Мария. Курсовая работа по химии на тему_ _Жизнь и деятельность Марии Кю. Жизнь и деятельность Марии КюриСклодовской

• Название: Жизнь и деятельность Марии КюриСклодовской
• Анкор: Мария
• Дата: 14.03.2023
• Размер: 433.5 Kb.
• Имя файла: Курсовая работа по химии на тему_ _Жизнь и деятельность Марии Кю.doc
• Тип: Реферат; #990192
• страница: 2 из 3

γ – лучи. Их характеристики.

Углублялись знания о природе излучения. А.Беккерель и независимо от него С.Мейер и Э.Швейдлер обнаружили, что радиоактивные излучения радия и полония отклоняются в магнитном поле, в состав излучения входят компоненты, несущие электрический заряд различного знака.

А.Беккерель установил, что часть радиоактивного излучения

представляет собой поток электронов (β- лучи), Э.Резерфорд установил, что часть излучения отклоняется магнитным полем в направлении, противоположном β- лучам, обладает большой ионизирующей способностью (α- лучи). α-излучение в воздухе при атмосферном  давлении преодолевает

лишь расстояние от 2,5 до 7,5 см. В условиях вакуума  электрическое и магнитное поля заметно отклоняют его от первоначальной траектории.

Направление и величина отклонений указывают на то, что  α-излучение - это поток положительно заряженных частиц, для которых отношение 

25

заряда к массе (e/m) в точности соответствует дважды ионизированному атому гелия (He²⁺). На основании этих данных Резерфорд сделал вывод о том, что они являются ядрами атома гелия.

А. Виллард обнаружил, что 0,01% радиоактивного излучения не отклоняется в магнитном поле и способно проникать через любые преграды (γ- лучи) (рисунок 1.4). [4, с.516]

Рисунок 1.4. Отклонение радиоактивного излучения магнитным полем



Примечание: 1 - радиоактивный препарат, 2 - свинцовый экран, 3 - фотопластинка, 4 - лист бумаги толщины 0,1 мм

а) траектории лучей в отсутствие магнитного поля; б) траектории

лучей в магнитном поле (штриховой круг проекции  полюсов  магнита; линии поля направлены из-за плоскости чертежа на нас); в) лист бумаги толщиной 0,1 мм полностью поглощает α- излучение.

β-излучение отклоняется  в магнитном и электрическом  полях, но

в противоположную сторону, чем α-излучение и на большее расстояние. Это указывает на то, что β-излучение является потоком отрицательно

заряженных частиц малой массы. По отношению e/m Резерфорд

идентифицировал β-частицы как обычные электроны.

γ-излучение не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. γ-лучи были идентифицированы как жесткое

(имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение. [4, c. 521]
26

1.6.3. Проникающая способность.

α-, β-, γ- излучения сильно отличаются друг от друга по способности проникать сквозь вещество. При помещении между препаратом 1 и щелью экранов возрастающей толщины, α- частицы полностью поглощаются листом бумаги толщины около 0,1 мм (рисунки 1.4(в), 1.5(а)). Поток β- частиц постепенно ослабляется с увеличением толщины экрана и поглощается полностью при толщине алюминиевого экрана в несколько миллиметров (рисунок 1.5(б)). Наиболее проникающим является γ- излучение. Слой алюминия толщины 5 мм не ослабляет интенсивности γ- излучения (рисунок 1.5(б)). [4, с. 517]

Рисунок 1.5. Поглощение радиоактивных излучений веществом



Вещества с большим атомным номером обладают значительно

большим поглощающим действием для  γ- излучения; в этом отношении γ-

излучение сходно с рентгеновским. Так, 1 см свинца Z = 82 ослабляет

пучок γ- излучения примерно в два раза (рисунок 1.5(в)).
1.6.4. Сбылась мечта алхимиков.

(Э. Резерфорд и с Ф. Содди): Образующийся при распаде атома, сопровождающийся радиоактивным излучением элемент тоже может быть

радиоактивным, тогда цепочка радиоактивных превращений продолжится до

тех пор, пока не образуется устойчивый к распаду (стабильный) элемент. Так

образуются семейства.

