Badanie ciał radioaktywnych

by Maria Skłodowska-Curie

Promieniowanie nowych ciał radioaktywnych

Sposoby badania promieni. Do badań nad promieniowaniem wysyłanym przez ciało radioaktywne, nadawać się może jakakolwiek z jego własności; w tym celu posiłkujemy się albo działaniem promieni na płytę fotograficzną, albo własnością jonizowania powietrza (wzrost przewodnictwa elektrycznego), albo też własnością wzbudzania fluorescencji w niektórych ciałach. Różne te metody badania nazywać wprost będę na przyszłość: metoda radiograficzna, metoda elektryczna i metoda fluoroskopowa.

Dwie pierwsze stosowane już były dawniej do badań nad promieniami uranowymi; metoda fluoroskopowa nadaje się jedynie do badania ciał silnie radioaktywnych, uran bowiem i tor za mało wysyłają promieni, aby wzbudzić mogły fluorescencję.

Tylko metoda elektryczna pozwala na ścisłe pomiary; obie pozostałe dają jedynie rezultaty jakościowe. Przy tym wyniki wszystkich trzech metod powyższych zaledwie z gruba mogą być ze sobą porównywane. Czy to będzie klisza fotograficzna, czy gaz ulegający jonizacji, czy ekran fluoryzujący — każdy z nich pochłania jedynie cząstkę, zależną od swego charakteru, energii promieniowania i zamienia ją na inną: chemiczną, jonizacyjną lub świetlną. Promieniowanie nie jest, jak wiemy, jednolite; cząstki promieniowania pochłaniane przez ciała mogą nie tylko ilościowo, lecz i jakościowo różnić się między sobą. Wreszcie, nie jest wiadome, czy pochłonięta energia będzie w całości zamieniona w ukazujący się nam rodzaj energii. Część jej przejść może w ciepło, w promieniowanie wtórne, w energię chemiczną itp.; wszelkie więc pomiary promieniowania za pomocą jakiegokolwiek transformatora zależeć będą od jego natury.

Porównajmy dwie próbki, z których jedna zawiera rad, a druga polon i które jednakowo są aktywne w przyrządzie z kondensatorem (fig. 1). Po zawinięciu ich w cienką blaszkę glinową próbka druga wyda się daleko mniej aktywną od pierwszej. Tak samo po umieszczeniu próbek pod ekranami fluoryzującemi zauważymy nierówne zmniejszanie się fluorescencji, jeżeli próbki oddalać zaczniemy lub je owijać w coraz grubsze blaszki glinowe; fluorescencja wywołana przez preparat polonowy szybciej się zmniejsza niż wywołana przez preparat radowy.

Jakąkolwiek metodą będziemy badali, zawsze znajdziemy, że energia promieniotwórcza nowych tych substancji promieniotwórczych jest znacznie większa niż uranu lub toru. Tak np. w małej odległości działają one prawie natychmiastowo na kliszę fotograficzną, gdy uran lub tor wymagają 24 godzin ekspozycji. Ekran fluoryzujący żywo świeci pod wpływem tych nowych substancji radioaktywnych, gdy żadne nawet ślady świecenia nie występują po zbliżeniu uranu lub toru. Ich działanie jonizujące jest również około miliona razy znaczniejsze od działania uranu lub toru.

Rozkład promieniowania. Badania wielu fizyków (Becquerela, Meyera i Schweidlera, Giesla, Villarda, Rutherforda, P. Curie’go) stwierdziły, że promieniowanie substancji radioaktywnych składa się z trzech grup promieni, które za Rutherfordem odróżnię literami α, β i γ.

1)Promienie α są bardzo słabo przenikliwe i, o ile się zdaje, stanowią najznaczniejszą część promieniowania; wyróżniają się one przez właściwe im prawa, według których są pochłaniane przez ciała. Pole magnetyczne odchyla je bardzo nieznacznie; początkowo uważane były za niezdolne do podobnego odchylenia, a to dlatego, że stosowano zbyt słabe pole magnetyczne. Odchylenie promieni α odbywa się w sposób podobny do odchylenia promieni katodalnych, tylko w kierunku przeciwnym, czyli tak samo, jak odchylenie promieni kanałowych w rurce Crookesa.

2) Promienie β są w ogólności mniej pochłaniane niż poprzednie. Zbaczają one również ze swej drogi prostolinijnej w polu magnetycznym w sposób podobny, jak to czynią promienie katodalne.

3) Promienie γ przenikają z łatwością ciała i nie zbaczają w polu magnetycznym; porównać je można z promieniami Röntgena.

Promienie tej samej grupy mogą mieć zresztą rozmaitą zdolność przenikania i to w granicach bardzo rozległych, jak np. promienie β.

Wyobraźmy sobie doświadczenie następujące: rad R umieszczony jest w wąziutkim zagłębieniu, wydrążonym dość głęboko w bloku ołowianym P (fig. 4). Pęczek promieni prostolinijny i mało rozchylony wybiega z wydrążenia. Przypuśćmy, że w przestrzeni otaczającej naczynie z radem utworzone zostało stałe pole magnetyczne, bardzo silne, prostopadłe do płaszczyzny rysunku i skierowane do tyłu rysunku. Trzy grupy promieni: α, β i γ zostaną w polu magnetycznym rozdzielone. Promienie γ o niezbyt wielkim natężeniu kontynuować będą bieg swój po drodze prostej bez śladu nawet zboczenia. Promienie β odchylone zostaną w sposób podobny jak promienie katodalne i zakreślą w płaszczyźnie rysunku linię kołową, zmienną w dość znacznych granicach dla poszczególnych promieni. Jeżeli blok ołowiany umieszczony jest na kliszy fotograficznej AC, to część BC, na którą padną promienie β, ulegnie zmianie. Wreszcie promienie α o bardzo wielkim natężeniu odchylą się zaledwie z lekka. Opisują one w płaszczyźnie rysunku krzywą, której promień krzywizny jest bardzo wielki; kierunek zboczenia jest wprost przeciwny do kierunku odchylenia promieni β.

