Марія Склодовська-Кюрі і відкриття радіоактивності

7 листопада 1867 р. – 4 липня 1934 р.

Французький фізик Марі Склодовська-Кюрі (уроджена Марія Склодовська) народилася у Варшаві (Польща). Вона була молодшої з п'яти дітей у родині Владислава і Броніслави (Богушки) Склодовських. Марія виховувалася в родині, де заняття наукою користалися повагою. Її батько викладав фізику в гімназії, а мати, поки не занедужала туберкульозом, була директором гімназії. Мати Марії вмерла, коли дівчинці було одинадцять років. Марія блискуче училася й у початкової, і в середній школі. Ще в юному віці вона відчула притягальну силу науки і працювала лаборантом у хімічній лабораторії свого двоюрідного брата. Великий російський хімік Дмитро Іванович Менделєєв, творець періодичної таблиці хімічних елементів, був другом її батька. Побачивши дівчинку за роботою в лабораторії, він пророчив їй велике майбутнє, якщо вона продовжить свої заняття хімією. Виросла при російському правлінні (Польща в той час була розділена між Росією, Німеччиною й Австрією), Марія брала активну участь у русі молодих інтелектуалів і антиклерикальних польських націоналістів. Хоча велику частину свого життя Марія провела у Франції, вона назавжди зберегла відданість справі боротьби за польську незалежність.

На шляху до здійснення мрії Марії Складовської про вище утворення стояли дві перешкоди: бідність родини і заборона на прийом жінок до Варшавський університет. Марія і її сестра Броня розробили план: Марія протягом п'яти років буде працювати гувернанткою, щоб дати можливість сестрі закінчити медичний інститут, після чого Броня повинна узяти на себе видатки на вище утворення Марії. Броня одержала медичне утворення в Парижеві і, ставши лікарем, запросила до себе сестру.

Залишивши Польщу в 1891 р., Марія надійшла на факультет природничих наук Паризького університету (Сорбони). Саме тоді вона стала називати себе Марі Склодовська. У 1893 р., закінчивши курс першою, Складовська одержала ступінь ліценціата по фізиці Сорбони (еквівалентну ступеня магістра). Через рік вона стала ліценціатом по математиці. Але цього разу Марія була другою у своєму класі. У тім же 1894 р. у будинку одного польського фізика-емігранта Марі зустріла П’єра Кюрі. П’єр був керівником лабораторії при Муніципальній школі промислової фізики і хімії. На той час він провів важливі дослідження з фізиці кристалів і залежності магнітних властивостей речовин від температури. Марія Складовська займалася дослідженням намагніченості сталі, і її польський друг сподівався, що П’єр зможе надати Марі можливість попрацювати у своїй лабораторії. Зблизивши спочатку на ґрунті захоплення фізикою, Марі і П’єр через рік одружилися. Це відбулося незабаром після того, як П’єр захистив докторську дисертацію. Їхня дочка Ірен народилася у вересні 1897 р. Через три місяці Марі завершила своє дослідження з магнетизму і початку шукати тему для дисертації.

У 1895 р. Рентген відкрив нові промені, що виходять з пустотної трубки, у якій створювалися катодні промені (потоки електронів, як потім виявилося). У місці удару катодних променів об скляну стінку стекло світиться зеленим світлом, і звідси ж виходять рентгенівські промені. Анрі Пуанкаре припустив, що джерелом променів служить саме світіння скла, і, судячи з його особистих розповідей, рекомендував Рентгену подивитися, чи випускають подібні промені усі світні (фосфоритні) тіла. Рентген уже знав на основі своїх досвідів, що випущення рентгенівських променів не зв'язано зі світінням стінок трубки. Ще краще виходили промені, коли катодні частки вдарялися об платиновий антикатод, не викликаючи в ньому видимого ока світіння. Однак указівку Пуанкаре підхопив Анрі Беккерель і став вивчати давно відоме світіння уранових руд. Виявилося, що це світіння, подібно рентгенівським променям, супроводжується випущенням променів, що проходять крізь чорний папір і викликають почорніння фотографічної пластинки.

