V. FEJEZET
Honnan származik a rádium energiája? – A két eshetőség és következményei. – Az anyag belső energiája. – Atómbomlás. – Fokozatos atómbomlás. – Egyébként észre nem vehető anyagmennyiségek egymásra következő energia-kitöresei. – A rádiumemánáczió. – Kísérletek az emánáczióval. – Az emánáczió cseppfolyósítása folyékony levegővel. – A rádiumemánáczió végtelen csekély mennyisége. – Az emánáczió chemiai tulajdonságai. – Az emánáczió termelte energia. – Az emánáczió megszűnése és új emánáczió keletkezése a rádiumból. – A rádióaktivitásnak nem az elmélete, hanem maguk a valóságos jelenségei okozzák a forradalmat a tudományban. – A rádióaktiv változásokba nem tudunk beavatkozni. – A rádióaktív változásnak eltünő termékei. – Mindegyik termék észlelhető, akár rövid-, akár hosszúéletű.
Ha az energiát jelenlegi értelmében továbbra is olyasvalaminek akarjuk tekinteni, a minek önálló léte van, akkor meg kell tudnunk felelni a következő kérdésre: "Honnan származik a rádium energiája?" Hogy sehonnan sem származik, hanem a rádium teremti semmiből, ilyen fölfogás egy pillanatig sem tartható fönn, ha föl nem akarjuk forgatni a XIX. század fizikai tudományának alapjait. "Hogyan került a rádiumba az energia?" kérdezhetnők továbbá; vagy talán helyesebb volna mindenekelőtt azt kérdeznünk: "Benne van-e az energia?"
Szerencsére, ha az energia tana helyes, csak két lehetséges esetet kell tekintetbe vennünk. Az energia vagy magából a rádiumból származik, nevezzük ezt első eshetőségnek és nézetünk szerint ez az igazi, vagy pedig kívülről jut a rádiumba; ezt meg nevezzük el második eshetőségnek. Az összes lehetséges eseteknek kettőre való korlátozása, meglehetősen semmitmondónak látszik, pedig több rejlik benne, mint a mennyit a külszín elárul. Mindenekelőtt a rádióaktivitás magának az elemnek a tulajdonsága, következésképpen az
atómé, ha tehát az első eshetőséghez tartjuk magunkat és azt mondjuk, hogy az energia belülről jő: azon azt értjük, hogy az atómból jő és akkor az anyagban, vagy legalább is a rádióaktív anyagban sohasem sejtett, óriási energiakészletnek kell rejleni, a mely valami módon az atómokhoz, vagy a náluk még kisebb részekliez kapcsolódik.
A második eshetőség szerint, a melyet szintén sokszor igyekeztek igazolni, a rádium csak úgy szerepel, mint valami transzformáló szerkezet. Városunkban is sok elektromos tanszformátor van üzemben, a melyek a villamos középpontból fölveszik a gazdaságosan beléjük vezetett, veszedelmesen magas feszültségű áramot és kevésbbé veszedelmes, alacsonyabb feszültségű árammá alakítják át és vezetik házainkba, a mely áramot ebben az utóbbi alakjában messzire szállítani nagy pazarlás lett volna. Vajjon a rádiumatómok neni ilyen transzformátorok-e, a melyek valami külső, eddig ismeretlen forrásból nyerik az energiát, aztán tovább adják olyan formában, melyet már észre tudunk venni? Rögtön kimondhatjuk, hogy az ilyenfajta, határozatlan állítást, a mely határtalan és titokzatos energiakészletekkel dolgozik, közvetlenül megczáfolni nem is lehet. Első pillanatra azt hitték erről a föltevésről, hogy kibuvó az első eshetőség némely kényelmetlen logikai következménye elől, azért némelyek mohón kaptak utána. A valóságban azonban, kivezető út helyett, lidérczfénynek bizonyult, a mely hiszékeny követőit a határozatlan föltevéseknek feneketlen fertőjébe vezeti és olyannyira megbízhatatlan, hogy még csak a rádium létezését sem magyarázza meg, nem hogy fényt tudna deríteni, a vele kapcsolatos tüneményekre, ha közelebbről vizsgáljuk meg őket. Mindazonáltal mindkét eshetőséget pártatlanul meg kell vizsgálnunk, már csak azért is, hogy aztán minden habozás nélkül nyugodtan ejthessük el az egyiket.
A második eshetőség szerint a rádium aktivitását valamely külső energiaforrásnak köszönheti.
Csak meg kellene szakítani az összeköttetést a városnak világító áramot adó transzformátorok és a középpont között, hogy a várost sötétség borítsa. Ezzel szemben láttuk, hogy a tudománynak nincs módjában a rádióaktivitást megszüntetni, de még csak meg sem tudja változtatni. Kísérletek bizonyítják, hogy a bányában több száz méterre a föld alatt talált szurokércz, termé-
szetes állapotában is a rendes rádióaktivitást mutatja. Ha tehát a rádium kívülről kapja energiáját, akkor ennek az energiának egészen másfajtának kell lenni, mint mindennek, a mit eddig ismertünk, mert képesnek kell lennie arra, hogy gyengülés nélkül keresztülhatoljon több száz méter vastag szilárd anyagon, sziklán. Elég ezt a második eshetőséget egyelőre eddig követnünk. Ha van a sugárzó energiának olyan új fajtája, a mely határtalan mennyiségű, betölt mindent és akadálytalanul hatol keresztül bármilyen vastag anyagon, csak akkor várhatjuk e második eshetőségtől a rádium energiájának megmagyarázását. Ez az eshetőség első pillanatra megegyeznék a rádium folytonos, örökké tartó aktivitásával és szerinte nem volna semmi ok reá, hogy e rádióaktivitás, bármily erős is, kisebbedjék, vagy idők multával megszűnjék.
Ha azonban az első eshetőség az igazi és az energia belülről jő: bármily nagynak kell is az atóm energiakészletének lennie, hogy vele a rádióaktivitást megmagyarázhassuk, végtelen nagy még sem lehet, és várható, hogy az aktivitás idővel lassan apad és végre teljesen meg fog szűnni. Ha két rádióaktív testet, a melyek közül az egyik erősebben rádióaktív, mint a másik, ebből a nézőpontból összehasonlítunk, előre megjósolhatjuk, hogy az erősebbnek a működése szűnik meg hamarább. De mindenesetre, mindkettőre nézve be kell következni egy időnek, midőn belső energiakészletük kimerül és rádióaktivitásuk megszűnik.
