I. EL DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD
EN ESTE libro se rese�a la historia de la radiactividad; su descubrimiento, hace menos de un siglo, fue el origen de un desarrollo cient�fico extraordinario en el campo de la f�sica y la qu�mica, y en particular en el conocimiento del �tomo y la materia. Anteriormente a este descubrimiento y durante mucho tiempo, se dio escasa o ninguna importancia al conocimiento de la materia, a la forma en que est� constituida y a sus componentes. El �tomo significaba poco o nada a�n a la mayor�a de las personas que vivieron hace s�lo 50 a�os. Dem�crito, quien naci� aproximadamente en el a�o 470 a.C., fue el primer hombre que pens� en el �tomo. Conjetur� que la materia de la naturaleza deb�a de estar formada por part�culas muy peque�as, indivisibles e invisibles, a las que llam� "�tomos" y que consider� indestructibles. Supuso que los �tomos de cada elemento eran diferentes en tama�o y forma y que eran esas diferencias las que hac�an que cada elemento tuviera diferentes propiedades. Esta manera de pensar, que ahora parece de gran actualidad, no trascendi� en su �poca.
Los fil�sofos griegos no comprobaban experimentalmente sus teor�as, sino que llegaban a sus conclusiones por razonamientos sistem�ticos; y en parte fue debido a esto que los escritos de Dem�crito desaparecieron y s�lo quedaron fragmentos de ellos. Pero hubo otra raz�n por la que fue olvidado, y esa raz�n fue la teor�a de Arist�teles sobre la materia. Arist�teles cre�a que la materia estaba formada por sustancias b�sicas llamadas "elementos": fuego, aire, tierra y agua, que, a diferencia de los �tomos, s� se pod�an ver y se pod�an sentir por el tacto. Las ideas de Arist�teles tuvieron m�s peso que las de Dem�crito y gobernaron el conocimiento sobre la materia por casi 2 000 a�os.
A mediados del siglo XVII un franc�s, Pierre Gassendi, pens� nuevamente
en los �tomos. Las ideas de Arist�teles estaban tan afianzadas en la mente de
los escol�sticos de esa �poca, que las obras de Gassendi no fueron publicadas
hasta despu�s de su muerte, cuando ya no pod�an causarle da�o. Posteriormente,
los grandes cient�ficos europeos empezaron a creer cada vez m�s que toda la
materia estaba formada por �tomos tan peque�os que resultaban invisibles.
Ya en la �ltima d�cada del siglo pasado se conoc�a el electr�n, y el alem�n Roentgen hac�a experimentos con la luz fluorescente producida por los electrones. Construy� la pantalla fluorescente, una pieza de cart�n pintada con cierto compuesto qu�mico de bario, de alta fluorescencia. Un d�a Roentgen descubri� que la pantalla brillaba aun cuando los electrones en ese momento no pod�an llegar hasta ella. Se dio cuenta de que la fuente que ten�a era el origen de otra nueva clase de rayos que penetraban el cart�n; luego colg� una hoja de metal entre el tubo y la pantalla de metal y sigui� observando fluorescencia, aunque menos intensa. Despu�s meti� su mano entre el tubo y la pantalla. Lo que vio debi� de asustarlo sobremanera: en la pantalla se ve�a el esqueleto de una mano. Al mover su mano el esqueleto se mov�a. Roentgen estaba viendo el esqueleto de su mano en vida. Fue enorme el impacto que caus� el descubrimiento de estos rayos, que �l llam� X por desconocer de qu� se trataban. No debe, pues, sorprendernos que en esa �poca mucha gente se dedicara a estudiarlos. Este descubrimiento nos acerca al prop�sito de nuestro libro, que es la radiactividad.
Iniciemos nuestra historia con dos personajes que ser�n el origen de nuestro relato sobre la radiactividad; �stos son Martin Heinrich Klaproth, cient�fico alem�n, y Joens Jakob Berzelius, qu�mico sueco. El primero descubri� a fines del siglo XVIII el elemento uranio, y el segundo fue el descubridor del elemento tono, a principios del siglo XIX.
Klaproth separ� en 1789 del mineral pechblenda el uranio, que es un polvo negro. A pesar de que desde entonces se encontr� que sus propiedades qu�micas eran muy diferentes a las de los elementos conocidos, durante mucho tiempo se le consider�, sin embargo, como un elemento de poca importancia y se utilizaba en raras ocasiones.
