Marguerite Perey i historia odkrycia fransu

/  Tomasz Pospieszny  /

 

Fotografia z Musée Curie (coll. ACJC), grafika © Ewelina Wajs

 

Koniec wieku dziewiętnastego był prawdziwym przełomem dla fizyki i chemii jądrowej. W 1898 roku Maria Skłodowska-Curie i jej mąż Pierre Curie odkryli polon i rad, rok później André-Louis Debierne doniósł o odkryciu aktynu. W 1900 roku Ernest Rutherford i Harriet Brooks badając emanację radu odkryli radon. Osiemnaście lat później Lise Meitner i Otto Hahn dopełnili tablice Mendelejewa kolejnym odkryciem pierwiastka radioaktywnego – protaktynu. W ten sposób obok uranu i toru nauka poznała kolejne pierwiastki radioaktywne. Pozostawała jednak pewna luka w pierwszej grupie głównej układu okresowego: pod cezem, a przed radem. Czekała ona na kobietę, która ostatecznie miała wydrzeć Matce Naturze ostatni naturalny pierwiastek radioaktywny. Marguerite Perey, podobnie jak jej mentorka Maria Sklodowska-Curie, odkryła pierwiastek chemiczny, który nazwała fransem.

Marguerite Catherine Perey urodziła się 19 października 1909 roku w Villemomble pod Paryżem w protestanckiej rodzinie należącej do klasy średniej. Była najmłodszą z pięciorga rodzeństwa. Jej rodzicami byli Emile Louis Perey, właściciel młyna oraz Anne Jeanne Ruissel. Niestety rodzina nie miała wiele szczęścia zarówno w finansach jak i życiu codziennym. Krach na giełdzie oraz śmierć ojca w marcu 1914 roku, spowodowały tak znaczne trudności finansowe rodziny, że uniemożliwiło to Marguerite i jej rodzeństwu zdobycie wyższego wykształcenia. Wprawdzie matka starała się jak mogła utrzymać rodzinę – dawała lekcje gry na pianinie – jednak nie była wstanie zapewnić tak wysokiego komfortu finansowego, który umożliwiłby dzieciom studiowanie. Dlatego właśnie Perey uczęszczała do państwowej szkoły technicznej dla dziewcząt (fr. École d’Enseignement Technique Féminine), kosztem wymarzonych studiów medycznych. Technikum chemiczne ukończyła w 1929 roku uzyskując Diplome d’Etat de Chimiste. W tym samym roku została zatrudniona w Instytucie Radowym w Paryżu. We wspomnieniach przytaczała pierwsze spotkanie z Madame Curie: Opuściłam ten ciemny dom, przekonana, że to był pierwszy i ostatni raz. Wszystko wydawało się tam melancholijne i posępne, i poczułam ulgę, myśląc, że bez wątpienia tam nie wrócę. Sądzę, że dla młodej dziewczyny bez wyższego wykształcenia i doświadczenia był to mimo wszystko niewątpliwy zaszczyt.

 

Pracownicy Instytutu Radowego w Paryżu w bibliotece, 1930. Siedzą, od lewej: Marguerite Perey, Leonie Razet, Marie-Isabelle Archinard i Sonia Cotelle. Stojący od lewej: Andre Régnier, Alexis Yakimach, Raymond Grégoire, Renée Galabert, Tcheng-Da-Tchang i Frederic Joliot-Curie, Musée Curie (coll. ACJC)

