Die Entdeckerinnen der Radioaktivität

Ein familiäres Gespräch zwischen den bedeutendsten Wissenschaftlerinnen der Anfänge der Atomphysik.

Bonjour Mesdames et Messieurs,  

ich bin Marie Curie und könnte sie - als in Warschau unter dem Namen Skłodowska Geborene - natürlich auch mit einem polnischen „Hallo“ begrüssen. Aber darum soll es heute ja nicht gehen, sondern um meine Familie, die so viele staunenswerte Entdeckungen gemacht hat. Lange Zeit ist es her, da habe ich mit meinem Mann, meiner Tochter und meinem Schwiegersohn an Radioaktivität geforscht. Wie ich dazu kam? Tja, zunächst einmal war ich schon in der Schulzeit immer von den Naturwissenschaften begeistert. Da es zu dieser Zeit an polnischen Universitäten für Frauen noch nicht möglich war, ein Studium zu absolvieren, verliess ich meine Heimat. An der Pariser Sorbonne vertiefte ich mich in meine Studien der Mathematik und Physik. Dort lernte ich auch meinen Mann kennen, Pierre Curie, mit dem ich gemeinsame Forschung betrieb. 
Unser Interesse als gemeinem Forscherteam galt der von Henri-Antoine Bequerel entdeckten Strahlung aus Uraniumsalzen. Ich wollte unbedingt weitere Substanzen entdecken, die diese geheimnisvollen Strahlen aussenden – und natürlich möglichst auch erklären, was da vor sich ging.  
 
Das ist dann wohl mein Stichwort… Bonjour, je m appele Henri Antoine Bequerel 
und ich bin, wie die Curies, Physiker in der schönen französischen Nation. Gemeinsam mit ihnen habe ich den Nobelpreis der Physik erhalten. Ich wurde ausgezeichnet für die Entdeckung der Bequerel-Strahlen beziehungsweise – wie wir sie später nennen würden – der natürlichen Radioaktivität. Meine Forschungen galten eigentlich einer ganz anderen Art von Strahlung, die kurz zuvor entdeckt worden war: Nämlich den Röntgenstrahlen. Ich nahm an, dass Röntgenstrahlung als Begleiterscheinung von Fluoreszenz entstehe und experimentierte mit eingewickelten Fotoplatten, die auf Uransalz lagen, sowie Sonnenlicht. 
Da jedoch an diesen Tagen die Sonne nur zeitweise schien, führte ich die geplanten Versuche nicht aus, sondern legte die Plattenbehälter zurück in eine dunkle Schublade, wobei ich das Uransalz auf ihnen liegen ließ. Da nun die Sonne auch an den folgenden Tagen nicht schien, entwickelte ich am 1. März die photographischen Platten in der Erwartung, sehr schwache Bilder zu bekommen. Im Gegensatz zu meinen Erwartungen erschienen aber die Silhouetten in sehr großer Intensität. Sofort erkannte ich, dass ich eine neue Strahlung, unabhängig der Sonneneinwirkung, entdeckt hatte. Und diese Strahlung konnte nur vom Uransalz ausgesandt worden sein. 
So weit, so gut: Ich hatte also eine neue Strahlung entdeckt. Die weitere Forschung daran überliess ich dann dem Ehepaar Curie. Obwohl… Ganz sein lassen konnte ich es auch nicht: 1899 wies ich die magnetische Ablenkbarkeit von Betastrahlung nach. Ich stellte damit fest, dass Betastrahlen nichts anderes als schnell bewegte Elektronen sind. 
 

Die Einheit Becquerel  
Verschiedene physikalische Grössen können radioaktive Strahlung beschreiben, dabei beziehen sich diese entweder auf die Strahlungsquelle oder auf den Körper, der radioaktiver Strahlung ausgesetzt wurde. Eine der wichtigsten Grössen ist die Aktivität: Sie beschreibt die Intensität der Strahlungsquelle bzw. der strahlenden Körper und gibt an, wie viele Atomkerne in einer bestimmten Zeit zerfallen sind. Dabei gilt: Wenn ein Kernzerfall je Sekunde auftritt, hat der Körper eine Aktivität von einem Becquerel. (1 Bq = 1 s)  
1 g Radium hat eine Aktivität von etwa 37 Mrd. Becquerel.  
Das heisst: in einer Sekunde zerfallen 37 Milliarden Atomkerne und geben dabei radioaktive Strahlung ab. (Die Aktivität von 1 g Radium wurde früher als normierte Einheit für radioaktive Aktivität genutzt und als 1 Curie (1 Ci) benannt. Sie erwies sich aber als für wissenschaftliche Zwecke ungeeignet.)

