W s z e c h ś w i a t
T R E Ś Ć Z E S Z Y T U 5 (1839)
Z ł o t o w s k i Ł, Znaczenie berylu w badaniach j ą d r o w y c h ...97
M i c z y ń s k i K. A., Poznajem y naturę b a k t e r io f a g ó w ... 102
S t ę ś l i c k a - M y d l a r s k a W., N ow e znaleziska paleoantropologiczne z kon tynentu afrykańskiego ... 106
W o j t u s i a k R., W rażenia przyrodnika z podróży do B u ł g a r i i ... 109
C z a p i k A., Z ekologii w ym oczków s ł o d k o w o d n y c h ... 113
L e ń k o w a A., Interesujące obyczaje p a s o ż y t a ...115
Di-obiazgi przyrodnicze N ow e stanow isk o p rzedstaw iciela M yg a lo m o rp h a e w Polsce — I. M i k u l s k a . Erythrom ycyna, now y antybiotyk — I. V. L a p o rte a gigas Widd. — W. W. O ddalona hybrydyzycja — K. R. W w alce o czystość atm osfery — I. V. Prysznice w od y ługow ej i degeneracja -— czynnikami ew olu cji — W. B — i c z . R ozm aitości — I. V... 116
Zwierzęta dom ow e w górach i pustyniach — M. J ... 108
A nonim ow y autor o skokow ym pow staw aniu gatunków — S. S. . 114
Z daw nego W s z e c h ś w ia ta Jeszcze o pająku p t a s z n i k u ... 120
D arw in i Francuska A kadem ia N auk — S. S ... 121
R ecenzje N ow a Flora Polska — B. H ryniew iecki. Odpowiedź autorów — B. Pa w łow sk i ... 125
Sprawozdania Zjazd polskich geologów — K. M a ś l a n k i e w i c z ... 122
Spraw ozdanie z działalności P olsk iego Tow. Przyrodników im. Koper nika, Oddziału w B y d g o s z c z y ...>... 128
S p i s p l a n s z
Zdjęcia nagrodzone i w yróżnione na konkursie fotograficznym W sze c h św ia ta : I. W MAJU. Chrabąszcz m ajow y (M elo n th a m e lo n th a L.) Kopulacja. Fotogra
fow ał W ładysław S trojny (Wrocław).
II. PA SIK O NIK . Łatczyn (D e c tic u s v e r r u c iv o r u s L.) Fot. W ładysław Strojny (Wrocław).
III. ROŚLINA OWADOŻERNA. Liść rosiczki (D ro sera ro tu n d ifo lia L.) Fot.
Andrzej Pigoń (Kraków).
IV. a) GOŹDZIK WONNY (D ia n th u s p r a e c o x W. K.), b) KONWALIJKA. M a- jow nik d w u listn y (M a ja n th e m u m b ifo liu m L.) Fot. Z ofia Zwolińska (Zakopane).
N a okładce N y m p h a e a a lb a . Fragm ent zdjęcia w yróżnionego na konkursie fo
tograficznym W s ze c h św ia ta . Fot. Jarosław U rbański (Poznań).
P I S M O P R Z Y R O D N I C Z E
O R G A N P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A P R Z Y R O D N I K Ó W I M. K O P E R N I K A
M a j 19 54 Zeszyt 5 (ogólnego zbioru 1839)
IG N A C Y ZŁO TO W SK I (W arszawa)
Z N A C Z E N I E B E R Y L U W B A D A N IA C H JĄ D R O W Y C H * )
W yk ryty u sc h y łk u X V III stu lecia przez fra n cu sk ieg o ch em ik a V a u q u e l i n a , a otrzy m a n y po raz p ie r w sz y w sta n ie c zy sty m w 1828 roku n ieo m a l r ó w n o cześn ie przez W ó h l e r a w N iem czech i B u s - s y ’e g o w e F ran cji, b ery l przez d łu g ie lata n ie zn aj
d o w a ł żad n ego szerszego za sto so w a n ia i w ob ec tego n ie w zb u d za ł w ię k sz e g o z a in tereso w a n ia b ad aczy ani tech n ologów .
M ała p op u larn ość b ery lu w y n ik a ła rów n ież z o l
b rzym ich tru d n ości, z ja k im i zw ią za n e je s t w y d o b y cie teg o m eta lu z rud. W ysoka tem p era tu ra to p n ien ia (ok.
13000 C) oraz w y so k a p rężność pary w p ob liżu tej tem peratu ry, sp ra w iły , że o trzy m y w a n ie m eta liczn eg o b e
ry lu jest po d ziś d zień jed n y m z n a jtru d n iejszy ch pro
c e só w m eta lu rg ic zn y ch . T oteż do n ied aw n a czy sty m e ta lic z n y b ery l sto so w a n y b y ł na bardzo m ałą sk alę. N a to m ia st duże z a c ie k a w ie n ie w zb u d za ły szczeg ó ln e w ła sn o ści sto p ó w b ery lo w y ch . W ybitna ela sty czn o ść, duża tw a rd o ść i w y tr z y m a ło ść cech u ją stop m ied zi z n ie sp ełn a
3 0 / 0b ery lu . W ysokim p rzew o d n ictw em e le k try czn y m ob ok w y so k iej tw a rd o ści odznacza się stop m ied zi z b e r y le m i k ob altem . Z a led w ie 1,8% b erylu w sto p ie z n ik lem d aje m a te r ia ł o w y trzy m a ło ści, w y n oszącej k ilk a d z ie s ią t ton na cm 2. W reszcie p ołączen ia g lin u z b ery lem ok a za ły się w y ją tk o w o dobrym o d - tlen ia czem p rzy fa b ry k a cji le k k ic h stop ów g lin o w o - m a gn ezow ych .
G odzi się te ż n a d m ien ić, że poza w y m ien io n y m i sto p am i z in n y m i m eta la m i, m eta lic zn y b e r y l je s t p o
w sz e c h n ie sto so w a n y w p o sta ci n iezm iern ie cien k ich , a bardzo sp r ę ż y sty c h b la szek do sporządzania „ok ie
n e k ” w la m p a ch ren tg en o w sk ich .
A le do roku 1930 n ie otrzy m y w a n o n igd zie b ery lu na sk a lę p rzem ysłow ą. P od k on iec la t d w u d ziesty ch p o ja w iły się na rynku św ia to w y m p ierw sze w ię k sz e ilości b ery lu o m ałej czystości, w y p ro d u k o w a n e w N ie m czech i sp rzed aw an e po w y g ó ro w a n ej cen ie ponad 400 d olarów za kilogram . D op iero g w a łto w n y rozw ój w ie lu n o w y ch g a łęzi p rzem ysłu oraz lo tn ictw a , w y m a g a jącego ja k n ajlżejszy ch m a teria łó w k on stru k cyjn ych 0 w y so k iej w y trzy m a ło ści i sp rężystości, w y w o ła ł w la ta ch trzy d ziesty ch w zm ożon e za in tereso w a n ie tym szczeg ó ln ie „tru d n ym ” m eta lem . W roku 1940 produkcja św ia to w a b ery lu w y n o siła już około 5000 ton, a w zra sta ją cy z roku na rok p op yt n a różne g a tu n k i odpornej na korozję sta li b ery lo w ej i coraz sz e rzej rozp ow szech n ion y w p rzem y śle proces b ery liza cji sta li zw y k ły ch **) sp ow od ow ał, że podczas ostatn iej w o j
ny zu ży cie b erylu w różnych g a łęzia ch p rzem ysłu św ia to w eg o sięg a ło k ilk u d ziesięciu ton dzien n ie.
W la ta ch p o w o jen n y ch za in tereso w a n ie b ery lem w zrosło jeszcze bardziej. N ieo m a l w e w szy stk ich k ra
jach c y w iliz o w a n y c h zorgan izow an o na szerok ą sk a lę p oszu k iw an ia rud b ery lo w y ch . N ierzadko w yzn aczan e są sp ecja ln e nagrod y za zn a lezien ie rud w y so k o w ą r - to ścio w y ch , w szęd zie zaś tam , g d zie ru d y b e ry lo w e są ju ż o b ecn ie w y d o b y w a n e, w prow ad zon o ścisłą k o n tro lę w y d o b y cia i d alszej przeróbki. To sam o d oty czy produkcji i zu życia n ie ty lk o m eta liczn eg o b erylu 1 w szelk ich jeg o sto p ó w z in n y m i m etalam i, lecz r ó w nież w szy stk ich z w ią zk ó w b ery lo w y ch . B e r y l sta ł się jed n ym z n ajbardziej p o szu k iw a n y ch i cen io n y ch m a teria łó w strategiczn ych . A zd ecyd ow ało o ty m n ow e, liczą ce n ie sp e łn a d ziesięć lat, za sto so w a n ie b ery lu do b u d ow y sto só w a tom ow ych .
