26 Rádioaktivita a jadro atómu

26-1 Objav rádioaktivity

K objavu rádioaktivity – podobne iným neočakávaným výsledkom fyziky – došlo len náhodou. Objavil ho francúzsky fyzik A.H. Becquerel¹ v roku 1896, keď skúmal v tom čase jav fluorescencie: fluorescencia je schopnosť niektorých látok premeniť na nich dopadajúce ultrafialové svetlo na viditeľné svetlo. V jednej zo zásuviek jeho pracovného stola sa nahromadili rôzne rudy, ktoré mal v úmysle vyskúšať pri svojom výskume; nakoľko ho však súrili iné povinnosti, tieto rudy tam ležali dosť dlho. V  zásuvke Becquerelovho stola boli aj balíčky fotografických dosiek, a jednu vybral za nejakým účelom. Po vyvolaní však sklamane zistil, že akoby boli osvetlené. Zobral ďalší balíček, ale výsledok aj v tomto prípade bol žalostný, čo nechápal, lebo tento balíček bol nerozbalený, naviac všetky fotografické dosky boli zabalené do hrubého nepriesvitného čierneho papiera. Čo to mohlo spôsobiť? Niektorý z hornín v zásuvke? Becquerel začal vzrušene skúmať, ktorá hornina spôsobila „nehodu“, a zistil že páchateľom bola uránová ruda, „český smolinec“. Musíme zobrať do úvahy, že v tom čase urán nebol v strede pozornosti, ako dnes. V  skutočnosti len málo ľudí počul o tomto relatívne zriedkavom a málo využiteľnom prvku.

Schopnosť uránovej rudy zanechať stopu na fotografickej doske, ktorá bola zabalená do čierneho nepriesvitného papiera a kartónu, dostala tento neznámy prvok do popredia záujmu fyziky.

V čase Becquerolovho objavu už poznali žiarenie, ktoré cez bežné nepriehľadné látky prechádzalo, akoby boli zo skla. Len rok predtým, v roku 1895 objavil Wilhelm Conrad Röntgen², tiež len náhodou, tzv. X-lúče – dnes pomenované po ňom, ako röntgenové lúče – ktoré tiež preniknú kartónom, čiernym papierom, dokonca aj ľudským telom. Bol však tu rozdiel. Kým röntgenové lúče vznikali len v  zariadeniach s vysokým napätím, v ktorých urýchlené elektróny dopadali na antikatódu (teda anódu), kde pri dopade vzniklo röntgenové žiarenie, Becquerelom objavené žiarenie vznikalo v uránovej rude bez akéhokoľvek napájania energiou, a bolo nepretržité. Čo môže byť pôvodom tak neobvyklého žiarenia? Prečo žiari len uránová ruda a ďalšie dva prvky, ktoré našli pri ďalšom výskume (tórium a aktínium)?

Výskum novo objaveného žiarenia nazvaného rádioaktívne žiarenie ukázalo, že jeho emisiu nie je možné ovplyvniť ani fyzikálnym ani chemickým pôsobením. Rádioaktívny prvok môžeme strčiť do horúceho plameňa, alebo môžeme vložiť do skvapalneného vzduchu bez toho, že by sa akokoľvek zmenila intenzita vyžarovania. Je jedno, či pokusy robíme s čistým kovovým uránom, alebo nejakými jeho zlúčeninami, žiarenie je úmerné množstvu uránu vo vzorke. Tieto výsledky presvedčili aj prvých výskumníkov, že pôvod rádioaktivity sídli niekde veľmi hlboko v atóme, preto je tak necitlivý na fyzikálne a chemické vplyvy.

Becquerelov objav prebudil záujem manželky francúzskeho fyzika Pierra Curiho³, fyzičky poľského pôvodu Marie Sklodowskej, teda Madame Curie. Mala podozrenie, že rádioaktivitu uránovej rudy spôsobuje iný prvok, ktorý je výrazne viac rádioaktívny než urán, ale je prítomný len vo veľmi malom zastúpení. Skúsená chemička, Madame Curie sa rozhodla dôkladnými metódami oddeliť tento prvok od uránovej rudy. Chemickou kuchyňou Madame Curie prešlo obrovské množstvo smolinca z Čiech. Prebiehala vyčerpávajúca a starostlivá práca, kde sa hromadilo čím ďalej, tým silnejšie žiariacich frakcií. Práca vrcholila v roku 1898 so žiarivým výsledkom: podarilo sa oddeliť 200 miligramov čistého prvku, ktorý žiaril miliónkrát silnejšie, než urán. Prvok, ktorého atómové číslo bolo Z = 82, pomenovala rádium. Madame Curie objavila aj ďalší rádioaktívny prvok, ktorý bol ešte aktívnejší, než rádium, a na počesť svojej vlasti pomenoval polónium⁴. Polónium sa však veľmi rýchlo rozkladá a izolovať sa ho nepodarilo. S  rádioaktivitou sa zaoberalo na prelome storočia mnoho vedcov, objavili nové rádioaktívne prvky, ktorým dávali rôzne zvláštne názvy (napr. „urán-X1“, „iónium“, či „emanácia rádia“ a podobne).