मेर क्युरीची गोष्ट

                      हा लेख खालील दोन पुस्तकांमधील लेखांच्या काही भागाचा स्वैर अनुवाद आहे.

१. The Chemical Elements - The fascinating story of their discovery and of the famous scientists who discovered them - I Nchaev and G. Genkins, Tarquin Publications, 1997

२. Discovery of Elements - Mary Elvira Weeks, Journal of Chemical Education, 1935

          १८९६ सालाच्या सुरुवातीलाच विल्हेल्म राँटजेन नावाच्या जर्मन प्राध्यापकाने क्ष-किरणांचा शोध लावला. पाठोपाठ १८९६ च्या साधारण मध्यावर हेन्री बेकेरल नावाच्या फ्रेंच शास्त्रज्ञाने युरेनियमची संयुगे किरणोत्सार करतात आणि ती किरणे क्ष-किरणांपेक्षा वेगळी आहेत, असा शोध लावला. तेव्हापासून किरणोत्सारी मूलद्रव्यांच्या संशोधनाला सुरूवात झाली. हे दोन्ही शोध अपघातानेच लागले. बेकेरल क्ष-किरणांचा शोध घेता घेता युरेनियम किरणांपर्यंत कसा पोहोचला याचा प्रवासही अत्यंत मनोरंजक आहे, पण त्याबद्दल पुन्हा केव्हा तरी. हा लेख आहे किरणोत्सारी मूलद्रव्यांच्या संशोधनाची पुढची महत्त्वाची पायरी जिने गाठली त्या मेरी क्युरीबद्दल.
               युरेनियम किरणांचा शोध लागण्याच्या चार वर्षे आधी म्हणजे सन १८९२ मध्ये मेरी स्क्लोडोवस्का नावाची मुलगी पोलंडमधील वॉर्सा येथून शास्त्रज्ञ व्हायच्या महत्त्वाकांक्षेने पॅरिसमध्ये आली होती. त्या काळात पोलंड देश जुन्या रशियन साम्राज्याचा भाग होता. तिथे मुलींना उच्च शिक्षण मिळण्याचीही मारामार होती, शास्त्रज्ञ व्हायची गोष्ट तर दूरच. तिचे पॅरिसमधील जीवन खडतर होते. ती आपला चरितार्थ मिळतील तशा शिकवण्या करून भागवत असे आणि जेव्हा शिकवण्या नसतील तेव्हा सोर्बोनमधील " युनिवर्सिटी ऑफ पॅरिस" मधील प्रयोगशाळेतील काचेचे सामान धुणे, उपकरणे साफ करणे, यासारखी कामे करून दोन पैसे मिळवीत असे. तिच्या तुटपुंज्या कमाईत तिला सहाव्या मजल्यावरील एक पोटमाळावजा खोलीच परवडत असे आणि काही वेळा सलग काही आठवडे कोरड्या ब्रेडवर काढावे लागत. हिवाळ्यात कोळश्याचे पोते पाच मजले चढवून आणावे लागे, आणि तेसुद्धा जेव्हा कोळसा विकत घेण्यापुरते पैसे असतील तेव्हा. पैसे नसतील तेव्हाचे हाल विचारू नका. अति थंडीमुळे वॉशबेसिनमधले पाणीही गोठून जाई आणि ह्या तरूण विद्यार्थिनीला थंडीपासून बचाव करण्यासाठी तिच्याकडे असलेले सर्व कपडे अंगात घालावे लागत. परंतु अशा हालातही तिने विद्यापीठाचा अभ्यासक्रम पूर्ण केला. शिक्षण संपल्यावर थोड्याच दिवसात पिअर क्युरी नावाच्या भौतिकशास्त्राच्या प्राध्यापकाशी तिने लग्न केले. स्वतंत्र संशोधनासाठी कुठला विषय निवडावा असा प्रश्न पडला असता तिच्या पतीच्या सल्ल्यावरून तिने 'युरेनियम किरणे" हा विषय निवडला. खरे तर नवशिक्या संशोधकासाठी हा निःसंशय अवघड विषय होता. कारण, त्यांची वैशिष्ट्ये कोणती, युरेनियमच्या संयुगातून ती कशी उत्पन्न होतात, अशी किरणे प्रसारित करणारे ते एकच मूलद्रव्य आहे का, असे अनेक प्रश्न त्यावेळी अनुत्तरित होते.
