В конце 1985 г профессор Вильгельм Конрад Рентген открыл лучи проходящие сквозь дерево, картон и другие предметы, не прозрачные для видимого света. Впоследствии эти лучи получили название рентгеновских лучей.
В 1896 г французский ученый Анри Беккерель открыл явление радиоактивности. На заседании Академии наук он сообщил, что наблюдавшиеся им лучи, проникавшиеся подобно рентгеновским лучам через непрозрачные для света предметы излучаются некоторыми веществами. Так было установлено, что новые лучи излучаются веществами, в состав которых входит уран. Вновь открытые лучи Беккерель назвал урановыми лучами.
Дальнейшая история новооткрытых лучей тесно связано с именами польского физика Марии Склодовской и ее мужа – француза Пьера Кюри, которые подробно изучили эти открытия и назвали их радиоактивностью.
Радиоактивность – это способность ряда химических элементов самопроизвольно распадаться и испускать невидимые излучения.
Затем наукой было установлено, что радиоактивное излучение – это сложное излучение, в состав которого входят лучи трех видов, отличающиеся друг от друга проникающейся способностью.
Альфа-лучи ()
- проникающая способность этих лучей очень мала. В воздухе они могут пройти путь 2-9 см, в биологической ткани – 0,02-0,06 мм; они полностью поглощаются листом бумаги. Наибольшую опасность для людей представляют при попадании альфа-частиц внутрь организма с продуктами питания, водой и воздухом (практически с организма не выводятся). Альфа-частицы- это положительно заряженные ядра гелия. Альфа-распад характерен для тяжелых элементов (урана; плутония, тория и др.).
Бета-лучи ()
– проникающая способность этих лучей значительно больше, чем у альфа частиц. Бета-частицы могут пройти в воздухе до 15 м, в воде и биологической ткани – до 12 мм, и алюминии – до 5 мм. В биологической ткани вызывают ионизацию атомов, что приводит к нарушению синтеза белка, нарушению функции организма в целом. Количество бета-частиц попавших в организм человека выводятся на 50% в течение 60 дней нахождения человека в чистой зоне (стронций -90; иод-131; цезий- 137).
Гамма-лучи () – проникающая способность этих лучей очень велика. Так, например, чтобы ослабить гамма-излучение радиоактивного кобальта вдвое, нужно установить защиту из слоя свинца толщиной 1,6 см или слоя бетона толщиной 10 см.
При попадании в организм человека действуют на иммунную систему, вызывает нарушения структуры ДНК (впоследствии, через 10-15 лет возможны онкологические заболевания, биологические изменения в организме), цезий 137.
Таким образом, под проникающей радиацией понимают поток гамма (?)-лучей и нейтронов.
Сейчас каждый школьник знает, что радиация разрушает организм человека, может вызвать лучевую болезнь различной степени. Повреждений, вызванных в живом организме излучением, будет тем больше, чем больше энергии он передаст тканям.
Доза – количество переданной организму энергии.
За единицу дозы принят рентген (Р)
1 рентген (Р) –
это такая доза?- излучения, при которой в 1 см3 сухого воздуха при температуре 00С и давлении 760 мм рт. ст.образуется 2, 08 млрд. пар ионов
(2,08х 109).
На организм человека воздействует не вся энергия излучения, а только поглощенная энергия.
Поглощенная доза более точно характеризует воздействие ионизирующих лучей на биологические ткани и измеряется во внесистемных единицах, называемых рад.
Надо учитывать тот факт, что при одинаковой поглощенной дозе альфа излучения гораздо опаснее (в 20 раз) чем бета и гамма излучений. Каждый орган человека имеет свой порог восприимчивости к ионизирующему излучению, поэтому дозу облучения определенной ткани (органа) человека следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного органа. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; в СИ ее измеряют в единицах, называемых зивертами (Зв).
Активность радионуклида – означает число распадов в секунду. Один беккерель равен одному распаду в секунду.
Величины и единицы, используемые в дозиметрии ионизирующих излучений
Физическая величина и ее символ |
Внесистемная |
Соотношения между ними |
|||||
Активность (С) |
Беккерель (Бк) |
1 Бк=1расп/с=2.7х10 -11 Ки |
|||||
Поглощенная доза (Д) |
1Гр=100рад=1Дж/кг |
||||||
Эквивалентная доза (Н) |
Зиверт (Зв) |
1Зв=100бэр=1Гр х Q= | |||||
Радиоактивность естественная и искусственная.