Всякое радиоактивное превращение связано с испусканием либо 

α-, либо β- частицы. Некоторые превращения сопровождаются еще и

27

γ- излучением, например, превращение RaC в RaC^' (рисунок 1.6). [4, с. 532]

Рисунок 1.6. Радиоактивное семейство урана



Примечание: А - массовое число ядра, Z -порядковый номер,  ○- радиоактивные изотопы,  ◙ -устойчивый изотоп, наклонные стрелки - α- распад, вертикальные стрелки - β- распад.

В природе существуют еще два радиоактивных семейства. Родоначальником одного из них является торий, родоначальником другого - редкий изотоп урана ²³⁸₉₂U. α- распад ядра ²³⁸₉₂U приводит, (согласно факту, что α- частицы - это дважды ионизированный атом гелия с зарядом 2 и

массовым числом 4 - ⁴₂He), к образованию ядра с зарядом 92 - 90 = 2 и массовым числом 238 - 4 = 234, т.е., изотопа тория ²³⁴₉₀Th. Этот изотоп тория, UX₁ (уран-икс-один), также оказывается радиоактивным веществом, испускающим β- частицы. Продуктом β- распада ²³⁴₉₀Th оказывается ²³⁴₉₁Pa  изотоп элемента протактиния с атомной массой 234, называемый - UX₂. Этот

изотоп опять-таки радиоактивен и т.д. Цепочка последовательных продуктов распада урана, радиоактивное семейство урана, изображена на рисунке 1.6.

Только после 14 следующих друг за другом распадов атом урана превращается в нерадиоактивный или стабильный изотоп свинца ²⁰⁶₈₂Pb.

Распад урана приводит к накоплению свинца. И, действительно,

28

урановые руды всегда содержат свинец. В урановых рудах накапливаются и все промежуточные продукты цепи распада урана. Радий является пятым продуктом в этой цепи. Первым потомком радия является Rn - радиоактивный инертный газ радон (называемый иногда эманацией радия).

Накопление радиоактивных продуктов превращения ограничивается их распадом. Чем меньше период полураспада вещества, тем быстрее оно распадается и тем меньше его содержание в материнском веществе (уране или радии).[4, с. 533]

По величине периода полураспада все радиоактивные изотопы делят на долгоживущие и короткоживущие. Уран и радий относятся к долгоживущим элементам, хотя периоды полураспада отличаются: для урана – 4,5 млрд. лет. В каждую секунду из числа атомов, содержащихся в 1 грамме вещества, распадается 12000. Атомов в 1 грамме урана – 3х10²¹ , и убыль в 12000 незаметна. У радия период полураспада составляет 1590 лет. Мари Кюри в 1907 году подарила Парижскому радиевому институту 1 грамм радия, лишь к 3497 году от подаренного радия останется полграмма. Радон, в который

превращается радий, имеет период полураспада 3,8 дня. Чем тяжелее атом изотопа, тем быстрее он распадается.
1.6.5. Ряд открытий, между которыми … лет.

1911 г. Э. Резерфорд обнаружил существование атомного ядра и обосновал планетарную теорию строения атома.

В 1919 г. Э. Резерфорд осуществил первую ядерную реакцию при облучении азота α- частицами: быстрые α- частицы, способны проникать внутрь легких ядер и расщеплять их на части, при облучении α- частицами

азота, бора и других элементов возникают новые частицы, также создающие сцинтилляции, но отличающиеся от α- частиц большей проникающей способностью. Они оказались быстродвижущимися ядрами атомов водорода. (Ядро водородного атома, или протон, обладает массой, очень близкой

29

к 1 а. е. м., и зарядом +e.)

Р

исунок 1.7. Расщепление ядра азота α- частицей в камере Вильсона

Процесс испускания протонов был изучен с помощью камеры

Вильсона. Внутрь камеры Вильсона, заполненной азотом, помещался α- радиоактивный препарат.

