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    1903年諾貝爾物理學獎一半授予法國物理學家亨利·貝克勒爾(Antoine Henri Becquerel,1852-1908)(左圖),以表彰他發現了自發放射性;另一半授予法國物理學家皮埃爾·居里(Pierre Curie,1859-1906)(中圖)和瑪麗·斯可羅多夫斯卡·居里(Marie Sklodowska Curie,1867-1934)(右圖),以表彰他們對貝克勒爾發現的輻射現象所作的卓越貢獻。

         

    亨利·貝克勒爾是法國科學院院士,擅長于熒光和磷光的研究。1895年底,倫琴將他的初步通信:《一種新射線》和一些X射線照片分別寄給各國著名物理學家,其中包括法國的龐加萊(H.Poincaré)。龐加萊是著名的數學物理學家、法國科學院院士。1896年1月20日法國科學院開會,他帶去倫琴寄給他的論文,并展示給與會的科學家。這件事大大地激勵了亨利·貝克勒爾的興趣。他問這種穿透射線是怎樣產生的?龐加萊回答說,這一射線似乎是從陰極對面發熒光的那部分管壁上發出的。貝克勒爾推想,可見光的產生和不可見X射線的產生或許是出于同一機理。第二天他就開始試驗熒光物質會不會產生X射線。然而,貝克勒爾最初的一些實驗卻是失敗的。正在這個時候,龐加萊在法國一家科普雜志上發表了一篇介紹X射線的文章,文章又一次提到熒光物質是否會同時輻射可見光和X射線的問題。貝克勒爾讀到后很受鼓舞,于是再次投入熒光和磷光實驗,終于找到了鈾鹽有這種效應,他用兩張厚黑紙包了一張感光底片,紙非常厚,即使放在太陽光下曬一整天也不致使底片感光。他在黑紙上面放一層鈾鹽,然后一起拿到太陽光下曬幾小時,顯影之后,他在底片上看到了磷光物質的黑影。然后他又在磷光物質和黑紙之間夾一層玻璃,也做出了同樣的實驗,證明這一效應不是由于太陽光線的熱使磷光物質發出某種蒸氣而產生化學作用所致。于是得出結論。鈾鹽在強光照射下不但會發射可見光,還會發出穿透力很強的X射線。

    貝克勒爾這一結論并不正確,一次偶然的機遇使他作出了真正的發現。

    1896年3月2日法國科學院又該舉行例會,貝克勒爾準備再次報告自己的實驗進展。他原想再作一些試驗,可是2月26日、27日連續陰天,見不到陽光。他只好把所有的器材放在抽屜里,鈾鹽也擱在包好的底片上,等待好天氣。正當他為陰雨不止而焦急時,一種職業性的靈感使他作出決定,雖然底片沒有曝光,也洗出來試試看。沒有想到,洗出的底片和曝過光的一樣黑。這件事使他恍然大悟,原來鈾鹽的輻射在黑暗中也照常進行,無需強光的照射。顯然這是與X射線有根本區別、穿透力也很強的另一種輻射。貝克勒爾肯定這是鈾鹽自發的輻射,就取名為鈾輻射。

    在科學院例會上報告后,他又繼續做了許多實驗,發現鈾輻射不僅能使底片感光,還能使氣體電離變成導體。這一發現為以后的研究開辟了道路,因為從電離即可測量放射性。他研究了各種因素對這一輻射的影響:鈾鹽的狀態(是晶體還是溶液)、溫度、放電等等,并且斷定這種輻射與磷光效應無關;他還從試驗得出,純鈾的輻射比鈾化合物強好幾倍。于是,他在5月18日又一次科學院例會上宣布,放射性是原子自身的作用,只要有鈾這種元素存在,就有貫穿輻射產生。這就是貝克勒爾發現放射性的經過。

    瑪麗·斯可羅多夫斯卡·居里原是波蘭人,1867年11月7日生于華沙,1891年到法國巴黎求學。她的生活簡樸貧窮,由于刻苦學習,成績優良,獲獎學金才得以繼續完成學業。1892年取得物理學碩士學位。在巴黎認識了皮埃爾·居里。為科學獻身的理想把他們聯系在一起并于1895年結成了夫妻。

    皮埃爾·居里是巴黎大學教授,1859年5月15日出生于巴黎,1880年曾與其兄長雅克·居里(Jacques Curie,1855-1941)一起,發現了壓電效應,這是一項很重要的發現。當時皮埃爾·居里年僅21歲。后來皮埃爾·居里繼續研究晶體,取得了不少成果。繼而研究磁學,發現鐵磁材料的磁性隨溫度變化的性質。這時他已成為法國知名的實驗物理學家。

    貝克勒爾發現放射性的論文引起了居里夫婦極大的興趣。1897年,居里夫人根據皮埃爾·居里的建議,選擇放射性這一新課題做博士論文。開始只是重復貝克勒爾的鈾鹽輻射實驗,不過由于她在測量方法上作了重大改進,不但得到了定性的結果,而且獲得了大量精確的數據。她用的是居里兩兄弟創造的石英晶體壓電秤,代替了貝克勒耳的驗電器。

