天然放射性的發(fā)現(xiàn)

 　　X射線引起的發(fā)現(xiàn)

　　1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，他的工作開(kāi)拓了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，引起了科學(xué)界的極大震動(dòng)。1896年初，法國(guó)科學(xué)家彭加勒(Henri Poincare，1854-1912)收到倫琴寄給他的論文預(yù)印本和有關(guān)照片，他在1896年1月20日的法國(guó)科學(xué)院每周例會(huì)上展示了這些資料。法國(guó)科學(xué)院院士貝克勒爾出席了這次會(huì)議，他立即對(duì)新發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了興趣。他問(wèn)彭加勒：射線是從陰極射線管的那一個(gè)區(qū)域發(fā)出的?彭加勒說(shuō)，X射線看來(lái)是從管子正對(duì)著陰極的區(qū)域發(fā)出的，就是玻璃管發(fā)出熒光的區(qū)域。貝克勒爾受到啟發(fā)，他提出這樣的猜測(cè)：X射線和熒光之間可能存在著某種聯(lián)系，能夠發(fā)出熒光的物質(zhì)可能同時(shí)也可發(fā)出X射線。科學(xué)院例會(huì)之后，貝克勒爾立即動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)他的猜測(cè)，此后幾周內(nèi)進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了天然放射性的發(fā)現(xiàn)。

　　物理學(xué)世家

　　要研究熒光現(xiàn)象，貝克勒爾有得天獨(dú)厚的條件。貝克勒爾家族是一個(gè)物理學(xué)世家，而這個(gè)家族對(duì)磷光和熒光有特殊的興趣，作過(guò)長(zhǎng)期廣泛的觀察研究。亨利·貝克勒爾的祖父和父親都是杰出的物理學(xué)家，法國(guó)科學(xué)院院士。他的祖父是法國(guó)最著名的高等學(xué)校——巴黎多科綜藝學(xué)院的第一批畢業(yè)生，后來(lái)成為巴黎皇家自然博物館的教授，以后當(dāng)了館長(zhǎng)。祖父一生勤奮研究和著述，他寫了529篇論文和6部教科書。他曾經(jīng)研究過(guò)熒光和磷光現(xiàn)象，在他的書中有兩本詳細(xì)地論述了磷光。亨利的父親跟隨了亨利祖父的足跡，從多科綜藝學(xué)院畢業(yè)，在博物館成為父親的助手，后來(lái)成為那里的教授，他主要研究光的化學(xué)作用，也是熒光方面的專家，他特別了解的物質(zhì)是鈾。他設(shè)計(jì)了一個(gè)熒光計(jì)，測(cè)量了在不同光的作用下熒光的強(qiáng)度和壽命。到倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的時(shí)候，亨利自己已經(jīng)繼承了自然博物館的教授職務(wù)，成為這個(gè)家族的第三代自然博物館館長(zhǎng)，他同樣對(duì)熒光和磷光現(xiàn)象進(jìn)行了大量的研究，發(fā)表過(guò)多篇論文。后來(lái)，亨利又把這一職位傳給了兒子。這四代貝克勒爾都是有成就的物理學(xué)家，在1828年到1908年的80年間總有一個(gè)，有時(shí)是兩個(gè)貝克勒爾在法國(guó)科學(xué)院當(dāng)院士。

　　貝克勒爾射線

　　正因?yàn)橛羞@樣的背景，所以聽(tīng)了彭加勒的介紹后，亨利·貝克勒爾馬上提出了X射線與熒光的關(guān)系問(wèn)題。彭加勒?qǐng)?bào)告后的第二天，貝克勒爾就開(kāi)始了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是這樣設(shè)計(jì)的：把照相底片用黑色的厚紙包嚴(yán)，使其不受陽(yáng)光的作用，但可以受到X射線的作用，因?yàn)閭惽僖呀?jīng)證明X射線可以穿過(guò)厚紙包層使照相底片感光。在照相底片包封附近放兩塊能發(fā)出熒光的材料，其中一塊用一枚銀幣與紙封隔離，然后把他們拿到陽(yáng)光下暴曬，使材料發(fā)出熒光。如果發(fā)熒光的物體可以產(chǎn)生X射線，那么底片上將留下明顯不同的感光痕跡。貝克勒爾家中收藏有大量可以發(fā)出熒光和磷光的物質(zhì)材料，他把它們分別拿出暴曬，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。貝克勒爾最初的實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果是否定的，照相底片沒(méi)有感光，發(fā)熒光和磷光的物質(zhì)并不同時(shí)發(fā)射X射線。這時(shí)，彭加勒在《大眾科學(xué)雜志》上發(fā)表了一篇文章，文中提出：“是不是所有熒光足夠強(qiáng)的物體都會(huì)同時(shí)發(fā)射光線和倫琴的X射線，而不管引發(fā)熒光的原因是什么?”這個(gè)看法促使貝克勒爾再次投入實(shí)驗(yàn)，以弄清熒光與X射線之間是否卻有必然的聯(lián)系。

