Путь к «Нобелевке». Выпуск 10: Антуан Анри Беккерель. Радиоактивный крест

О целой династии разносторонних ученых, о том, как эксперименты с фотографией привели к Нобелевской премии и как физикой можно заниматься в консерватории, музее и школе, рассказываем в обновленной рубрике «Путь к «Нобелевке», которую мы реализуем на целом ряде научно-популярных порталов совместно с национальной премией «Вызов».

Итак, мы продолжаем рассказ о 1903 годе в нобелевских премиях и переходим к премии по физике, где мы задержимся сразу на три эпизода. Уже третий выпуск нашей рубрики «Как получить Нобелевку» посвящается премии по физике 1903 года. Тогда премия была разделена на три неравные части. Половину «забрали» себе муж и жена, Пьер и Мария Кюри, которые получили половину эту сумму в семейный бюджет в равных долях за исследования радиоактивности. Вторую половину получил человек, собственно открывший явление радиоактивности. Итак, встречайте, Анри Беккерель.

Родился: 15 декабря 1852 года, Париж, Франция.

Умер: 25 августа 1908 года, Ле Круазик, Франция.

Нобелевская премия по физике 1903 года (1/2 премии, совместно с Пьером и Марии Кюри).

Формулировка Нобелевского комитета: «В знак признания его выдающихся заслуг, выразившихся в открытии спонтанной радиоактивности» (in recognition of the extraordinary services he has rendered by his discovery of spontaneous radioactivity).

Надо сказать, что у нашего нынешнего героя шансов не стать ученым практически не было. Антуан Анри Беккерель — третий представитель великой плеяды из четырех ученых, членов Французской (Парижской) академии наук. Он даже родился в доме Кювье, который был собственностью Национального музея естественной истории. Его дед, Антуан Сезар Беккерель (1788-1878), был известным минералогом, изучал электрические свойства минералов и едва не дошел до открытия пьезоэлектрического эффекта, которое сделал Пьер Кюри со своим братом. Отец, Александр-Эдмон Беккерель (1820-1891), был одним из пионеров фотографии, изучал солнечный спектр и создал первый в истории фотоэлемент.

Позднее знаменитым физиком станет и сын Анри Беккереля, Жан Беккерель, работавший с низкими температурами совместно с первооткрывателем сверхпроводимости, нобелевским лауреатом 1913 года Хейке Камерлингом-Оннесом.

Само собой, юный Анри с детства был окружен наукой и получил самое лучшее образование, которое только можно было получить: лицей Людовика Великого, знаменитая Эколь Политекник, Высшая школа мостов и дорог. В 26 лет он получил работу в Музее естественной истории (который на самом деле был неким аналогом современного академического института), став ассистентом своего отца. Четыре года они в семейном подряде исследовали температуру Земли. Так появились первые научные публикации Беккереля-Третьего.

Затем последовали собственные исследования: поляризация света, люминесценция, поглощение света кристаллами. Именно последняя тема в 1888 году принесла Анри докторскую степень. Увы, через три года Беккерель стал совсем самостоятелен: отец умер, прожив достойную и довольно долгую жизнь. Беккерелю «всего» 39, но он получает сразу три должности: заведующий кафедрой физики в Консерватории искусств и ремесел (нет, там не было музыки), кафедрой физики в Музее естественной истории (там не было истории), а также (чуть позже) в Политехнической школе. Ну, и «для коллекции» — должность главного инженера в Управлении мостов и дорог.

В 1895 году произошло событие, которое в итоге принесло Нобелевскую премию не только великому немцу: Вильгельм Конрад Рентген открыл новые лучи, испускаемые катодной трубкой. Беккерель, работавший тогда с люминесценцией, решил проверить, не испускают ли люминесцентные вещества и рентгеновские лучи. Первое вещество, которое попалось ему под руку, было сульфатом уранила-калия.

Но сначала – некоторая предыстория. Вообще-то о радиоактивности писал еще отец нашего героя, совершенно не зная этого. В 1857 году Абель Ньепс де Сен-Виктор, фотограф и двоюродный брат одного из создателей фотографии Нисефора Ньепса, заметил, что урановые соли испускают излучение, которое «невидимо для глаз». К 1861 году он убедился в этом и рассказал отцу Беккереля, которого знал. В 1868 году Эдмон Беккерель публикует книгу La lumière: ses causes et ses effets, в которой французским языком было прямо сказано: некоторые объекты, подвергшиеся воздействию солнечного света, могут засвечивать фотографические пластины в темноте. Не заметили… и сыну пришлось переоткрывать все заново – и пойти немного дальше.

Как мы знаем, люминесценция — это вынужденное излучение, появляющееся под действием внешнего излучения. Эксперимент Беккереля был прост: он завернул фотопластинку в плотную бумагу, после чего положил сверху кристаллы уранил-калий сульфата и вынес на пару часов на свет. Бумагу проявляли, и она оказывалась засвеченной. Открытие? Вполне. Дадим слово самому Беккерелю и повторим то, что он говорил 27 февраля 1896 года французским академикам.