Jeżeli blok ołowiany przykryjemy blaszką glinową (o grubości 0,1 mm), promienie α będą zatrzymane w bardzo znacznej części, promienie β — w ilości znacznie mniejszej, gdy promienie γ przejdą prawie bez zatrzymania.

Promienie β. Becquerel³⁹ badał je na drodze radiograficznej, w sposób wskazany na fig. 4; klisza fotograficzna AC, z warstwą czułą na stronie górnej, została przykryta papierem czarnym. Skoro położono na nim naczynie ołowiane z radem i skierowano pole magnetyczne ku tyłowi rysunku, a więc w ten sposób, że biegun dodatni (północny) leżał przed płaszczyzną rysunku, a odjemny poza nią, na kliszy uformowała się szeroka wstęga BC; jest to prawdziwe widmo ciągłe, które wskazuje, że pęczek promieni β składa się z niezliczonej ilości rozmaicie odchylanych promieni pojedynczych. Jeżeli żelatynę kliszy pokrywamy rozmaitymi ekranami (z papieru, szkła, metali), to pewna część widma znika; promienie najbardziej odchylane w polu magnetycznym, czyli te, których drogi posiadają najmniejszy promień krzywizny, będą też najbardziej pochłaniane. Początek widma na kliszy rozpoczyna się w pewnej odległości od źródła promieniowania; im ekran jest mniej przepuszczalny, tym odległość ta bardziej wzrasta.

Promienie katodalne, jak to dowiódł Perrin⁴⁰, naładowane są elektrycznością odjemną. Mogą one, według doświadczeń Perrina i Lenarda, przenosić swój ładunek elektryczny poprzez opony metalowe⁴¹, złączone z ziemią lub poprzez blaszki izolujące. We wszystkich natomiast przypadkach, kiedy promienie katodalne są pochłaniane, dostrzec można stałe powstawanie elektryczności odjemnej w substancji wchłaniającej. Myśmy stwierdzili, że to samo dotyczy promieni β radu⁴², które również naładowane są elektrycznością odjemną. Wykonajmy doświadczenie następujące: krążek metalowy MM (fig. 5) połączony jest drutem t z elektrometrem i otoczony warstwą izolującą, np. parafiną iiii; całość mieści się w naczyniu metalowym EEEE, połączonym z ziemią. Z jednej ze stron zarówno ściana metalowa, jak i warstwa izolująca pp są bardzo cienkie. Od tej to właśnie strony umieszczamy sól barową radonośną R, znajdującą się w naczyniu ołowianym AA. Promienie wysyłane przez rad przenikają blaszkę metalową i warstwę izolującą pp; pochłania je krążek MM i ładuje się bez przerwy i stale elektrycznością odjemną, którą stwierdzamy na elektrometrze i którą mierzymy za pomocą kwarcu piezoelektrycznego.

Prąd w ten sposób powstały jest bardzo słaby. Warstwa chlorku baru radonośnego silnie promieniotwórczego o powierzchni 2,5 cm2, o grubości 0,2 cm, daje prąd około

amperów; grubość blaszki glinowej równała się 0,01 mm, a grubość blaszki izolującej ebonitowej p 0,3 mm.

Stosowaliśmy ołów, miedź i cynk jako materiały na krążek MM, a ebonit i parafinę do izolacji; rezultaty w każdym przypadku poszczególnym były podobne.

Prąd się zmniejsza, jeżeli oddalamy źródło promieniowania lub jeżeli użyjemy substancji mniej promieniotwórczej.

Wykonaliśmy również doświadczenie przeciwne. Rynienkę ołowianą AA (fig. 6) z radem umieszczaliśmy wewnątrz materii izolującej i połączyliśmy ją z elektrometrem. Skrzynka metalowa EEEE złączona była z ziemią.

W warunkach tych zauważono za pomocą elektrometru, że rad ładuje się dodatnio i ładunek jego jest równy co do wielkości z ładunkiem odjemnym w doświadczeniu poprzedzającem. Promienie β radu przedostają się przez cienką warstwę izolacyjną pp i przez blaszkę metalową m i unoszą w przestrzeń elektryczność odjemną, gdy rad sam elektryzuje się dodatnio.

Promienie α radu nie biorą udziału czynnego w tych zjawiskach, gdyż pochłaniane są prawie w całości już przez niezmiernie cieniutkie warstwy izolacyjne. Sposób powyżej opisany nie nadaje się do rozpoznania ładunku promieni polonu, są one bowiem bardzo mało przenikliwe. Nie zauważyliśmy żadnej oznaki ładunku elektrycznego w doświadczeniach z polonem, który, jak wiadomo, wysyła tylko promienie α.

A więc zarówno promienie β, jak i promienie katodalne, są promieniami przenoszącemi ładunek elektryczny. Dotychczas nie poznano jeszcze żadnego zjawiska, w którem by elektryczność nie była związana z materią. Można zatem do promieni β zastosować tę samą teorię, którą zazwyczaj posługujemy się względem promieni katodalnych. Według tej teorii balistycznej, którą sformułował W. Crookes, a następnie dopełnił i rozwinął J. J. Thomson, promienie katodalne złożone są z cząstek niewymownie drobnych, noszących między innymi nazwę elektronów; wybiegają one z katody z bardzo wielką prędkością, naładowane są elektrycznością odjemną. Można przeto przypuścić, że rad wyrzuca w przestrzeń takie właśnie cząsteczki naelektryzowane odjemnie.

Ziarnko radu, zawarte w rurce o ścianach cienkich i dobrze izolujących elektryczność, naładowuje się samo przez się do potencjału bardzo wysokiego. Według hipotezy balistycznej potencjał zwiększać się może aż do chwili, kiedy różnica potencjału pomiędzy wnętrzem rurki a otaczającemi rurkę przewodnikami stanie się wystarczającą, aby wstrzymać wybiegające z radu elektrony i zwrócić je z powrotem do źródła promieniotwórczego.

