Ugorjunk ismét vissza jó száz évet. Említettük már, hogy Röntgen felfedezésének nagyon gyorsan híre ment. 1896 elején, azon a napon, ahogy a felfedezés híre eljutott Párizsba, Antoine Henri Becquerel 44 éves párizsi fizikaprofesszor a nála két évvel fiatalabb Henri Poincaré matematikaprofesszorral, elméleti fizikussal cserélt eszmét az X-sugarakról. Becquerel arra volt kíváncsi, vajon van-e kapcsolat az X-sugarak és a természetben megfigyelhető fluoreszcencia között. Apja is fizikaprofesszor volt, tőle maradt rá urániumsó, amely fénynek kitéve fluoreszkált. Azonnal, még a hír vétele napján kísérletezni kezdett. Eredeti elképzelése nem igazolódott be, viszont váratlan felfedezést tett: a sötét papírba csomagolt urániumsó-kristály nyomot hagyott a fényképezőlemezen. Először órákon át megvilágította az uránvegyületeket, hogy ezzel fénykibocsátásra, foszforeszcenciára késztesse őket. Az ezután sötét papírba vagy alumínium fóliába csomagolt kristályból azonban nem juthatott fény a lemezre. Valami más okozhatta az elváltozást, valami ismeretlen spontán folyamat. Becquerel első felvételén jól látszanak az urániumsók nyomai. Következő kísérletében egy alumínium érmét tett az egyelőre ismeretlen sugárzás útjába, a kép egyenetlensége annak köszönhető, hogy az érem nem egyenletesen vastag volt, középen jól kivehető egy kiemelkedő arcmás. Valamennyi megvizsgált urániumsó-féleség azonos jellegű sugárzást bocsátott ki, ezért Becquerel arra következtetett, hogy a jelenség magához az urániumatomhoz köthető. Később a fémes urán háromszor olyan aktívnak bizonyult, mint az uránsók. Becquerel szisztematikus kísérletsorozatba kezdett, végigvizsgálta a polcokon található többi ismert fluoreszcens anyagot, eredménytelenül, csak az urán sugárzott.
Érdemes felfigyelni Röntgen és Becquerel felfedezéseinek közös vonására: mindketten szisztematikus, megtervezett kísérletsorozattal jutottak el az új jelenséghez. Váratlan jelenséggel szembesültek, és rögtön tisztázni akarták annak jellegét, mibenlétét. Módszeresen, lépésről lépésre haladva tárták fel a részleteket.
Becquerel vizsgálatai után két évvel Madame Curie felfedezte, hogy a tórium az uránhoz hasonló tulajdonságokat mutat. A következő években újabb sugárzó elemeket fedeztek fel, a polóniumot és a rádiumot. A jelenség Marie Curietől a radioaktivitás nevet kapta. A szó a latin „sugár” és „tevékenység” szavak összetételéből ered, sugárzóképességet jelent. Az urán sugárzását az első időben Becquerel-sugárzásnak nevezték, később kiderült, hogy a radioaktivitás többféle sugárzással jár együtt, ekkor vezették be a görög abc első betűivel való elnevezést. Az új elem, a polónium neve természetesen Marie Curie szülőhazájára, Lengyelországra utal. Felfedezték, hogy a sugárzások eltérően viselkednek elektromos és mágneses terekben. Becquerel Nobel-előadásában mutatta be azt a felvételt, amely a sugarak eltérülését mutatta meg. Ugyanezt rajzolta meg Marie Curie doktori értekezésében, ma is ugyanez az ábra szerepel a tankönyvekben. Az alfa-sugárzás hélium atommag, két protonból és két neutronból áll. A béta-sugárzást elektronok alkotják, míg a gamma-sugárzás az elektromágneses sugárzások legkisebb hullámhosszú tartománya. Alaposan különböznek egymástól, ezért a viselkedésükben is jelentős eltéréseket találunk. Áthatolóképességük más és más: az alfa-sugárzást egy papírlap is elnyeli, a béta-sugárzás csak a falemezben akad el, míg a gamma-sugárzás alaposan behatol egy beton tömbbe is. Az élő szervezetben is eltér az útjuk: az alfa-sugárzás nem hatol át a bőrön, a gamma-sugárzás átszalad rajtunk, a béta pedig energiájától függően valahol elnyelődik. A sugárzások fontos jellemzője még a felezési idő, az az időtartam, amely alatt az anyag fele sugárzással átalakul. Az urán felezési ideje olyan hosszú, hogy kezdetben joggal gondolhatták, hogy a sugárzás nem függ az időtől. (Az urán-235 felezési ideje 700 millió, az urán-238 izotópé 4,5 milliárd év.)