«Я поместил фотопластинку Люмьер с бромидной эмульсией между двумя листами очень толстой черной бумаги, так что пластина не вуалировалась («не засвечивалась» - прим. авт.) при воздействии солнца в течение дня. На лист бумаги, снаружи, клалась пластинка фосфоресцирующего вещества, которая в течение нескольких часов экспонировалась на солнце. Когда затем я развернул фотографическую пластину, я увидел узнает, что силуэт этой пластины появился черным на негативе. Если поместить между фосфоресцирующим веществом и бумагой монету или металлический экран, с вырезанным в нем рисунком, то изображение этих предметов будет видно на негативе ... Из этих экспериментов следует, что рассматриваемое фосфоресцирующее вещество излучает лучи, которые проходят через непрозрачную бумагу и восстанавливают из соли серебро».

Но пять дней спустя выяснилось неожиданное. Оказывается, бумага засвечивалась и в том случае, если кристаллы клали на нее в темноте и не выносили на солнце. Следовательно, это не люминесценция. Кристаллы сами по себе, без воздействия какого-либо источника испускают некие лучи. Радиацию, которая не ослабевает во времени. Слушаем дальше Беккереля, доклад от 2 марта:

«Я буду настаивать, в частности, на следующем факте, который мне кажется довольно важным и помимо явлений, которые можно было бы ожидать наблюдать: те же кристаллические «корки» [сульфата калия уранила], расположенные таким же образом по отношению к фотографическим пластинам, в тех же условиях и через те же экраны, но защищенные от возбуждения падающих лучей и удерживаемые в темноте, все еще производят те же фотографические изображения. Вот как мне удалось сделать это наблюдение: среди предыдущих экспериментов некоторые из них были подготовлены в среду 26-го и четверг 27-го февраля, и так как в эти дни солнце выходило только с перерывами, я держал аппараты подготовленными и возвращал случаи в темноту ящика бюро, оставляя на месте корки урановой соли. Так как солнце не вышло в последующие дни, я проявил фотографические пластины 1 марта, ожидая найти изображения очень слабыми. Вместо этого силуэты появились с большей интенсивностью ... Одна из гипотез, которая представляется разуму естественным, состояла бы в том, чтобы предположить, что эти лучи, эффект от которых имеет большое сходство с эффектами, создаваемыми лучами, изучаемыми М. Ленардом и М. Рентгеном («М.» - от «мсье», прим. авт.), являются невидимыми лучами, испускаемыми фосфоресценцией и сохраняющимися бесконечно дольше, чем продолжительность световых лучей, испускаемых этими телами [после облучения]. Однако нынешние эксперименты, не противоречащие этой гипотезе, не оправдывают этого вывода. Надеюсь, что эксперименты, которые я сейчас провожу, смогут внести некоторые ясности в этот новый класс явлений».

Снимок креста, сделанный Беккерелем при помощи радиации в этих экспериментах, считается одной из самых влиятельных и важных научных фотографий.

Позднее выяснилось, что если получить чистый уран, радиация оказывается сильнее. Ученица Беккереля, Мария Кюри, установила, что радиоактивным является и другой металл — торий.

Сам Беккерель открыл, что часть радиации — это, по-видимому, некие лучи, похожие на рентгеновские (позднее ученые установили, что это более энергичные, чем рентген, гамма-кванты), а другая часть — это открытые в 1897 году Джозефом Джоном Томсоном электроны. Чуть позже Эрнест Резерфорд откроет и альфа-частицы в радиации. О них мы поговорим в других выпусках нашего проекта.

Мир вступил в радиоактивную эпоху и эру изучения атома. Случайное открытие Беккереля удостоилось равной оценки с титаническим трудом его ученицы и ее мужа, супругов Кюри. В 1903 году все они стали Нобелевскими лауреатами. В представлении лауреатов-физиков на церемонии вручения премии говорится: «те особые виды излучения, которые до сих пор были известны лишь по электрическим разрядам в разреженном газе, являются естественными и широко распространенными явлениями. В результате получены новые методы, позволяющие при определенных условиях изучать существование материи в природе. Наконец, найден новый источник энергии, полное истолкование которого еще впереди».

Увы, работа над радиоактивными веществами не прошла для Беккереля бесследно: он пережил всего на два года погибшего в 1906 году Пьера Кюри и умер в возрасте 55 лет, оставив нам Беккереля-Четвертого, продолжившего великую физическую династию, а также единицу измерения активности радиоактивности источника. С 1975 года один распад в секунду в системе СИ называется беккерелем (бк). Любопытно, что внесистемная единица активности с 1910 года называется кюри – в честь героев предыдущих двух глав. Они, конечно, посолиднее будут: один кюри точно равен 37 миллиардам беккерелей.

Проект реализуется в рамках инициативы «Работа с опытом» Десятилетия науки и технологий.