Цель урока: ознакомить учащихся с открытием явления естественной радиоактивности и свойствами радиоактивного излучения.
Ход урока
I. Изучение нового материала.
- История открытия явления естественной радиоактивности Беккерелем – 1896г
- Исследования М.Складовской и П.Кюри.
- Состав радиоактивного излучения.
- Свойства радиоактивных излучений.
Открытие естественной радиоактивности – явление, доказывающее сложный состав атомного ядра, произошло благодаря счастливой случайности.
Возможно, об Антуане Беккереле осталась бы лишь память как о весьма квалифицированном и добросовестном экспериментаторе, но не более, если бы не то, что произошло 1 марта в его лаборатории.
Вероятно не многие открытии в науке обязаны своим происхождение плохой погоде. Если бы конец февраля 1896 года в Париже был солнечным, не было бы обнаружено одно из самых важных научных явлений, разгадка которого привела к перевороту в современной физике….
Антуан Беккерель – французский физик, родился 15 декабря 1852года, в Париже. Сын Александра Эдмонда Беккереля, прославившегося своими исследованиями фосфоресценции. Антуан учился в лицее, затем в Политехнической школе, по окончании которой работал инженером в Институте путей сообщения. Но вскоре увлекся, подобно своему отцу и деду, научными исследованиями. В 35 лет Анри Беккерель защищает докторскую диссертацию, в 40 лет становится профессором. Он изучает явление флуоресценции. Ему очень хочется разгадать природу таинственного свечения некоторых веществ под влиянием солнечного излучения.
Слушая сообщения об опытах Рентгена на заседании Французской Академии 20 января 1896 года и наблюдая за демонстрацией возникновения рентгеновских лучей в разрядной трубке, Беккерель неотрывно смотрит на зеленоватое светящееся пятно на стекле возле катода. Мысль которая его преследует: может быть, свечение образцов его коллекции тоже сопровождается испусканием рентгеновских лучей? Тогда рентгеновские лучи можно будет получать, не прибегая к помощи разрядной трубки.
Беккерель обдумывает свой эксперимент, выбирает из своей коллекции двойную сернокислую соль урана и калия, кладет соль на фотопластинку, спрятанную от света в черную бумагу, и выставляет пластинку с солью на солнце. Под влиянием солнечных лучей двойная соль стала ярко светится, но защищенную фотопластинку это свечение не могло попасть. После проявление фотопластинки явно проступало изображение лепешки из соли. НЕУЖЕЛИ верно, и соль в ответ на облучение солнечными лучами испускает не только свет, но и рентгеновские лучи?
Беккерель проверяет себя еще и еще раз.
26 февраля 1896 года настали пасмурные дни, и Анри с сожалением прячет приготовленную к эксперименту фотопластинку с солью в стол. Между лепешкой соли и фотопластинкой он положил медный крестик, что бы проверить, пройдут ли сквозь него рентгеновские лучи.
Но погода была пасмурной и оставалась такой до 1 мата. Утро 1 марта было солнечным и опыты можно было возобновить. Беккерель решил, однако, проявить пластинки, лежавшие несколько дней в темном шкафу. На проявленной пластинке получил четкое изображение и крестика и лепешки с солью! Минерал без предварительного освещения испускал невидимые лучи, действовавшие на фотопластинку через непрозрачный экран. Беккерель немедленно ставит повторные опыты. Оказалось, что соли урана сами по себе без всякого воздействия испускают невидимые лучи, засвечивающие фотопластинку и проходящие через непрозрачный слои.
2 марта Беккерель сообщил о своём открытии.
Оказалось, что лучи могут испускать только соединения урана – это урановые лучи, или лучи Беккереля, как их потом стали называть. Они способны ионизировать воздух и разряжать заряженный электроскоп.
Способность урана испускать лучи не ослабевали месяцами. 18 мая 1896 года Беккерель со всей определенностью констатировал наличие этой способности у урановых соединений и описал свойства излучения. Но чистый уран оказался в распоряжении Беккереля только осенью, и 23 ноября 1896 года Беккерель сообщил о свойстве урана испускать невидимые урановые лучи вне зависимости от его химического и физического состояния.
В 1897 году Беккерель продолжает изучать открытые им лучи.
Все эти выдающиеся достижения не остались незамеченными. Беккерель был избран в Лондонское королевское общество, Парижская академия наук присудила ему все имевшиеся знаки отличия.
8 августа 1900 Беккерелю предоставляется право выступить с основным докладом на Международном физическом конгрессе в Париже.
Почести, восторженный прием при всех его научных выступлениях, поистине международное признание его открытия - все это не изменило стиля жизни Беккереля, он до своего последнего часа остался все таким же, как и прежде, скромным и преданным науке тружеником.
В числе тех, кто всерьез заинтересовался открытием Беккереля, был и ряд выдающихся ученых, в том числе, Анри Пуанкаре, Д. И. Менделеев, специально приехавший в Париж, чтобы познакомиться с работами автором этого открытия и, что нужно подчеркнуть особо, супруги Пьер и Мария Кюри.
Пьер Кюри родился 15 мая 1859 г. в Париже в семье врача. Эжен Кюри. Человек высокого гражданского долга и мужества, он привил эти качества своим сыновьям Жаку и Пьеру.
