МЕЧЕНЫЕ АТОМЫ

РАДИОАКТИВНЫЕ АТОМЫ — МЕЧЕНЫЕ АТОМЫ КАК МОЖНО УЗНАТЬ О ПРИСУТСТВИИ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Ы уже знаем, что у одного и того же элемента могут быть радиоактивные и нерадиоактивные изотопы. Изотопы отличаются друг от друга числом нейтронов, входящих в состав их ядер. Атомы природного, нерадиоактивного фосфора имеют массовое число 31 и их ядра содержат в своём со­ставе 15 протонов и 16 нейтронов, а ядра радиоактивных атомов с массовым числом, равным 32, содержат 15 протонов и 17 нейтронов.

Отделить радиоактивные атомы фосфора от нерадио­активных чрезвычайно трудно. Во всех обычных природных процессах радиоактивные и нерадиоактивные атомы фосфора ведут себя совершенно одинаково. Если взять фосфорное удобрение, в составе которого будут находиться радиоактивные и нерадиоактивные атомы фосфора, то растение будет всасывать в равной степени молекулы, содержащие оба рода атомов. Если фосфор, в составе которого есть радиоактивные и не­радиоактивные атомы, сжечь, то одинаково будут соединяться с кислородом и те и другие атомы. Но радиоактивные атомы отличаются от нерадиоактивных тем, что они рано или поздно будут претерпевать радиоактивное превращение. Каждое радио­активное превращение сопровождается испусканием тех или иных лучей, и эти лучи могут быть обнаружены.

Радиоактивность, следовательно, является меткой, которая позволяет отличить одни атомы от других.

Учёные широко используют радиоактивные элементы для метки определённых молекул, за судьбой которых необходимо проследить. Для проведения опыта получают искусственные радиоактивные элементы, а затем — необходимые вещества, часть молекул которых содержит полученные радиоактивные атомы.

При радиоактивном превращении атом излучает альфа-, бета - (электроны, позитроны) или гамма-лучи. Лучи эти дей­ствуют на фотопластинку так же, как действует на неё свет. Мы уже говорили о первых опытах Беккереля, в которых явление радиоактивности было обнаружено с помощью фото­

Пластинок. В настоящее время учёные широко используют фотографирование для обнаружения радиоактивных элементов. Этот способ получил название радиографии, а снимок— радиоавтографа. Для получения радиоавтографа предмет, содержащий радиоак­тивный элемент, при­кладывается в темноте к фотопластинке и вы­держивается некоторое время. Далее пластинка проявляется. В местах, на которые действова­ло радиоактивное излу­чение, появляется по­темнение. С получен­ного таким образом не-, гатива печатается сни­мок. На снимке свет­лые места соответ­ствуют участкам, где скапливается радиоэле­мент. На рисунке 13 по­казан радиоавтограф минерала, содержаще­го уран.

Радиоактивное излучение может быть обнаружено ещё следующим путём. Представим себе, что в цилиндр с поршнем

Рис. 14. Следы альфа-частиц, сфотографирован­ные в камере Вильсона.

Введён чистый водяной пар. С помощью поршня увеличим объём, занимаемый паром, настолько, чтобы пар переохладился. Если в цилиндре нет заряженных частиц, пар останется паром. Если же в цилиндре есть какие-нибудь заряженные частицы, например ионы, то начнётся образование тумана —ионы служат

Центрами, вокруг которых образуются мельчайшие водяные капельки. Так как альфа - и бета-лучи ионизуют воздух, то на пути каждой альфа-частицы или электрона возникнет полос­ка тумана. Полоски можно наблюдать или сфотографировать

(рис, 14) и по ним счи­тать отдельные части­цы, выбрасываемые из радиоактивных атомов. На этом принципе по­строен специальный прибор — камера Вильсона.

Радиоактивное из­лучение делает воздух проводником электри­ческого тока. Поместим радиоактивное веще­ство в металлическую камеру (рис. 15), в цен­тре которой укреплён металлический стер­жень, не соприкасаю­щийся с её стенками. Такая камера называет­ся и о низационной. Присоединим к камере и стержню электриче­скую батарею. Благода­ря присутствию радио­активного вещества, воздух ионизуется, и между стержнем II стен­кой будет протекать электрический ток. Ток этот тем больше, чем интенсивнее излучение. Силу тока можно измерить с помощью ионизационной камеры с электрометром. Электрометр — это прибор, в котором тончайшая металлическая нить, соединённая со стержнем металлической камеры, находится между двумя пластинками, заряженными электричеством противоположного знака. Если нить соединена с землёй, то электрический ток течёт в землю. Если же нить отъединить от земли, то на
стержне п ва нпти будет накопляться электрический заряд, и нить будет перемещаться к пластинке, заряженной электри­чеством противоположного знака. Перемещение нити идёт тем быстрее, чем больше радиоактивного вещества находится в ионизационной камере. Движение нити наблюдают в микро­скоп. Скорость движения нити является мерой радиоактивного излучения.

В настоящее время распространённым прибором для реги­страции радиоактивного излучения является счётчик Гей - гера-Мюллера (рис. 16). Устроен он так. Внутри неболь­шой металлической трубки натянута металлическая нить.

Металлическая трубка

К регистратору импульсов

/ .

Изолированная металличе­ская нить

-=^г Земля

Рис. 16. Схема счётчика Гейгера-Мюллера.

Нить изолирована от трубки. Трубка наполнена газом арго­ном и парами спирта и присоединена к источнику постоян­ного электрического напряжения в 1000—2000 вольт. Нить через провод с высоким сопротивлением присоединяется к земле.

Если внутрь трубки проникают электрон, позитрон или гамма-лучи, то газ в трубке становится проводником элек­трического тока, и между трубкой и нитью быстро проте­кает ток. Этот толчок тока — разряд — с помощью специаль­ного устройства преобразуется в механический толчок, пере­двигающий стрелку электросчётчика на одно деление. Если в трубку попадёт второй электрон, то счётчик зарегистрирует второе передвижение стрелки или, как принято говорить, вто­рой импульс. Таким образом, счётчик Гейгера-Мюллера мо­жет считать отдельные частицы и, следовательно, регистри­ровать отдельные превращения атомов.

Альфа-частицы могут быть обнаружены и сосчитаны н по сцинтилляциям — световым вспышкам, которые полу­чаются при падении альфа-частиц на экран из сернистого
цинка. Сцинтилляции можно наблюдать в темноте с помощью микроскопа.

Мы познакомились со способами регистрации радиоактив­ных излучений. Теперь посмотрим, каким образом меченые атомы используются для решения различных задач, выдвига­емых наукой и производством.