Явление радиоактивности было открыто в 1896 г. французским физиком Анри Беккерелем. Он обнаружил, что содержащие уран вещества испускают невидимые лучи, вызывающие потемнение фотопластинки и способные проникать через бумагу, дерево и другие плотные среды. Некоторое время спустя знаменитые французские физики Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри установили, что способностью испускать такие лучи обладают, кроме урана, еще торий и полоний. Немного позднее (1898) ими был открыт радий. Супруги Кюри выделили радий в чистом виде, который представлял собой мягкий серебристо-белый металл, похожий по своим свойствам на барий. Исследования показали, что интенсивность излучения, испускаемого радием, в миллионы раз больше, чем у урана. Беккерель и супруги Кюри показали сильное действие излучения радия на человеческий организм.
Способность некоторых элементов испускать открытые Беккерелем лучи супруги Кюри назвали радиоактивностью, а вещества, обладающие этой способностью, - радиоактивными веществами.
В настоящее время излучения, возникающие при радиоактивном распаде, называют ионизирующими или ядерными, излучениями. Первое из этих названий связано с одним из главных свойств данных излучений - способностью производить ионизацию в окружающей среде. Однако этой способностью обладают также и рентгеновские лучи и отчасти ультрафиолетовые. Поэтому более точным является название «ядерные излучения».
Естественные радиоактивные элементы
Природными, или естественными, излучателями называются все радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе и не созданные человеком. Явление естественной радиоактивности, как было сказано ранее, открыто в самом конце XIX века. Следы естественной радиоактивности можно обнаружить во всех веществах живой и неживой природы.
Открытие естественной радиоактивности оказало глубокое влияние на многие фундаментальные понятия науки. Явление естественной радиоактивности было использовано для создания эффективных методов изучения микроскопической структуры веществ и их свойств. Радиоактивность естественных излучателей начали использовать при изучении строения атомных ядер для оценки возраста земли и измерения скорости образования осадков на дне океанов.
В настоящее время в природе обнаружено около 340 изотопов, причем 70 из них являются радиоактивными, это в основном изотопы тяжелых металлов.
Основное количество естественных радиоактивных изотопов относится к тяжелым элементам. Все элементы, имеющие атомный номер больше 80, имеют радиоактивные изотопы. Изотопы элементов с атомным номером больше 82 в стабильном состоянии вообще неизвестны, все они являются радиоактивными. Кроме естественно возникших радиоактивных излучателей земного происхождения, имеются некоторые изотопы, образованные в процессе взаимодействия космических лучей с газами земной атмосферы и отдельными элементами земной коры. Наиболее важными из них являются углерод (С 14) и тритий (Н 3).
Естественные радиоактивные изотопы, встречающиеся в природе, можно разбить на три группы. В первую группу входят естественные радиоактивные элементы, известные изотопы которых радиоактивны. К этой группе относятся три семейства последовательно превращающихся изотопов: ряды урана - радия, тория и актиния. Промежуточными продуктами распада этих радиоактивных семейств являются как твердые, так и газообразные изотопы (эманации). Наибольшее значение из этой группы имеют уран (U 235), торий (Тh 232), радий (Rа 226) и радон (Rn 222 , Rn 220). Во вторую группу входят изотопы химических элементов, связанных генетически, т. е. не образующие семейства. К этой группе относятся калий (К 40), кальций (Са 48), рубидий (RЬ 87), цирконий (Zг 96), лантан (Lа 138), самарий (Sm 147), лютеций (Lu 176). Основное значение из этой группы имеет калий: он обусловливает наибольшую величину естественной радиоактивности.
В третью группу входят так называемые космогенные изотопы, которые образуются в стратосфере под действием космических лучей, захватываются атмосферными осадками и в их составе выпадают на земную поверхность. К этой группе относятся тритий (Н 3), бериллий (Ве 7 , Ве 10) и углерод (С 14).
Естественные излучатели в основном являются долгоживущими изотопами, с периодом полураспада 10 8 -10 16 лет. В процессе распада они испускают α- и β-частицы, а также γ-лучи. Обычно эти естественные радиоактивные изотопы находятся в очень рассеянном состоянии.
Искусственные радиоактивные изотопы
Кроме естественных радиоактивных изотопов, существующих в природной смеси элементов, известно много искусственных радиоактивных изотопов. Искусственные радиоактивные изотопы получаются в результате различных ядерных реакций. Изучение естественной радиоактивности показало, что превращение одного химического элемента в другой обусловлено изменениями, происходящими внутри атомных ядер, т.е. внутриядерными процессами. В связи с этим были предприняты попытки искусственного превращения одних химических элементов в другие путем воздействия на атомные ядра.
Для превращения одних химических элементов в другие необходимо было атомные ядра подвергать таким воздействиям, которые бы приводили к изменению ядер и связанному с этим превращению одних элементов в другие. Следовательно, нужны были источники энергии того же порядка, как энергия внутриядерных связей. Эффективным средством воздействия на атомные ядра оказалась бомбардировка их частицами высокой энергии (от нескольких миллионов до десятков миллиардов электрон-вольт).
В первое время в качестве бомбардирующих частиц применяли α-частицы радиоактивного излучения.