Przypadkowo wykonane zostało doświadczenie następujące: drobna ilość radu bardzo silnie radioaktywnego zamknięta była od dłuższego już czasu w rurce szklanej. Aby otworzyć rurkę, uczyniliśmy na niej kreskę za pomocą noża do krajania szkła. W tejże chwili usłyszeliśmy wyraźnie trzask, jak od iskry elektrycznej. Obserwując rurkę pod lupą zauważyliśmy, że rurka przebita jest w miejscu, gdzie ściana rurki była cieńsza wskutek uczynionej kreski. Zjawisko można w zupełności porównać z przebijaniem szkła w butelce lejdejskiej naładowanej zbyt mocno. Jeżeli rurkę szklaną, zawierającą nieco radu, zatopimy i pozostawimy przez czas dłuższy, to można oczekiwać, że rurka pęknie bez żadnej widocznej przyczyny zewnętrznej.

Rad jest pierwszym przykładem ciała, które ładuje się samo przez się elektrycznością.

Ze względu na swe podobieństwo do promieni katodalnych promienie β muszą ulegać także wpływowi pola elektrycznego, czyli zbaczać w polu elektrycznym ze swej drogi prostolinijnej. Podobne odchylenie zauważyli Dorn⁴³ i Becquerel⁴⁴.

Przedstawmy sobie np. promień β, który przebiega pomiędzy dwiema równoległymi płytami metalowymi. Naładujmy płyty, a promień zbaczać będzie ku płycie dodatniej i opisze parabolę; po wyjściu z pola elektrycznego promień odbywać będzie dalej drogę swą już po linii prostej, stycznej do paraboli. Na kliszy fotograficznej ustawionej nieco dalej w poprzek promienia, znajdujemy miejsca, gdzie promień uderzał przed i po odchyleniu.

Oznaczmy odległość tych miejsc przez δ, dalej odległość kliszy od kondensatora przez h, długość płyt metalowych kondensatora przez l, natężenie pola elektryczności przez F, masę elektronu przez m, jego ładunek przez e, a prędkość przez v. Możemy wyprowadzić wzór następujący

. Jeżeli ten sam promień przepuścimy teraz przez pole magnetyczne o natężeniu H, to promień opisze krzywą (fig. 4) o promieniu krzywizny p, wtedy stosunek pomiędzy tymi wielkościami a wielkościami e, v, m przyjmie postać:

. Eksperymentalnie znaleźć możemy zarówno δ, jak i p; wskutek czego z obu wzorów oblicza się już łatwo v oraz stosunek e:m. Pomiary Becquerela dały dla e/m wartość prawie równą

⁴⁵ absolutnych jednostek elektromagnetycznych, zaś dla v liczbę

cm (160000 km) na sekundę.

Ściślejsze pomiary Kaufmanna⁴⁶ przekonały, że nie wszystkie promienie β radu mają jednakową prędkość i stosunek e/m. Oto liczby otrzymane przez Kaufmanna:

e/m abs. jedn. elektr. magn.	v cm/sek.
	— dla promieni katodalnych (Simon)
	— dla promieni β radu (Kaufmana)
	— dla promieni β radu (Kaufmana)
	— dla promieni β radu (Kaufmana)
	— dla promieni β radu (Kaufmana)
	— dla promieni β radu (Kaufmana)

Z liczb tych wynika, że niektóre promienie dosięgają prędkości 283 000 km na sekundę, czyli prawie takiej samej, jak światło.

Widzimy tedy, że w miarę wzrastania prędkości v stosunek e/m się zmniejsza. Według prac Thomsona⁴⁷ 5) i Townsenda⁴⁸ jest prawdopodobne, że każda cząsteczka, stanowiąca promień β posiada ilość elektryczności e równą tej, jaką jest naładowany atom wodoru w elektrolizie, oraz że wszystkie cząsteczki promieni β jednakowy noszą na sobie ładunek. Łatwo więc jest teraz wyprowadzić wniosek, że masa m wzrasta w miarę tego, jak wzrasta szybkość. Stąd wyprowadzono teorię, że bezwładność cząsteczek jest pochodzenia elektromagnetycznego i masa cząsteczki jest co najmniej w części masą pozorną, czyli masą elektromagnetyczną. Teoria ta pozwoli może z czasem oprzeć zasady mechaniki na dynamice drobnych cząsteczek materialnych naładowanych i będących w stanie ruchu.

Promienie α. Uważano je początkowo za niezdolne do odchylania się w polu magnetycznym lub elektrycznym. Niedawno temu Rutherford⁴⁹ stwierdził jednak, że dostatecznie silne pole magnetyczne lub elektryczne odchyla je słabo, przy czym zachowują się one, jak gdyby były pociskami, naładowanymi elektrycznością dodatnią i obdarzonymi wielką prędkością. Rutherford wywnioskował ze swych doświadczeń, że prędkość promieni α wynosi mniej więcej

cm (25 000 km) na sekundę; stosunek zaś e/m okazał się równym

.

Doświadczenia Rutherforda potwierdził Becquerel⁵⁰, który znalazł przy tym, że promienie polonu zachowują się podobnie jak promienie α radu, bowiem w tym samym polu magnetycznym opisują jednakowe krzywe. Również zdaje się wypływać z doświadczenia Becquerela, że wiązka promieni α nie jest zdolna do wytworzenia podobnego widma magnetycznego, jak to czynią promienie β, lecz zachowuje się, jakby wszystkie oddzielne jej promienie były jednakowo odchylane.

Według pomiarów Des Coudresa prędkość promieni α wynosi

cm/sek, a stosunek e/m = 6400.

Promieniowania substancji radioaktywnych. Rad wysyła promienie α, podobne do promieni kanałowych, dalej promienie β, podobnie do katodalnych i wreszcie promienie γ. Polon wydziela jedynie tylko promienie α. Aktyn przypuszczalnie zachowuje się podobnie do radu, lecz badanie jego promieni nie zostało tak daleko posunięte, jak promieni radu. Co dotyczy substancji słabo radioaktywnych, to zarówno uran, jak i tor wydzielają promienie α oraz β (Becquerel, Rutherford).

W wielkiej odległości od źródła radionośnego znajdują się jedynie promienie β i γ. Obecność promieni γ, niezbaczających w polu magnetycznym i niezwykle przenikliwych, w promieniach radowych po raz pierwszy zauważył Villard⁵¹. Stanowią one zaledwie małą cząstkę promieniowania całkowitego, mierzonego metodą elektryczną.