Примечание:

а) фотография следов в камере;

б) схема следов «вилки»; 

α - след α- частицы, столкнувшейся в точке A с ядром азота, p и O - следы продуктов расщепления - протона и ядра кислорода. [4, с. 542]

Один из следов «вилки» - след протона. Ввиду меньшего заряда протон

действует на атомные электроны с меньшей силой, чем α- частица и поэтому производит меньшую ионизацию на единице пути и образует в камере Вильсона более тонкий след. Более жирный след принадлежит частице,

ионизующей сильнее α- частицы и обладающей, следовательно, большим

зарядом. Природу этой частицы можно установить, используя законы

сохранения заряда и массы. До соударения мы имели две частицы:

1) α- частицу (т. е. ядро атома гелия) с зарядом +2 единицы и массой 4 единицы и 2) ядро атома азота с зарядом +7 единиц и массой 14 единиц. Суммарный заряд равен +9 единиц, суммарная масса 18 единиц. После 30

30

соударения также имеются две частицы, одна из которых является протоном (т. е. ядром атома водорода) с зарядом +1 и массой 1. На долю второй частицы остается заряд +8 и масса 17.

Восьмым элементом периодической системы является кислород. Рассматриваемая «вилка» указывает на явление превращения ядер азота и гелия в ядра кислорода и водорода. [4, с. 543]

Вслед за открытием Резерфорда были найдены и другие подобные процессы, в которых происходит превращение ядер (следовательно, и атомов) одних элементов в ядра (атомы) других элементов. Такие процессы получили название ядерных реакций:

⁴₂He²⁺ + ¹⁴₇N → ¹⁶₈O + ¹₁H  или     ⁴₂He²⁺ + ¹⁴₇N → ¹⁶₈O + ¹₁p    

Открытие ядерных реакций имело принципиальное значение: впервые была доказана возможность искусственного превращения элементов.

Поначалу удавалось бомбардирующих  α- частиц. Чтобы проникнуть внутрь атомного ядра, превратить лишь ничтожное количество вещества: одно ядерное превращение приходится на сто тысяч - миллион налетающая заряженная частица должна преодолеть огромные силы электростатического

отталкивания, т.к. и частица, и бомбардируемое ядро обладают

 положительным зарядом. Поэтому ядерные превращения могут производить только достаточно быстрые частицы, способные преодолеть электростатическое отталкивание. Но, двигаясь в веществе, быстрые частицы, расходуя свою энергию на ионизацию и возбуждение атомов,

затормаживаются, захватывают электроны и превращаются в нейтральные

атомы. Ввиду малых размеров ядер лишь немногие частицы сталкиваются с

ядром до того, как они растратят свою энергию. Редкие случаи и приводят к

ядерным  расщеплениям.

     Ядерные реакции и искусственную радиоактивность могли наблюдать еще в 1988 г. Пьер и Мари Кюри. В своем докладе на заседании французской Академии наук они отмечали повышенную радиоактивность

31

фотопластинки после воздействия на нее α- излучения радия, в 50 раз большую, чем у урана. Однако уровень знаний о радиоактивности в то время был таков, что Кюри прошли мимо наблюдаемого ими искусственного превращения какого-то элемента, содержащегося в материале пластинки.
1.6.6. Открытие нейтрона.

Для более тяжелых элементов требовался заряд с большей энергией и нейтральный. В 1932 году Д. Чедвик обнаружил нейтрон, предсказанный Э. Резерфордом в 1920 г. Масса этой частицы близка массе протона, а заряд отсутствует ¹₀n. Нейтроны были открыты благодаря реакциям:

⁹₄Be + ⁴₂ He → ¹₀n + ¹²₆ C, или Be(α,n)¹²C (Боте, Беккер, 1930г.)

Нейтроны, не имеющие электрического заряда, способны проникать до ядер любого атома, не встречая электростатических сил. Нейтрон  захватывается ядром, и благодаря этому происходит  ядерная  реакция. Примером ядерной реакции под действием нейтронов является расщепление бора: ¹⁰₅B +  ¹₀n → ⁷₃Li + ⁴₂He    

Ядро бора, захватывая нейтрон, расщепляется на ядра лития и гелия, разлетающиеся с большой скоростью.