Becquerel munkáját a Curie házaspár folytatta tovább. A házaspár sok éves fáradságos munkájának alapanyaga a Csehországból származó uránszurokérc volt. Hideg és barátságtalan csarnokban végezte Marie a sugárzó anyagok szétválasztásának monoton és nehéz munkáját. Felismerte, hogy egyes anyagok sugárzása eltér attól, amit urán és tórium tartalma alapján várni lehetne. Keresni kezdték, milyen ismeretlen anyagtól eredhetnek a sugárzások. Kétféle új sugárzó anyagot, két új elemet fedeztek fel, a polóniumot és a rádiumot. Marie módszereket dolgozott ki a rádiumnak a többi anyagtól való elválasztására, ezek akkor váltak fontossá, amikor megkezdődött az erős gamma-sugárzó rádium gyógyászati, daganatterápiás alkalmazása. (Marie nem szabadalmaztatta az eljárást.)
Becquerel 1903-ban Nobel-előadása végén azon morfondírozott, hogy az energia-kibocsátás bizonyára a radioaktív anyagok atomjai lassú módosulásának a következménye. Arra nem tudott választ adni, eldöntendő kérdésként kezelte, hogy ez az átalakulás vajon spontán-e vagy valamilyen külső hatás, besugárzás következménye. Ma már tudjuk, hogy az urán, tórium, a rádium radioaktivitása spontán folyamat, ezek az elemek maguktól alakulnak át, mert atommagjaik nem eléggé stabilak. A középkor alkimistái rengeteg erőfeszítést tettek az elemek átalakítására, az aranycsinálásra, sikertelenül. Becquerel és Curieék munkája nyomán kiderült, hogy egyes elemek képesek spontán módon más elemekké átalakulni. Rutherford 1919-ben alfa-részecskékkel bombázott nitrogén atommagokat, eredményül oxigént kapott, sikerült az első mesterséges elemátalakítás. A következő nagy lépést Curiék lánya és annak férje tette meg, erről majd később.
Az 1903-as fizikai Nobel-díj felét Becquerel, a másik felét pedig egymás közt megosztva Marie és Pierre Curie kapta. A Nobel-előadást felesége nevében is Pierre tartotta. A radioaktív anyagok, mindenekelőtt a rádium tulajdonságairól beszélt, részletesen bemutatta kísérleteiket. Idézte Rutherford és Soddy eredményét, mely szerint a radioaktív elemek atomjai folyamatosan és megfordíthatatlanul átalakulnak. (Rutherford egyébként az aranycsinálás kudarcára gondolva azt mondta Soddynak: „Ne nevezze ezt átalakításnak, különben fejünket veszik mint alkimistáknak.”) A természetben a rádium és az urán aránya állandó, ebből arra lehet következtetni, hogy a rádium az urán bomlásának a terméke. Előadása végén felhívta a figyelmet a rádium biológiai hatásaira. Lupust (bőrfarkast), rákot, idegrendszeri betegséget próbáltak gyógyítani vele. A hosszabb ideig sugárzásnak kitett bőr megpirosodik, kisebesedik, nehezen gyógyul meg. Curie beszédének befejező mondatait idézem: „Még arra is lehet gondolni, hogy a rádium nagyon veszélyessé válhat bűnözők kezében, felmerülhet a kérdés, hogy az emberiségnek haszna van-e abból, hogy megismerjük a Természet titkait, készen áll-e az emberiség arra, hogy hasznot húzzon belőle, vajon nem lesz-e kárára ez a tudás. Nobel felfedezései jellemző példák, a nagyhatású robbanóanyag csodálatos munkákra tette képessé az embert. Ugyanakkor ezek a pusztítás rettenetes eszközei lehetnek azoknak a nagy bűnözőknek a kezében, akik háború felé vezetik az embereket. Én azok egyike vagyok, akik Nobellel együtt hiszik, hogy az emberiségnek több haszna, mint kára származik az új felfedezésekből.” Érdemes újra végiggondolni Pierre Curie több mint száz éve megfogalmazott aggályait és optimista végkövetkeztetését, miközben például a genetika új lehetőségeinek korlátozásán vitatkozunk.
Hozzászólások