Opdagelsen af radioaktiviteten

Transkript

1 1 Opdagelsen af radioaktiviteten Af Louis Nielsen, cand.scient. Lektor ved Herlufsholm I de sidste årtier af 1800-årene blev der gjort mange yderst grundlæggende opdagelser ved forsøg med katodestrålerør. Opdagelserne danner grundlaget for mange af de tekniske opfindelser, der benyttes i vores nuværende samfund og dagligdag. Forsøg med katodestråler førte til opdagelsen af : Røntgenstrålerne i Opdaget af Wilhelm Conrad Röntgen ( ) (Se artiklen om røntgenstrålernes opdagelse) Radioaktiviteten i Opdaget af Antoine-Henri Becquerel ( ) Elektronen i Opdaget af Joseph John Thomson ( ) (Se artiklen om elektronen) Opdagelsen af radioaktiviteten Da meddelelsen om Röntgens opdagelse af x-strålerne blev kendt i Frankrig, var specielt fysikprofessoren Antoine-Henri Becquerel ( ) ved Naturhistorisk Museum (Musée d Histoire Naturelle) i Paris, interesseret. Nogle af de spørgsmål han stillede var følgende: Hvorfra kommer disse gennemtrængende stråler? Er det en naturlig strålingsegenskab ved det stof anoden består af? Er det en egenskab, der minder om visse stoffers luminescens, dvs. evne til at udsende lys når stoffet selv har været belyst? Becquerel satte sig for at undersøge sagen. Hans forudsætninger var store, thi både hans far Alexandre Edmond Becquerel ( ) og farfar Antoine César Becquerel ( ) havde været professorer i fysik ved Naturhistorisk Museum. Og faderen havde specielt studeret fluorescensen og fosforescensen hos mange af de stoffer, som fandtes i museets store samling af mineraler.

2 2 Antoine-Henri Becquerel ( ). Opdagede i 1896 den naturlige radioaktivitet Dårligt vejr førte til opdagelsen af radioaktivitet Et stof siges, at udvise luminescens, hvis det har den egenskab, at det udsender lys efter, at det selv er blevet belyst. Nogle stoffer udsender kun lys samtidig med at de bliver belyst. Sådanne stoffer kaldes fluorescerende. Stoffer der fortsætter med at udsende lys, også efter, at de er blevet belyst kaldes fosforescerende. Becquerel havde en formodning om, at røntgenstråler kunne udsendes fra et fosforescerende stof, der var blevet belyst med ultraviolet lys. Han udførte derfor følgende forsøg: En fotografisk plade blev pakket ind i sort papir, således at sollyset ikke kunne trænge igennem. Den indpakkede fotografiske plade lagde han ud i solen, og ovenpå papiret lagde han nogle uranholdige krystaller. Da han efter belysningen fremkaldte de fotografiske film var de, ganske som forventet, blevet sværtet. Mon det var Röntgens x-stråler, der havde gennemtrængt papiret og sværtet den fotografiske film? Eller var årsagen en anden? Han måtte udføre flere forsøg. Den 26. februar 1896 pakkede han en ny fotografisk plade ind i tykt sort papir og oven på papiret lagde han igen nogle uranholdige krystaller. Uheldigvis - eller ganske heldigt! - var det blevet overskyet vejr, så derfor gemte Becquerel den indpakkede plade med krystallerne ovenpå i en skuffe. Den 1. marts var Solen endnu ikke kommet frem, men nu skulle han bruge en fotografisk film, så hvorfor ikke benytte den plade, der ikke havde været i Solen. Becquerel pakkede den fotografiske film ud, og til sin overraskelse så han, at den var blevet sværtet, og det uden at de uranholdige krystaller, der lå på den indpakkede plade, havde været i solskin! Altså må der have været en stråling, der kunne gennemtrænge papiret. Var det røntgenstråling? Eller kunne det måske være en ukendt stråling, der blev udsendt af de uranholdige krystaller? Efter en række systematiske forsøg kunne Becquerel konkludere, at der kun kom stråling fra stoffer der indeholdt uran. Og uanset i hvilken tilstand det uranholdige stof befandt sig, så udviste det stråleaktivitet det var radioaktivt! Antoine-Henri Becquerel havde opdaget et hidtil ukendt fænomen i naturen, den naturlige radioaktivitet!

