Personal tools
You are here: Home Geschiedenis Ontdekkingen

Ontdekkingen

Binnen enkele weken werden 'X-straling' en radioactiviteit ontdekt.

Aan het eind van de negentiende eeuw werd in (voornamelijk Engelse en Duitse) laboratoria veel aandacht besteed aan de kathodestraal. Dit nog onverklaarbare verschijnsel was op te wekken in een afgesloten glazen buis met twee naar binnen gestoken elektroden. Wanneer voldoende lucht was weggezogen en over de elektroden een hoge elektrische spanning werd gezet, ontstonden geen overslaande vonken, maar een lichtgevende bundel, loodrecht op de negatieve elektrode (kathode). Naarmate de lucht ijler werd veranderde het zwakke licht van kleur en sterkte.

De benodigde instrumenten voor dit experiment waren in veel laboratoria voorhanden. Een serie accu’s (accumulatoren) diende als spanningsbron, waarop een repeterende schakelaar (interruptor), een inductor en de buis moesten worden aangesloten. De inductor was in staat een verandering van de elektrische stroom om te zetten in een kortdurende elektrische spanning. Viel er plotseling een grote stroom weg, dan had dit vanuit de inductor een grote spanningspuls tot gevolg. Waren in de buis de spanningspulsen en de luchtledigheid voldoende groot, dan werd een (repeterende) kathodestraal zichtbaar.

In 1894 besloot Röntgen, inmiddels rector magnificus in Würzburg, zich te verdiepen in de geheimen van de kathodestraal. Om te beginnen herhaalde hij enkele gepubliceerde metingen bij zeer hoog vacuüm. De betreffende buis omhulde hij grotendeels met zwart papier, om daarin, apart van de fluorescerende glaswand, de zwakke lichtstraal beter te kunnen waarnemen. Nadat hij zijn onderzoek enkele maanden moest laten rusten, hervatte hij het meetprogramma in de herfst van 1895. Kort daarna, op de avond van 8 november, kreeg zijn meetprogramma vervolgens een grote wending. In zijn verduisterde kamer had hij de spanning aangeschakeld om voorafgaand aan een nieuw experiment de extra verduistering van de papieren omhulling te controleren. Geheel onverwacht zag hij, gelijktijdig met de hoorbare elektrische ontladingen van de inductor, een scherm met een laagje fluorescerend materiaal oplichten. Na veel herhalingen en controles werd Röntgen diezelfde avond duidelijk dat de fluorescentie werd veroorzaakt door een bijzondere soort straling, afkomstig van de glazen buis. De straling ontstond vooral vanaf het glas dat door de kathodestraal werd geraakt en drong zich door de ondoorzichtige papieren omhulling. Acht weken lang onderzocht en beschreef Röntgen dit nieuwe verschijnsel, zonder enig contact met de buitenwereld. Zijn onderzoek resulteerde in het artikel ‘Über eine neue Art von Strahlen’, dat hij op 28 december in Würzburg inleverde voor publicatie. De hierin beschreven 17 waarnemingen gaven onder meer aan dat:

-de straling door veel doorzichtige en ondoorzichtige materialen heen drong
-de mate van doordringing afhankelijk was van de dichtheid en de dikte van de materialen
-bij het doorlichten van zijn hand op een fluorescentiescherm achter zijn hand de schaduw van de botten zichtbaar werd
-een fotografische plaat gevoelig was voor de stralen
-het netvlies ongevoelig was voor de stralen (al kijkend naar het fluorescerende glas, vlakbij de buis geconstateerd!)

 

Röntgens artikel gaf aan dat de opwekking van ‘X-stralen’ gepaard ging met fluorescentie en dat de stralen dit verschijnsel ook zelf konden veroorzaken. De Parijse fysicus Antoine Henri Becquerel (1852-1908) besloot daarom een experiment uit te voeren met een uraniumkristal, waarvan bekend was dat dit materiaal ook nog enige tijd na een bestraling (met zichtbaar licht) licht uitzond. Nadat hij een kristal onder de felle zon had belicht, legde hij het op een fotografische plaat, die omhuld was met ondoorzichtig papier. Na enige tijd ontwikkelde hij de plaat en zag hierop een zwarting. Dit gaf hem het vermoeden dat het kristal een deel van het geabsorbeerde zonlicht had omgezet in straling die zich door het papier wist te dringen. Bewolking boven Parijs verhinderde voortzetting van zijn experimenten, zodat hij voor enkele dagen het kristal samen met een fotografische plaat opgeborgen in een la. Later, bij het ontwikkelen van deze plaat, verwachtte hij hierop een vage schaduw, maar het resultaat was ook ditmaal een duidelijke zwarting. Experimenten die hierop volgden, bevestigden zijn nieuwe veronderstelling, dat het uraniumkristal de stralen spontaan en continu uitzond en dat zijn eerste vermoeden onjuist was. Op 24 februari 1896 berichtte hij de Parijse Academie over deze toevallige ontdekking.

Becquerels vondst werd in wetenschappelijke kringen slechts matig enthousiast ontvangen. De aandacht ging naar de meer spectaculaire X-stralen, waarmee men allerlei toepassingen voor ogen had. Het duurde nog twee jaar voordat in Parijs Marie Curie-Sklodowska (1867-1934) de inmiddels naar Becquerel genoemde stralen uitkoos voor een uitgebreide doctoraalstudie. Al snel ontdekte zij dat het uitzenden van de stralen (wat ze radioactiviteit noemde) onafhankelijk was van de chemische samenstelling van het materiaal. Bovendien bleek behalve uranium ook thorium radioactief. Voorts merkte ze dat uit het (uranium-)erts pekblende in totaliteit meer straling kwam, dan het daarin aanwezige uranium kon veroorzaken. Samen met haar echtgenoot vond ze bij nader onderzoek in 1898 inderdaad nog twee radioactieve elementen, die ze Polonium (naar haar geboorteland) en Radium noemde. Het sterk actieve radium, dat in zeer kleine concentratie in het erts aanwezig was, werd door het echtpaar vervolgens gedurende vier jaar in een bouwvallige tochtige schuur uit enkele tonnen pekblende geëxtraheerd. Deze uiterst zware arbeid met veel tegenslagen leverde in 1902 uiteindelijk 0,1 gram radium op.

Uit ervaring en onderzoek bleek al snel dat de betreffende straling net als de X-stralen (door velen omgedoopt tot Röntgenstralen) biologische effecten in de huid veroorzaakte. Positieve resultaten bij bestraling van huidkanker maakte het radium in korte tijd voor veel behandelingen een goed alternatief voor de röntgenbuis. De voordelen lagen in de mobiliteit en het kleine volume van de stralingsbron en de stabiliteit en de grotere indringbaarheid van de straling. Nadelig waren de grote zeldzaamheid van radium, de extreem hoge aanschafprijs (tot ongeveer 1920) en het (langzaam, maar continu) vrijkomen van een radioactief gas. Straling uit radioactieve isotopen en röntgenbuizen zou worden gekenmerkt als ‘ioniserende straling’.

In 1901 won Röntgen voor zijn werk de eerste Nobelprijs voor natuurkunde. Becquerel en het echtpaar Curie wonnen samen de prijs in 1903. Verder onderzoek aan radium leverde Marie Curie in 1911 ook nog de Nobelprijs voor scheikunde op.