Итак, кратко можно было бы определить фосфоресценцию как избыток света над тепловым излучением тела, избыток, обладающий так называемой конечной длительностью послесвечения.
Длительность фосфоресценции – свойство, отличающее ее от других видов свечения. Она может варьировать для разных веществ от долей секунды до многих часов. Наибольшей длительностью (послесвечения обладают особые неорганические соединения – кристаллофосфоры. Природные кристаллофосфоры были известны почта четыре столетия назад, искусственные же научились изготовлять сравнительно недавно. Повышенное послесвечение кристаллофосфоров, а у некоторых из них оно превышает 10 – 12 часов, делает их особенно ценными в практическом отношении!. Это свойство объясняется особенностью строения кристаллофосфоров. Известно, что атомы кристалла образуют определенную кристаллическую решетку. Если нарушить правильность ее строения, изменятся свойства вещества. Ученые научились, прокаливая вещество при высокой температуре или выдерживая его в парах данного вещества, вводить в кристаллическую решетку атомы других веществ. Сейчас хорошо известны кристаллы сернистого цинка, в кристаллическую решетку которых при длительном прокаливании вводятся атомы меди, серебра и др.
Кроме длительности послесвечения можно назвать еще одно очень интересное свойство фосфоресценции: цвет фосфоресцирующего вещества всегда смещен в красную сторону спектра по сравнению с цветом возбуждающим. Для иллюстрации этого свойства можно описать следующий опыт. Известно, что даже чистая серная кислота всегда содержит небольшие органические примеси из воздуха, которые начинают фосфоресцировать при возбуждении их светом. А для этого можно воспользоваться светом ртутной лампы, пропуская его через разные стекла. Если возбуждать фосфоресценцию через черное стекла, которое пропускает только ультрафиолетовые лучи, то возникает голубое свечение; через синее стекло свечение делается зеленым. И, наконец, заменим синее стекло зеленым: фосфоресценция принимает коричневатый оттенок.
Итак, по мере перемещения цвета возбуждения в красную часть спектра в ту же сторону сдвигается и цвет фосфоресцирующего вещества. Собственно, в этом и заключается основной закон фосфоресценции, известный под названием закона Стоке а.
Фосфоресценция – поистине замечательное свойство, имеющее большие перспективы.
В свое время электрическая лампочка накаливания совершила настоящую революцию в технике. Но это достижение имело очень крупный недостаток: в обычной стоваттной электрической лампе только 3,5 ватта энергии превращались в свет, а 96,5 ватта (!) обращались в тепло. Да, это было дорогое удовольствие в полном смысле этого слова. Зато в «холодных» источниках света большая часть поглощенной веществами энергии возбуждения, будь то быстрые электроны или ультрафиолетовые лучи, не поступает в тепловое распределение, а излучается прямо в виде света. Можно без преувеличения сказать, что «холодные» лампы – это завтрашний день светотехники. Ведь фосфоресценция – это в конечном итоге телевидение и радиолокация, это рекламные и электрические разрядные ламп высокого напряжения, это живопись светящимися красками.
Так была разгадана тайна светлячков и гнилушек, всего этого бесхитростного материала природы, свойство которого – фосфоресценцию – современные ученые подчинили решению крупнейших технических задач.
Как часто и как много думал Анри Беккерель над проблемой, изучением которой занимался еще его дед! Вечерами, в сумраке своего кабинета, он сидел за бюро, за которым работал его отец, Эдмонд Беккерель. Анри внимательно изучал многолетний труд своего отца «Свет, его причины, его действия». Ведь в этой книге заключена вся история явления, известного еще с глубокой древности здесь и средневековые фосфоры Бодуэна, Кюнкеля, Бессариа, Кантона; опыты Кистерне Дюфей 1780 года, опыты Дезеня и других. И, наконец, 1835 год, когда его дед изучает фосфоресценцию моря в Венеции.
Но время идет, и изучение фосфоресценции делается 1)олее научным и последовательным. Эдмонд Беккерель имеете со своим отцом и Био начинают изучать действие электрического разряда на фосфоресценцию. И, наконец, большое значение в последующей разработке проблемы фосфоресценции имел 1872 год. Ведь именно в этом гону было начато изучение фосфоресценции урановых соединений, а в 1885 году Анри продолжил эти исследования.
Такова краткая летопись этой «фосфоресцирующей династии».
Теперь мы уже знаем, что фосфоресценция урановых солей совершенно не связана с их радиоактивными свойствами, более того, это свойство присуще далеко не всем урановым солям, а только ураниловым соединениям. Многие.подумают, что Беккерель гораздо раньше мог бы открыть явление радиоактивности, – ведь для этого достаточно было ему пробыть со своей коллекцией ураниловых солей в полной темноте каких-нибудь 20 – 30 минут. Быть может, он бы понял тогда, что причина свечения урановых солей заключается в медленном распаде его атомов… Но Беккерелю суждено было открыть радиоактивность другим путем.
