Született :
1895 november 10-én
Páka

Elhunyt :
1979 szeptember 4-én
Budapest
Fontosabb évfordulói:
1948 Kossuth-díjat kap
1958 A Magyar Televízió 100 kérdés címû mûsorának fõszerkesztõje volt.
1964 Tata városa díszpolgárává választották
   
Örök álma volt, hogy tudományos játékszobákat létesíthessen, és 1995 õszén be is teljesült álma, megnyitották a Csodák Palotáját!
A háromféle rádióaktív sugárzás kimutatása egyszerû anyagokkal és eszközökkel

Öveges József
Állami Pedagógiai Fõiskola, Budapest.
1896-ban és az utána következõ években lett ismeretes, hogy az urán- és thóriumtartalmú anyagokból önmagától, természetesen, háromféle érdekes sugárzás indul ki.

a. Egy a röntgen-sugárzással teljesen azonos viselkedést mutató sugárzás, a sugárzás. A röntgensugár többek között áthatol a fény számára átlátszatlan anyagokon és hat a fényképezõ lemezre. Ezt teszi a sugár is. Kimutatása ezen az alapon történik.

b. Különálló parányi részecskékbõl álló atomlövedékeket lövellenek ki magukból az U és Th tartalmú anyagok. A lövedékek sebessége másod percenkint 14 000-20 000 kilométer. Errõl a részecskérõl kiderült, hogy a héliumatom magjával azonos. A részecskét a résznek nevezzük. A részecske pályáját pedig a sugárnak.

Ha acélgolyó acélfalba ütközik, szikrázik. Hasonlóképpen felvillanást okoznak a részecskék is, ha pl. cinkszulfidkristálynak ütköznek. Feketedést okoznak a fényképezõ lemezen is. Nagymértékben vezetõvé teszik a levegõt. Mi elsõsorban felvillanást okozó hatásuk segítségével figyeljük meg õket.

c. A fémdrótban mozgó elektronok alkotják az elektromos áramot. Az U és Th tartalmú anyagok ezeket az elektronokat magukból majdnem másod percenkint 300 000 km sebességgel lövellik ki. Az áramtól átfolyt vezetõ elmozdul mágneses térben. Eltérnek irányuktól a kilövelt elektronok is mágneses térben. A rádióaktív anyagokból kilövelt elektronokat ß részecskének, pályájukat pedig ß sugárnak nevezzük. Megfeketítik a fényképezõ lemezt. Az eltéríthetõség és a fényképezõ lemezre gyakorolt hatás alapján fogjuk kimutatni õket.

A rádióaktivitás felfedezését követõ 16 év alatt rájöttek arra, hogy mintegy 40 féle radióaktívanyag van. De ezek - 3 kivételével - mindnyájan az U és Th elemekbõl keletkeznek természetes atombomlás útján. Közülük 18 elem sugároz részeket. A többi elektronokat és ß sugárzást bocsát ki.

Ha tehát bármely U vagy Th tartalmú anyag sugárzását vizsgáljuk, akkor tulajdonképpen mintegy 40 féle sugárzó elem együttes sugárzását figyeljük (az urántartalmú anyagban mindig van thórium is és fordítva). Ezért kísérleteinkben nem egyetlen elem egyfajta sugárzása, hanem néhány tucat elembõl kiinduló háromféle sugárzás fog hatni. De ez csak még érdekesebbé teszi feladatunkat. - Lesz-e a sugárzásban pl. rádium által kibocsátott sugárzás ? Igen! Hiszen a 40 féle elem között ott van a rádium is. Ezt ugyancsak egyszerû kísérlettel lehet igazolni, de erre most nem térünk ki.

Honnan szerzünk radioaktív anyagot ?

Legkönnyebben a thóriumhoz jutunk hozzá, a hosszú gázharisnya formájában. A gázharisnyának kb. 3/4 része thórium. Kísérleteinkhez teljesen elegendõ ennek rádióaktivitása.

Sokkal nagyobb mértékben sugároz a világító óramutató vagy óralap magától világító (aktív) festékje. Különösen a régebben készült világító órák mutatóját, számlapját ajánljuk. Eldobott, rossz ébresztõórák kincset érnek a kísérletezõknek.

 

1. ábra
1. ábra. Szurokércdarab a fekete papíron át lefényképezi önmagát a láthatatlan -sugárzással. A képen jól látható hogy az ércnek vannak uránban gazdagabb helyei. Ezeken a helyeken legvilágosabb a kép. Az elmosódott helyek a rögös felületû ásványnak a lemeztõl távolabb esõ mélyedéseitõl származnak. A szerzõ felvétele. Exp. idõ: 2 hét.

