در جستجوی پرتوزایی

هدف ماری کوری، آغاز کار برای گرفتن درجه ی دکتری بود. برای این کار باید موضوع تحقیقی پیدا می کرد که باب جدیدی را در علم بگشاید.
او با شروع تحقیقات خود عملاً باب تازه ای را گشود؛ تا آن زمان هیچ زنی در اروپا به درجه دکتری نرسیده بود.
جستجوی ماری برای یافتن موضوع تحقیق آغاز شد. مطالعه گزارشهای آخرین آزمایشهای علمی دانشمندان سراسر جهان را آغاز کرد. یکی از گزارشها که در سال 1896 منتشر شده بود، توجه او را جلب کرد. این گزارش را آنری بِکرِل، دانشمند فرانسوی نوشته بود. بِکرِل، مانند بسیاری از دانشمندان آن زمان، روی پرتو ایکس تحقیق می کرد. پرتو ایکس را دانشمندی آلمانی به نام ویلهِلم رونتگِن، در سال 1895 کشف کرد. پرتو ایکس نوعی پرتو نامرئی بود که می توانست از موادی مانند کاغذ، چوب و فلز عبور کند.
دانشمندان این نکته را نیز کشف کرده بودند که پرتو ایکس می تواند از بدن انسان عبور کند. آنها می دانستند که وقتی نور به فیلم عکاسی بتابد، آن را سیاه می کند. به علاوه می دانستند که هر چه نور بیشتری به فیلم بتابد، فیلم سیاهتر می شود. وقتی فیلم عکاسی را در یک طرف بدن انسان، و دستگاه پرتو ایکس را در طرف دیگر قرار می دادند، پرتوهای ایکس از بدن عبور انسان عبور می کردند و تصویری از بدن انسان را روی فیلم تشکیل می دادند. گوشت تیره تر دیده می شد و استخوانها روشنتر بودند، زیرا پرتوهای ایکس از گوشت بهتر عبور می کردند تا از استخوان. چند روز پس از این کشف، از پرتو ایکس برای یافتن گلوله در پای انسان استفاده شد.
آنری بکرل یکی از دانشمندان متعددی بود که روی نحوه ی کاربرد پرتو ایکس کار می کرد. او می دانست که وقتی پرتو ایکس به بعضی از مواد شیمیایی بتابد، از خود نور منتشر می کنند. او می خواست بفهمد که اگر نور شدید، مانند نور خورشید، بر بعضی مواد شیمیایی بتابد از خود پرتو ایکس منتشر می کنند یا نه.
روزی بِکرِل یک قطعه فیلم عکاسی را در میان چند لایه کاغذ سیاه پیچید تا نور نتواند آن را سیاه کند. سپس یک ورق فلزی را روی فیلم پیچیده شده در کاغذ قرار داد و ماده ای شیمیایی روی آن پاشید. سپس فیلم، ورق فلزی و ماده شیمیایی را به مدت چند ساعت زیر نور شدید خورشید گذاشت. آن گاه فیلم را ظاهر کردتا ببیند آیا ماده ی شیمیایی مورد نظر پرتو منتشر کرده وفیلم را سیاه کرده است یا نه. او این آزمایش را روی مواد شیمیای مختلف و متعددی انجام داد. تنها ماده ای که فیلم را سیاه کرد ، اورانیوم بود. یک روز ابری ، بکرل فیلم پیچیده شده در کاغذ ، فلز و اورانیوم را در کشو میز گذاشت تا روزی که هوا آفتابی باشد، آزمایش خود را ادامه دهد. بر حسب تصادف تا چند روز هوا آفتابی نشد و سرانجام بکرل تصمیم گرفت فیلم را ظاهر کند. باورکردنی نبود، اما شکل تیره ی اورانیم روی فیلم نقش بسته بود. نور خورشید اصلاً به اورانیم نتابیده بود تا سبب شود که این فلز پرتو ایکس منتشر کند.
بِکرِل به این نتیجه رسید که اورانیم خود نوعی پرتو منتشر می کند. این پرتو به اندازه ای نیرومند بود که از ورق فلزی و کاغذ سیاه عبور کرده و به فیلم عکاسی رسیده بود؛ درست مانند پرتو ایکس. اما بِکرِل با انجام آزمایشهای دیگر دریافت که این پرتو اصلاً از جنس پرتو ایکس نیست!
بِکرِل در حقیقت پرتوزایی را کشف کرده بود. در آن زمان تنها چیزی که در این مورد می دانست این بود که این پرتو به شکل معجزه آسایی نیرومند است، به چشم دیده نمی شود و هنوز در جهان کسی آن را نمی شناسد.
بِکرِل گزارش خود را منتشر کرده بود. اما هنوز کسی، حتی خود بِکرِل، به این فکر نیفتاده بود که بفهمد این پرتوها چه هستند و از کجا می آیند. هنگامی که ماری مقاله ی بِکرِل را می خواند، به تدریج شیفته ی تواناییهای این پرتوها و پرسشهای مطرح در مورد آنها می شد!