Итак, наше путешествие в область фосфоресценции уже заканчивается. Теперь пора вернуться в Париж, на заседания Парижской академии наук, где в то время развертываются оживленные дискуссии по поводу многочисленных опытов, проверяющих гипотезу Пуанкаре…
10 февраля 1896 года ученые заслушали сообщение Шарля Анри об его опытах с сернистым цинком; немногим позже эти опыты повторил французский ученый Пивенгловский, но уже с солями сернистого кальция. Методика у обоих была в общем одинаковая. Ученые брали фотографическую пластинку, завертывали ее в черную непрозрачную бумагу, а сверху клали кусочек исследуемого вещества. Все это выставлялось на солнечный свет, под действием которого вещества начинали фосфоресцировать. И в этом, и в другом случаях на пластинках после проявления обозначились темные пятна, повторяющие контуры фосфоресцирующих веществ. Подобные ошыты проделал и член Парижской академии Наук Трост. На заседаниях Академии наук он говорил коллегам: «Выбросьте свои хрупкие стеклянные труби Крукса. Невидимые Х-лучи можно получить всюду, есть фосфоресцирующие вещества».
Ученые собрания Парижской академии наук уже устали заслушивать сообщения о простых способах получения Х-лучей. Сенсация переставала быть сенсацией.
Казалось бы, мысль Пункаре нашла быстрое и простое подтверждение. Ведь даже дерево при гниении излучает холодный свет, светятся особые микроорганизм и насекомые. Так неужели даже эти слабые источник фосфоресценции, хотя бы в ничтожной степени, выделяет эти чудесные рентгеновские лучи, которые решительным образом изменяют все наши привычные понятия о прозрачности и непрозрачности, видимом и невидимом?
Конечно, с точки зрения современной науки такш предположения кажутся довольно нелепыми, но тогда! тогда над этим ученые могли призадуматься. Среди вся этих ученых, по своему увлеченных и знающих людей только один не переставал серьезно размышлять на! проблемой Х-лучей и фосфоресценцией. Это был Анд Беккерель. Он хорошо помнил свой знаменательный разговор с Анри! Пункаре 20 января в Академии наук. В тот день Пуанкаре демонстрировал первые рентгенограмм» Ученых уже давно связывали! узы дружбы. И до этого они не раз беседовали на научные темы. Но этот рая говор был особенным – он пробудил в Беккереле интересные мысли.
В своей беседе с Беккерелем Пуанкаре высказал идею, что источником Х-лучей были светящиеся пятна на стенке стеклянной трубки, которая принимала на себя удар катодных лучей. А если рентгеновские лучи сопровождаются фосфоресценцией, то не может ли последняя сопровождаться испусканием Х-лучей?
Эта идея взволновала Беккереля. «Действительно, -! подумал он, – ведь новое излучение может быть вызвана вибрирующим движением частил, которое дает начало фосфоресценции, и тогда…» Казалось, он боялся закончить свою мысль. Да, это была всего лишь гипотеза, которую надо было проверить экспериментально.
И Беккерель начал серию экспериментов. Он ужа знал о результатах Шарля Анри и Нивенгловского. Особенно замечательным ему показался один из опытов Ниигигловского: покрытый порошком сульфида кальция экран подвергали действию света, и он начинал фосфоресцировать. Этого излучения было вполне достаточно, чтобы отпечатать фотографические пластинки через картон и черную бумажку.
Беккерель начал с того, что повторил опыты Шарля Л три и Нивенгловского и получил те же результаты. Неужели действительно существовала зависимость между Х-лучами и фосфоресценцией?
Два научных направления, два пути исканий, которые в итоге привели к открытию новых лучей, начали сближаться. Где-то они должны были пересечься. Этот перекресток искали многие ученые, но никто из них не догадывался, насколько удивительным он окажется. Никому не могло прийти в голову, что от него потянутся в разные стороны новые пути человеческих познаний, прекрасные и заманчивые.
Близость большого открытия волнует Анрю Беккереля. И не считаясь со временем, сорокачетырехлетний член Парижской академии наук ищет связь между двумя явлениями – фосфоресценцией и испусканием Х-лучей. Так загорается первый маяк, так появляется первая логическая веха на пути открытия радиоактивности. Правда, ученого немного смущает, что силуэты фосфоресцирующих веществ на фотографической пластинке получались размытыми и неясными. Ему хочется получить более безоговорочное подтверждению гипотезы Пуанкаре.
Тот день, когда Беккерель впервые взял в руки еще влажные негативы с отпечатками фосфоресцирующих веществ, казался бесконечно долгим. Ученый просидел в лаборатории до позднего вечера. Он принимает решение провести эксперименты с солями урана, т. е. с наиболее сильно фосфоресцирующими веществами.
Почему выбор Беккереля пал именно на соли урана? Спустя семь лет в своей речи, произнесенной в Стокгольме 11 декабря 1903 года, Анри Беккерель сказал: «Среди фосфоресцирующих тел для исследования особенно подходили соли урана вследствие необычного строения, которое, по-видимому, обнаруживается гармоническим рядом полос, образующим их спектры поглощения и фосфоресцен