Розділ 2 Становлення та розвиток радіоекології

2.1. Перші відомості про радіоактивність

Явище радіоактивності не нове – новизна полягає лише у тому, що люди навчилися його використовувати. На Землі радіоактивність існувала ще до зародження життя і вже була присутня в космічному просторі до виникнення самої планети. Навіть людина, певною мірою, є дещо радіоактивною, оскільки в її організмі у незначній кількості присутні радіоактивні речовини.

Ядерний літопис слід вести з 1896 р. Почалося все з однієї наукової помилки, або, щоб бути більш точним, з неправильною наукової гіпотези. Питання стояло про природу загадкових тоді «X-променів», відкритих незадовго перед цим (1895 р.) Рентгеном і названих нині рентгенівськими променями. Учені всіх країн перебували тоді під враженням цього відкриття. Робота Рентгена ретельно вивчалася й обговорювалася. Французький вчений Анрі Беккерель звернув увагу на зазначення Рентгена про те, що виявлені їм невидимі оком рентгенівські промені виходять з кінця скляної трубки, що світиться жовтувато-зеленим світлом, що нагадує світло люмінесцентних речовин. І жовто-зелене свічення, і рентгенівські промені виходили з одного і того ж місця скляної трубки. Це не було випадковістю. У трубці, з якою виробляв свої дослідження Рентген, виникнення «X-променів» завжди супроводжувалося жовтувато-зеленим світінням скла.

Беккерель довгий час займався вивченням різних люмінесцентних речовин, які під впливом сонячного освітлення починають випромінювати свій власний, характерний для них світло. Думка, яка послужила поштовхом до дослідів Беккереля, була проста - чи не є люмінесценція причиною рентгенівських променів? Може бути, рентгенівські промені існують завжди, коли є люмінесценція? Зараз, у світлі наших знань про будову атома і природі рентгенівських променів, ця думка здається смішниою, але в той час, коли природа цих променів була невідома, це припущення здавалося цілком природним.

Треба сказати, що Беккерелю пощастило. Завдяки щасливому випадку в якості люмінесцентної речовини він взяв одну з солей урану - подвійну сірчанокислу сіль урану і калію. Ця обставина обумовила успіх досвіду. Сам досвід був вкрай простий і полягав у наступному. Фотографічна пластинка ретельно заверталась в чорний папір, не прозорий для видимих ​​променів. Поверх паперу на платівку містилася подвійна сірчана сіль урану-калію. Після цього пластинка виставлялася на яскраве сонячне світло. Через декілька годин пластинка виявлялася з дотриманням всіх необхідних запобіжних заходів. При цьому на платівці була виявлена темна пляма, що нагадує по своїй формі контури люмінесцентної речовини.

Серією контрольних дослідів Беккерель показав, що це потемніння з'явилося в результаті дії на фотографічну пластинку променів, що виходять з подвійної сірчанокислої солі урану-калію і проходять через непроникну для сонячного світла чорний папір.

Спочатку Беккерель не сумнівався в тому, що це і є рентгенівські промені. Однак дуже скоро він зрозумів, що помилився. Одного разу трапилося так, що день, в який він виробляв свої досліди, був похмурим, і сіль урану була не здатна до люмінесценції. Вважаючи, що досвід буде невдалий, він прибрав платівку разом з подвійною сірчанокислою сіллю урану-калію в шафу, де вона і пролежала кілька днів. Перед новим досвідом, не будучи впевненим у придатності цієї платівки, він її виявив. На свій подив, він виявив на платівці потемніння, що представляє відбиток солі, причому інтенсивність відбитка була надзвичайно сильною. Справа була зовсім не в люмінесценції: щось діяло на платівку й без неї. Було очевидно, що Беккерель зіткнувся з якимись новими променями. Дуже швидко вдалося встановити, що ці промені зобов'язані своїм виникненням урану. Тільки ті з люмінесцентних речовин, до складу яких входив уран, діяли на фотографічну пластинку. На фотопластинку діяли будь-які солі урану. Проте найсильніше діяв сам уран.

