Szemelvények a nukleáris tudomány történetébõl

Szemelvények a nukleáris tudomány történetébõl Gondolkodók, gondolatok, eredmények Szerkesztette VÉRTES ATTILA AKADÉMIAI KIADÓ, BUDAPEST

Megjelent a Magyar Tudományos Akadémia Könyv- és Folyóirat-kiadó Bizottsága, valamint a Paksi Atomerõmû Zrt. támogatásával Írták Berei Klára, Fülöp Zsolt, Gyürky György, Horváth Dezsõ, Inzelt György, Klencsár Zoltán, Környei József, Köteles György, Krasznahorkay Attila, Lévay Béla, Radnóti Katalin, Sárándi István, Schiller Róbert, Szatmáry Zoltán, Szilvási István, Tóth Gyula, Vértes Attila, Wojnárovits László, Zaránd Pál, Zoletnik Sándor A hátsó fedélen az ITER-projekt által tervezett fúziós reaktor vázlatos képe látható ISBN 978 963 05 8642 9 Kiadja az Akadémiai Kiadó, az 1795-ben alapított Magyar Könyvkiadók és Könyvterjesztõk Egyesülésének tagja 1117 Budapest, Prielle Kornélia u. 19. www.akademiaikiad.hu Elsõ magyar nyelvû kiadás: 2009 Vértes Attila (szerk.) 2009 Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítás, a nyilvános elõadás, a rádió- és televízióadás, valamint a fordítás jogát, az egyes fejezeteket illetõen is

ELÕSZÓ Könyvünk célja, hogy bemutassuk a nukleáris tudomány fontosabb eredményei felfedezésének körülményeit, illetve az elõzményekbõl történõ kikristályosodás folyamatát. Azt reméljük, hogy ezek a szakirodalmi turkálások érdekelni fogják a szakterületen munkálkodó kollégákat, sõt, talán még más, természettudományos területek kutatói számára is hasznos olvasmányok lesznek az ilyen témájú írások. Esetleg, csak a természettudományok iránt érdeklõdõk számára is nyújthatnak olvasmányélményt az ilyen fajta irodalomfeldolgozások. Az egyes fejezetek között vannak átfedések. Ez természetes, hiszen a nukleáris tudomány egyes eredményei, felfedezései egymásra épülnek, egymással kapcsolatban vannak. Egy-egy témát körüljárva, érintenünk kell más területeket is. Úgy gondolom, ennek a körülménynek is lesz haszna az olvasó számára, hiszen érdekes lesz látni, hogy két (vagy több) szerzõ mennyire más szempontokat vesz észre vagy hangsúlyoz ugyanazon történések leírása során. A könyv elkészülését sokan segítették. Köszönettel tartozunk számos kollégának. Marek Tamásnak az internetes adatgyûjtésben nyújtott segítségéért, Csotó Attila néhány fejezet szerzõjének kiválasztásában adott tanácsokat. Barát Pál grafikusmûvész az egyéniségeket tükrözõ portrékat készítette. Szabóné Tunyogi Helga a szöveg- és ábraszerkesztést végezte igen gondosan és elkészítette a névmutatót. Silberer Vera olvasószerkesztõ precíz munkája növelte a kötet értékét. Köszönet illeti a kötet megjelenését támogatókat: az MTA Kémiai Tudományok Osztályát és Fizikai Tudományok Osztályát, a Paksi Atomerõmû Zrt.-t és az OTKÁ-t a K62691 számú pályázattal nyújtott támogatásáért. Köszönet az Akadémiai Kiadó munkatársainak, akik bábáskodtak a könyv megjelenésénél. Budapest, 2008. április 30. Vértes Attila

7 TARTALOM Ajánlás (VÉRTES ATTILA)... 9 A kezdetek (VÉRTES ATTILA)... 17 Otto Hahn egy primitív Nobel-díjas a radiokémia hajnalán (SCHILLER RÓBERT)... 35 A Rutherford-iskola (VÉRTES ATTILA)... 47 Hevesy György és a nyomjelzéstechnika (VÉRTES ATTILA)... 55 Bámulattal szemléljük a testek önsugárzását Az atomkorszak magyar úttörõi (RADNÓTI KATALIN, INZELT GYÖRGY)... 69 A magsugárzás kölcsönhatása az anyaggal (VÉRTES ATTILA)... 107 A neutron felfedezése (VÉRTES ATTILA)... 123 A részecskefizika kezdetei (VÉRTES ATTILA)... 131 Egy zseniális ötlet és a Szilárd Chalmers-effektus (BEREI KLÁRA)... 143 A mesterséges radioaktivitás felfedezése (LÉVAY BÉLA)... 153 A transzuránelemek elõállítása: a maghasadás felfedezése (VÉRTES ATTILA)... 157 Az atomenergia hasznosítása (SZATMÁRY ZOLTÁN)... 193 Pozitronannihiláció és az egzotikus pozitróniumatom (LÉVAY BÉLA)... 233 A Mössbauer-effektus (KLENCSÁR ZOLTÁN).... 245 A magfizika az elemek születésének nyomában (FÜLÖP ZSOLT, GYÜRKY GYÖRGY)... 269 Szimmetriák és részecskék (HORVÁTH DEZSÕ)... 285 Egzotikus alakú atommagok (KRASZNAHORKAY ATTILA)... 329 A fúziós álom (ZOLETNIK SÁNDOR)... 339 A sugárkémia kezdetei, eredményei és az újabb fejlemények (WOJNÁROVITS LÁSZLÓ)... 383 Sugárbiológiai és sugár-egészségtani szemléletek (KÖTELES GYÖRGY)... 409 Radioaktív nyomjelzés az élõ szervezetben: nukleáris medicina (KÖRNYEI JÓZSEF, SÁRÁNDI ISTVÁN, SZILVÁSI ISTVÁN, TÓTH GYULA)... 435 Fejezetek a radioaktív nuklidok terápiás alkalmazásából (ZARÁND PÁL)... 457 Névmutató... 473

AJÁNLÁS A nukleáris tudomány meglehetõsen népszerûtlen napjainkban, a nukleáris szó szinte már szitokszónak számít. Ez a közvélekedés persze érthetõ, ha a Hirosima és Nagaszaki felett 1945. augusztus 6-án és augusztus 9-én felrobbant urán-, illetve plutóniumtöltetû atombombákra vagy az 1986. április végén Csernobilban történt eseményekre gondolunk. De arról nem a tudomány tehet, hogy a maghasadást éppen a második világháború elõestéjén fedezte fel Hahn és Strassmann 1938. december 17-én Berlinben, és amikor a fizikusok látták és publikálták, hogy a maghasadás révén óriási energiákat lehet felszabadítani, akkor a tehetõsebb kormányok arra adtak pénzt és támogatást, hogy a magenergiák felhasználásával romboló eszközök készüljenek a katonai potenciálok növelésére, és csak az 1950-es években épültek az elsõ, kísérleti, villamos energiát termelõ atomreaktorok (Idaho, USA, Obnyinszk, Szovjetunió és Calden Hall, Anglia). Ezen reaktorok teljesítménye 5 45 MW volt. (A Pakson mûködõ négy reaktor mindegyikének átlagos teljesítménye ~450 MW.) Az történt, mint sokszor a történelemben: a tudomány, a tudósok eredményeit a politika, a politikusok elõször az emberek ellen, az emberek irtására hasznosították és csak késõbb a társadalom hasznára. (Ez a megállapítás általános érvényû, és akkor is igaz, ha elfogadjuk azt a feltevést, hogy a Japánra ledobott atombombák meggyorsították a háború befejezését.) A csernobili eseményeket emberi mulasztások sorozata okozta, és ez szintén nem a tudomány bûne. A nukleáris tudományról kialakult negatív véleménnyel szemben az az igazság, hogy ez a tudományterület volt a 20. század természettudományának motorja. Ezt az állítást egyszerûen lehet bizonyítani, ha meggondoljuk, hogy a 20. században száz alkalommal adtak ki fizikai Nobel-díjat és ugyanennyiszer kémiait, és a kétszáz alkalommal átadott fizikai és kémiai Nobel-díj között ötvenhét olyan elismerés volt, amelyet a nukleáris tudomány területén elért eredményért adtak. Ez a közel 30%-os részesedés azt jelzi és bizonyítja, hogy a nukleáris tudomány szolgáltatta az elmúlt század természettudományának dinamizmusát és ezen tudományterület eredményei segítették megérteni az anyag, a környezetünk és az univerzum szerkezetét és kialakulását.

