## 2. Marie en Pierre Curie & Becquerel

###

### 2.1 Marie en Pierre Curie, Becquerel

Over al het werk dat ons een idee heeft opgeleverd over het bouwplan van de atomen kun je een spannend verhaal vertellen. Het lijkt soms op een detective waarbij allerlei dwaalwegen worden bewandeld en dingen gedaan die achteraf erg stom lijken. Maar dan hebben we wel makkelijk praten.

Mooie voorbeelden zijn het werk van Röntgen en van Becquerel. Voorbeelden overigens van dwaalwegen die leidden naar iets heel anders dan waarnaar ze op zoek waren. Geen voorbeelden van stommiteit; in tegendeel: deze mensen letten goed op en hielden hun ogen en hersens open voor onverwachte verschijnselen.

Jullie gaan dat zelf na voor Becquerel. Maar je komt dan vanzelf Röntgen nog even tegen. Sta daar maar niet te lang bij stil

Ja, en dan zijn er de Curies. (Het woord curieus komt daar niet van, maar vooral Marie is wel heel bijzonder.)

Becquerel en de Curies kregen samen in 1903 de Nobelprijs voor de natuurkunde.

### Marie Curie en radioactiviteit 1867-1934

In 1898 ontdekte Marie Curie, samen met haar man, de begenadigde natuurkundige Pierre Curie, twee nieuwe elementen die ze radium en polonium noemde. Ze begreep dat de ongebruikelijke eigenschappen van deze radioactieve elementen die ze uit het mineraal pekblende had weten te isoleren, eerder toe te schrijven moesten zijn aan atomaire reacties dan aan chemische processen. Deze ontdekking effende het pad voor de theorie van radioactief verval, wat uiteindelijk zou voeren tot de moderne kernfysica. Marie Curie was, volgens Abraham Pais, 'een gedreven, welhaast obsessieve persoonlijkheid die als de belangrijkste grondlegger van de radiochemie moet worden gezien'.

Marie Curie werd geboren als Marya Sklodowska op 7 november 1867 te Warschau als de jongste van vijf kinderen van Wladislaw en Bronislawa Sklodowski. Haar vader was van vervallen adel en leraar natuurkunde; haar moeder was ooit directrice van een kostschool, maar leed aan tuberculose en deze ziekte had haar behoedzaam gemaakt in het uiten van fysieke affectie jegens haar kinderen. De dood van haar gelovig katholieke moeder veroorzaakte bij de toen tienjarige Mania, zoals Marya thuis genoemd werd, een diepe depressie; zij keerde zich af van religie en werd een overtuigd atheïste.

De opleiding van Marya is de triomf van de vastberadenheid. Het deel van Polen waar de Sklodowski's woonden, was toen een provincie van Rusland en de Poolse cultuur werd onderdrukt; haar vader werd in 1873 wegens zijn anti-Russische uitingen ontslagen. Marya kreeg geen beurs om verder te studeren, hoewel haar studieresultaten uitstekend waren, omdat in Polen geen vrouwen op de universiteit werden toegelaten. Ze nam een baan aan als gouvernante, waarbij ze haar zuster Bronislawa (Bronia), die in Parijs geneeskunde studeerde, financieel steunde. In haar vrije tijd verkeerde Marya in kringen van de subversieve, clandestiene en feministische 'vrije universiteit'. In 1891 kon haar zuster haar naar Frankrijk laten overkomen. Levend op thee en brood studeerde Marie twee jaar later als eerste vrouw en bovendien cum laude af in de natuurkunde aan de Parijse Sorbonne; een jaar later haalde ze haar graad in de wiskunde. Ze was verlegen en deed zich weinig moeite om vrienden te maken; toch trok ze de aandacht van menig minziek jongmens. Toen een door haar afgewezen aanbidder een halfhartige zelfmoordpoging deed met een opiumpreparaat, merkte ze droogjes op dat hij zijn prioriteiten niet juist had gesteld.

