tej, jaka jest wydzielana przez spalenie atomu grama-wodoru (1 g).

Jeżeli zważymy, że rad wydziela tak znaczną ilość ciepła niezmiennie i że stan jego nie ulega widocznej zmianie chemicznej przez lat kilka, to musimy przyznać, że podobne zjawisko nie daje się wytłumaczyć przez żadną zwykłą reakcję chemiczną. Można przypuścić, że wydzielanie ciepła jest związane z przekształcaniem atomu radu, które to przekształcanie zresztą musielibyśmy uważać za bardzo powolne. Gdyby tak się rzecz miała, to wynikałoby stąd, że ilości energii, które wchodzą w grę podczas tworzenia się lub przekształcania atomów, są ogromne i przewyższają wszystkie te, które nam są znane.

Można również zmierzyć ilość ciepła wydzielaną przez rad, zużytkowując ją do zamienienia w parę gazu skroplonego i mierząc objętość wydzielonego gazu. Można wykonać to doświadczenie z chlorkiem metylu (w temperaturze -21 °C). Pp. Dewar i Curie wykonali to samo doświadczenie ze skroplonym tlenem (w -180°) i ze skroplonym wodorem (w -252°). Wodór skroplony nadaje się szczególniej do tego doświadczenia. Izolator Dewara A (fig. 9) zawiera skroplony wodór H i komunikuje się za pomocą rurki t z epruwetką pełną wody E. Izolator A zanurzony jest w wodorze ciekłym H’. W tych warunkach wydzielanie się gazu nie odbywa się wcale w izolatorze A. Jeżeli wprowadzimy do wodoru ciekłego H rurkę szklaną zalutowaną, zawierającą 7 decygramów bromku radu, zauważymy stałe wydzielanie się gazu i zbieramy go 73 cm³ na minutę.

Stała sól radu świeżo przygotowana wydziela względnie niewiele ciepła; ale z czasem produkcja ciepła wzrasta i dąży do wartości stałej, która zostaje osiągnięta po dwu miesiącach. Jeżeli rozpuścimy sól radu w wodzie i zamkniemy roztwór w zalutowanej rurce szklanej, to roztwór wydziela z początku mało ciepła; ale produkcja wzrasta z czasem i dąży do wartości stałej, która zostaje osiągnięta po miesiącu mniej więcej i która jest takaż sama, jak dla soli radu w stanie stałym.

Kiedy rad się znajduje w kalorymetrze Bunsena, niektóre promienie bardzo przenikliwe przechodzą przez rurkę i kalorymetr i nie zostają pochłonięte. Jeżeli rurkę z radem obwiniemy blaszką ołowianą o grubości 2 mm, to zatrzymamy największą ilość tych promieni. Ilość ciepła wydzielonego wzrasta wtedy o 4°C. A zatem energia wydzielana przez rad w postaci promieni przenikliwych nie jest nieznaczna.

Wpływy chemiczne powodowane przez nowe substancje promieniotwórcze. Zabarwienie. Promienie wydzielane przez substancje silnie promieniotwórcze, powodować mogą pewne zmiany w ciałach, pewne reakcje chemiczne. Pomiędzy innymi wywołują np. zabarwienia szczególne szkła i porcelany58. Zabarwienie bywa w ogólności brunatne lub fioletowe i jest bardzo silne; występuje ono w samej masie i pozostaje po usunięciu radu. Wszystkie szkła zabarwiają się po czasie mniej lub więcej długim; obecność ołowiu w szkle nie jest potrzebna. Fakt powyższy porównać można z faktem zabarwiania się po pewnym czasie ścian gruszki do wytwarzania promieni Röntgena.

Giesel okazał, że kryształy haloidków metali alkalicznych (np. sól kuchenna) zabarwiają się pod wpływem radu w sposób podobny, jak od promieni katodalnych. Giesel również stwierdził, że podobnego rodzaju zabarwienie powstaje, kiedy sole te umieszczone zostaną w parze sodu59.

Studiowałam sama zabarwienie całego szeregu różnych gatunków szkieł o znanym składzie. Nie zaobserwowałam przy tym znacznych zmian w ich zabarwieniu, które bywa przeważnie fioletowe, żółte, brunatne lub szare; o ile się zdaje powstaje ono w obecności metali alkalicznych w szkle.