10 VÉRTES ATTILA ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Egy évben egy, két vagy három kutató kaphatja meg a Nobel-díjat ugyanazon tudományterületen. Ha két vagy három kutató között osztják meg a díjat, akkor általában közös kutatást díjaznak (például 1958-ban Cserenkov, Frank és Tamm kapta a fizikai Nobel-díjat a Cserenkov-sugárzás felfedezéséért és elméletének kidolgozásáért), de néha az is elõfordul, hogy különbözõ témában dolgozó kutatók osztoznak a díjon (például 1961-ben Mössbauer a róla elnevezett effektus, a gamma-fotonok visszalökõdés-mentes magrezonancia-abszorpciójának felfedezéséért, míg ugyanebben az évben Hofstadter az atommagokon történõ elektronszórás vizsgálatáért és a nukleonok szerkezetének felfedezéséért kapott fizikai Nobel-díjat). ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Az 1. táblázat felsorolja a magfizikai és magkémiai eredményekért odaítélt Nobel-díjakat. A nukleáris Nobel-díjak között kétszer annyi fizikai volt, mint kémiai a század közepéig, de a 20. század második felében már csak egy Nobel-díjas eredmény született a nukleáris kémia területén. (Libby kapott kémiai Nobel-díjat a 14 C-kormeghatározás kidolgozásáért.) 1977-ben a nukleáris medicina területén elért eredményeket ismertek el orvosi Nobel-díjjal: Rosalin Yalow radioimmunológiai kutatásaiért kapta a díjat. 1. táblázat A nukleáris tudomány Nobel-díjas eredményei Az elismerést kiváltó eredmény A Nobel-díjat eredményezõ tevékenység éve(i) A díjazott(ak) neve A díj odaítélésének éve A radioaktivitás felfedezése 1896 H. A. Becquerel M. Curie P. Curie 1903 (fizikai) A polónium, 84 Po és a rádium, 88 Ra felfedezése 1898 M. Curie 1911 (kémiai) A radon, 86 Rn és az - és -sugárzás felfedezése 1900 E. Rutherford 1908 (kémiai) Az energiakvantum felfedezése 1901 M. Planck 1918 (fizikai) Elméleti fizikai munkái és a fotoelektromos jelenség törvényének megalkotása Az elektromosság elemi töltésével és a fotoelektromos jelenséggel kapcsolatos munkáért 1902 1905 A. Einstein 1921 (fizikai) 1910 1914 R. A. Millikan 1923 (fizikai) Ködkamra 1912 C. T. R. Wilson 1927 (fizikai)

AJÁNLÁS 11 Az elismerést kiváltó eredmény A Nobel-díjat eredményezõ tevékenység éve(i) A díjazott(ak) neve A díj odaítélésének éve A kozmikus sugárzás felfedezése 1912 V. F. Hess 1936 (fizikai) Nyomjelzés-technika 1913 Hevesy Gy. 1943 (kémiai) A radioaktív anyagok kémiai tulajdonságai és az izotópia fogalmának bevezetése 1913 16 F. Soddy 1921 (kémiai) Compton-effektus 1923 A. H. Compton 1927 (fizikai) A kizárási (Pauli-) elv 1925 W. Pauli 1945 (fizikai) Új, hatékony atomelmélet kidolgozása 1926 E. Schrödinger P. A. M. Dirac 1933 (fizikai) A ciklotron kifejlesztéséért, az azon elért eredményekért, különösen a mesterséges radioaktív nuklidok elõállításáért Az atommag mágneses tulajdonságainak leírása A koincidencia-módszer kidolgozása és a gamma-kaszkádok vizsgálata 1929 32 E. O. Lawrence 1939 (fizikai) 1930 39 I. I. Rabi 1944 (fizikai) 1930 40 W. Bothe 1954 (fizikai) Magfizikai kutatások tökéletesített ködkamrával 1931 33 P. M. S. Blackett 1948 (fizikai) A neutron felfedezése 1932 J. Chadwick 1935 (fizikai) A pozitron felfedezése 1932 C. D. Anderson 1936 (fizikai) Az atommagok átalakítása gyorsított részecskékkel 0,4 MeV 1 H+ 7 Li 2 4 He 1932 J. D. Cockcroft E. T. S. Walton 1951 (fizikai) A proton mágneses momentuma 1933 O. Stern 1943 (fizikai) Az atommag leírását segítõ szimmetriaelvek 1933 37 E. P. Wigner 1963 (fizikai)

12 VÉRTES ATTILA Az elismerést kiváltó eredmény A Nobel-díjat eredményezõ tevékenység éve(i) A díjazott(ak) neve A díj odaítélésének éve Az elsõ mesterséges radioaktív 27 30 nuklid elõállítása 13 Al(, n ) 15P 1934 Frédéric Joliot-Curie Irène Curie 1935 (kémiai) Cserenkov-sugárzás 1934 és 1937 P. A. Cserenkov I. M. Frank I. E. Tamm 1958 (fizikai) A mezonok létezésének elméleti bizonyítása Neutronokkal kiváltott magreakciók leírása Magreakciók elmélete, energia felszabadulása csillagokban 1935 H. Yukawa 1949 (fizikai) 1934 36 E. Fermi 1938 (fizikai) 1938 H. A. Bethe 1967 (fizikai) Maghasadás neutronok hatására 1938 O. Hahn 1944 (kémiai) 93 Np, 94 Pu elõállítása és kémiája 1940 E. M. McMillan G. T. Seaborg 1951 (kémiai) A 14 C-kormeghatározási módszer kidolgozása, amelyet a régészetben, a geológiában és a geofizikai kutatásokban használnak 1946 W. F. Libby 1960 (kémiai) Az atommag mágneses momentuma 1946 48 F. Bloch E. M. Purcell 1952 (fizikai) A kvantumelektrodinamika elméletének kidolgozása 1946 48 S.-I. Tomonaga J. Schwinger R. P. Feynman 1965 (fizikai) Újabb mezonok felfedezése 1946 50 C. F. Powell 1950 (fizikai) Az atommag szerkezete, héjmodell 1948 54 N. Goeppert- Mayer J. H. D. Jensen 1963 (fizikai) A buborékkamra kifejlesztése 1952 D. A. Glaser 1960 (fizikai) Kollektív részecskemozgás az atommagban 1953 A. N. Bohr B. R. Mottelson L. J. Rainwater 1975 (fizikai) Elektronszóródás atommagon 1953 60 R. Hofstadter 1961 (fizikai)

AJÁNLÁS 13 Az elismerést kiváltó eredmény A Nobel-díjat eredményezõ tevékenység éve(i) A díjazott(ak) neve A díj odaítélésének éve A neutrínó kísérleti kimutatása 1953 60 F. Reines 1995 (fizikai) Az elektronspektroszkópia továbbfejlesztése 1954 58 K. M. Siegbahn 1981 (fizikai) Az antiproton felfedezése 1955 E. G. Segrè O. Chemberlain 1959 (fizikai) Részecskerezonanciák vizsgálata 1955 57 L. W. Alvarez 1968 (fizikai) A neutronspektroszkópia és -diffrakció továbbfejlesztése 1955 60 B. N. Brockhouse C. G. Shull 1994 (fizikai) A paritássértés elmélete 1956 T. D. Lee C. N. Yang 1957 (fizikai) Az univerzum elemeinek keletkezése 1956 65 S. Chandrasekhar W. A. Fowler 1983 (fizikai) Mössbauer-effektus 1957 58 R. Mössbauer 1961 (fizikai) Az elektromágneses és gyenge kölcsönhatás egyesített elmélete 1958 70 S. L. Glashow A. Salam S. Weinberg 1979 (fizikai) A peptidhormonok meghatározására alkalmas radioimmunológiai módszerek kifejlesztése 1959 R. S. Yalow 1977 (orvosi) Az elemi részecskék osztályozása 1960 65 M. Gell-Mann 1969 (fizikai) A müon-neutrínó megfigyelése 1963 L. M. Lederman M. Schwartz J. Steinberger 1988 (fizikai) A K-mezonok bomlásánál felfedezett szimmetriasértés 1964 J. W. Cronin V. L. Fitch 1980 (fizikai) A kvarkmodell továbbfejlesztése 1968 J. I. Friedman H. W. Kendall R. E. Taylor 1990 (fizikai)