В 1919 г. Резерфорд впервые осуществил искусственное расщепление ядер азота, бомбардируя их α-частицами полония. Затем стали применять и другие заряженные частицы, предварительно сообщая им очень большую скорость (кинетическую энергию) в специальных ускорителях. Кроме того, в настоящее время применяются потоки заряженных и нейтральных частиц, создаваемые ядерными реакторами. Процесс превращения атомных ядер, обусловленный воздействием на них быстрых элементарных частиц (или ядер других атомов), называется ядерной реакцией. Например, после пропускания α-лучей через слой азота образуются атомы изотопа кислорода и атомные ядра водорода, т.е. протоны. Эта ядерная реакция протекает следующим образом: α-частица попадает в ядро азота и поглощается им. Образуется промежуточное ядро изотопа фтора 9 F 18 , которое оказывается неустойчивым, оно мгновенно выбрасывает из себя один протон и превращается в изотоп кислорода.
В настоящее время запись ядерных реакции производят более сокращенно. После символа атомного ядра, подвергающегося, бомбардировке указывают в скобках бомбардирующую частицу и другие частицы, появляющиеся в результате реакции; за скобкой ставят символ атомного ядра - продукта. Этот способ записи к рассматриваемой реакции может выглядеть следующим образом. Первая искусственная ядерная реакция, проведенная Резерфордом, подтвердила возможность осуществления искусственных ядерных реакций и непосредственно показала, что протоны входят в состав атомных ядер и могут быть выбиты из этих ядер.
Все ядерные реакции сопровождаются испусканием тех или иных элементарных частиц (в том числе и γ-квантов). Продукты многих ядерных реакций оказываются радиоактивными. Явление искусственной радиоактивности было открыто известными французскими физиками Ирэн и Фредериком Жолио-Кюри в 1934 г. Они впервые искусственным путем получили радиоактивные изотопы элементов, встречающихся в природе в виде устойчивых изотопов. Такие изотопы были названы искусственно радиоактивными изотопами.
Первые искусственно радиоактивные изотопы были получены при бомбардировке α-частицами элементов бора, магния, алюминия. При бомбардировке алюминия вылетают нейтроны и получался изотоп фосфора, испускающий позитроны. Изотоп фосфора оказался радиоактивным, его атомные ядра испускали позитроны и превращались в ядра кремния. реакция бомбардировки алюминия α-частицами, открытая супругами Жолио-Кюри, показала новый вид радиоактивного распада - позитронный распад, который не наблюдается у естественно биоактивных изотопов.
В дальнейшем было показано, что искусственные радиоактивные изотопы можно получить, бомбардируя стабильные изотопы не только α-частицами, но нейтронами и другими ядерными частицами.
В настоящее время радиоактивные изотопы известны почти для всех элементов и их можно получить, при самых разнообразных ядерных реакциях. Так, даже один и тот же изотоп может быть получен в результате совсем различных ядерных реакций. После открытия искусственной радиоактивности стало возможным нанесение «метки» на атомы почти каждого химического элемента. Искусственные радиоактивные изотопы стали применяться в качестве меченых атомов. Метод меченых атомов в настоящее время имеет большое значение в самых разнообразных науки областях и практики.
Следует отметить, что методом меченых атомов называют работу как со стабильными, так и с радиоактивными изотопами, если эти изотопы используются как индикаторы. Радиоактивные изотопы применяются в качестве меченых атомов чаще, чем стабильные потопы.
В настоящее время для получения искусственных радиоактивных изотопов в промышленности применяют три основных метода: 1) бомбардировка химических соединений и элементов ядерными частицами; 2) химическое разделение смеси изотопов; 3) выделение продуктов распада естественных радиоактивных изотопов.
Для биологических и сельскохозяйственных работ имеют значение в основном изотопы, полученные двумя первыми методами. В промышленном масштабе искусственные радиоактивные изотопы получают путем облучения (преимущественно нейтронного) соответствующих химических элементов в ядерном реакторе. В результате ядерной реакции типа (n, γ) получается изотоп того элемента, который облучается. При реакциях типа (n, α) и (n, p) образуются изотопы других элементов.
Токсикологическая характеристика наиболее опасных для биосферы радиоактивных изотопов.
Группы радиотоксичности. По степени биологического действия радионуклиды как потенциальные источники внутреннего облучения разделены на пять групп.
1. Группа А - радионуклиды особо высокой радиотоксичности. К данной группе относятся радиоактивные изотопы: свинец-210, полоний-210, радий-226, то-рий-230, уран-232, плутоний-238 и др. Среднегодовая допустимая концентрация (Ки/л) для них в воде установлена в пределах Х*(10ˉ° -10ˉ 10).