*) A rtykuł niniejszy stanow i skrócon y tekst odczytu , w ygłoszon ego ♦*) Beryiizacja stali polega na nasyceniu berylem warstwy powierzchnio- 21. IV. 1953 r. w od dziale krakowskim Polskiego Towarzystwa Przyrodni- wej przedm iotów stalow ych, osiąganym przez w ygrzewanie ic h w ciągu
ków im . K opernika. kilkunastu godzin w proszku berylowym o temperaturze o k o ło
1000
° C . '98 W S Z E C H S W 1 A T
Izotopy berylu
A by zrozu m ieć, na czym p o leg a d o n io słe zn a czen ie b ery lu d la p rzem y słu a tom ow ego, n a le ż y o m ó w ić n a j
w a żn iejsze w ła sn o śc i ją d ro w e teg o p ie r w ia stk a . L iczba porząd k ow a b ery lu w u k ła d zie o k reso w y m M en d e- le je w a w y n o si 4, tzn. że jąd ro k a żd eg o a to m u b ery lu za w iera cztery proton y. J a k w y k a z a ły b a d a n ia za p o m ocą sp ek trografu m a so w eg o , w sz y ste k w y stę p u ją c y w p rzyrod zie b ery l sk ła d a s ię z jed n eg o izotop u tr w a łeg o o lic z b ie m a so w ej 9. Izotop te n o zn a cza m y s y m b olem 4Ben. W sk ła d ją d er a to m o w y ch izotop u 4Be9 w ch o d zi w ięc, oprócz czterech p ro to n ó w , p ię ć n e u tr o n ów . L iczn e p om iary m a sy a to m o w ej 4Be9 d o p ro w a d ziły do p rzy jętej o b ecn ie w a r to śc i fiz y c z n e g o c ię żaru a to m o w eg o *) b erylu , w y n o szą cej 9,01503±0,00006, co d aje d la ch em iczn eg o cięż a ru a to m o w e g o w a rto ść 9,01255, różn iącą się o 0,8°/o od ciężaru a to m o w eg o b e ry lu , w y lic z o n e g o z n a jd o k ła d n iejszy ch o zn a czeń c h e m iczn y ch i p rzy jęteg o za 9,02. P o n ie w a ż stw ierd zo n a różn ica przek racza zn aczn ie g ra n ice d o k ła d n o ści n ie ty lk o p r e c y z y jn y c h p o m ia ró w za pom ocą sp e k tr o gra fu m a so w eg o , a le n a w e t ś c is ły c h o zn a czeń m eto d a m i ch em iczn y m i, jed y n y m jej w y tłu m a c z e n ie m b y ło b y p rzy jęcie w y stę p o w a n ia w b e r y lu n a tu r a ln y m d ro b n ej ilo śc i ja k ieg o ś izotop u cięż szeg o od 4Be9, czego d o tąd n ie w y k ry to .
Ta n iezg o d n o ść w a rto ści c h em iczn eg o cięż a ru a to m o w eg o n ie je s t je d y n ą a n o m a lią c e ch u ją cą b ery l. J a k w iad om o, w sz y s tk ie w y s tę p u ją c e w p rzy ro d zie tr w a łe ją d ra a to m o w e d z ie li się n a cztery gru p y w z a le ż n o ści od tego, czy liczb y w ch o d zą cy ch w ic h sk ła d p ro to n ó w i n eu tro n ó w są p arzyste, c z y n iep a rzy ste, czy też je d n a je s t p arzysta, a druga n iep a rzy sta . P rzy ty m b a d a n ia geo ch em iczn e i ją d ro w e w y k a z a ły , że w sk oru p ie ziem sk iej p rzew a ża ją p ie r w ia s tk i o p a r z y sty c h lic z bach p orząd k ow ych (tj. o p a rzy sty ch liczb a ch p ro to n ó w w jądrze), a w śró d n ich d o m in u ją izotop y, o d zn a cza ją c e s ię ró w n ież p a r z y sty m i lic z b a m i m a s o w y m i (tj. p a rz y sty m i liczb a m i n eu tro n ó w w jądrze). D la w sz y stk ic h p ie r w ia s tk ó w oprócz trzech , o p a r z y sty c h lic z b a c h p o rzą d k o w y ch , izo to p y o p a rzy sty ch lic z b a c h n eu tro n ó w sta n o w ią od 70 do 100 °/o sk ła d u izo to p o w eg o . J ed n y m z trzech w y ją tk ó w je s t b eryl, w k tó ry m m im o p a rzy stej liczb y p orząd k ow ej p r a k ty czn ie c a łe 100°/o sta n o w i w sta n ie n a tu ra ln y m izotop 4Be9 o n ie p a r z y ste j liczb ie n eu tro n ó w . N a to m ia st izotop o p a rzy stej lic z b ie n e u tr o n ó w 4Be8, o k a za ł się w y r a ź n ie n ie tr w a ły . W y d a w a ło s ię to tym bard ziej z a sta n a w ia ją ce, że izo to p y in n y ch p ie r w ia s tk ó w le k k ic h o ta k im sa m y m sto su n k u p a rzy stej lic z b y n e u tr o n ó w do p a rzy stej liczb y p roton ów , jak aHe4, oC12 czy »Ole n a leżą do n a jtr w a lsz y c h o d m ia n a to m o w y c h w o ta cza ją cej nas p rzyrod zie. P r o sty ra ch u n ek w y ja śn ia , n a czy m p o leg a sz c z e g ó ln y ch a r a k te r jądra łB e 8. Oto m a sy eC12 czy sO18 są z n a czn ie m n ie jsz e od s u m y m as n ie ty lk o w c h o d zą cy ch w ic h sk ła d p o je d y n
czy ch p roton ów i n eu tro n ó w , le c z n a w e t tra k to w a n y ch ja k o zesp o ły tr w a łe — cz ą ste k a lfa (2 p r o to n y + 2 n e u tron y). I d la teg o w sp o m n ia n e izo to p y w ę g la czy tle n u
w w a ru n k a ch n orm aln ych są w y b itn ie trw a łe. N a to m ia st m asa a tom ow a izotopu 4Be8 w y n o si 8,00785±
±0,00007, tj. n ieco w ię c e j n iż sta n o w i m asa 2 czą
stek a lfa (8,00780). Ta n iezn a czn a różn ica w y sta rcza , aby jądra 4Be8 u le g a ły sam orzu tn em u rozpadow i na d w ie cząstk i alfa, tj. n a d w a jądra h elu . P o n ie w aż w m in era ła ch b ery lo w y ch w y stę p u ją bardzo często zn a czn e ilo śc i h elu , przez d łu gi czas sądzono, że 4Be8 j e s t sta ły m sk ła d n ik iem izo to p o w y m b ery lu n a turaln ego. D op iero badania P a n e t h a w y k a z a ły , że hel w y d o b y w a n y z m in era łó w b ery lo w y ch jest zu p ełn ie in n eg o p och od zen ia, a p recy zy jn e p om iary N i e r a d o w io d ły n iezb icie, że je ż e li n a w e t aBe8 w y stę p u je w b ery lu n a tu ra ln y m , to zaw artość jeg o n ie p rzek ra
cza 1/100.000.