En esa �poca Klaproth se impresion� profundamente con el descubrimiento del planeta Urano, por lo que bautiz� el elemento reci�n descubierto por �l con el nombre de uranio.
Mucho tiempo despu�s, en 1818, Joens Jakob Berzelius descubri� el torio al separarlo de un mineral conocido actualmente como torita. Ni Klaproth ni Berzelius sospecharon que los elementos descubiertos por ellos llegar�an a ser tan importantes en el desarrollo del conocimiento de la ciencia y mucho menos que emanaran radiaciones de ellos. Este descubrimiento fue realizado en el uranio por Antoine Henri Becquerel en 1896.
Este personaje de nuestra historia perteneci� a una familia cuyos miembros se distinguieron en la investigaci�n cient�fica en los campos de la qu�mica y la f�sica. Antoine Henri, hijo y nieto de dos cient�ficos notables, naci� en Par�s en 1852; estudi� en la Escuela Polit�cnica, donde despu�s fue profesor.
En Par�s, en 1896, Becquerel descubri� accidentalmente la existencia de unos rayos desconocidos que proven�an de una sal de uranio. Not� que al poner en contacto el compuesto de uranio con una placa fotogr�fica envuelta en papel negro, se produc�a el mismo efecto que si la placa estuviera en presencia de los rayos X. Le pareci� sorprendente que de las sales de uranio emanaran radiaciones que afectaban las placas fotogr�ficas cuando �stas se encontraban protegidas de la luz.
Becquerel pronto se dio cuenta de que las radiaciones provenientes del compuesto de uranio no eran originadas por una reacci�n qu�mica, y que al aumentar la concentraci�n del uranio en el compuesto qu�mico se velaba m�s r�pidamente la placa fotogr�fica que cuando la sal ten�a menos uranio. Adem�s, observ� que el efecto producido no depend�a de los otros elementos presentes en las sales de uranio. Todo esto lo hizo concluir que las emanaciones ur�nicas, como las llam�, eran independientes de la forma qu�mica en que se encontrara este elemento.
Era dif�cil para los cient�ficos creer que emanaran radiaciones del uranio; pero esto fue s�lo el principio: no sab�an que todo se complicar�a y que ser�a a�n m�s dif�cil explicar los fen�menos que se seguir�an descubriendo.
As� pues, transcurrieron 107 a�os entre el descubrimiento del uranio (por Klaproth, en 1789) y el hallazgo de que de este elemento emana radiaciones; a partir de entonces los nuevos descubrimientos se desarrollaron con mucha rapidez. Pero no nos adelantemos a los hechos y sigamos conociendo a los personajes de esta historia.
Cuando Becquerel public� los resultados de sus investigaciones sobre los rayos provenientes del uranio, los esposos Pierre y Marie Curie, sus amigos, se interesaron mucho en este fen�meno tan misterioso. Madame Curie pens� que ese tema le ser�a �til para desarrollar su tesis doctoral, con que culminar�a sus estudios en la Universidad.
Pierre Curie naci� en Par�s, Francia, en 1859. Fue hijo de un m�dico, Eugène Curie. El ambiente familiar en el que se cri� le permiti� desarrollar sus aptitudes de observaci�n y de reflexi�n sobre los fen�menos naturales. La educaci�n que recibi� produjo sus frutos: fue bachiller a los 16 a�os, licenciado en f�sica a los 18 y a los 19 ayudante de laboratorio del profesor Desains en la Universidad de la Sorbona en Par�s. Con la ayuda econ�mica que le proporcionaba su modesto sueldo, pudo dedicarse a la investigaci�n cient�fica, que tanto le interesaba. Su hermano Jacques, quien tambi�n era f�sico, pronto anunci� el descubrimiento, que ambos hicieron, del fen�meno de la "piezoelectricidad", que permit�a medir con precisi�n peque�as cantidades de electricidad. Este fen�meno ser�a de gran utilidad en sus trabajos posteriores sobre la radiactividad. Posteriormente, dej� la Sorbona para trabajar como jefe de laboratorio en la Escuela de F�sica y Qu�mica de la ciudad de Par�s. All� continu� sus investigaciones, de gran importancia; entre otras cosas, descubri� lo que ahora se conoce como la ley de Curie sobre el magnetismo.
A pesar del gran entusiasmo con que Pierre Curie realiz� sus investigaciones, durante mucho tiempo no mostr� inter�s alguno por obtener t�tulos ni honores. No present� su tesis doctoral, basada en sus investigaciones sobre el magnetismo, hasta que cumpli� 36 a�os, y eso s�lo por la insistencia de su padre.
