У истоков радиоактивности

Пьер Кюри (Pierre Curie) родился 15 мая 1859 г. в Париже в семье доктора Эжена Кюри и Софи-Клер (Депулли) Кюри. Его брат Жак был старше его на три с половиной года. Характеры у братьев были различные. Пьера больше тянуло к раздумью, он даже в детстве не мог удовлетвориться поверхностными знаниями, подолгу задумывался над каждым новым явлением.

        Отец Пьера параллельно с врачебной практикой занимался научной деятельностью. Заметив дарования сына и его тягу к наукам, он решил не отдавать мальчика в школу и нанял ему домашнего учителя. Учеба давалась Пьеру легко, особенные успехи он показывал в математике и, в частности, в геометрии.

Доктор Кюри собрал хорошую библиотеку, которая позволила его сыновьям хорошо разбираться в литературе и истории. В четырнадцать лет Пьера увлекла математика. Обнаружившиеся у него способности к пространственному мышлению пригодились ему впоследствии при занятиях кристаллографией и при изучении законов симметрии.

В 1876 г., шестнадцати лет от роду, Пьер получил ученую степень бакалавра Парижского университета (Сорбонны). Два года спустя он получил степень лиценциата (эквивалентную степени магистра) физических наук.

В девятнадцать лет он стал лаборантом в Сорбонне. Одна из первых его работ посвящена измерению длины тепловых волн. После этого он вместе с братом Жаком, работавшим в минералогической лаборатории университета, выполнил важные исследования в области кристаллографии. Пьер проделал большую работу по изучению законов симметрии.

В 1880 году братья открыли пьезоэлектричество – появление под действием приложенной извне силы на поверхности некоторых кристаллов электрических зарядов. Ими был открыт и обратный эффект: те же кристаллы под действием электрического поля испытывают сжатие. Ими был сконструирован высокочувствительный прибор для измерения малых количеств электричества и слабых токов. Если приложить к таким кристаллам переменный ток, то их можно заставить совершать колебания с ультравысокими частотами, при которых кристаллы будут испускать звуковые волны за пределами восприятия человеческого слуха. Такие кристаллы стали очень важными компонентами такой радиоаппаратуры, как микрофоны, усилители и стереосистемы.

Братья очень нежно относились друг к другу, проводили всё свободное время вместе. В 1895 году за работы по кристаллам им была присуждена премия Планте.

        Пьер Кюри сформулировал ряд идей симметрии. Он утверждал, что нельзя рассматривать симметрию какого-либо тела, не учитывая симметрию окружающей среды.

В 1882 г. Пьер оставил место лаборанта в Сорбонне и по рекомендации английского физика Уильяма Томсона он был назначен руководителем лаборатории новой Муниципальной школы промышленной физики и химии. Хотя жалованье в школе было более чем скромным, Кюри оставался главой лаборатории в течение двадцати двух лет. Через год после назначения Кюри руководителем лаборатории сотрудничество братьев прекратилось, так как Жак покинул Париж, чтобы стать профессором минералогии университета Монпелье.

Пьер Кюри был человеком доброжелательным и мягким. Он не умел сердиться, поэтому с ним невозможно было завязать спор. Он сам говорил о себе: "Я не настолько силён, чтобы впадать в гнев».

Кюри всегда был готов помочь любому, обладал даром человеческого понимания, он не был подвластен личным пристрастиям.

       В период с 1883 по 1895 г. Пьер Кюри выполнил большую серию работ, в основном по физике кристаллов. Его статьи по геометрической симметрии кристаллов и поныне не утратили своего значения для кристаллографов. С 1890 по 1895 г. П.Кюри занимался изучением магнитных свойств веществ при различных температурах. На основании большого числа экспериментальных данных в его докторской диссертации была установлена зависимость между температурой и намагниченностью, впоследствии получившая название закона Кюри

( коэффициент магнитной проницаемости меняется в обратной зависимости от изменения абсолютной температуры тела).

      П.Кюри осуществил исследования магнитных свойств тел в широком диапазоне температур. Он установил (1895) независимость магнитной восприимчивости диамагнетиков от температуры и её обратно пропорциональную зависимость от температуры для парамагнетиков (закон Кюри), открыл для железа существование температуры, выше которой у него исчезают ферромагнитные свойства (точка Кюри) и скачкообразно изменяются некоторые другие свойства, например удельная электропроводность и теплоёмкость (1895). Работы о природе магнетизма Пьер представил в 1895 г. как диссертацию на соискание степени доктора наук.

Работая над диссертацией, Кюри в 1894 г. встретился с Марией Склодовской, молодой польской студенткой физического факультета Сорбонны.