 

2. ábra
2. ábra. Az elõbbi szurokércdarab -sugárzásával készült átvilágítási (röntgen) kép. Egy gyufaskatulya fedele alá biztonsági zár lapos kulcsát ragasztottuk azután a fekete papírba burkolt lemezre fektettük. A falemezke fölé helyeztük a szurokércdarabot. A szerzõ felvétele. Exp. idõ: 2 hét.

 

3. ábra
3. ábra. A gázharisnya önmagát fényképezi le a belõle kiinduló -sugárzással a fekete papíron át. A gázharisnyát nem szabad kiizzítani, mert szétporlik! A gyári új gázharisnyából kivágott darabot a beburkolt lemezre fektetjük és ez egészet egy könyvlapjai közé szorítjuk hogy el ne mozduljon a harisnya. Az elõzõ képeket az U sugárzása okozta, ezt a képet a Th sugárzása. A szerzõ felvétele. Exp. idõ: 3 hét.

 

4. ábra
4. ábra. Egy olcsó ébresztõóra eldobott világítólapja a belõle kiinduló -sugárzással lefényképezi önmagát az átlátszatlan fekete papíron át. A kép ugyanúgy készült mint az elõzõ. Az óralap festékes fele fekszik a papírra a lemez érzékeny oldala felé. Az olcsó óra számlapjáról gyári hiba miatt hiányzik a 8-as szám. A 12-es szám csonkasága pedig attól ered, hogy ott volt a világítófestékkel be nem vont kis számlap a csengõbeállító számára. Az alsó teljes kisebb óralap egy karóráé. A szerzõ felvétele. Exp. idõ: 1 nap.

 

5. ábra
5. ábra. 80 gramm gázharisnyaport tartalmazó vánkossal készült kép. Figyeljük meg, milyen szépen kirajzolódik a gyufaskatulya falap alakja minden részletképen. A fa vastagsága 1 mm. Az önborotvapengéé 0,1 mm. A tízezer vékonyabb fém mégis mennyivel jobban elnyeli a -sugárzást, mint a falemez. A szerzõ felvétele. Exp. idõ: 1 hét.

 

6. ábra
6. ábra. Klinikai röntgengéppel készült átvilágítási kép. Figyeljük meg, hogy a túlságosan erõs sugárzás számára a falemez nem jelentett akadályt. Nem vet árnyékot. A fémek már erõs árnyékot vetnek. De az önborotvapenge árnyéka sokkal világosabb, mint a 10-szer vastagabb keresztbefektetett két fémlemez árnyéka. Ezek már fekete árnyékot vetnek átvilágításkor A röntgenklinika felvétele. Exp. Idõ: 1/10 mp.

 

7. ábra
7. ábra. Gázharisnyapor-vánkossal készült felvétel. A -sugarak áthatolása annál kisebb mértékû, minél vastagabb az anyagréteg. A képen egy önborotvapenge, három, majd hat keresztbefektetett penge átvilágítási képe látható. A hárompengés képen észrevehetjük, hogy a 2, 3 pengével fedett helyek egyre erõsebb árnyékot adnak. A szerzõ felvétele. Exp. idõ: 2 hét. Világítóanyaguk 100-1000-szer hatásosabb, mint az ugyanakkora tömegû gázharisnya.

Esetleg hozzájuthatunk néhány szem uránnitrát kristályhoz. Fényképészek használták erõsítésre. Gombostûfejnyi darab már elegendõ a felvillanások megfigyelésére.

A sugár kimutatása.

Kereskedelmi fényképezõ lemezt vagy filmet beburkolunk fekete papirosba és a lemez érzékeny oldalát fedõ papírosra helyezzük azt a testet, amelybõl kiinduló sugárzást vizsgálni akarjuk. A testbõl kiinduló sugárzás áthatol a papíron és megfeketíti a lemezt. Bizonyos idõ mulva elõhívjuk a lemezt. Ahol erõsebb a sugárzás, ott erõsebb a feketedés. Képeinken pozitív másolatokat látunk. Ezeken a képeken tehát az erõsebb sugárzás helyein úgy látszik, mintha erõsebb fény érte volna a lemezt.

Az 5. és a 6. ábrák érdekes összehasonlításra adnak alkalmat. Mind a kettõ röntgen-kép; azaz átvilágítási kép. Gyufaskatulya két falemeze közé egyik esetben önborotvapengét ragasztottunk, a másik esetben pedig két keresztbe fektetett fémszalagot. Hogy mi van a két összeragasztott falemez között, azt csak a falemezeken áthaladó sugárral történõ átvilágítás mutathatja meg. A 6. ábra a röntgen-klinika röntgen-gépével készült, az 5. ábra pedig a gázharisnyatörmelékbõl kiinduló sugárzással.

