Marie Curie kimdir? Polonyum, radyumun keşfi ve radyoaktivite

Atomun parçalanma sürecini başlatan en önemli keşif hakkında bazı bilgiler

Marie Curie'nin 1898 ve 1902 arası eşi Pierre Curie ile birlikte radyumu keşfetmesi ve yalıtılması sanki çok basit bir hikayeymiş gibi görülür. Albert Einstein'ın "Tüm ünlüler arasında Madam Curie şöhretin yozlaştıramadığı tek kişidir" Marie Carie Cancer Care (Marie Curie Kanser Vakfı) ile sembolize edilen ismi etrafında oluşan kahramanlık efsanesi bu görüşü vurgulamıştır. Ama aslında Marie'ye ilki 1903 yılında fizikte, ikincisi 1911 yılında kimyada olmak üzere sıra dışı bir onurlandırma ile iki Nobel Ödülü getiren; kesin gözlem, mahir düşünce, son teknoloji, kaba kuvvet yöntemleri, aşırı adanmışlık ve şans faktörleriyle fizik ve kimya arasında karmaşık bir etkileşim yaratmasıydı.

Marie Curie (Manya Sklodowska) kimdir?

Varşova'da yetiştirilişinin başarısında çok büyük payı vardır. Manya Sklodowska'nın (Marie Curie'nin evlenmeden önceki Leh adı) doğum yeri olan Varşova, gençliği boyunca Rusya'nın sıkı yönetimi altında kaldı. Sklodovski ailesinin pek çok üyesi rejime karşı silaha sarıldı. Manya'nın öğretmenin ebeveynleri silahsız, entelektüel direnişin önde gelen üyeleriydi. Curie otobiyografisinde Rus eğitmenlerin genellikle Leh öğrencilerine düşman gibi davrandıklarını anımsar.

Manya'nın bu vesileyle edindiği Leh vatanseverlik ateşi aynı zamanda ona bütün kariyerini tanımlayacak olan ve başarma azmi, bilgi tutkusu ve ahlaki kanılardan müteşekkil sade karakterini aşılayan unsurdu. Henüz 10 yaşındayken annesi veremden öldü. Ancak "babası sayesinde kendi yaşındaki çok az kadının aşina olduğu bir entelektüel atmosferde yaşar" diye yazar Marie'nin ikinci kızı Eve Curie.

Okuldan altın madalya ile mezun olduktan sonra, Manya kadınlar için yüksek öğretim seçenekleri eksikliği ve hayatını kazanma gereksinimiyle yüz yüze geldi. Sonunda 3,5 seneliğine mürebbiyelik işini kabul etti. Kazandığı para Paris'te tıp eğitimi alan ablasına gidiyordu, ablası eğitimini tamamlayıp kendi ayakları üzerinde durunca Manya onu takip edecekti.

Kaliteli ve zorlu bir eğitim

Laboratuvar defterinden bir sayfa, Curieler radyoaktif maddeler üzerinde notlar içeren defteri 27 Mayıs 1899 - 4 Aralık 1902 arasında kullanmıştı. Defterlerin bazıları hala radyoaktiftir ve el sürülmesi yasaktır
Laboratuvar defterinden bir sayfa, Curieler radyoaktif maddeler üzerinde notlar içeren defteri 27 Mayıs 1899 – 4 Aralık 1902 arasında kullanmıştı. Defterlerin bazıları hala radyoaktiftir ve el sürülmesi yasaktır

1891 yılında Sorbonne Fen Fakültesi'ne kaydolan 23 kadın öğrenciden biri oldu. Ama öğrencilik yıllarına dair sözlerinde eğitiminin erkek-egemen akademik dünyada geçtiğinden hiç bahsetmedi. Ayrıca Marie Curie kendisini diğer kadınlara örnek göstermek isteyen feminist girişimleri de asla desteklemedi.

Üç yıllık zorlu eğitimden sonra, licence es sciences (bilim lisansı) sınavını birincilikte, licence es mathematiques (matematik lisansı) sınavını ikincilikle verdi. Profesörlerden biri onu laboratuvarda Marie'nin araştırmalarına uygun imkanlar olabileceği umuduyla basınç elektriği –kristal, seramik ve kemik gibi belli katı maddelerde toplanan elektrik yükü – ve sıcaklığın manyetizma üzerindeki etkisi üzerine çalışmalarıyla halihazırda saygınlık kazanmış kendisinden yaşça büyük Pierre Curie ile tanıştırdı.

Polonya ve Fransa'daki geçmiş deneyimlerindeki benzerlik çarpıcıydı. 1895 yılında evlendiler ve ilk çocukları (daha sonra o da Nobel kazanacak) Irene'nin 1897 yılında doğumundan sonra beraber çalışmaya başladılar. Takip eden birkaç sene içerisinde laboratuvar defterlerinde el yazıları birbirini izler. Çiftin aralarında sadece sürekli fikir alışverişi yoktu, bir "enerji değişimi" de vardı, der Henri Poincare, "her araştırmacının karşı karşıya kaldığı geçici cesaret kırılmalarının kesin çaresi."