2. Группа Б - радионуклиды с высокой радиотоксичностью, для которых среднегодовая допустимая концентрация в воде равна Х-(10ˉ 7 -10ˉ 9) Ки/л. Сюда относятся изотопы: рутений-106, йод-131, церий-144, висмут-210, торий-234, уран-235, плутоний-241 и др. К этой же группе отнесен стронций-90, для которого указанная концентрация равна 4*10ˉ 10 .
3. Группа В - радионуклиды со средней радиотоксичностью. Для данной группы среднегодовая допустимая концентрация в воде установлена Х*(10ˉ²10ˉ 8) Ки/л. В группу включены изотопы: натрий-22, фосфор-32, сера-35, хлор-36, кальций-45, железо-59, кобальт-60, стронций-89, иттрий-90, молибден-99, сурьма-125, цезий-137, барий-140, золото-196 и др.
4. Группа Г-радионуклиды с наименьшей радиотоксичностью. Среднегодовая допустимая концентрация их в воде равна Х* (10ˉ 7 -10ˉ 6) Ки/л. В группу входят следующие изотопы: бериллий-7, углерод-14, фтор-18, хром-51, железо-55, медь-64, теллур-129, платина-197, ртуть-197, таллий-200 и др.
5. Группа Д. Эту группу составляет тритий и его химические соединения (окись трития и сверхтяжелая вода). Допустимая концентрация трития в воде установлена 3,2*10ˉ 6 Ки/л. На основе степени радиотоксичности предъявляются надлежащие санитарные требования при работе соответственно радиоактивному изотопу.
Технологические приёмы для снижения уровней радиоактивного загрязнения продуктов животноводства.
Использование ионизирующих излучений в сельском хозяйстве. Исследования действия ионизирующей радиации на биологические объекты в зависимости от дозы, мощности облучения и состояния облучаемого объекта послужили основой разработки и внедрения в сельское хозяйство радиационно-биологической технологии. В качестве источников излучения избраны кобальт-60 и цезий-137. Они имеют длительный период полураспада; сравнительно высокую проникающую способность гамма-излучения, которая не дает наведенной радиоактивности в облучаемых объектах; физико-механические свойства, позволяющие длительно эксплуатировать элементы в радиационно-биологических установках. Эти источники можно приобретать в необходимом количестве и располагать радиационно-биологическую установку на любом расстоянии от ядерного реактора. Кроме того, для данных целей могут использоваться ускорители электронов с энергией до 10 МэВ, а также источники излучения, «связанные» с ядерным реактором (радиационные контуры, частично или полностью отработанные ТвЭЛЫ).
В России для нужд сельского хозяйства и научных исследований в области радиационно-биологической технологии создан целый ряд передвижной и стационарной техники. Передвижные гамма-установки типа «Колос», «Стебель», «Стерилизатор» смонтированы на автомашинах или автоприцепах. Они предназначены для предпосевного облучения семян зерновых, зернобобовых, технических и других культур в условиях колхозов и совхозов.
Под влиянием рентгеновых лучей в дозе 25 Р отмечалось стимулирующее влияние не только на рост и развитие цыплят после облучения их в первые сутки жизни, но и на более раннее их созревание. Курочки опытной группы начинали яйцекладку в среднем на 7 дней раньше птиц контрольной группы; у них была несколько выше средняя масса тела (Белов, Киршин, Пак, 1984).
(А. М. Кузин и др. (1963) при облучении яиц в предынкубационный период дозой 1,4 Р отмечали увеличение процента вывода цыплят за счет снижения количества погибших эмбрионов. Эти цыплята были более жизнеспособные по сравнению с контрольными. Молодки опытной группы начинали нестись на 10 дней раньше.
Однократное облучение дозами 4-200 рад неполовозрелых кур в возрасте 112 дней приводило к увеличению яйценоскости на 119% по сравнению с контролем. В. И. Беркович тоже установил на большом количестве кур стимулирующее действие излучения.
Исследованиями ряда авторов (Киршин, Григорьев, Николаев и др.; 1983) выявлено, что предынкубационное облучение яиц гамма-лучами в дозе 100:±15 Р или цыплят в день вывода дозой 404=5 Р вызывает ряд положительных изменений в общем состоянии бройлеров в период их выращивания - они более активно проявляют групповые и индивидуальные рефлексы, лучше, чем контрольные, поедают корм.
Гамма-облучение суточных поросят крупной белой породы дозами 10-25 Р вызывало у них выраженный стимулирующий эффект. В первые 3 мес жизни масса тела у животных увеличивалась на 10-15%, к 6-месячному возрасту масса тела и средняя длина туловища превышали на 6-8% массу контрольных сверстников. Радиостимуляция не оказывала отрицательного влияния на органолептические и биохимические показатели мяса (Киршин, Григорьев, Пастухов, 1983).
Имеются данные, что лучевое воздействие дозами 10-30 Р повышает выживаемость и интенсивность роста норок, улучшает качество пушнины. При этом отмечено, что у самцов эффект выражен сильнее.