Pierre Curie conoci� en Par�s a Manya Sklodowska, quien en ese entonces estudiaba
en la Sorbona, y poco tiempo despu�s ser�a conocida en todo el mundo como Madame
Marie Curie. (Fig. 1.)
Figura 1. Pierre y Marie Curie acompa�ados por su hija Irène y por el padre de Pierre, el Dr. Eugène Curie.
Manya Sklodowska naci� en un antiguo barrio de Varsovia, Polonia, en 1867. Su madre hab�a sido directora de una escuela para se�oritas, y su padre profesor de f�sica y matem�ticas. Manya fue una ni�a muy precoz, en la escuela siempre fue la m�s peque�a de su grupo y adem�s la que obten�a siempre el primer lugar. La opresi�n zarista la condujo, como a muchos de sus compatriotas, a participar en una organizaci�n revolucionaria de estudiantes. Despu�s de muchas vicisitudes y cambios en su vida, decidi� seguir su vocaci�n cient�fica; as�, se traslad� a Par�s para ingresar en la Facultad de Ciencias de la Universidad de la Sorbona. Con muchas privaciones obtuvo su licenciatura en ciencias f�sicas y un a�o despu�s en ciencias matem�ticas. Fue en ese tiempo cuando Pierre Curie y ella se conocieron, y en el verano de 1895 contrajeron matrimonio.
Mientras Pierre Curie continuaba con sus proyectos de investigaci�n, Marie Curie empezaba a estudiar la radiactividad natural en diversos compuestos. Le interesaba investigar la posible existencia de otro elemento radiactivo en la naturaleza, y lo encontr�: el torio. Las propiedades de este elemento fueron descubiertas simult�neamente por el alem�n Gerhard Schmidt.
Marie present� un informe en el que hac�a constar que todos los compuestos de uranio y torio que hab�a examinado emit�an radiaciones. Los esposos Curie se dieron cuenta pronto de la importancia de estos experimentos y decidieron unir sus esfuerzos para investigar el fen�meno que produc�a las emanaciones de radiaciones de elementos como el uranio y el torio.
Todos los estudios que realiz� Madame Curie sobre estas radiaciones le permitieron obtener su doctorado en ciencias f�sicas en la Universidad de la Sorbona.
Los esposos Curie buscaron radiaciones ya no en los elementos puros, sino en los minerales de uranio en que este elemento est� mezclado con otros metales y minerales. Por alg�n tiempo midieron la intensidad de las radiaciones emitidas por los minerales de uranio. Algunas muestras emit�an radiaciones con una mayor intensidad que los compuestos de uranio puros. Sab�an que el uranio era s�lo parte del mineral que estaban estudiando y que el material estaba formado tambi�n por otros elementos. Exist�a, pues, s�lo una posibilidad: entre los materiales del mineral exist�a una sustancia que emit�a radiaciones con una intensidad mayor que el uranio.
Al iniciar sus estudios de un mineral de uranio llamado "pechblenda", Pierre y Madame Curie se dieron cuenta de que las radiaciones emitidas por este mineral eran m�s intensas que las que hab�an observado en los compuestos puros de uranio. As� pues, Madame Curie empez� a separar por procesos qu�micos todos los elementos. En cada paso del proceso de eliminaci�n su muestra se volv�a m�s peque�a, pero se daba cuenta que la intensidad de la radiaci�n emanada era mayor, quedando un producto cuyas radiaciones eran cientos de veces m�s intensas que las que emit�a el uranio; se dio cuenta, adem�s, de que las radiaciones emitidas eran capaces de atravesar el papel, la madera y hasta placas de metal.
Este producto conten�a un elemento qu�mico desconocido hasta entonces, que los Curie identificaron a mediados de 1898 y llamaron polonio, en honor de la patria de Marie.
Una vez separado el polonio de los residuos del mineral, �stos segu�an emitiendo radiaciones, por lo cual los esposos Curie concluyeron que deb�an de contener a�n otro elemento diferente al polonio y al uranio, pero con la misma propiedad de emitir radiaciones. Siguieron separando de estos residuos las fracciones de material que no desped�an radiaciones de aquellas que s� lo hac�an. Finalmente llegaron a encontrar, en el mismo a�o, el elemento desconocido que era la fuente de las radiaciones misteriosas, y lo den�minaron radio.