У 1896 р. Анрі Беккерель знайшов, що уранові з'єднання випускають глибоко проникаюче випромінювання. На відміну від рентгенівського, відкритого в 1895р. Вильгельмом Рентгеном, випромінювання Беккереля було не результатом порушення від зовнішнього джерела енергії, наприклад світлом, а внутрішньою властивістю самого урану. Зачарована цим загадковим явищем і приваблювана перспективою покласти початок нової області досліджень, Кюрі вирішила зайнятися вивченням цього випромінювання, який вона згодом назвала радіоактивністю. Приступивши до роботи на початку 1898 р., вона насамперед спробувала установити, чи існують інші речовини, крім з'єднань урану, що випускають відкриті Беккерелем промені.

Що ж є джерелом безупинного випущення променів і безупинної, отже, втрати енергії? Це питання і поставила собі мадам Кюрі, коли залучила до цього дослідження свого чоловіка. Методика, що застосовувалася при вивченні відкритих їм явищ п'єзоелектрики, була покладена в основу вивчення нового явища: кількісною мірою променів служив струм, що проходить під їхнім впливом крізь повітряний конденсатор. Цей струм компенсувався і вимірявся п’єзокварцем П’єра Кюрі. Щоб компенсувати струм, що йде від зарядженої пластинки конденсатора до незарядженого, потрібно було навантажувати з'єднану з нею кварцову пластинку визначеними вантажами. Цим точним методом дружини Кюрі насамперед установили, що інтенсивність променів визначається винятково змістом урану і не залежить від того, у яких з'єднаннях він зустрічається в даному зразку. Отже, джерело променів — атоми урану.

Оскільки Бекерель помітив, що в присутності з'єднань урану повітря стає електропровідним, Марія Кюрі вимірювала електропровідність поблизу зразків інших речовин, використовуючи кілька точних приладів, розроблених і побудованих П’єром Кюрі і його братом Жаком. Вона прийшла до висновку про те, що з відомих елементів радіоактивні тільки уран, торій і їхні з'єднання. Однак незабаром Кюрі зробила набагато більш важливе відкриття: уранова руда, відома за назвою уранової смоляної обманки, випускає більш сильне випромінювання Бекереля, чим з'єднання урану і торія, і принаймні в чотири рази більш сильне, чим чистий уран. Вона висловила припущення, що в урановій смоляній обманці міститься ще не відкритий і сильно радіоактивний елемент. Навесні 1898 р. вона повідомила про свою гіпотезу і про результати експериментів Французькій академії наук.

Потім Кюрі спробували виділити новий елемент. П’єр відклав свої власні дослідження з фізики кристалів, щоб допомогти Марі. Обробляючи уранову руду кислотами і сірководнем, вони розділили її на відомі компоненти. Досліджуючи кожний з компонентів, ними було встановлено, що сильною радіоактивністю володіють тільки два з них, що містять елементи вісмут і барій. Оскільки відкрите Бекерелем випромінювання не було характерним ні для вісмуту, ні для барію, вони уклали, що ці порції речовини містять невідомі елементи. У липні і грудні 1898 р. Марі і П’єр Кюрі оголосили про відкриття двох нових елементів, що були названі ними полонієм (на честь Польщі – батьківщини Марі) і радієм.

Оскільки Кюрі не виділили жоден з цих елементів, вони не могли представити хімікам вирішального доказу їхнього існування. І чоловіки Кюрі приступили до дуже нелегкої задачі – екстрагуванню двох нових елементів з уранової смоляної обманки. Вони установили, що речовини, що ними мають бути знайдені, складають лише одну мільйонну частину уранової смоляної обманки. Щоб екстрагувати їх у вимірних кількостях, дослідникам необхідно було переробити величезні кількості руди. Тут Кюрі, і, очевидно, головним чином мадам Кюрі, яка робила всю систему хімічних аналізів, виробила новий, чудовий по своїй доцільності метод, що і забезпечив їм успіх. Радіоактивна домішка (радій і полоній) складала менше однієї мільйонної частини руди, і усе-таки вони її виділили; потім мадам Кюрі одержала тими ж методами хімічно чисті солі радію і нарешті вже після смерті чоловіка — чистий металевий радій. Метод Кюрі полягав у поділі оброблюваного матеріалу на дві фракції шляхом впливу визначених речовин. Вимір їхньої радіоактивності показував, у якій з цих фракцій пішла шукана радіоактивна речовина. Ця фракція піддавалася новій обробці і поділу на дві частини — і знову знаходилася фракція, що містить радіоактивну речовину, і т.д. Після кожного нового поділу виходили фракції, усе більш багаті даним радіоелементом, поки не вдалося виділити чисту речовину у виді її солі. Метод Кюрі одержав з тих пір різноманітні застосування.