Az első eshetőség legfontosabb következményét azonban még csak most kell tárgyalnunk. A rádium, a melyben föl nem használt energiakészlet rejlik, nem maradhat többé rádium, ha egyszer energiakészlete fölhasználódott. A szén sem szén többé, ha egyszer elégett. Valahányszor anyagból energiát nyerünk, az anyag megváltozik és eredeti állapotába csak úgy juthat vissza, ha visszakapja energiakészletét. Az még sohasem fordult elő, hogy valamely anyag energiát fejtett ki és a mellett ugyanaz maradt a mi volt; különben kész volna a legegyszerűbb perpetuum mobile. A perpetuum mobiléknek rendesen nem is volt más bajuk, csak az, hogy ezen a képtelen föltevésen alapultak.
Azt is láttuk, hogy ha a rádiumban energia van fölhalmozva, a rádióaktivitás székhelye az atóni, ha tehát a rádium megváltozik, magának az elemnek, maguknak az atómoknak kell megváltozniok.
Valamely elem megváltozása pedig egyenlő értelmű a tranzmutáczióval, ez pedig minden chemiai, vagy bármiféle változásnál mélyebbre ható változás volna, a milyet a rádióaktivitás fölfedezése előtt bizonyára sohasem észleltek. Ha a rádium energiája belülről jő, akkor a rádiumnak valami önkéntes tranzmutácziót kell szenvednie és át kell alakulnia más elemekké. Csakis abban az esetben, ha ki akarjuk kerülni, hogy ilyen tranzmutáczióban hinnünk kelljen, nem mint olyan folyamatban, a mely csak a nap és csillagok között lehetséges, hanem a mely itt szemünk láttára megyen végbe akadálytalanul, abban az esetben, mondom, keressük a megoldást a második eshetőség segélyével, a mely nem kíván tőlünk ilyen veszedelmes eretnekséget, hanem áthárítja a titokzatosságot a rádiumról a nagy külső ismeretlenre és ott is hagyja sok hasonlóknak nem csekély számú társaságában.
Itt helyén való lesz a következő kérdést fölvetnünk: Van-e valami, a mi ellentétben volna annak a nézetnek a helyességével, vagy valószínűségével, hogy a rádium energiája, tényleg az atőmban rejlő, azelőtt nem sejtett energiakészletből származik és hogy ez az elem az energia fölhasználása közben új elemekké változik át? Hogyan lehet továbbá az, hogy az anyagnak ilyen hatalmas energiakészlete ilyen sokáig ismeretlenül maradhatott?
Az energiának egyik sajátságos tulajdonsága az, hogy semmiféle készülékkel sem tudjuk egyszerű megfigyeléssel megállapítani, mennyi energia van valamely anyagban fölhalmozva. Például itt ebben az üvegben sárga, olajos folyadék van. Nem tudjuk megmondani, egyszerű megtekintés alapján, hogy mennyi energia rejlik benne. Lehet a legártatlanabb olaj, melyet büntetlenül rázhatunk akármennyire össze, de lehet nitrogliczerin is, a legpusztítóbb robbantószerek egyike. Valamivel több kell tehát a puszta megfigyelésnél ahhoz, hogy fogalmunk legyen az anyagban rejlő energiakészlet nagyságáról, a mely, lehet hogy csak egy gyönge ütésre vár és rögtön életjelt ad magáról. Az egyetlen czélravezető út az, hogy megpróbáljuk fölrobbantani minden rendelkezésünkre álló módon, aztán, ha nem robban föl, akkor kimondhatjuk, hogy a mennyire a mi tudásunk terjed, nincs benne semmi lappangó energia, a mely börtönéből kiszabadulni vágyódnék.
A robbanás nem más, mint igen gyors és erőszakos módja a chemiai átalakulásnak és minden átváltozás, a melyen az anyag-
keresztülmehet, általánosságban véve leginkább hozzá hasonlítható. Czélunk meghatározni az ilyen átalakulásnál keletkező energiát, tehát azt az energiát, a mely az alatt fejlődik ki, vagy használódik föl, mialatt egyik fajta anyag a másik fajtává változik át. Az energia abszolut mennyiségét az anyagban nincs módunkban meghatározni. Egy dolog azonban eddig minden kétségen felül áll a chemikus előtt, hogy ugyanis minden változásnál – a rádióaktivitást kivéve – az elemek nem változnak át egymásba, hanem a legkülönbözőbb vegyületekben is lényegükben változatlanok maradnak. Ha azonban a tranzmutáczió mégis lehetséges és egyik elem átváltozhatik egy másikká, akkor könnyen meg lehet majd állapítanunk két elem energiájának különbségét. Az elemek belső energiája éppen azért maradt a legújabb időkig fölismerhetetlen, mert az eddig ismert változások alatt érintetlen maradt.
Hogy tehát meghatározhassuk, mennyi energia van benső kapcsolatban valamely atómmal, előbb módot kell találnunk reá, hogy legalább egy tranzmutácziót tanulmányozhassunk. Az elemeknek minden körülmények között való nagy stabilitása – a színképelemzés tanúsága szerint még a napban is ugyanazokat az elemeket ismerték föl, a melyek a földön szerepelnek – jól megegyezik azzal a föltevéssel, hogy az elemekben igen nagy belső energia rejlik, a mely a közönséges változásokban nem árulja el magát és közömbösekké teszi az elemeket a környezetükben végbemenő változásokkal szemben. A torpedót is – melyben forgó girosztát (merev tengelyű, gyorsan forgó lendítő kerék) van – belső energiája teszi arra képessé, hogy hullámokkal, széllel daczolva le ne térjen pályájáról. Az egész naprendszer is csak belső energiájának köszönheti, hogy egyben marad és nem bomlik föl alkotó részeire.