               मेरीने धाडस करून या विषयात उडी घेतली. पहिल्याने तिने हे किरण कसे ओळखावे आणि त्यांची तीव्रता कशी मोजावी हे शिकून घेतले. फोटोग्राफीच्या प्लेटसच्या आधारे काम करणे संथ गतीचे होते. दुसरे म्हणजे जरी त्यावरून किरणांची अंदाजे तीव्रता समजली तरी त्यात अचूकता नव्हती. त्यापेक्षा तीव्रता मोजण्यासाठी एखाद्या मापकयंत्राच्या साह्याने तीव्रता मोजणे फायद्याचे होते, जसे तापमापकाने (thermometer) तापमान अचूक मोजता येते किंवा विद्युत्प्रवाहमापी यंत्राने(ammeter) विजेचा प्रवाह अचूक मोजता येतो. तिच्या पतीने तिला या कामासाठी एक उपकरण तयार करून दिले. खालील आकृतीमध्ये त्याची रचना दाखवली आहे. धातूच्या दोन पट्ट्या आणि मध्ये हवा अशा उपकरणाला संधारित्र (कंडेंसर) म्हणतात. खालची पट्टी एका विजेरीला (बॅटरी) जोडून ती विद्युत्भारित करतात आणि वरची पट्टी जमिनीला जोडलेली असते.  
                 सर्वसाधारणपणे हवा ही विद्युत्प्रवाहाची दुर्वाहक असल्यामुळे उपकरणातून विद्युत्प्रवाह वाहत नाही. मात्र खालच्या पट्टीवर थोडेसे युरेनियमचे संयुग ठेवल्यास युरेनियम किरणांमुळे मधली हवा चांगली विद्युत्वाहक बनते आणि त्या हवेतून विजेचा प्रवाह सुरू होतो. युरेनियम किरणे जितकी प्रखर तितका प्रवाह जास्त. अर्थात जास्तीत जास्त प्रखर किरणांनी तयार होणारा प्रवाहसुद्धा एका अँपियरच्या हजाराव्या भागाच्याही एक दशलक्षांश भाग इतकाच असतो. पण प्राध्यापक क्युरींनी बनवलेल्या उपकरणाच्या साह्याने तो मोजता येई.
               एकदा हे उपकरण हातात आल्यावर मेरीने इतर पदार्थ - मूलद्रव्य, संयुग, खनिज - युरेनियमप्रमाणे किरण उत्सर्जित करतात का याचा शोध घ्यायला सुरुवात केली. एका प्रयोगशाळेतून तिने त्याकाळी ज्ञात असलेल्या सर्व मूलद्रव्यांची संयुगे शुद्ध स्वरूपात मिळवली. दुसऱ्या प्रयोगशाळेने आपल्याजवळची सोन्यापेक्षाही महाग असलेली दुर्मिळ संयुगे तिला दिली. खनिजशास्त्राच्या संग्रहालयाने (museum of minerology) जगाच्या कानाकोपऱ्यातून मिळवलेल्या खनिजांचा अनमोल खजिना तिच्यासाठी रिकामा केला. तिने एकापाठोपाठ ही सर्व रसायने तिच्या उपकरणाच्या खालच्या पट्टीवर ठेवून विद्युत्प्रवाह वाहतो का ते तपासायला सुरूवात केली. बराच काळ काहीच घडेना. तिने मोठ्या अपेक्षेने एक एक रसायन खालच्या पट्टीवर चढवावे आणि प्रवाहाचा काटा शून्यावरून हलायची वाट पाहावी, पण काटा हलूच नये असा बराच काळ गेला. पण तिने चिकाटी सोडली नाही. आणि अखेर एक दिवस काटा शून्यावरून हलला!
              थोरियम धातूच्या एका संयुगाची ही कमाल होती. पहिला विजय! चला, म्हणजे “किरणोत्सर्ग करणारे युरेनियम हे काही एकमात्र मूलद्रव्य नाही. थोरियम आणि त्याची संयुगेही किरणोत्सर्ग करतात. पण मग बाकीच्या ढीगभर रसायनांचे काय? लोखंड, शिसे, कोळसा, मॅग्नेशियम, फॉस्फरस यांचे काय? ही आणि यासारखी असंख्य द्रव्ये किरणोत्सर्ग करतात की नाही?” मेरीच्या विद्युत्मापकाने या सर्व प्रश्नांचे उत्तर ठाम नाही असेच दिले.
