Радиоактивность

Определение "Радиоактивность" в словаре Брокгауза и Ефрона

Радиоактивность — Р. есть свойство непрерывно и без видимого источника внешней энергии испускать в виде лучей материальные частицы. Историю открытия Р., свойства и главнейшие действия α-, β- и γ-лучей — см. Эманация. Новейшие исследования доказали, что α-лучи представляют собой заряженные положительным электричеством частицы, величиной близкие к атому гелия; Дж. Томсон показал, что одновременно с ними возникают и отрицательно заряженные лучи, обладающие такой же скоростью, что и α, и потому с одинаковой силой поглощаемые разными веществами. β-лучи тоже заряжены отрицательным электричеством, но их масса гораздо меньше (около 1/2000 атома водорода), а скорость движения значительно больше; ими вызываются γ-лучи, тождественные с рентгеновскими. Из всех свойств лучей наибольшее значение имеет способность сделать воздух проводником электричества (ионизировать его), так как степень этой ионизации является мерой радиоактивности тела, в присутствии которого воздух проводит электричество. При чувствительности современных электрометров этим путем удается заметить такие ничтожные количества радиоактивных веществ, которых далеко еще недостаточно для открытия при помощи спектрального анализа; при радии электрометрический способ оказался в 5000 раз чувствительнее спектроскопа. К числу сильно активных элементов относятся уран, торий, радий, актиний (эманий) и полоний (радиотеллур); последние три были найдены в урановой смоляной руде из Иоахимсталя и притом в самых ничтожных количествах, но Р. радия и актиния приблизительно в 1000000 раз больше урановой или ториевой. Измерения активности различных соединений того же элемента выяснили, что радиоактивность есть свойство атома, ибо сила соединения строго пропорциональна содержанию в нем радиоактивного элемента. Дальнейшие исследования показали, что радиоактивные атомы постоянно претерпевают глубокие изменения. Так, из раствора урановых или ториевых солей химическими методами (напр осаждением аммиаком) можно выделить небольшие количества сильно радиоактивных веществ, которые получили название "уран Х (UrX)" и "торий Х (ThX)". При этом оставшийся уран или торий испускают одни α-лучи, a полученные вещества дают также β и γ-лучи. С течением времени, ThX и UrX постепенно теряют активность, а уран и торий начинают снова испускать с прежней силой и α- и β- и γ-лучи. Оба процесса — потеря и восстановление силы идут вполне симметрически, выражаясь формулами:

J_t/J₀ = 1 — e ^{— λ t}

для возрастания силы урана и тория, и

J_t/J₀ = e ^{— λ t}

для потери ее у UrX и ThX; J₀ — обозначает начальную активность, J_t — силу ко времени t, е — основание натуральных логарифмов, а λ есть некоторая постоянная величина, одинаковая в данном случае для урана и UrX, также для тория и ThX, но различная для урана и тория: половина силы UrX теряется в 22 дня, а у ThX — в 4 дня. Величина λ, характерная для каждого радиоактивного вещества, получила название "радиоактивной" константы. Восстановление силы урана и тория показывает, что процесс образования UrX и ThX идет все время, и если никогда не удается выделить эти вещества в сколько-нибудь значительных количествах, то именно потому, что они опять-таки все время исчезают, разрушаются. Для объяснения этих явлений Резерфорд предложил теорию дезинтеграции атомов, которая теперь и является общепринятой, так как вполне удовлетворительно объясняет все явления. По этой теории атомы радиоактивного элемента находятся в состоянии распада; так, атом урана разлагается на уран X и α-луч, атом тория на ThX и α-луч. В свою очередь, UrX и ThX, как продукты нестойкие, тотчас распадаются далее, опять-таки образуя новые тела и α-луч, и, наконец, в последней стадии последний продукт распадается уже на стойкий, а потому нерадиоактивный, атом и β-луч. Теория эта предвидит, что распад, например, ThX должен идти так, что скорость этого процесса падает по логарифмическому закону, ибо распад одного тела на два представляет собой мономолекулярную химическую реакцию. В настоящее время удалось довольно далеко проследить этот процесс распада атома. Так, выяснилось, что торий, подобно радию, дает эманацию, но выделение ее зависит не от самого тория, а от ThX: очевидно, эта эманация является уже продуктом разложения ThX. В свою очередь, активность этой эманации падает по логарифмическому закону (период полураспада в 54 секунды), образуя так называемую вторичную активность, — твердое тело, садящееся на все тела, соприкасающиеся с эманацией и заряженное положительным электричеством. Новый продукт можно смыть с этих тел соляной кислотой или аммиаком (причем получаются активные растворы), а также удалить накаливанием, причем продукт этот улетучивается и осаждается на окружающих телах. Потеря активности этого продукта, если он получен при непродолжительном действии эманации, не совершается по логарифмической формуле: здесь активность сперва растет, проходит через максимум, а потом уже начинает падать. Теория предвидит подобную кривую силы для случая, когда имеется смесь двух радиоактивных продуктов, из которых каждый разлагается правильно, но один быстро, а другой медленнее. Опыт показал, что продукт из эманации тория действительно представляет собой смесь трех тел, из которых одно, непосредственно образующееся из эманации и получившее название ThA, более летуче при накаливании, не извлекается из соляно-кислого раствора металлическим никелем и не осаждается пиридином; оно образует, не испуская при этом лучей, новое тело (ThB), трудно летучее, оседающее на никеле при погружении его в солянокислый раствор ThB и переходящее в осадок при прибавлении пиридина. ThB разлагается далее, выделяя α-лучи и образуя ThC, в свою очередь, распадающийся с выделением α -, β- и γ-лучей, но до сих пор не выяснено, какие при этом далее образуются продукты. Итак, распад атома тория может быть изображен следующей схемой:

В последнее время удалось, впрочем, получить совершенно недеятельный торий, и в то же время О. Гану удалось выделить из торианита (минерала с о-ва Цейлона) новое весьма радиоактивное тело, в 700000 раз сильнее тория, образующее те же продукты, что торий, с теми же радиоактивными константами. Пока не выяснено, является ли этот "радиоторий" случайной, хотя почти постоянной примесью тория, или — что более вероятно — это тоже продукт распада тория, который, может быть, в нашей схеме займет место между Th и ThX. Совершенно таким же путем, как для тория, удалось до известной степени выяснить ход радиоактивного процесса у актиния (Ас, элемента, выделенного Дебиэрном из урановой смоляной руды и, по-видимому, тождественного с "эманием", полученным Гизелем из окисей редких земель):

Относительно хода распада радия, а также относительно полония см. Радий. Хотя в больших количествах радиоактивные элементы не встречаются, но в ничтожных они распространены повсюду. Атмосферный воздух всегда несколько ионизован, и проволока, заряженная отрицательно, на воздухе становится радиоактивной, вследствие оседания на ней ничтожных количеств вторичной радиоактивности. Исследования скорости потери силы проволокой обнаружили, что мы имеем здесь дело с продуктами распада ториевой и радиевой эманации, что указывает на постоянное присутствие их в атмосфере. Радиоактивность воздуха не имеет постоянной величины и колеблется по силе в разное время года и даже дня. Эманации тория и радия попадают в воздух из земли, что доказывается сильной активностью почвенного воздуха. Раз земля содержит повсюду, хоть и в небольших количествах, радиоактивные вещества, то естественно, что и воды источников должны быть активны. И действительно, исследования в самых разнообразных местностях показали, что все минеральные и, во всяком случае, большинство, если не все, пресных источников содержат эманацию радия; во многих случаях была найдена и эманация тория, а иногда вода содержит не только эманацию, но и небольшие количества самого радия или тория. Газы, выделяющиеся из минеральных источников, оказались тоже весьма активными, — таковы, напр., газ Шпруделя (в Карлсбаде) и Нарзана. Отложения источников, а также многие минеральные грязи и даже некоторые исследованные образцы почв (Московск. губ., тульский чернозем, садовая земля на о-ве Капри и друг.) обладают также большей или меньшей активностью. Весьма интересны исследования активности воздуха в закрытых металлических цилиндрах. Здесь влияние эманации скоро исчезает, соответственно этому падает и активность, но затем начинает снова повышаться, достигая некоторой величины, колеблющейся затем в небольших пределах то в ту, то в другую сторону. Эта постоянная активность частью зависит от лучей, проникающих извне через стенки цилиндра и испускаемых, вероятно, земной поверхностью. Лучи эти можно поглотить, окружив сосуд с воздухом толстым (в 5 см) слоем свинца; при этом активность воздуха уменьшается на 30 %. Остальная часть активности зависит от лучей, испускаемых металлическими стенками цилиндра; лучи эти довольно легко поглощаются воздухом, что видно из того, что при давлениях ниже 300 мм ионизация воздуха еще пропорциональна давлению (не все лучи поглощаются), но при более высоких давлениях поглощение уже полное, и ионизация от давления не зависит. Количество, а также качество (способность поглощаться) лучей различно для каждого металла, — и это доказывает, что мы имеем дело не со случайной примесью радиоактивного элемента, а со свойством, принадлежащим самим металлам, которые, таким образом, все являются радиоактивными, хотя и в слабой степени (в 3000 раз слабее урана и даже еще меньше). К тому же выводу привели и исследования Мак-Леннана и Буртона, а также И. Боргмана над зарядом, который приобретается изолированным металлическим проводником, помещенным в металлический цилиндр, соединенный с землей. Величина заряда меняется с природой металла, и все явление указывает на то, что металлы испускают заряженные положительным электричеством α-лучи. Стекло, бумага, строительные материалы тоже оказались слабо радиоактивными. Таким образом, радиоактивность следует признать общим свойством тел. Мы видели, что там, где радиоактивность проявляется всего сильнее — при уране, радии, тории и актинии — удалось доказать, что она сопровождается распадом атома. Дальнейшие исследования должны выяснить, имеем ли мы такой же распад и при всех других элементах, и отличаются ли эти последние от сильно радиоактивных лишь более продолжительным временем существования.

Литература. Статьи, относящиеся к радиоактивным веществам, помещаются в разных научных журналах — главным образом, в "Philosophical Magazine", "Physikalische Zeitschrift", "Berichte der deutschen Chemischen Gesellschaft" (Берлин) и "Comptes Pendus de l'Acad é mie des Sciences". Перечень новых статей помещается в журнале "Jahrbuch der Radioaktivit ä t und Electronik". Из книг можно указать на "Radioactivity" (Кембридж, 1905, 2-е изд.) Резерфорда (Rutherford) и "Radioactivity" Фр. Содди — вторая более популярна и переведена на русский язык Ф. Индриксоном (СПб., 1904). В остальном см. перечень при слове Эманация.

Ю. Залькинд.