Egyrészt tehát semmi sincs útjában az olyan fölfogás valószínűségének, hogy az elem atómjaiban nagy, de mindeddig ismeretlen energiakészlet van; továbbá ha tényleg van ilyen készlete, nem szerezhetünk róla tudomást másképpen, csak úgy, ha az elem megváltozik, végre minél nagyobb az energiakészlet, annál jobban ellen tud állani az elem változásokat előidéző erőknek, tehát annál kevésbbé sejthetjük az energiakészlet létezését. Ebből a nézőpontból most már beláthatjuk, hogy a mennyire komolyaknak látszottak az első eshetőséggel szemben ellenvetéseink, éppen oly
kevéssé komolyaknak bizonyulnak mélyebb meggondolás után. A második eshetőséggel szemben pedig fordítva áll a dolog.
Miután ezekkel az előzetes megjegyzésekkel némileg megvilágítottam a kérdést, most a kísérleti kutatások egy sorával akarok foglalkozni, a melyek a rádióaktivitás mibenlétének tisztázására törekedtek. Ezek a vizsgálatok bebizonyították, hogy bár egy egész emberélet alatt sem igen lehetne a rádiumban magában semmiféle változást, vagy energiacsökkenést észrevenni, mégis úgy a rádium, valamint minden rádióaktív elem valóban megváltozik, még pedig igen sajátságos és meghatározott módon. Ezek a változások hosszú idő alatt is igen kicsinyek, ha a változást szenvedő anyag mennyiségét (tömegét) veszszük tekintetbe. Kevés kivétellel ez a tömeg azon a határon alul marad, a melyet a chemikusnak legfinomabb módszerei elérhetnek. Azok a módszerek, a melyekkel e változásokat fölfedezték, teljesen újak, de ez semmit sem von le megbízhatóságukból és czélszerűségükből. Alapjuk az, hogy ha valamely rádióaktív anyag megváltozik, azt általában nem egyszerre teszi és nem egy lépésben hozza létre az átalakulás végső termékét. Rendesen több változás követi egymást, hogy úgy mondjuk fokozatosan. A mint némely vízesés nem egy szökéssel szakad az alatta levő tóba, hanem a kisebb tavacskák egész során át, lépcsőzetesen jut oda, úgy a rádióaktív elem is átváltozásában a közbülső testek egész során megy át, a melyek közül mindegyik a megelőzőből keletkezik és a reákövetkezőt hozza létre. Míg azonban az első változás rendesen lassú, a további változások aránylag gyorsabbak lehetnek és rendesen ilyenek is. Ha ezek a közbülső, rövid életű, gyorsan változó anyagok nem volnának, egész bizonyos, hogy a rádium rejtélyét a mai napig sem tudtuk volna megoldani.
Fejtsük ki részletesebben feladatünk lényegét. Távoli, talán végtelen hosszú multból fokozatos fejlődéssel jutott világunk a mai állapotába és mi most egy rádióaktivitásnak nevezett folyamatot találunk rajta, a mely bizonyos anyagokban természetes állapotukban minden kényszer nélkül folyton tart, a melyet se lassítani, se megszüntetni nem tudunk és a melyet néhány chemiai elem alapvető tulajdonsága gyanánt ismertünk föl. Azt kell következtetnünk, legalább addig, a míg az ellenkezőjéről meg nem győződünk, hogy a rádióaktivitás nem olyan folyamat, a mely
most vette kezdetét, vagy a föld történetének csak arra a korszakára vonatkozik, a melyben véletlenül mi élünk. Ennek a folyamatnak azóta kell tartania, a mióta a rádióelemek megvannak és minthogy még mindig láthatjuk őket, föl kell tennünk, hogy a rádióaktív változások rendkívül lassan folynak le. Mit érnek itt a chemia módszerei? Bármennyire érzékenyek is, bármennyire túl is haladják mindazt, a mit csak 100 évvel azelőtt is lehetségesnek tartottak, itt megis végtelenül finomabb és érzékenyebb módszerekre van szükség.
A geológusok arra tanítanak, és látni fogjuk, hogy a rádióaktivitás csak igazat ad nekik, hogy Földünk ugyanazok között a fizikai föltételek között volt száz, esetleg ezermillió évvel azelőtt is, mint ma. A chemikus talán ki tudná mutatni valamely elem ezredrészének más elemmé való átváltozását, de látni fogjuk, hogy ilyen kis törtrész átalakulásához is, egész biztosan, több millió esztendő szükséges.
Önök mindnyájan tudnak róla, mekkorát haladt a chemia azóta, hogy a színképelemzőt a maga szolgálatába állíthatta és ez által új elemeknek olyan kicsiny részeit is biztossággal ki tudja mutatni, a melyek más módon teljesen észrevehetetlenek maradtak volna. BUNSEN és KIRCHHOFF például a dürkheimi forrás ásványvizében a czézium-elemet fedezték föl, de ahhoz, hogy a kísérletezéshez elég czéziumhoz jussanak, 40 tonnát kellett ebből a vízből bepárologtatniok. CURIE-né legalább is ugyanekkora, ha nem nagyobb lépést tett előre azzal, hogy a rádióaktivitást állította a chemia szolgálatába, fölfedezvén a rádiumot a szurokérczben, ámbár egy tonnájában csak mintegy 120 mgr. van belőle. Nekünk azonban még ezen is túl kell tennünk. Nekünk észre kell vennünk a változást egy parányi rádiumban, bár az oly lassan változik, hogy egészen változatlannak látszik. Az új anyagnak az a mennyisége, a mit ez a (kezemben lévő) 30 mgr. rádium, mondjuk egy hónap, vagy egy év alatt változásával létrehoz, olyan kevés, hogy ha csak némi fogalmat szerzünk róla, már is hajlandók vagyunk megtalálására minden reményt föladni. És én mégis ebben a nagy teremben mindenkinek mindjárt meg fogom e változást mutathatni és együtt figyelhetjük majd meg néhány kiváló tulajdonságát a legbiztosabb úton.
Ha a rádium egy lépésben változnék át, mondjuk ólommá – melyet a hosszú átváltozás-lánczolat utolsó tagjának hiszünk –
akkor mindez lehetetlen volna. Azok, a kik önök közül hátul ülnek, annyi ólmot is alig látnának meg, a mekkora ez az egész rádium. Mennyi reményünk lehet tehát reá, hogy azt a végtelen kicsiny törtrészét észrevegyük, a mennyi belőle egy hó, vagy év alatt keletkezik? Nem is sikerült eddig egy chemikusnak sem az ólmot, mint a rádium változásának végső termékét kimutatni és az erre vonatkozó bizonyítékaink nem is közvetetlenek és nem kétségtelenül meggyőzőek. De a rádium szerencsére nem egyszerre végzi változását. Legalább nyolcz közbülső test keletkezik, a melyek mindegyike az előtte levőből egy energiakitöréssel születik és mindegyik a reákövetkezőt egy másik energiakitöréssel hozza létre.