A la propiedad que poseen el radio y otros elementos inestables de emitir radiaciones espont�neamente al desintegrarse Marie Curie le dio el nombre de radiactividad.
La cantidad del compuesto de radio obtenido era tan peque�a y, adem�s, tan impura, que no se pod�an determinar sus propiedades; ni siquiera pudieron encontrar su peso at�mico. La �nica manera de resolver ese problema era purificar y concentrar una cantidad considerablemente mayor que la que ten�an de ese nuevo elemento. Para llevar a cabo este proyecto era necesario partir de una gran cantidad del mineral de pechblenda, que era su materia prima, tarea gigantesca que dar�a lugar a un sinn�mero de problemas tanto pr�cticos como te�ricos.
Pierre y Marie Curie consiguieron una tonelada de desechos de mineral de pechblenda. Esos desechos ya no ten�an uranio, el cual se hab�a eliminado previamente; pero all� se encontraba el radio todav�a, y los esposos Curie iniciaron los trabajos para obtenerlo en la forma m�s pura posible. La extracci�n del nuevo elemento a partir del mineral era muy compleja y parec�a m�s bien una labor industrial que de laboratorio cient�fico. Para llevarla a cabo se requer�a un local muy grande, equipado adecuadamente y con personal altamente especializado. Pero no contaban con ninguno de estos requisitos, y se lanzaron solos a esta haza�a en un cobertizo desprovisto de comodidades, que les hab�a proporcionado el director de la Escuela de F�sica y Qu�mica de la ciudad de Par�s. La mayor parte del trabajo qu�mico experimental fue realizado por Marie, ya que su esposo dedicaba m�s tiempo a la parte te�rica del trabajo y a la ense�anza. Marie efectuaba manipulaciones muy pesadas y en ocasiones manejaba hasta 20 kilogramos de materia prima.
Despu�s de reducir la tonelada del desecho del mineral a unas cuantas fracciones de gramo, encontraron que �stas emit�an cientos de miles de veces m�s radiaciones que el uranio puro, y que la intensidad del radio era tal que se ve�a su suave resplandor en la oscuridad. Los esposos Curie descubrieron, adem�s, que la muestra resplandeciente se manten�a a una temperatura ligeramente mayor que la del laboratorio.
Finalmente, lograron extraer un compuesto de radio de una tonelada de residuos de pechblenda. El proceso fue tan laborioso que se tardaron a�os en obtener una cantidad suficiente del elemento para determinar su peso at�mico y otras propiedades.
Como consecuencia de estos descubrimientos Pierre Curie fue invitado a Inglaterra a dar una conferencia sobre el radio, y tambi�n fueron condecorados �l y su esposa, en Inglaterra, con la medalla "Davy". En 1903, Pierre y Marie compartieron el premio Nobel de F�sica con su amigo Henri Becquerel.
Pero despu�s, en 1906, muri� Pierre Curie en un accidente, y la humanidad perdi� as� a uno de sus m�s grandes cient�ficos. Madame Curie, con el tes�n que la caracterizaba, continu� sus investigaciones y tom� el lugar que hab�a dejado su esposo. Desde el mismo a�o en que muri� su esposo ense�� las materias que �l daba, mereciendo con ello el honor de ser la primera mujer que impart�a c�tedra en la Sorbona. Recopil� todos los trabajos realizados hasta entonces, y en 1910 public� su famosa obra: Tratado de la radiactividad. Logr� aislar el radio en su estado m�s puro; fue un trabajo que requiri� mucho esfuerzo y habilidad, en virtud de las dificultades inherentes en el proceso. Por este trabajo, Marie Curie recibi� su segundo premio Nobel, en esta ocasi�n el de Qu�mica.
Madame Curie luch� con ah�nco para tener un laboratorio que respondiera a las necesidades de sus investigaciones: en 1914 se termin� la construcci�n del Instituto del Radio, pero en ese mismo a�o estall� la primera Guerra Mundial, y su inauguraci�n tuvo que esperar hasta el final de �sta. En este laboratorio se hicieron trabajos de gran prestigio.
Marie sigui� trabajando hasta el final de su vida con tes�n y entusiasmo, a pesar de que sus problemas de salud eran cada vez m�s graves; ya durante la primavera de 1934 no le fue posible asistir al laboratorio, y muri� a mediados de ese mismo a�o. Sus parientes, amigos y compa�eros de trabajo la acompa�aron hasta su �ltima morada, junto a la tumba de Pierre, en el cementerio de Sceaux.
