自然放射能の秘密が発見されました。核の変化が観測されたのはこれが初めてです。

1896年2月21日、フランスの物理学者アンリ・ベクレルはフランス科学アカデミーで、ウラン塩は太陽光にさらされると光に似たタイプのX線を放出し、黒い紙やガラスなどの材料を通過してフィルムを光に敏感にすることができると発表しました。最初、彼はその光線を太陽からの放射線だと勘違いした。同年3月2日、彼は思いがけずこの光線が太陽光とは何の関係もないことを知りました。その後、彼はさまざまなウラン塩を観察することによって元素の放射能を発見しました。

フランスの物理学者アンリ・ベクレル

1903年、ノーベル物理学賞の半分は、自然放射能の発見によりフランスの物理学者アンリ・ベクレルに授与されました。残りの半分は、ベクレルが発見した放射線現象への多大な貢献が認められ、フランスの物理学者ピエール・キュリーとマリー・スクウォドフスカ・キュリーに授与されました。

実験中のベクレル

原子物理学の誕生の基盤を築く

フランスの物理学者アンリ・ベクレルは蛍光と燐光の研究の専門家でした。 1896 年の初め、ドイツの物理学者ヴィルヘルム・コンラート・レントゲンが X 線を発見したというニュースがパリに伝わり、偶然にもレントゲンは放射能の問題に遭遇しました。当時、フランスにはアンリ・ポアンカレという有名な数理物理学者がいました。レントゲンの通信を受け取った彼は、1896年1月20日に開催されたフランス科学アカデミーの定例会議の参加者にこの件を報告し、レントゲンの通信とX線写真を示した。たまたまベクレルがそこにいたので、彼はポアンカレにこれらの放射線がどのように生成されるのかを尋ねました。ポアンカレは、それは蛍光が発せられる真空管の陰極と反対側の場所から発生しているようで、蛍光と同じメカニズムを持っているのではないかと答えた。ポアンカレはまた、ベクレルに蛍光がX線を伴うかどうか試してみるよう提案した。

そこで翌日、ベクレルは研究室で、蛍光物質が目に見えない光線を放射し、それが厚い紙を透過してフィルムを感光させるかどうかを調べる実験を始めました。彼は何度も試行錯誤し、ついに望み通りの効果のある物質、ウラン塩を発見した。

ベクレルは、厚い黒い紙を2枚用意し、写真フィルムをしっかりと包み、1日太陽の下に放置しても光に敏感にならないようにしました。次に、黒い紙で包んだフィルムの上にウラン塩を置き、数時間太陽にさらしました。結果は全く異なり、フィルムに黒い影が現れました。

作用したのは放射線であることを証明するために、彼はわざと黒い紙の包みとウラン塩の間にガラスの層を置き、それらを太陽の下に置いた。何らかの化学反応や熱の影響によるものであれば、ガラスの層で除去できるはずですが、それでも黒い影は現れました。その後、ベクレルはポアンカレの仮説を確認し、フランス科学アカデミーの定例会議で実験結果を報告した。

自然放射能を証明するベクレルの写真

数日後、ベクレルはこの新しい現象をさらに調査する準備をしていたが、パリは数日間曇りで日光が当たらなかった。彼は、包装されたフィルムやウラン塩を含むすべての機材を同じ引き出しに入れなければならなかった。おそらく職業柄、ベクレルは突然、太陽の光にさらされなくてもフィルムが黒くなるかどうかを調べてみようというアイデアを思いついた。それで彼はフィルムを現像した。フィルム上の黒い影がこんなに目立つとは思いませんでした。彼は現場を注意深く調査し、暗い影がウラン塩の作用によるものであることを確認した。

この突然の現象に直面して、ベクレルはすぐに当初の仮説を放棄しなければならないことに気づきました。この種の放射線は蛍光とは直接関係がありませんでした。蛍光とは異なり、外部からの光励起は必要ありません。彼は実験を続け、最終的にこれがウラン元素自体から放出される一種の放射線であることを確認した。彼はこの放射線をウラン放射線と呼んだ。ウラン放射線はX線とは異なります。どちらも浸透力が強いですが、生成メカニズムは異なります。