Znacznie większa jednak część promieniowania radu składa się z promieni α, które prawdopodobnie wysyłane są przez warstwę wierzchnią substancji promieniotwórczej. Jeżeli bowiem zmieniać się będzie grubość warstwy promieniującej, to, co prawda, natężenie promieniowania α wzrośnie, lecz nie w tym co grubość stopniu; natomiast promieniowanie β wzrośnie w stosunku do grubości; promienie α, idące z wnętrza masy, pochłaniane są przez górne warstwy preparatu.

Zdolność przenikania promieni. Ciała promieniotwórcze wysyłają promienie, które przenikają zarówno przez powietrze, jak i przez próżnię.

Odległość od źródła radioaktywnego, do jakiej promienie dotrzeć mogą w powietrzu, dochodzi do kilku nawet metrów. W niektórych doświadczeniach podczas pomiarów elektrycznych zauważyliśmy wpływ źródła promieniującego na powietrze kondensatora jeszcze w odległości 2 do 3 m. Na tejże odległości zaobserwowaliśmy również oddziaływanie na ciała fluoryzujące i na kliszę fotograficzną. Podobne doświadczenia wykonywać jednak trzeba z substancjami silnie aktywnymi. Promieniowanie, które dochodzi aż do takiej odległości od radu, zawiera zarówno promienie odchylane β, jak i promienie γ; jednak ilość pierwszych znacznie przeważa.

Tymczasem największa część promieniowania, tj. promienie α, z łatwością zostaje wstrzymana przez powietrze i dochodzi zaledwie do odległości 7 cm od źródła. Promieniowanie polonu zauważyć się daje zaledwie do odległości 4–6 cm.

Jeszcze silniejsza zaznaczy się różnica, jeżeli użyjemy ekranów stałych zamiast powietrza. Niektóre promienie wysyłane przez rad zdolne są przenikać przez warstwę ołowiu lub szkła grubości kilku nawet centymetrów. Są to niesłychanie przenikliwe promienie; praktycznie nie zdołano osiągnąć całkowitego ich pochłonięcia przez jakikolwiek ekran. Przekonaliśmy się, że blacha ołowiana o grubości 1,5 cm przepuszcza dość znaczną ilość promieni β. Natomiast promienie α nie są prawie wcale przepuszczane przez ekrany stałe. Promienie polonu, składające się jedynie z promieni α, bardzo łatwo są pochłaniane i przechodzą co najwyżej przez cieniutkie ekrany.

Jeżeli, jak to uczynił Villard, na szereg klisz fotograficznych puścimy promienie radu, to wiązka promieni niezaginanych i przenikliwych γ przejdzie przez wszystkie klisze, znacząc na każdej z nich swą obecność, gdy promienie β tylko na pierwszej kliszy swój ślad zostawią. W powyższym doświadczeniu promienie β dlatego nie oddziałały na drugą kliszę, że zostały podczas przejścia przez pierwszą rozproszone na wszystkie strony.

Promienie katodalne rozpraszane są z łatwością przez ekrany; rozpraszanie jest tym słabsze, im grubość ekranu jest mniejsza; podczas przejścia przez ekrany bardzo cienkie kierunek pęczka wychodzącego staje się już przedłużeniem pęczka wpadającego.

Promienie β radu zachowują się w sposób analogiczny, choć ulegają rozproszeniu nieco trudniej niż katodalne; te ostatnie zostają rozproszone już przez ekrany glinowe o grubości zaledwie 0,01 mm; tymczasem te promienie β radu, których szybkość jest najmniejsza, są dość silnie rozpraszane przez ekran glinowy o grubości dopiero 0,1 mm, podczas gdy część promieni β bardzo przenikliwych i słabo zaginanych (promienie o wielkiej szybkości) przechodzi przez ten ostatni ekran bez żadnej zmiany; promienie takie mogą przenikać przez warstwę parafiny grubą na kilka centymetrów, nie ulegając wcale rozproszeniu. Powietrze również działa na promienie β radu rozpraszająco: działanie daje się odczuwać zwłaszcza na promieniach β silnie odchylanych; w ogóle jednak powietrze daleko słabiej rozprasza promienie β niż ciała stałe, i dlatego promienie β mogą przenikać przez powietrze na kilka nawet metrów.

Działanie jonizujące promieni radu na ciecze. Pan Curie⁵² przekonał się, że promienie radu oraz promienie Röntgena, przechodzące przez ciecze dielektryczne, udzielają im, podobnie jak to czynią z powietrzem, własność przewodzenia prądu elektrycznego, lubo⁵³ w bardzo słabym stopniu; oto doświadczenie (fig. 7). Ciecz badaną wlewamy do naczynia metalowego CDEF, a następnie zanurzamy w cieczy cylinderek miedziany AB. Oba te naczynia służą jednocześnie jako elektrody.

Pierwsze z nich CDEF ładujemy do pewnego potencjału za pomocą baterii akumulatorów, od których drugi biegun złączony jest z ziemią. Cylinder AB jest połączony z elektrometrem. Jeżeli prąd przechodzi przez ciecz, elektrometr utrzymujemy na zerze za pomocą kwarcu piezoelektrycznego. Cylinder AB jest otoczony innym MNM’N’, połączonym z ziemią, i nie pozwalającym na przechodzenie prądu elektrycznego przez powietrze. Rurkę z solą barową radonośną opuszczamy na dno cylindra AB. Promienie radu działają na płyn poprzez szkło rurki i poprzez ściankę metalową. Można również rurkę z radem umieścić pod ścianką DE.

Zwiększanie przewodnictwa zarówno pod wpływem promieni radu, jak i promieni Röntgena, zdaje się być własnością ogólną wszystkich cieczy.

Liczby następujące, pomnożone przez

, dają przewodnictwo w odwrotnych omach dla 1 cm³. Dwusiarczek węgla 20; eter naftowy 15; amylen 14; czterochlorek węgla 8; benzyna 4; powietrze ciekłe 1,3; olej wazelinowy 1,6. W ciągu badań okazało się, że promieniowanie radu nie zmienia swej wartości ze zmianami temperatury i posiada ją nawet w temperaturze powietrza ciekłego. Fakt ten stwierdzony został bezpośrednio przez pomiary.