3 3 Ægteparret Curie opdager radioaktive grundstoffer I slutningen af 1897 begyndte ægteparret Marie Sklodowska Curie ( ) og Pierre Curie ( ) at studere Becquerel-strålerne, eller de uraniske stråler - som de blev kaldt lige efter opdagelsen. De benyttede et elektrometer, dvs. en elektrisk ladningsmåler, der kunne påvise strålernes ioniserende virkning og dermed måle deres intensitet. Som Becquerel også havde vist, kunne strålingen aflade genstande, der var elektrisk opladede. I 1898 opdagede ægteparret Curie to hidtil ukendte grundstoffer, der også udsendte stråling. Grundstofferne fik navnene Polonium, opkaldt efter Marie Curies fødeland Polen, og Radium efter det latinske ord radius, der betyder stråle. I 1898 indførte Marie Curie betegnelsen radioaktivitet for de opdagede strålingsfænomener. Ægteparret Marie og Pierre Curie i det primitive laboratorium For opdagelsen og studierne af radioaktiviteten delte Becquerel og ægteparret Curie i 1903 Nobelprisen i fysik. (Læs mere i artiklen om Marie Curie) Alfa, beta og gammastråling Rutherfords betegnelse I 1899 viste fysikeren Ernest Rutherford ( ), at der udsendes mindst to typer stråling fra radioaktive stoffer. Han betegnede den positivt elektrisk ladede stråling alfa-stråling, og den negativt elektrisk ladede stråling beta-stråling. I 1909 viste Rutherford, at der i en lukket beholder, hvori der var et et alfa-strålende stof, efterhånden blev dannet mere og mere helium-gas. Alfastråling består af partikler, der er opbygget af to protoner og to neutroner, altså samme opbygning som Heliums atom-kerne.

4 4 Ernest Rutherford ( ) Indførte betegnelserne alfa-og beta-stråling Med hensyn til beta-stråling, så er det siden blevet påvist, at der er to slags beta-stråling: Betaminus stråling og beta-plus stråling. Beta-minus stråling består af negativt elektriske elektroner, kendt fra almindeligt stof. Beta-plus stråling består af positroner, elektronernes anti-partikler, dvs. de er positivt elektriske og med samme masse som elektroner. Positronen blev opdaget i 1932 af den amerikanske fysiker Carl David Anderson ( ), da han studerede tusindvis af spor på tågekammer-fotografier, hvor der var registreringer af stråling, der kom fra rummet, den såkaldte kosmiske stråling. Eksistensen af en anti-partikel til elektronen var i øvrigt blevet teoretisk forudsagt i 1928 af den engelske teoretiske fysiker Paul Andrien Marice Dirac ( ). Carl David Anderson ( ) Opdagede i 1932 positronen i den kosmiske stråling I år 1900 opdagede franskmanden Paul Villiard ( ) en elektrisk neutral og meget gennemtrængende stråling fra radioaktive stoffer. Denne stråling blev betegnet gamma-stråling, dvs. med det tredje bogstav i det græske alfabet. Strålingen skulle vise sig, at være energirige elektromagnetiske bølger, der udsendes fra radioaktive atomkerner.

5 5 Kunstig radioaktivitet I 1934 viste Marie Curies datter Iréne Joliot-Curie ( ) og hendes mand Jean Frédéric Joliot ( ), at man kunstigt kan fremstille radioaktive stoffer. Ved at beskyde ikkeradioaktivt aluminium med alfa-partikler viste det sig, at det bestrålede stof blev radioaktivt. For opdagelsen fik ægteparret Joliot-Curie Nobelprisen i fysik for året Iréne Joliot-Curie og Jean Fredéric Joliot Fremstillede i 1934 radioaktive stoffer Den italiensk-amerikanske fysiker Enrico Fermi ( ) viste, også i 1934, at neutroner, der er elektrisk neutrale partikler var mulige projektiler, hvis man ville fremstille kunstigt radioaktive stoffer. Fermi viste, at langsomme neutroner var de mest effektive. For opdagelsen fik han i 1938 Nobelprisen i fysik. Atomer er ikke udelelige I 1903 opstillede Rutherford og Frederick Soddy ( ), en transformations-teori for radioaktive stoffer. Teorien indførte muligheden for en grundstof-ændring, således at et radioaktivt grundstof kunne omdannes til et andet grundstof med helt andre kemiske egenskaber. Teorien om grundstofomdannelser omstyrtede troen på elementernes uforanderlighed. Atomerne var ikke udelelige! I 1904 påviste William Ramsey ( ) og Soddy, at der af udstrålingen fra radium blev dannet helium. I 1909 viste Rutherford ved et forsøg, at alfa-stråling består af partikler, der har samme opbygning som heliumatomer der mangler to elektroner. For sin forskning med radioaktive stoffer og deres grundstofomdannelser fik Rutherford i 1908 Nobelprisen i kemi. For opdagelsen af de inaktive luftarter fik Ramsay i 1904 Nobelprisen i kemi. Soddy fik Nobelprisen i kemi i Louis Nielsen, december 2003