Hoewel haar oorspronkelijke ambitie was terug te keren naar Polen, overtuigde een kortstondig bezoek aan haar vaderland in 1894 haar van de zinloosheid van dit streven. Ze besloot in Frankrijk te blijven, waar ze Pierre Curie reeds had ontmoet. Deze was acht jaar ouder dan zij en hoofd van het laboratorium van de École de Physique et Chimie. 'We begonnen een conversatie die spoedig vriendschappelijk werd,' schreef Marie jaren later. Tussen zijn overtuigingen en de mijne was er, ondanks de grote verschillen tussen onze vaderlanden, een verrassende overeenkomst...' Zij trouwden in 1895 voor de burgerlijke stand en wisselden niet eens trouwringen uit - bij wijze van huwelijksreis maakten zij een tocht per fiets door het platteland. Het echtpaar betrok een appartement in de Rue de la Glacière dat op aandringen van Marie spaarzaam gemeubileerd werd, omdat zij niet van huishoudelijk werk hield.

Ten tijde van zijn huwelijk was Pierre Curie, geboren op 15 mei 1859 te Parijs, een gerespecteerde, hoewel onderbetaalde geleerde. Hij had in 1880 samen met zijn broer Paul Jacques Curie (1855-1941) het piëzo-elektrisch effect ontdekt, het verschijnsel dat geschikte kristallen onder invloed van vormveranderingen elektrische spanningen afgeven. Tevens had hij het magnetisme bestudeerd en zijn doctoraalscriptie Magnetische eigenschappen van lichamen bij verschillende temperatuur vormde een belangrijke bijdrage op dit gebied. De temperatuur waarboven een materiaal geen magnetisme meer vertoont, noemt men naar hem de Curie-temperatuur. Hij werd hoog geschat door Lord Kelvin, maar was volkomen gespeend van ambitie en had een zacht karakter. Marie schreef eens: 'Je kunt met hem niet in een dispuut raken, want hij kan niet kwaad worden.'

De ontdekking van de X-stralen in 1895 door Wilhelm Röntgen (1845-1923) en de onderzoekingen van Henri Becquerel (1852-1908) van de 'emanaties' van uraan zouden bepalend worden voor Maries carrière. In 1897 besloot ze de Becquerel-straling tot haar promotie-onderwerp te maken. Eerst onderzocht ze de andere bekende elementen en ontdekte aldus dat ook thorium actief was; het scheen haar toe dat de Becquerel-straling geen toevallige curiositeit was, maar een fenomeen van brede natuurkundige aard en zij stelde voor dit radioactiviteit te noemen, letterlijk 'stralingsactief’. Ze onderzocht talrijke mineralen en ontdekte dat pekblende, een mineraal dat al eeuwenlang werd gedolven in het Duitse Joachimsthal, een grote activiteit vertoonde, die niet toegeschreven kon worden aan het gehalte aan uraan en thorium Op 12 april 1898 publiceerde Marie haar vermoeden van het bestaan van een ander, nieuw element. Pierre zag meteen het belang van deze ontdekking en liet zijn eigen werk in de steek om verder met Marie samen te werken.*

* Terecht stelt Maries dochter Eve in haar innige memoires Madame Curie: 'We kunnen en moeten ook niet trachten te ontdekken wat, gedurende die acht jaren, door madame Curie werd ontdekt en wat door haar man. Dit zou het echtpaar zelf niet hebben gewenst... Zelf schreven ze altijd: Wij hebben gevonden., wij hebben waargenomen...' Van hen blijft Pierre echter meer de natuurkundige; Marie richt zich in die tijd vooral op het scheikundige werk.