Fluorescencja i świecenie. Pod wpływem promieni nowo odkrytych substancji radioaktywnych niektóre ciała fluoryzują. Objaw ten odkryliśmy, działając promieniami polonu poprzez blaszkę glinową na warstwę platynocyjanku baru. Zjawisko podobne daje się jeszcze łatwiej wywołać wystarczająco silnym radonośnym preparatem barowym. Jeżeli preparat jest bardzo silnie promieniotwórczy, to i fluorescencja jest bardzo piękna. Wielka ilość ciał zdolna jest do fosforescencji lub fluorescencji pod wpływem promieni Becquerela.

Bary⁵⁴ stwierdził, że sole metali alkalicznych i ziem alkalicznych, fluoryzujące od promieni świetlnych i promieni Röntgena, fluoryzują również gdy padną na nie promienie radu. Zaobserwowano również fluorescencję papieru, bawełny, szkła itp., znajdujących się w sąsiedztwie radu. Pomiędzy rozmaitymi rodzajami szkła, najosobliwiej świeci szkło z Turyngii. Metale natomiast, o ile się zdaje, niezdolne są do świecenia pod wpływem tych promieni.

Platynocyjanek baru najlepiej się nadaje do badań nad promieniowaniem ciał radioaktywnych metodą fluoroskopową, bowiem może stwierdzać obecność radu jeszcze z odległości przewyższającej 2 m.

Siarczek cynku fosforyzujący świeci od promieni radu niezwykle silnie i zachowuje swe świecenie jeszcze przez pewien czas po usunięciu substancji promieniotwórczej. Nawet wtedy ciała mogą fluoryzować, kiedy oddzielone są od radu ekranem. Obserwowaliśmy świecenie platynocyjanku baru, kiedy między nim a radem stanął człowiek. Jednakże zjawisko to objawia się bez porównania silniej, skoro substancja świecąca znajduje się tuż przed radem i nie jest od niego oddzielona przez żadne ciało stałe.

Wszystkie rodzaje promieni radu zdolne są do wywołania fluorescencji. Aby zaobserwować wpływ promieni polonu, należy go umieścić przed samym prawie ciałem fluoryzującem, unikając stawiania między nimi ekranów stałych, a jeżeli jest to konieczne, to użyć trzeba ekranów bardzo cienkich.

Świecenie substancji fluoryzujących, wystawionych na wpływ ciał promieniotwórczych, zmniejsza się z czasem. Jednocześnie sama substancja fluoryzująca ulega przemianie. Przytoczmy kilka przykładów. Promienie radu zamieniają platynocyjanek baru w odmianę brunatną, mniej świecącą; podobnie wpływają promienie Röntgena, jak to zauważył i opisał Villard. Zmieniają one również siarczan uranylu i potasu, nadając mu zabarwienie żółte. Platynocyjanek baru, zmieniony w sposób powyższy, regeneruje się częściowo pod działaniem światła.

Szkło fluoryzuje od radu; powoli jednak zabarwia się na brunatno lub fioletowo, a jednocześnie traci na sile świecenia. Jeżeli podobnie zmienione szkło ogrzejemy, to odbarwi się, wydzielając jednocześnie światło; a wtedy odzyskuje normalną swą zdolność fluorescencji. Siarczek cynku, wystawiony na wpływ promieni przez czas pewien ulega zmianie i traci powoli na własności fosforyzowania, jak od promieni radu, tak i od światła. Diament fosforyzuje, kiedy upadną nań promienie radu; może on być w ten sposób odróżniony od imitowanych, których świecenie w tym razie jest bardzo słabe.

Wszystkie związki baru radonośnego świecą same przez się⁵⁵. Sole chlorowcowe w stanie bezwodnym i suchym wysyłają światło szczególnie mocne. Świecenie podobne nie może być co prawda widziane podczas dnia pełnego, lecz łatwo je zaobserwować o zmroku lub w miejscach oświetlonych gazem. Światło wysyłane przez preparaty stężone bywa nawet tak silne, że przy nim czytać można. Podkreślić trzeba, że tu substancja świeci w całej masie, podczas gdy w zwykłej substancji fosforyzującej światło wypływa tylko z tej części powierzchni, jaka uprzednio została oświetlona. W powietrzu wilgotnym substancje radonośne tracą znacznie na sile świecenia, lecz po wyschnięciu wracają do normy. Świecenie, o ile się zdaje, jest nieznikome. Po kilku jeszcze latach nie znaleziono żadnej zmiany widocznej w świeceniu słabo promieniotwórczego preparatu, przechowywanego w ciemnym miejscu w rurce zalutowanej. Natomiast chlorek baru radonośny o bardzo znacznej promieniotwórczości i silnym świeceniu zmienia swe zabarwienie w ciągu kilku miesięcy; światło staje się fioletowawe i dość znacznie się osłabia; jednocześnie produkt ulega zmianie; jeżeli go rozpuścimy w wodzie i odparujemy roztwór, to preparat odzyskuje z powrotem dawne swe światło.

Roztwory soli baru radonośnego, zawierające dużą ilość radu, świecą również; zjawisko to obserwować można najlepiej w naczyniu z platyny, która sama nie świeci i pozwala spostrzec słabe nawet świecenie roztworu.

Jeżeli roztwór soli barowej radonośnej wydzieli kryształy, to świecą one wewnątrz płynu. Giesel wytworzył platynocyjanek baru radonośny. Po wykrystalizowaniu sól ta miała wygląd zwykłego platynocyjanku baru, lecz świeciła silnie. Powoli zaczęła się zabarwiać na brunatno, a jednocześnie kryształy stawały się dwubarwne i świeciły daleko słabiej, choć promieniotwórczość swą zwiększyły⁵⁶ Platynocyjanek radu przygotowany przez Giesela zmieniał się znacznie szybciej jeszcze.

Związki radu są więc pierwszym przykładem substancji samoistnie świecącej.

