Premile Nobel în Fizică - anul 1903 -

Recordurile ultimului deceniu din domeniul fizicii, sunt reprezentate de descoperiri importante, neaşteptate, dar extrem de impresionante.

Academia Roială de Ştiinţe a primit sarcina de a continua nobilele intenţii exprimate de Alfred Nobel, în această perioadă înfloritoare pentru fizică.

Marea descoperire din domeniul fizicii căreia Academia de Ştiinţe i-a acordat premiul Nobel în anul 1903, marchează stadiul unei briliante expansiuni, dar în acelaşi timp aceasta fiind strâns legată de prima descoperire căreia i-a fost acordat un premiu Nobel.

Descoperirea radioactivitatii

Becquerel, in timpul cercetarilor sale gaseste niste probe de mineral fluorescent(pehblenda) asezat pe placi fotografice, dar care nu fusesera expuse inca la soare. Din curiozitate , el cere ca acestea sa fie developate si descopera ca mineralul innegrise si de data aceasta placa fotografica. Deci , pehblenda emitea radiatii fara ca ea sa fie expusa la lumina soarelui. Repetand experienta, faptul s-a confirmat : pehblenda emitea in mod natural radiatii invizbile, care impresioneaza placa fotografica intocmai ca radiatiile X ; cercetarile ulterioare au arata insa ca ele erau de alta natura, provenind chiar din nucleele unor atomi ai minereului. Becquerel descoperise radioactivitatea. Aceasta descoperire, datorita unei intamplari s-a dovedit mai tarziu a avea o importanta covarsitoare, constituind punctul de plecare pentru o serie de cercetari teoretice si realizari practice care au dus la rezolvarea importantei probleme a eliberarii energiei enorme continute in nucleele atomilor.

Pehblenda fiind un material constituit dintr-un amestec complex de saruri, se punea problema separarii elementului radioactiv. Curand dupa descoperirea lui Becqurel, doi chimisti francezi, Marie si Pierre Curie, au meritul de a fi separat pentru prima data componentii determinanti ai radioactivitatii pehblendei. Studiind impreuna obtinerea de uraniu pur din minereuri, sotii Curie descopera doua noi elemente radioactive, si anume poloniul si radiul. Au urmat patru ani de munca intensa, in conditii improprii si daunatoare sanatatii lor, in urma carora, prelucrand tone de minereu au obtinut primul decigarm de radiu pur. In anul 1903 li s-a decernat sotilor Curie premiul Nobel pentru fzica.

Sotii Curie precum si fizicianul Ernest Rutheford si francezul Paul-Ulrich Willard au analizat mai profound natura acestor radiatii si au ajuns la rezultate foarte interesante, care au reprezentat un pas enorm in lupta pentru cunoasterea constitutiei atomului.

Marie si Pierre Curie sunt un exemplu de oameni de stiinta care cu abnegatie au pus toata stiinta si munca lor in slujba progresului omenirii. Perfect constient de pericolul ce l-ar fi reprezentat folosirea radioactivitatii in detrimentul comunitatii, Pierre Curie socotea cu optimism ca : “Noile descoperiri vor aduce omenirii mai mult bine decat rau”, fiind ferm convins ca aceasta nu depinde decat de oameni si de modul in care vor fi utilizate toate aceste descoperiri.

Experienta facuta de Rutheford prin care obtinuse prima transmutatie artificiala a fost atat de senzationala incat multi fizicieni din toate tarile s-au preocupat de aceasta problema, folosind particulele alfa ca proiectile, cu care bombardau atomii diverselor elemente chimice. Urmarind mai departe aceste experiente, doi fizicieni francezi, Frederic Joliot-Curie si sotia sa Irene studiau efectul particulelor alfa emise de poloniul radioactiv asupra unor elemente chimice. Ei pastrau intr-un vas de aluminiu, sarea de poloniu pe care o foloseau. Se stie ca aluminiul retine cu usurinta particulele alfa, totusi au observat ca in afara vasului existau radiatii care influentau aparatele de masura pe care le foloseau. Analizand radiatiile acestea, sotii Joliot-Curie au constatat ca ele sunt compuse din neutroni si pozitroni(electroni pozitivi). In cazul in care din cutia de aluminiu se scotea sarea de poloniu, desi sursa de radiatii alfa, emisia de neutroni inceta, cutia de aluminiu emitea in continuare pozitroni. Studierea fenomenului a aratat ca prin bombardarea nucleului de aluminiu cu particule alfa, acesta absoarbe doi protoni si doi neutroni, un neutron fiind expulzat. Se formeaza un nucleu al carui element care are deci doi protoni si un neutron mai mult decat cel al aluminiului : un nucleu de fosfor cu masa 30 si sarcina 15. Energia acestui nucleu fiind prea mare, el este instabil si emite particule pozitive, trecand cu timpul in elementul siliciu radioactiv cu masa 30 si sarcina 14.