Perey myliła się jednak i kilka dni po rozmowie z Madame Curie otrzymała list z informacją, że została zatrudniona. Kolejne spotkanie z uczoną w laboratorium zrobiło na niej już inne wrażenie. Po latach wspominała: Ktoś wszedł bezdźwięcznie jak cień. To była kobieta ubrana na czarno. Miała siwe włosy, spięte w kok i nosiła grube okulary. Sprawiała wrażenie skrajnej kruchości i bladości. Marguerite szybko dała się poznać jako bardzo dobra pracownica. Cechowała ją pilność, inteligencja, olbrzymie umiejętności laboratoryjne i wreszcie wielki zapał do zdobywania wiedzy. Perey nie musiała długo czekać, aby zauważyła ją Maria Skłodowska-Curie. Nie musiała też długo czekać na pierwszy awans zawodowy. Wkrótce została osobistą asystentką (preparateur) i powierniczką Madame Curie, a pierwsze lata spędzone pod jej czujnym okiem z pewnością można uznać za krok w kierunku wielkiego odkrycia. Sama Perey wspominała: U boku Marii Curie nagle znalazłam się w gronie najwybitniejszych chemików francuskich. Ja, która miałam tylko jeden mizerny dyplom. Perey oddawała się pracy z pasją z jaką kiedyś pracowała młoda Maria Skłodowska. Zamieszkała w mieszkanku przy Instytucie Radowym. Była więc właściwie zawsze w pracy. Kiedy kończyła pracę w laboratorium z materiałami pod pachą wędrowała przez ogród instytutu do domu. Tam samodzielnie studiowała, śledziła najnowszą literaturę naukową. Pierwszym zadaniem jakie powierzono Marguerite było oczyszczenie aktynu (227-Ac), pierwiastka radioaktywnego odkrytego przez André Debierne w 1899 roku. Był to wówczas bardzo enigmatyczny pierwiastek – towarzyszył metalom ziem rzadkich (lantanowcom), od których bardzo trudno było go oddzielić. Jego czas połowicznego zaniku także był tajemnicą. Przez dekadę codzienne obowiązki Perey polegały głównie na swoistym rytuale: oddzielaniu czystego aktynu ze wszystkich innych składników rudy uranu. Rozpuszczała próbki w amoniaku, traktowała kwasami, podgrzewała. Na każdym etapie pracy niepożądane pierwiastki i zanieczyszczenia były spalane, ługowane, odparowywane lub wylewane, pozostawiając coraz bardziej czystą substancję aktywną. Perey wykonała setki krystalizacji frakcyjnych i z niezwykłą skrupulatnością za każdym razem mierzyła aktywność promieniotwórczą nowych preparatów. Jej sumienność, wytrwałość i entuzjazm były niezbędne dla tak wymagającego zadania. Po czterech latach pracy na lewym ramieniu uczonej pojawiła się rana, którą początkowo identyfikowała jako poparzenie kwasem. Jednak kiedy po jakimś czasie podobna rana pojawiła się na prawym ramieniu, Perey musiała zdawać sobie sprawę, że jest za to odpowiedzialny jej aktyn… W latach sześćdziesiątych ubiegłego stulecia mówiła – W tamtych czasach zachowywaliśmy tylko minimalne środki ostrożności. Właściwie nawet w dobrym tonie było lekceważenie wszelkiego rodzaju zagrożeń. Jej zaangażowanie wkrótce zaczęło przynosić pierwsze sukcesy.

André Debierne, b.d., domena publiczna

Po śmierci Marii Skłodowskiej-Curie Pery rozpoczęła współpracę zarówno z André Debiernem – nowym dyrektorem Instytutu Radowego – jak i córką Marii Irène Joliot-Curie. Joliot-Curie chciała ustalić dokładny okres półtrwania aktynu, natomiast Debierne był zaangażowany w poszukiwanie nowych radiopierwiastków, które jak się później okazało nie istniały. Jesienią 1938 roku Perey zaobserwowała, że świeżo oczyszczony ze wszystkich radioaktywnych próbek aktyn emitował nieznane dotąd promieniowanie β, które zwiększało intensywność w ciągu dwóch godzin, a następnie pozostawało stałe. W ciągu następnych godzin i dni aktywność promieniowania ponownie wzrosła. Zaczęły także z wolna powstawać długożyjące jądra potomne. Dokładność i szybkość Perey w przeprowadzaniu eksperymentów pozwoliły jej zaobserwować zjawisko, które pozostawało niewykryte przez czterdzieści lat, przez wcześniejszych i mniej zręcznych radiochemików.

Marguerite Perey i Sonia Cotelle w ogrodzie Instytutu Radowego, 1930, Musée Curie (coll. ACJC), [za:] https://uwaterloo.ca/chem13-news-magazine/april-2015/feature/engaging-story-marguerite-perey
W styczniu 1939 roku Perey doszła do wniosku, że aktyn 227 ulega specyficznemu rozpadowi, w wyniku czego powstaje nowy pierwiastek emitujący promieniowanie β. Wykazywał on właściwości długo poszukiwanego „eka-cezu” o liczbie atomowej 87. Wkrótce potem uczona ustaliła jednoznacznie, że aktyn 227 ulega podwójnemu rozpadowi – w 98,8% rozpadowi β w wyniku czego powstaje izotop toru 227 o czasie połowicznego zaniku 19 dni oraz w 1,2% rozpadowi α w wyniku czego powstaje nowy, nazwany przez nią, aktyn-K (Ac-K) o czasie połowicznego zaniku 22 minuty i masie 223. O odkryciu pierwiastka 87 w komunikacie zatytułowanym O pierwiastku 87, pochodnym aktynu doniósł 9 stycznia 1939 roku, podczas cotygodniowej sesji Francuskiej Akademii Nauki, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki Jean Perrin.