Промені, відкриті Беккерелем, дещо подібні з променями Рентгена. Вони діють на фотопластинку, проходять через чорний папір і шари металу невеликої товщини. Є, однак, і велика різниця між цими променями. Рентгенівські промені виникають при електричному розряді, що відбувається в сильно розрідженому газі. Тиск газу має бути близько однієї мільйонної частки атмосферного тиску. До електродів, між якими відбувається розряд, необхідно докласти дуже високу напругу, - у сотні разів перевищує напругу в 110 вольт, якою ми користуємося в повсякденному житті. Рентгенівські промені виникають при цих умовах незалежно від природи газу, що наповнює рентгенівську трубку, а також незалежно від речовини, з якої зроблені електроди.

Промені Беккереля не вимагають ніякого електричної напруги, ані великої, ні малої. Не потрібен і розріджений газ. Рентгенівські промені виникають тільки в присутності електричного розряду; промені Беккереля випромінюються завжди, весь час, безперервно. Але їх випромінює тільки уран. Чи тільки уран? Це питання і було поставлено Марією Склодовською-Кюрі.

Пошуки Марії Кюрі були тривалі й неймовірно важкі. Вони тривали близько двох років, протягом яких була досліджена величезна кількість різних солей, мінералів, рудних порід. Нарешті, Кюрі домоглася успіху. Виявилося, що солі торію також випускають промені Беккереля. Так само, як і у випадку урану, виявилося, що інтенсивність беккерелевих променів тим більша, чим більше торію містилося в речовині, і що чистий торій в порівнянні з його сполуками відрізняється найбільшою інтенсивністю.

У пошуках речовин, що випускають беккерелеві промені, Марія Кюрі не користувалася фотографічною плівкою. Вона застосовувала іншу чудову властивість цих променів, виявлену Беккерелем.

У своїх перших дослідах він зауважив, що під впливом променів, що випускаються ураном, повітря стає провідником електрики. Це чудова властивість беккерелевих променів сильно спрощує пошуки речовин, які їх випромінюють.

Випробування речовини виробляється просто. Заряджають електроскоп - прилад, що дозволяє вимірювати електричні заряди. Коли електроскоп заряджають, листочки його, прикріплені до металевого стрижня, відштовхуються один від одного і розходяться на деякий кут, тим більший, чим більший заряд отримує електроскоп. У такому положенні листочки будуть знаходитися до тих пір, поки на стержні електроскопа буде зберігатися заряд. Заряд же буде зберігатися лише в тому випадку, якщо листочки будуть добре ізольовані від корпусу електроскопа. Повітря, як відомо, є добрим ізолятором, тому зазвичай листочки, що відійшли один від одного, досить довго зберігають своє положення. Варто, однак, внести до електроскопу трохи урану або його солей, як він швидко розрядиться, листочки спадуть і з'єднаються один з одним. Так, протягом буквально двох-трьох хвилин можна встановити, чи випромінює випробувана речовина промені Беккереля чи ні (слід зазначити, що цей простий спосіб виявлення речовин, випромінюючих промені Беккереля, знаходить собі застосування і понині).

Продовжуючи свої пошуки, Кюрі натрапила на дивний факт. Виявилося, що уранова смоляна обманка - руда, з якої добувають металевий уран, випускає беккерелеві промені з набагато більшою інтенсивністю, ніж чистий уран. Стало ясно, що в смоляний обманці знаходиться у вигляді домішок якась нова речовина, здатна випускати промені Беккереля з дуже великою інтенсивністю, бо мала домішка цієї речовини, що проходило повз увагу хіміків, випромінювала сильніше, ніж уран, якого в руді було незрівнянно більше. Довгою і наполегливою працею Марії Кюрі, що працювала разом зі своїм чоловіком П'єром Кюрі, вдалося виділити дві нових речовини - носіїв беккерелевского випромінювання. Всім речовинам, здатним випромінювати промені Беккереля, Марія Кюрі дала загальна назва-радіоактивні (що означає здатні випускати промені), а саме явище - випускання цих променів - отримало назву радіоактивності. Надалі і самі промені, відкриті Беккерелем, стали називати радіоактивними променями.