恐ろしいウラン鉱石

同年5月、彼はフランス科学アカデミーに、ウラン放射線は原子自体の作用であり、ウラン元素が存在する限りこの放射線は発生し続けると報告した。放射能はこのようにして最初に発見されました。この発見はレントゲンのX線の発見ほどセンセーショナルなものではなかったものの、その意義は依然として広範囲に及び、原子物理学の誕生への最初の礎を築きました。

キュリー夫妻の実験

ベクレルの放射能発見に関する論文はキュリー夫妻の間で大きな関心を集めた。 1897年、ピエール・キュリーの提案に従い、キュリー夫人は放射能という新しいテーマを博士論文に選びました。当初はベクレルのウラン塩放射線実験をそのまま繰り返しただけだったが、測定方法を大幅に改良したため、定性的な結果が得られただけでなく、正確なデータが大量に得られた。彼女は、キュリー兄弟が開発した水晶圧電天秤をベクレルの電気計の代わりに使用しました。

キュリー夫人はまずベクレルの結論を検証し、新しい放射線の強度は化合物中のウラン含有量にのみ比例し、化合物の組成とは無関係であり、光、加熱、電気などの要因の影響を受けないことを確認しました。彼女はこれが原子のプロセスであることを確認した。

ベクレルとマリー・キュリー

しかし彼女はこの結論に満足せず、既知のすべての要素を包括的に調査することを決意しました。彼女はさまざまな鉱物や化学物質を発見し、それらについて一つずつ実験を行いました。 1898 年に得られた予備的結果によれば、ピッチブレンド、酸化トリウム、黄銅鉱 (リン酸ウランを含む) を除くほとんどの物質のイオン化電流は比較的小さく、非常に強いイオン化電流を生成しました。キュリー夫人はその後、トリウムも放射性元素であると結論付けました。彼女はまた、ピッチブレンドと黄銅鉱が純粋なウランよりもはるかに反応性が高いことも発見しました。キュリー夫人は、両方のウラン鉱石がウラン自体よりも活性が高いことから、この事実から、これらの鉱石にはウランよりもはるかに活性の高い元素が含まれている可能性があるという結論に至ったと考えました。

マリー・キュリーは、複数の元素が自発的に放射線を放出することができるので、それは明らかに一般的な自然現象であると信じていました。

ラジウムの発見

その後、キュリー夫妻は化学分析と物理機器によるテストを通じて、ビスマスの放射能が同質量のウランの400倍と非常に強いことを発見しました。さらに、放射能はビスマス自体からではなく、ビスマスに混ざった微量元素から来ていることも確認された。実験を繰り返した結果、溶解度の違いを利用して2つの金属を分離できることが分かりました。ビスマス塩を溶かすために水を加えたところ、最初に沈殿したスラグの中に特に強い放射性物質が検出された。キュリー夫妻はそれをポロニウムと呼ぶことを提案した。

その後、キュリー夫妻は分離実験を続け、バリウム塩にさらに強い放射能があることを発見しました。彼らは、最初の物質よりも放射能が強く、化学的性質が全く異なる第二の物質が存在すると信じていました。硫化水素、硫化アンモニウム、アンモニアによって沈殿することはありません。この新しい放射性物質は化学的性質において純粋なバリウムとまったく同じでした。その塩化物は水に溶けるが、濃塩酸やアルコールには溶けない。そこからバリウムのスペクトルが得られます。彼らは、この物質にはバリウムの化学的性質に極めて近いが、非常に強い放射能を発する新しい元素が含まれているに違いないと信じていた。

彼らは一連の分離を行い、ウランの900倍以上も活性の高い塩化物を得た。彼らはこの新しい放射性元素をラジウムと名付けました。

1902年、キュリー夫妻はラジウムの原子量が225であると測定され、2つの非常に明るい特徴的なスペクトル線を発見したと発表しました。その時初めてラジウムの存在が認識されました。キュリー夫人はその後、悪性貧血に長い間悩まされました。彼女とキュリー氏は仕事中に大量の放射線にさらされたに違いなく、また大量の放射性物質を摂取した可能性もある。彼女が使った料理本は、50年後に調べたところ、まだ放射能を帯びていた。 1934年、キュリー夫人は長期にわたる貧血に苦しんだ末に亡くなりました。彼女の娘エレンと義理の息子フレデリック・ジョリオも、それぞれ 1956 年と 1958 年に悪性貧血で亡くなりました。キュリー家は人類にラジウムを貢献しましたが、彼ら自身もラジウムによって尊い命を失いました。