P ozn an o jed n a k c a ły szereg rea k cji jąd row ych , k tó rych p rod u k tem je s t w sp o m n ia n y n ie tr w a ły izotop b e
ry lu — 4Bee. D o rea k cji ty c h n a le ż y m ięd zy in n ym i b o m b a rd o w a n ie izotop ów boru lu b litu p roton am i albo d eu ton am i, w m y śl p rzy to czo n y ch rów nań:
„B11 -+ jH 1 - 4B e8 + 2H e4 SB 10 -)- l I l2 - 4B e8 + 2H e4
,L i’ + ,H 1 ->• 4B
c8 + y (p r o m ie n io w a n ie g a m m a )
. L f - K H * - 4 Bt" + 0 nl
N a szczeg ó ln ą u w a g ę za słu g u ją jed n a k rea k cje ją drow e, d zięk i k tórym 4Be8 otrzy m u je się ze zw y k łeg o berylu (jB e(|), a m ia n o w icie:
4 Ht» + 1 H« - j B e ^ t H 2
4B e“ + ,H 2 - 4B e8 -j- ,H 8 4Be“ -f- „u1 -»• 4B e8 - f 2„n' 4B
c8 -)- y -<■ 4Be8 - f 0n l
W szy stk ie p rzytoczon e rea k cje oprócz d w u ostatn ich są eg zo en erg ety czn e, w o b ec czego p rzeb ieg a ją ju ż przy n ie z b y t w y so k ie j en e r g ii czą stek b om b ard u jących . L ecz w y tw o r z o n y izotop 4Be8 u leg a n ieo m a l n a ty c h m ia st c a ł
k o w item u rozpadow i. J a k w y n ik a b o w iem z ob liczeń te o r e ty c z n y c h okres p ó łtrw a n ia iB e 8 w y n o si za le d w ie
10- 15— 10- 17.L ecz 4Be8 n ie w y czerp u je b yn ajm n iej lis ty n ie tr w a ły ch izotop ów b ery lu . W śród p rod u k tów różn ych re
a k cji ją d ro w y ch w y stę p u ją jeszcze dw a — 4Be7 oraz jB e 10:
6B10 - K H 1 -+ 4B e7 + ,H e 4 .L i ’ + ,H ‘ - 4B e7 + , n >
.Li* + iH a - 4B
c’ + 0n ‘
»Li’ + J I 2 - 4B e 7 + 2 „ n l 4Be9 - K H 2 ->• 4B e10 + jH1 4Be» + „n1 - 4B e10 + y 5B10 -)- „n1 - 4Bc10 + ,11*
,C 13 + „n> - 4B e10 + „He4
Jak n a leża ło p rzew id y w a ć, jądro 4Be10, m a ją ce n a d m iar 1 n eu tro n u w sto su n k u do izotop u trw a łeg o 4Be9, u leg a p rzem ia n ie p ro m ien io tw ó rczej, prow ad zącej do zm n ie jsz e n ia ogóln ej lic z b y n eu tro n ó w na k o rzy ść p ro
ton ów , a p o leg a ją cej n a e m isji z jąd ra w o ln y c h e le k tron ów u jem n y ch , zg o d n ie z rów n an iem :
*) Fizyczny ciężar atom ow y wyraża w zględny ciężar atom u danego
pierwiastka w odniesieniu do ciężaru atom u
o 1*
przyjętego za 16,00000.,Bc 10 - 5B‘° + ©
M a j 1954 99
O kres p ó łtrw a n ia izotop u iB e 10 w y n o si 2,7X 108 lat, a m a k sy m a ln a e n erg ia e m ito w a n y ch elek tro n ó w — 0,56 M eV.
W p r z e c iw ie ń stw ie do 4Be10, izotop 4Be7 m a w jądrze nad m iar p ro to n ó w i w sk u te k teg o u leg a p rzem ian ie p ro m ien io tw ó rczej, k tóra prow ad zi do zm n iejszen ia liczb y p ro to n ó w na k orzyść neu tron ów . T eo rety czn ie cel te n m o że b y ć o sią g n ię ty w d w o ja k i sposób: w drodze e m isji e lek tro n u d o d atn iego lub w drodze p rzyłączen ia do jądra elek tro n u u jem n ego. P o n iew a ż w każd ym ato
m ie jąd ro otoczon e je s t p o w ło k ą elek tro n ó w ujem n ych , is tn ie je z a w sz e o k reślo n e p raw d op od obień stw o, że za
m ia st e m isji e lek tro n u dod atn iego, zw an ej rozpadem
$+, do jąd ra p rzed o sta n ie się jed en z elek tro n ó w u jem n y ch p o w ło k i zew n ętrzn ej. P o n ie w a ż p raw d op od obień stw o to je s t n a jw ię k s z e d la elek tro n ó w poziom u K, sa m o z ja w isk o n a zy w a m y w y c h w y te m K. Jak ła tw o w y kazać, w p rzyp ad k u rozpadu fi+ m u si b yć sp ełn ion a n ieró w n o ść
(1) z mA > z _ ,m A nie + mv
gd zie z1I)A 1 z —imA — m a sy ją d ra u leg a ją ceg o roz
p ad ow i i p rod u k tu rozpadu, m e — m asa elek tron u , a m v — m a sa n eu trin a . N a to m ia st d la w y c h w y tu K ana
lo g iczn a n ieró w n o ść m a p ostać n astęp u jącą:
z mA + me > z _ , m A + mv
In n ym i sło w y , je ż e li e n erg ia rozpadu {5+ n ie w ystarcza do sp e łn ie n ia n ie r ó w n o śc i (1), to zajść m oże ty lk o w y c h w y t K. M asa jąd ra 4Be7 w y n o si 7,01916, a m asa ją dra sLi7 — 7,01822. J a sn e w ięc, że w ty ch w a ru n k ach p rzem ian a p ro m ien io tw ó rcza 4Be7 p olega w y łą czn ie na rea k cji
4Be7 + ©
k-*■ »Li7
O kres p ó łtrw a n ia izotop u 4Be7 w y n o si ok. 53 dni, przy czym ok oło 10°/o ją d er sLi7 p o w sta je w sta n ie w zb u d zo
n ym o en e r g ii ok oło 0.425 M eV p ow yżej stan u n o rm a l
nego.
O m aw iając p rzem ia n y jąd row e, ja k im u leg a ją izo
top y b erylu , n ie m ożn a pom in ąć reak cji, k tórych pro
d u k tam i są jąd ra n ie p rom ien iotw órcze, lecz trw a łe. Do n a jw a żn iejszy ch w śró d n ich n a leżą n astęp u jące:
4tie“ -|- XHX -*■ ,Li* + ,H e * ,Be«-KH* - jB10 + Y .B e ł + ^ l8 - »Lt’ + , H e ‘ 4B e » - f jH* - ,B 10 + „nl 4Be* -f- „n1 -+ 4He6 -f- ,Ho*
4Be8 + tHe‘ - ,C“ + „n1
W reszcie n a le ż y w sk a za ć n a reak cje, p row ad zące do o trzy m y w a n ia tr w a łe g o izotopu 4Be9, ja k np.:
, 6 “ + ^ * -» ,B e 8 + aHe‘
,C“ + 0n» - 4Be# -f- aHe4
B eryl o bfitym źródłem neutronów
J a k w id a ć z p rzy to czo n y ch p o w y żej rów nań reakcji jąd row ych , n a tu r a ln y b e r y l b om b ard ow an y cząstk am i
a lfa albo d eutonam i, ja k rów n ież n a św ie tla n y siln y m stru m ien iem p rom ien i gam a, sta n o w i dosk on ałe źró
d ło neu tron ów , ty ch n a jcen n iejszy ch p ocisk ów a tom o
w ych , za pom ocą k tórych otrzym u jem y o b ecn ie róż
n eg o rodzaju izotop y p ro m ien io tw ó rcze do ce ló w n a u k ow ych , lek a rsk ich i p rzem ysłow ych . N ajp rostszy sposób b om b ard ow an ia b ery lu czą stk a m i alfa p olega na zm ieszan iu sp roszk ow an ego b ery lu z jak ąś su b s ta n cją p rom ieniotw órczą, w y sy ła ją c ą cząstk i alfa, ja k np.
rad, radon lu b polon. W e w szy stk ich ty c h p rzypadkach o trzym u jem y n eu tron y o en erg ii sięgającej 11 do 13 MeV, przy czym w y d a jn o ść w a h a s ię w dość s z e rokich g ran icach od 1700 n eu tro n ó w n a sek u n d ę dla 1 curie radu do 300 n eu tro n ó w n a sek u n d ę dla 1 cu r ie polonu. D la u zy sk a n ia z b erylu n eu tron ów d zia ła n iem p rom ien i gam m a, u m ieszcza s ię z w y k le w dużej m a sie sp roszk ow an ego b e r y lu siln e źródło p ro m ien io tw órcze, w y sy ła ją c e p ro m ien io w a n ie gam m a. D a w n iej stosow an o do tego c elu w y łą c z n ie am p u łk i rad ow e, o b ecn ie zaś u ży w a się oprócz radu, w y tw a rza n e w dro
dze przem ian, ją d ro w y ch izotop y p ro m ien io tw ó rcze in n y c h p ierw ia stk ó w , ja k np. an tym on u (siSb124) lu b sodu (n N a24). O trzym ane w ty ch w aru n k ach n eu tron y są m niej en erg ic zn e (od 1 M eV przy u życiu n N a 24 do 0,029 M eV d la siSb124), co w y d a tn ie sp rzyja ich w y k o rzystan iu jak o p o cisk ó w jąd row ych , n a to m ia st cele m u zy sk a n ia siln eg o ich stru m ien ia trzeb a rozporządzać zn aczn ym i ilo ścia m i b ery lu . A b y u zysk ać stru m ień około m ilio n a n eu tro n ó w n a sek u n d ę, trzeba u żyć 3 cu rie siSb124 albo 15 cu r ie (tj. 15 gram ów ) radu i o to czyć ponad d w om a k ilogram am i n a jczy stszeg o b erylu . L ecz za m ia st p rom ien i gam m a z siln y c h źród eł pro
m ien io tw ó rczy ch m ożna też sto so w a ć do n a św ietla n ia b erylu p o tężn e stru m ien ie p ro m ien io w a n ia gam m a, w y tw orzon e w n o w o czesn y ch przysp ieszaczach jo n ó w lub elek tro n ó w , ja k gen era to ry elek tro sta ty czn e, b e ta - tro n y czy syn ch rotron y. T ak np. jed n o g ra m o w a p ły tk a b ery lo w a bom b ard ow an a stru m ien iem e lek tro n ó w o n a tężen iu 100 m ik roam p erów i en e r g ii 2,5 M eV d aje tak ą sam ą ilo ść n eu tron ów , jak 4 gram y radu z m ie sza n e z 20 g sp roszk ow an ego b erylu ; a u żyw ając e le k tron ów o e n e r g ii 3,2 M eV u zy sk u jem y w ty c h sa m y ch w aru n k ach ilo ść n eu tro n ó w , o d p ow iad ającą 26 gra
m om radu.