Протягом наступних чотирьох років Кюрі працювали в примітивних і шкідливим для здоров'я умовах. Вони займалися хімічним поділом у великих чанах, встановлених у дірявому сараї, що продувається усіма вітрами. Аналізи речовин їм приходилося робити в крихітній, погано обладнаній лабораторії Муніципальної школи. У цей важкий, але захоплюючий період платні П’єра не вистачало, щоб містити родину. Незважаючи на те, що інтенсивні дослідження і маленька дитина займали майже весь її час, Марі в 1900 р. почала викладати фізику в Севру, у Еколь нормаль сюпер’єр, навчальному закладі, що готував учителів середньої школи. Овдовілий батько П’єра переїхав до Кюрі і допомагав доглядати за Ірен.

У вересні 1902 р. Кюрі оголосили про те, що їм удалося виділити одну десяту грама хлориду радію з декількох тонн уранової смоляної обманки. Виділити полоній їм не удалося, тому що той виявився продуктом розпаду радію. Аналізуючи з'єднання, Марі установила, що атомна маса радію дорівнює 225. Сіль радію випускала блакитнувате світіння і тепло. Ця фантастична речовина привернула увагу усього світу. Визнання і нагороди за його відкриття прийшли до Кюрі майже відразу.

Завершивши дослідження, Марі нарешті написала свою докторську дисертацію. Робота називалася «Дослідження радіоактивних речовин» ("Researcher on Radiactive Substances") і була представлена Сорбоні в червні 1903р. У неї увійшла величезна кількість спостережень радіоактивності, зроблених Марі і П’єром Кюрі під час пошуку полонію і радію. На думку комітету, що присудив Марії науковий ступінь, її робота з'явився найбільшим внеском, коли-небудь, внесеним у науку докторською дисертацією.

У грудні 1903 р. Шведська королівська академія наук присудила Нобелівську премію по фізиці Бекерелю і Кюрі. Марі і П’єр Кюрі одержали половину нагороди «у знак визнання... їхніх спільних досліджень явищ радіації, відкритих професором Анрі Бекерелем». Марі Кюрі стала першою жінкою, відзначеною Нобелівською премією. І Марі, і П’єр Кюрі були хворі і не могли їхати в Стокгольм на церемонію вручення премії. Вони одержали її влітку наступного року.

Ще до того, як чоловіки Кюрі завершили свої дослідження, їхня робота спонукала інших фізиків також зайнятися вивченням радіоактивності. У 1903 р. Ернест Резерфорд і Фредерік Содді висунули теорію, відповідно до якої радіоактивні випромінювання виникають при розпаді атомних ядер. При розпаді (випущенні деяких часток, що утворять ядро) радіоактивні ядра перетерплюють трансмутацію – перетворення в ядра інших елементів. Марі не без коливань прийняла цю теорію, тому що розпад урану, торія і радію відбувається настільки повільно, що у своїх експериментах їй не приходилося його спостерігати. (Правда, малися дані про розпад полонію, але поводження цього елемента вважала нетиповим). Все-таки в 1906 р. вона погодилася прийняти теорію Резерфорда-Содді як найбільш правдоподібне пояснення радіоактивності. Саме Кюрі ввела терміни розпад і трансмутація.

Чоловіки Кюрі відзначили дію радію на людський організм (як і Анрі Бекерель, вони одержали опіки, перш ніж зрозуміли небезпеку поводження з радіоактивними речовинами) і висловили припущення, що радій може бути використаний для лікування пухлин. Терапевтичне значення радію було визнано майже відразу, і ціни на радієві джерела різко піднялися. Однак Кюрі відмовилися патентувати екстракційний процес і використовувати результати своїх досліджень у будь-яких комерційних цілях. На їхню думку, витяг комерційних вигод не відповідало духу науки, ідеї вільного доступу до знання. Незважаючи на це, фінансове положення чоловіків Кюрі покращилося, тому що Нобелівська премія й інші нагороди принесли їм визначений статок. У жовтні 1904 р. П’єр був призначений професором фізики в Сорбоні, а місяць потому Марі стала офіційно іменуватися завідувачкою його лабораторією. У грудні в них народилася друга дочка, Єва, що згодом стала піаністкою, що концертує, і біографом своєї матері.

