16.5. Искусственная радиоактивность

В 1934 г. Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио-Кюри обнаружили, что некоторые легкие элементы – бор, магний, алюминий – при бомбардировке ихα-частицами полония испускают позитроны. Эмиссия начиналась не сразу же после сближения источникаα-частиц и испытываемых образцов легких металлов, а увеличивалась постепенно по мере облучения и достигала некоторой предельной величины. После удаления источникаα-частиц эмиссия позитронов не прекращалась, а начинала спадать экспоненциально во времени, как это происходит с активностью радиоактивного вещества. Период полураспада составил для бора 14 мин., для алюминия – 3 мин. 15 с, для магния – 2,5 мин. Выделив радиоактивные продукты из облучаемого вещества, И. Жолио-Кюри и Ф. Жолио-Кюри исследовали их химическую природу.

О результатах исследований они сообщили в заметке, представленной в «Comptes Rendus» Парижской академии наук и лондонский журнал «Nature» в январе 1934 г.

Наблюдаемое явление Ирен и Фредерик Жолио-Кюри объяснили тем, что под влиянием бомбардировки ядер легких элементов α-частицами вначале образуются новые искусственные ядра, которые затем распадаются с испусканием позитрона. В случае алюминия процесс протекает в два этапа. На первом этапе образуется радиофосфор :

Искусственно полученный изотоп фосфора – радиофосфор – неустойчив (период полураспада 3 мин. 15 с) и распадается с образованием стабильного ядра атома , испуская позитрон:

Фредерик Жолио-Кюри (1900–1958) Ирен Жолио-Кюри (1897–1956)Фредерик Жолио окончил Парижскую школу физики и прикладной химии, где когда-то преподавал Пьер Кюри. После окончания школы работал инженером на сталелитейных заводах. Был призван в армию, окончил артиллерийскую школу в Пуатье, получив чин суб-лейтенанта. После армии по рекомендации Поля Ланжевена, – профессора Школы физики и прикладной химии, сменившего на этом посту Пьера Кюри, – поступил препаратором в Институт радия к Марии Кюри. Здесь он познакомился со своей будущей женой Ирен, дочерью Пьера и Марии Кюри. В 1926 г. Фредерик Жолио и Ирен Кюри поженились, объединив фамилии, судьбы и таланты, и с тех пор начался их совместный научный и жизненный путь.

Ирен Кюри окончила Парижский университет в 1920 г. и работала в лаборатории своей матери. К моменту поступления Ф.Жолио в Институт радия она уже защитила докторскую диссертацию. Фредерик Жолио-Кюри защитил докторскую диссертацию на пять лет позже (в 1930 г.). В 1937 г. он стал профессором ядерной химии в Колеж де Франс, а через 10 лет после смерти Ланжевена – профессором экспериментальной физики. Ирен, после смерти матери в 1934 г., руководила Институтом радия и стала её преемницей на кафедре физики в Парижском университете.

В военные годы Фредерик и Ирен Жолио-Кюри были активными участниками движения сопротивления, а в послевоенные годы – активными борцами за мир. С 1949 г. и до самой смерти Ф. Жолио-Кюри, возглавляя Всемирный Совет Мира, был организатором движения сторонников мира. Ирен Жолио-Кюри была членом Всемирного Совета Мира, участником конгрессов сторонников мира.

Под руководством Ф.Жолио-Кюри 15 декабря 1948 г. был запущен первый французский ядерный реактор. До 1950 г. Ф.Жолио-Кюри занимал пост Верховного комиссара по атомной энергии Франции. Оба, Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, были тяжело больны лучевой болезнью, но до последних лет жизни продолжали активно работать.

Превращение алюминия в радиоактивный фосфор

Аналогичные процессы происходят при облучении α-частицами ядер бора и магния с образованием в первом случае радиоазота а во втором – радиокремния.

Результаты, полученные И. и Ф. ЖолиоКюри, открыли новую обширную область для исследований. Их эксперименты показали путь превращения стабильных элементов в радиоактивные, излучающие энергию.

В течение нескольких месяцев были получены более пятидесяти новых радиоактивных элементов, дополнительно к тем тридцати, которые существуют в земной коре.

Ф. Жолио-Кюри предсказал процессы, способные привести к выделению громадных запасов атомной энергии. 12 декабря 1935 г. в своем выступлении при вручении ему Нобелевской премии он сказал: «Если заглянем в прошлое, и охватим взглядом прогресс науки, который продолжается все более и более нарастающими темпами, мы получим право думать, что исследователи, которые создают или разрушают элементы по своему желанию, сумеют добиться превращений, имеющих характер взрыва, добиться настоящих цепных реакций. Если мы сможем осуществить подобные превращения, то удастся высвободить огромное количество энергии, которую можно будет использовать. Если цепная реакция распространится на все элементы нашей планеты, мы должны предвидеть последствия подобного катаклизма. Астрономы иногда отмечают, что яркость какой-нибудь звезды незначительной величины внезапно возрастает, что звезда, ранее невидимая невооруженным глазом, вдруг начинает ярко сверкать на небе, такое появление новой звезды, такое внезапное увеличение ее энергии является, возможно, следствием превращений, имеющих характер взрыва. Исследователи, бесспорно, попытаются воспроизвести этот процесс, приняв, мы надеемся, необходимые меры предосторожности».

До открытия Отто Ганом и Фрицем Штрассманом искусственного распада (деления) урана оставалось три года.

β-распад радиоактивного фосфора и образование кремния