کار روی پرتوزایی آغاز می شود

ماری موضوع تحقیق خود را یافته بود. در دانشکده فیزیک و شیمی اتاق کوچکی به او دادند که بخشی از آن نیز انبار بود. گام نخست ماری اندازه گیری شدت پرتوهای مرموز بِکرِل بود؛ پرتوهایی که اورانیم از خود منتشر می کرد. ماری دستگاه مناسب برای این اندازه گیری را در اختیار داشت. این دستگاه یک برق سنج یا الکترومتر بود که شوهرش پی یِر کوری، به کمک برادر خود ژاک، اختراع کرده بود. برق سنج می توانست جریانهای الکتریکی موجود در هوا را، هر چند ناچیز، اندازه گیری کند.
بِکرِل نشان داده بود که پرتوهای منتشر شده از اورانیم سبب ایجاد جریان الکتریکی در هوا می شوند. ماری قصد داشت با اندازه گیری شدت جریان الکتریکی که این پرتوها در هوا ایجاد می کردند، شدت خود آنها را تعیین کند. او تا می توانست نمونه های فلز و کانی جمع کرد و سپس همه آنها را آزمود.
چند روز نگذشته بود که نخستین نتایج را به دست آورد. ماری دریافت که شدت پرتوها فقط به مقدار اورانیم موجود در نمونه وابسته است: هر چه مقدار اورانیم در نمونه بیشتر بود، پرتوها هم قویتر بودند. خیس بودن، خشک بودن، گرم بودن، یا سرد بودن نمونه ها در شدت پرتوها تأثیر نداشت. فقط مقدار اورانیم موجود در نمونه مهم بود.
**توضیح تصویر
بحشی از نامه ی ماری به خواهرش، برونیا. در این نامه می خوانیم: «... ایجاد شرایطی که در آن... استعدادهای گران قدر شکوفا شوند و به خدمت نیل به آرمانها در آیند... این است راه هدایت جامعه به مسیر تکامل بخشیدن به قوای خود، هم قوای معنوی و هم قوای مادی.»

تحقیق روی پرتوزایی

اورانیوم یکی از عنصرهای شیمیایی است. عناصر شیمیایی مواد پایه ای هستند که همه چیز از آنها تشکیل می شود. در زمانی که ماری کار روی پرتوهای اورانیم را آغاز کرد، دانشمندان 83 عنصر را می شناختند (امروز در حدود 113 عنصر شناخته شده است.)
ماری می دانست که اورانیم پرتو منتشر می کند. پرسش بعدی این بود: آیا عنصر دیگری هم هست که پرتوهای مشابهی منتشر کند؟
او همه ی عنصرهای شیمیایی را آزمود. پس از این آزمون دومین نتیجه ی مهم حاصل شد: یک عنصر دیگر به نام توریم، پرتوهایی مشابه منتشر می کرد. وقتی شدت این پرتوها را با برق سنج اندازه گیری کرد، به این نتیجه رسید که شدت آنها با شدت پرتوهایی که اورانیم منتشر می کند، برابر است.
بدیهی بود که دیگر نمی بایست این پرتوها را «پرتو اورانیم» نامید. بنابراین ماری کار برد اصطلاح «رادیواکتیویته»، به معنای پرتوزایی را شروع کرد که امروز نیز رایج است.