14 VÉRTES ATTILA Az elismerést kiváltó eredmény A Nobel-díjat eredményezõ tevékenység éve(i) A díjazott(ak) neve A díj odaítélésének éve A sokszálú proporcionális detektor kifejlesztése 1968 G. Charpak 1992 (fizikai) A részecskefizika matematikai megalapozása 1972 M. J. G. Veltman G. t Hooft 1999 (fizikai) Kritikus jelenségek térelmélete 1972 K. G. Wilson 1982 (fizikai) A c-kvark felfedezése 1974 B. Richter S. C. C. Ting 1976 (fizikai) A tau ( )-lepton felfedezése 1974 M. Perl 1995 (fizikai) AW ± - és Z-bozonok megfigyelése 1983 C. Rubbia S. van der Meer 1984 (fizikai) Atomok Bose Einstein-kondenzációja 1995 E. A. Cornell W. Ketterle C. E. Wieman 2001 (fizikai) Az aszimptotikus szabadság felfedezése az erõs kölcsönhatásokban 1973 74 D. J. Gross H. D. Politzer F. Wilczek 2004 (fizikai) A kutatómunka végzésének és a Nobel-díj odaítélésének ideje közötti kapcsolatot az 1. ábra szemlélteti. A táblázat adatai, remélem, meggyõzték az olvasót a nukleáris tudomány 20. századi jelentõségérõl, így az írást be is fejezhetném. Mégis szeretném részletesebben bemutatni, és reményeim szerint tanulságos, érdekes és izgalmas példákkal is illusztrálni a nukleáris tudomány fontosságát, hasznosságát és szépségét a következõ fejezetekben. Azt is szeretném megmutatni, hogy az atommagtudomány nemcsak a múlté, hanem a jövõé is. Azt, hogy a 21. században a biotechnológia és az informatika mellett ennek a diszciplínának is lesznek fontos eredményei, két dologgal kívánom valószínûsíteni. 1. A 21. század elsõ fizikai Nobel-díjával, a 2001-es díjjal nukleáris eredményt (a Bose Einstein-kondenzációs vizsgálatokat) jutalmaztak, és a 2004-es fizikai Nobel-díjat is ez a tudományterület nyerte el (az erõs kölcsönhatásokban lévõ aszimptotikus szabadság elméletének kidolgozásáért). 2. Oláh György (Oláh, 1998), az Egyesült Államokban élõ magyar származású vegyész, aki 1994-ben karbokation-kutatásaiért kapott kémiai Nobel-díjat, az Amerikai Kémikusok Egyesületének ezredfordulós kiadványában írt egy fejezetet Az olaj és a szénhidrogének a 21. században címmel. Ennek az írásnak mintegy konklúziójaként, Oláh György így fogalmazta meg gondolatait: A nem megújuló

AJÁNLÁS 15 1. ábra. A felfedezés és a Nobel-díj odaítélésének ideje közötti kapcsolat (Nagy, 2006) fosszilis tüzelõanyagok (kõolaj, földgáz, kõszén) felhasználásán alapuló energiatermelés csak rövid távon jelent megoldást, és még így is komoly környezetvédelmi problémákat vet fel. Az atomkorszak beköszönte csodás új lehetõséget teremtett, de egyúttal veszélyeket és biztonsági problémákat is felvetett. Tragikusnak tartom, hogy ez utóbbi meggondolások miatt az atomenergia további fejlesztése, legalábbis a nyugati világban, gyakorlatilag megállt. Akár tetszik, akár nem, hosszabb távon nincs más választásunk, mint az, hogy egyre növekvõ mértékben a remélhetõen tiszta atomenergiára támaszkodjunk. Nyilvánvalóan ezt akkor tehetjük meg, ha megoldjuk a biztonsággal kapcsolatos kérdéseket, valamint a radioaktív hulladékok elhelyezésének és tárolásának problémáit. Természetesen fontos, hogy rámutassunk a nehézségekre és veszélyekre, és az is, hogy ésszerû szabályozást vezessünk be. Ugyanakkor alapvetõ, hogy megtaláljuk az ezeket a problémákat kiküszöbölõ megoldásokat. Úgy vélem, Oláh Györgynek igaza van, és csak az általa felvázolt program is sok szép feladatot jelent a 21. század nukleáris fizikusai és kémikusai számára. Oláh György írásának megjelenése óta az Egyesült Államok ismét csatlakozott a magfúziós energiatermelést célzó ITER-programhoz (ITER: International Thermonuclear Experimental Reactor), és döntés született arról, hogy ~4 10 9 euró költségvetéssel, Franciaországban felépüljön a kísérleti reaktor. Az 1950-es években a világ azt hitte, hogy 30 év múlva energiát fog termelni a magfúzió. Ma, amikor elindult Franciaországban az elsõ ITER-reaktor építése, az elsõ fúziós kísérletek után fél évszázaddal, a világ ismét azt reméli, hogy 30 év múlva steril, olcsó energiát termel majd a magfúzió. Teller Ede reálisan és világosan látta a lehetõségeket ebben a témában is. 1958-ban, a második Atomok a Békéért (Atoms for Peace) konferencián, Genfben ezt mondta:

16 VÉRTES ATTILA Úgy gondolom, hogy a termonukleáris energiatermelést meg lehet valósítani, de nem hiszem, hogy még ebben az évszázadban lesz ennek gyakorlati fontossága. Úgy tûnik, hogy egy olyan bonyolult gépezettel kell foglalkozni, ami emberi kézzel megközelíthetetlen, tehát távirányítással kell kezelni. Viszont a felszabaduló neutron- és gamma-sugárzás megváltoztatja a szerkezeti anyagok tulajdonságát. Ezek és más nehézségek úgy megdrágítják a kinyerhetõ energiát, hogy az ellenõrzött termonukleáris reakció gazdaságos felhasználása nem válik lehetségessé a 20. század vége elõtt. A magfúzióról és az ITER-programról kiváló monográfia jelent meg 2002-ben, és a fenti Teller-idézet is onnan származik (Braams et al., 2002). Ami viszont a maghasadáson alapuló reaktorfejlesztéseket illeti, csak az Amerikai Egyesült Államokban jelenleg több mint tíz, IV. generációs technológiafejlesztési program kap állami támogatást. IRODALOMJEGYZÉK Braams, C. M., Stott, P. E. (2002) Half a century of magnetic confinement fusion research, Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia. Nagy, S. (2006) Radiochemistry and Nuclear Chemistry, UNESCO EOLSS (www.eolss.net) Theme 6.104. Olah, G. A. (1998) Oil and Hydrocarbons in the 21st Century, in: Chemical Research 2000 and Beyond (P. Barkan ed.), American Chem. Soc., Washington, DC and Oxford University Press, New York, pp. 40 54.