A katona a csatában egész biztosan tudja, hogy eltalálták-e, de csak hosszadalmas vizsgálat után tudná meg és reá nézve meglehetősen mellékes is volna, hogy a golyó, a mely eltalálta, ólomból volt-e, vagy nikkelből. Csak az az energia fontos, a melylyel a kilőtt golyó rendelkezik. A mint energiája elfogyott, a golyó többé nem érezteti jelenlétét. Így van ez a rádiumnál is. A közbülső változó anyagoknak az energiája, egyetlen bizonyítéka létezésüknek, de ez aztán elégséges is. Ha az energia már teljesen fölhasználódott és a változás befejeződött, akkor csak igen aprólékos és fáradságos vizsgálat – a melyet még nagyon tökéletesítenünk kell – van hivatva a keletkezett parányi termék chemiai viselkedését megállapítani; de mielőtt oda eljutnánk: az energia-kitörések hosszú sorában, a melyek két-két közbülső termék egymásba változását követik, oly hatalmas eszköz van kezünkben, mely arra képesít bennünket, hogy a változásokat fölfedezhessük, meghatározhassuk az összes közbeeső testek mibenlétét és átlagos életkorát, bár mindegyikük jóformán végtelen kis mennyiségben van jelen és egyikök sem jutott még a chemikusnak a rendes módszerekkel tudomására és valószínűleg sohsem is fog ily úton tudomására juthatni. A fizika egész történetében egyik legcsodálatosabb diadal az, hogy ilyen változásokat egyáltalában föl tudunk fedezni. Térjünk át már most arra a főbizonyítékra, a melyre először alapították a rádium átváltozásának elméletét.
Ha ezt a rádiumbromidot vízben föloldjuk, aztán az oldatot szárazra bepárologtatjuk, hogy a szilárd vegyületet visszanyerjük, akkor azt találjuk, hogy ettől az egyszerű művelettől a rádium
elveszítette rádióaktivitásának a legnagyobb részét. Az átható β- és γ-sugarak egészen eltüntek, a kevésbbé átható α-sugarakból eredeti mennyiségüknek csak mintegy negyedrésze maradt meg. Azután valami különös dolog történik. Ha magára hagyjuk a rádiumot, magától visszanyeri elvesztett aktivitását, napról-napra aktívabb lesz és egy hónap lefolyása után semmivel nem kevésbbé aktív, mint volt kezdetben vagy mint a milyen most.
Ez homlokegyenest ellenkezik azzal az állításunkkal, hogy a rádium rádióaktivitását semmilyen ismeretes módon nem változtathatjuk meg; de az ellenmondás csak látszólagos. Gondosabb vizsgálattal azt találjuk, hogy midőn a rádiumot vízben föloldottuk, valami az oldatból a levegőbe szabadul és ez a "valami" erősen radioaktív. A levegőben szétterjed, de ha gázáthatatlan edényben fogjuk föl, megmarad benne. Szóval ez a "valami" gáz, a melynek igen erős rádióaktivitása van.
Annak, a mit erről az új rádióaktív gázról tudunk, a legnagyobb részét RUTHERFORD-nak köszönhetjük, a ki ezt a gázt a rádium emánáczió-jának, vagy röviden emánáczió-nak nevezte el. Az "emánáczió" szó félreértésre adhat alkalmat. Némelyek ugyanis az "emánáczió" szót elég kevés szerencsével azoknak a sugárzásoknak megjelölésére használták, a melyek a rádiumból származnak
és a melyekről mi már részletesen szóltunk. Én az "emánáczió" szót csakis annak az erősen rádióaktív gáznak a megjelölésére fogom használni, a mely a rádiumból keletkezik. (*) Ezt szükségesnek tartottam kijelenteni, hogy e tekintetben minden félreértést elkerüljek.
17. rajz. Willemites cső a rádiumemánáczió bemutatására.
A laboratóriumban, ettől a teremtől háromnegyed kilométernyire, föloldottam vízben ugyanennyi, tehát 30 mgr. rádium-bromidot. Az oldatot zárt edénybe tettem. Ma reggel kivettem az emánácziót az edényből és idehoztam, hogy Önöknek megmutassam. Az a rádium, a melyből keletkezett, nincs itt, ott hagytam a laboratóriumban. Az emánáczió levegővel keverve, egy kis üvegcsőben van (17. rajz), a cső csapokkal van ellátva, belsejében pedig néhány darab willemit, a czink egyik szilikátja van.
18. rajz. A willemit saját fényével fölvett fotografiája. |
(*) Mai neve: radon. [NF]
fényérző lemezre csak kevéssé hatott. Azért izokromatikus lemezt kellett használnom és nagyon sokáig besugároztatnom. Ily körülmények között a β- és a γ-sugarak, melyeket a lencse nem tör meg, a lemezt elég erősen és egyenletesen sötétítették. A fotográfia még csak halvány fogalmat sem adhat az eredeti cső szépségéről. A rádium emánácziójában tündöklő willemit egyik legszebb látvány, a mit valaha láttam és ha úgy nézem, hogy ennek a fénynek az eredetére és mindarra is gondolok, a mit ez a fény az emberiségnek igér, olyan érzelmek támadnak lelkemben, a melyeket csak költő fejezhetne ki méltóképpen.
Micsoda hát a rádium emánácziója? Ezt a kérdést ma este csak úgy fogom tárgyalni, mintha az emánácziónak a rádiumhoz semmi köze sem volna, meri előbb kell tisztába jönnünk egyéni tulajdonságaival és csak azután érthetjük meg valódi viszonyát a rádiumhoz. Mindenekelőtt, a maga erejéből, erősen rádióaktív – azaz nagyon közelítőleg ugyanolyan sugarakat bocsájt ki magából, a milyeneket más rádióaktív testek. A mit ezután mondok, az csak oly csőre vonatkozik, a melyben az emánáczió már néhány órája benne van. Mert, a mint később (a VIII. fejezetben) részletesen látni fogjuk, az emánáczió eleinte csak α-sugarakat bocsájt ki, β- és γ-sugarakat nem.