Wydzielanie ciepła przez sole radu. Curie i Laborde znaleźli, że sole radu wydzielają ciepło stale i niezmiennie⁵⁷. Wskutek tego sole radu posiadają temperaturę wyższą od temperatury otoczenia. Różnica temperatury zależy oczywiście od izolacji cieplnej soli radu i może wynosić kilka stopni; można ją zatem stwierdzić za pomocą zwykłego termometru.

Weźmy dwa naczynia izolujące względem ciepła za pomocą próżni (izolatory Dewara) i zupełnie podobne. W jednym umieszczamy zalutowaną rurkę szklaną, zawierającą 7 decygramów bromku radu; w drugim umieszczamy podobną rurkę zawierającą jakiekolwiek ciało nieradioaktywne, np. chlorek baru (fig. 8). Dwa termometry, których rezerwuary są umieszczone tuż koło rurek, wskazują temperaturę. Otwór izolatorów jest zatkany watą. Kiedy równowaga temperatur jest ustalona, termometr znajdujący się w naczyniu zawierającem rad wskazuje temperaturę wyższą, aniżeli drugi termometr; różnica temperatur jest niezmienna i wynosiła w opisanym doświadczeniu 3°.

Ilość ciepła wydzielana przez rad w oznaczonym czasie może być zmierzona za pomocą kalorymetru lodowego Bunsena. Jeżeli umieścimy w tym kalorymetrze rurkę szklaną zalutowaną, zawierającą sól radu, to kalorymetr wskazuje stałą produkcję ciepła, która ustaje, skoro tylko oddalimy rad. Z pomiarów wynika, że każdy gram radu wydziela przez godzinę około 80 małych kaloryj. A zatem rad wydziela przez każdą godzinę ilość ciepła wystarczającą, aby stopić równą masę lodu; zaś atom-gram (225g) radu wydziela przez godzinę 18000 kaloryj, czyli ilość ciepła niewiele mniejszą od tej, jaka jest wydzielana przez spalenie atomu grama-wodoru (1 g).

Jeżeli zważymy, że rad wydziela tak znaczną ilość ciepła niezmiennie i że stan jego nie ulega widocznej zmianie chemicznej przez lat kilka, to musimy przyznać, że podobne zjawisko nie daje się wytłumaczyć przez żadną zwykłą reakcję chemiczną. Można przypuścić, że wydzielanie ciepła jest związane z przekształcaniem atomu radu, które to przekształcanie zresztą musielibyśmy uważać za bardzo powolne. Gdyby tak się rzecz miała, to wynikałoby stąd, że ilości energii, które wchodzą w grę podczas tworzenia się lub przekształcania atomów, są ogromne i przewyższają wszystkie te, które nam są znane.

Można również zmierzyć ilość ciepła wydzielaną przez rad, zużytkowując ją do zamienienia w parę gazu skroplonego i mierząc objętość wydzielonego gazu. Można wykonać to doświadczenie z chlorkiem metylu (w temperaturze -21 °C). Pp. Dewar i Curie wykonali to samo doświadczenie ze skroplonym tlenem (w -180°) i ze skroplonym wodorem (w -252°). Wodór skroplony nadaje się szczególniej do tego doświadczenia. Izolator Dewara A (fig. 9) zawiera skroplony wodór H i komunikuje się za pomocą rurki t z epruwetką pełną wody E. Izolator A zanurzony jest w wodorze ciekłym H’. W tych warunkach wydzielanie się gazu nie odbywa się wcale w izolatorze A. Jeżeli wprowadzimy do wodoru ciekłego H rurkę szklaną zalutowaną, zawierającą 7 decygramów bromku radu, zauważymy stałe wydzielanie się gazu i zbieramy go 73 cm³ na minutę.

Stała sól radu świeżo przygotowana wydziela względnie niewiele ciepła; ale z czasem produkcja ciepła wzrasta i dąży do wartości stałej, która zostaje osiągnięta po dwu miesiącach. Jeżeli rozpuścimy sól radu w wodzie i zamkniemy roztwór w zalutowanej rurce szklanej, to roztwór wydziela z początku mało ciepła; ale produkcja wzrasta z czasem i dąży do wartości stałej, która zostaje osiągnięta po miesiącu mniej więcej i która jest takaż sama, jak dla soli radu w stanie stałym.

Kiedy rad się znajduje w kalorymetrze Bunsena, niektóre promienie bardzo przenikliwe przechodzą przez rurkę i kalorymetr i nie zostają pochłonięte. Jeżeli rurkę z radem obwiniemy blaszką ołowianą o grubości 2 mm, to zatrzymamy największą ilość tych promieni. Ilość ciepła wydzielonego wzrasta wtedy o 4°C. A zatem energia wydzielana przez rad w postaci promieni przenikliwych nie jest nieznaczna.

Wpływy chemiczne powodowane przez nowe substancje promieniotwórcze. Zabarwienie. Promienie wydzielane przez substancje silnie promieniotwórcze, powodować mogą pewne zmiany w ciałach, pewne reakcje chemiczne. Pomiędzy innymi wywołują np. zabarwienia szczególne szkła i porcelany⁵⁸. Zabarwienie bywa w ogólności brunatne lub fioletowe i jest bardzo silne; występuje ono w samej masie i pozostaje po usunięciu radu. Wszystkie szkła zabarwiają się po czasie mniej lub więcej długim; obecność ołowiu w szkle nie jest potrzebna. Fakt powyższy porównać można z faktem zabarwiania się po pewnym czasie ścian gruszki do wytwarzania promieni Röntgena.

Giesel okazał, że kryształy haloidków metali alkalicznych (np. sól kuchenna) zabarwiają się pod wpływem radu w sposób podobny, jak od promieni katodalnych. Giesel również stwierdził, że podobnego rodzaju zabarwienie powstaje, kiedy sole te umieszczone zostaną w parze sodu⁵⁹.

Studiowałam sama zabarwienie całego szeregu różnych gatunków szkieł o znanym składzie. Nie zaobserwowałam przy tym znacznych zmian w ich zabarwieniu, które bywa przeważnie fioletowe, żółte, brunatne lub szare; o ile się zdaje powstaje ono w obecności metali alkalicznych w szkle.

Sole czyste, krystaliczne metali alkalicznych dają zabarwienia bardziej różnorodne i bardziej żywe; sól, pierwotnie biała, przechodzi w niebieską, zieloną, żółto-brunatną itp.