Реакцию бора с нейтронами можно наблюдать, поместив в камеру Вильсона тонкий слой бора. Облучая камеру быстрыми нейтронами, мы увидим на снимках жирные следы ядер лития и гелия, выходящих во все стороны из слоя (рисунок 1.8 (а)). [4, с. 548]

Р исунок 1.8. Схема опыта по наблюдению расщепления бора быстрыми и медленными нейтронами

Примечание: 1 - источник нейтронов,

2 - тонкая борная пленка в камере  Вильсона, 3 - парафиновая сфера. Короткие жирные следы вызваны ядрами ⁷₃Li, более длинные - α- частицами. Штриховой

32

линией указан путь одного из нейтронов в парафиновой сфере.

При среде, созданной для замедления скорости движения нейтронов, например, парафиновой сферой, нейтроны попадут в камеру Вильсона с энергией, во много раз меньшей своей начальной энергии. Действие парафина будет неожиданным: число следов на снимках, а значит число расщеплений ядер бора, многократно увеличится (рисунок 1.8(б)). Следовательно, чем медленнее нейтроны, тем с большей эффективностью они захватываются ядрами и производят ядерные реакции.

Сильное поглощение ядрами медленных нейтронов объясняется

отсутствием сил электрического отталкивания (так как нейтрон лишен

заряда) и существованием сил притяжения между ядрами и нейтронами.

Чем медленнее движется нейтрон, тем большее время находится он под

действием сил притяжения со стороны ядра и тем легче захватывается им. Захват ядрами является одной из причин, почему нейтроны не существуют длительно в свободном виде. Второй причиной является  радиоактивность

нейтрона. Свободный нейтрон с течением времени превращается в протон, испуская при этом электрон и нейтрино. Период полураспада нейтрона –

около 15 мин.

До этого все ядерные реакции, например, N(α, p)O сводились к превращению одного стабильного изотопа в другой стабильный. При облучении бора и магния происходят реакции, в результате которых тоже получаются неустойчивые ядра. [4, с. 548]
1.7. Цена успеха

1.7.1.Терапевтическое действие радия.

Супруги Кюри отметили действие радия на человеческий организм (как и Анри Беккерель, они получили ожоги, прежде чем поняли опасность обращения с радиоактивными веществами) и высказали предположение, что радий может быть использован для лечения опухолей. Терапевтическое

33

значение радия было признано почти сразу, и цены на радиевые источники резко поднялись. Однако Кюри отказались патентовать экстракционный процесс и использовать результаты своих исследований в любых коммерческих целях. По их мнению, извлечение коммерческих выгод не соответствовало духу науки, идее свободного доступа к знанию. Несмотря на это, финансовое положение супругов Кюри улучшилось, так как Нобелевская премия и другие награды принесли им определенный достаток. В октябре 1904 г. Пьер был назначен профессором физики в Сорбонне, а месяц спустя

Мария стала официально именоваться заведующей его лабораторией. В декабре у них родилась вторая дочь, Ева, которая впоследствии стала

концертирующей пианисткой и биографом своей матери.
1.7.2. Слава.

Супруги Кюри достигли мировой славы. О них заговорили в научном мире всех стран. Толпа любопытных и журналистов осаждает дом Кюри,

телеграммы грудой лежат на рабочем столе, тысячи статей в газетах. Шумиха вызывает недовольство со стороны четы Кюри. Пьер и Мари чувствовали

себя счастливыми, что члены шведской академии наук оценили их открытие по достоинству, их трогает радость близких людей. Миллионы мужчин и женщин выражают Кюри свои пылкие чувства за умственные затраты на открытие радия, его лечебной силы против страшной болезни. Они стремятся вторгнуться в интимную жизнь удивительной пары, вызывающие различные толки своим дарованием, кристально чистой жизнью и бескорыстием. Жадное стремление этой толпы копаться в жизни ее кумиров отнимает у них единственные драгоценности, которые им хотелось бы сохранить: внутреннюю сосредоточенность и тишину. Их быт, вызывавший своей скромностью удивление и уважение самых прожженных газетчиков, приобретает известность, становится общественным достоянием, темой для газетной статьи. Бедность, переутомление, людскую несправедливость оба

34

Кюри перенесли без жалоб, но чем больше растет их известность, тем сильнее обостряется нервозность. От славы Кюри ждали в качестве вознаграждения кафедру, лабораторию, сотрудников и желанные кредиты. Франция оказалась последней страной, которая признала их: потребовались

медаль Дали и Нобелевская премия, чтобы Парижский университет предоставил Пьеру Кюри кафедру физики.