Ez a cső, a melybe az emánácziót zártam, azért világít a sötétben, mert a benne lévő foszforeszkáló willemitet az emánáczió sugarai bombázzák. E sugarak közül egynéhány áthatol a cső üvegfalán is. Önök is láthatják ezt, ha a Röntgen-sugár-ernyőt Önök és a cső közé állítom. A hatás akkor sem kisebbedik észrevehetően, ha az ernyő mögé igen vékony fémlemezt is teszek, mert az emánáczió sugarai éppen úgy, mint a rádiumsugarak, meglehetős vastag fémen is keresztül tudnak hatolni. Van köztük α-‚ β- és γ-sugár is. Valóban bármelyike a többi foszforeszkáló testeknek, például a czinkszulfid az emánáczió-tartalmú csőbe helyezve, az emánáczió hatására ugyanolyan, reá jellemző módon fénylik, mintha maga a rádium volna mellette. Hasonlóképpen a fényérző lemez is majdnem azonnal megsötétednék, a selyembojt töltése is egyszerre kisülne, a csőbe zárt emánáczió sugarainak hatására. Az emánáczió és a rádium α-sugarainak hasonlóságát pontos fizikai kísérletek bizonyítják.
Következő lépésünk az lesz, hogy kimutatjuk, hogy az emánáczió nem szilárd test, a mely a levegőben finoman van
elosztva, mint például a füst, hanem igazi gáz. Ezt már sokféle kísérlettel bebizonyították; de én egy különösen szép kísérletet akarok Onöknek bemutatni, olyat, a mely mindenkit, a ki egyszer látta, meggyőz róla, hogy az emánáczió valóban rádióaktív gáz. 1902 novemberében Montrealban végeztem először ezt a kísérletet RUTHERFORD-dal. Ha az emánáczió gáz, akkor valamely – lehet hogy igen alacsony – hőmérsékletnél mindenesetre el kell hagynia a légnemű halmazállapotot és le kell csapódnia, vagy meg kell fagynia. Minden erőfeszítésünk, hogy ilyen lecsapódást létrehozzunk – 100 C°-ig menő hőmérsékletek mellett, hiábavaló volt; akkor még nem voltunk fölszerelve azokkal a készülékekkel, a melyekkel manapság a kor színvonalán lévő bármely laboratóriumban igen mély hőmérsékleteket tudnak előállítani. Mikor azonban laboratóriumunknak bőkezű alapítója egy cseppfolyós levegőt gyártó gépet ajándékozott, alig hogy megindítottuk, fényesen sikerült a rádiumemánáczió cseppfolyósítása. Pontos kísérletek azt mutatták, hogy az emánáczió gyorsan lecsapódik, ha – 150 C° alá hűtjük, de ismét gyorsan elpárolog, ha hőmérséklete e hőfok fölé emelkedik. Mi a következő elrendezésben akarjuk a kísérletet végrehajtani (19. rajz). Az emánáczióval telt cső egyik végére ráerősítünk egy gummilapdát, hogy vele az emánácziót ki lehessen fujtatni. A másik végét összekötjük egy willemittel töltött U alakú csővel, mely cseppfolyós levegővel telt edénybe
19. rajz. Készülék a rádiumemánáczió lecsapódásának bemutatására.
merül és 1gy mintegy 183 C°-ra száll le a belé fujtatott emánáczió hőmérséklete. Mihelyt az emánáczió ily mély hőmérsékletre lehűl, rögtön elhagyja légnemű állapotát és a csőben lecsapódik. Hogy a kísérlet még hatásosabb legyen, az emánácziós edény és az U alakú cső közé néhány méter hosszú csövet iktattam, úgy, hogy az emánácziónak előbb ezen kell keresztülhaladnia és csak azután jut abba a csőbe, a melyben lecsapódik. Most kinyitom a csapokat és gyönge nyomással egy kis levegőt hajtok a hideg U alakú csőbe, a levegő magával viszi az emánácziót az U alakú edénybe és Önök láthatják, hogy a willemit, a mint a lecsapódott emánáczió éri, egyszerre fölragyog. Addig, a míg az U alakú csövet benne tartom a folyékony levegőben, az emánáczió is a csőben marad, hiába fujtatok bele újabb levegőáramot a gummilapdával. De ha a csövet a folyékony levegőből kiveszem, hőmérséklete néhány pillanat alatt a szükséges 150 C° fölé emelkedik, az emánáczió elpárolog és egyetlen levegőfuvallaltal tovább hajtható. Íme, egy vékony csövön át, a melyet az U alakú csővel kötöttem össze, belehajtom egy nagyobb palaczkba, melynek belső fölületét foszforeszkáló czinkszulfiddal vontam be. A gömbalakú palaczk a sötétben gyönge fehér fénynyel világít, mint valamely varázslámpa, leolvashatom mellette a zsebórámat is. A rádiumemánáczió fiziológiai hatását még nagyon tökéletlenül vizsgálták meg, pedig e hatás valószínűleg nagyon erős. Minthogy e hatást nem óhajtom személyesen kitapasztalni, jó lesz meg nem feledkeznünk a palaczk gondos bedugaszolásáról és annak megakadályozásáról hogy az emánáczió a terem levegőjébe jusson.
Ezután a kísérlet után Önök nehezen fogják elhihetni, hogy az emánácziónak, a mely ezeket a szép hatásokat létre hozta, szinte végtelen kicsiny a tömege. RAMSAY WILLIAM és én, azon tulajdonsága alapján, hogy cseppfolyós levegőben lecsapódik, az emánácziót fagyasztással minden más gáztől megtisztítottuk és megmértük térfogatát. Képzeljünk egy jókora gombostűfej nagyságú buborékot, a mely, mondjuk, egy köbmilliméter térfogatú. Harminczszor annyi emánáczió kellene annak a gombostűfej-buboréknak a megtöltésére, mint a mennyit kísérletünkben használtunk. Ezt a kis tömeget természetesen levegővel kellett kísérletünkben kevernünk hogy könnyebben kezelhessük.
