دید کلی

توریم و اورانیوم و بعضی از عناصر دیگر بدون هیچ اثر خارجی ( یعنی به سبب عوامل داخلی ) پیوسته تابش مرئی گسیل می‌دارند. این تابش مانند اشعه ایکس به درون حائل های کدر نفوذ می‌کند و روی فیلمهای عکاسی اثر می‌گذارد و اثر یونشی بوجود می‌آورد.

ویژگی گسیل خود به خودی چنین تابش به پرتوزایی معروف است. به عناصر دارای این ویژگی عناصر رادیو اکتیو می‌گویند و تابشی که این عناصر گسیل می‌دارند، تابش پرتوزایی ( تشعشع هسته‌ای ) نامیده می‌شود. خاصیت پرتوزایی اورانیم را در سال 1896 "آنتوان هانری بکرل" فیزیکدان فرانسوی کشف کرد. پرتوزایی اندکی پس از کشف اشعه ایکس کشف شد.

عناصر رادیو اکتیو محصول آزمایشات اولیه

گسیل پرتوهای ایکس ، اولین بار در بمباران دیواره‌های شیشه‌ای لامپ تخلیه گازی با پرتوی کاتدی کشف شد. موثرترین نتیجه این بمباران تابانی شدید شیشه به رنگ سبز یعنی لیانی است. از اینجا معلوم می شود پرتوهای ایکس حاصل لیانی است و با هر لیانی همراهند، از جمله موردی که با نور برانگیخته شود.

بکرل این فرض را از راه آزمایش تحقیق کرد. او مواد لیان را در معرض نور قرار داد و آن گاه این مواد را کنار فیلم عکاسی که در لفاف سیاه پیچیده شده بود، قرارداد. پس از ظاهر کردن فیلم عکاسی گسیل تابش نفوذی را از روی سیاه شدن فیلم آشکار ساخت. از میان تمام مواد لیان که توسط بکرل مورد آزمایش قرارگرفت، فقط نمکهای اورانیوم ، صفحه عکاسی را سیاه کردند.

با وجود این ، معلوم شد که نمونه ای که قبلا در معرض تابش نور شدید قرارگرفته باشد، به همان اندازه نمونه ای که برانگیخته نشده باشد، صفحه عکاسی را سیاه می‌کند. از این مشاهده چنین استنباط می‌شود که گسیل تابش توسط نمک اورانیم به لیانی مربوط نیست و به اثرهای خارجی بستگی ندارد. این نتیجه با آزمایشهایی که با ترکیبهای محتوی غیر لیان که همه تابش نفوذ کننده گسیل می‌دارند، انجام شد و مورد تایید قرارگرفت.

ماری کوری ، کاشف رادیوم

سیر تحولی و رشد

بعد از کشف خاصیت پرتوزایی اورانیوم توسط بکرل ، "ماری کوری" ، دانشمند فرانسوی متولد لهستان که بیشترین تحقیقات خود را همراه با شوهرش "پیر کوری" انجام داد بیشتر عناصر شناخته شده و خیلی از ترکیبها را مورد بررسی قرارداد تا ببیند که آیا آنها خاصیت پرتوزایی دارند یا خیر. ماری کوری در آزمایشهایش یونش هوا را به عنوان شاخص خاصیت پرتوزایی مواد پرتوزا بکار می‌برد. این روش خیلی حساستر از روش مبتنی بر تاثیر روی صفحه عکاسی است. آزمایشهای ماری کوری به نتایج زیر منتهی شد.

نتایج آزمایشات ماری کوری

• پرتوزایی نه فقط در اورانیوم بلکه در همه ترکیبات شیمیایی آن مشاهده می‌شود. افزون بر آن ، خواص پرتوزایی در مورد توریم و همه ترکیبات شیمیایی آن نیز وجوددارد.
  
