放射能と放射性物質

【要旨・解説】
1896年2月24日の科学アカデミー例会の講演録．写真乾板を黒い厚紙で覆い，その上に燐光物質(ウラン化合物)を置いて日光に当てると，乾板が感光する．従って，燐光物質は厚紙を透過する光線を放出している，という報告である．この時点ではまだ光線の発生には日光の存在が必要であると考えている．わずか28行であるが，放射能の存在の可能性を初めて記した論文である．

原文 和訳

図2. 現像した写真乾板．燐光物質を置いたところが黒化している．下は十字型の金属を置いたもの．Becquerelの実験記録に残された署名入りだが，この写真は論文には掲載されていない[3]．

【要旨・解説】
1896年3月2日付の科学アカデミー例会の講演録．前報を追試すべく実験の準備をしたが，天候不良のため日光に当てることができず，燐光物質を写真乾板の上に載せたまま机の引きだしにしまっておいたが，これを現像してみると，予想に反して写真乾板が強く黒化していた（図2）．このことから，ウラン化合物は日光の有無にかかわらず，自発的に未知の光線を放出していると考えるにいたったことが記されている．放射能発見の瞬間である．これを確認したのはこの発表の前日，3月1日であった．

これに続く第3報は3月9日付で，奇しくもレントゲンの第2報と同日であるが，内容も検電器を使って未知の光線の電離作用を検証している点で合致している点は興味深い．

原文 和訳

【要旨】ベクレルが放射能を発見したウラン以外にも放射線（ベクレル線）を発生する物質がないか，様々な物質による空気の電離を測定した．ウラン化合物は活性が高く（＝ベクレル線が強く），また一般にウラン含有量が多いほど高い．トリウム化合物の活性は非常に強く，特に酸化トリウムは金属ウラン以上である．さらにウラン化合物の中でも，瀝青ウラン鉱（ピッチブレンド）などのようにウラン自体より活性が高いものがあり，ウランより活性の高い元素を含んでいることが示唆される．

【解説】フランス科学アカデミー週報1896年4月12月号．トリウム鉱石が，ウラン鉱石より強いベクレル線(ウラン線)を発生していることを証明し，ベクレル線がウランに固有のものではないことを示した．さらにある種の鉱石からは，そのウラン，トリウム含有量から期待されるよりも強いベクレル線が出ていることから，さらに強力な放射線を放出する未知の元素が含まれていることを予測しており，これは次報でのポロニウム発見の布石となる．物質から出るベクレル線の強さをactivité(活性)と表現しているが，まだradio-activité(放射能)という言葉は使っていない．なお著者名は，キュリー夫人の旧姓 (Marya) Sklodowskaと夫Pierre Curieの姓から成っており，Pierreとの結婚後の論文としては唯一の単著である．なお，トリウムの放射線についてはこの直前にドイツの物理学者Gerhard Schmidtが報告しており，優先権は得られなかった[8]．

原文 和訳

【要旨】前報で瀝青ウラン鉱（ピッチブレンド）などある種の鉱石が，含有するウラン，トリウムよりも強いベクレル線を放出する未知の物質を含んでいることを示唆した．そこで瀝青ウラン鉱からこの物質の分離を試みた．精製の過程では，生成物が空気を電離する性質を検電計で測定してその目安とした．硫酸，硫酸アンモニア，硝酸で順に処理することにより，ウランの400倍強力な物質を得た．化学的にはビスマスに類似した元素で，著者のひとりの祖国に因みポロニウムという名称を提唱する．

【解説】1898年7月18日号．前報の3か月後に発表されたもので，前報の予測に違わず瀝青ウラン鉱から新元素ポロニウムを分離した報告である．分離精製にあたっては，酸や塩基を加えて分別結晶化した沈澱物を作り，放射能が存在する分画を確認することを繰り返す，現在でいう放射化学（radiochemistry）の方法を駆使している．この論文で初めて radio-active（放射性）という言葉が登場する．Pierre と Marieの共著であるが，Marieの名前には前報と同じく旧姓が使われている．

原文 和訳

【要旨】前報では瀝青ウラン鉱からビスマスに類似した新元素ポロニウムの分離を報告したが，これとは異なる第2の新元素を発見した．これは化学的にはバリウムに似ており，ウランの900倍の放射能を有する．専門家にスペクトル分析を依頼し，既知のいずれの元素とも一致しない輝線を見いだした．この新元素にラジウム（radium）の名称を提唱する．ウラン，トリウム，ポロニウム，ラジウムを含む化合物は，空気を電離し，写真乾板を感光し，白金シアン化バリウムから燐光を発生するが，エネルギー源なしに動作しており，熱力学の法則に反するように思える

【解説】1898年12月26日号．ポロニウム発見の前報の5か月後，2つ目の新元素ラジウムの発見を告げる論文である．本稿でも引き続き radio-active （放射性）という言葉が頻用され，さらに本稿で初めてradio-activité（放射能）という言葉が登場する．この時点で，ウラン，トリウム，ポロニウム，ラジウムという4つの元素が放射能を持つことが明らかとなったわけであるが， 中でもラジウムは強力で，その後の物理学，医学の発展に大きな役割を果たすことになった．最後にひとこと，エネルギー源に関する疑問が提示されている．Curieらは空間に普遍的に存在する宇宙線のような外部エネルギーによるものと考えていたらしいが，これが原子核に内在する核エネルギーに由来することが明かとなるにはさらに数年後，Rutherfordの研究を待つ必要があった．

本稿の著者は，Pierreが筆頭で，Marie Curieは，Pierre Curie夫人(Mme)と記載されている．3番目の著者G. BémontはPierreの共同研究者である．ラジウムのスペクトル解析を専門家のDemarçayに依頼しているが，その論文が直後に掲載されており，バリウムとは異なる新元素と考えられるスペクトル線の存在を報告している．

