От водорода до …? - Таубе Петр Рейнгольдович - Страница 6

По природе и свойствам радиоактивные излучения делятся на три вида, называемые по первым буквам греческого алфавита альфа-, бета- и гамма-лучами. Из них только гамма-лучи действительно являются лучами, т. е. очень короткими электромагнитными волнами, распространяющимися со скоростью света (300 000 км в сек). Они обладают, подобно рентгеновским лучам, большой проникающей способностью, которая для воздуха измеряется сотнями метров. Для полного поглощения гамма-лучей требуется слой свинца не менее 15–20 см. Для ослабления действия гамма-лучей в два раза необходим слой свинца в 1,5 см или слой железа в 3 см; слой бетона должен иметь уже 10 см, а дерева — 25 см.

Бета-лучи — это поток отрицательно заряженных частиц, одинаковых по природе, величине заряда, массе с электронами. Проникающая способность бета-лучей значительно меньше, чем гамма-лучей, и для воздуха измеряется 18–20 м. Слой свинца в 3 мм толщиной полностью задерживает бета-лучи.

Альфа-лучи — это поток положительно заряженных частиц, называемых альфа-частицами и представляющих собой ядра атомов гелия. Каждая альфа-частица содержит 2 протона и 2 нейтрона, т. е. массовое число ее равняется четырем, а заряд — двум единицам. Скорость распространения альфа-частиц достигает 20 000 км в сек. Проникающая способность альфа-лучей еще меньше, чем бета-лучей. В воздух альфа-лучи проникают на 10–12 см, а лист обыкновенной писчей бумаги задерживает их почти полностью. В состав радиоактивного излучения не обязательно входят все три вида лучей одновременно.

В настоящее время различают естественную и искусственную радиоактивность. Естественной называют радиоактивность естественных, т. е. встречающихся в природе, химических элементов, или их изотопов. Радиоактивность, которой обладают элементы, или их изотопы, полученные искусственным путем, называется искусственной радиоактивностью.

Изучение радиоактивности показывает, что испускание тех или иных лучей сопровождается распадом атомов одних химических элементов и образованием других. Иными словами, атомы элементов могут превращаться друг в друга. Так, например, твердый радиоактивный элемент радий в процессе излучений переходит в другой, тоже радиоактивный, но уже газообразный элемент — радон. Последний в процессе излучения, вновь распадаясь, превращается в новый элемент полоний и т. д.

Все образующиеся в процессе излучения продукты можно расположить в единый радиоактивный ряд, или семейство элементов. Такое превращение одного радиоактивного элемента в другой происходит до тех пор, пока в результате радиоактивного распада не образуются атомы устойчивого нерадиоактивного элемента. В настоящее время известны 4 радиоактивных ряда: ряд урана, ряд тория, ряд актиния и ряд нептуния. Каждый ряд заканчивается нерадиоактивным изотопом свинца. Поэтому все элементы, расположенные в таблице Д. И. Менделеева за свинцом, как правило, обладают естественной радиоактивностью. Для характеристики продолжительности существования, или, как говорят, «жизни» радиоактивного элемента, пользуются специальным понятием, называемым периодом полураспада. Периодом полураспада называется время, в течение которого количество радиоактивного вещества уменьшается наполовину. Так, например, период полураспада радия с массовым числом 226 равен 1590 лет. Это значит, что от одного грамма радия через 1590 лет останется полграмма, через следующее 1590 лет — четверть грамма и т. д. Периоды полураспада могут колебаться в весьма широких интервалах. Так, период полураспада урана с массовым числом 238 равен 4,5 млрд. лет, в то время, как полоний с массовым числом 213 имеет период полураспада, равный одной миллионной доле секунды.

Изучение радиоактивности открыло новый способ воздействия на атомное ядро, а именно: воздействие радиоактивным излучением. В 1919 г. английский физик Резерфорд применил для разрушений атомных ядер энергию альфа-частиц. «Бомбардируя» имя атомы азота, он получил ядра одного из изотопов кислорода. Вскоре с помощью альфа-частиц удалось расщепить ядра и других химических элементов.