Dupa obtinerea de catre Joliot-Curie a primului element radioactiv artificial, siliciul 30, ceea ce a constituit descoperirea radioactivitatii artificiale, a urmat prepararea de catre diversi cercetatori a unei serii intregi de radioizotopi artificiali, astazi fiind cunoscuti radioizotopi aproape ai tuturor elementelor chimice.

O particularitate a nucleelor unor izotopi radioactivi artificiali o constituie un fenomen care a parut curios la inceput. In loc sa se observe o emisie gama la unele nuclee cu exces de energie, se observa o emisie de electroni insotita de o radiatie roentgen. Fenomenul a fost cercetat si explicat prin aceea ca, la unele nuclee mai grele ce se formeaza, energia excedentara, in loc sa fie emisa ca radiatii gama, este transmisa unui electron din primul strat, ce este proiectat in afara atomului. In urma acestui fapt, straturile de electroni se rearanjeaza, dand nastere radiatiei roengen. Fenomenul este cunoscut su denumirea de conversie interna.

Radioactivitatea

Prin radioactivitate se înţelege proprietatea nucleelor de a se dezintegra spontan prin emisia unor radiaaţii de tip alfa, beta, gama sau captarea de electroni de pe păturile interioare.

Radioactivitatea este de două feluri:

- radioactivitate naturală, descoperită de fizicianul francez Henri Becquerel (1852 – 1908) în anul 1896 şi constând din emisia naturală a radiaţiilor;

- radioactivitate arificială, descoperită de soţii Joliot – Curie în anul 1934. Este provocată prin bombardarea unor nuclee stabile cu neutroni sau cu particule încărcate.

Radioactivitatea naturala

Asa cum s-a aratat, procesul de dezintegrare radioactiva a fost pus in evidenta mai intai la elementele naturale radioactive.

Radioactivitatea naturala a fost definitiv stabilita la toate elementele care au Z>83. Acestea apartin unei serii de elemente radioactive care formeaza o familie radioactiva. Una dintre aceste serii este aceea a uraniului in care capul seriei este 238U.

O alta serie radioactiva naturala este aceea a toriului, care are capul sriei 238Th(1.39*1010ani) si este cunoscuta ca satisfacand o relatie de tip 4n. Produsul final satbil este 208Pb.

O a-3-a serie are ca element initial parinte 238U(7.1*108ani)si, dupa o serie de transmutatii successive ca in cazurile precedente, se determina cu izotopul stabil al plumbului 207Pb. Aceasta serie satiface relatia 4n+3.

In cadrul celor trei serii radioactive exista asemanari interesante. Fiecare are cate un descendent, gazul radioactiv(emanatia) :radon, thoron,actinon. Descendentii gazosi radioactivi au permis stabilirea celorlalti membrii ai seriei.

O data cu perfectionarea mijloacelor de detectie a radiatiilor, s-au gasit si alte radioactivitati naturale, fara sa mai apara insa ultimele serii ca in cazurile anterioare.

In ultima alternativa, elementele radioactive naturale formeaza o singura transmutatie prin care izotopul radioactiv se dezactiveaza la un nucleu instabil.

Printre izotopii radioactivi ai elementelor care se gasesc in natura amintim :

40K(0.012% ; 1.2*109, beta ; CE)

87Rb(27.8%; 6.2*1010ani; beta)

147Sm(15.1%; 1.3*1011ani;alfa)

115In(95.8%; 6.0*1014ani; beta)

190Pt(0.012% ;1012ani; alfa)

In paranteza s-a notat abundenta in %(continutul de izotop in element al sau), timpul si emisia(captura electronica,K).

Numarul elementelor radioactive naturale este mult mai mare, insa descoperirea lor este lenta datorita aparaturii de detectie cu capacitati reduse.