Марі черпала сили у визнанні її наукових досягнень, улюбленій роботі, любові і підтримці П’єра. Як вона сама визнавала: «Я знайшла в шлюбі все, про що могла мріяти в момент нашого союзу, і навіть більш того». Але в квітні 1906 р. П’єр загинув у вуличній катастрофі. Втративши найближчого друга і товариша по роботі, Марі пішла в себе. Однак вона знайшла в собі сили продовжувати роботу. У травні, після того як Марі відмовилася від пенсії, призначеної міністерством суспільного утворення, факультетська рада Сорбони призначила її на кафедру фізики, що колись очолював її чоловік. Коли через шість місяців Марія Кюрі прочитала свою першу лекцію, вона стала першою жінкою – викладачем Сорбони.

У лабораторії Кюрі зосередила свої зусилля на виділенні чистого металевого радію, а не його з'єднань. У 1910 р. їй удалося в співробітництві з Андре Дебірном одержати цю речовину і тим самим завершити цикл досліджень, початий 12 років тому. Вона переконливо довела, що радій є хімічним елементом. Кюрі розробила метод виміру радіоактивних еманацій і приготувала для Міжнародного бюро мір і ваг перший міжнародний еталон радію – чистий зразок хлориду радію, з яким належало порівнювати всі інші джерела.

Радій став одним з найважливіших елементів наукового дослідження і набув широкого застосування у медицині. У видобуток радію були вкладені великі капітали, і величезні прибутки потекли в руки спритних капіталістів так само, як це трапилося з рентгенівськими променями. Але Кюрі, як і Рентген, нічого не одержали за свої відкриття. Весь свій досвід вони надали всім бажаючим його використовувати.

Як метод одержання радіоелементів був заснований на точному вимірі їхнього випромінювання, так ці ж виміри, доведені до вищої межі точності, послужили основою виготовленого мадам Кюрі міжнародного еталона радію. Усі сучасні прийоми радіоактивних вимірів засновані на класичних роботах мадам Кюрі 1911—1912 р. Мадам Кюрі досягла у вимірах швидкості радіоактивного розпаду точності, що перевищує всі інші виміри, визначивши 7-й знак. Вона навіть запропонувала вимірювати час по швидкості розпаду, тому що ця швидкість може бути обмірювана з величезною точністю і не міняється ні від яких зовнішніх впливів. З 1903 р. існує радіоактивний годинник Кюрі.

Наприкінці 1910 р. на настійну вимогу багатьох учених кандидатура Марії Кюрі була висунута на виборах в одне з найбільш престижних наукових суспільств – Французьку академію наук. П’єр Кюрі був обраний у неї лише за рік до своєї смерті. За всю історію Французької академії наук жодна жінка не була її членом, тому висування кандидатури Марії Кюрі привело до жорстокої сутички між прихильниками і супротивниками цього кроку. Після декількох місяців образливої полеміки в січні 1911 р. кандидатура Кюрі була відкинута на виборах більшістю в один голос.

Через кілька місяців Шведська королівська академія наук присудила Марії Кюрі Нобелівську премію по хімії «за видатні заслуги в розвитку хімії: відкриття елементів радію і полонію, виділення радію і вивчення природи і з'єднань цього чудового елемента». Кюрі стала першим двічі лауреатом Нобелівської премії. Представляючи нового лауреата, Е.В. Дальгрен відзначив, що «дослідження радію привело в останні роки до народження нової області науки – радіології, що вже заволоділа власними інститутами і журналами».

Незадовго до початку першої світової війни Паризький університет і Пастеровський інститут заснували Радієвий інститут для досліджень радіоактивності. Марія Кюрі була призначена директором відділення фундаментальних досліджень і медичного застосування радіоактивності. Під час війни вона навчала військових медиків застосуванню радіологію, наприклад, виявлення за допомогою рентгенівських променів шрапнелі в тілі пораненого. У прифронтовій зоні Марія допомагала створювати радіологічні установки, постачати пункти першої допомоги переносними рентгенівськими апаратами. Накопичений досвід вона узагальнила в монографії «Радіологія і війна» ("La Radiologie et la guerre") у 1920 р.