Есть данные, указывающие на то, что радиационная стерилизация питательных сред не только не понижает питательных свойств, но даже в той или иной степени повышает их качество для некоторых видов микроорганизмов.
Исследования последних лет показали экономическую целесообразность применения ионизирующих излучений для обеззараживания сырья животного происхождения - шерсти, пушно-мехового, кожевенного и другого сырья, неблагополучного по инфекционным болезням.
Разработаны режимы радиационного обеззараживания сырья при сибирской язве, листериозе, трихофитии и микроспории, чуме плотоядных, ящуре. Определены параметры гамма-установки для радиационного обеззараживания шерсти, кожевенного и пушно-мехового сырья, волос, пуха и пера.
Проведенные исследования лучевой стерилизации пищевых продуктов и по продлению сроков их хранения показывают, что этот прием будет применяться, хотя он и сопровождается некоторыми биохимическими изменениями продуктов, частичной потерей витаминов и изменениями органолептических свойств. В настоящее время ионизирующие излучения рекомендуют применять при хранении мяса, полуфабрикатов и кулинарных изделий из них, рыбы и других продуктов моря, пищевого картофеля, лука и прочих корнеплодов в весенне-летние месяцы, скоропортящихся ягод и фруктов на сроки их транспортировки от производителя к потребителю, концентратов фруктовых соков и т. д. Радиационная технология обработки и хранения продуктов основана на подавлении микробиальной обсемененности (радуризация) или радиационной стерилизации (радаппертизация).
Одной из сложных и недостаточно решенных проблем на животноводческих комплексах является обеззараживание навоза и навозных стоков. Проведенные исследования подтвердили перспективность метода обеззараживания их с помощью гамма-излучения и ускоренных электронов. Наиболее эффективным и экономически выгодным оказалось комбинированное воздействие ионизирующего излучения и физических (тепло, давление) или химических факторов, так как при этом удается значительно снизить обеззараживающую дозу для яиц гельминтов и микроорганизмов. Разработана технология обеззараживания навозных стоков на основе использования ионизирующего излучения (гамма-излучения или электронов), давления и температуры.
Известно, что борьба с вредителями сельскохозяйственных растений и собранного урожая - дело исключительной важности, поскольку дает возможность сохранить очень большое количество продукции (около 20% валового сбора). Для борьбы с насекомыми-вредителями предложено использовать ионизирующее излучение в трех основных направлениях:
а) радиационной половой стерилизации самцов насекомых, специально отловленных или разведенных и затем выпущенных в естественные условия, где данный вид насекомых распространен; стерильные самцы спариваются с самками, те откладывают стерильные (неоплодотворенные) яйца; личинки из таких кладок не выводятся, что приводит к уничтожению популяции;
б) радиационной селекции болезнетворных для насекомых-вредителей микроорганизмов, грибов и др.; на полях, обработанных такими препаратами, многие насекомые-вредители заболевали и гибли;
в) радиационной дезинсекции, т.е. уничтожения насекомых-вредителей сельскохозяйственной продукции облучением. Для этих целей создана передвижная гамма-установка «Дезинсектор», а в условиях элеваторов функционируют промышленные стационарные устройства.
Возникновение радиобиологии обязано трем великим открытиям, увенчавшим окончание предыдущего столетия:
1895 – открытие Вильгельмом Конрадом Рентгеном Х-лучей;
1896 – открытие Анри Беккерелем естественной радиоактивности урана;
1898–открытие четой Кюри – Марией Склодовской и Пьером радиоактивных свойств полония и радия.
Вильгельму Конраду Рентгену ко времени его великого открытия было 50 лет. Он руководил тогда физическим институтом и кафедрой физики Вюрцбургского университета. 8 ноября 1895 г.Рентген, как обычно, поздно вечером закончил эксперименты в лаборатории. Погасив свет в комнате, он заметил в темноте зеленоватое свечение, исходившее от кристаллов соли, рассыпанных на столе. Оказалось, что он забыл выключить напряжение на катодной трубке, с которой работал в тот день. Свечение немедленно прекращалось, как только отключался ток, и тотчас возникало при его включении. Исследуя загадочное явление, Рентген пришел к гениальному выводу: при прохождении тока через трубку в ней возникает какое-то неизвестное излучение. Именно оно вызывает свечение кристаллов. Не зная природы этого излучения, он назвал его Х-лучами.
Возникшая шумиха и небылицы не могли ослабить интереса к великому открытию. Рентгеновские лучи немедленно стали не только предметом глубокого изучения во всем мире, но и быстро нашли практическое применение. Кроме того, они послужили непосредственным импульсом к обнаружению нового явления – естественной радиоактивности, которое потрясло мир менее чем через полгода после открытия рентгеновских лучей.