Jeszcze siln ie jsz e stru m ien ie n eu tro n ó w o trzym u je s ię przy b om b ard ow an iu b ery lu d eu ton am i. 1 m ik ro - am per d eu to n ó w o e n e r g ii 1 M eV d a je około 108 n e u tron ów na sek u n d ę, a zw ię k sz e n ie en erg ii d eu to n ó w
do 14 M eV pod n osi w y d a jn o ść do 3 X 1 0 10 n eu tro n ó w n a sek. J e ż e li dodam y do tego, że sto so w a n e o b ecn ie d o p rzysp ieszan ia d eu to n ó w p otężn e cy k lo tro n y i sy n - ch ro cy k lo tro n y p ozw alają n a o trzy m a n ie b ez w ię k szy ch tru d n ości stru m ien i d eu to n ó w o en erg ii k ilk u d ziesięciu M eV i o n a tężen iu se te k czy n a w et ty s ię c y m ikroam p erów , to ła tw o zrozu m iem y d on iosłe zn a cze
n ie b erylu ja k o źródła n eu tron ów . W rzeczy w isto ści
w yd ajn ość n eu tro n ó w z n a jsiln ie jsz y c h źródeł b e r y lo
w ych , u stęp u je ty lk o w y d a jn o ści sto só w a tom ow ych .
L ecz n ie zn a czy to w c a le , że k o rzy sta ją c ze sto só w
a tom ow ych n ie je s te śm y ju ż u za leżn ien i od b ery lu .
W ręcz p rzeciw n ie, bez zn aczn ych zasob ów b e r y lu n ie
do p o m y ślen ia je s t o b ecn ie d a lszy rozw ój p rzem ysłu
atom ow ego.
100 W S Z E C H Ś W I A T
Beryl w przem yśle atom ow ym
D zia ła n ie sto só w u ra n o w y ch op iera się na ła ń c u ch o w y m p ro cesie ro zszczep ien ia lż e jsz e g o izotopu uranu, U 235, pod w p ły w e m p o w o ln y c h n eu tro n ó w . L ecz n eu tro n y w y d z ie la n e p od czas ro zszczep ia n ia ją d er U
235m ają b ardzo zn aczn ą en erg ię . W obec teg o dla p o d trzy m a n ia ła ń c u c h o w e g o p rzeb ieg u p ro cesu rozszcze
p ien ia n iezb ęd n e je s t k ażd o ra zo w e o b n iżen ie en e r g ii w y d z ie la n y c h n eu tro n ó w , tj. ra d y k a ln e z m n ie jsz e n ie ich szy b k o ści. J e st to szc z e g ó ln ie w a żn e w ó w cza s, gd y m a teria łem a to m o w y m w sto sie je s t n ie c z y sty U 235, le c z uran n a tu ra ln y , z a w ie r a ją c y z a le d w ie 0,07°/o U
233obok 99,93% U 238, k tóry p o ch ła n ia siln ie n eu tro n y szy b k ie n ie u leg a ją c przy ty m rozszczep ien iu .
S to so w a n e w p rzem y śle a to m o w y m m a te r ia ły do zw a ln ia n ia n eu tro n ó w noszą n a z w ę m od eratorów . D o b ry m od erator m u si m ieć m a ły cięż a r a to m o w y i m u si się odznaczać ja k n a jm n iejszą zd o ln o ścią p o ch ła n ia n ia n eu tro n ó w . W arunki te n a jle p ie j sp e łn ia ją ty lk o z w y k ły i cię ż k i w odór, h el, tlen , b e r y l oraz w ę g ie l. H el je s t tru d n y do u ży cia , gd yż je s t gazem i n ie d aje z w y k ły c h z w ią z k ó w ch em iczn y ch . W odór i tle n n ad ają się ty lk o w p o sta ci p ołączeń , z k tó ry ch n a jle p sz y m je s t ta k zw an a ciężka w oda, o trzy m y w a n a o b ecn ie n a dużą sk a lę,
■ a le sta n o w ią ca w c ią ż jeszcze sto su n k o w o rzad k i p ro d u k t p rzem y sło w y . P on ad to u ż y c ie w o d y ciężk iej w ch a ra k terze m o d eratora ogra n icza się ty lk o do tzw , rea k to ró w jed n o ro d n y ch w fa z ie ciek łej. N a to m ia st d la sto só w ze sta ły m p a liw e m jed n o ro d n y m m o d e r a toram i m ogą b yć n ieo m a l w y łą c z n ie g r a fit (lub w ę g lik krzem u) oraz b e r y l i je g o p o łą czen ia : ja k tle n e k R eO lub w ę g lik B e
2C. W reszcie n ie m n iej d o n io słe je s t za sto so w a n ie b ery lu jak o m o d eratora w sto sa ch n ie jed n orod n ych . P o czą tk o w o sto s y teg o ty p u b u d o w a n o u ży w a ją c jak o m od eratora g ra fitu . W ty ch w a ru n k a ch jed n a k tzw . k ry ty czn a (tj. m in im a ln a ) k ra w ęd ź r e a k tora w y n o si około
6m etró w . Z a stą p ien ie g r a fitu b e r y lem p o zw a la na dość w y d a tn e z m n ie jsz e n ie w y m ia r ó w k r y ty c z n y c h stosu.
L ecz szc z e g ó ln ie d o n io słe zn a c z e n ie b e r y lu przy b u d o w ie sto só w u r a n o w y ch p o leg a n a za sto so w a n iu teg o m eta lu w ch arak terze reflek to ra . Jak ła t w o p ojąć, w n ie o sło n ię ty m sto sie u ra n o w y m duża ilo ść n e u tr o n ó w w y d o sta je s ię n a zew n ą trz, co z jed n ej stron y o b n iżą sk u te k u ży teczn y reak tora, z d rugiej za ś zw ię k sz a n ie b e z p ie c z e ń stw o sz k o d liw e g o d zia ła n ia n eu tro n ó w w oto czen iu stosu . C elem z a trzy m a n ia w rea k to rze ja k n a jw ię k sz e j lic z b y w y tw o r z o n y c h n eu tro n ó w , ota cza s ię ca ły sto s u ra n o w y tzw . reflek to rem , tj. grubą w a r stw ą m a teria łu , k tó ry p r a k ty c z n ie n ie p o ch ła n ia n e u tronów , n a to m ia st rozprasza je bardzo siln ie , k ieru ją c zn aczn ą ic h część z p o w ro tem do stosu . I zn o w u n a j lep szy m m a teria łem n a r e fle k to r y dla n eu tro n ó w p o w o ln y c h o k a za ł s ię tle n e k b ery lu . S p e łn ia ją c b o w ie m ojaa p rzy to czo n e w yżej w y m a g a n ia , m a d o sta te c z n ie w y so k ą tem p era tu rę to p n ie n ia (2600° C) oraz w y s ta r cza ją ce w ła s n o ś c i a n ty k o ro zy jn e, a b y d ob rze zn o sić ciężkie' w a ru n k i term iczn e, w ja k ich p ra cu ją sto sy a t o m o w e .; ■.'
O m a w ia ją c za sto so w a n ie b e r y lu p rzy b u d o w ie r e a k to ró w a to m o w y ch n ie m ożn a p o m in ą ć d u żego z n a c z e
n ia sta li b ery lizo w a n ej jako m eta lu k o n stru k cyjn ego.
W yb itn a tw ard ość, w y trzy m a ło ść m ech a n iczn a i te r m iczn a oraz zn a k o m ita odporność n a korozję w w y s o k ich tem p era tu ra ch czy n ią ze sta li b ery lizo w a n ej je d en z n a jle p sz y c h m a te r ia łó w do sp orząd zan ia zarów no czę śc i w e w n ę tr z n y c h , ja k i sz k ie le tu zew n ętrzn eg o p o tę ż n y c h sto só w uran ow ych .