P. Becquerel dowiódł, że fosfor biały zamienia się w fosfor czerwony pod wpływem promieni radu. Papier zostaje również nadwerężony i zabarwiony od radu. Staje się on kruchy, podziurawiony jest przy tym jak sito.

W pewnych warunkach w bliskości preparatu radowego bardzo czynnego spostrzec się daje powstawanie ozonu. Promienie, które wychodzą z rurki szklanej zatopionej i zawierającej rad, nie powodują tworzenia się ozonu w powietrzu. Przeciwnie, dopiero po otworzeniu rurki rozchodzi się silny zapach ozonu; ten ostatni zawsze powstaje, ilekroć powietrze zetknie się bezpośrednio z radem; wystarczy komunikacja przez wąziutki nawet kanalik. Zdaje się, że powstawanie ozonu jest w związku z rozchodzeniem się promieniotwórczości wzbudzonej, o której później będzie mowa.

Substancje radonośne, o ile się zdaje, zmieniają się z czasem, prawdopodobnie pod wpływem swego własnego promieniowania. Widzieliśmy już poprzednio, że kryształy chlorku baru radonośnego, bezbarwne w chwili powstawania, stają się stopniowo żółtymi, pomarańczowymi lub różowymi. Zabarwienie to znika po rozpuszczeniu. Chlorek baru radonośny wydziela związki tlenowe chloru, bromek zaś wydziela brom.

Sole czystego radu zdają się ulegać tym samym transformacjom, jakie dotyczą preparatów z solą barową radonośną. Charakterystyczne jest to, że kryształy chlorku wydzielone z roztworu kwaśnego nie zabarwiają się w czasie, w jakim zwykle kryształki chlorku baru, bogate w rad, silnie zmieniają swą barwę.

Termoluminescencja. Niektóre ciała, jak np. fluspat, świecą, kiedy się je ogrzeje. Zjawisko podobne nazywa się termoluminescencją, czyli świeceniem wskutek ogrzania. Zdolność podobna wyczerpuje się po pewnym czasie, lecz zjawia się z powrotem skoro ciała zostaną poddane działaniu iskry lub promieni radu⁶⁰. W trakcie ogrzewania fluspat ulega transformacji, której towarzyszy wydzielanie światła. Pod wpływem natomiast promieni radu zmiana następuje w kierunku przeciwnym i towarzyszy jej również wydzielanie światła. Zjawisko podobne ma miejsce, kiedy szkło wystawimy na działanie promieni radu; pod ich wpływem szkło ulega transformacji, czego dowodem jest zabarwienie, jakie zjawia się i powiększa stopniowo. Jeżeli teraz ogrzejemy szkło, podobnie zmienione, zajdzie transformacja odwrotna; zabarwienie zniknie i zjawisku towarzyszyć będzie wydzielanie się światła. Zdaje się bardzo prawdopodobnym, że mamy tu do czynienia z jakąś modyfikacją natury chemicznej i że wytwarzanie się światła związane jest z tą modyfikacją.

Możliwe jest również, że zjawisko fluorescencji pod wpływem promieni radu oraz świecenie preparatu radonośnego są także związane ze zjawiskiem chemicznej lub fizycznej przemiany substancji świecącej.

Wydzielanie gazów wobec soli radu⁶¹. Roztwór bromku radu wydziela stale gazy. Gazy te są to przeważnie wodór i tlen, a skład mieszaniny jest bliski składu wody; można więc sądzić, że woda rozkłada się wobec soli radowych.

Sole radu w stanie stałym (chlorek, bromek) wydzielają także nieustannie gazy. Gazy te wypełniają przestrzenie między cząsteczkami soli i wydzielają się dość obficie, gdy się ją rozpuszcza. Mieszanina gazowa zawiera wodór, tlen, dwutlenek węgla i hel. Według Ramsay’a widmo tych gazów przedstawia także kilka prążków niewiadomego pochodzenia.

W rurce szklanej zalutowanej, zawierającej bromek radu, ciśnienie gazu zwiększa się stopniowo i rurka taka może eksplodować pod wpływem słabego ogrzania.

Radiografia. Działanie radiograficzne nowych substancji promieniotwórczych jest niezwykle silne. W każdym jednak razie sposób operowania polonem i radem jest w zasadzie odmienny. Polon działa tylko w zupełnie bliskiej odległości od kliszy; ekrany stałe znacznie zmniejszają ten wpływ; praktycznie niszczy go już ekranik bardzo cienki (np. szklany o grubości 1 mm). Rad natomiast wywołuje skutki podobne z odległości znacznie większej. Działanie radiograficzne promieni radu można zaobserwować z odległości przechodzącej 2 m i nawet wtedy, gdy substancja radonośna zawarta jest w rurce szklanej. Promieniami w warunkach tych czynnymi są grupy β i γ. Z powodu rozmaitej ich zdolności przenikania przez ciała otrzymać można podobne radiogramy, jak za pomocą promieni Röntgena. Metale są w ogólności nieprzezroczyste za wyjątkiem glinu, który dość łatwo przepuszcza te promienie. Natomiast nie ma znacznej różnicy w przezroczystości pomiędzy tkanką mięsną a kostną. Można działać z wielkiej odległości i posiłkując się przy tym źródłem o bardzo małych wymiarach; radiogramy otrzymuje się wówczas bardzo delikatne. Dobrze jest dla zwiększenia wyrazistości radiogramu skierować w bok promienie β przy pomocy pola magnetycznego i działać samymi tylko promieniami γ. Promienie β, przechodząc przez przedmiot radiografowany, ulegają pewnemu rozproszeniu, przez co kontury przedmiotu na kliszy stają się mniej wyraźnymi. Po usunięciu promieni β, trzeba naturalnie czas ekspozycji kliszy znacznie przedłużyć, lecz za to otrzymuje się znacznie lepsze rezultaty. Dla zdjęcia radiogramu z przedmiotu, np. z portmonetki, przy pomocy kilku centygramów soli radowej, zawartej w rurce szklanej i umieszczonej w odległości 1 m od płyty czułej, przed którą znajduje się przedmiot, trzeba dużo czasu (fig. 10). Natomiast z odległości 20 cm od płyty to samo źródło daje podobny skutek już w ciągu godziny. W bezpośrednim sąsiedztwie preparatu promieniotwórczego obraz na kliszy powstaje natychmiastowo.