Рентгеновские лучи не только немедленно стали предметом глубокого изучения во всем мире, но и быстро нашли практическое применение. Кроме того, они послужили импульсом к открытию нового явления – естественной радиоактивности, которое потрясло мир менее чем через полгода после открытия рентгеновских лучей. Одним из тех, кто интересовался природой «всепроникающих» рентгеновских лучей, был профессор физики Парижского музея естественной истории Анри Беккерель. Проявив однажды оставленную на столе фотопластинку, завернутую в черную бумагу, Беккерель обнаружил, что она засвечена лишь в том месте, где лежала насыпанной соль урана. Несколько раз повторив наблюдения при солнечной и пасмурной погоде, ученый пришел к выводу, что уран произвольно, независимо от солнечного излучения, испускает невидимые глазу «урановые лучи».
Десятки исследователей после открытия Рентгена были иском новых таинственных излучений. Но лишь пытливому и талантливому А. Беккерелю удалось отличить от индуцируемой солнечным светом люминесценции самопроизвольное испускание ураном проникающего излучения.
Десятки исследователей после открытия Рентгена были заняты поиском новых таинственных излучений. Изучение этого явления стало предметом страстных исканий великого польского ученого Марии Склодовской-Кюри, а вскоре – и ее мужа, не менее блестящего французского исследователя Пьера Кюри.
18 июля 1898 года супруги Кюри сообщили об открытии нового радиоактивного элемента – полония названного в честь родины М. Кюри – Польши, а 26 декабря М. Кюри и Ж. Бемон – об открытии второго радиоактивного элемента – радия.Работы по исследованию радиоактивности продолжали бурно развиваться. В 1899 году М. Кюри обнаружила, что воздух вокруг соединений радия становится проводником электрического тока, а в 1900 году немецкий химик Э. Дорн сообщил об открытии им нового газообразного радиоактивного элемента, выделяющегося из препаратов радия. Он назвал этот элемент радоном. В том же году в Англии Э. Резерфорд и Р. Оуэне установили, что торий выделяет радиоактивный газ, который они назвали эманацией (торон).Несколько позже А. Дебьерн и независимо от него Ф. Гизель, исследуя актиний, показали, что из него также выделяется радиоактивный газ. В том же году канадец Дж. Мак-Леннон установил, что в результате радиоактивных превращений радия образуется стабильный радий-G (RaG), а О. Ган и Л. Майтнер нашли конечный продукт превращения тория – стабильный торий-D (ThD).
В 1900 году английский ученый В. Крукс и независимо от него
А.
В 1911 году К. Фаянс определил, что радиоактивное превращение RaC идет двумя путями: с образованием радия-С/(RаС) и радия-С"(RаС"). В том же году русский ученый Г. Н.
Антонов в лаборатории Резерфорда по кривой распада UX нашел, что в нем имеется радиоактивная примесь – элемент, который он назвал ypaн-Y(UY). В 1913 году Ф. Содди и немецкий ученый О. Геринг обнаружили в продуктах распада урана уран-Х 2 (UX 2), названный бревием, а англичане Э. Марсден и Р. Вильсон – двойственность распада тория-С на торий-С" (ThC") и торий-D (ThD). Г. Мак-Кой и Ш. Виоль в США исследовали химические свойства радиоактивных элементов – продуктов распада тория. Далее, О. Ган иЛ. Майтнер и независимо от них Ф. Содди и Дж. Кренстон выделили из урановых руд новый радиоактивный элемент протактиний (Ра) – предшественник актиния.
Число вновь открытых радиоактивных элементов катастрофически увеличивалось, что противоречило периодической системе элементов
Д.И. Менделеева. Большинству из них не было места в этой системе. В то же время, как мы видели, накапливались сведения о превращениях одних радиоактивных элементов в другие, об их взаимосвязи. Все эти открытия новых элементов проводились по проторенной М. Кюри дорожке – методом носителей.
Кто открыл радиоактивность и совершил столь значимое открытие в науке, Вы узнаете из этой статьи.
Кто открыл радиоактивность?
Официальной наукой считается, что супруги и открыли радиоактивность. Но данное явление перед супругами было случайно открыто несколькими учеными ранее.
Впервые явление радиоактивности открыл фотограф Абель Ньепс де Сен-Виктор, причем совершенно случайно в 1857 году, когда совершил попытку получить цветные снимки. Проводя эксперименты с солями металлов, он сделал открытие, что некоторые соли в темноте оставляют на фотобумаге отпечатки. Ими были соли урана, которые служили невидимым источником излучения радиоактивности. Но она считалась опасной для человека, поэтому на время о ней забыли.
Французский физик Антуан Беккерель занимался исследованием фосфоресцентных минералов, которые после пребывания на солнце некоторое время светятся. До этого он изучал рентгеновские излучения и считал, что они связаны между собой. С целью проверки данного предположения, Беккерель экспериментировал с солями урана, которые подтвердили его гипотезу. Так им была обнаружена радиоактивность в 1896.
