Физика в быту

Рентген предположил, что икс-лучи имеют электромагнитную природу, потому что они не отклонялись ни электрическим, ни магнитным полями, как отклонялись бы заряженные частицы. В 1912 году это предположение было доказано опытами по дифракции рентгеновских лучей и была измерена их длина волны.

За открытие икс-лучей в 1901 году Рентгену была присуждена первая в истории Нобелевская премия по физике. А лучи вскоре стали называть его именем.

Патента на своё открытие Рентген оформлять не стал. Уже через полгода после открытия рентгеновские лучи начали использовать военные медики для обнаружения пуль у раненых солдат. А во время первой мировой войны на службе у медиков были рентгеномобили, оборудованные мобильными аппаратами для рентгенографии (они выпускались по инициативе Марии Кюри, и она же вместе со своей дочерью Ирен готовила кадры для их обслуживания).

Однако особых мер предосторожности при работе с рентгеновскими лучами не принимали. Удивительно, но они использовались даже в бытовых целях! Так, с 1924 и до начала 1960-х в Швейцарии были в ходу рентгеновские примерочные для обуви: просвечивая ногу в башмаке, продавец видел, насколько хорошо подходит клиенту обувь. При этом покупатель получал дозу облучения, которая по современным нормам раз в 40 превышает допустимую годовую (к счастью, ноги не являются самой уязвимой частью тела). А уж какому систематическому облучению подвергался продавец, не считал никто. Жертвами рентгеновского облучения стали сотни физиков, медиков и простых граждан.

Радиоактивность

Практически сразу после открытия Рентгена состоялось ещё одно знаменательное событие: французский физик Анри Беккерель тоже обнаружил некое проникающее излучение, засвечивающее фотопластинки сквозь чёрную бумагу. На этот раз источником излучения были соли урана. По предложению Марии Кюри явление назвали радиоактивностью.

В исследованиях свойств радиоактивного излучения самое деятельное участие приняли Резерфорд, супруги Кюри, Беккерель и многие другие физики и химики. Оказалось, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе: оно состоит из трёх компонент, которые назвали α, β и γ. Так, α – это положительно заряженные частицы, ядра атомов гелия; β-лучи – это энергичные (релятивистские) электроны; γ-лучи – жёсткое электромагнитное излучение, подобное рентгеновскому. Энергии всех частиц и γ-квантов очень велики, так что они способны вырывать из атомов даже очень крепко «привязанные» электроны.

Три составляющих радиоактивных излучений сильно различаются по своей проникающей способности: α-частицы задерживаются даже тонким листом бумаги, а их пробег в воздухе составляет всего несколько сантиметров; β-лучи могут пройти сквозь алюминиевую пластинку толщиной до 3 мм, а в воздухе они проходят до 4 метров; γ-лучи преодолевают несколько сантиметров свинца, а слой бетона толщиной 10 см ослабляет их поток только наполовину.

Альфа-частицы можно увидеть и невооруженным глазом, а точнее, увидеть крохотные вспышки, возникающие при попадании каждой альфа-частицы на экран, покрытый люминофором. В 1911 году Резерфорд с помощью таких микровспышек исследовал рассеяние альфа-частиц атомами и открыл атомное ядро.

На радиоактивность не влияют никакие даже самые интенсивные физические и химические воздействия: нагрев или охлаждение, изменение агрегатного состояния, обработка химическими реагентами. В 1902 году физик Резерфорд и химик Содди доказали, что радиоактивные излучения сопровождают процесс превращения одного химического элемента в другой. В некотором смысле это то, что безуспешно пытались осуществить средневековые алхимики (хотя получить золото из ртути таким способом всё же нельзя). В то время физики и химики ещё верили в неделимость и вечность атомов. С этой идеей им было непросто расстаться. Так, Дмитрий Иванович Менделеев до конца жизни (он умер в 1907 году) не смог поверить в возможность превращения одних химических элементов в другие.

О существовании атомного ядра Резерфорд узнал лишь в 1911 году, и только после этого стало понятно, что превращение одного элемента в другой связано с самопроизвольным распадом ядра, приводящим к изменению его состава. Именно потому, что это внутриядерный процесс, на него невозможно повлиять никакими изменениями внешних условий.

Закон радиоактивного распада

Любой атом в принципе может распасться, но для некоторых эта вероятность столь мала, что за время жизни Вселенной не успевает реализоваться – такие атомы мы называем стабильными. А те, для которых вероятность распада гораздо больше, мы называем радиоактивными.