Після війни Кюрі повернулася в Радієвий інститут. В останні роки свого життя вона керувала роботами студентів і активно сприяла застосуванню радіології в медицині. Вона написала біографію П’єра Кюрі, що була опублікована в 1923 р. Періодично Марія робила поїздки в Польщу, яка наприкінці війни здобула незалежність. Там вона консультувала польських дослідників. У 1921 р. разом з дочками Кюрі відвідала Сполучені Штати, щоб прийняти в дарунок 1 м радію для продовження досвідів. Під час свого другого візиту в США (1929) вона одержала пожертвування, на яке придбала ще грам радію для терапевтичного використання в одному з варшавських госпіталів.

Але внаслідок багаторічної роботи з радієм її здоров'я стало помітно погіршуватися. Марія і П’єр не знали, з чим мали справу. П’єр постійно носив із собою пробірку з розчином солей радію і хвалився, що радій у мільйон разів радіоактивніше урану. Марія небагато солей радію зберігала поруч з ліжком - їй подобалося, як він світиться в темряві. Їхні пальці були обпалені. П’єр мучився від страшних болів. Доктор поставив йому діагноз "неврастенія" і прописав стрихнін. Обоє страждали від фізичного і розумового виснаження, але навіть і подумати не могли, що це якимсь образом зв'язано з їхніми відкриттями. Лічильник Гейгера при зустрічі з листком із блокнота П’єра через 55 років після того, як він був пописаний, у жаху гуркотав.

Укладене у свинцеву труну тіло Марії Склодовської-Кюрі дотепер випромінює радіоактивність з інтенсивністю 360 беккерель/М3 при нормі близько 13 бк/М3...

Марія Кюрі померла 4 липня 1934 р. від лейкемії в невеликій лікарні містечка Санселлемоз у французьких Альпах.

Вона була директором великого Радієвого інституту, навколо ж утворилася школа, що одержала типові риси наукового напрямку мадам Кюрі. Область дослідження розширилася: поряд з хімією радіоелементів, з вивченням їхніх променів виросла область молекулярної фізики, адсорбції, ядерних спектрів і т.п. У центрі всього цього руху стояла мадам Кюрі. Вона направляла кожну з багатьох десятків робіт, що щорічно виходили з її інституту. Найближчим помічником її була дочка Ірен Кюрі.

У школі мадам Кюрі виросли такі талановиті експериментатори, як Хольвек, Розенблюм, Ірен Кюрі і її чоловік Жоліо. Для усіх їх характерні ті ж риси прекрасно розробленої кількісної методики, вищої прецизійності, систематичного виділення досліджуваного явища, хоча б по ледь помітних його ознаках.

Так була знайдена невелика домішка альфа-частинок з великим пробігом серед величезної переваги однорідних часток малої швидкості (роботи Ірен Кюрі), так були виявлені нейтрони (Ірен Кюрі і Жоліо), так ними ж було виявлене утворення позитрона й електрона при поглинанні світлового кванта (фотона) ~ матеріалізація енергії, як це явище назвала мадам Кюрі. Нарешті, ті ж Ірен Кюрі і Жоліо відкрили новий вид радіоактивності, викликаний бомбардуванням атомного ядра, — явище, що відкриває нову еру в навчанні про ядро. Усе це — найбільші відкриття нашого часу. Усі вони виросли на тій методиці, що створили мадам Кюрі і її школа.

Найбільшим достоїнством Марії Складовської-Кюрі як ученого була її непохитна завзятість у подоланні труднощів: поставивши перед собою проблему, вона не заспокоювалася доти, поки їй не вдавалося знайти рішення. Тиха, скромна жінка, який досаждала її слава, Марія зберігала непохитну вірність ідеалам, у які вона вірила, і людям, про яких вона піклувалася. Після смерті чоловіка вона залишалася ніжною і відданою матір'ю для двох своїх дочок. Вона любила природу, і, коли був живий П’єр, Кюрі часто робили заміські прогулянки на велосипедах. Любила вона і плавати.

Крім двох Нобелівських премій, Кюрі була визнана гідною медалі Вертіло Французької академії наук (1902), медалі Деві Лондонського королівського суспільства (1903) і медалі Елліота Крессона Франкліновського інституту (1909). Вона була членом 85 наукових суспільств усього світу, у тому числі Французької медичної академії, одержала 20 почесних ступенів. З 1911 р. і до смерті Кюрі брала участь у престижних Сольвеєвських конгресах по фізиці, протягом 12 років була співробітником Міжнародної комісії з інтелектуального співробітництва Ліги Націй.

Відкриття Марії Кюрі змусили людину задуматися про те, що їй було невідоме і невидимо.

Дата добавления: 2015-11-28