Doświadczalny dowód istnienia neutrina
G dy ja k iś izotop p ro m ien io tw ó rczy u leg a rozpadow i typ u b eta, w ó w cza s w y sy ła elek tron y, k tórych en er
gia w a h a się od w a rto ści b lisk iej zeru do p ew n ej w a r
to ści m a k sy m a ln ej, ch a ra k tery sty czn ej d la danego izotop u i od p o w ia d a ją cej d o k ła d n ie ilo śc i en erg ii, u w o l
n io n ej p odczas sam ego procesu rozpadu. E lek tron ów o en erg ii m ak sym aln ej jest bardzo n ie w ie le . W szystk ie zaś p o zo sta łe n io są z sobą zasób en erg ii m n ie jsz y od e n e r g ii rozpadu. G d zież w ię c p od ziew a się reszta en er
gii? Id ea listy czn a szk oła k o p en h a sk a u siło w a ła p o czą tk o w o w y tłu m a c z y ć ten stan rzeczy p rzy p u szcze
niem , że w d anym przyp ad k u n ie sp ełn ia się zasad a za
ch o w a n ia en ergii. N ieb a w em jed n a k liczn e p race te o rety czn e i d o św ia d cza ln e p o tw ierd ziły p ogląd op arty na m a teria listy czn y rh sto su n k u do św ia ta , że zasad a za
ch o w a n ia en erg ii je s t a b so lu tn ie o b o w ią zu ją cy m po
w sz e c h n y m p raw em przyrod y. W ty c h w a ru n k a ch u czo
n y szw a jca rsk i P a u l i w y su n ą ł śm ia łą h ip o tezę m a te - ria listy czn ą , w m y ś l której em isji k ażd ego elek tro n u przez su b sta n c ję p rom ien iotw órczą to w a rzy szy em isja jeszcze jed n ej cząstk i, u n oszącej r esztę en e r g ii rozpadu.
C ząstk ę tę, której n a leża ło p rzyp isać n iezm iern ie m ałą m a sę oraz brak ład u n k u elek try czn eg o , n a zw a n o n e u trin em . T e w ła sn o ś c i n eu trin a p ro w a d ziły do w n iosk u , że d o św ia d cza ln e p o tw ierd zen ie istn ie n ia tej cząstk i h ip o tety czn ej b ęd zie n iezm iern ie trudne. Isto tn ie, jak zd ołan o w y liczy ć , p ra w d o p o d o b ień stw o zd erzeń n eu trin a z ato m a m i je s t ta k m ałe, że p ęd zące n eu trin o p ow in n o w y tw a rza ć śred n io jed n ą p arę jo n ó w na drodze ok oło 500.000 km .
D op iero w 1935 roku u czon y rad zieck i L e j p u n s k i w sk a z a ł drogę, k tóra m o g ła b y d op row ad zić d o do
św ia d c z a ln e g o p o tw ierd zen ia em isji n eu trin a . M yśl L ejp u n sk ieg o p o leg a ła na tym , aby zbadać, c z y en ergia odrzutu ją d ra p rom ien iotw órczego, u leg a ją ceg o rozpa
d o w i b eta, od p ow iad a ty lk o em isji elek tro n u , czy też św ia d c z y o rów n oczesn ej e m is ji n eu trin a. W yk on an ie d o św ia d czen ia tego rodzaju n a p o ty k a ło na tak w ie lk ie tru d n o ści tech n iczn e, że w reszcie sa m p o m y sł p oszed ł w za p o m n ien ie. G dy jed n a k w roku 1939 in n y u czony rad zieck i A. L. A l i c h a n o w za ją ł s ię sy stem a ty czn y m i p om iaram i en erg ii od rzu tu jąd er p rom ien iotw órczych , zw r ó c ił u w a g ę n a m o żliw o ść re a liz a c ji p o m y słu L ej
p u n sk ieg o w p rzyp ad k u p rzem ia n y p ro m ien iotw órczej izotop u iB e 7. B ie g ro zw a ża ń A lich a n o w a b y ł n a stęp u ją cy : P rzem ia n a p rom ien iotw órcza
4B e
7p o leg a n a p rzy
łą cze n iu do jądra jed n eg o elek tró n u z żew n ętrzn ej po
w ło k i elek tro n o w ej zg o d n ie z rów n an iem
4
Be' -f-
0k ‘ — *■
3L
1'
J a k ła tw o w y lic z y ć , p rzem ia n ie tej to w a rzy szy w y d z ie
le n ie e n e r g ii ilo śc i 0,87 M eV. P o n ie w a ż p roces w y
M a j 1954 101
ch w y tu K*) p rzeb iega b ez em isji p rom ien iow an ia gam m a, u w o ln io n a en erg ia m u si b yć u n iesio n a w ja k ie jś in nej form ie. N a jsłu sz n ie jsz e w y d a je się przyp u szczen ie, że en e r g ię tę u noszą em ito w a n e ró w n o cześn ie z w y c h w y tem elek tro n u K n eu trin a, k tóre w p rzeciw ień stw ie do zw y k łej p rzem ia n y p ro m ien iotw órczej m uszą w tym p rzyp ad k u sta n o w ić stru m ień czą stek m o n o en erg ety cz
nych, w sz y stk ie b o w iem w in n y p osiadać d ok ład n ie ten sam zasób en ergii. W ty ch w aru n k ach p o w sta łe w pro
c esie w y c h w y tu K jądro ?.LiT pow in n o, podobnie jak d ziało po w y rzu cen iu p ocisk u z lu fy , u zysk ać zgodnie z p ra w em za ch o w a n ia m o m en tó w śc iśle ok reślon ą en erg ię odrzutu, której w artość za leż y bezpośrednio od m a sy cząstki em ito w a n ej. Jeżeli przyjąć, że cząstką em ito w a n a , je s t n eu trin o, którego m asa sp oczyn k ow a rów n a się p rak tyczn ie zeru, w ó w cza s z rów n an ia w y rażającego p raw o za ch o w a n ia m om en tów w y n ik a , że en erg ia odrzutu jąd ra sLi7 p ow in n a w y n o sić 45 elek tro - n o w o ltó w . In n y m i sło w y , p om iar en erg ii odrzutu jądra sLi7, p o w sta łeg o w rezu lta cie p rzem ian y
4
B e 7 - ( - © k - * 3L i7m ó g łb y d ostarczyć d a n y ch p o tw ierd za ją cy ch czy też p o d w a ża ją cy ch h ip o tezę neu trin a.
W ybuch II W ojn y Ś w ia to w ej i najazd hord h itle ro w sk ich na Z w ią zek R ad zieck i u n iem o żliw ił A lic h a - n o w i zrea lizo w a n ie op racow an ego te o rety czn ie do
św iad czen ia. D op iero w 1942 roku A l l e n , posłu gu jąc się n iezm iern ie p o m y sło w y m urząd zen iem , p rzyp om in a
ją cy m w ie lo s ia tk o w ą lam p ę elek tron ow ą, zd ołał zm ie
rzyć bardzo d o k ła d n ie en erg ię odrzutu jąd er sLi7 z p rzem ian y p ro m ien iotw órczej 4Be7 i u zy sk a ł w y nik ok. 45 eV , p o tw ierd za ją c w ten sposób oparte na h ip o tezie n eu trin a o b liczen ia A lich a n o w a . D zięk i pro
m ien io tw ó rczem u izo to p o w i b erylu 4Be7 hipoteza n eu trina zo sta ła p op arta p ow ażn ym a rgu m en tem d o
św ia d cza ln y m .