  
• پرتوزایی نمونه ای از هر ترکیب شیمیایی اورانیوم و توریم برابر است با پرتوزایی اورانیم و توریم خالص موجود در آن ترکیب. نتیجه اخیر نشان می‌دهد که خواص مولکول موجود در عنصر پرتوزا روی خاصیت پرتوزایی موثر نیست. بنابراین ، پرتوزایی خاصیت ذاتی اتمهای عنصر پرتو زا است نه پدیده مولکولی.
  
  
• علاوه بر عناصر خالص و ترکیبات آنها ، ماری کوری تعدادی از سنگهای معدنی را نیز بررسی کرد و معلوم شد که پرتوزایی کانی‌ها از حضور اورانیم و توریم در آنها ناشی می‌شود. با وجود این ، خاصیت پرتوزایی بعضی از کانی‌ها ، بطور غیر قابل انتظار خیلی بالاست. برای مثال پیچ بلند چهار برابر مقدار اورانیم موجود در خود یونش نشان می‌دهد.
  
  
• پرتوزایی بالای پیچ بلند را فقط می‌شد به عنصر پرتوزای ناشناخته موجود در این مقدار کم نسبت داد که تحلیل شیمیایی نتوانسته بود وجود آن را آشکار سازد. به رغم مقدار کم آن ، شار تابشی که این عنصرگسیل می‌کرد، قویتر از اورانیم موجود در یک مقدار بزرگتر بود.
  
  بنابراین پرتوزایی این عنصر باید چند برابر شدیدتر از پرتوزایی اوارنیم باشد. در نتیجه این ملاحظات ، پیر و ماری کوری کوشش کردند، این عنصر فرضی را به طور شیمیایی از پیچ بلند جدا کنند. پرتوزایی به ازای واحد جرم محصول نهایی نشانه ای از توفیق در عملیات شیمیایی بود. این مقدار باید با افزایش مقدار عنصر جدید در محصول نهایی افزایش می‌یافت.
  
  پس از سالها کار سخت آنها سرانجام توفیق یافتند چند دهم از عنصر خالص بدست آورند که خاصیت پرتوزایی آن بیش از میلیون برابر اورانیوم بود. این عنصر به رادیوم یعنی تابان معروف است.

عنصر رادیو اکتیو رادیوم

• رادیم بنا به خواص شیمیایی آن یک فلز قلیایی خاکی است. برای جرم اتمی آن ، عدد 226 بدست آمد. با توجه به خواص شیمیایی و جرم ، رادیوم در خانه خالی 88 جدول تناوبی قرارداده شد.
  
  
• در سنگهای معدنی اورانیم ، همیشه رادیوم به مقدار خیلی کم وجود دارد (حدود 1 گرم رادیوم در 3 تن اورانیوم ). به این سبب استخراج رادیوم فرایند پُر زحمتی است.
  
  
• رادیوم یکی از فلزات کمیاب و بسیار گرانبهاست و به عنوان چشمه متمرکز تابش پرتوزا ارزش زیادی دارد.

سایر عناصر رادیواکتیو

تحقیقات بعدی که توسط کوری‌ها و دیگر دانشمندان انجام گرفت شمار عناصر پرتوزای شناخته شده را به مقدار زیادی افزایش داده است. معلوم شده است که تمام عناصری که عدد اتمی آنها بیش از 83 باشد، پرتوزا هستند. معمولا این عناصر را به مقدار کم از آمیزه‌های اورانیوم ، رادیوم و توریم بدست آوردند.

ایزوتوپهای پرتوزای تالیم ، سرب و بیسموت نیز از طریق مشابه پیدا شدند. باید توجه داشت که فقط ایزوتوپهای کمیاب این عناصر که با اورانیم ، رادیم و توریم آمیخته باشند، پرتوزا هستند. تالیم ، سرب و بیسموت معمولی پرتوزا نیستند. افزون بر عناصر آخر جدول تناوبی ، معلوم شده است که ساماریوم ، سزیم و روبیدیوم نیز پرتوزا هستند. پرتوزایی این عناصر ضعیف و با زحمت آشکارسازی می‌شود.