             त्यानंतर मेरी परत युरेनियमकडे वळली. युरेनियमचे ऑक्साईड, त्याचे आम्ल, आणखी संयुगे आणि खनिजे यामधून किती प्रमाणात किरणोत्सर्ग होतो ते तिने मोजले. प्रत्येकातून अर्थातच कमीजास्त किरणोत्सर्ग होत असला तरी किरणोत्सर्ग हा पदार्थामध्ये असलेल्या युरेनियमच्या प्रमाणात होता. एखाद्या पदार्थात ५०% युरेनियम असेल तर त्याचा किरणोत्सर्ग १००% शुद्ध युरेनियमच्या अर्धा याप्रमाणे. हा नियम युरेनियमच्या सर्व प्रकारच्या संयुगांना आणि खनिजांना निरपवाद लागू होता. याच अर्थ असा की १००% शुद्ध युरेनियमच्यापेक्षा जास्त किरणोत्सर्ग युरेनियमच्या इतर कुठल्याही पदार्थाचा असू शकत नाही. पण युरेनियमची पिचब्लेंड (pitchblend) आणि चाल्कोलाइट (chalcolite) ही दोन खनिजे खालच्या पट्टीवर ठेवल्यावर विचित्र प्रकार झाला. त्यांचा किरणोत्सर्ग हा १००% शुद्ध युरेनियमपेक्षा जास्त निघाला. हे कसे शक्य होते? या दोन खनिजांमध्ये किरणोत्सर्ग करणारी युरेनियमपेक्षा वेगळी मूलद्रव्ये असणे शक्य होते का? तसे असेल तर ही मूलद्रव्ये नक्कीच नवीन असली पाहिजेत. कारण त्यावेळी ज्ञात मूलद्रव्यांपैकी युरेनियम आणि थोरियम ही दोनच मूलद्रव्ये किरणोत्सारी होती आणि थोरियमचा उत्सर्ग युरेनियमपेक्षा वेगळा होता.
            या प्रश्नाचा निकाल लावण्यासाठी मेरीने प्रयोगशाळेत चाल्कोलाईट हे खनिज कृत्रिमरीत्या तयार केले. म्हणजे चाल्कोलाइटचे पृथक्करण करून आधीच्या शास्त्रज्ञांनी त्याचे घटक वेगळे केले होते. ते शुद्ध घटक तिने परत त्याच प्रमाणात मिसळून कृत्रिम चाल्कोलाईट तयार केले. त्यात अर्थातच नैसर्गिक चाल्कोलाईटमध्ये असते तितकेच युरेनियम होते. त्याचा किरणोत्सर्ग तिने मोजला. तो नैसर्गिक चाल्कोलाइटपेक्षा साडेपाच पटींनी कमी भरला. या प्रयोगाचा अर्थ इतकाच होता की नैसर्गिक चाल्कोलाईटमध्ये युरेनियमपेक्षा वेगळे किरणोत्सारी मूलद्रव्य आहे आणि त्याचा किरणोत्सर्ग युरेनियमपेक्षा जास्त प्रखर आहे. आता तिच्या पतीलाही आपले काम बाजूला ठेवून पत्नीच्या संशोधनात मदत करणे आवश्यक वाटू लागले.
अनुभवी शिकारी जसे आपले लक्ष्य जंगलात हरप्रयत्नांनी गाठतो त्याच प्रकारे पतीपत्नींनी पिचब्लेंडमधल्या नवीन मूलद्रव्याला गाठले. प्राध्यापक क्युरींच्या उपकरणाच्या साह्याने दोघांनी हळूहळू मार्ग काढला. शेवटी तो दिवस उगवला, ज्या दिवशी दोघांना जगाला सांगण्यासारखे आपल्याजवळ काही आहे याची खात्री पटली. नवीन मूलद्रव्य खरेच अस्तित्वात होते. त्यांनी ते थोडेसे मिळवले होते. पायरीपायरीने त्यांनी तो पदार्थ पिचब्लेंडच्या इतर घटकांपासून वेगळा केला होता.