Egy kisebb névjegyborítékot megtöltöttünk gázharisnyatörmelékkel, azután ezt a vánkost borítottuk afölé a tárgy fölé, amelynek átvilágítási képét meg akartuk kapni a fényképezõ lemezen. Ha ilyen 40-800 gramm tömegû gázharisnyaport alkalmazunk, akkor a sugárzóhatás megfelelõen nagyobb lesz, mint egyetlen alig 1 grammos gázharisnya esetén, tehát rövidebb expozíciós idõ is elegendõ.

A 7. ábrán több egymásra tett önborotvapengét kellett átvilágítani. A kép egyszerû gázharisnyaréteg alkalmazása esetén talán évek alatt készült volna el, thóriumvánkossal pedig 2 hét alatt.

Megjegyezzük, hogy a 7. képen a hat önborotvapenge alatt gyengébb feketedés mutatkozott, mint vártuk, tehát valamiképpen megerõsödött a sugárzás hatása a lemezre. Ennek a jelenségnek is megvan a kellõ magyarázata (másodlagos sugárzás).

Az sugárzás kimutatása.

a. Ugyancsak közismert kísérlet az is, hogy a gázharisnya (és a többi sugárzó anyag) vezetõvé teszi a levegõt, tehát a megtöltött elektroszkóp elveszíti töltését. A gázharisnyát ne az elektroszkóp tányérjára tegyük, hanem vegyük le az elektroszkópról tányérját, a gömbjét és csak a puszta rúdja álljon ki az elektroszkóp házából. Ezáltal az elektroszkóp kapacitása lehetõleg kicsiny lesz. Minél kisebb az elektroszkóp kapacitása, annál sebesebben esik a mozgó lemeze ugyanakkora töltésvesztés esetén. A gázharisnyát tegyük az elektroszkóp házára a rúd mellé. - Az elektroszkóp lemeze szemmel látható sebességgel esik. - De ha a rúdtól a harisnya felé fújunk, a kisülés megáll, illetve igen meglassul, mert ezáltal elfujjuk a rúdtól a kisülést okozó ionokat.

Az a kérdés, hogy a háromféle sugárzás közül melyik teszi vezetõvé a levegõt. Melyik hatása okozza fõleg az elektroszkóp kisülését? Vajjon az elõbb megismert sugárzás-e, vagy a többi sugárzás egyike? Erre felel a következõ kísérlet.

Töltsük meg megint az elektroszkópot. És tegyük a rúd mellé a gázharisnyát. Miközben a lemez esik, borítsunk egy írópapírból készült süveget a gázharisnyára. - Meglepve vesszük észre azt, hogy a kisülés megáll vagy legalábbis nagyon meglassul.

A kísérletet úgy is végezhetjük, hogy megmérjük azt az idõt, amíg a lemez, mondjuk 10 osztályrészt esik papírsüveggel és papírsüveg nélkül.

Mivel a papírlap is felfogja a gázharisnyából kiinduló és a levegõt erõsen vezetõvé tevõ sugárzást, azért ez a sugárzás nem lehet a sugár.

A papírlappal is elárnyékolható sugárzás különálló felvillanásokat okoz.

a. Mikroszkópi tárgylemezre ragasszunk köralakú kivágással ellátott papírszeletet. Tisztítsuk meg gondosan a környílás fenekén az üvegfelületet és lehelletvékonyan kenjük be valamilyen ragasztó anyaggal. Azután hintsünk a környílásba, (pl. írótoll hegyére vett) gombostûfejnyi cinkszulfidport. A cinkszulfidkristályok így az üvegfelületre ragadnak, de nem merülnek el a ragasztóban. Így készül el felvillanó ernyõnk.

A szóbanforgó cinkszulfidpor világító festék néven ismeretes. (Vigyázat, nem mindenfajta világító festék villan fel az a részecskék ütközésére. Házilag nem készíthetõ.) Borítsunk a környílás fölé egy darabka gázharisnyát (vagy tegyünk az ernyõre néhány morzsa uránnitrátot) a gázharisnya fölé egy cellofánpapírdarabot, (hogy védje a gázharisnyát a sérüléstõl) és föléje ragasszunk egy újabb környílással ellátott papírlapot. Így tetszetõs formájú preparátumot nyerünk, amely lényegében: gázharisnya-darab cinkszulfid felett.

Figyeljük sötétben a cinkszulfid ernyõt 10-50szeres nagyítón át. Másodpercenként 6-10 felvillanást látunk.