　　貝克勒爾重新開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，他選擇了一塊硫酸軸鹽，這次他發(fā)現(xiàn)照相底片感光了。1896年2月24日，他向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為X射線與熒光有關(guān)。他在報(bào)告中說(shuō)：“我用兩張厚紙包住一張照相底片，包得如此之厚以致在太陽(yáng)下暴曬一整天也不會(huì)有霧狀出現(xiàn)。我在紙上放了一層磷光物質(zhì)，把整個(gè)東西放在太陽(yáng)下幾小時(shí)。在我將底片顯影時(shí)，我看見(jiàn)了磷光物質(zhì)在底片上的黑色輪廓……我可以再試做這同樣的實(shí)驗(yàn)，在磷光物質(zhì)和紙之間放一塊玻璃，這樣可以排除當(dāng)磷光物質(zhì)被太陽(yáng)光照熱后可能會(huì)有蒸汽，從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性。因此我們可以從這些實(shí)驗(yàn)得出這樣的結(jié)論：該磷光物質(zhì)能發(fā)射出穿透不透光的紙的輻射……”貝克勒爾還用發(fā)射光和折射光反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都得到同樣的結(jié)果。

　　看來(lái)，貝克勒爾已經(jīng)找到了他所猜測(cè)的X射線與磷光物質(zhì)之間的關(guān)系，但是他并沒(méi)有中止他的實(shí)驗(yàn)。2月26日當(dāng)他進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)時(shí)，恰遇上一連幾個(gè)陰天，他無(wú)法將實(shí)驗(yàn)材料暴曬，不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就把軸鹽和密封的底片一起放進(jìn)了抽屜。3月1日，太陽(yáng)在天空中出現(xiàn)了，他準(zhǔn)備繼續(xù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。一向嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心的貝克勒爾取出底片，想預(yù)先檢查一下，沖洗了其中的一張，他意外地發(fā)現(xiàn)底片已經(jīng)暴光上面又有很明顯的軸鹽的像。貝克勒爾來(lái)不及進(jìn)行全面的研究，第二天，3月2日又是科學(xué)院舉行例會(huì)的時(shí)間，貝克勒爾作了新的報(bào)告。他說(shuō)明他前一次的報(bào)告有誤，即使不在陽(yáng)光下曝曬，鈾鹽能夠自身發(fā)出一種神秘的射線。這才是貝克勒爾的真正科學(xué)新發(fā)現(xiàn)。貝克勒爾在報(bào)告中說(shuō)：“因?yàn)樘?yáng)幾天都沒(méi)露面，所以我在3月1日才把照相底片顯影，本指望看到非常微弱的影像。但恰恰相反，一個(gè)極度深的黑色輪廓出現(xiàn)了。我立刻想到這一反應(yīng)可能在黑暗中也能進(jìn)行。”貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)被稱為“貝克勒爾射線”。

　　“命中注定”的發(fā)現(xiàn)?

　　此后貝克勒爾集中精力對(duì)鈾元素和鈾的化合物進(jìn)行研究，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，鈾鹽所發(fā)出的射線不僅能使照相底片感光，還能像X射線一樣穿透一切物質(zhì)，能使氣體電離，引起驗(yàn)電器放電。他還發(fā)現(xiàn)，溫度的變化、放電等對(duì)放射現(xiàn)象都沒(méi)有影響，各種鈾的化合物都具有這一性質(zhì)，純鈾所產(chǎn)生的輻射比他所用的硫酸鈾鹽的輻射強(qiáng)3-4倍。于是，在1896年5月18日，貝克勒爾宣布：發(fā)射穿透射線的能力，是鈾的一種特殊性質(zhì)，而與采用哪一種鈾化合物無(wú)關(guān)，它完全不受外界條件的影響，它的強(qiáng)度似乎也不隨時(shí)間衰減。