Henri Becquerel ve uranyum ışıması

Henri Becquerel uranyum ışımasını 1896'da Paris'te, Wilhelm Röntgen'in X-ışıması ve belli maddeler üzerindeki parlaklık veren etkilerine dair yakın zamanlı keşfini incelerken keşfetti. Becquerel, ham fotografik plaka çevresine sarılmış iki adet kalın siyah kağıt üstüne, ince kristal tabaka halinde ışık yayan bazı mineraller yerleştirip saatlerce parlak güneş altında bırakarak test etti. Güneş ışığının da floresan da kağıt sebebiyle plakada etki yapmayacağı, ama herhangi "görünmez floresanın" plakada koyu lekeler şeklinde tespit edilebileceği fikrindeydi.

Uranyum tuzunu kullanarak kağıdın mineralden gelen ışımayı geçirdiğini keşfetti: Fotoğraf plakasının bir kısmı mineral tabakasının koyu silueti ile bulanıklaşmıştı. Bu nedenle güneş ışığının uranyumdan görünmez ışınların yayılımını uyardığını varsaydı. Ama daha sonra havanın bulutlu olduğu günler araya girdi. Hayal kırıklığı içindeki Becquerel, hazırladığı uranyumlu plakaların bir kısmını içeri aldı ve laboratuvardaki çekmecesine koydu.

Daha sonra bu filmleri banyo ettiğinde büyük bir şok yaşadı. Tahmin ettiği gibi uranyum tabakasından çok zayıf gölgeler bulmamış, bunun yerine "siluetler çok yoğun belirmişti" O an etkinliğin karanlıkta devam ettiğini düşündüm" diye yazar Becquerel. Aslında Radyoaktiviteyi keşfetmişti (bu keşfi için 1903'te Curielerle birlikte Nobel Fizik Ödülü'nü alacaktır), ama bu olguya isim vermedi, herhangi bir açıklaması da yoktu.

Hassas deney süreci

Pierre ve Marie Curie bu fotoğrafta radyoaktiviteyi ölçmekte kullandıkları kuvars basınç elektriği terazisi ve elektrometrenin başında görüntülenmiştir
Pierre ve Marie Curie bu fotoğrafta radyoaktiviteyi ölçmekte kullandıkları kuvars basınç elektriği terazisi ve elektrometrenin başında görüntülenmiştir

Curieler çeşitli mineralleri mümkün olduğunca hassas testlere tabi tutarak bu yeni ışıma olgusunu incelemeye karar verdi. Becquerel radyoaktivitenin fotoğraf plakalarını etkilemenin yanı sıra elektriklenmiş cisimlerin yükünü boşalttığını da göstermişti. Bu tür iyonlaştırıcı ışımayı saptamak için Pierre aşırı derecede hassas akım-ölçer bir cihaz tasarladı; kuvars basınç elektriği terazisi ile birleştirilmiş bir elektrometre. Alet temelde bir kondansatör (iyonlaşma odası), elektrik potansiyelindeki farkları ölçmek için bir elektrometre ve basınç elektriği üretmek için kuvars kristallerinden meydana geliyordu.

Basınç elektriği kristalleri, mekanik basınç altında kristal yüzeyleri üzerinde çok küçük elektrik polarizasyonu üretme özelliğine sahiptir. Bu durumda, kristalin altına asılı küçük ağırlıklarla yaratılan basınç polarizasyonu üretmiştir. Test edilecek toz haldeki madde, 100 voltluk akümülatörün bir kutbuna bağlanmış kondansatörün alt tepsisine, ince bir tabaka şeklinde yayılmıştı. Üst tepsi elektrometrenin terminallerinden birine, diğer terminal ise kuvars kristalinin tepesine bağlanmıştı. (Kristalin altı, akümülatörün diğer kutbu gibi, topraklanarak elektrik devresi tamamlanmıştı).

Marie Curie işlemi gerçekleştirirken, maddenin ışıması ile kondansatör içindeki havanın iyonlaşması sonucu her iki tepsideki elektrik yükündeki yavaş artış, kuvars kristalinde kademeli olarak ağırlık eklenmesiyle üretilen elektrik yükü artışıyla dengelendi. Denge noktası elektrometreyle saptandı. Bu, altında küçük bir ayna bulunan iletken platin tele asılı, kendi ekseni çevresinde dönen alüminyum bir yapraktan yapılmıştı; dönen aynaya düşen ışık ışını, dereceli cam ölçekte bir ışık noktası üretti. Bu nokta ölçeğin (sıfır kabul edilen) orta noktasına düştüğünde, kondansatörün üst tepsisinin elektrik yükü ve kuvars elektrik basıncı kristallerininki tamı tamına aynıydı.