Het werk van de Curies voor het isoleren van de radioactieve componenten uit pekblende is een wetenschappelijke legende. In een lekkende schuur werkten ze dag en nacht waarbij zij, zoals Marie later schreef 'buitengewoon gehandicapt waren door het gebrek aan een goede werkplaats, gebrek aan goede werkomstandigheden, gebrek aan geld en gebrek aan personeel'. Niettemin en ondanks het uitputtende werk 'ijsbeerden we op en neer en spraken over ons werk, dat van nu en morgen. Als we het koud kregen, vrolijkte een kop thee ons op. We leefden in een roes.' Al spoedig vonden ze een metaalachtig element dat enigszins verwant scheen aan bismuth en dat Marie voorstelde polonium te noemen, naar haar vaderland. In december 1898 vonden ze het belangrijke radium, een chemische verwant van barium. Actinium werd in 1900 ontdekt door André Louis Debierne (1874) die met de Curies samenwerkte.*

* In de natuur komen drie radioactieve zware isotopen voor: uraan-238, uraan-235 en thorium-232. Deze vervallen langzaam (halveringstijd enkele miljarden jaar) via alfaverval, waardoor de kernlading en de kernmassa verminderen. De nieuw ontstane kernen (dochterkernen) zijn veel radioactiever dan de moeder-kern en vervallen zelf weer, sommige in een fractie van een seconde, andere zoals radium-226 met een halveringstijd van 1620 jaar. Uiteindelijk vervallen alle tussenproducten tot stabiele isotopen van lood: lood-206, lood-207 en lood-208. In mineralen die uraan of thorium bevatten, treft men dus ook altijd wat van de vervalproducten aan en het waren deze stoffen die de Curies wilden isoleren. Het gaat in totaal om 43 isotopen van 9 elementen met zeer uiteenlopende en toen gedeeltelijk nog volkomen onbekende chemische eigenschappen (tussen haakjes het atoomnummer): uraan (92), protactinium ((91). thorium (90),actinium (89), radium (88), radon (86), polonium (84), bismuth (83) en lood (82). Het edelgas radon ontsnapte tot 1910 aan de chemische analyses en werd ontdekt door Sir William Ramsay (1852-1916); protactinium werd pas in 1917 door Otto Hahn (1879-1968) en Lise Meitner (1878-1968) ontdekt. De radioactieve elementen francium (87) en astaat (85) komen niet in de natuurlijke vervalreeksen voor. De vervalreeks van thorium en de natuurkundige aspecten van de radioactiviteit werden voornamelijk ontsluierd door Frederick Soddy en Ernest Rutherford [19], zie verder aldaar.

In 1900 vatten de Curies hun werk samen in een bijdrage voor het internationale natuurkundecongres. Ze eindigden met de grote vraag die radioactiviteit opwierp: 'Wat is de energiebron voor de Becquerel-straling? Komt deze vanuit de radioactieve substanties of van daarbuiten?' Het was duidelijk dat radioactieve stoffen energie afgaven en er waren geleerden die begonnen te twijfelen aan de wet van behoud van energie. Het was de overtuiging van Marie dat de geheimzinnige energiebron van binnen de atomen kwam en niet van enige chemische reactie. 'Uitgaande van deze boude hypothese,' schreef Rosalynd Pflaum, een van haar biografen, 'werden de mysterieën van het atoom geopenbaard toen de 20e eeuw zich ontplooide.' Pierre en Marie Curie kregen in 1903 samen met Becquerel de Nobelprijs voor natuurkunde, maar niet nadat Pierre een intensieve lobby had gevoerd ten gunste van zijn vrouw, want eerst had men de prijs slechts aan hem willen toekennen. Het echtpaar werd meteen wereldberoemd.

Op 19 april 1906 overleed Pierre, inmiddels hoogleraar aan de Sorbonne en lid van de Académie des Sciences, bij een tragisch verkeersongeluk waarbij een kar over hem heen reed en zijn schedel verbrijzelde. Marie nam Pierres post over en werd de eerste vrouwelijke hoogleraar aan de Sorbonne (officieel vanaf 1908). Haar inaugurele rede, uitgesproken na een bezoek aan Pierres graf, was een grote persoonlijke kwelling. In 1911 lopen de gemoederen in Parijs hoog op als zij als eerste vrouw wordt voorgedragen als lid van de Académie des Sciences; in haar plaats wordt de niet onverdienstelijke natuurkundige Edouard Branly (1846-1940) gekozen. Spoedig daarna kreeg Marie Curie de Nobelprijs voor chemie voor haar ontdekking van het element radium. In haar Nobel-lezing eiste zij de prioriteit van deze ontdekking op. 'De geschiedenis van de ontdekking en isolatie van deze substantie verschafte het bewijs van mijn hypothese,' verklaarde zij, 'volgens welke radioactiviteit een eigenschap van het atoom is en een methode kan leveren voor het opsporen van nieuwe elementen.' Zij alleen had, zoals ze verklaarde, de taak van het isoleren van radium uitgevoerd.