         В 1894 году, в гостях у знакомых, Мария встретила Пьера Кюри, руководителя лаборатории при Муниципальной школе промышленной физики и химии, за которым закрепилась репутация перспективного учёного и... женоненавистника. Второе было неправдой: Пьер игнорировал женщин не из-за неприязни, а из-за того, что они не могли разделить его научные устремления.

Мария сразила Пьера наповал своим умом. Она тоже оценила Пьера по достоинству, но когда получила от него предложение о браке, ответила категорическим отказом. Кюри был ошарашен, но дело был не в нём, а в намерениях самой Марии посвятить жизнь науке, отказавшись от семейных уз, и после получения высшего образования продолжить работу в Польше. Друзья и родные убеждали Марию одуматься — в Польше на тот момент условий для научной деятельности не было, да и Пьер был не просто мужчиной, а идеальной парой для женщины-учёного. Под общим натиском Мария капитулировала — 26 июля 1895 года, через несколько месяцев после того, как Кюри защитил докторскую диссертацию, они поженились.

        26 июля 1895 года в мэрии французского городка Со состоялось их бракосочетание. Свадьба Марии и Пьера была не похожей на другие: на невесте было не роскошное белое платье, а практичный костюм из темно-синей шерсти с блузкой в сине-голубую полоску, они не заказывали обручальных колец, не устраивали приёма, даже не венчались. На церемонии присутствовали только самые близкие друзья. У молодожёнов не было ни одного лишнего су, и их единственным богатством была пара велосипедов, купленных накануне на деньги, преподнесённые им в качестве свадебного подарка одним из кузенов. Благодаря этим велосипедам они смогли вместо далекого и дорогостоящего свадебного путешествия устроить себе во время медового месяца "свадебное бродяжничество" по деревням Иль-де-Франс.

«Наше первое жилище, — вспоминает сама Мария, — небольшая, крайне скромная квартира из трех комнат была на улице Гласьер, недалеко от Школы физики. Основное ее достоинство составлял вид на громадный сад. Мебель, — самая необходимая, — состояла из вещей, принадлежавших нашим родителям. Прислуга нам была не по средствам. На меня почти целиком легли заботы о домашнем хозяйстве, но я и так уже привыкла к этому за время студенческой жизни.

Оклад профессора Пьера Кюри составлял шесть тысяч франков в год, и мы не хотели, чтобы он, по крайней мере, на первое время, брал дополнительную работу. Что касается меня, начала готовиться к конкурсному экзамену, необходимому, чтобы занять место в женской школе, и добилась этого в 1896 году.

Наша жизнь была полностью отдана научной работе, и наши дни проходили в лаборатории, где Шютценберже позволил мне работать вместе с мужем. Мы жили очень дружно. Оба интересовались всем: и теоретическими исследованиями, и работой в лаборатории, и подготовкой лекций, и экзаменами. За одиннадцать лет совместной жизни мы почти никогда не разлучались. ... Выходные дни и каникулы мы посвящали пешим или велосипедным прогулкам то по окрестностям Парижа, то по морскому побережью, то в горах. Пьера настолько сильно влекло к исследованиям, что он с большим трудом мог жить долгое время там, где у него не было под рукой средств для работы. Уже через несколько дней после отъезда из Парижа он произносил своё ставшее традиционным: "Мне кажется, мы очень давно ничего не делаем"».

Фамилия Кюри неотделима от открытия радия и исследований явлений радиоактивности. Само название "радиоактивность" было введено Мари Кюри для нового явления, открытого в 1896 г. Анри Беккерелем при исследовании солей урана.

Пьер обладал безграничным обаянием. Его задумчивое лицо, ясность взгляда, приветливость и мягкость характера подкупали. Сам он говорил, что не создан для борьбы. Он не умел сердиться. У него было мало друзей, зато не было и врагов, потому что он никогда никого не задевал. Но его нельзя было столкнуть с выбранного пути. Отец называл его "тихим упрямцем".

          В 1896 г. Анри Беккерель открыл, что урановые соединения постоянно испускают излучение, способное засвечивать фотографическую пластинку.

Вскоре Мария Кюри пришла к заключению, что только уран, торий и соединения этих двух элементов испускают излучение Беккереля, которое она позднее назвала радиоактивностью. Мария в самом начале своих исследований совершила важное открытие: урановая смоляная обманка (урановая руда) электризует окружающий воздух гораздо сильнее, чем содержащиеся в ней соединения урана и тория, и даже чем чистый уран. Из этого наблюдения она сделала вывод о существовании в урановой смоляной обманке еще неизвестного сильно радиоактивного элемента.

В 1897 г., вскоре после рождения дочери Ирен, Мария Кюри приступила к исследованиям радиоактивности, которые вскоре поглотили внимание Пьера до конца его жизни.