Однако термин «радиоактивность» придумал и ввел в научный оборот вовсе не он, а Мари Склодовская-Кюри . Она вместе со своим супругом Пьером занималась исследованием данного явления.
Французский физик А.Баккрель 1 марта 1896 года обнаружил по почернению фотопластинки испускание солью урана невидимых лучей сильной проникающей способности. Вскоре он выяснил, что свойством лучеиспускания обладает и сам уран. Затем такое свойство им было обнаружено и у тория. Радиоактивность (от латинского radio – излучаю, radus – луч и activus – действенный), такое название получило открытое явление, которое оказалось привилегией самых тяжелых элементов периодической системы Д.И.Менделеева.
Есть несколько определений этого замечательного явления одно из которых дает такую ее формулировку: «Радиоактивность – это самопроизвольное (спонтанное) превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп (обычно изотоп другого элемента); при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия (ά-частиц)» Сущностью открытого явления было в самопроизвольном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии либо в возбужденном долгоживущем состоянии.
В 1898 году другие французские ученые Мария Склодовская-Кюри и Пьер Кюри выделили из уранового минерала два новых вещества, радиоактивных в гораздо большей степени, чем уран и торий Так были открыты два неизвестных ранее радиоактивных элемента - полоний и радий, а Мария, кроме того обнаруживает (независимо от немецкого физика Г.Шмидта) явление радиоактивности у тория. Кстати, она первой и предложила термин радиоактивность . Ученые пришли к выводу, что радиоактивность представляет собой самопроизвольный процесс, происходящий в атомах радиоактивных элементов. Теперь это явление определяют как самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа одного химического элеента в изотоп другого элемента и при этом происходит испускание электронов, протонов, нейтронов или ядер гелия α – частиц. Здесь следует отметить, что среди элементов, содержащихся в земной коре, радиоактивными являются все с порядковыми номерами более 83, т.е. расположенными в таблице Менделеева после висмута. За 10 лет совместной работы они сделали очень многое для изучения явления радиоактивности. Это был беззаветный труд во имя науки – в плохо оборудованной лаборатории и при отсутствии необходимых средств. Пьер установил самопроизвольное выделение тепла солями радия. Этот препарат радия исследователи получили в 1902 году в количестве 0,1 гр. Для этого им потребовалось 45 месяцев напряженного туда и более 10000 химических операций освобождения и кристаллизации. В 1903 году за открытие в области радиоактивности супругам Кюри и А.Беккерею была присуждена Нобелевская премия по физике. Всего за работы, связанные с исследованием и применением радиоактивности, было присуждено более 10 Нобелевских премий по физике и химии (А.Беккерею, П. и М. Кюри, Э.Ферми, Э.Резерфорду, Ф. и И. Жолио-Кюри, Д.Хэвиши, О.Гану, Э.Макмиланн и Г.Сиборгу, У.Либби и др.). В честь супругов Кюри получил свое название искусственно полученный трансурановый элемент с порядковым номером 96 – кюрий.
В 1898 году английский ученый Э.Резерфорд приступил к изучению явления радиоактивности. В 1903 году Э.Резерфорд доказывает ошибочность предположения английского физика Д.Томпсона о его теории строении атома и в 1908-1911 г.г. проводит опыты по рассеянию α – частиц (ядер гелия) металлической фольгой. α – частица проходила сквозь тонкую фольгу (толщиной 1 мкм) и, попадая на экран из сернистого цинка, порождала вспышку, хорошо наблюдаемую в микроскоп. Опыты по рассеянию α – частиц убедительно показали, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме – атомном ядре, диаметр которого примерно в 100000 раз меньше диаметра атома. Большинство α – частиц пролетает мимо массивного ядра, не задевая его, но изредка происходит столкновение α – частицы с ядром и тогда она может отскочить назад. Таким образом, первым его фундаментальным открытием в этой области было обнаружение неоднородности излучения, испускаемого ураном. Так в науку о радиоактивности впервые вошло понятие об α – и β - лучах. Он также предложил и названия: α –распад и α – частица. Немного позже была обнаружена еще одна составляющая часть излучения, обозначенная третьей буквой греческого алфавита: γ-лучи. Это произошло вскоре после открытия радиоактивности. На долгие годы α – частицы стали для Э.Резерфорда незаменимым инструментом исследований атомных ядер. В 1903 году он открывает новый радиоактивный элемент – эманацию тория. В 1901-1903 годах он совместно с английским ученым Ф.Содди проводит исследования, которые привели к открытию естественного превращения элеентов(например радия в радон) и разработке теории радиоактивного распада атомов.
В 1903 году немецкий физик К.Фаянс и Ф.Содди независимо друг от друга сформулировали правило смещения, характеризующее перемещение изотопа в периодической системе элементов при различных радиоактивных превращениях.