W pływ czynników zew nętrznych na przem iany promieniotwórcze
Od czasu w y k r y c ia z ja w isk a p rom ien iotw órczości liczn i b ad acze u siło w a li stw ierd zić w p ły w czy n n ik ó w zew n ętrzn y ch na p rzeb ieg p rzem ian p ro m ien io tw ó r
czych. J ed n a k w cią g u w ie lu la t w sz y stk ie u siło w a n ia d a w a ły r e z u lta ty n eg a ty w n e, co sk ła n ia ło fizy k ó w id e a listó w do p och op n ego w n io sk u , że p rzem ian y p rom ie
n io tw ó rcze sta n o w ią rzekom o ja k iś szczeg ó ln y rodzaj zja w isk w p rzyrodzie, na k tóre czło w ie k n ie m oże m ieć żad n ego w p ły w u . D op iero d alszy rozw ój badań teo re
ty czn y ch i d o św ia d cza ln y ch w d zied zin ie p rzem ian w e - w n ą trza to m o w y ch u m o cn ił osta teczn ie zd row y pogląd m a teria listy czn y , że osiągan e w laboratoriach zm iany w a ru n k ó w zew n ętrzn y ch (np. bardzo n isk ie czy bardzo w y so k ie tem p eratu ry lub ciśn ien ia) n ie p ow od u ją w i
docznych różnic w p rzeb iegu przem ian p rom ien iotw ór
czych, gdyż zm ian om tym o d p ow iad ają różnice en ergii n iew sp ó łm iern ie m a łe w stosu n k u do e fek tó w en erg e
*) Jak już w spom inaliśm y, p ro ces ten nosi_ nazw ę wychwytu K , ponie
w aż najczęściej przyłączony^do jądra^elektron poch odzi z~najbliżej p o ło żo nej p o w ło k i elektronow ej, zwanej poziom em K . Lecz niejednokrotnie w om a w ianym procesie biorą udział elektrony z~pow łok bardziej od jądra odda
lonych, oznaczanych literam i L, M , N itd.
tyczn ych tow arzyszących sam ym przem ianom . G dyby się n atom iast udało w y w o ła ć w otoczen iu jąder atom o
w ych , u leg a ją cy ch p rzem ian ie p rom ien iotw órczej, z m ia n ę w a ru n k ó w zew n ętrzn ych , której w p ły w b y łb y tego sam ego rzędu w ielk o ści co e fe k t en erg ety czn y b a d a nej p rzem iany, w ó w cza s na pew no stw ierd zon o b y b e z pośredni sk u tek tak iej zm iany.
We w sp o m n ia n y ch ju ż poprzednio p rzem ianach p ro m ien io tw ó rczy ch zw a n y ch „ w y ch w y tem K ”, p ra w d o p od ob ień stw o p rzyłączen ia do jądra jed n ego z e le k tr o n ó w zew n ętrzn ej p o w ło k i elek tron ow ej atom u m u si zależeć bezp ośred n io od g ęsto ści e lek tro n ó w w o to c z e n iu u leg a ją ceg o p rzem ia n ie jądra atom ow ego. To u z a sad n ion e teo rety czn ie tw ierd zen ie prow adzi do w n io sk u , że okres p ó łtrw a n ia jąder a tom ow ych , u le g a ją cych w y c h w y to w i K p o w in ien b y ć dla jed n ego i tego sam ego izotop u p rom ien iotw órczego różny, w z a le ż n ości od tego, w jak im p ołączen iu ch em iczn y m izotop ten w y stęp u je. P o n iew a ż zm ian y w sk ła d zie c h em icz
n ym w p ły w a ją przede w szy stk im na stru k tu rę n a j
bardziej zew n ętrzn y ch p ow łok elek tro n o w y ch w a to m ach, o m a w ia n e różn ice w a rto ści o k resów p ó łtr w ą - n ia p o w in n y b yć szczeg ó ln ie w yraźn e w przypadku jąder lek k ich , do jak ich n ależy izotop 4Be7. Isto tn ie, przep row ad zon e d ok ład n e pom iary okresu p ó łtrw a n ia iB e7 w y k a za ły , że okres ten jest n ieco in n y dla m e ta liczn ego b ery lu niż d la chlorku BeCla, a p r e c y z y jn ie j
sze oznaczenia p o z w o liły się przekonać, że p rzem iana jHe7 -f- ©K -*■ sL i7
w tlen k u BeO p rzeb iega o 0,l°/o szyb ciej, niż w p o łączeniu BeFa. W p ołączen iu B eC k d w a spośród cz te rech elek tro n ó w atom u b erylu (tzw . elek tro n y p ozio
m u L) są bardzo siln ie zw iązan e z atom am i chloru i d latego p raw d op od ob ień stw o u d ziału ty ch elek tro n ó w w p rzem ian ie p rom ieniotw órczej B e 7 je s t w tym p rzy padku zn aczn ie m n iejsze, niż gd y w y stę p u ją one w atom ach b ery lu w sta n ie m eta liczn y m . N a to m ia st w tlen k u B eO gęsto ść elek tron ów najbardziej z e w n ętrzn ych je s t w ięk sza niż w e flu ork u BeFs. W te n sposób zb ad an ie przem ian y p rom ien iotw órczej B e 7 d o starczyło n ad er cen n eg o argu m en tu n a p o tw ie r d z e n ie słu szn o ści poglądu, że w obszarze procesów ją d ro w y ch rządzą te sam e za leżn o ści d ia lek ty czn e, k tóre stw ierd za m y w o ta czającym nas m ak rośw iecie.
DO ZW OLENNIKÓ W FO T O G R A FIK I PRZY RO DN ICZEJ S k o ń czy ł się kon k u rs fo to g ra fik i p rzyrodniczej W sze c h św ia ta i w ięk szo ść zd jęć nagrod zon ych i w y ró żn io n y ch na tym k on k u rsie została ju ż zam ieszczon a na łam ach naszego czasopism a. P o żądane je s t jed n ak n ad al n a d sy ła n ie przez a m a torów i za w o d o w y ch fo to g ra fó w o r y g in a ln y ch zdjęć o tem a ty ce p rzyrodniczej, nie zam ieszczo
n ych w in n y ch p u b lik acjach . D la teg o R ed ak cja zw raca się do C zy teln ik ó w o sta łe n a d sy ła n ie fotografij ze w szy stk ich dziedzin przyrody żyw ej jak i n ieo ży w io n ej — do reprodukcji w e W sze c h - św iecie.
K ażde zam ieszczon e zd jęcie je s t h on orow an e.
Z djęcia n ie p rzy jęte do rep rod u k cji zostaną zw rócone.
A dres R ed ak cji W sze c h św ia ta : K rak ów 2, ul.
P o d w a le 1 m . 2.
1 0 2 W S Z E C H S W I A T
K A Z IM IER Z A. M IC Z Y ftSK I (K raków )
P O Z N A J E M Y N A T U R Ę B A K T E R I O F A G Ó W
W badaniach zjaw iska bakteriofagii dwa p ro blemy zdają się zajmować pozycje czołowe. J e den z nich, to zagadnienie samej, istoty bakte
riofaga, dążenie do znalezienia odpowiedzi na pytanie, czym jest bakteriofag. D rugi — to za
gadnienie genezy i reprodukcji tego do niedaw n a jeszcze zupełnie tajem niczego czynnika, po
wodującego spontaniczne rozpuszczanie się ca
łych kolonii bakteryjnych. Oba te zagadnienia, wiążące się zresztą ze sobą bardzo ściśle, od da
w na już interesow ały badaczy, którzy w dąże
niu do ich w yjaśnienia zbudowali różne teorie często zupełnie sprzeczne m iędzy sobą.
Pierwsze, znane nam z literatu ry , obserw acje zjawiska bakteriofagii, przeprow adzili z końcem ubiegłego stulecia G a m a 1 e j a i niem al rów nocześnie z nim T w o r t. Dopiero jednak b ada
nia bakteriologa francuskiego d ’H e r e 11 e ’ a, przeprow adzone w roku 1917 nad b akterio fa
giem pałeczek czerwonki, zwróciły pow szechną uwagę mikrobiologów na te n problem . Hipoteza d ’H erelle’a przedstaw iała bakteriofagi jako swo
iste żywe istoty pasożytujące na bakteriach.
Znam ionam i ich życia m iała być przede wszy
stkim : zdolność rozm nażania się obok uzdolnień adaptacyjnych do zm iennych w arunków środo
wiska. Z biegiem czasu, w m iarę nagrom adzania się nowych spostrzeżeń, staw iano coraz to inne hipotezy. Jedne z nich naw iązyw ały do p ier
w otnej koncepcji d ’H erelle’a, inne te sam e fak ty interpretow ały zgoła inaczej. W szystkie te te orie, które przetrw aw szy w m niej lub więcej zmienionej postaci i dzisiaj jeszcze m ają swoich zwolenników i przeciwników, można by spro
wadzić do trzech zasadniczych poglądów na isto
tę bakteriofagii. Według pierwszego z nich b a kteriofag — to swoisty zarazek przesączalny, pasożytujący na bakteriach. W edług drugiego, bakteriofag to ferm ent lub grupa ferm entów , w ytw arzana spontanicznie przez same kom órki bakteryjne, a posiadające zdolność do sam orzut
nego odtw arzania się kosztem zniszczonych b ak terii. W yznawcy trzeciego wreszcie poglądu uw ażają bakteriofagi za tw ór pow stały z tak zwanych przesączalnych form bakterii, w ystępu
jących w wielopostaciowym ich cyklu rozwojo
wym. Pogląd ten, popierany przez tzw. pleom or- fistów, różni się zasadniczo od obu poprzednich.
