Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

Первая статья, посвященная Х-излучению, была разослана во все европейские университеты аккурат накануне нового, 1896 года. Еще два месяца Рентгену понадобилось на то, чтобы выяснить: любой предмет, на который попадают катодные лучи, начинает испускать икс-лучи. А те, в свою очередь, отрывают электроны от внешних атомных оболочек веществ и превращают нейтральные атомы в положительно или отрицательно заряженные ионы. Кроме того, ученый усовершенствовал трубку-излучатель — сделал так, чтобы поток электронов от алюминиевого катода направлялся на платиновый анод (положительный электрод) и Х-лучи исходили именно оттуда. Излучение стало еще интенсивнее, и в таком виде рентген-аппарат сохранился до наших дней. (Правда, чуть позже в качестве катода стали использовать раскаленную спираль из вольфрама, а анод изготовлять из железных пластин.)

Работа Рентгена заинтересовала не только узкий научный круг, но также медиков, техников и простых обывателей. Вместе с тем она разожгла спор о природе излучения: одни ученые утверждали, что икс-лучи представляют собой ровный поток частиц-корпускул, другие же полагали, будто это волны, подобные световым лучам. Спор утих лишь после того, как экспериментально было доказано: рентгеновское излучение распространяется волнами и просвечивает насквозь не то что людей, а даже кристаллы. Это открытие дало возможность исследователям выяснить, в чем разница между структурой кристаллического тела и некристаллического (например, кварца и кварцевого стекла), как меняется решетка кристалла, когда его нагревают и охлаждают, сжимают и растягивают, не смещены ли атомные цепочки в металлах.

Вильгельм благодушно отказался от оформления патента, чтобы его чудесной находкой мог воспользоваться каждый. С той поры рентген-аппарат неоднократно усовершенствовался разными изобретателями и участвовал в медицинских исследованиях, целью которых было придумать новые способы диагностики. Так, рентген стали использовать не только для просвечивания переломов, но и для выявления язв в желудке. Поскольку икс-лучи «видят» мышечные ткани прозрачными, один ученый из Германии догадался кормить пациентов перед рентгенографией смешанным с водой сернокислым барием. Вреда организму это вещество не причиняет, зато его присутствие внутри пищеварительных органов «проявляет» все особенности строения и изменения тканей.

Впоследствии астрономы обнаружили, что новые и сверхновые звезды испускают в космос очень мощные потоки икс-излучения. Измеряя интенсивность этих потоков, можно получить представление о том, что происходит на расстоянии сотен световых лет от Земли. Таким образом, открытие Вильгельма Рентгена, совершенное в конце позапрошлого века, оказало огромное влияние на нашу жизнь и дало нам возможность расширять знания об устройстве мира.

На рубеже веков — точнее, в конце декабря 1898 г. — мир узнал об открытии новых химических элементов, способных распадаться с мощным выбросом энергии. Это были радий и полоний, а нашли их супруги Мария и Пьер Кюри.

Началось все за два года до того с подготовки диссертации. Выбирая тему, Мария наткнулась на информацию об эксперименте французского физика Антуана Анри Беккереля, который покрыл солью урана (сульфатом уранила калия) стеклянную светочувствительную пластинку, обернутую черной плотной бумагой, и положил материал на солнце. Через пару часов ученый развернул пластинку и увидел, что она засвечена. Это натолкнуло Беккереля на мысль, что солнечные лучи возбуждают в урановой соли рентгеновское излучение, однако последующие опыты показали: вещество воздействует на пластинку и без света. Так была открыта естественная радиация, не нуждающаяся во внешних возбудителях, — лучи Беккереля.

Одним из свойств этих лучей было выбивание свободных электронов из атомов воздуха, вследствие чего атомы превращались в положительно заряженные ионы, а электроны создавали электрическое поле. При увеличении числа отрицательных частиц напряжение между полем атмосферы и Земли росло, и в воздухе возникал электрический ток. Марии стало интересно, каков уровень атмосферной электропроводности, возникающей под влиянием лучей Беккереля, и в измерениях ей помог пьезокварц — прибор на основе кристалла, разработанный Пьером и его братом Жаком. Благодаря полученным результатам ученая определила мощность самого излучения и сделала вывод: уран испускает лучи сам по себе, независимо от сторонних воздействий. После этого Кюри захотелось найти еще какие-нибудь элементы с излучательной способностью (которую она назвала «радиоактивностью»), и нечто подобное обнаружилось у тория.

Продолжая исследования, Мария заметила, что минералы настуран и хальколит, содержащие уран, вчетверо радиоактивнее, нежели чистый уран. Ученая провела химический анализ этих соединений и, не выявив там тория, решила, что в минералах есть еще какой-то неизвестный элемент с очень сильной радиоактивностью.

Заинтересованный открытиями жены, Пьер «на время» оторвался от изучения кристаллов и подключился к ее работе. Отслаивая минералы в воде, супруги выделили несколько химически однородных частей, каждую из них проверили на способность испускать радиоактивные лучи и нашли два вещества с невероятно высоким уровнем излучения. Наверняка эти соединения содержат некий металл, похожий на висмут, предположили Кюри и сразу же придумали для него название — полоний, в честь Польши, где родилась Мария.

За последующие полгода супруги исследовали еще одно соединение с высокой радиоактивностью. В соединении присутствовала ничтожная доля бария — и неизвестный элемент (Кюри назвали его радием), испускающий очень мощный лучевой поток. Рассказав о своем открытии членам Французской академии наук, супруги поставили себе цель извлечь радий и полоний из соединений, но для этого им требовались материалы, специально оборудованное помещение и ассистенты, а денег катастрофически не хватало. Минералы, содержащие данные два элемента, можно было найти только в Богемии, и стоили они слишком дорого. Поэтому ученым пришлось довольствоваться отходами производства урана, которые им согласилась поставлять почти даром Академия наук Вены.

Полуразваленный сарай, принадлежавший Школе физиков, был превращен в лабораторию. Протекающая кровля, несколько грубо сколоченных деревянных столов, старая чугунная печка, котлы — вот и все, чем располагали физики-экспериментаторы. Полы и вытяжки в сарае отсутствовали, так что в дождь приходилось работать с распахнутыми настежь окнами, а в солнечную погоду переносить все примитивное оборудование на улицу.