Kissé gondolkodóba ejtheti az embert, hogy a rádióaktivitás, a melyet eddig csak szilárd testekben és ásványokban találtunk, itt légnemű test tulajdonsága; pedig ez az igazság az emánáczió valódi mibenlétéhez tartozik, a mely különben még azok után a szép kísérletek után is, a melyeket Önöknek bemutattam, nagyobbára ismeretlen marad. Nincs ellentétben a rádióaktivitás természetével az, hogy gázon is mutatkozzék. Ha CURIE-né fölfogását, a mely szerint a rádióaktivitás az atómok és az elem tulajdonsága, itt is alkalmazni akarjuk, akkor nem abban rejlik a nehézség, hogy az emánáczió gáz, mert több gázállapotú elemet ismerünk, hanem abban, hogy olyan rádióaktív testet, a milyen az emanáczió, a rádiumvegyületeknek vízben való oldatából kaphatunk. Ezt a kérdést szándékosan halasztottuk el ilyen későre.
Az emánáczió, melyet kísérletünkben használunk, levegővel volt keverve és így ugyanolyan könnyen bánhattunk vele, mint akármely más gázzal. Csöveken át fujtathattuk az előadóasztal egyik végétől a másikig. Ha olyan közönséges gáz lett volna, a milyen a levegő, senkisem vehette volna észre, senki sem láthatta volna meg, mi történik vele. Minthogy azonban erősen rádióaktív, akármilyen kevés is a mennyisége, rádióaktivitása mindig elárulja, hol van, merre megy és még könnyebben tartható szemmel, mint bármely közönséges gáznak rendes nagyságú tömege. Ha valamely bányamérnök tudni akarná, hogyan oszlott meg az a levegő, a melyet a bányába szivattyúztatott, a tárnák között, jobb módszert nem ajánlhatnánk neki, mint hogy tegyen a beáramló levegőbe egy kis rádiumemánácziót, aztán vegyen próbákat mindegyik tárnából és vizsgálja meg elektroszkóppal a bennök lévő emánáczió mennyiségét. A gázak áramlására vonatkozó több más kérdésre is, a melyeket a rendes módszerekkel nehéz volna megoldani, bizonyára könnyen meg lehet majd felelni ennek az új gáznak a segítségével.
Az új gáznak chemiai viselkedését is sikerült megállapítani és a gázt besorozni az elemek periódusos rendszerébe. Majdnem minden gázt el lehet nyeletni, ha a természetének megfelelő chemiai hatók közelébe hozzuk. Az oxigént például elnyeli a foszfor, a hidrogént az izzó rézoxid, a nitrogént a magas hőmérsékletű magnézium és így tovább. Kivételt csak a RAYLEIGH lord és RAMSAY WILLIAM fölfedezte új elemek a levegőben előforduló argon,
neon, hélium stb. – alkotnak, a mennyiben ezeket semmiféle ható nem nyeli el és vegyületet sem alkotnak más elemekkel. A levegőben előforduló mennyisége e gázoknak nagyon csekély, kivéve az egy argont, melynek viszonylagos mennyisége megütheti az 1 százalékot. A rádiumemánácziót sem képes semmilyen ható elnyelni, éppen úgy, mint az argont és eddig semmiféle vegyülőképességet sem lehetett róla kimutatni. Változatlanul megy át mindenféle elnyelő közegen és akármilyen chemiai eljáráson, miként az argon; azért valószínű, hogy ugyanabba az elemcsaládba tartozik, a hova az argon. Viszont a rádium chemiai viselkedésében igen hasonló az alkáliföldek csoportjába tartozó báriumhoz, sztroncziumhoz és kálcziumhoz. Sem az argoncsoportnak, sem az alkálifémek csoportjának nincs más rádióaktív tagja, de ezek a rádióaktív elemek chemiai viselkedésökben a legnormálisabbak és a családokhoz tartozó rég ismert elemektől semmiben sem különböznek. Legújabban sikerült az emánáczió színképét is lefotografálni, igaz, hogy ahhoz 15-ször több rádiumból kellett előállítani, mint a mennyiből mi előállítottuk. Ez az új és jellemző színkép nagyjában ugyanolyan jellemző fényes vonalakat mutat, a milyeneket a többi argon-csoportbeli gázak.
Végre a rádiumemánáczió sűrűségéről és atómsúlyáról is sikerült némi fogalmat alkotni, olyan kísérletek alapján, a melyek diffuziósebességére vonatkoztak. Ezek a kísérletek azt mutatták, hogy ez a gáz rendkívül sűrű – sűrűbb a higanygőznél is tehát nagy az atómsúlya. Minden valószínűség szerint – bár az erre vonatkozó bizonyítékok mégnem teljesek és némileg csak közvetettek – az emánáczió atómsúlya négy egységgel kisebb, mint a rádiumé, tehát ő a negyedik, a legnehezebb atómsúlyú elemek sorában.
Egy gramm rádium, a mint láttuk, óránként 100 kalória hőt szolgáltat, de ennyit csak akkor ad, ha a rádium még normális állapotban van, azaz, ha az egész emánáczió még együtt van vele. Miután azonban az emánácziót oldással eltávolítottuk, a rádium már csak 25 kalóriát ad óránként, az emánáczió pedig 75 kalóriát. E szerint az emánáczió háromszor annyi energiát ad óránként, mint az a rádium, a melyből keletkezett, pedig az emánácziótömeg szinte észrevehetetlenül kicsiny.
Most már azt hiszem, megbarátkozhattunk azzal, hogy a rádióaktív vizsgálatokban a tömeg kicsiny volta nem okoz nagy
bajt. Mert nemcsak a tömeg jő tekintetbe. A kis puskagolyó is nagy pusztítást tehet csekély tömege mellett is, mert nagy a mozgás-energiája. A kis torpedó, a mely robbantószerek útján szintén tele van tömve energiával, hatalmas csatahajókat tud elsülyeszteni. Ez a kis emánáczió, a mely bizonyára nincs több 1/2000 milligrammnál, elég energiát ad, hogy hatását a leghátul ülők is lássák.