Tehát valami kirepül a gázharisnyából (uránnitrátból), ami a cinkszulfidnak ütközik és fényt ad. Minthogy a felvillanások különállóak, diszkrétek, különálló, diszkrét részecskékbõl áll az is, ami a felvillanásokat okozza.

b. Egy papírlap is megakadályozza a felvillanásokat.

Készítsünk egy másik üveglapra villanó ernyõt és az ernyõ fölé tegyünk gázharisnya-darabot. De most helyezzünk a gázharisnyadarab és a cinkszulfidréteg közé egy papírlapot is. - Nem fogunk a sötétben felvillanásokat látni.

Ez a kísérlet valószínûvé teszi, hogy az a sugárzás, amely olyan nagymértékben vezetõvé tette a levegõt, azonos a felvillanásokat okozó sugárzással.

Megjegyzés:Felvillanásokat vizsgáló kísérleteinkben az ernyõnek legalább félóráig teljes sötétségben kell lennie a vizsgálat elõtt, hogy elveszítse elõzõ megvilágításból eredõ fénylését, szemünknek pedig legalább tíz percig, hogy alkalmazkodjék a sötétséghez.

Mivel a felvillanásokra vonatkozó vizsgálatainkat igen erõs félhomályban kell végezni (legfeljebb olyan világosság lehet, mint amilyen világos van szobánkban éjtszaka holdvilágos éjjelen), azért nagyon alkalmas a tanulómikroszkópot használni nagyítónak. Ebbe az ernyõt könnyen beletehetjük, befoghatjuk és a nagyító lencsén át biztosan láthatjuk az ernyõt. Vigyázzunk, hogy mindig a lemez üvegoldala - a cinkszulfidréteg - essék szemünk felé.

c. Felvillanópor készítése gázharisnyatörmelékbõl és cinkszulfidporból.

A nagyító alatt sem a gázharisnyapor nem mutat felvillanásokat önmagában, sem a cinkszulfidpor. De keverjünk össze gombostûfejnyi cinkszulfidot és ugyanannyi gázharisnyaport és a keveréket öntsük felvillanó ernyõnk fölé a papírnyílásba. Ragasszuk le cellofánlappal és egy másik papírszelettel. Nagyítónk alatt másodpercenkint 8-10 felvillanást figyelhetünk meg. Ha nem gázharisnyaport, hanem ezerszer aktívabb anyagot kevernénk össze a világítóporral, akkor az ezerszer nagyobbszámú felvillanás már szabadszemmel is látható fénylésben tartaná a keveréket.

1 gramm Th másodpercenként 30 000 részt lövel ki. l gramm mezothórium pedig kb. ezermilliószor többet. Az önmagától világító festék rendszerint úgy készül, hogy cinkszulfid-porba parányi mezothóriumot kevernek.

Rádióaktív ásványok kutatása.

Helyezzünk bármilyen anyagot az üveglemezen levõ cinkszulfid ernyõ fölé. Ragasszuk át cellofánnal vagy papírral, hogy le ne essék róla. Ha felvillanás mutatkozik, akkor anyagunk uránt vagy thóriumot tartalmaz. Nagy megközelítésben: 5 mm átmérõjû ernyõt feltételezve, amelyet teljesen befed a vizsgált anyag, másodpercenként egy felvillanás akkora fokú rádióaktivitást árul el, mintha anyagunkban 2% urántartalom lenne. Látható, hogy egy tanulómikroszkóp és egy felvillanó ernyõ birtokában bármilyen gyanuba fogott kõzetet percek alatt megvizsgálhatunk rádióaktivitására nézve. A felhasználásra érdemes anyagok másodpercenkénti sok felvillanással árulják el magukat. Pl. két mákszemnyi urán-szurokérc morzsa másodpercenkint 8-12 felvillanást okoz ernyõnkön.

A harmadik fajta sugárzás a ß sugárzás kimutatása.

4-5 centiméter hosszú ólomcsövet vagy rézcsövet vágjuk két részre. A rövidebb esõrész legfeljebb l cm hosszú legyen. A csõ belsõ nyílása ne legyen nagyobb, mint 2-3 mm. A két csõdarab közé helyezzünk 2-3-szorosan írópapírlapot. A papírlap oldalt kiálló részeit vágjuk le, vagy hajlítsuk a csõ oldalára, azután a két csõdarabot erõsítsük össze a köréjük tekert enyvespapírral. A rövidebb csõrész üregébe töltsünk gázharisnyaport. Azután ragasszuk le papírral a csõ nyílását, hogy a gázharisnyapor ki ne essék belõle. - Készítsünk két ilyen teljésen egyforma csövet.