Sole czyste, krystaliczne metali alkalicznych dają zabarwienia bardziej różnorodne i bardziej żywe; sól, pierwotnie biała, przechodzi w niebieską, zieloną, żółto-brunatną itp.

P. Becquerel dowiódł, że fosfor biały zamienia się w fosfor czerwony pod wpływem promieni radu. Papier zostaje również nadwerężony i zabarwiony od radu. Staje się on kruchy, podziurawiony jest przy tym jak sito.

W pewnych warunkach w bliskości preparatu radowego bardzo czynnego spostrzec się daje powstawanie ozonu. Promienie, które wychodzą z rurki szklanej zatopionej i zawierającej rad, nie powodują tworzenia się ozonu w powietrzu. Przeciwnie, dopiero po otworzeniu rurki rozchodzi się silny zapach ozonu; ten ostatni zawsze powstaje, ilekroć powietrze zetknie się bezpośrednio z radem; wystarczy komunikacja przez wąziutki nawet kanalik. Zdaje się, że powstawanie ozonu jest w związku z rozchodzeniem się promieniotwórczości wzbudzonej, o której później będzie mowa.

Substancje radonośne, o ile się zdaje, zmieniają się z czasem, prawdopodobnie pod wpływem swego własnego promieniowania. Widzieliśmy już poprzednio, że kryształy chlorku baru radonośnego, bezbarwne w chwili powstawania, stają się stopniowo żółtymi, pomarańczowymi lub różowymi. Zabarwienie to znika po rozpuszczeniu. Chlorek baru radonośny wydziela związki tlenowe chloru, bromek zaś wydziela brom.

Sole czystego radu zdają się ulegać tym samym transformacjom, jakie dotyczą preparatów z solą barową radonośną. Charakterystyczne jest to, że kryształy chlorku wydzielone z roztworu kwaśnego nie zabarwiają się w czasie, w jakim zwykle kryształki chlorku baru, bogate w rad, silnie zmieniają swą barwę.

Termoluminescencja. Niektóre ciała, jak np. fluspat, świecą, kiedy się je ogrzeje. Zjawisko podobne nazywa się termoluminescencją, czyli świeceniem wskutek ogrzania. Zdolność podobna wyczerpuje się po pewnym czasie, lecz zjawia się z powrotem skoro ciała zostaną poddane działaniu iskry lub promieni radu60. W trakcie ogrzewania fluspat ulega transformacji, której towarzyszy wydzielanie światła. Pod wpływem natomiast promieni radu zmiana następuje w kierunku przeciwnym i towarzyszy jej również wydzielanie światła. Zjawisko podobne ma miejsce, kiedy szkło wystawimy na działanie promieni radu; pod ich wpływem szkło ulega transformacji, czego dowodem jest zabarwienie, jakie zjawia się i powiększa stopniowo. Jeżeli teraz ogrzejemy szkło, podobnie zmienione, zajdzie transformacja odwrotna; zabarwienie zniknie i zjawisku towarzyszyć będzie wydzielanie się światła. Zdaje się bardzo prawdopodobnym, że mamy tu do czynienia z jakąś modyfikacją natury chemicznej i że wytwarzanie się światła związane jest z tą modyfikacją.

Możliwe jest również, że zjawisko fluorescencji pod wpływem promieni radu oraz świecenie preparatu radonośnego są także związane ze zjawiskiem chemicznej lub fizycznej przemiany substancji świecącej.

Wydzielanie gazów wobec soli radu61. Roztwór bromku radu wydziela stale gazy. Gazy te są to przeważnie wodór i tlen, a skład mieszaniny jest bliski składu wody; można więc sądzić, że woda rozkłada się wobec soli radowych.

Sole radu w stanie stałym (chlorek, bromek) wydzielają także nieustannie gazy. Gazy te wypełniają przestrzenie między cząsteczkami soli i wydzielają się dość obficie, gdy się ją rozpuszcza. Mieszanina gazowa zawiera wodór, tlen, dwutlenek węgla i hel. Według Ramsay’a widmo tych gazów przedstawia także kilka prążków niewiadomego pochodzenia.

W rurce szklanej zalutowanej, zawierającej bromek radu, ciśnienie gazu zwiększa