Ha egy gombostűfejnyi térfogat harminczadrésze helyett csak egy félliter ilyen gázunk volna – a mihez különben egy fél tonna tiszta rádium kellene akkor az száz erős ívlámpa energiájával ragyogna. Valóban jól mondta RUTHERFORD, hogy nincs olyan edény, a melyben ennyi emánácziót el lehetne tartani, mert az minden ismeretes anyagot egy pillanat alatt megolvasztana és gőzzé változtatna.
Ezek az új tünemények, a melyek rőgtön jelentkeznek, mihelyt rendszeresen kezdünk a rádium rádióaktivitásával foglalkozni, teljesen lehetetlennek tüntetik föl azt a második eshetőséget, a mely szerint a rádium energiája kívülről származik. Mert ahhoz, hogy az emánáczió szolgáltatta energiát, ez alapon megmagyarázhassuk, föl kellene tennünk, hogy az egész végtelen tér tele van a sugárzó energia új, titokzatos és hatalmas formáival. Így azonban a magyarázat sokkal hihetetlenebb volna, mint a megmagyarázandó jelenség. Hogy elkerüljük azt a föltevést mely szerint a rádióaktív anyag kis tömegében is nagy energia van, föl kellene tennünk, hogy ugyanilyen rendű energia mindenütt van. Erre aztán igazán rá lehetne mondani, hogy a szálkát eltávolítottuk szemünkből, de bennhagytuk a gerendát.
Szerencsére van egy döntő kísérletünk, a melylyei véglegesen eldönthetjük a vitát a két eshetőség között. Alkalmazzuk csak azt a tételt, a melyet általános elvekből nyertünk: ha az energia magából a rádióaktív anyagból származik, akkor a rádióaktivitásnak idővel kisebbednie kell és végre meg is kell szűnnie, még pedig annál gyorsabban, minél erősebb a rádióaktivitás. Ha ellenben az energia kívülről jő, akkor nincs semmi ok reá, hogy örökké, minden gyengülés nélkül, el ne tartson.
Az emánáczió, mint láttuk, ugyanakkora tömeg mellett sokkal erősebben rádióaktív, mint a rádium, ha tehát az energia belülről jő, elvárhatjuk, hogy rövidebb életű legyen a rádiumnál,
de ha kívülről jő, semmiféle energiagyöngülést nem várhatunk. Az a kérdés tehát, vajjon a rádiumemánáczió aktivitása gyöngül-e, megszűnik-e, vagy pedig állandóan ugyanakkora marad-e?
A felelet az, hogy az emánáczió rádióaktivitása nap-nap után gyorsabban gyöngül. Négy nap mulva az aktivitás csak fele lesz a mostaninak. Nyolcz nap mulva leolvad negyedére, tizenkét nap mulva nyolczadára, tizenhat nap mulva tizenhatodára és így tovább. Végre egy hónap alatt – miután közben nagyjából geométriai sor szerint fogyott az idővel – már alig vehető észre.
Ha ezt a csövet itt magára hagyjuk, akkor a willemit fénye folyton halványabb lesz és egy hónap mulva jóformán teljesen kialszik. Bármekkora tehát az az energia, a mely az anyagból a rádióaktivitás folyamata alatt fölszabadul, mégsem végtelen, sőt a rádiumemánáczió tanúsága szerint, néhány hét alatt is elfogyhat.
A félrejtély rendesen homályosabb, mint az egész titok és hogy ha a tudományban minden oldalról titokzatos dolgok bukkannak elő, akkor a megoldás rendesen már nincs messze. Föloldottunk egy darab rádiumvegyületet vízben, mely ezzel elvesztette rádióaktivitásának nagy részét. Aztán lassan, magától visszatért aktivitása és egy hó elmultával a rádium semmivel sem volt kevésbbé aktív, mint eredetileg. A rádióaktivitás legnagyobb része eltünésének abban találtuk meg a magyarázatát, hogy oldás alatt egy erősen rádióaktív gáz, az emánáczió, szabadult ki belőle és ez vitte magával a rádiumnak hiányzó rádióaktivitását. De íme, mire a rádium lassan visszaszerezte eredeti aktivitását, akkorra pedig az emánáczió elvesztette a magáét. Ennek a két folyamatnak – az elvesztésnek és visszanyerésnek – mennyiségi vizsgálata azt mutatta, hogy a rádióaktivitások összege nem változott, allandó maradt, azoknak a változásoknak ellenére, a melyeknek a rádiumot alávetettük. Ez a törvény általános érvényű, alkalmazható minden rádióaktív testre; elnevezhetjük a "rádióaktivitás megmaradása" törvényének. Bármit tegyünk is a rádióaktív testtel, összrádióaktivitását még akkor sem tudjuk megváltoztatni, ha – mint a jelen példaszerű esetben – föl is oszthatjuk több részre. E jelenség okát nemsokára világosan fogják látni.
Az első eshetőség alapján elég egyszerűen tudunk számot adni a rádiumemánáczió aránylag gyors megszűnéséről. Olyan
gyorsan pazarolja energiáját, hogy csakhamar kifogy belőle. Példa a víg, de rövid életre. Hogyan érthetjük meg azonban azt, hogy a rádium idővel egész eredeti aktivitását visszanyeri? Itt van az egész föladatnak a nyitja és erre a kérdésre a második eshetőségnek nincs semmiféle felelete. Az a föltevés tehát, hogy a rádióaktív anyag kívülről kapja az energiáját, nemcsak hogy hihetetlen, de nem is elégséges.
Képzeljük el, hogy az egy hónap elmult, a rádium visszanyerte eredeti aktivitását, mi aztán úgy, mint előbb, föloldjuk vízben és szárazra bepárologtatjuk. Az eredmény az lesz, hogy a rádium az oldás által elveszti rádióaktivitásának ugyanazt a hányadrészét, a melyet az első esetben veszített, és új rádiumemánáczió keletkezik, a mely semmivel sem kevesebb, mint az, a mit ma este használtunk. Ha a kísérletet annyiszor megismételjük, a hányszor tetszik, az eredmény mindig ugyanaz marad. Mert az alatt, hogy a rádiumból kiválasztott emánáczió hatása napról-napra gyöngébb lett, a rádium önként már új készletet termelt. A rádiumnak emánáczióvá való átalakulása csak az első tagja hasonló változások hosszú sorának. A légnemű emánáczió csakhamar átalakul egy harmadik, nem légnemű testté, melyet rádium A-nak nevezünk el; ez ismét egy negyedikké, melynek rádium B a neve és így tovább. (*) Eddig kilencz ilyen fajta változást ismerünk. Ezekről később majd bővebben beszámolunk.
