11.3 Радиоактивность

Вслед за открытием рентгеновского излучения французский физик Антуан Анри Беккерель (1852-1908), проводя опыты по изучению рентгеновских лучей, обнаружил, что урановая соль способна засвечивать фотопластинку. Причем это воздействие не зависело от окружающей его температуры, давления, освещенности и других внешних воздействий. Из этого он заключил, что имеет дело с особым видом излучения. Первые же исследования показали, что данное излучение способно проникать через тонкие металлические экраны, ионизирует воздух и заставляет флюоресцировать некоторые вещества.

Открытое Беккерелем явление было обстоятельно изучено супругами Пьером Кюри (1859-1906) и Марией Склодовской-Кюри (1867-1934). Они обнаружили, что урановая смоляная руда способна давать излучение в четыре раза интенсивнее, чем металлический уран. Это дало основание предположить, что в природе существуют более мощные источники излучения, чем уран. В результате многочисленных кропотливых опытов они открыли два новых элемента также способных самопроизвольно испускать лучи. Эти элементы были названы полоний и радий. Вещества, испускающие новое излучение, были названы радиоактивными, а само явление радиоактивностью.

Исследования показали, что радиоактивное излучение является неоднородным. Оказалось, что в магнитном поле пучок радиоактивного излучения расщепляется на три составляющие. Одна составляющая отклонялась в магнитном поле в сторону, причем так, как отклонялись бы положительно заряженные частицы. Другая часть лучей отклонялась в другую сторону, что свидетельствовало о наличии у них отрицательного заряда. На третью составляющую магнитное поле влияния не оказывало. Эти три вида излучения были названы -, - и -лучами, соответственно.

-лучи представляют собой поток так называемых -частиц. При ударе об экран сернистого цинка каждая -частица вызывает слабую вспышку (сцинтилляцию). Измеряя число таких вспышек времени можно определить их количество. Так, один грамм радия испускает в единицу времени 3,710¹⁰ частиц. Измерения суммарного заряда и массы этих частиц показали, что заряд -частиц положительный и равен по модулю q = 3,210^–19 Кл, а масса совпадает с массой двухзарядного иона гелия He⁺⁺. При потере заряда -частица превращается в атом гелия. Таким образом, -частицы представляют из себя не что иное как ядро атома гелия. Способность пробивать тонкий слой стекла показывает, что вылетающие при радиоактивном распаде -частицы обладают энергией порядка нескольких миллионов эВ. Двигаясь в веществе, -частицы ионизуют атомы. В воздухе одна -частица может ионизовать несколько сотен молекул. В жидкостях и твердых телах из-за высокой плотности атомов проникающая способность -частиц невелика.

Измерение удельного заряда -частиц показало, что они являются потоком высокоэнергетичных электронов, скорость которых достигает значении 0,999с, что соответствует энергии ~10 МэВ. Благодаря большой скорости -частицы пролетают мимо атомов вещества в 10-15 раз быстрее -частиц той же энергии. Кроме того, большие скорости движения приводят к заметному сжатию электромагнитного поля в направлении их движения. В результате вероятность ионизирующего действия -частиц на вещество значительно меньше, чем у -частиц.

Отсутствие отклонения в магнитном поле и огромная проникающая способность -лучей указывает на их сходство с рентгеновскими лучами. Исследования показали, что -лучи являются жестким электромагнитным излучением с длиной волны меньше 0,1 нм и энергией от 0,1 до 10 МэВ .