Obserwowane zjaw iska bakteriolizy ro zpatryw a
ne są tu taj nie jako skutek bezpośredniego infek- tyw nego oddziaływ ania zew nętrznych czynni
ków na bakterie, lecz jako rezu ltat pew nych zmian fizjologicznych, zachodzących w sam ych komórkach. Zm iany te doprow adzają jakoby do przekształcania się b akterii w form y przesączal- ne, które w sprzyjających w arunkach mogą przybierać właściwości infektyw ne wobec in
nych komórek bakteryjnych, a więc przem ieniać się w bakteriofagi.
Jak widzimy, przytoczone powyżej teorie są bardzo rozbieżne w ujm owaniu tego samego zja
wiska, co niew ątpliw ie w ynika z niedostatecz
nego poznania samej jego istoty. Mimo też ogromnego postępu naszej wiedzy o bakteriofa
gach w okresie powojennym, dyskusji na ten tem at nie możemy uważać za ukończoną. Ba
dania ostatnich lat, a szczególnie zastosowanie m ikroskopu elektronowego, zdecydowanie prze
w ażyły szalę na korzyść korpuskularnych teorii bakteriofagii. Okazało się, że bakteriofag jest cząsteczką, zbudowaną niem al wyłącznie z sub
stancji białkowych, posiadającą określony kształt i w ym iary. Poszczególne makrocząsteczki bia
łek, tworzących ciało bakteriofaga, połączone są jakby w łańcuch zw inięty spiralnie i dlatego najczęściej spotykane są bakteriofagi w formie kulistej lub przypom inającej kształtem plem
niki zwierzęce. Wielkością zbliżają się bakterio
fagi do wirusów, posiadając w ym iary rzędu 100 m - m. Biologicznie również niewiele się od nich różnią, w ykazując te wszystkie właściwo
ści, k tó re norm alnie przypisujem y wirusom, a mianowicie: w irulencję, zdolność do repro
dukcji jedynie w żywych komórkach gospoda
rza, zdolność do tw orzenia swoistych przeciw
ciał w surowicy krw i, a wreszcie szeroką skalę zmienności. Oczywiście stwierdzenie, że bak te
riofag m a określony kształt i w ym iary, nie prze
sądza jeszcze kwestii, czy jest on tw orem ży
wym, a tym bardziej nie może dać odpowiedzi n ap y tan ie, czy jest on pochodzenia w ew nątrzko
mórkowego, czy też pochodzi z zewnątrz. Roz
strzygnięcie problem u, czy bakteriofag jest ży
wym organizmem, nie jest rzeczą prostą. Zwolen
nicy tego poglądu zgodni są w tw ierdzeniu, że fa
gi są w każdym razie bardzo prym ityw nym i po
staciam i żywych istot o organizacji subcelular- nej. Należałoby je według nich przyrów nać do niektórych wyżej uorganizowanych wirusów, posiadających już pewnego rodzaju własny apa
ra t enzymatyczny. Z drugiej strony, w ielką po
pularnością cieszy się teoria tzw. autokatalizy, rozbudow ana swego czasu przez D oerra w sto
sunku do ogółu zarazków przesączalnych. We
dług niej większość wirusów jak również bakte
riofagi to nie żyjące tw ory, lecz cząsteczki wy- sokomolekularnego białka. Mnożą się one w ko
m órkach gospodarza nie w drodze podziału m a
cierzystych cząsteczek, lecz n a skutek zmiany
m etabolizm u zaatakow anych komórek, które
zam iast właściwych sobie białek syntetyzują
cząsteczki białek pasożyta. Badania ostatnich lat
przyniosły wiele ciekawych faktów, które zdają
się przem aw iać na korzyść autokatalitycznej te
M a j 1934 103
orii reprodukcji faga. Prowadzono je w dwóch kierunkach, badając morfologię bądź fizjologię zmian zachodzących w zakażonych fagiem ko
m órkach bakterii.
W roku 1950 H e r ć i k , posługując się mi
kroskopem elektronowym, poddał drobiazgo
wym studiom morfologicznym różne fazy roz
wojowe bakteriofaga Ta, pasożytującego na Esclnerichia coli. Wykazał on, że w plazmie tych bakterii, zakażonych fagami, można było, po
czynając od pewnego momentu, dokładnie prze
śledzić stopniowy rozwój korpuskuł bakterio
faga. Nigdy jednakże nie zauważono ich podzia
łów. Podobne w yniki otrzym ali w roku 1953 K r i s s i T i c h o m i e n k o , którzy stw ier
dzili, że proces reprodukcji fagów w zaatakow a
nej komórce bakteryjnej zachodzi dosyć nagle, przy czym praw ie cała masa protoplazmy bak
terii ulega rozpadowi na cząstki bakteriofaga.
Do tej chwili, poczynając od momentu zakaże
nia, bakteriofag nie posiada postaci dostrzegal
nej przez mikroskop. Badacze ci wnioskują, że proces infekcji bakteriofagowej musi być więc analogiczny do procesu asymilacji białek i in
nych wielkocząsteczkowych substancji, przez komórkę bakterii. Polega ona na przemianie tych substancji na związki prostsze, które już łatwo mogą przenikać do w nętrza komórki. Sam bakteriofag jest tutaj jakby biokatalizatorem bakteryjnego pochodzenia.
Tezę o autokatalitycznym sposobie repro
dukcji bakteriofaga potw ierdzają również nie
które badania przeprowadzone tzw. metodą zna
czonych atomów. Okazało się mianowicie, że przy hodowaniu k u ltu ry Escherichia coli na pożywkach, zaw ierających promieniotwórcze izotopy azotu i fosforu, pierw iastki te w dużej ilości wchodzą w skład białek protoplazmatycz- nych bakterii. Gdy taką ku ltu rę zarazić bakte
riofagiem, można otrzym ać preparaty faga, za
w ierające w przew ażającej ilości te właśnie ra
dioaktyw ne atomy. Przy zastosowaniu tego ro
dzaju znaczonych bakteriofagów, można było już w pierwszych m om entach ich działalności w zaatakow anych bakteriach, wykazać dezyn- tegrację większości ich cząsteczek. Rozpad ten zachodził równolegle z tworzeniem się nowych cząstek faga, który to proces w rezultacie uzy
skiw ał przewagę. Okazało się dalej, że tylko bardzo nieznaczna część promieniotwórczych atomów macierzystych cząsteczek faga, wcho
dzi w skład cząstek potomnych. Istnieje więc małe prawdopodobieństwo, aby fagi mogły roz
mnażać się w drodze zwykłego podziału, gdyż wówczas należałoby raczej oczekiwać, że cała ilość znaczonych atomów przejdzie z cząstek m acierzystych na ich potomstwo.
Przytoczone powyżej fakty otw ierają nowe interesujące perspektyw y do dalszych badań nad stru k tu rą bakteriofaga. Jeśli jednak w po
znaniu tego zagadnienia zrobiliśmy już duży krok naprzód, to spraw a pochodzenia i genezy bakteriofagów jest dla nas nadal dość niejasna.
Szczególnie wszelkie teorie usiłujące wyjaśnić filogenezę tego rodzaju najprostszych form ży
wej materii, jakimi są w ogólności zarazki prze- sączalne, m ają dotychczas w ybitnie hipotetycz
ny charakter. Z punktu widzenia praktyki ka
pitalne znaczenie m a jednak nie tyle kw estia filogenezy fagów, ile sprawa ich aktualnego po
w staw ania w kulturach bakteryjnych. Omówio
ne powyżej teorie bezwzględnie odrzucają wszelką myśl o możliwości samorództwa zaraz
ków przesączalnych, w sensie spontanicznego ich powstawania w ew nątrz żywych komórek. A jed
nak w łaśnie zjawiska bakteriofagii dostarczają najwięcej faktów, których wyjaśnienie w inny sposób nastręcza jeszcze i dzisiaj duże trudno
ści. Już w początkach rozwoju nauki o bakte
riofagach Bordet twierdził, że bakteriofag po
w staje w ustroiu. Później przekonano się o obec
ności bakteriofagów w kulturach bakteryjnych, zwłaszcza starych. Udało się też kilkakrotnie otrzymać je jakby sztucznie, przez wyhodowa
nie bakterii na specjalnych pożywkach. U jaw nianie się coraz to nowych obserwacji doprowa
dziło wielu badaczy do wniosku, że źródłem ba
kteriofagów mogą być jedynie same bakterie. Jak jednakże pogodzić ten punkt widzenia z ogól
nie przyjętym stanowiskiem, że fagi nie mogą powstawać spontanicznie w drodze endogenicz- nego samorództwa? Spraw a jest rzeczywiście bardzo niejasna i daleka chyba od ostatecznego rozstrzygnięcia. Zdaje się, że oewne światło na tę sprawę rzucają badania tzw. bakterii lizoge- nicznych.
Pojęcie bakterii lizogenicznych nie jest nowe.