Irène Joliot-Curie, b.d., domena publiczna

Marguerite w pierwszej kolejności o swoim odkryciu poinformowała współpracującą z nią Irène Joliot-Curie. Debierne poczuł się urażony i zignorowany, że nie on pierwszy dowiedział się o odkryciu. Spowodowało to wybuch gniewu, wzrost niechęci i oburzenia, które skupiły się głównie na Irène. Nie tylko nie wyraził zgody na proponowaną nazwę nowo odkrytego pierwiastka, ale także odmówił uznania Irène za współodkrywczynię pierwiastka. Po wielu zawziętych dyskusjach Irène i Debierne postanowili uznać Perey za jedyną odkrywczynię nowego pierwiastka, dla którego na ostateczną nazwę, dla uczczenia ojczyzny odkrywczyni, przyjęto frans. Chociaż szef pracowni długo poddawał w wątpliwość pierwszeństwo Perey.

Irène Joliot-Curie zachęcała Perey do podjęcia studiów uniwersyteckich. 21 marca 1946 roku uczona obroniła pracę doktorską pt. Pierwiastek 87: Aktyn-K. W ostatnim wersie pracy Perey napisała: Dla pierwiastka 87 zaproponowano nazwę Francium (symbol Fa). Początkowo Perey optowała za nazwą catium, jednak według Joliot-Curie była to nazwa zbyt podobna do nazwy dodatniego jonu – kationu. Sama Perey pisała:

Podczas obrony mojej pracy z marca 1946 r. zasugerowałam nazwę „catium” z symbolem Cm, ponieważ miejsce 87 w układzie okresowym jest zajmowane przez najbardziej elektrododatni kation. Skonsultowałam się z Panem Debiernem, który uznał, że ta nazwa ma tę zaletę, że polega na naukowej dedukcji. Nazwa wzbudziła jednak niewielki entuzjazm i została uznana za nieestetyczną. Z drugiej strony, ponieważ symbol jest taki sam jak dla curium, jestem skłonna nadać inną nazwę. Państwo Joliot preferowali drugą nazwę, którą zaproponowałam – „Francium” z symbolem Fa.

Później symbol pierwiastka zmieniono na Fr. Członkami komisji egzaminacyjnej byli Debierne i Irène Joliot-Curie. Perey najbardziej doceniała komentarz Irène, która po obronie dysertacji powiedziała: Dzisiaj moja matka byłaby szczęśliwa.

Trudność w odkryciu fransu polegała na tym, że jest najrzadszym i najbardziej niestabilnym ze wszystkich naturalnie występujących pierwiastków. Warto pamiętać, że był czwartym naturalnym pierwiastkiem radioaktywnym odkrytym we Francji po polonie, radzie i aktynie. Jest też ostatnim odkrytym pierwiastkiem wstępującym w naturze. Perey zawsze podchodziła do fransu bardzo emocjonalnie i osobiście. Kiedy po latach od wyizolowania pierwiastka otrzymała informację o istnieniu jego dziewięciu sztucznych izotopów napisała: Nie wiedziałem, że mój frans ma teraz dziewięć braci i sióstr. Cóż za wielka rodzina krótko życiowych członków, którzy wkrótce będą świętować swoje trzydzieste urodziny! Ale mój najstarszy [izotop fransu] wciąż pozostaje najdłużej żyjącym!