Изучая действие альфа-частиц на атомы устойчивых элементов, известные французские ученые Ирен и Фредерик Жолио-Кюри открыли возможность получения радиоактивных изотопов многих элементов искусственным путем. Открытый этими учеными способ заключается в облучении атомов химических элементов быстро двигающимися частицами. Для сообщения частицам больших скоростей в настоящее время применяют специальные устройства — ускорители. Это огромные технические сооружения, позволяющие с помощью электрической энергии сообщать частицам огромные скорости, а значит и энергию. Чтобы судить о развиваемой при этом скорости, достаточно сказать, что в одну секунду частица совершает путь, во много раз превышающий длину окружности экватора. В крупнейшем ускорителе, советском синхрофазотроне, вступившем в строй в 1957 г., частицы получают огромные энергии — в 10 млрд. электронвольт. О размерах советского синхрофазотрона можно судить по электромагниту, весящему 36 000 т.

Открытие ядерных реакций, ведущих к получению новых, не встречающихся в природе радиоактивных изотопов, явилось величайшим достижением человеческого гения, позволившим создавать радиоактивные изотопы для любого элемента периодической системы Д. И. Менделеева. Хотя общее число радиоактивных изотопов, полученных в настоящее время, как уже указывалось, приближается к тысяче, наибольшее практическое применение имеет сравнительно небольшое их число.

Многие века ученые полагали, что все существующие в природе цвета и их оттенки происходят в результате смешивания света с… «тьмой!». А так как «тьму» представляли носительницей черного цвета, то считалось, что основным цветом в природе является черный, от разбавления которого бесцветным «светом» получаются все остальные. Выходило, что, например, в синем цвете много «тьмы» и мало «света», в желтом, наоборот, много «света» и мало «тьмы».

Так думали, так считали, так утверждали. Однако никто не мог доказать справедливость такого заключения, никто не мог разложить какой-либо цвет на «тьму» и «свет».

И только в 1666 г. тогда еще молодой и мало известный, а впоследствии знаменитый физик, математик и астроном Исаак Ньютон впервые провел свой знаменитый опыт по разложению света с помощью стеклянной призмы. Суть этого опыта состоит в том, что если свет пропустить через стеклянную призму, то, пройдя ее, он развертывается в яркую полоску, составленную из различных постепенно переходящих один в другой цветов. В цветной полоске, получившей название спектра (от латинского слова «спектрум» — видимое) насчитывается семь цветов. Ньютон доказал, что существовавшее объяснение цветов неправильно. Оказалось, что не «тьма», а бесцветный свет, или белый цвет, как стали называть его впоследствии, является основным и состоит в свою очередь из семи цветов.

Почти двести лет спустя (в 1858 г.) после опытов Ньютона, профессор химии в Гейдельбергском университете Роберт Бунзен изобрел горелку для сжигания горючих газов. С помощью горелки Бунзена можно было получать пламя очень высокой температуры. Помещая в пламя горелки различные вещества, Бунзен заметил, что они, раскаляясь и превращаясь в пар, окрашивают пламя в различные цвета. Замечательным было то, что каждое вещество окрашивает пламя в определенный цвет. Так, например, медь дает пламя зеленого цвета, натрий — желтое пламя, стронций — малиново-красное.

Вначале Бунзен решил, что он открыл чрезвычайно простой, точный и, главное, быстрый способ анализа. Вместо длительных операций химического исследования вещества достаточно было внести исследуемое вещество в пламя горелки, чтобы по окраске пламени решить вопрос о природе вещества. Зеленое пламя укажет медь, желтое «скажет» о натрии, малиново-красное «откроет» стронций.

Но вскоре же пришло разочарование. Оказалось, что, например, литий дает пламя одинакового цвета со стронцием, слабая фиолетовая окраска пламени от калия исчезает, если вместе с ним присутствуют соединения натрия. Убедившись в том, что различные вещества, нагреваясь в горелке, дают очень часто пламя одинакового цвета, Бунзен уже был склонен прекратить свои исследования. Но ему помог Густав Кирхгоф, профессор физики, занимавший кафедру в том же Гейдельбергском университете.