В 1898 г. Мария Кюри сообщила о результатах своих экспериментов Французской академии наук. Убежденный в том, что гипотеза его жены не только верна, но и очень важна, Пьер оставил свои собственные исследования, чтобы помочь Марии выделить неуловимый элемент. С этого времени интересы супругов Кюри как исследователей слились настолько полно, что даже в своих лабораторных записях они всегда употребляли местоимение «мы».

Кюри поставили перед собой задачу разделить урановую смоляную обманку на химические компоненты. После трудоемких операций они получили небольшое количество вещества, обладавшее наибольшей радиоактивностью. Оказалось, что выделенная порция содержит не один, а два неизвестных радиоактивных элемента.

В июле 1898 г. Кюри опубликовали статью «О радиоактивном веществе, содержащемся в урановой смоляной обманке», в которой сообщали об открытии одного из элементов, названным полонием в честь родины Марии Склодовской. В декабре 1898 г. они объявили об открытии второго элемента, который назвали радием. Оба новых элемента были во много раз более радиоактивны, чем уран или торий, и составляли одну миллионную часть урановой смоляной обманки. Чтобы выделить из руды радий в достаточном для определения его атомного веса количестве, Кюри в последующие четыре года переработали несколько тонн урановой смоляной обманки.

       Радий имел чрезвычайно высокую стоимость — например, в 1910 году он оценивался в 180 тысяч долларов за грамм, что было эквивалентно 160 килограммам золота. Достаточно было получить патент, чтобы полностью закрыть все финансовые проблемы. Но Пьер и Мария Кюри были идеалистами от науки и отказались от патента. Они решили не предпринимать никаких шагов в этом отношении, предоставив своё открытие безвозмездно на пользу человечества.

Вскоре им пришлось разделить работу: Мари посвятила себя получению радия в химически чистом виде, а Пьер стал больше заниматься исследованием физической природы нового излучения.

Исследования влияния магнитного поля на излучение привело к выводу, что одна часть излучения несёт положительные электрические заряды, другая - отрицательные, а третья остаётся нейтральной. Позднее Резерфорд назвал их альфа, бета и гамма лучами.

Супруги Кюри не имели в своём распоряжении лаборатории: тонну урановой смоляной обманки для экспериментов им подарило австрийское правительство, а директор парижской школы физики и химии позволил им расположиться в сарае. Кюри были лишены самых элементарных удобств.

Вспоминая время работы в старом сарае без пола, с протекающей стеклянной крышей, без отопления, Мария писала: «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. В жалком сарае царил полный мир и тишина: бывало, что приходилось только следить за ходом той или другой операции, тогда мы прогуливались взад и вперёд по сараю, беседуя о нашей теперешней и будущей работе; озябнув, подкреплялись чашкой чая тут же у печки. В нашем общем, едином увлечении мы жили как во сне ...».

По рекомендации Анри Пуанкаре Пьер получает должность профессора на кафедре физики факультета естественных наук. Мари получила предложение читать курс физики студенткам курсов Высшей нормальной женской школы в Севре. Приход женщины - профессора в Севр был в 1900г. сенсацией. Стремившаяся всю жизнь оставаться в тени Мари, вызывала любопытство всех окружающих. Овдовевший отец Пьера переехал к Кюри и помогал присматривать за Ирен.

Ежегодно семья Кюри отправлялась на отдых. Мари на велосипеде объезжала окрестности, чтобы снять недорогую комнату у какого-нибудь рыбака. Велосипед её был мужским, потому что женщины ещё не ездили на велосипедах. И в этом Мари была первооткрывательницей.

Проводя исследования с солями радия, Пьер поставил на себе опыт: он в течение трёх часов облучал радием собственную руку. Следствием этого был ожог, который удалось вылечить только через несколько месяцев. Эти исследования положили начало радиотерапии.

В сентябре 1902 г. супруги Кюри сообщили о том, что им удалось выделить одну десятую грамма хлорида радия и определить атомную массу радия, которая оказалась равной 225. (Выделить полоний Кюри не удалось, так как он оказался продуктом распада радия.) Соль радия испускала голубоватое свечение и тепло. Это фантастически выглядевшее вещество привлекло к себе внимание всего мира. С большой заинтересованностью изучали учёные самопроизвольную эмиссию радием радиоактивного газа радона (вначале его назвали "эманацией радия"). При этом было введено понятие период полураспада вещества – время, необходимое для потери половины радиоактивности.

Летом 1903 г. Лондонский Королевский институт пригласил Пьера прочитать лекцию о проблемах радия. К этому времени относится его знакомство с Круксом, Рамзаем, Дьюаром, лордом Кельвиным.

Через несколько месяцев супругам Кюри была присуждена Золотая медаль Дэви.