A KEZDETEK Felismerték, hogy az anyag nem statikus egységekbõl épül fel Az atommaghoz és annak tudományához Becquerel felfedezése, a radioaktivitás felismerése vezette el a tudományt. Ennek a felfedezésnek (mint általában minden felfedezésnek) fontos elõzményei voltak: ezek között a legfontosabb a röntgensugárzás felfedezése 1895 novemberében (Röntgen, 1895). A röntgensugárzás híre, alkalmazása villámgyorsan bejárta a világot és 1896 elsõ hónapjaiban már Magyarországon is kipróbálták orvosi alkalmazását. (Eötvös Loránd kezének röntgenképét január 16-án mutatták be egy elõadóülésen, Budapesten.) Párizsban, az Akadémián 1896. január 20-án Henri Poincaré számolt be Röntgen felfedezésérõl és mutatta be a Röntgen által készített fotókat a kéz röntgenképérõl. [Röntgen csak három nappal késõbb, január 23-án tartotta meg elsõ bemutató elõadását Würzburgban (Radnai, 1991).] Becquerel Poincaré elõadásán találkozott elõször a röntgensugárzással. Henri Becquerel nagyapja és apja is fizikusprofesszorok voltak. A nagyapa az elektromosság ásványokra gyakorolt hatását, az apa viszont a diamágneses és lumineszcenciás jelenségeket vizsgálta. Így természetes, hogy a röntgensugárzást megismerve, Becquerel arra gondolt, hogy a röntgensugár és a lumineszcencia közt valamilyen összefüggést lehet feltételezni. [Bár lehet, hogy ez a gondolat nem volt egészen eredeti, ugyanis Henri Poincaré vizsgálta elõször, hogy a fluoreszkáló testek, fény hatására, nem bocsátanak-e ki a röntgensugarakhoz hasonló sugárzást. De Poincaré ehhez a kísérlethez nem uránt, tehát nem radioaktív anyagot használt (Curie, 1962).] Hála a Becquerel család hagyományainak, kéznél voltak lumineszkáló ásványok az örökölt tanszéken, és Henri Becquerel gyorsan nekikezdhetett elképzelése kipróbálásának. 1896. február 24-én benyújtott egy közleményt az Akadémiának arról, hogy az uranil-szulfát-kristályok foszforeszkálása a röntgensugárzáshoz hasonló sugárzást hoz létre, amely a fekete papírba csomagolt fotólemezt megfeketíti (Becquerel, 1896a). (Megjegyzendõ, hogy Becquerelnek még hat további dolgozata jelent meg ebben a témakörben és ebben az évben a Comptes rendus de l Académie des sciences c. folyóiratban. A dolgozatok idõrendjét az oldalszámok jelzik.) Becquerel március 2-án számolt be azokról a kísérleteirõl, amelyeket kálium-uranil-szulfát-kristállyal kezdett, de az elõzõ napokban felhõk takarták el a Napot, így betette a szintén fekete papírban tárolt kristályt meg a fotólemezt a sötét szekrénybe. A sötétben tárolt, majd elõhívott

18 VÉRTES ATTILA fotólemezen mégis kirajzolódott a kristály formája. (A kísérletek és megfigyelések részletes leírását l. Becquerel beszámoló cikkében, amelyet alább magyar fordításban is bemutatok.) Érdemes megjegyezni, hogy egy korszakalkotó felfedezés azon a véletlenen múlt, hogy Becquerel elõhívott egy olyan fotólemezt is, amely mellett az uránvegyületet nem érte napsugár, amitõl nem várt expozíciót. Megpróbálta úgy magyarázni a tapasztalt jelenséget, hogy a behatoló sugárzás tovább él egy ideig, az iniciáló sugárzás energiáját tárolja a befogadó anyag, de aztán ezt a magyarázatot is elvetette (Becquerel, 1896b). Munkája folytatása során megállapította, hogy ionizáló sugárzásról van szó (Becquerel, 1896c). Becquerel nagy lendülettel és lelkesedéssel vizsgálta az urán sugárzásának tulajdonságait és például megvizsgálta, hogyan sugároznak kristályai megolvasztott állapotban. 1896 márciusában megállapította, hogy tükörfelületrõl visszaverõdik a sugárzás (Becquerel, 1896d), és már március 30-án arról számolt be, hogy az uránsók által kibocsátott sugárzás milyen változásokat mutat egy turmalinlemezzel lejátszódó kölcsönhatás következtében (Becquerel, 1896e). (A turmalin képlete: Y 8 XY(OH, F) 4 [Si 6 O 27 B 3 ], ahol X = Na, K és Y = Al, Mg, Fe, Ti, Cr.) További vizsgálatok azt mutatták, hogy nem fluoreszkáló uránásványok is sugárzást bocsátanak ki, aztán azt, hogy a tiszta urán nagyobb fajlagos intenzitású sugárzást bocsát ki, mint az uranil-szulfát. A sugárzás tehát az urán elemi tulajdonságaihoz tartozik, az atomból származik, mégpedig az atomok olyan részébõl, melyet a kémiai reakciók nem befolyásolnak (Becquerel, 1896f). Ez a megállapítás tehát már szükségszerûen feltételezi, hogy az atomnak szerkezete van, amely kémiai úton nem tárható fel teljes részletességgel. ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Henri Becquerel 1852. december 15-én született Párizsban, fizikuscsaládba. Nagyapja, Antoine César és édesapja, Alexandre Edmond Becquerel is fizikusprofesszorok voltak. Nagyapja 1840-ben, apja 1863-ban lett a Francia Tudományos Akadémia tagja. Az ifjú Henri Becquerel az École Polytechnique-en folytatta tanulmányait és itt szerzett mérnöki oklevelet. Itt dolgozott 1891-ig, apja haláláig, amikor megkapta az õ állását s a Conservatoire des Arts et Métiers és a Musée d Histoire Naturelle fizikaprofesszora lett. 1894-ben meghívták a Ponts et Chausse mérnökképzõ intézetbe és 1895-ben az École Polytechnique-re is fizikát elõadni. 1878-ban fia született (Jean), aki szintén fizikus lett. Így a Becquerel család négy, egymás utáni generációjában volt fizikus. 1889-ben lett a Francia Tudományos Akadémia tagja. Tagjává választotta még az Accademia dei Lincei és a Berlini Királyi Akadémia. 1908. augusztus 25-én hunyt el Le Croisie-ben. :::::::::::::::::::::::::::::::::::

A KEZDETEK 19 Henri Becquerel folytatta az urán sugárzásaival kapcsolatos vizsgálatait és 1896. november 23-án (Becquerel, 1896g), majd 1897. március 1-jén (Becquerel, 1897a), illetve április 12-én (Becquerel, 1897b) újabb közleményeket publikált, például az urán sugárforrás azon fontos tulajdonságáról, hogy egy év alatt nem csökken az aktivitása. Becquerel 1896-ban publikált hét dolgozata közül egynek magyar fordítását is bemutatom. 1 Az elbeszélõ szöveg jó példája annak, hogy korszakindító eredményeket is milyen egyszerûen lehet közölni. ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Becquerel, 1896/b A FOSZFORESZCENS TESTEK ÁLTAL KIBOCSÁTOTT LÁTHATATLAN SUGARAKRÓL Comptes Rendus, 122, 501 503 (1896) Az elõzõ ülésen összefoglaltam azokat a kísérleteket, amelyekkel egyes foszforeszcens testekbõl kibocsátott láthatatlan sugarakat detektáltam; olyan sugarakat, amelyek bizonyos, a fény számára átlátszatlan testeken áthatolnak. Ezeket a vizsgálatokat ki tudtam terjeszteni, s bár folytatni szeretném õket és ezeknek a jelenségeknek a tanulmányozásában szeretnék elmélyedni, kimenetelük arra késztet, hogy már ma bejelentsem az elsõ eredményeket. Az ismertetendõ kísérleteket az uranil és a kálium kettõs szulfátjának, SO 4 (UO)K + H 2 O, kristályos rétege által kibocsátott sugarakkal végeztem. Ez az anyag 1/100 másodpercnél rövidebb ideig erõsen foszforeszkál. Az anyag által kibocsátott fénysugarak jellemzõit korábban édesapám tanulmányozta, s idõközben alkalmam nyílt arra, hogy felhívjam a figyelmet eme fénysugarak néhány érdekes jellegzetességére. Bárki könnyen meggyõzõdhet róla, hogy a napfényre vagy diffúz nappali fényre kitett anyag olyan sugarakat bocsát ki, amelyek nemcsak a fekete papírlapokon, hanem különbözõ fémeken, például alumíniumlapon és vékony rézlapon is áthatolnak. A következõ kísérletet végeztem el: Egy ezüst-bromid-emulziós Lumière-lemezt egy fekete anyagból készült átlátszatlan tartóba helyeztem, és egyik oldalára alumíniumlemezt tettem. A fotográfiai lemez akkor sem foltosodik meg, ha a tartót egész nap folyamán a napfényen hagyjuk. Ha azonban valaki az uránsó kristályos rétegét teszi az alumíniumlemezre kívülrõl például papírcsíkokkal odaerõsítve a fotográfiai lemez szokásos elõhívása után megfigyelheti, hogy a kristályos réteg fekete sziluettje jelenik meg az érzékeny lemezen, és a foszforeszcens réteggel szembeni ezüstsó redukálódik. Ha az alumíniumréteg egy kicsit vastagabb, akkor a hatás intenzitása csekélyebb, mint két fekete papírlapon át. Ha az uránsó kristályos rétege és az alumíniumlemez vagy a fekete papír közé olyan tükröt helyezünk, amely kb. 0,1 mm vastag, és például kereszt alakú, akkor ennek a keresztnek a sziluettjét láthatjuk egy kicsit halványabban, de olyan sötéten, ami még 1 A fordítást Silberer Vera készítette.