In Parijs breekt vervolgens een lastercampagne uit tegen haar, beginnend met een veronderstelde overspelige verhouding met Paul Langevin (1872-1946), een natuurkundige die in Pierres laboratorium gewerkt had aan de opheldering van de temperatuurafhankelijkheid van het magnetisme. De linkse sympathieën van Marie, haar Joods-Poolse achtergrond en haar loopbaan vormen het mikpunt van wat alleen als een reactionaire uiting van collectieve onvrede met de veranderingen in de maatschappij gezien kan worden.

Gedurende de Eerste Wereldoorlog was Marie Curie uiterst actief en patriottisch. Ze ontwikkelde het gebruik van X-stralen voor medische doeleinden en hielp bij het oprichten van permanente en mobiele (voor het leger) radiologische posten en bij de opleiding van het personeel daarvoor. Na de oorlog richtte ze het Radium Instituut te Parijs op en was een prominente figuur in Franse wetenschappelijke kringen. Ze ontving menig eerbetoon tijdens haar bezoeken aan de Verenigde Staten in 1921 en 1929, waarbij haar één gram zuiver radium werd geschonken, wat toen een fortuin waard was. In 1922 werd ze als eerste vrouw in de academie van geneeskunde gekozen; in 1923 kreeg ze een levenslang staatspensioen.

Het gevaar van radioactieve straling was onbekend toen de Curies met hun werk begonnen en ze gingen geheel zorgeloos met de materialen om. Eens droeg Pierre een reageerbuis met een radiumoplossing in zijn borstzak; de brandwonden die hij daaraan overhield, geneesden opvallend langzaam. Marie bewaarde soms lichtgevende substanties bij haar bed en beiden leden af en toe aan wat nu stralings- ziekte wordt genoemd. Later kreeg Marie ernstige lichamelijke klachten die zij zoveel mogelijk verborgen trachtte te houden. Haar notitieboeken uit het lab zijn ook heden ten dage nog gevaarlijk radioactief.

Als moeder was Marie Curie in het openbaar net zo afstandelijk jegens haar dochters Irene en Eve als haar eigen moeder jegens haar was geweest, maar ze was wel degelijk sterk betrokken bij de meisjes. Irene Curie (1897-1956) werd ook natuurkundige en kreeg in 1935 de Nobelprijs voor chemie voor de ontdekking van de kunstmatige radioactiviteit door bestraling van zware elementen met neutronen. Marie Curie stierf op 4 juli 1934 aan leukemie, die niet los gezien kan worden van haar langdurige blootstelling aan stralingsdoses. Zij werd begraven in dezelfde tombe als Pierre Curie op het kerkhof van Sceaux. Haar naam leeft in de natuurkunde voort in die van het kunstmatige element met atoomnummer 96 (Curium) en in de eenheid curie, een maat voor radioactieve stralingsdosis.

### Leer iets over het leven van Becquerel en het echtpaar Curie

Over deze drie mensen staat heel veel op internet.

Marie verdient misschien nog wat extra aandacht. Haar gedrevenheid en intelligentie waren zo groot, dat zij een van de grootste natuurkundigen werd die we kennen. En dat in een tijd dat het voor een vrouw helemaal niet vanzelf sprak dat ze zich met zulk werk bezig hield.

### 2.2 Filmpjes en aanvullende informatie.

Bestudeer de onderstaande filmpjes en informatie & beantwoord de vragen die hierbij staan.

Radioactiviteit:

http://adcs.home.xs4all.nl/Deeltjes/decay_start.html

Marie & Pierre Curie deel 1:

Marie & Pierre Curie deel 2:

Marie & Pierre Curie deel 3:

Curie & Becquerel