В это же время Пьер и Мари узнали о присуждении им (вместе с А.Беккерелем) Нобелевской премии по физике «в знак признания … их совместных исследований явлений радиации, открытых профессором Анри Беккерелем». И Мария, и Пьер Кюри были больны и не могли ехать в Стокгольм на церемонию вручения премии. Они получили её летом следующего года.

        Супруги Кюри презирали золото как символ богатства и власти. Золотую медаль Дэви они отдали дочери Ирен в качестве игрушки. Отказавшись от ордена Почётного легиона, Пьер Кюри писал в письме на имя декана Института физики: «Прошу Вас, поблагодарите, пожалуйста, министра и передайте ему, что я совершенно не испытываю необходимости в получении ордена, но мне крайне необходимо иметь лабораторию». Желанной лаборатории он так и не получил.

        В 1904 году Пьер был награждён золотой медалью Маттеуччи Национальной Академии наук Италии.

По словам П. Кюри, главным занятием его на торжествах, посвящённых чествованию их семьи, был подсчёт в уме того, сколько в среднем физических лабораторий можно было бы оборудовать на выручку от продажи золотых и бриллиантовых украшений, принадлежащих дамам высшего общества.

Мария и Пьер Кюри были равнодушны к славе, видели в ней лишь помеху в работе. Однажды Мария даже отказалась от ордена Почётного легиона.

        В 1903 году Пьер Кюри совершил еще одно гениальное открытие – он обнаружил большое количество тепла, которое непрерывно выделял радий. Узнав об открытии Пьера, великий Рентген сказал: «Я бы никогда не поверил этому, но это сказал Пьер Кюри, один из лучших экспериментаторов современности». В своей краткой статье Пьер верно оценил количество тепла, которое выделял один грамм-атом радия.

       Гениальнейшие физики того времени сразу же воспользовались открытием Пьера. Благодаря Кюри Эрнест Резерфорд впервые высказал мысль о распаде атомов и их превращениях – это был первый шаг к изучению атомной энергии.

         В этом же 1903 году Кюри ввели понятие периода полураспада радиоактивных элементов, открыли количественный закон снижения уровня радиоактивности, доказали его независимость от внешних условий, разработали теорию радиоактивного распада. Исходя из этого, Пьер Кюри предложил использовать период полураспада в качестве эталона времени для установления абсолютного возраста всех земных пород. На основе разработанной технологии добычи радия из урановой руды знаменитый французский физик организовал промышленную добычу радия.

После того, как супруги Кюри открыли радий, исследованием радиоактивности занялся У. Рамзай. Он открыл эманацию радия и обнаружил её превращение в гелий.

        6 декабря 1904 года у Кюри рождается дочь Ева (Эв), которая впоследствии стала концертирующей пианисткой и биографом своей матери.

Избрание Пьера в 1905 году академиком во Французскую академию наук и назначение Мари руководителем работ в лаборатории мужа облегчило их материальное положение. Специально для Пьера в Парижском университете была образована кафедра общей физики и радиоактивности.

Свою нобелевскую речь в 1905 году Пьер Кюри закончил словами: «... Я принадлежу к числу тех, кто думает, подобно Нобелю, что человечество извлечёт из новых открытий больше блага, чем зла».

В дождливый день 19 апреля 1906г., во время обеденного перерыва, уходя с собрания профессоров, Пьер поскользнулся и попал под телегу ломовика... Его голова попала под колесо тяжелого фиакра, и он погиб мгновенно. Похоронили его на маленьком кладбище в Со. В 1995 году его прах вместе с прахом жены был перезахоронен в Пантеоне.

В память о Пьере Мария превратила Институт радия в один из главных храмов науки о радиоактивности. Именно в этом институте её дочь Ирен и зять Фредерик Жолио провели замечательные работы по исследованию нейтронов, открыли искусственную радиоактивность.

Мария Кюри написала биографию Пьера Кюри, опубликованную в 1923 году.

Дочь Мари и Пьера Ирен была очень наблюдательным ребёнком и видела, что "Па" и "Ма", как она звала родителей, окружены уважением и восхищением друзей. Желание пойти по стопам родителей появилось у неё очень рано. Научное призвание Ирен проявилось, как только она, получив высшее образование, была принята научным сотрудником в Институт радия, где стала работать под руководством своей матери.

Медлительная и замкнутая Ирен была похожа на своего отца. Она была его маленькой подругой. Пьер вёл с ней серьёзные разговоры и радовался её успехам.

        В честь Пьера и Марии Кюри назван искусственный химический элемент — кюрий. В 1956 году были выпущены почтовые марки в СССР и в Болгарии, посвященные П. Кюри. В 1970 г. Международный астрономический союз присвоил имя Пьера Кюри кратеру на обратной стороне Луны.