20 VÉRTES ATTILA mindig azt jelzi, hogy a sugarak keresztülhaladtak a rézlapon. Egy másik kísérletben egy vékonyabb rézlemez (0,04 mm) kevésbé gyengítette az aktív sugarakat. A foszforeszcenciát nemcsak közvetlenül idézik elõ a napsugarak; az a napsugárzás, amely egy heliosztát fémtükrérõl verõdött vissza, majd egy prizmán és egy kvarclencsén megtört, ugyanezt a jelenséget hívta életre. Minden eddigi várakozásunkat meghaladja a következõ megfigyelés: Ugyanazok a kristályrétegek, amelyeket az elõzõhöz hasonló módon rendeztünk el a fotográfiai lemezeken s azonos feltételek mellett és azonos szûrõkkel használtunk, de elzártunk a beérkezõ sugarak gerjesztése elõl és sötétben tartottunk, ugyanazokat a fotográfiai képeket hozzák létre. Erre a megfigyelésre a következõ módon tettem szert: az elõzõ kísérletek közül néhányat február 26-án, szerdán és február 27-én, csütörtökön végeztünk. Mivel a Nap nem sütött egyfolytában ezeken a napokon, a berendezéseket elõkészítve hagytam, és a tartókat az íróasztalfiók sötétjébe zártam úgy, hogy az uránsó kristályait a helyükön hagytam. Mivel a Nap nem sütött ki a következõ napokon sem, a fotográfiai lemezeket március 1-jén elõhívtam; arra számítottam, hogy nagyon gyenge képeket kapok. Ehelyett nagyon erõs sziluettek jelentek meg. Rögtön arra gondoltam, hogy a hatásnak a sötétben is fenn kell állnia, s a következõ kísérletet végeztem el: Egy átlátszatlan kartondoboz aljára egy fotográfiai lemezt helyeztem. A lemez érzékeny oldalára az uránsó kristályának egy rétegét tettem, olyan konvex réteget, amely néhány ponton érintette a bromidos emulziót. Mellette, ugyanerre a lemezre ugyanennek a kristálynak egy másik rétegét tettem, de a bromidos emulziót egy vékony üveglappal elválasztottam. Ezt a mûveletet sötét szobában hajtottam végre. A dobozt ezután lezártam, egy másik kartondobozba tettem és végül egy fiókba helyeztem. Ugyanígy jártam el egy alumíniumlappal lezárt tartóval: a fotográfiai lemezt ebben helyeztem el, és az uránsó kristályának rétegét kívülrõl rátettem. Az egészet egy átlátszatlan dobozba, majd egy fiókba raktam. Öt óra múlva elõhívtam a lemezeket. A kristályos rétegek sziluettjei feketék voltak, mint az elõzõ kísérletekben, s mintha a fény hatására váltak volna foszforeszcenssé. Amikor a réteget közvetlenül az emulzióra tettem, csekély különbség mutatkozott a hatásban azokon a pontokon, ahol a kristály közvetlenül érintkezett az emulzióval, és azokon, ahol néhány milliméternyi távolságban volt tõle. A különbség betudható annak, hogy az aktív sugarak forrása eltérõ távolságra volt. Az üveglapra helyezett kristály hatása nagyon kicsit gyengült, de a kristály alakja igen jól reprodukálódott. Végül az alumíniumlemez közbeiktatásával a hatás jelentõsen gyengült, de jól kivehetõ volt. Meg kell jegyeznünk, hogy ez a jelenség nem tulajdonítható a foszforeszcencia során kibocsátott fénysugárzásnak, mivel az 1/100 másodperc végén ez a sugárzás olyan gyenge lesz, hogy azon túl már alig érzékelhetõ. Elég természetesnek tûnik az a feltételezés, hogy ezek a sugarak, amelyek hatása igen hasonlít a Lenard és a Röntgen urak által tanulmányozott sugarak hatásához, olyan láthatatlan sugarak, melyek foszforeszcenciával emittálódnak és végtelenül tovább maradnak meg, mint az ilyen testek által kibocsátott fénysugarak. A jelen kísérletek azonban, anélkül, hogy ellentmondanának ennek a hipotézisnek, nem igazolják ezt a konk-

A KEZDETEK 21 lúziót. Remélem, hogy mostani kísérleteim hozzájárulnak a jelenségek eme új családjának megismeréséhez. ::::::::::::::::::::::::::::::::::: A röntgensugárzás sokkal nagyobb érdeklõdést váltott ki a kutatók körében, mint az urán sugárzása, így Becquerel meglehetõsen egyedül maradt témájával. A helyzetet jól jellemzi, hogy 1896-ban mintegy 1000 cikk foglalkozott a Röntgen által felfedezett sugárzással (Glasser, 1934), míg az urán sugárzásával mindössze 20. A világ tehát, ekkor még, nem ismerte föl a radioaktivitás felfedezésének óriási jelentõségét. Idõközben egy Párizsban tanuló lengyel diáklány, Maria Sk³odowska is megismerkedett Becquerel eredményeivel. Maria az egyetem elvégzése után egy ideig a mágnesség tanulmányozásával foglalkozott, a Pierre Curie által vezetett laboratóriumban. 1895-ben Maria és Pierre házasságot kötött. Marie Curie csatlakozott Becquerel kutatásaihoz és 1897-ben a doktori disszertációjának témájául már a radioaktivitást választotta. Marie Curie 1897. szeptember 12-én szüli meg Irène-t. 1897 végén még a mágnességrõl ír értekezést, amit decemberben ad le a Bulletin de la Société pour l Encouragement de l Industrie Nationale folyóiratnak. Közben betegeskedik is, de 1898 elején el szeretné kezdeni doktori munkáját. Ehhez keres témát és rátalál Henri Becquerel eredményeire. Megtetszik a téma. Az új kísérlethez a Fizikai Intézet igazgatójától egy földszinti raktárhelyiségben kap egy kis szabad területet, ahol fûtési lehetõség sincs. Elõször azt vizsgálja, hogy az urán-sugár milyen mértékben tudja ionizálni a levegõt. Ehhez a kísérlethez kéznél van az az elektroszkóp, amit Pierre és Jacques Curie készített. Ez egy ionizációs kamrából, egy Curie-féle elektrométerbõl és egy piezoelektromos kvarcból áll. Idõközben Pierre Curie is oly érdekesnek és izgalmasnak találja felesége kutatásait, hogy abbahagyja saját, sok eredményt hozó kutatási témáját és bekapcsolódik Marie sugárzó anyagainak a tanulmányozásába. Marie Curie kondenzátort használt az ionizáló sugárzás detektálására. A vizsgált mintát a kondenzátor lemezei közé helyezte és elektrométerrel vagy piezoelektromos kvarc segítségével mérte a kondenzátorlemezek közötti levegõ vezetõképességét. Ezt a rendkívül kicsi (pikoamper nagyságrendû) áramok pontos mérésére alkalmas mérõberendezést Pierre Curie készítette, aki 1880-ban Jacques testvérével együtt fedezte fel a piezoelektromosságot. Ezzel a módszerrel Marie Curie megmérte egy sor fém, só, oxid és ásvány sugárzóképességét (Sk³odowska-Curie, 1898). Az elvégzett munkáról szóló dolgozatban két fontos megállapítás volt: a tórium és vegyületei is emittálnak ionizáló sugárzást és egyes uránércek aktivitása nagyobb, mint a fémuráné és az urán-oxidé. (A tórium radioaktivitásának felfedezésével kapcsolatban meg kell jegyezni, hogy errõl Gerhardt Schmidt német fizikus is beszámolt a Német Fizikai Társaság ülésén Berlinben 1898. február 4-én (Schmidt, 1898), és Marie Curie csak 1898. április 12-én tartott elõadást a Francia Akadémia párizsi ülésén ugyanerrõl az eredményrõl.) Világossá vált, hogy az uránérc aktivitása csak akkor lehet nagyobb, mint a tiszta uráné, ha az elõbbi más radioaktív elemet is tartalmaz. Ezzel a megállapítással Marie Curie