しかしこの後，ラジウムの精製分離は困難を極め，劣悪な環境の実験室で，数トンものピッチブレンドを大釜で加熱，化学処理を繰返し*，わずか120mgの塩化ラジウムを手にしたのは1902年，電気分解法により金属ラジウムを手にしたのは1910年のことであった．

* 1898年の時点でキュリーが手にしていた物質は，大部分がバリウム塩で，ラジウムの含有量は痕跡的なものであった．この後，大量のピッチブレンドを炭酸ナトリウムで煮沸して炭酸塩とし，塩酸，硫酸を加えて硫酸バリウム･ラジウム混合塩を沈澱分離，ここからさらに溶解度の差を利用する晶析分離法によって両者を分離して最終的に塩化ラジウムを得た[9,10]．晶析分離法は化学分析の手法として確立したものであったが，抽出の各段階で得られる試料分画の検定に，従来の秤量法や分光分析法に替えて電位計による放射能測定を用いたのはキュリーが初めてある[10]．

原文 和訳

【要旨･解説】Marie Curieの博士論文である．世界で最も読まれ，最もインパクトのある学位論文であると言われている．本稿は1904年刊であるが，学位授与は前年1903年6月で，同年12月にHenri Becquerel, Pierre Curieとともに第3回ノーベル物理学賞を受賞している．全4章から成る．冒頭に歴史的背景として，Becquerelがウラン塩の蛍光性が露光と無関係であり，ウラン線(ベクレル線)を放出していることを発見したことが述べられている．

第1章では，ウラン鉱石が放出するベクレル線の強度を，圧電効果を利用した検電計による電流値として測定し，ウラン鉱石に含まれる様々なウラン化合物，トリウム化合物が異なる強度のベクレル線を放出していることを示している．この測定装置は物理学者Pierre Curieが発明したもので[7]，放射能を精密に定量できるという点でこの研究には必須の測器であった．様々な物質，鉱物を測定したが，ウラン，トリウム以外に放射能をもつ物質を発見できず，ウラン，トリウムが最も強い放射能をもつと考えた．しかしピッチブレンドなどある種の鉱石は，金属ウランの4倍の放射能を有することから，強力な放射能を有する新たな物質を含有している可能性が高いと考えられた．

第2章では，この新たな放射性物質をピッチブレンドから抽出する過程が詳述されている．新たな放射性物質としてはポロニウム，ラジウム，アクチニウムの名前がいきなり登場するが，これは先行論文に既述のものである．冒頭に，数年来ラジウムとポロニウムの分離に傾注しているが，前者に成功したのみであるとしている．オーストリア政府の厚意でヨアヒムシュタールのウラン尾鉱数トンを入手した．分離工程は専ら化学反応を利用するもので，鉱石を粉砕し，硫酸，塩酸，炭酸ナトリウムで順に処理し，上清を捨てて沈澱物に硫酸化合物を得る．これをさらに塩酸，硫化水素，炭酸ナトリウムなどで処理して，鉱石1トンから約8kgの塩化ラジウム，塩化バリウムの混合物が得られる．最後はこれを溶解度の差によって分別する，現在でいう晶析分別法にかけ，鉱石数トンから数dg (数百mg)のラジウムを得た．いずれの工程でも，各分画の放射性物質の存在を検電計で計測すると同時に，必要に応じてスペクトル分析を加えてその存在を確認している．こうして得られたラジウムの原子量を225としている(現在の知識では平均226)．

第3章では，ラジウムが放出する放射線(ベクレル線)の性質を分析している．主な分析法は，検電計による電気的方法であるが，蛍光法や写真乾板を利用した写真法についても言及している．数年前にRutherfordが既にα線，β線，γ線を区別しているが，なお陰極線とβ線が明確に区別されていないため多少混乱がある．冒頭でラジウムの放射線にはこのすべてが含まれており複雑であるとしており，その後，磁場，電場の影響，物質透過性，電離作用，蛍光作用，発熱作用，化学作用などを検討している．生理学的作用については1頁弱が割かれているのみであるが，皮膚に発赤を来たすこと，Pierre Curieが実験的に腕に10時間貼付したところ，治癒に4ヵ月を要したとしている．また光覚を刺激すること，脳，脊髄の障害により動物が死亡したという実験を引用している．

第4章は，誘導放射能を扱っている．ラジウムの近傍に置いた物質が一過性に放射性を帯びることをさしており，Rutherfordはこれをラジウムが放出する放射性の気体，エマネーション(現在の知識ではラドン)によるものとした．ここでは，ラジウムを閉鎖空間に置いて気流の影響を除去したり，加熱，溶解するなどの実験を行っているが，その成因について結論が得られていない．この問題が解決するには，Rutherford ，Soddyによる原子核壊変，放射性同位体の概念の確立を待つ必要があった．この中に，放射性粉塵のために研究室の空気，器材，衣類がすべて放射性になるので，分析機器を研究室にもちこまないという注意が述べられているが，健康被害の可能性については全く言及されていない点は注目される．

最後に「放射能現象の本質と原因」として，放射性物質のエネルギー源について簡略に論じらている．エネルギーが物質内で生成されているのか，あるいは外部エネルギーによるものかという議論である．既に第3章でラジウムの発熱を述べるに当たって，発熱は通常の化学変化では説明できず，ラジウム原子自体の緩徐な変化によるものとする可能性を述べ，それであればそのエネルギー量は，我々が知るところを凌ぐ大きさであると的確にの予測している．この最終章では，やはり原子の変換によるものである可能性が高いとしつつも，太陽エネルギーなど外部のエネルギー源，あるいは周囲の環境の影響などに含みを残している．

原文 和訳