Ирен Жолио-Кюри — дочь двух лауреатов Нобелевской премии, Марии Кюри и Пьера Кюри, и сама была удостоена Нобелевской премии по химии в 1935 году вместе со своим мужем Фредериком Жолио.
Если о родителях говорили, что они получили премию за открытие естественной радиоактивности, то премия Ирен была за синтез искусственной радиоактивности. Это открытие изменило многие области науки и многие аспекты нашей повседневной жизни.
Ирен Кюри родилась в Париже, Франция, в 1897 году. В необычной для того времени системе обучения Ирен была одной из группы детей, которых обучали их академические родители, включая её собственную знаменитую мать, Марию Кюри.
Когда началась Первая мировая война, Ирен было всего 17 лет, и она прервала учёбу, чтобы помочь своей матери находить фрагменты бомб в раненых солдатах с помощью портативных рентгеновских аппаратов. Вскоре она стала экспертом в этих методах военной радиологии и обучала медсестёр работе с рентгеновскими аппаратами.
После войны Ирен вернулась к учёбе в лаборатории своей матери в Институте радия. Именно там она встретила своего будущего мужа, Фредерика Жолио, с которым работала над многими проектами, что привело их к крупному прорыву в 1934 году.
Открытие искусственной радиоактивности
Изотопы — это вариации определённого элемента, имеющие одинаковое количество протонов — положительно заряженных частиц — и разное количество нейтронов, которые являются частицами без заряда. В то время как некоторые изотопы стабильны, большинство из них радиоактивны и называются радиоизотопами.
В экспериментах Ирен и Фредерика они бомбардировали алюминиевые образцы альфа-частицами, которые состоят из двух протонов и двух нейтронов, связанных вместе — это атомные ядра изотопа гелия-4. В алюминиевом эксперименте они заметили, что даже после того, как они удалили источник альфа-частиц, они всё ещё могли обнаружить излучение.
Количество радиации уменьшалось вдвое каждые три минуты, и они пришли к выводу, что излучение исходило от распада радиоизотопа элемента фосфора. Фосфор имеет два дополнительных протона по сравнению с алюминием и был образован, когда альфа-частицы слились с ядрами алюминия. Это было первое выявление искусственно созданного радиоизотопа — фосфора-30.
После своего крупного открытия Ирен продолжала активно заниматься не только исследованиями, но и общественной деятельностью и политикой. В 1936 году, почти за десять лет до того, как женщины получили право голоса во Франции, она была назначена заместителем государственного секретаря по научным исследованиям. На этой должности она заложила основы того, что впоследствии стало Национальным центром научных исследований, который является французским эквивалентом Национального научного фонда США или Национальных институтов здравоохранения.
Она стала соучредителем Французской комиссии по атомной энергии в 1945 году и занимала шестилетний срок, продвигая ядерные исследования и разработку первого французского ядерного реактора. Позже она стала директором лаборатории Кюри в Институте радия и профессором на факультете естественных наук в Париже.
Открытие Жолио-Кюри открыло путь к широкому использованию радиоизотопов в медицинских целях. Сегодня радиоактивный йод регулярно используется для лечения заболеваний щитовидной железы. Радиоизотопы, излучающие позитроны — положительный эквивалент электрона — используются в медицинских ПЭТ-сканированиях для визуализации и диагностики рака, а другие — для терапии рака.
Применение в медицине
Для диагностики рака врачи могут ввести небольшое количество радиоизотопа в организм, где он накапливается в определённых органах. Специализированные устройства, такие как ПЭТ-сканер, могут затем обнаружить радиоактивность снаружи. Таким образом, врачи могут визуализировать, как работают эти органы, без необходимости хирургического вмешательства.
Для лечения рака врачи используют большие дозы радиации, чтобы убить раковые клетки. Они стараются локализовать применение радиоизотопа именно там, где находится рак, чтобы минимально воздействовать на здоровые ткани.
За 90 лет, прошедших с момента открытия Жолио-Кюри первого искусственного радиоизотопа, область ядерной науки расширила своё присутствие примерно до 3000 искусственных радиоизотопов, от водорода до самого тяжёлого известного элемента — оганесона. Однако ядерные теории предсказывают, что возможно до 7000 искусственных радиоизотопов.
Физики работают с данными из нового центра в Мичиганском государственном университете — Центра редких изотопных пучков, который, как ожидается, обнаружит до 1000 новых радиоизотопов.
Учёные, использующие этот центр, уже обнаружили пять новых радиоизотопов с момента его открытия в 2022 году, и поиски продолжаются. Каждый из тысяч доступных радиоизотопов имеет свой набор свойств. Они живут разное количество времени и излучают разные типы радиации и количества энергии. Эта изменчивость позволяет учёным выбирать правильный изотоп для конкретного применения.
Заключение
Искусственная радиоактивность также может помочь учёным изучать тайны Вселенной. Например, звёзды питаются ядерными реакциями и радиоактивным распадом в их ядрах. В ходе бурных звёздных событий, таких как взрыв звезды в конце её жизни, образуются тысячи различных радиоизотопов, которые могут привести к взрыву. По этой причине учёные, включая нас, производят и изучают в лаборатории радиоизотопы, обнаруженные в звёздах.
С появлением Центра редких изотопных пучков и других ускорительных установок поиск новых радиоизотопов будет продолжаться, открывая двери в мир новых возможностей.