Весной 1934 года в «Докладах Парижской академии наук» появилась статья под названием «Новый тип радиоактивности». Ее авторы Ирен Жолио-Кюри и ее муж Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что бор, магний, и алюминий, облученные α – частицами, становятся сами радиоактивными и при своем распаде испускают позитроны. Так была открыта искусственная радиоактивность. В результате ядерных реакций (например, при облучении различных элементов α – частицами или нейтронами) образуется радиоактивные изотопы элементов, в природе не существующие. Именно эти искусственные радиоактивные продукты составляют подавляющее большинство среди всех известных ныне изотопов. Во многих случаях продукты радиоактивного распада сами оказываются радиоактивными и, тогда образованию стабильного изотопа предшествует цепочка из нескольких актов радиоактивного распада. Примерами таких цепочек являются ряды периодических изотопов тяжелых элементов, которые начинаются нуклеидами 238 U, 235 U, 232 и заканчиваются стабильными изотопами свинца 206 Pb, 207 Pb, 208 Pb. Так из общего числа известных ныне около 2000 радиоактивных изотопов около 300 – природные, а остальные получены искусственно, в результате ядерных реакций. Между искусственной и естественной радиацией нет принципиального различия. В 1934 г. И. и Ф. Жолио-Кюри в результате изучения искусственной радиации были открыты новые варианты β–распада – испускание позитронов, которые были первоначально предсказаны японскими учеными Х.Юккавой и С.Сакатой. И. и Ф. Жолио-Кюри осуществили ядерную реакцию, продуктом которой был радиоактивный изотоп фосфора с массовым числом 30. Выяснилось, что он испускал позитрон . Этот тип радиоактивных превращений называют β + распадом (подразумевая под β - распадом испускание электрона).
Один из выдающихся ученых современности Э.Ферми, свои главные работы посвятил исследованиям, связанным с искусственной радиоактивностью. Созданная им в 1934 году теория бетта-распада и в настоящее время используется физиками для познания мира элементарных частиц.
Теоретики уже давно предсказывают возможность двойного β - превращения в 2 β - распада, при которой одновременно испускаются два электрона или два позитрона, однако на практике этот путь «гибели» радиоактивного ядра пока не обнаружен. Зато сравнительно недавно удалось наблюдать очень редкое явление протонной радиоактивности – испускание ядром протона и доказано существование двупротонной радиоактивности, предсказанное ученым В.И.Гольданским. Всем этим видам радиоактивных превращений подтверждены только искусственные радиоизотопы, и в природе они не встречаются.
В последствии целым рядом ученых разных стран (Дж.Данинг, В.А.Карнаухов, Г.Н.Флеров, И.В.Курчатов и др.) были обнаружены сложные, включающие β–распад, превращения, в том числе испускание запаздывающих нейтронов.
Одним из первых ученых в бывшем СССР, который приступил к изучению физики атомных ядер вообще и радиоактивности в частности был академик И.В.Курчатов. В 1934 году он открыл явление разветвления ядерных реакций, вызываемых нейтронной бомбардировкой и исследовал искусственную радиоактивность. ряда химических элементов. В 1935 году при облучении брома потоками нейтронов Курчатов и его сотрудники заметили, что возникающие при этом радиоактивные атомы брома распадаются с двумя различными скоростями. Такие атомы назвали изомерами, а открытое учеными явление изомерией.
Наукой было установлено, что быстрые нейтроны способны разрушать ядра урана. При этом выделяется много энергии и образуются новые нейтроны, способные продолжать процесс деления ядер урана. Позднее обнаружилось, что атомные ядра урана могут делиться и без помощи нейтронов. Так было установлено самопроизвольное (спонтанное) деление урана. В честь выдающегося ученого в области ядерной физики и радиоактивности 104-й элемент периодической системы Менделеева назван курчатовием.
Открытие радиоактивности оказало огромное влияние на развитие науки и техники, Оно ознаменовало начало эпохи интенсивного изучения свойств и структуры веществ. Новые перспективы, возникшие в энергетике, промышленности, военной области медицине и других областях человеческой деятельности благодаря овладению ядерной энергией, были вызваны к жизни обнаружением способности химических элементов к самопроизвольным превращениям. Однако, наряду с положительными факторами использования свойств радиоактивности в интересах человечества можно привести примеры и негативного их вмешательства в нашу жизнь. К числу таких можно относится ядерное оружие во всех его формах, затонувшие корабли и подводные лодки с атомными двигателями и атомным оружием, захоронение радиоактивных отходах в море и на земле, аварии на атомных электростанциях и др. а непосредственно для Украины использование радиоактивности в атомной энергетике привело к Чернобыльской трагедии.
Р Е Ф Е Р А Т
на тему: О Т К Р Ы Т И Е