    石英晶體壓電秤的基本原理是利用石英晶體的壓電效應,來與放射性物質的電離效應相互補償,通過壓電效應測量空氣電離產生的電離電流,從而對放射性的強度進行比較。

    居里夫人用壓電秤測放射性的方法一直運用了多年。她的學生們也沿用這一獨特的方法做了許多實驗。居里夫人首先檢驗了貝克勒爾的結論,證實新輻射的強度僅與化合物中鈾的含量成正比,與化合物的組成無關,也不受光照、加熱、通電等因素的影響,肯定這是一種原子過程。但她并不滿足于這一結論,決定全面檢查已知的各種元素。她找來各種礦石和化學物品,一一做了試驗。1898年取得的初步結果表明:絕大多數材料的電離電流都比較小,唯獨瀝青鈾礦石、氧化釷和輝銅礦石(內含磷酸鈾)會產生很強的電離電流。于是,居里夫人斷定釷也是一種放射性元素。她還發現瀝青鈾礦石和輝銅礦石比純鈾的活性還強得多。居里夫人想到,既然兩種鈾礦石都比鈾自身還更活潑,從這個事實可以相信,在這些礦石中可能含有比鈾活潑得多的元素。

    居里夫人認為,既然不止一種元素能自發地放出輻射,顯然這是一種普遍的自然現象。

    上述實驗只是提供了新放射性元素存在的證據,進一步的任務當然是要找到這種新的元素。這時居里夫人顯示了她那剛毅的氣質,她預料從礦石中提煉這一微量元素絕非輕而易舉的事,但她還是決心投入極其繁雜的化學分析中去。皮埃爾·居里認識到她這個決定的重要意義。就中斷了自己的研究計劃,盡力協助夫人進行實驗。

    瀝青鈾礦是一種成分復雜的礦石,以鈾為主,其余是多種雜質,包括銀、銅、鋇、鉍、鈷等金屬的化合物,這些雜質中究竟那一種成分含有放射性,只有靠化學方法分離后,再用靜電計比較其電離電流才能鑒別,他們先要把礦石溶解在酸液里,然后通以硫化氫等試劑,使某些成分沉淀。收集到的沉淀物再用別的試劑溶解和沉淀。這樣一邊進行化學分析,一邊用物理儀器測試,結果發現鉍的成分顯示強烈的放射性,比同樣質量的鈾強400倍。

    他們進一步確證,放射性并不是來自鉍本身,而是混在鉍內的一種微量元素,經過反復試驗,發現可以利用兩種金屬溶解度不同的特點再進行分離。加水使鉍鹽溶解后,從首先沉淀下來的渣物中找到了特別強的放射性物質。居里夫婦建議稱之為釙(Polonium),為的是紀念居里夫人的祖國--波蘭。

    接著,居里夫婦繼續進行分離試驗,又發現鋇鹽中有更強的放射性,他們認為還有第二種物質,放射性更強,化學性質則與第一種完全不同,用硫化氫、硫化銨或氨都無法使之沉淀;這種新的放射性物質在化學性質上完全像純鋇,其氯化物可溶于水,卻不溶于濃鹽酸和酒精。由它可得鋇的光譜。他們認為,這種物質中必定還有一種化學性質極其接近于鋇,卻能產生非常強烈的放射性的新元素。

    他們進行了一系列的分離,得到越來越活潑的氯化物,其活性竟比鈾大以900倍以上。他們把這種新的放射性元素命名為鐳(Radium)。

    居里夫婦用分離結晶的方法不斷提高含鐳氯化鋇中鐳的成分。這是一件非常煩瑣而細致的工作,要求有清靜的工作場所,氯化鐳比氯化鋇的溶解度差些,在結晶時首先析出,不過每一次結晶仍然伴隨著大量的氯化鋇,因此要反復結晶。結晶的遍數越多,晶體中鐳的含量也越高,放射性就越強。1899年,居里夫婦得到的晶體比鈾的放射性強7500倍。他們繼續分離,竟達到了100000倍。然而仍然不是純粹的鐳鹽。

    為了提煉出足以進行實驗的純鐳鹽,居里夫婦不得不從更多的礦渣中分離含鐳的氯化鋇。他們搞到成噸的瀝青鈾礦礦渣,找了一間沒有人用的舊木棚當實驗室。沒有窗戶,原來有的玻璃頂蓋早已破碎,冬天無法取暖,夏天悶熱難熬。他們兩人就像水泥工人一樣,整天和礦渣溶液打交道。為了加速化學反應,他們要拿著粗大的鐵棒不停地攪拌大桶里的溶液,還要給溶液加熱,煙醺霧嗆,勞累不堪。居里先生體質很差,夫人就擔負起最繁重的勞動,上下忙碌,把測試的工作留給居里先生管。經過四年的奮斗,他們終于從8t礦渣中提取出了0.1g的純鐳鹽。1902年,居里夫婦宣布,他們測得鐳的原子量為225,找到了兩根非常明亮的特征光譜線。這時,鐳的存在才得到公認。經過幾年的勞累,居里夫婦身體日漸衰弱,原來身強力壯的居里夫人,體重竟減輕了20磅,加上當年缺乏放射性防護的知識,他們不可避免地遭受了放射性的襲擊。1906年4月19日居里先生不幸在街上被馬車壓死,這使居里夫人受到極大打擊,但她還是頑強地工作,帶領她的學生(其中包括自己的女兒伊倫·居里和女婿弗列德利克·約里奧)繼續戰斗在放射學的前沿。居里夫人后來長期患惡性貧血癥。她和居里先生在工作中肯定遭受了大劑量的輻射,甚至還可能吃進了不少放射性物質。弗列德利克·約里奧曾檢驗過她當年的實驗記錄本,發現全都嚴重沾染了放射物。她當年用過的烹調書,50年后再檢查,還有放射性。1934年居里夫人受長期貧血病折磨后去世。她的女兒伊倫和女婿弗列德利克·約里奧也因惡性貧血癥相繼于1956年和1958年去世。居里的一家向人類貢獻了鐳,他們自己卻被鐳奪去了寶貴的生命。

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