Пьер получил домашнее образование. В шестнадцать лет выдержал экзамен на звание бакалавра. Юный бакалавр слушал лекции в Сорбонне, работал в лаборатории профессора Леру в фармацевтическом институте и уже в восемнадцать лет стал лиценциатом физики. С 1878 г. он работал ассистентом Парижского университета. С этого же времени он вместе с братом Жаком занимается исследованием кристаллов. Вместе с Жаком они открывают пьезоэлектричество. В 1880 г. публикуется статья Пьера и Жака Кюри “Образование полярного электричества под действием давления в гемиэдрических кристаллах с косыми гранями”.
Затем они открывают противоположный эффект: деформацию кристаллов под действием электрического напряжения.
После пятилетней плодотворной работы пути братьев разошлись. Пьер был назначен в 1883 г. руководителем практических работ по физике в Парижским муниципалитетом Школе промышленной физики и химии. Здесь Кюри выполнил свои исследования по кристаллографии и симметрии, часть которых он провел с Жаком, время от времени приезжавшим в Париж.
В 1891 г. Пьер Кюри обратился к опытам по магнетизму. В результате этих опытов он четко разделил диамагнитные и парамагнитные явления по их зависимости от температуры. Изучая зависимость ферромагнитных свойств от температуры, он нашел “точку Кюри”, при которой исчезают ферромагнитные свойства, и открыл закон зависимости восприимчивости парамагнитных тел от температуры (закон Кюри).
В 1895 г. Пьер Кюри женился на Марии Склодовской.
Мария Склодовская родилась в Варшаве. Ещё школьницей она отличалась необычайным прилежанием и трудолюбием. Она занималась настолько интенсивно, что, окончив школу, вынуждена была сделать перерыв для поправки здоровья.
Мария стремилась продолжить образование, однако в Российской империи, в состав которой в то время входила Польша, возможности женщин получить высшее научное образование были ограничены. Сестры Склодовские — Мария и Бронислава договорились по очереди отработать несколько лет гувернантками, чтобы по очереди получить образование. Мария проработала несколько лет воспитателем-гувернанткой в то время, пока Бронислава училась в медицинском институте в Париже. Затем Мария в возрасте 24 лет смогла поехать в Сорбонну, в Париж, где изучала химию и физику, в то время как Бронислава зарабатывала средства для обучения сестры.
Весной 1896 г. Мария Кюри заканчивала обучение в Сорбонне и тщательно выбирала тему магистерской диссертации. (“Выбор темы первого научного исследования — это, как первая любовь,— на всю жизнь”,— говорила она полушутя.) В это время стали известны первые результаты исследований Беккереля, способность “урановых лучей” ионизировать воздух. Интерес этот был не случайным: незадолго до этого ее муж Пьер Кюри вместе со своим братом Жаком изобрели очень удобный и чувствительный электрометр, основанный на явлении пьезоэлектричества . Работать с электрометром было много проще, чем с фотопластинками, и к тому же он позволял не просто констатировать наличие нового излучения, но и довольно точно измерять его интенсивность
Вначале Мария Кюри хотела найти ответ на простые вопросы: “Только ли уран испускает новые лучи? И если да, то в чем его исключительность?” К тому времени уран был известен уже более ста лет и ничем особым среди других элементов не выделялся: металл, тяжелый, серо-стального цвета, использовали его в то время редко, в основном для окрашивания стекол и керамики в желто-зеленый цвет.
С помощью электрометра Мария Кюри терпеливо проверила радиоактивность практически все известные в то время элементы (более 80) и вскоре обнаружила, что из них только торий также обладает этим свойством — и даже в большей степени, чем уран .Это был важный результат, поскольку он сразу же устранял вопрос об исключительности урана: если существует два радиоактивных элемента, то почему их не может быть больше?
После небольшого перерыва в исследованиях (она ждет ребенка), уже через два месяца после рождения Ирэн, в декабре 1897 г., Мария Кюри с новой энергией возвращается к работе. Среди многочисленных химических веществ и минералов ее особое внимание привлекла смоляная обманка из рудника близ Иоахимсталя в Чехии, из которой в то время добывали уран. Радиоактивность смоляной обманки оказалась в четыре раза выше, чем урана, в ней содержавшегося. Это было неожиданно, поскольку химические анализы показали, что торий в смоляной обманке отсутствует. Тогда Мария Кюри предположила, что в смоляной обманке присутствует не известный ранее радиоактивный элемент в количествах, недоступных обычному химическому анализу. Если это действительно так, то его активность должна быть в тысячи раз больше, чем активность урана, который составлял около 30 % от общего веса руды.
16 декабря 1897 г. появляется первая запись Марии Кюри в лабораторном журнале. В марте 1898 г. Пьер Кюри оставил свои работы и присоединился к ней. Уже к 12 мая 1898 г. они были уверены, что открыли новый элемент, который впоследствии получит имя “радий”, что означает “луч”. В июле они обнаружили в отходах руды еще один радиоактивный элемент, названный ими полонием — в память о родине Марии. 26 декабря 1898 г. они доложили о своих результатах Французской академии наук. В то время Мария и Пьер уже могли продемонстрировать слушателям препарат радия, который был в 900 раз активнее, чем равное ему по массе количество урана.