Po uzyskaniu doktoratu Perey wróciła do Instytutu Radowego na stanowisku naukowca seniora i pracowała tam do 1949 roku. Według jej przyjaciela i współpracownika Jean-Pierre’a Adloffa – Perey bardzo skorzystała z autorytetu Marii Curie. Wzbudzała [podobnie jak Curie] szacunek i podziw wśród studentów, współpracowników i kolegów. Jednak obie kobiety miały niewiele wspólnego. Początkowe zaplecze naukowe Perey było elementarne. Curie zaś uzyskała dyplom uniwersytecki z matematyki i fizyki, a jej wiedza obejmowała najnowsze teorie i odkrycia epoki. Odkrycia Curie dotyczące polonu i radu wynikają z uzasadnienia wcześniejszych obserwacji, podczas gdy odkrycie fransu jest doskonałym przykładem przypadku – przypadkowego odkrycia rzeczy, których nie poszukiwano. Obie uczone cierpiały na chorobę popromienną i zmarły prawie w tym samym wieku. Jednak Curie pracowała do ostatnich tygodni swojego życia, podczas gdy Perey przez 16 lat walczyła z chorobą.

Marguerite Perey w swoim biurze w Strasburgu, b.d., [za:] http://www.heurema.com/POFQ-MPerey.htm
W 1949 roku otrzymała propozycję objęcia Katedry Chemii Jądrowej w Strasburgu. Nominację przyjęła mówiąc – Spróbuję przekazać nowemu zespołowi chęć rygorystycznej i radosnej pracy i w ten sposób złożyć hołd Marii Curie, mojej ukochanej i czcigodnej Mistrzyni. Zwróciła zwoje naukowe zainteresowania na biologiczne zastosowaniami fransu, mając nadzieję, że będzie on przydatny w ustaleniu wczesnej diagnozy raka. Pomimo zachęcających rezultatów projekt został porzucony z powodu braku wystarczającej ilości aktynu i niewielkiego zainteresowania lekarzy. Była orędowniczką stosowania lepszych środków bezpieczeństwa dla naukowców pracujących z promieniowaniem. Z czasem jej praca naukowa musiała ustąpić pracy kierowniczej. W 1958 roku kierowane przez nią laboratorium zostało przekształcone w Laboratorium Chemii Jądrowej przy Centrum Badań Jądrowych, gdzie pełniła funkcję dyrektora. W latach 1950–1963 pełniła funkcję członka Komisji Masy Atomowej. Nigdy nie wyszła za mąż, a cały swój czas poświęcała na obowiązki naukowe i edukacyjne. Należała do różnych organizacji i komitetów między innymi do CNRS oraz IUPAC. Otrzymała wiele wysokich odznaczeń i nagród: Nagrodę Wilde’a Francuskiej Akademii Nauk (1950), Nagrodę Le Conte Francuskiej Akademii Nauk (1960), Główną Nagrodę Nauki miasta Paryża (1960), Order Honorowy Legii Narodowej (1960), Nagrodę Lavoisiera Akademii Nauk (1964), Srebrny Medal Francuskiego Towarzystwa Chemicznego (1964) Order Narodowy Zasługi (1974). W 1962 roku Perey została wybrana jako pierwsza kobieta do Francuskiej Akademii Nauk. Tym samym dostąpiła zaszczytu, którego odmówiono Marii Skłodowskiej-Curie i Irène Joliot-Curie. Nie powinno dziwić, że jeden z członków jej rodziny powiedział – Jesteś drugą tak sławną osobą w rodzinie. W XVI wieku jeden z naszych przodków również zdobył niemały rozgłos. Mówiono na niego Martin Rozrabiaka. Należy jednak pamiętać, że zaszczyty i sukces nie przyszły łatwo.

Marguerite Perey, 1940, Musée Curie, (coll. ACJC)

Po wielu latach uczona wspominała:

Mogę zapewnić, że w tym czasie, trzydzieści lat temu, musiałam zmagać się z poważnymi trudnościami. Byłam pewna, że istniała nowa substancja wytworzona przez aktyn i że powinna ona mieć właściwości chemiczne typowe dla metali alkalicznych. W takim przypadku powstawałaby w wyniku emisji cząstek alfa z aktynu. Można sobie wyobrazić środki, którymi dysponowałam i których używałam: elektrometru, a następnie liczników Geigera–Müllera, które ledwo potrafiły wykryć od 100 do 120 zliczeń na minutę! Musiałam wykonać całą pracę sama, bez przerwy od 9:00 do 23:00 lub do północy. Okazjonalna obecność niektórych osób była zachętą lub przeszkodą. Pod koniec wakacji świątecznych w 1938 r. wiele myślałam o swoim projekcie i opracowałem plan pracy. Kiedy spotkałam się z Debiernem, poprosiłam o trzytygodniowy urlop, podczas którego mogłam swobodnie pracować nad swoimi pomysłami. Obiecałem zrezygnować z projektu, jeśli pod koniec tego czasu nie będę w stanie udowodnić istnienia i pochodzenia domniemanego nowego pierwiastka. Najpierw szorstko odpowiedział, że się nie zgadza, ale później niechętnie zgodził się, twierdząc, że pomysł był głupi i zakończy się niepowodzeniem. Zaczęłam więc pracować z całą intensywnością i wytrwałością, jaką mogłem zastosować, a piętnaście dni później wyniki i dowody na istnienie [fransu] miałam już w ręce. Mój pierwszy artykuł na temat istnienia pierwiastka 87 został zaprezentowany na posiedzeniu Académie des Sciences w Paryżu w styczniu 1939 r. Ogłoszenie nowego pierwiastka zostało zasadniczo skrytykowane przez Jeana Perrina, który uważał tę substancję za izotop stabilnego pierwiastka moldavium [izotopu fransu nazwanego na cześć Mołdawii]*. Trudno sobie wyobrazić, jak wiele trudności napotkałam w trakcie tej pracy. To dość normalne, ale po zakończeniu projektu nadal pojawiało się wiele przeszkód. Co więcej, miałem zaledwie 29 lat i posiadałem jedynie odpowiednik licencjatu z chemii. W mojej sytuacji wszystko to było dla mnie dużym ciężarem. Nawet jeśli czas po identyfikacji fransu przyniósł pewne zaszczyty, przeszłam również chwile pełne łez i oszczerstw wywołanych podłymi cechami ludzkiego charakteru – przejawami podłości i perfidii… Mimo to uważam, że nawet w trakcie trudnego życie, Bóg łaskawie dał mi poczucie zrozumienia wszystkich nieprzewidzianych okoliczności i dał mi siłę, aby kontynuować [pracę], nawet w czasach wielkiej choroby.

 

W 1967 roku przyjechała jako gość honorowy do Warszawy, gdzie brała udział w obchodach setnej rocznicy urodzin Marii Curie. Było to jej ostatnie spotkanie ze społecznością naukowców z dziedzin bliskich jej sercu: radiochemii, fizyki i chemii jądrowej. Mam wielką nadzieję, że frans przyda się do wczesnego rozpoznania raka. Moim największym życzeniem jest, aby wykonać to zadanie w przyszłości – mawiała uczona. Niestety na jak ironię frans w rzeczywistości sam był rakotwórczy. Pojawiające się rany na jej ramionach, a później dłoniach były oznakami choroby. Poddała się wielu operacjom i zabiegom. Amputowano jej palce lewej dłoni. Uczona długo walczyła z nowotworem kości, który ostatecznie zwyciężył. Marguerite Perey zmarła w wieku sześćdziesięciu pięciu lat, 13 maja 1975 roku w Louveciennes.

 

*Nie powinno to dziwić, gdyż ten pierwiastek jako pierwsza opisała jego doktorantka Yvette Cauchois (1908–1999) specjalistka z zakresu spektroskopii rentgenowskiej i optyki rentgenowskiej oraz pionierskich badań nad synchrotronami.

Zalecana literatura:

[1] R. Swaby, Upór i przekora. 52 kobiety, które zmieniły naukę i świat, 2017.

[2] J.-P. Adloff, G. B. Kauffman: Marguerite Catherine Perey (1909-1975), [w]: Out of the shadows, contributions of twentieth-century women to physics, wyd. Nina Byers i Gary Williams, Cambridge University Press 2010.

[3] V. Greenwood (3 December 2014). My Great-Great-Aunt Discovered Francium. It Killed Her. New York Times Magazine.

[4] J.-P. Adloff; G. B. Kauffman, Triumph over Prejudice: The Election of Radiochemist Marguerite Perey (1909–1975) to the French Académie des Sciences. The Chemical Educator. 10, 2005, 395–399.

 

Maria Skłodowska-Curie — the first lady of nuclear physics

Zapraszamy do lektury artykułu prof. UAM dr. hab. Tomasza Pospiesznego Maria Skłodowska-Curie — the first lady of nuclear physics, opublikowanego w najnowszym numerze „Journal of Contemporary Brachytherapy”.

Kliknięcie w okładkę przenosi do artykułu.

Serdecznie dziękujemy Musée Curie w Paryżu za zgodę na zilustrowanie artykułu zdjęciami z kolekcji Association Curie Joliot-Curie.