Я уже упоминала выше, что в 1897 году Пьер Кюри был занят работой, касавшейся роста кристаллов. Я же к началу каникул закончила исследование намагничивания закаленной стали, которое доставило нам небольшое пособие от Общества поощрения национальной промышленности. В сентябре родилась наша дочь Ирэн, и, поправившись, я снова стала работать в лаборатории с целью подготовки к докторской диссертации.
Наше внимание было привлечено любопытным явлением, открытым в 1896 году Анри Беккерелем. Открытие Х-лучей Рентгеном волновало тогда умы, и многие физики искали, не испускают ли под действием света подобных лучей тела флуоресцирующие. Анри Беккерель изучал с этой точки зрения соли урана и, как это иногда случается, нашел явление, отличное от того, какое он искал: самопроизвольное испускание солями урана лучей с особенными свойствами. Так была открыта радиоактивность.
Вот в чем состоит явление, открытое Беккерелем: соединение урана, помещенное на фотографическую пластинку, обернутую черной бумагой, оставляет на ней отпечаток, подобный полученному под действием света. Отпечаток происходит от лучей урана, проходящих сквозь бумагу. Эти же лучи могут, как Х-лучи, произвести разряд электроскопа, сделав проводником окружающий воздух.
Анри Беккерель убедился, что эти качества не зависят от того, подвергалась ли соль предварительно действию света или нет, и что они сохраняются, когда урановое соединение хранится в темноте несколько месяцев. Приходилось спрашивать себя, откуда же происходит энергия, правда, очень небольшая, но постоянно выделяемая соединениями урана в виде излучений.
Изучение этого явления казалось нам весьма интересным, тем более, что этот вопрос, совершенно новый, кс связан был ни с какой библиографией. Я решила заняться работой на эту тему.
Надо было найти помещение, где бы можно было поставить эти опыты. Пьер Кюри получил от директора разрешение использовать мастерскую с окнами в нижнем этаже.
Чтоб расширить результаты, полученные Беккерелем, необходимо было употребить точный количественный метод. Наиболее удобным для измерения оказалась проводимость воздуха, вызываемая лучами урана; это явление носит название ионизации и вызывается также и Х-лучами; исследования, недавно сделанные на эту тему, выяснили основные черты этого явления.
Для измерения очень слабых токов, которые можно заставить пройти сквозь воздух, ионизированный лучами урана, в моем распоряжении был прекрасный метод, изученный и примененный Пьером и Жаком Кюри; этот метод состоит в компенсировании на чувствительном электрометре количества электричества, которое переносится током, тем количеством, которое может быть получено растяжением пьезоэлектрического кварца. Прибор состоял, таким образом, из электрометра Кюри, пьезоэлектрического кварца и ионизационной камеры; последняя была устроена посредством пластинчатого конденсатора, причем верхняя пластинка была соединена с электрометром, между тем как нижняя, заряженная до известного потенциала, была покрыта тонким слоем исследуемого вещества. Этот электрометрический прибор был не на своем месте — в сыром и тесном помещении, где пришлось его поставить.
Мои опыты показали, что излучение соединений урана можно точно измерить в определенных условиях и что это излучение есть свойство атомов элемента урана; интенсивность излучения пропорциональна количеству урана, заключенному в соединении, и не зависит ни от рода химического соединения, ни от внешних условий, каковы, например, освещение или температура.
Тогда я занялась изысканиями, не существует ли других элементов, обладающих тем же свойством, и с этой целью изучила все известные в то время элементы как в чистом виде, так и в соединениях. Я нашла, что среди этих тел только соединения тория испускают лучи, подобные лучам урана. Излучение тория обладает интенсивностью того же порядка, что и излучение урана, и тоже представляет собой атомное свойство элемента.
С этого времени представилась необходимость найти новый термин для определения нового свойства материи, проявленного элементами ураном и торием. Я предложила для этого название «радиоактивность», которое сделалось общепринятым; радиоактивные элементы были названы радиоэлементами.
За время моего исследования я имела случай изучить не только простые соединения, соли и кислоты, но и большое число минералов. Некоторые из них оказались радиоактивными, а именно — содержащие уран и торий, но их радиоактивность казалась ненормальной, так как она была гораздо сильнее, чем можно было предвидеть, судя по содержанию урана или тория.
Эта аномалия нас очень удивила; так как я была вполне уверена, что дело было не в экспериментальной ошибке, то необходимо было найти объяснение. Тогда я предположила, что минералы содержат в небольшом количестве вещество гораздо более радиоактивное, чем уран или торий; это вещество не могло быть ни одним из известных уже элементов, так как все они были изучены; следовательно, это должен быть новый химический элемент.