　　在貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，他先后作出過(guò)幾個(gè)錯(cuò)誤的假說(shuō)：第一，X射線是由發(fā)熒光的玻璃產(chǎn)生的;第二，其他發(fā)熒光的物體也會(huì)發(fā)出X射線;鈾鹽不發(fā)出熒光時(shí)也能發(fā)出X射線;第四;發(fā)出神秘射線只是鈾的一種特殊性質(zhì)。英國(guó)著名物理學(xué)家瑞利勛爵曾說(shuō)過(guò)：“一個(gè)如此奇妙的發(fā)現(xiàn)，竟然起因于一連串虛假的線索，這真是驚人的巧合。科學(xué)史上大約很難再出現(xiàn)與這相似的發(fā)現(xiàn)。”這種巧合雖然另人驚奇，但是也不能因此就得出結(jié)論，認(rèn)為是錯(cuò)誤的假說(shuō)導(dǎo)致了貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)。事實(shí)上，是對(duì)在這些假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，發(fā)現(xiàn)了它們的不正確;是對(duì)它們的證偽，才有了新的發(fā)現(xiàn)和正確的認(rèn)識(shí)。上述第四個(gè)假說(shuō)，貝克勒爾一直沒(méi)有突破它，也就限制了他的研究工作的發(fā)展。貝克勒爾從X射線發(fā)現(xiàn)得到的最有價(jià)值的啟示是對(duì)肉眼看不見(jiàn)的射線的一種探測(cè)方法：它們可以穿過(guò)不透可見(jiàn)光的厚紙包層而使照相底片感光，他的X射線與熒光有關(guān)的假設(shè)雖然被否定了，但是，由于他運(yùn)用了新的研究方法，由這個(gè)假說(shuō)引導(dǎo)他去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索，發(fā)現(xiàn)了一種肉眼看不到的新輻射。

　　也很難就這樣說(shuō)貝克勒爾的科學(xué)發(fā)現(xiàn)完全是偶然的。他的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和他長(zhǎng)期科學(xué)研究的積累有關(guān)，因?yàn)樨惪死諣柤易逡呀?jīng)有60多年研究熒光和磷光物質(zhì)的歷史，而貝克勒爾又專長(zhǎng)于對(duì)鈾鹽研究。如果說(shuō)他遇到了機(jī)遇，那么對(duì)于發(fā)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，更主要的是他有能夠抓住這一機(jī)遇的本領(lǐng)。

　　貝克勒爾射線的發(fā)現(xiàn)雖然這樣曲折，發(fā)現(xiàn)過(guò)程中又有偶然性因素在起作用，當(dāng)時(shí)有人稱它是“命中注定”的發(fā)現(xiàn)，但是貝克勒爾的發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)沒(méi)有引起科學(xué)界足夠的注意，科學(xué)家們還在繼續(xù)談?wù)撝鳻射線，世界著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室都有陰極射線裝置，他們很容易就可以得到X射線，事實(shí)上，X射線早就在他們的實(shí)驗(yàn)室里產(chǎn)生了，只是倫琴第一個(gè)發(fā)現(xiàn)和顯示了它的存在，科學(xué)家在重復(fù)倫琴的實(shí)驗(yàn)，研究新射線的性質(zhì)和用途，而聽(tīng)任“貝克勒爾射線”的發(fā)現(xiàn)者獨(dú)自進(jìn)行他的研究，不予理會(huì)。