Buradaki püf noktası deney sürdürülürken ışık noktasını merkezde tutmaktı. Marie Curie mümkün mertebe hareketsiz durarak, bir eliyle kristallere birbiri ardınca ağırlıklar eklemeli, diğer eliyle kronometreyi başlatmalı ve durdurmalı ve aynı zamanda gözleriyle ışık noktasını sürekli takip etmeliydi. Deneyin başlamasından T zaman sonra, kondansatör tepsisindeki Q yükü kristaldeki yükle eşitti. Işımanın sebep olduğu elektrik akımı o noktada saniyede geçen elektrik yüküydü – yani Q/T.

Nisan 1898'de Marie Curie tek başına çalışırken, şunları raporladı: "İki uranyum minerali, uranyum cevheri (uranyum oksit) ve kalkolit (uranil bakır fosfat) uranyumun kendisinden çok daha aktifler. Bu olgu çok dikkate değerdir ve bu minerallerin uranyumdan çok daha aktif bir element içerilebileceğini akla getirir." Doğada kendiliğinden bulunan kalkolit amperin milyonda birinin 52 milyonda biri akım üretirken, yapay üretilen kalkolit amperin milyonda birinin 9 milyonda biri akım üretiyordu.

Polonyum ve radyum

Elbette ikinci adım bu bilinmeyen elementi izole etmeye çalışmaktı. Pierre, kimyagerden çok fizikçi olmasına rağmen, çalışmalarında Marie'ye tam zamanlı katıldı. İzolasyonun birkaç hafta alacağını tahmin etmişlerdi. Ancak, gerçekleşmesi, onların, özellikle de Marie'nin birkaç yılını aldı. Bununla kalmayıp Marie'nin bütün hayatının akışını belirledi. Kimyager bir meslektaşlarının yardımıyla, Curieler bir saflaştırma yöntemi geliştirdiler ve uranyumdan 400 kat daha aktif bir madde ürettiler.

İlk kimyasal analizlerden ve takip eden spektroskopik analizlerden alınan sonca göre, uranyum cevherinde en az iki yeni elementin mevcudiyeti açıktı. Temmuz 1898'de ilk elemente polonyum, Aralık'ta ikici elemente radyum adını verdiler. Ortak makaleleri 'Uranyum cevherinde içerilen yeni radyoaktif madde üzerine" başlığını taşıyordu, "radyoaktif" teriminin bilimsel ilk kullanımıydı.

Tonlarca uranyum cevherini ağır işçilikle saflaştırdıktan sonra, 1902'de elde ettikleri son ürün, 0,1 gram – küçük bir çay kaşığının on beşte biri – saf radyum klorördü. Ama bu miktar Marie'nin radyumun atom ağırlığını 225 olarak tespit etmesi ve radyomu Mendeleyev'in periyodik tablosunda alkali toprak metallerde baryumun altına yerleştirmesi için yeterliydi.

1899'da uranyum cevherinde aktinyum elementini keşfeden kimyager Andre Debierne ile çalışarak 1910 yılında, radyumu saf metal haline getirdi. Saf radyum diğer radyoaktif maddelerin kıyaslanmasında, özellikle de ışın tedavisinde, standart oldu. Fiziksel kimyager ve Nobel Ödüllü Jean Perrin 1924'te şöyle yazmıştı: "Bugün, [radyumun izolasyonunun] radyoaktivitenin tüm yapısının dayandığı köşe taşı olduğunu söylemek, abartı olmayacaktır."

Marie Curie nasıl öldü?

Pierre Curie'nin 1906 yılında Paris'te bir trafik kazası sonucu ölmesi Marie Curie için, hayatının geri kalanına gölge düşüren acı bir darbe oldu. Ama bilime adanmışlığından da hiçbir şekilde vazgeçmedi. Hemen profesör olarak Pierre'nin yerine atandı ve eğitim gördüğü Sorbonne'da ders veren ilk kadın oldu. 1914 yılında, Marie'nin yönetiminde Paris Üniversitesi'nde Radyum Enstitüsü laboratuvarları tamamlandı. Burası zamanla nükleer fizik ve kimyanın evrensel merkezi oldu. Irene ve Frederic Joliot-Curie yapay radyoaktivite keşiflerini 1934'te burada gerçekleştirdi.

Radyoaktivitenin tıptaki uygulamaları Marie'yi giderek daha fazla meşgul ediyordu; Birinci Dünya Savaşı sırasında Fransız Radyoloji Servisi'nin başına geçti ve cephenin ön saflarında röntgen cihazını taşıyan ambülansı bilfiil kendisi sürdü. Haute – Savoire'deki bir sanatoryumda, nispeten erken yaşta, 67'sinde, kuşku yok ki yıllar boyu yüksek miktarda radyoaktif maddelere uzun süre maruz kaldığı için lösemiden öldü.

Radyoaktivitenin keşfedilmesi yazısı dışında daha fazla bilim içeriği okumak isterseniz bu linki takip edebilirsiniz: https://2ladd.com/k/bilim-teknoloji/