 
 
Danke, Monsieur, vielen Dank! Grossartige Leistung, Bravo! Ihre Anerkennung haben sie sich wahrlich verdient! 
Wie sie schon angedeutet haben, lag der Ball indessen wieder bei meinem Mann und mir. Trotz der Geburt meiner Tochter Irène forschte ich ehrgeizig weiter und untersuchte die gesamte Mineraliensammlung unseres Instituts. Dabei stiess ich auf weitaus stärkere und intensivere Strahlungen, die nicht von Uran oder Thorium herstammen konnten. Also machte ich mich auf die Suche und versuchte in mühevoller Kleinarbeit, Elemente zu isolieren. Dies gelang mir auch ein knappes Jahr später! Ich konnte ein neues Element identifizieren, das ich in Anspielung auf meine ursprüngliche Heimat Polonium taufte. Bald darauf ein weiterer Erfolg; die Entdeckung eines noch einmal stärker strahlenden Elementes. Radium! Sie wissen schon… „das Strahlende“. 
Mittlerweile war ich gefesselt im Forscherdrang. Ich liess mir meine Lebensversicherung auszahlen, um an noch mehr Uran zu kommen. In unserem Laboratorium arbeiteten Pierre und ich hart an der Erforschung dieser unsichtbaren Strahlung. Wobei der Begriff Laboratorium vielleicht etwas übertrieben ist: Man könnte es passender als einen Schuppen bezeichnen… Und dennoch, die in diesem elenden Schuppen verbrachten Jahre waren die besten, glücklichsten, einzig der Arbeit geweihten Jahre unseres Lebens. 
 
Ja, das waren wunderbare Jahre, meine Liebe. 
Was du jetzt noch ganz zu erwähnen vergessen hast: Dir verdanken wir auch den Begriff Radioaktivität. Ausserdem erhieltest du gleich zwei Nobelpreise. Den einen Preis, für Chemie, anlässlich deiner Entdeckung der radioaktiven Elemente Polonium und Radium. Und dann noch den Nobelpreis für Physik, zusammen mit Bequerel und mir. 
Mein – also Pierre Curies – Beitrag dazu war, dass ich die Gesetzmässigkeiten um die sogenannte Curie-Temperatur festhielt und daraus folgend das Curie-Gesetz aufstellte. Im Zuge dessen prägte ich den Begriff der Halbwertszeit. Wie soll ich das jetzt kurz erklären… 
Wir haben damals ja in… hmmm… etwas riskanten Selbstversuchen die physiologische Wirkung des Radiums erprobt. Dabei entdeckten wir, daß Radiumsalze dauernd Wärme entwickeln. Eine andauernde Entwicklung solcher Mengen von Wärme kann mit den uns vertrauten chemischen Umwandlungen nicht erklärt werden. Wenn wir den Ursprung der Wärmeentwicklung in einer inneren Umwandlung suchen, muss diese von einer viel tiefergreifenden Natur sein und einer Umwandlung des Radiumatoms zuzuschreiben sein. 
Diese Umwandlung erfolgt nach nachvollziehbaren Regeln: Etwa auch einer zeitlichen. So bestimmte ich den Begriff der Halbwertszeit als jener Zeitspanne, in der sich die Hälfte aller Atome einer gegebenen Grösse eines Elementes umgewandelt haben. 
Aber vielleicht könnte hier Irène eine eingängigere Erklärung finden… Wo ist sie überhaupt?  

Sie sollte schon hier sein…
Dann schau ich doch mal nach, wo sie sein könnte… 
 

Das Zerfallsgesetz 
Das Zerfallsgesetz besagt, dass sich instabile Atomkerne nach einer gewissen Zeitspanne um die Hälfte umgewandelt haben. Diese Zeitspanne wird Halbwertszeit genannt. 
Viele Gesetze in der Physik sind dynamische Gesetze. Beispielsweise die Newtonschen Gesetze, bei denen genau bestimmt wird, wie gross der zurückgelegte Weg oder die Beschleunigung des Objekts nach der Krafteinwirkung ist. Das Zerfallsgesetz hingegen ist ein statistisches (oder stochastisches) Gesetz. Es macht eine Aussage über die Gesamtheit der Atomkerne, die ein bestimmtes Zerfallsverhalten zeigen, und nicht über einen einzelnen Atomkern.  

Fortsetzung folgt 

(Alle im Text kursiv gesetzten Zeilen sind Originalzitate. Der restliche Text ist von Originalquellen inspiriert.)

Quellen und weitere Informationen: 
P. Curie, A. Laborde: Sur le chaleur dégagée spontanément par les sels de radium. Comptes rendus de I'Academie des Sciences, Paris 1903
H. Bequerel: Sur les radiations invisibles emises par les corps phosphorescents. Comptes Rendus 1896, 122, 420–421