            हे कसे केले हे समजण्यासाठी एक सोपे उदाहरण देतो. समजा तुम्ही वाळूने भरलेल्या रस्त्यावरून जात आहात आणि तुमच्याकडे मिठाने भरलेले एक पोते आहे. ते गळके आहे आणि त्यातून थोडे थोडे मीठ वाळूत सांडते आहे. आता वाळू आणि मीठ वेगळे करण्यासाठी तुम्ही काय कराल? तुम्ही वाळू आणि मीठ यांचे मिश्रण पाण्यात टाकाल, वाळू एखाद्या तलम कापडामधून गाळून घ्याल आणि पाण्याचे ऊर्ध्वपतन करून मीठ परत मिळवाल. एका संयुगापासून किंवा खनिजापासून मूलद्रव्य मिळवण्यासाठी रसायनशास्त्रीही असेच करतो. फक्त त्याची प्रक्रिया अवघड आणि गुंतागुंतीची असते. तो ते संयुग किंवा खनिज कधी आम्लामध्ये विरघळवतो, कधी अल्कामध्ये तर कधी पाण्यात. या पद्धतीने तो नको असलेले घटक एक एक करून वेगळे काढतो आणि त्याला हवे असलेले द्रव्य अधिकाधिक शुद्ध होत जाते. अखेर नको असलेला शेवटचा घटक हव्या असलेल्या पदार्थापासून वेगळा केला की तो शुद्ध स्वरूपात मिळतो. याच प्रकारे क्युरी दांपत्य नवीन मूलद्रव्याचा शोध घेत होते. ते खरोखर अवघड काम होते, कारण एक तर पिचब्लेंडमध्ये हे मूलद्रव्य अत्यंत कमी प्रमाणात होते आणि दुसरे म्हणजे त्याचे गुणधर्म काय आहेत याची या दांपत्याला कल्पना नव्हती. त्यांना इतकेच माहिती होते की हे नवे मूलद्रव्य किरणोत्सारी आहे. याच गुणधर्माचा वापर करून क्युरी दांपत्याने रहस्यभेद केला.
            त्यांनी हे खनिज आम्लात विरघळवले आणि त्यात हायड्रोजन सल्फाईड वायू सोडला. एक काळपट रंगाचा अनेक धातूंच्या सल्फाईडांच्या मिश्रणाचा साका तळाशी जमला. पिचब्लेंडमध्ये असलेले सर्व शिसे, तांबे, आर्सेनिक आणि बिस्मथ तळाशी साक्यात बसले तर युरेनियम, थोरियम, बेरियम यासारखी मूलद्रव्ये द्रावणात होती. आता ही किरणोत्सारी मूलद्रव्ये द्रावणात गेल्याने साका खालच्या पट्टीवर ठेवल्यावर विद्युत्प्रवाह निर्माण व्हायला नको. उलट, द्रावणामुळे विद्युत्प्रवाह जास्त व्हायला हवा. मेरीने साका आणि द्रावण एकापाठोपाठ खालच्या पट्टीवर ठेवले आणि तिला असे लक्षात आले की साका द्रावणाच्या कितीतरी पटीने जास्त किरणोत्सारी आहे. म्हणजे नवीन किरणोत्सारी मूलद्रव्य साक्यात आहे तर युरेनियम, थोरियमसारखी ज्ञात किरणोत्सारी मूलद्रव्ये ही द्रावणात आहे. नवीन मूलद्रव्याच्या शोधामध्ये ही महत्त्वाची पायरी होती. या साक्याचे आणखी शुद्धीकरण करून युरेनियमच्या चौपट किरणोत्सर्ग असलेले द्रव्य त्यांनी मिळवले. अर्थात हेही शुद्ध नव्हते. त्यामध्ये बिस्मथ जास्त प्रमाणात होते आणि नवे मूलद्रव्य अगदी कमी. जरी नवे मूलद्रव्य त्यांनी बिस्मथापासून पूर्णपणे वेगळे केले नसले तरी थोड्याच काळात जगापुढे हा शोध मांडता येईल हा आत्मविश्वास त्यांना आला.
           १८९८ च्या जूनमध्ये या दोघांनी आपल्या संशोधनाचा अहवाल फ्रेंच ऍकेडमी ऑफ सायन्सेसला पाठवला. त्यामध्ये त्यांनी बिस्मथाशी साम्य असणारे पण अतिशय प्रभावी किरणोत्सारी असे मूलद्रव्य आम्ही शोधले असून एकदा त्याची खात्री झाल्यावर मेरीच्या पोलंड देशाच्या सन्मानार्थ आम्हाला "पोलोनियम" हे नाव त्याला द्यायची इच्छा आहे असे म्हटले होते. त्यानंतर पाच महिन्यांनी ऍकेडमीकडे क्युरी दांपत्याकडून आणखी एक अहवाल आला. यामध्ये त्यांनी पिचब्लेंडमधूनच आणखी एक नवे मूलद्रव्य शोधले असून ते पोलोनियमपेक्षाही जास्त किरणोत्सारी असल्याचे म्हटले होते. युरेनियमच्या नऊशेपट जास्त किरणोत्सर्ग देणारे द्रव्य त्यांनी मिळवले असल्याने त्यांनी म्हटले होते. या मूलद्रव्याचे नाव त्यांनी "रेडियम" असे ठेवले होते.