16.5. Штучна радіоактивність

У 1934 р. Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі виявили, що деякі легкі елементи – бор, магній, алюміній – при бомбардуванні їх α-частинками полонію випромінюють позитрони. Емісія розпочиналась не зразу ж після зближення джерела α-частинок і досліджуваних зразків легких металів, а збільшувалась поступово у міру опромінення та досягала деякої граничної величини. Після вилучення джерела α-частинок емісія позитронів не припинялась, а починала зменшуватись експоненціально з часом, як це відбувається з активністю радіоактивної речовини. Період напіврозпаду для бору склав 14 хв., для алюмінію – 3 хв.15 с, для магнію – 2,5 хв. Виділивши радіоактивні продукти із опромінюваної речовини, Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі дослідили їх хімічну природу.

 Про результати досліджень вони повідомили в замітці, наведеній у «Comptes Rendus» Паризької академії наук і лондонському журналі «Nature» у січні 1934 р.

Явище, яке вони спостерігали, Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі пояснили тим, що під впливом бомбардування ядер легких елементів α-частинками спочатку утворюються нові штучні ядра, які потім розпадаються з випромінюванням позитрону. У випадку з алюмінієм процес протікає у два етапи. На першому етапі утворюється радіофосфор :

Штучно здобутий ізотоп фосфору – радіофосфор – нестійкий (період напіврозпаду 3 хв.15 с) і розпадається з утворенням стабільного ядра атому випромінюючи позитрон:

Фредерік Жоліо-Кюрі (1900–1958) та Ірен Жоліо-Кюрі (1897–1956) Фредерік Жоліо закінчив Паризьку школу фізики і прикладної хімії, де колись викладав П’єр Кюрі. Після закінчення школи працював інженером на сталеливарних заводах. Був призваний до армії, закінчив артилерійську школу в Пуатьє, одержавши чин суб-лейтенанта. Після армії за рекомендацією Поля Ланжевена, – професора Школи фізики і прикладної хімії, який замінив на цій посаді П’єра Кюрі, – поступив препаратором в Інститут радію до Марії Кюрі. Тут він познайомився зі своєю майбутньою дружиною Ірен, дочкою П’єра і Марії Кюрі. У 1926 р. Фредерік та Ірен взяли шлюб, об’єднавши прізвища, долі й таланти, і з того часу розпочався їх спільний науковий та життєвий шлях.

Ірен Кюрі у 1920 році закінчила Паризький університет і працювала в лабораторії своєї матері. До зустрічі з Фредеріком Жоліо вона вже захистила докторську дисертацію. Фредерік Жоліо-Кюрі захистив докторську дисертацію на п’ять років пізніше (у 1930 р.). У 1937 р. він став професором ядерної хімії в Коллеж де Франс, а через 10 років після смерті Ланжевена – професором експериментальної фізики. Ірен, після смерті матері у 1934 р., керувала Інститутом радію і стала її наступницею на кафедрі фізики в Паризькому університеті.

У воєнні роки Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі були активними учасниками руху опору, а в післявоєнні роки – активними борцями за мир. З 1949 року і до самої смерті Ф. Жоліо-Кюрі, очолюючи Всесвітню Раду Миру, був організатором руху прихильників миру. Під керівництвом Ф. Жоліо-Кюрі 15 грудня 1948 р. було запущено перший французький ядерний реактор. До 1950 р.

Ф. Жоліо-Кюрі був Верховним комісаром з атомної енергії Франції. Обидва, Фредерік та Ірен Жоліо-Кюрі, тяжко хворіли променевою хворобою, але до останніх років життя продовжували активно працювати.

Перетворення алюмінію в радіоактивний фосфор

Аналогічні процеси відбуваються при опроміненні α-частинками ядер бору та магнію з утворенням у першому випадку радіоазоту а в другому – радіокремнію .

Результати, одержані І. та Ф. Жоліо-Кюрі, відкрили новий широкий простір для досліджень. Їх експерименти вказали шлях перетворення стабільних елементів у радіоактивні, які випромінюють енергію.

Протягом декількох місяців було одержано більше п’ятдесяти нових радіоактивних елементів, додатково до тих тридцяти, що існують в земній корі.

Ф. Жоліо-Кюрі передбачив процеси, здатні привести до виділення величезних запасів атомної енергії. 12 грудня 1935 року у своєму виступі при врученні йому Нобелівської премії він сказав: «Якщо заглянемо у минуле і охопимо поглядом прогрес науки, який продовжується все більш і більш зростаючими темпами, ми одержимо право думати, що дослідники, котрі створюють чи руйнують елементи за своїм бажанням, зуміють домогтись перетворень, маючих характер вибуху, домогтись справжніх ланцюгових реакцій. Якщо ми зуміємо здійснити подібні перетворення, то зможемо звільнити величезну кількість енергії, яку можна буде використовувати. Якщо ланцюгова реакція пошириться на всі елементи нашої планети, ми маємо передбачити наслідки подібного катаклізму. Астрономи іноді відмічають, що яскравість якої-небудь зірки незначної величини раптово зростає, що зірка, яка раніше була невидима неозброєним оком, раптом починає яскраво виблискувати на небі, така поява нової зірки, таке раптове збільшення її енергії є, можливо, наслідком перетворень, що мають характер вибуху. Дослідники, беззаперечно, спробують відтворити цей процес, прийнявши, ми сподіваємось, необхідні застережні засоби».

До відкриття Отто Ганом і Фріцем Штрассманом штучного розпаду (поділу) урану залишалось три роки.

β - розпад радіоактивного фосфору і утворення кремнію