　　為科學(xué)而獻(xiàn)身

　　貝克勒爾一直在繼續(xù)他的研究工作，但是他只是著迷于鈾，更確切的說(shuō)是局限于鈾，由于他認(rèn)為發(fā)出輻射是鈾的一種特殊性質(zhì)，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這種性質(zhì)的普遍性，在對(duì)鈾作了全面的實(shí)驗(yàn)研究后，貝克勒爾對(duì)這種新的射線的興趣逐漸減小了。1896年，貝克勒爾就鈾射線發(fā)表了7篇文章，1897年只有2篇，1898年連1篇也沒(méi)有，他認(rèn)為這個(gè)課題已經(jīng)沒(méi)有什么可研究的了，發(fā)現(xiàn)者成為了落伍者。貝克勒爾也沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到他發(fā)現(xiàn)的深遠(yuǎn)意義，這也影響了他的研究工作的深入發(fā)展，他并不知道放射性的來(lái)源。實(shí)際上，天然放射性是原子核的性質(zhì)，貝克勒爾的工作已經(jīng)使人類的認(rèn)識(shí)向微觀領(lǐng)域又深入了一個(gè)層次，從對(duì)原子的認(rèn)識(shí)進(jìn)入到了對(duì)原子核的研究，這是人類認(rèn)識(shí)史上劃時(shí)代的偉大發(fā)現(xiàn)。貝克勒爾已經(jīng)開(kāi)拓了新的研究領(lǐng)域，但是沒(méi)有能夠?qū)⒁呀?jīng)開(kāi)創(chuàng)的事業(yè)引向深入，沒(méi)有能追隨這一領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)展。由于在長(zhǎng)期著迷的研究中愛(ài)到放射性的傷害，貝克勒爾的健康受到了損害。1901年，貝克勒爾因內(nèi)衣口袋里裝著居里夫婦提取的放射性元素樣品而被嚴(yán)重地灼傷，許多高級(jí)醫(yī)學(xué)專家為他會(huì)診也無(wú)能為力，只好勸他去療養(yǎng)。

　　“可以去療養(yǎng)，但必須把我的實(shí)驗(yàn)室搬到療養(yǎng)院去。”貝克勒爾只提了這樣一個(gè)要求。實(shí)驗(yàn)室是他的朋友，他的戰(zhàn)場(chǎng)，他通向科學(xué)圣地的階梯，他一生追求和心血傾注的地方，他怎么會(huì)舍得離開(kāi)呢?他還有許多的課題要在這里研究，許多的心愿要在這里實(shí)現(xiàn)呢!

　　但是，疾病無(wú)情，最后貝克勒爾實(shí)在支持不下去了，才同意去療養(yǎng)。1908年，在他獲得諾貝爾獎(jiǎng)五年后，正當(dāng)年富力強(qiáng)的時(shí)候，被病魔奪去了生命。 1908年8月25日貝克勒爾為科學(xué)獻(xiàn)出了他的生命，當(dāng)時(shí)只有56歲。

　　后繼有人

　　將貝克勒爾的工作推向深入的是P·居里夫婦。1897年，M·居里夫人(Marie Curie，1867-1934)為獲得博士學(xué)位，選擇貝克勒爾射線作為研究課題。在對(duì)鈾鹽的放射強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量之后，她打破貝克勒爾的局限，提出這樣一個(gè)問(wèn)題：是否還有別的元素也具有這種性質(zhì)。她系統(tǒng)地研究了當(dāng)時(shí)已知的各種元素和化合物。1898年，她和德國(guó)科學(xué)家施米特(G.C.Schmidt，1856-1949)同時(shí)發(fā)現(xiàn)了釷也具有這種性質(zhì)，她建議把這種性質(zhì)叫做放射性。

　　在對(duì)鈾和釷的混合物進(jìn)行測(cè)量時(shí)，居里夫人觀察到有些鈾和釷的混合物的放射性輻射強(qiáng)度比其中鈾和釷的含量所應(yīng)發(fā)射的強(qiáng)度高很多。她認(rèn)為這些礦石中必定含有少量還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素，同時(shí)這種元素具有放射性的。她的丈夫皮埃爾·居里 (Pierre Curie，1895-1906)也立即意識(shí)到這一研究的重要性，放下自己的研究課題，和M·居里一起投入到尋找這種新元素的艱巨的化學(xué)分析工作中。1898年，他們得到了一種新元素，為了紀(jì)念M·居里以被俄國(guó)占領(lǐng)的祖國(guó)波蘭,他們將這元素命名為釙，它的放射性比純軸強(qiáng)幾百倍。到1902年，通過(guò)45個(gè)月艱苦繁重的勞動(dòng)，在數(shù)萬(wàn)次的提煉后，他們從數(shù)噸瀝青軸礦渣中提煉出了0.12克的氯化鐳，初步測(cè)定了鐳的原子量是225，其放射形比軸強(qiáng)二百多萬(wàn)倍，證實(shí)了鐳元素的存在。

　　至此，天然放射性的發(fā)現(xiàn)和研究在科學(xué)界引發(fā)了一場(chǎng)真正的革命，開(kāi)創(chuàng)了原子能研究的應(yīng)用領(lǐng)域，使人類邁向了現(xiàn)代文明。1903年，居里夫婦和貝克勒爾同時(shí)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。