Крайне интересно было возможно скорее подтвердить эту гипотезу. Живо заинтересованный этим вопросом, Пьер Кюри оставил свою работу над кристаллами — временно, как он думал, — и присоединился ко мне для исследования нового вещества.
Нами была избрана смоляная урановая руда, минерал урана, который в чистом виде почти в четыре раза более радиоактивен, чем окись урана.
После того как состав минерала был определен достаточно точными химическими анализами, можно было ожидать найти там максимум 1 процент нового вещества. Продолжение нашей работы показало, что в смоляной урановой руде действительно существуют новые радиоэлементы, но их пропорция не достигает даже одной миллионной доли.
Метод, примененный нами, был новый метод химического исследования, основанный на радиоактивности. Он заключается в выделении обычными средствами химического анализа и в измерении, в подходящих условиях, радиоактивности всех выделенных продуктов. Таким образом, можно было дать себе отчет о химических свойствах искомого радиоактивного элемента; последний сосредоточивается во фракциях, которые становятся все более радиоактивными по мере хода работы разделения. Мы вскоре узнали, что радиоактивность концентрировалась главным образом в двух различных химических фракциях, и мы принуждены были отметить в урановой смоляной руде присутствие по крайней мере двух новых радиоэлементов: полония и радия. Мы сделали сообщение о полонии в июле 1898 года, а о радии — в декабре того же года[9].
Несмотря на относительно быстрый ход работы, она была далеко не закончена. По нашему мнению, там, без сомнения, были новые элементы, но, чтобы заставить химиков признать это мнение, надо было выделить эти элементы. В наших наиболее радиоактивных продуктах (в несколько сотен раз более активных, чем уран) полоний и радий содержались все еще лишь в виде следов; полоний находился в смеси с висмутом, выделенным из смоляной урановой руды, а радий — в смеси с барием, из того же минерала. Мы уже знали, какими методами можно надеяться отделить полоний от висмута и радий от бария, но для этого отделения нужны были гораздо большие количества основного вещества, чем те, с которыми мы имели дело.
В этот период нашей работы нам очень вредил недостаток необходимых средств: помещения, денег и персонала. Смоляная урановая руда была дорогим минералом, и мы не могли купить достаточного количества. Главный источник этого минерала находился тогда в Сент-Иоахимстале (Богемия), где залегала руда, разрабатываемая австрийским правительством в целях добычи из нее урана. По нашим предположениям, весь радий и часть полония должны были находиться в отбросах этого производства, которые в то время никак не утилизировались. Благодаря поддержке Венской академии наук нам удалось получить на выгодных условиях несколько тонн этих отбросов, и мы употребили их в качестве исходного материала. Для покрытия издержек исследования нам сначала пришлось употребить наши собственные средства, а потом мы получили несколько пособий и премий из-за границы.
Особенно важен был вопрос о помещении; мы не знали, где нам можно вести химическую переработку. Пришлось организовать ее в заброшенном сарае, отделенном двором от мастерской, где находился наш электрометрический прибор. Это был барак из досок с асфальтовым полом и стеклянной крышей, недостаточно защищавшей от дождя, без всяких приспособлений; в нем были только старые деревянные столы, чугунная печь, не дававшая достаточно тепла, и классная доска, которой так любил пользоваться Пьер Кюри. Там не было вытяжных шкафов для опытов с вредными газами; поэтому приходилось делать эти операции на дворе, когда позволяла погода, или же в помещении при открытых окнах.
В этой «богатой» лаборатории мы работали почти без помощников два года, ведя сообща как химическую обработку, так и изучение излучения получаемых нами все более и более радиоактивных продуктов. Потом пришлось разделить наш труд: Пьер Кюри продолжал исследование свойств радия, а я занялась химическими анализами с целью получения чистых солей радия. Мне доводилось обрабатывать зараз до двадцати килограммов первичного материала, и в результате уставлять сарай большими сосудами с химическими осадками и жидкостями.
Это был изнурительный труд — переносить мешки и сосуды, переливать жидкости из одного сосуда в другой, несколько часов подряд мешать кипящий материал в чугунном тазу. Я выделяла из руды радиоактивный барий и подвергала его в виде хлористой соли дробной кристаллизации. Радий накоплялся в наименее растворимых фракциях, и этот процесс должен был привести к выделению чистого хлористого радия. Очень тонкие операции с последними кристаллизациями были значительно затруднены в такой плохо приспособленной лаборатории из-за железной и угольной пыли, от которой их нельзя было достаточно защитить.