22 VÉRTES ATTILA 1. táblázat Urántartalmú ásványok aktivitásának összehasonlítása a fémes urán aktivitásával i (10 11 A) fémuránium 2 3 urániumszurokércz Johanngeorgenstadból 8 3 urániumszurokércz Joachimstahlból 7 0 urániumszurokércz Pribramból 6 5 urániumszurokércz Cornwallból 1 6 cleveit 1 4 chalkolit 5 2 antunit 2 7 thorit különbözõ lelõhelyekrõl 0 1 thorit különbözõ lelõhelyekrõl 0 3 thorit különbözõ lelõhelyekrõl 0 7 thorit különbözõ lelõhelyekrõl 1 3 thorit különbözõ lelõhelyekrõl 1 4 orangit 2 0 monazit 0 5 xenotit 0 03 aeschynit 0 7 fergusonit 0 4 fergusonit 0 1 samarskit 1 1 niobit 0 1 niobit 0 3 tantalit 0 02 carnotit 6 2 thorianit 6 0 A méréseket Marie Curie úgy végezte, hogy a fémuránt és az ásványokat is elporította és azokkal egy hat centiméteres átmérõjû, egy milliméteres peremû fémedényt töltött meg. Tehát az összehasonlított, porított minták i paramétere a kondenzátoron átfolyó, amperekben kifejezett telítési áram volt. (A táblázatban Weszelszky-féle, eredeti írásmódot használjuk.)

A KEZDETEK 23 felfedezte az urán radioaktív bomlástermékeit. Persze, a bomlási sorok megértéséhez még várni kellett néhány évet. A Marie Curie által vizsgált uránércek aktivitásáról, összehasonlítva a fémuránéval, Marie Curie dolgozatai alapján, Weszelszky Gyula közölte az 1. táblázatot (Weszelszky, 1917). Marie Curie lengyelországi kémiai tanulmányai sokat segítettek abban, hogy az uránércbõl kipreparálja, elválassza az elsõ, urán bomlásából származó radioaktív nuklidot. Megállapította, hogy az új radioaktív elem kémiai tulajdonságai a bizmutéhoz hasonlóak, így arra gondolt, hogy bizmutsókkal együttkristályosítva lehet elválasztani az uránérctõl. Elképzelése sikerrel járt, és férjével együtt jelentették be az új elem felfedezését 1898 júliusában (Curie et al., 1898a). Az elemet Marie Curie szülõhazájáról, Lengyelországról polóniumnak nevezték el. Érdemes megjegyezni, hogy az 238 U bomlási sorában a feldúsulásra alkalmas felezési idejû (138,4 nap) polóniumizotóp, a 210 Po található. Az ebben a bomlási sorban lévõ másik két polóniumizotóp, a 218 Po és a 214 Po felezési ideje igen rövid: 3,05 perc, illetve 1,64 10 4 s. Az 235 U bomlási sorában viszont a 215 Po és a 211 Po található; ezek felezési ideje 1,78 10 3 s és 0,52 s. Tehát ezeket sem lehet elkülöníteni, kinyerni az uránércbõl. A 210 Po anyaeleme viszont a 210 Bi (felezési ideje: 5 nap), ezért a bizmutos együttkristályosítás a 210 Po anyaelemét, a kisebb mértékben feldúsult 210 Bi nuklidot is elkülönítette ez uránérctõl. Az új radioaktív elem bejelentése nagy érdeklõdést váltott ki a tudományos körökben és ezután egyre több kutató kezdett foglalkozni a radioaktív anyagokkal. A Curie házaspár kutatásához Gustave Bémont is csatlakozott, és még ugyanazon évben sikerült egy újabb, a bárium kémiai tulajdonságaihoz hasonló radioaktív elemet felfedezni, és a bárium-kloridos együttkristályosítás segítségével elõállítani. Az új elemrõl, a rádiumról 1898. december 26-án számoltak be (Curie et al., 1898b). (A bárium és a rádium a periódusos rendszer második oszlopában helyezkedik el.) Marie Curie 1898-ban publikált három dolgozata közül az elsõt még Sk³odowska-Curie-ként jegyezte, de a következõ két dolgozatán már Marie Curie-ként szerepel. Az elsõ dolgozat arról a felismerésrõl számolt be, hogy az uránércben az uránon kívül más radioaktív elemnek is kell lennie. Aztán a következõ két dolgozat már egy-egy új elem felfedezésérõl ad hírt. Ezek a dolgozatok szokatlanul rövidek: 2-3 oldal terjedelmûek és egyetlen képletet vagy ábrát sem tartalmaznak; az utóbbi kettõ szinte kizárólag kémiai mûveletek leírásából áll. Hatásuk viszont a nukleáris tudomány tényleges elindítása és lendületbe hozása volt. Marie Curie két Nobel-díját (1903-ban fizikai és 1911-ben kémiai) ezek a dolgozatok eredményezték. Marie Curie 1898-ban publikált dolgozatai fontos tudománytörténeti relikviák. Ezért a két új elemrõl hírt adó két dolgozat magyar fordítását teljes terjedelemben bemutatom. 2 Érdemes megfigyelni a fejlõdést a két cikk során. Megírásuk között csak néhány hónap telt el, mégis, a második cikkben a következtetések, információk már határozottabbak, jobban kikristályosodtak, mint a korábbi dolgozatban. 2 A fordítás Silberer Vera és Kárpáti Szilvia munkája, akiknek ezúton is köszönetet mondok.