Мария, получив звание «знаменитой мадам Кюри», будет временами счастливой, но только в тишине лаборатории или в тесном кругу своей семьи.
1.7.3. Гибель Пьера. Мадам Кюри – первая женщина-профессор.

Мария черпала силы в признании ее научных достижений, любимой работе, любви и поддержке Пьера. Но в апреле 1906 г. Пьер погиб в уличной катастрофе. Лишившись ближайшего друга и товарища по работе, она ушла в себя. Однако нашла в себе силы продолжать работу. В мае факультетский

совет Сорбонны назначил ее на кафедру физики, которую прежде возглавлял

ее муж. Когда через шесть месяцев Мария Кюри прочитала свою первую

лекцию, она стала первой женщиной-профессором – преподавателем

Сорбонны.

Обязанности «вдовы Кюри» испугали бы даже крепкого человека. Она должна и воспитывать детей, и зарабатывать на жизнь, и с блеском носить звание профессора. Она должна, уже не имея научной опоры в лице Пьера Кюри, продолжать работы, начатые совместно с ним, сама давать все указания, советы ассистентам и студентам и осуществить важную миссию: создать лабораторию, достойную обманутых надежд Пьера, такую, где молодые исследователи смогут развивать новую науку о радиоактивности.

В 1910 году она выпускает свой основной труд «Руководство по радиоактивности».
35

1.7.4. Международный эталон. Радиоактивные часы Кюри.

В лаборатории Кюри сосредоточила свои усилия на выделении чистого

металлического радия, а не его соединений.

До сих пор всякий раз, когда она пыталась получить чистый радий, дело ограничивалось солями радия (хлористыми или бромистыми), представлявшими собой его единственную устойчивую форму. В 1910 г. ей удалось в сотрудничестве с А.Дебьерном получить это вещество и тем самым

завершить цикл исследований, начатый 12 лет назад. Она доказала, что радий является химическим элементом. Мария устанавливает способ дозировки радия путем измерения интенсивности его излучения. Она доводит эту трудную технику до желанной цели и создает у себя в лаборатории отдел дозиметрии, куда ученые, врачи смогут отдавать для проверки радиоактивные вещества или минералы и получать сведения о количестве содержащегося в них радия.

Опубликовывая «Классификацию радиоэлементов» и «Таблицу

радиоактивности констант», она заканчивает также работу общего характера: получение первого международного эталона радия, который составляет 21

миллиграмм чистого хлористого радия. Мадам Кюри приготовила эталон, с которым надлежало сравнивать все остальные источники для Международного бюро мер и весов.

Радий сделался одним из важнейших элементов научного ис­следования и получил широкое применение и медицине. В добычу радия были вложены крупные капиталы, и громадные прибыли потекли в руки капиталистов так же, как это случилось с рентгеновскими лучами. Но супруги Кюри, как и Рентген, ни­чего не получили за свои открытия. Весь свой опыт они предоставили всем желающим его использовать.

Как метод получения радиоэлементов был основан на точном измерении их излучения, так эти же измерения, доведенные до высшего предела точности, послужили основой изготовленного ма­дам Кюри

36

международного эталона радия. Все современные приемы радиоактивных измерений основаны на классических ра­ботах мадам Кюри 1911 - 1912 г.г.

Мадам Кюри достигла в изме­рениях скорости радиоактивного распада точности, превышающей все другие измерения, определив 7-й знак. Она даже предложила измерять время по скорости распада, так как эта скорость может быть измерена с громадной точностью и не меняется ни от каких внешних воздействий. С 1903 г. существуют радиоактивные часы Кюри.