Istota zjawiska lizogenezy polega na tym, że z k u ltu r bakteryjnych, zakażonych fagiem, można wyosobnić pewne szczepy bakterii od
porne na działanie danego faga. Szczepy te z ko
lei w nie w yjaśnionych bliżej w arunkach ule
gają jakby autolizie, której towarzyszy pow sta
nie pewnej stałej ilości fagów. Zjawisko to ob
serwował już w roku 1921 C a r r e r e w d ’H e- r e l l o w s k i c h k ulturach Escherichia coli, następnie B o r d e t, a wreszcie B u r n e t, który przeprowadziwszy w roku 1929 bardzo skrupu
latne badania, pierwszy ujął obserwowane fakty w teorie lizogenezy. Teorię tę w jej obecnej po
staci można by pokrótce scharakteryzow ać na
stępująco:
Bakterie lizogeniczne zaw ierają bakteriofaga w postaci potencjalnej jako tzw. probakteriofa- ga. Jest to, inaczej mówiąc, jakby utajona, la- tentna form a bakteriofaga, wolna od właściwo
ści infektyw nych i patogenicznych. Ma ona jed
nakże zdolność mnożenia się w komórkach go
spodarza i w ten sposób może być przekazywana następnym pokoleniom bakterii. W pewnych w arunkach probakteriofag może się zamienić w bakteriofaga. Wówczas po rozpuszczeniu m a
cierzystej komórki, w ydostaje się na zewnątrz i może zakażać szczepy bakteryjne, uczulone na jego działanie. Bakterie lizogeniczne otrzym u
jemy zwykle przez zmieszanie jakiejkolwiek
zwyczajnej k ultu ry b akterii z odpowiednio do
branym bakteriofagiem . W tych w arunkach większość bakterii ulega rozpuszczeniu, jednak
że pewna, bardzo nieznaczna ich część zwykle pozostaje, dając początek szczepom odpornym na działanie fagów, a jednocześnie lizogenicz- nym, czyli fagotwórczym. Bakteriofagi pow stałe w ten sposób są identyczne z fagami użytym i pierw otnie. Szczegółowsze badania wykazały, że tylko nieznaczna część bakterii w szczepie lizo- genicznym zdolna jest produkow ać fagi. Nie udały się próby otrzym yw ania fagów ze szcze
pów tego rodzaju na drodze sztucznego rozpusz
czania komórek bakteryjnych za pomocą sub
stancji litycznych. W te n sposób otrzym ano jakby dowód na to, że w bakteriach lizogenicz- nych istnieje norm alnie jedynie utajona, niewi- rulen tn a form a bakteriofaga — probakteriofag.
F ak t w ystępow ania probakteriofagów w cy
klu rozwojowym bakteriofaga jest więc podsta
wowym założeniem teorii lizogenezy. Teoria ta w jej pierw otnym sform ułow aniu przez B u r - n e t a poszła w zapom nienie i dopiero tuż przed II w ojną światową została jakby na nowo od
k ry ta w związku z zaczynającym się rozw ijać now ym kierunkiem badań nad form am i utajo nym i ogółu zarazków przesączalnych. Idea w y
stępow ania tego rodzaju form w przyrodzie przyjęła się obecnie powszechnie zarówno w w i
rusologii zwierzęcej, jak i roślinnej i m am y już szereg dowodów na to, że form y te rzeczy
wiście istnieją. Badania nad w irusam i orga
nizmów wyższych pozostawiły jednakże daleko w tyle analogiczne dociekania z dziedziny bak
teriofagii. Tem u też należy niew ątpliw ie przy
pisać fakt, że do dziś dnia teoria lizogenezy nie jest uznaw ana powszechnie i w ielu badaczy ne
guje w ogóle możliwość w ystępow ania tzw. sy
stemów lizogenicznych — tej specyficznej w e
w nątrzkom órkow ej symbiozy aw irulentnej fo r
m y bakteriofaga z bakterią. Niemniej jednak zwolennicy powyższej teorii przeprow adzili w ostatnich latach szereg bardzo drobiazgowych doświadczeń, których w yniki w dużej m ierze potw ierdzają ich p un k t widzenia. Należy tu przede wszystkim wspomnieć o pracach fra n cuskiego bakteriologa A. L w o f f a i jego współpracowników. Ażeby przekonać się, w jaki sposób bakterie lizogeniczne p rodukują bakte
riofagi, badacze ci obserwowali pojedyncze ko
m órki lizogenicznego szczepu bact. coli. Za po
mocą specjalnego m ikrom anipulatora um iesz
czali oni pojedyncze uprzednio dokładnie w y
płukane bakterie, w kropli pożywki, gdzie n a stępował ich szybki rozwój i podziały. Po każ
dym podziale jedną z siostrzanych kom órek przenoszono na płytę Petriego z pożywką aga
rową, zaszczepioną szczepem bact, coli, w rażli
w ym na bakteriofag produkow any przez użyte w eksperym encie bakterie lizogeniczne. Na każ
dej z inokulowanych płytek Petriego pojaw iał się charakterystyczny obszar lityczny, otacza
jący pojedynczą kolonię bakteryjną. Świadczyło 104
to o tym, że każda z przeszczepionych bakterii daw ała początek kolonii lizogenicznej, produku
jącej bakteriofagi. Jasne jest również, że pod
czas podziału komórek bakterii lizogenicznych nie były uw alniane żadne fagi, gdyż wówczas na pożywkach testowych pow staw ałaby za każ
dym razem większa ilość plam litycznych. Au
to r słusznie wnioskuje, że gdyby mimo to przy
jąć, że lizogenezę w ywołały bakteriofagi z zew
nątrz, to m usiałyby one istnieć już wszystkie w pierwszej komórce wyjściowej w ilości co najm niej 219 = 524288 szt. To zaś byłoby oczy
w istym absurdem w świetle wzajemnego sto
sunku w ym iarów bakterii i bakteriofagów. We
dług Lwoffa jedynym słusznym wnioskiem, który można wyciągnąć z powyższego doświad
czenia, jest przyjęcie dziedziczności cech lizo
genicznych w kulturach tych bakterii.
Następne, podobnie przeprowadzone obser
wacje, doprowadziły autora do wniosku, że bak- terioliza osobników lizogenicznych następuje spontanicznie i bardzo nagle, przy czym od razu pojaw iają się bakteriofagi. W ten sposób k u l
tu ra lizogeniczna przedstaw iałaby populację, w której jedne bakterie mnożą się norm alnie nie w ytw arzając bakteriofagów, a inne ulegają rozpuszczeniu z równoczesnym uwolnieniem około 200 ich cząstek.
Jakie są przyczyny tak różnego zachowania się osobników tej samej naw et kultury? Wiele bardzo dokładnie przeprowadzonych doświad
czeń, powtórzonych setki razy, wykazało bardzo ścisłą zależność zjawiska lizogenezy od zew
nętrznych w arunków środowiska, w którym ho
dujem y bakterie, a szczególnie od składu che
micznego pożywki. Okazało się przy tym, że dy
nam ikę przem ian lizogenicznych można uchw y
cić jedynie w masowych kulturach. Kolonie bak
teryjne, rozw ijające się na pożywce, ustaw icz
nie zm ieniają jej fizykochemiczne właściwo
ści. Zm iany te w pływ ały bardzo dodatnio na ak
tyw ację produkcji bakteriofagów w szczepie li- zogenicznym. I tak np. hodując lizogeniczne ko
lonie Escherichia coli w w arunkach stałego do
pływ u świeżych substancji odżywczych, obser
wowano jedynie nieznaczną produkcję bak te
riofagów, pozostawiając natom iast całą kolonię w norm alnych w arunkach hodowli, obserwo
wano w ielokrotny w zrost tej produkcji. Doda
tek do pożywki szczawianów lub cytrynianów zmniejszał w ybitnie nasilenie lizogenezy Wnio
skując słusznie, że tego rodzaju w pływ zmie
niającego się środowiska hodowli jest rezulta
tem współdziałania wielu różnych czynników, próbowano dalej określić te czynniki bliżej.
W tym celu naśw ietlano np. k u ltu ry wychowane na pożywce z ekstraktem drożdżowym, lam pą kw arcow ą lub też promieniam i Roentgena. Za każdym razem następow ała całkowita liza na
prom ienionych kolonii połączona z pojawieniem się pew nej ilości bakteriofagów. Normalne, nie- lizogeniczne szczepy tych bakterii nie były w rażliwe na działanie napromieniania.
W S Z E C H Ś W I A T
W M A J U
Fot. W ładysław Strojny
C HR ABĄSZC Z--M AJO W Y (M elolon th a m elo lo n th a L.). K opulacja.
Z djęcie od zn aczon e drugą n agrodą n a k on k u rsie fo to g ra ficzn y m W s ze c h św ia ta
P A S I K O N I K
F o t. W ładysław Strojny