Skutki fizjologiczne. Promienie radu działają na naskórek. Wpływ ten, spostrzeżony przez Walkhoffa, potwierdzony został przez Griesela, a później przez Becquerela i P. Curie⁶².

Jeżeli na skórze umieścimy cienką torebkę z celuloidu lub z kauczuku, zawierającą sól radową silnie promieniotwórczą, i pozostawimy przez czas pewien, to na skórze ukaże się zaczerwienienie albo zaraz lub też dopiero po pewnym czasie, tym dłuższym, im promieniotwórczość preparatu była słabsza lub działanie krótsze; plama ta czerwona zjawia się w miejscu, które wystawione było na działanie promieni. Nadwerężenie skóry podobne jest do oparzelizny. W niektórych razach tworzy się pęcherz. Jeżeli ekspozycja trwała nazbyt długo, to powstaje rana, gojąca się niezwykle długo. W jednym z doświadczeń p. Curie położył sobie na ramieniu preparat względnie słabo promieniotwórczy i przetrzymał go w ciągu 10 godzin. Zaczerwienienie ukazało się prawie natychmiastowo; nieco później ukazała się rana, która goiła się przez 4 miesiące. Naskórek został całkiem zniszczony i zaledwie bardzo powolnie z trudnością odnawiał się, pozostawiając jednak widoczną bliznę. Oparzelizna od radu działającego na skórę w ciągu 1 godziny zjawiła się dopiero po 15 dniach; powstał bąbel, który zagoił się dopiero po 15 dniach. Inna znów oparzelizna od radu, działającego w ciągu jedynie 8 minut, zjawiła się dopiero po 2 miesiącach w postaci plamy czerwonej ze skutkiem nieznacznym. Rad powoduje zmiany podobne na skórze nawet poprzez metale, lecz skutek bywa słabszy. Dla uchronienia się od wpływu radu, należy unikać starannie zatrzymywania preparatu radowego na sobie przez czas dłuższy, lub też zamykać go w skrzynce ołowianej.

Wpływ promieni radu na skórę badał dr Danlos w szpitalu św. Ludwika, celem zastosowania do leczenia niektórych chorób skórnych, podobnie jak to się praktykuje za pomocą promieni Röntgena lub ultrafioletowych. Rezultaty wypadły zachęcająco; naskórek częściowo zniszczony od radu odrastał z powrotem w stanie zdrowym.

Działanie radu przenika głębiej od działania światła, a przy tym sama metoda jest daleko prostsza niż ze światłem lub promieniami Röntgena.

Griesel zaobserwował wpływ na liście roślin, które żółkną i więdną od działania radu.

Ten sam badacz odkrył również fakt następujący. Jeżeli preparat radonośny umieścimy w bliskości powieki zamkniętej lub na skroni, to w oku powstanie wrażenie światła, które zapełnia całe wnętrze oka⁶³. Zjawisko badane było przez Himstedta i Nagla⁶⁴. Uczeni ci stwierdzili, że substancje oka fosforyzują pod wpływem promieni radu, i to właśnie jest powodem światła odczuwanego. Ślepi z siatkówką nienaruszoną wrażliwi są na promienie radu, podczas gdy ślepi z siatkówką chorą nie odczuwają wcale wrażeń świetlnych, powodowanych przez rad. Promienie radowe utrudniają lub tamują rozwój mikrobów⁶⁵, lecz wpływ ten nie jest zbyt silny. Niedawno temu p. Danysz stwierdził, że promienie radowe działają energicznie na rdzeń pacierzowy i na mózg. Po godzinnym wystawieniu na promienie radu następuje u zwierząt paraliż i zwykle umierają one w ciągu dni kilku⁶⁶.

Wpływ temperatury na promieniowanie. Niewiele jest jeszcze do powiedzenia o zależności promieniotwórczości ciał od temperatury. Wiemy już, że promieniowanie pozostaje bez zmiany w niskiej nawet temperaturze. P. Curie⁶⁷ umieścił w powietrzu ciekłym rurkę szklaną, zawierającą chlorek baru radonośny. Świecenie substancji nie ustępowało w tych warunkach. W chwili, kiedy rurkę wydobywał z ośrodka zimnego, wydawało się nawet, jakoby była bardziej świecąca niż w temperaturze zwykłej. W temperaturze powietrza ciekłego rad w dalszym ciągu pobudza do fluorescencji siarczan uranylu i potasu. P. Curie przekonał się na zasadzie pomiarów elektrycznych, że promieniowanie, mierzone w pewnej odległości od źródła promieniotwórczości, okazuje tę samą moc niezależnie od tego, czy rad posiada temperaturę zwykłą czy też temperaturę powietrza ciekłego.

W doświadczeniach tych rad był umieszczony na dnie rurki; przez otwór górny promienie wychodziły i przenikały przez warstwę powietrza do wnętrza kondensatora. Otóż mierzono wpływ promieni na przewodnictwo powietrza w kondensatorze, czy to pozostawiając rurkę w powietrzu zwykłym, czy też zanurzając ją w powietrzu skroplonym. Rezultaty badania okazały się jednakowe w obu przypadkach.

Ogrzanie radu nie może nigdy zniszczyć całkowicie jego promieniotwórczości. Chlorek baru radonośny, ogrzany aż do stopienia (około 800°), zachowuje promieniotwórczość i świecenie. W każdym jednak razie długie działanie temperatury podwyższonej pociąga za sobą czasowe obniżenie promieniotwórczości; obniżenie to jest bardzo znaczne i wynosić może 75% całkowitego promieniowania; przy tym stosunkowo mniej traci się promieni pochłanianych niż promieni przenikliwych, które są prawie zupełnie zniszczone podczas ogrzewania. Po pewnym czasie promieniotwórczość substancji wraca do stanu, jaki miała przed ogrzaniem, lecz następuje to dopiero po 2 miesiącach od czasu ogrzania.