物理学发展札记——原子和原子核部分(二)

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物理学发展札记——原子和原子核部分(二)

公主 冷月无声

发布日期:2011-06-03 23:01:39

物理学发展札记——原子和原子核部分(二)






公主 冷月无声

发布日期:2011-06-03 23:01:39


贝克勒尔(Antoine Henri Becquerel,1852.12.15—1908.8.25)是法国物理学家。对物理学的贡献主要是发现了放射性辐射。

伦琴的重大发现轰动了整个社会,开拓了一个新的科学研究领域。1896年1月下旬,法国科学院举行科学例会,贝克勒尔从会上知道伦琴发现了X射线。同时,法国的彭加勒(H.Poincar¨,1854—1912)认为X射线似乎是从阴极对面的有荧光的部位发出的。由此,贝克勒尔便联想起X射线与荧光之间可能有某种联系。于是他想通过实验来验证荧光物质是否会产出X射线。2月下旬,贝克勒尔选用一种铀盐(硫酸铀酰钾),用黑纸包好,并放在照相底片上,在日光下暴晒一段时间,铀盐便发荧光,然后冲洗照相底片,看看是否像X射线那样使照相底片感光。实验结果与预料的一样,的确照相底片感光了。这个实验结果,使贝克勒尔相信,经日光暴晒后的铀盐发出荧光,然后发出具有贯穿能力的射线,致使照相底片感光。接着,贝克勒尔用反射光、折射光进行实验,都得到相同的结果。这样,他于1896年2月24日向法国科学院提交了题为“论磷光辐射”的报告,描述了这些实验结果。在贝克勒尔看来,似乎X射线是由铀盐发荧光时发射出来的。

为了证实自己的论点,贝克勒尔准备进一步做实验,以便在下周的科学例会上提出正式报告。但是,碰巧的事情发生了。那几天天气不好,没有太阳光,无法进行实验。他只得把黑纸包好的铀盐和照相底片一起放到抽屉里,等待太阳光出来。隔了几天,天晴了,他想继续做实验。实验之前,贝克勒尔先对底片作了检查,即对上面第一张底片进行冲洗,结果发现底片上非常清晰地呈现出铀盐的影像轮廓。这一结果,使贝克勒耳陷入了深思。他马上想到,这个使照相底片感光的过程是在黑暗的抽屉里进行的,与日晒、荧光根本无关。于是他推论,感光的真正原因,必定是铀盐自身发出的某种还不被人们知道的射线所引起的。第二天刚好召开科学例会,贝克勒尔在会上公布了这一重要的发现。这种射线当时被称为“贝克勒尔射线”。后来,根据居里夫人的建议,凡是具有这种性质的物质统称为放射性物质,其射线也就称为放射性射线。

不久,贝克勒尔发现,这种铀盐所发出的射线,不仅可以使照相底片感光,同时也可以使气体电离成导体。并发现,只要有铀元素存在,就有这种贯穿辐射产生。过了2个月,贝克勒尔又发现,不发磷光的铀盐,也能发出不可见的射线。

贝克勒尔的发现,与伦琴的发现相比,情景大不相同,并没有引起多大反响,也没有引起人们的多大激动。这一发现在报纸上也没有披露,因为人们还在继续谈论和研究X射线。当然,贝克勒尔还在继续研究着。直到2年后,居里夫妇的研究成果使放射性的研究工作发生了一次大的飞跃。由于贝克勒尔的贡献,他和居里夫妇同获1903年的诺贝尔物理学奖。

【居里夫妇和放射性元素的发现】

皮·居里(Pierre Curie,1859.5.15—1906.4.19)是法国物理学家。居里夫人——玛丽·居里(Marie Sklodowska Curie,1867.11.7—1934.7.4)祖籍波兰,法国物理学家。对物理学的贡献是发现了放射性元素。

贝克勒尔发现了放射性辐射后,科学界对此并不关心,所以研究工作进展不大。正在徘徊不前的时候,居里夫妇对贝克勒尔的研究成果表现出极大的热忱和关往,并引起猜想:放射性辐射既然由铀元素本身的性质所决定的,那么在自然界中是否还存在其他一些像铀那样具有放射性的化学元素呢?经过实验测定,除了铀以外还有钍。通过实验观察和测量,居里夫人发现,铀(或钍)的化合物的放射性强度与化合物中的铀(或钍)的含量成正比。由此,居里夫人得出放射性是原子的一种特性,放射性是从原子内部产生的结论。

居里夫人进而检验各种矿物放射性的强度,意外地发现了有几种矿物的放射性比铀元素应有的放射性强。由此推想,一定还有放射性很强的新的放射性元素存在。但是这一想法却遭到一些科学家的反对和攻击,可居里夫人并没有动摇,在丈夫皮·居里的支持下,以沥青铀矿为原料,提炼这种新元素。经过艰苦的历程,终于在1898年7月18日向法国科学院报告发现了放射性强度比铀高400倍的新元素。居里夫人将此元素命名为“钋”,以纪念自己的祖国——波兰。后来又发现,钋元素的放射性还不是很强,为了寻找放射性很强的化学元素,居里夫妇试用钡作载体进行浓缩,得到了极少量能产生放射性的钡化合物。但是钡和它的化合物通常是没有放射性的,而居里夫妇得到的少量氯化物,其放射性比铀大900倍。通过其他科学家的协助,对该物质作光谱分析,发现了一种新的射线,它不属于任何—种已知的元素。居里夫妇在文章中写道:“这种射线在放射性比铀大60倍的氯化物中几乎难以看见,但是在经过分馏而使放射性大于铀900倍的氯化物中,却变得非常鲜明。这种射线的强度随着放射性的增加而增加。”实验表明,这种元素的放射性比钋强,而化学性质与钡类似。该年的圣诞节后的一天,他们又向法国科学院宣布发现了第二个新元素——镭。

在短短的几个月中,接连发现了钋和镭,这是一个了不起的功绩。但是钋和镭是不可直接捉摸的,所以不少化学家还是半信半疑,要求拿出纯镭的实物来。为此,居里夫妇奋斗了3年半,从几吨矿物残渣中提炼出1.2×10-4 千克的纯氯化镭,并测得镭的原子量是225(现在公认是226),其放射性比铀强千万倍。又花了3年时间,金属纯镭提炼成功,化学家便确信无疑了。

由于这一发现,居里夫妇和贝克勒尔同获1903年的诺贝尔物理学奖。1911年,居里夫人再次获得诺贝尔化学奖。