پرتوزایی در پِچ بِلِند

ماری پرسشی اساسی را که اغلب محققان مطرح می کردند، پاسخ گفته بود: کدام مواد این پرتوهای عجیب را منتشر می کنند؟ او بر اساس تحقیقات خود نتیجه گیری کرد که فقط دو عنصر پرتو منتشر می کنند: اورانیم و توریم.
ماری باید تصمیم می گرفت که پس از آن دنبال چه چیزی باشد. غریزه او به عنوان محقق، بسیار حساس بود. او می خواست تحقیقات خود را گسترش دهد، بنابراین نمونه هایی از همه نوع مواد طبیعی- کانی، سنگ، ماسه- تهیه کرد و با استفاده از برق سنج همه آنها را آزمود.
اگر نتایج اولیه او درست می بود، فقط نمونه هایی که اورانیم یا توریم داشتند، پرتوزایی می کردند. اگر نمونه ای اورانیم یا توریم نداشت، نمی بایست پرتو منتشر می کرد. ماری همه ی نمونه ها را تجزیه کرد و دریافت که این نتیجه گیری صحیح است. سپس به سراغ نمونه های پرتوزا رفت.
ماری پرتوزایی هر یک از نمونه های پرتوزا را اندازه گیری کرد. نمونه های حاوی اورانیم و توریم پرتوهایی منتشر می کردند بسیار قویتر از پرتوهایی که همان مقدار اورانیم یا توریم خالص انتشار می دادند. وقتی ماری نوعی کانی به نام پِچ بِلِند را آزمود، دریافت که شدت پرتوزایی آن چهار برابر شدت پرتوزایی سایر نمونه هایی است که همان مقدار اورانیم دارند!
ماری این آزمایش را دست کم بیست بار انجام داد. هر بار نتیجه یکسان بود. شدت پرتوزایی پِچ بِلند بیشتر بود. گذشته از آن، پرتوزایی نیز فوق العاده بود! به راستی این پرتو از کجا می آمد؟
**توضیح تصویر
در نتیجه کشفیات ماری کوری در مورد تابش، حوزه ی کاملاً نوینی در علم پدیدار شد که فیزیک هسته ای نام گرفت. شکل بالا ساختار یک اتم ساده ی هلیم را نشان می دهد. شکل وسط نشان می دهد که چگونه با تجزیه اتم، تابش ایجاد می شود. در شکل پایین مقاومت مواد مختلف در برابر انواع تابش نشان داده شده است.
فقط یک توضیح برای این پدیده وجود داشت. ماده ی دیگری می بایست در پِچ بِِلِند وجود داشته باشد که از اورانیم و توریم پرتوزاتر باشد. ماری به این نتیجه رسید که مقدار این ماده می بایست بسیار ناچیز باشد که قبلاً کسی به آن توجه نکرده است. او تا آن زمان همه عنصرهای شناخته شده را آزموده بود. آیا ممکن بود که عنصر جدیدی کشف کرده باشد؟ اگر واقعاً عنصر جدیدی وجود داشت و اگر این عنصر به شدت پرتوزا بود، آن گاه او کشفی بسیار مهم انجام داده بود.
منبع : برچ، بِوِرلی، (1385)، ماری کوری: پیشگام شجاع تحقیقات پرتوزایی، ترجمه محمدرضا افضلی، تهران: فاطمی، چاپ دوم