24 VÉRTES ATTILA ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Curie et al., 1898/a AZ URÁNSZUROKÉRC EGYIK RADIOAKTÍV ANYAGÁRÓL Comptes Rendus, 127, 175 (1898) Egyes uránt és tóriumot tartalmazó ásványok (uránszurokérc, kalkolit, uranit) igen aktívak a Becquerel-féle sugarak kibocsátása szempontjából. Egy elõzõ dolgozatban egyikünk kimutatta, hogy aktivitásuk nagyobb az uránénál és a tóriuménál, s annak a véleményének adott hangot, hogy ez a hatás valamilyen más, nagyon aktív anyagnak tulajdonítható, amelynek kis mennyisége megtalálható ezekben az ásványokban. Az urán- és tóriumvegyületek vizsgálata azt mutatta, hogy a levegõt vezetõvé tevõ és a fotográfiai lemezekre ható sugarak kibocsátása az urán és a tórium speciális tulajdonsága, amely ezen fémek összes vegyületében megjelenik és a vegyületben levõ aktív fém mennyiségének csökkenésével arányosan gyengül. Az anyagok fizikai állapota másodlagos fontosságúnak tûnik. Különbözõ kísérletek megmutatták, hogy ezen anyagok keverékének állapota láthatólag csak annyiban hat, amennyiben megváltoztatja az aktív anyagok arányát és az iners anyagok általi abszorpciót. Bizonyos okok (például a szennyezések), amelyek oly nagy hatást fejtenek ki a foszforeszcenciára vagy a fluoreszcenciára, itt teljességgel hatástalanok. Ezért nagyon valószínû, hogy ha egyes ásványok aktívabbak, mint az urán és a tórium, annak az az oka, hogy ezen fémeknél aktívabb anyagot tartalmaznak. Ezt az anyagot az uránszurokércbõl kívántuk kivonni, és a kísérletek megerõsítették az elõbbi feltevéseket. Kémiai vizsgálataink állandó vezérfonala az egyes mûveletekben elválasztott termékek sugárzási aktivitásának ellenõrzése volt. Minden terméket egy kondenzátor egyik lemezére helyeztünk, s az idézett munkához hasonlóan elektrométerrel és piezoelektromos kvarccal mértük, hogy a levegõ mekkora vezetõképességre tesz szert. Így nemcsak jelzést, hanem számot is kapunk az aktív anyagban levõ termék erõsségének mértékére. Az általunk elemzett uránszurokérc mintegy két és félszer aktívabb volt, mint a lemezes berendezésünkben levõ urán. Az ásványt savakkal, a kapott oldatokat hidrogén-szulfiddal kezeltük. Az urán és a tórium oldatban maradt. A következõket igazoltuk: A kicsapott szulfidok nagyon aktív anyagot tartalmaznak az ólom, a bizmut, a réz, az arzén és az antimon mellett. Ez az anyag egyáltalán nem oldódik az ammónium-szulfidban, amellyel elválasztható az arzéntól és az antimontól. Az ammóniumszulfidban oldhatatlan szulfidokat salétromsavban oldottuk fel; az aktív anyag kénsavval részben elválasztható az ólomtól. Ha az ólom-szulfátot híg kénsavval mossuk, az aktív anyag többsége oldatba megy, míg az ólom-szulfát oldhatatlan. A bizmuttal és rézzel együtt oldatban levõ aktív anyagot teljesen kicsapja az ammónia, s így elválasztható a réztõl. Végül az anyag a bizmuttal együtt marad vissza. Eddig még nem találtunk pontos eljárást arra, hogy az aktív anyagot nedves módszerrel elválasszuk a bizmuttól. Nem teljes elválasztást azonban sikerült végrehajtanunk, amirõl a következõk tanúskodnak:

A KEZDETEK 25 Amikor a szulfidokat salétromsavban oldjuk, a legkevésbé oldható részek a legkevésbé aktívak. Amikor a sókat kicsapjuk a vízbõl, az elõször kicsapódó részek messze a legaktívabbak. Megfigyeltük, hogy az uránszurokérc hevítésekor, a szublimáció révén, igen aktív termék képzõdik. Ezen megfigyelés alapján az aktív szulfid és a bizmut-szulfid illékonyságának különbségén alapuló elválasztási eljárást dolgoztunk ki. A szulfidokat vákuumban hevítettük körülbelül 700 C-on egy csehüveg csõben. Az aktív szulfid fekete bevonatként rakódott le a csõnek azon tartományaira, amelyek 250 300 C-osak voltak, míg a bizmut-szulfid a melegebb részeken maradt. Ezeknek a különbözõ mûveleteknek az ismétlésével egyre több aktív terméket kaptunk. Végül olyan termékhez jutottunk, amelynek az aktivitása körülbelül négyezerszerese az uránénak. Az ismert anyagokat ismét sorra vettük, hogy meghatározzuk, vajon a termék a legaktívabb-e közülük. Csaknem minden elemi anyag vegyületeit megvizsgáltuk. Számos vegyész volt kedves a legritkább anyagok mintáit is rendelkezésre bocsátani. Csak az urán és a tórium mutat természetes aktivitást, esetleg a tantál nagyon gyengét. Ezért úgy gondoljuk, hogy az uránszurokércbõl általunk kivont anyag olyan fémet tartalmaz, amelyet eddig még nem írtak le, és analitikai tulajdonságai hasonlóak a bizmut tulajdonságaihoz. Ha ennek az új fémnek a léte igazolást nyer, javasoljuk, hogy polóniumnak nevezzék el egyikünk hazájának neve után. Demarçay úr volt szíves megvizsgálni az általunk tanulmányozott anyag spektrumát. Egyetlen karakterisztikus vonalat sem tudott megkülönböztetni a szennyezõdéseknek tulajdonítható vonalaktól. Ez nem kedvezõ az új fém feltételezése szempontjából. Demarçay úr azonban felhívta a figyelmünket arra, hogy az urán, a tórium és a tantál spektrumában megszámlálhatatlan, nagyon finom vonal van, amelyet nehéz egymástól elválasztani. Hadd jegyezzük meg, ha az új elem léte igazolást nyer, a felfedezés kizárólag annak az új deteketálási módszernek tudható be, amelyet a Becquerel-féle sugarak tesznek lehetõvé. ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Curie et al., 1898/b BESZÁMOLÓ EGY ÚJ, ERÕSEN RADIOAKTÍV ANYAGRÓL, AMELY AZ URANINITBEN 3 TALÁLHATÓ Comptes Rendus, 127, 11215 (1898) Ketten közülünk kimutatták, hogy tisztán kémiai eljárásokkal ki lehet vonni az uraninitbõl egy erõsen radioaktív anyagot. Ez az anyag, analitikai tulajdonságait tekintve, a bizmutra hasonlít. Véleményünk szerint az uraninit egy új kémiai elemet tartalmaz, amelynek a polónium elnevezést ajánlottuk. 3 Az eredeti francia szövegben a petchblende (UO 2 ) szerepel, ami magyarul uránszurokérc, vagy régi nevén uraninit.

26 VÉRTES ATTILA További kutatásaink eredményei a korábbi következtetéssel összhangban vannak; ugyanakkor ezen kutatások során egy második erõsen radioaktív anyagra leltünk, amely kémiai tulajdonságait tekintve teljesen különbözik az elsõtõl. A polónium savas oldatból kén-hidrogén hatására kicsapódik; sói oldhatóak savakban és víz hozzáadásával kiválnak; a polónium teljes mértékben kicsapódik tömény ammóniaoldat hatására. Az általunk felfedezett új radioaktív anyag, kémiai tulajdonságait tekintve, a szinte teljesen tiszta báriumhoz hasonlít: sem dihidrogén-szulfid, sem ammónium-szulfid, sem tömény ammóniaoldat hatására nem válik ki; szulfátja vízben és savas oldatokban nem oldódik; karbonátja vízben oldhatatlan; kloridja vízben kiválóan oldódik, azonban tömény sósav és alkoholok nem oldják. Végül, ez az anyag a bárium jól felismerhetõ spektrumát adja. Úgy gondoljuk azonban, hogy ez az anyag, amely nagyrészt báriumból áll, tartalmaz egy új elemet, amelytõl a radioaktivitás származik és amely kémiai szempontból nagyon hasonlít a báriumra. Az alábbiakban ismertetjük azokat a megállapításokat, amelyek a fenti következtetéshez vezettek: 1. A bárium és vegyületei normális esetben nem radioaktívak; ugyanakkor egyikünk megmutatta, hogy a radioaktivitás valószínûleg atomi tulajdonság, amely megmarad az anyag minden kémiai és fizikai formájában. Ezekbõl következik, hogy az anyagunk radioaktivitása nem eredhet a báriumtól és így egy másik elemtõl kell hogy származzon. 2. Az elsõ anyagok, amelyeket klór-hidrát formájában kaptunk, a fémuránénál 60-szor nagyobb radioaktivitást mutattak (a radioaktivitás intenzitását a levegõ vezetõképességének nagyságából határoztuk meg, egy kondenzátoros berendezésben). Ezeket a kloridokat vízben feloldottuk, és az oldatok egy részét alkohollal leválasztottuk. Az így kicsapódott rész sokkal aktívabbnak mutatkozott, mint az oldatban maradt rész. Ezt a módszert alkalmazva és a mûveletet többször egymás után elvégezve, egyre aktívabb kloridokat kaptunk. Az utolsó kloridfrakció, amit kaptunk, 900-szor aktívabbnak bizonyult, mint az urán. Munkánkat a rendelkezésre álló anyagmennyiség korlátozta, azonban feltételezhetõ, hogy amennyiben folytatni tudtuk volna a mûveletet, akkor még sokkal nagyobb aktivitást érhettünk volna el. Ezen tények azzal magyarázhatóak, hogy jelen van egy radioaktív elem, melynek kloridja kevésbé oldható alkoholos vízben, mint a báriumé. 3. Demarçay úr volt oly szíves és alaposan tanulmányozta az anyagunk spektrumát, amiért sok köszönettel tartozunk neki. Ennek részletes eredményeit egy, a miénket követõ, külön publikáció foglalja össze. Demarçay úr talált a spektrumban egy olyan vonalat, amely egyik ismert elemre sem jellemzõ. Ez a vonal szinte alig látszik, ha az uránnál 60-szor nagyobb aktivitású kloridot vesszük, azonban a dúsított kloridnál melynek aktivitása 900-szor nagyobb az uránénál már jól kivehetõvé válik. Tehát e vonal intenzitása a radioaktivitással nõ, amibõl arra következtethetünk, hogy a vonal az anyagunk radioaktív részétõl származik.