Дві нових речовини, відкритих Кюрі, не перебували в списку раніше відомих елементів (уран і торій були відомі задовго до відкриття Беккереля). Це були нові елементи. Один з них був названий полонієм (на честь Польщі - батьківщини Марії Склодовської-Кюрі). Інший радіоактивний елемент, подібний за хімічними властивостями з барієм, назвали радієм. Відкриття радію було великою справою. За своїм значенням його можна сміливо поставити в один ряд з відкриттям променів Беккереля або Рентгена. Інтенсивність випромінювання радію опинилася в мільйон разів більше інтенсивності променів урану. Це кількісне розходження призвело до величезних наслідків. Завдяки силі радієвого випромінювання вдалося помітити цілий ряд нових властивостей радіоактивних променів, а деякі з них знайшли собі незабаром і практичне застосування.

2.2. Властивості радіоактивного випромінювання

Одного разу Беккерель взяв у П'єра Кюрі невелику кількість препарату радію, укладеного в скляну трубочку, з тим, щоб продемонструвати його властивості студентам на лекції. Трубочку з радієм він поклав у кишені жилета. Кілька годин він проходив з радієвий препаратом. Через кілька днів він виявив у себе на шкірі, в тому місці, яке знаходилося проти кишені жилета, почервоніння, яка нагадувала за своєю формою трубочку з препаратом радію. Ще через кілька днів Беккерель відчув сильний біль, шкіра почала тріскатися, утворилася виразка. Він змушений був звернутися до лікаря. Лікар лікував цю рану так само, як лікують опік. Приблизно через два місяці рана зарубцювалася. П'єр Кюрі виконав на собі ряд дослідів з метою перевірки і уточнення дії променів радію, про який повідомив йому Беккерель. Повідомлення підтвердилося. Десятигодинне опромінення шкіри на руці препаратом радію привело через кілька днів до таких самих наслідків: почервоніння, запалення, відкрита рана, на лікування якої знадобилося чотири місяці.

Дослідами Кюрі зацікавився доктор Данло, який зайнявся систематичним вивченням дії променів радію на тварин, а потім і на людей. Незабаром з'ясувалося, що слабкі дози променів радію здатні в деяких випадках робити позитивний вплив на організм. Наприклад, вони добре виліковували різні шкірні захворювання.

Після того, як результати цих дослідів стали відомі, вивчення медичної і біологічної дії променів радію прийняло широкий характер. Через деякий час було відмічено, що промені радію по-різному діють на різні клітини і тканини. Ті клітини, які швидко розмножуються, особливо сильно страждають від руйнівної дії променів радію. Це видатне відкриття одразу визначило практичну цінність променів. Радій став неоціненним помічником лікарів у боротьбі зі страшним бичем людства - раковими захворюваннями.

Ракова пухлина складається з надзвичайно клітин,що швидко розмножуються, тому промені радію є для неї набагато більш руйнівними, ніж на нормальні здорові тканини. Лікування радієм проводиться таким чином: препарат радію, поміщений у золотий футляр, розташовують можливо ближче до пухлини і протягом деякого часу проводять опромінення. Якщо хвороба не дуже запущена і якщо пухлина не надто глибоко залягає в організмі, лікування йде цілком успішно і швидко.

Інша властивість променів радію, також одержала практичне застосування, було відмічено відразу ж після отримання перших сильних його препаратів.

Виявилося, що промені радію, так само як і сонячні промені, здатні порушувати люмінесценцію різних люмінесцентних речовин. Цілком мікроскопічні частки радію змушують яскраво світитися в темряві екрани із сірчистого цинку та інших подібних речовин.

Домішуючи до сірчистого цинку незначні частки радію, ми отримуємо склад, що безперервно світиться в темряві. Цим і скористалися, наприклад, для виробництва годинників зі світловим циферблатом. Під час першої світової війни обмазувалися приціли рушниць таким складом,що світиться, щоб можна було цілитися в темряві. Часто їм покривають стрілки і ділення різних приладів, щоб можна було і в темряві бачити їх свідчення. Сяючі склади застосовуються і зараз у багатьох галузях техніки і у військовій справі.