A rádióaktivitásnak ehhez a magyarázatához, a mely atómbomlás néven vált ismeretessé, RUTHERFORD tanár és én a kísérleti kutatások hosszú során át jutottunk el, a melyeket a montreali M'Gill-egyetem Macdonald-féle fizikai és chemiai laborátóriumaiban végeztünk. Ez az elmélet nemcsak hogy alkalmasnak bizonyult a rádióaktivitás legbonyolultabb tüneményeinek megmagyarázására is, hanem segítségével több új jelenséget előre meg tudtunk jósolni. Ez az elmélet látszólag forradalmat jelent a többi fizikai elméletekkel szemben, pedig igazában a rádióaktivitásnak a tüneményei okozzák a forradalmat. Az atómbomlás elmélete a mellett, hogy teljesen hozzásímul az új jelenségekhez, a legnagyobb tiszteletben tartja a fizikai tudomány régi, bevált elveit. Ilyen vezetőelmélet nélkül, mely a régit össze tudja egyeztetni az újjal, a rádióaktivitás jelenségei sokkal nagyobb változást okoztak volna a természettudományi elméletek körében. Ha a rádiumemánácziót nem is állítottuk
(*) A mai elnevezéseket lásd a 122. oldalhoz csatolt pótábrán. [NF]
elő nagy mennyiségben – és, mint látni fogjuk, ez soha sem is lesz módunkban, mert akkor túlságosan gyorsan változik – mégis megismertük mibenlétét és tulajdonságait legalább is úgy, mint akármely régi gázét.
Igen nagy fontosságú az, hogy a mint a rádióaktivitást nem tudjuk mesterségesen módosítani, éppen úgy nem tudjuk megváltoztatni azt a sebességet sem, a melylyel az emánáczió a rádiumból keletkezik és a melylyel tovább változik. Egyenlő idők alatt mindig ugyanannyi emánáczió keletkezik, akár leválasztjuk a rádiumról, akár nem. A rádium aktivitásának látszólagos állandósága nem az igazi állandóság, a melynek alapján transzformátornak volna tekinthető. Az ő állandóságának látszatát a folyton ellentétes irányokban végbemenő változásoknak az egyensúlya kelti; ezek a változások: egyrészt az emánáczió szolgáltatta aktivitás-résznek gyors eltünése, másrészt új emánácziónak ugyanoly gyors termelése. Ez az újra termelő munka szakadatlanul folyik meghatározott és meg nem változtatható sebességgel és az, hogy adott időben csak meghatározott mennyiségű emánáczió keletkezik, a rádium egyik alapvető tulajdonsága. Ez a tulajdonság egyszersmind ugyanoly kitünő mennyiségi és minőségi módszer a legkisebb rádiummennyiség kimutatására, mint akár a Röntgen-sugárernyő világításában, akár a selyembojt kisütésében, vagy a hőfejtésben megnyilatkozó hatása.
Hiszen mindezek a tulajdonságok csak egy oknak a különféle hatásai. A rádium, mint elem változik – igaz olyan lassan, hogy első tekintetre úgy látszik, mintha nem is változnék – és ez a változás olyan rengeteg, semmivel össze nem hasonlítható energiafejlesztéssel jár, hogy átalakulásukban szinte észrevehetetlen kicsiny mennyiségek is könnyen elárulják magukat a fejlődő energiamennyiség nagysága folytán. Az emánáczió a rádium ezen átalakulásának első főterméke. Ha az emánáczió olyan volna, mint az ólom, vagy más közönséges elem, évek kellenének hozzá, hogy annyi keletkezzék belőle, a mennyit a legaprólékosabb és legfáradságosabb vizsgálattal is fölfedezhetnénk. De szerencsére másképpen áll a dolog. Az emánáczió maga is átváltozik egy harmadik fajta anyaggá, a melyet még nem állapítottunk meg, a mely most még nem érdekel bennünket; míg azonban az, hogy a rádiumnak csak egy kis részecskéje teljesen átváltozzék, több
évszázadot venne igénybe, addig az emánáczió változása olyan gyors, hogy egy hónap alatt teljesen befejeződik. És éppen ez az oka, hogy szinte végtelen kis tömegéről is tudomást szerezhetünk. A szó szoros értelemben vett kézzel fogható bizonyítékaink – ugyanis, hogy chemiai vagy színképelemző úton tudjuk kimutatni a rádiumváltozás termékeit – még nagyon hiányosak. De rádióaktív bizonyítékaink, a melyek nem az anyag mennyiségén, hanem az energián és megnyilatkozása módján alapulnak, bőségesen vannak és kielégítők. A míg csak a kifejtett energia akkora, hogy az általam leírt módszerek valamelyikével kimutatható, addig az energiát szolgáltató anyag valóságos mennyisége nem fontos.
Valamely változás folyamán keletkező energia mennyisége nemcsak attól a tömegtől függ, a mely létrehozta, hanem attól az időtől is, a meddig a változás tart, vagyis a változó anyag élettartamától. A chemiai és színképelemző módszerek sikere az anyag mennyiségétől függ, de a rádióaktív módszereké az anyag mennyiségének és az élettartamnak a hányadosától. A hányszor rövidebb a változó anyag élete, annyiszor kevesebb tömegére van szükség, hogy rádióaktív módszerekkel kimutatható legyen. Ez csak futólagos jelzése akar lenni egy nagyfontosságú kiegyenlítő elvnek, a melyet később, mint általános törvényt lesz alkalmunk pontosabban megfogalmazni. Végeredményében ez a törvény ezt akarja mondani: a változások hosszú sorozatának egyik tagja sem rejtőzhetik el fürkésző tekintetünk elől, bármilyen rövid vagy hosszú életű legyen is; mindegy, akár elég sokáig él ahhoz, hogy megmérhető, súlyos tömeggé tömörüljön, akár pedig olyan gyorsan változik:
Mint elhal a hó a puszta sivár homokján |