A KEZDETEK 27 Az általunk felsorolt különbözõ érvek arra engednek következtetni, hogy az új radioaktív anyag tartalmaz egy eddig ismeretlen elemet, amelynek elnevezésére a rádium szót ajánljuk. Meghatároztuk aktív báriumunk atomtömegét, a vízmentes klorid klórtartalmának titrálásával. A kapott tömegek nagyon kevéssé térnek el az inaktív bárium-kloridra kapott értékektõl; ugyanakkor az aktív báriumra mért értékek mindig kicsit nagyobbak voltak, de a különbségek a mérési hibával összemérhetõek. Az új radioaktív anyag nagy valószínûséggel fõként báriumot tartalmaz; ezzel együtt a radioaktivitás számottevõ. A rádium radioaktivitása tehát hatalmas mértékû kell hogy legyen. Az urán, a tórium, a polónium, a rádium és ezek vegyületei a levegõt elektromos vezetõvé teszik és a fotólemezeken nyomot hagynak. Mindkét hatás sokkal erõsebb a polónium és a rádium esetében, mint az uránnál és a tóriumnál. A rádiummal és a polóniummal már félperces exponálási idõ után kielégítõ nyomokat kapunk a fotólemezeken; míg az urán és a tórium esetében ugyanolyan eredmény eléréséhez több órára van szükség. A polónium és a rádium által kibocsátott sugárzás a bárium-(platinacianid)-ot fluoreszkálóvá teszi; ilyen értelemben hatása a röntgensugárzással azonos, de annál jóval kisebb mértékû. A kísérlethez az aktív anyagra egy nagyon vékony alumíniumfóliát helyeztünk, amelyre vékony rétegben vittünk fel bárium-(platinacianid)-ot; sötétben a platina-cianid gyengén fényessé válik az aktív anyag hatására. Ezzel egy fényforrást hozunk létre, igaz, nagyon gyengét, de ami energiaforrás nélkül mûködik. Ez azonban teljesen ellentmondani látszik a Carnot-féle elvnek. Az urán és a tórium ugyanilyen körülmények között semmilyen fényjelenséget nem eredményeznek, valószínûleg azért, mert hatásuk túl gyenge. ::::::::::::::::::::::::::::::::::: A rádiumot tisztán csak négy év kemény munka árán sikerült elõállítania Marie Curie-nek, tehát csak 1902-ben tudta ezt az elemet hordozómentesen bemutatni a kollégáinak. ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Maria Salomea Sk³odowska Varsóban született 1867. november 7-én. Szüleinek ötödik gyermeke volt. Édesapja, W³adis³aw Sk³odowski tanár volt. 1883-ban érettségizett arany kitüntetéssel. Az 1890 91-es tanévben elvégezte a Varsói Ipari és Mezõgazdasági Múzeum által szervezett kémiai analitikai tanfolyamot. Maria Sk³odowska itt olyan széles körû kémiai tudást szerzett,

28 VÉRTES ATTILA ami késõbbi eredményeinek alapja lett. (Kiváló kémiatanára Napoleon Miliar volt.) Maria szeretett volna egyetemi diplomát szerezni, de az akkori, Oroszországhoz tartozó Lengyelországban a nõk nem járhattak egyetemre. Maria nõvére Párizsban élt, orvos volt és férjezett. Nõvére meghívására 1891-ben Maria is Párizsba ment. Beiratkozott az egyetemre és 1893-ban fizikából, 1894-ben matematikából szerzett oklevelet. Tanulmányai után az École de Physique et Chimie Industrielle-en dolgozott Pierre Curie (1859 1906) vezetése alatt; a fémek mágneses tulajdonságait vizsgálta. Egymásba szerettek, és 1895-ben összeházasodtak. 1897-ben született elsõ gyermekük, Irène, aki szintén kiemelkedõ eredményeket ért el a nukleáris kémia területén. Számos témában együtt dolgozott anya és leánya. Marie Curie ismét gyermeket várt 1902-ben, de a néhány hónapos magzatot elvetélte. Második leánygyermekét, Eve-t csak két évvel késõbb, 1904. december 6-án, 37 éves korában tudta megszülni. Ez a leánya, Eve Curie írta meg édesanyja érdekfeszítõ, küzdelmes, sok betegséggel terhelt, de mégis diadalmas életét Madame Curie címû könyvében. Marie Curie 1903. június 25-én védte meg Kutatások a radioaktív anyagok körébõl címû doktori disszertációját. A doktori bizottság a Sorbonne három professzora, Lippmann, Bauty és Moissan volt. Marie Curie volt az egyetlen nõ, aki két Nobel-díjat kapott, és a mai napig õ az egyetlen, aki ezt két különbözõ tudományterületen kapta. 1903-ban (férje és Becquerel társaságában) fizikai, 1911-ben kémiai Nobel-díjjal tüntették ki. Jóllehet a Francia Tudományos Akadémia még 1911. január 23-án, egy szavazatkülönbséggel, nem Madame Curie-t, hanem vetélytársát, Edouard Branlyt választotta meg akadémikusnak. De 1922. február 7-én, miután már az egész világ ünnepelte Marie Curie-t, a Francia Akadémia is tagjává választotta. A párizsi Sorbonne egyetem díszdoktorává avatta 1913-ban. Az 1925 27-es években Cambridge-ben, a Cavendish Laboratóriumban dolgozott mint Wertenstein-ösztöndíjas. (Ennek a laboratóriumnak ebben az idõben Rutherford volt a vezetõje.) Marie Curie egész életében igen intenzíven dolgozott. Utolsó munkája, 1934 elsõ hónapjaiban, az aktínium optikai spektrumának tanulmányozása volt. Egészségét felõrölte az ionizációs sugárzás óriási dózisa, amely élete során a testét érte. Vérszegénységben hunyt el 1934. július 6-án. A radioaktivitásról írt könyvén ( Radioactivité ) élete végéig dolgozott; ez csak halála után, 1935-ben jelent meg. ::::::::::::::::::::::::::::::::::: Ezután felgyorsultak az események. Debierne felfedezte az aktíniumot 1899-ben (Debierne, 1899), egy évvel késõbb Rutherford azonosította a tórium bomlási sorában lévõ radont ( 220 86 Rn ), az akkor tóriumemanációnak nevezett radioaktív nuklidot (Rutherford, 1900). Ehhez a felfedezéshez Rutherford az 1. ábrán bemutatott berendezést használta.