Результаты, полученные через год, ясно показали, что легче отделить радий, чем полоний; поэтому в этом направлении и были сосредоточены все усилия. Полученные соли радия были подвергнуты исследованиям с целью изучения их действия. Пробы этих солей были даны нами многим ученым, в частности Анри Беккерелю[10].
В течение 1899 и 1900 годов Пьер Кюри совместно со мной напечатал статью о наведенной радиоактивности, вызываемой радием; кроме того, другую статью о действиях лучей радия: о свечении, химических эффектах и т. д.; затем об электрическом заряде, переносимом некоторыми из лучей, и, наконец, доклад общего характера о новых радиоактивных веществах и излучениях — для Физического конгресса, состоявшегося в Париже в 1900 году. Он напечатал также очерк о действии магнитного поля на лучи радия.
Работы, сделанные в то время нами и некоторыми другими учеными, выясняли главным образом свойства лучей, испускаемых радием, и показывали, что эти лучи принадлежат к трем различным категориям. Радий попускает поток частиц, обладающих большими скоростями; некоторые из них имеют положительный заряд и образуют лучи α; другие имеют отрицательный заряд и образуют лучи β. Эти две группы при своем полете отклоняются магнитом. Третья группа состоит из γ-лучей, не, чувствительных к действию магнита и, как теперь известно, являющихся излучением, сходным со светом и Х-лучами.
Мы особенно обрадовались при наблюдении, что паши содержащие радий соли все светились самопроизвольно. Пьер Кюри говорил, что эта неожиданная особенность дала ему большее удовлетворение, чем он мог мечтать.
Конгресс 1900 года доставил нам случай близко ознакомить иностранных ученых с нашими новыми радиоактивными веществами. Они очень заинтересовали конгресс.
В ту пору мы с головой ушли в новую область, которая раскрылась перед нами благодаря неожиданному открытию. Несмотря на трудные условия работы, мы чувствовали себя вполне счастливыми. Все дни мы проводили в лаборатории… и нам случалось завтракать там просто, по-студенчески. В нашем жалком сарае царили полный мир и тишина; бывало, когда нам приходилось только следить за ходом той или другой операции, мы прогуливались взад и вперед по сараю, беседуя о нашей теперешней и будущей работе; озябнув, мы подкреплялись чашкой чаю тут же, у печи. В нашем общем, едином увлечении мы жили как во сне… Нам случалось возвращаться вечером после обеда, чтоб бросить взгляд на наши владения. Наши драгоценные продукты, для которых у нас не было хранилища, были разложены на столах и на досках; со всех сторон видны были их слабо светящиеся точки, казавшиеся висящими в темноте; они всегда вызывали у нас новое волнение и восхищение.
Вообще Пьеру Кюри не полагалось услуг со стороны служащих института. Однако служитель лаборатории, который был в его распоряжении для практических работ, когда он был руководителем, продолжал помогать ему в свободное время. Этот славный малый по имени Пти любил нас и заботился о нас; многое было нам облегчено благодаря его доброй воле и участию, которое он принимал в нашем успехе.
Нашу работу по радиоактивности мы начали в одиночестве. Но ввиду широты самой задачи все большее и большее значение для пользы дела приобретало сотрудничество с кем-нибудь еще. Уже в 1898 году начальник работ института Ж. Бемон оказал нам временную помощь. Около 1900 года Пьер Кюри завел сношения с молодым химиком Андре Дебьерном, препаратором у профессора Фриделя, очень ценившего его как ученого. На предложение Пьера Андре Дебьерн охотно выразил свое согласие заняться радиоактивностью: он предпринял исследование нового радиоэлемента, существование которого подозревалось в группе железа и редких земель. Он открыл этот элемент, названный актинием. Хотя Андре Дебьерн работал в химико-физической лаборатории, руководимой Жаном Перреном, он часто заходил к нам в сарай, вскоре став очень близким другом и нашим и доктора Кюри, а впоследствии наших детей.
В то же время французский физик Жорж Саньяк, занятый изучением Х-лучей, часто заходил поговорить с Пьером Кюри об аналогиях, какие можно предвидеть между Х-лучами, их вторичным излучением и излучением радиоактивных тел. Они совместно сделали работу о переносе электрического заряда вторичными лучами.
В лаборатории мы очень мало виделись с людьми; время от времени кое-кто из физиков и химиков заходил к нам или посмотреть наши опыты, или спросить совета у Пьера Кюри, уже известного своими познаниями в нескольких разделах физики. И перед классной доской начинались те беседы, что оставляют по себе лучшие воспоминания, возбуждая еще больший научный интерес и рвение к работе, и в то же время не прерывают естественное течение мыслей, не смущают атмосферу мира и внутренней сосредоточенности, какой и должна быть атмосфера лаборатории.
Глава VI