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发信人: emacs (In the Name of Love), 信区: Science
标  题: 元素·放射性元素·识别元素
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年08月03日12:48:50 星期六), 站内信件



　　　　　　        放射性元素

          
　　

　　               识别元素


　　在1895年发现X射线之后，许多科学家都兴致勃勃地去研究
这些具有巨大穿透能力的辐射。其中有一位就是法国物理学家A．
H．贝克勒耳。他的父亲A．E．贝克勒耳（他是第一位拍摄太阳
光谱的物理学家）对荧光非常有兴趣，而荧光是当物质受到阳光
中的紫外线照射后放射出来的一种可见辐射。

　　A．E．贝克勒耳特别研究了叫做硫酸铀酰钾的荧光物质，这
是一种每个分子都含有一个铀原子的化合物。但是，A．H．贝克
勒耳却很想知道硫酸铀酰钾的荧光辐射线里是否含有X射线。于
是，他把这种化合物放在包上黑纸的照相底片上，然后把它放在
阳光下，太阳的紫外线会激发出荧光。因为阳光不能透过黑纸，
所以阳光本身不会影响底片；但是如果由阳光所激发的荧光里含
有X射线，它们就会穿透黑纸而使底片变暗。他在1896年做了这
项实验，结果发现果真如此，很明显在荧光里有X射线。他甚至
让这种猜想的X射线透过铝和铜的薄片，从而更加确定它的存在，
因为当时除了已知的X射线外，还不知道有别的射线能够做到这
一点。

　　但是后来A．H．贝克勒耳走了运，正当实验进行之中，天气
却转阴了好几天。在等待天气转晴的那段期间，他把上面有少量
硫化物的底片收好，放入抽屉里。过了几天后，他等得不耐烦了，
决定把底片冲洗出来，因为他想即使没有阳光直射也应该会有一
点X射线产生。当他看到冲洗出来的照片时，他大感惊讶并且感
受到所有科学家们梦寐以求的喜悦。原来照相底片受到强烈的辐
射而变得深暗！这绝不是荧光或阳光所能办到的，必定有某种别
的东西在起作用，因此，A．H．贝克勒耳断定（并通过几次实验
很快就证明）这东西就是硫酸铀酰钾中所含的铀。

　　这项发现使得因发现X射线而深感兴奋的科学家们更加振奋。
有一位科学家立即着手研究从铀发射出来的这种奇怪辐射，她就
是年轻的波兰出生的化学家玛丽·斯可罗多夫斯卡（居里夫人），
在这之前一年，她刚与发现居里温度（见第五章“大气” ）的
皮埃尔·居里结了婚。

　　皮埃尔·居里与他的弟弟雅克·居里合作，发现若外加压力
于某些晶体，则一边会产生正电荷，而另一边会产生负电荷。此
现象称为压电现象。居里夫人决定借助压电来测量铀放射出来的
辐射。她装置了一套设备，借助铀的辐射可以游离两极间的空气，
而后会有电流流动，此小电流的强度可以通过测量为产生制衡反
向电流所施加结晶体的压力大小而获得。此法非常有效，因此皮
埃尔·居里立刻放弃自己的工作，用其毕生精力加入其夫人的研
究。

　　提出放射性这一术语以描述铀元素的放射能力的人就是居里
夫人。她后来以第二种放射性物质——钍继续来证明该现象。此
后，很快其他的科学家也陆续有许多重要的发现。从放射性物质
发射出来具有穿透力的辐射线，比X射线更具有穿透力，而且能
量更高；现在它们被称为γ（伽玛）射线。另外，放射性元素也
被发现会放射其他种类的辐射，而这些辐射导致后来发现原子内
部的结构，关于这点在另一章再谈（见第七章“粒子” ）。在
讨论元素时最值得注意的是发现放射性元素在发出射线的过程中
会转变为另一种元素——后来叫做嬗变。

　　居里夫人是第一位研究这种现象的本质的人，她是由于一个
偶然的机会开始这项研究的。当她正在测试沥青铀矿是否含有值
得再提炼的足够铀元素时，她和她的丈夫很惊讶地发现，其中有
几块矿石的放射性甚至比纯铀应该具有的放射性还要强。当然这
意味着在沥青矿里还存有其他的放射性元素。这些未知元素只能
以少量存在，因为一般的化学分析都检验不出来，所以它们必定
有很强的放射性。

　　最令居里夫妇兴奋的是，他们取得了几吨的沥青铀矿，并在
一个小木棚里建造了他们的工作场所，在极为简陋的条件下，以
极大的毅力驱策着他们前进——为了找出极少量的新元素，他们
继续与那又黑又重的矿物奋斗。在1898年7月，他们分离出放射
性强度为同量铀元素400倍的少量黑色粉末。

　　这种粉末是一种化学性质与碲元素相似的新元素，因此在周
期表中它应该排在碲的下方（后来它的原子序数被定为84），居
里夫妇把它叫做钋，是以居里夫人的祖国命名的。

　　但是钋只能解释粉末中的一部分放射性。于是居里夫妇继续
做了更多的研究工作，并在1898年12月，提炼出了一种放射性比
外还要强的物质。该物质含有另一种元素，它的性质类似钡（后
来被置于钡的下方，原子序数为88）。居里夫妇把它叫做镭，因
为其放射性很强。

　　他们持续工作了4年，来收集足够的纯镭以便能够了解它。
后来居里夫人在1903年把她的研究写成提要，作为博士论文。这
也许是科学史上最重要的一份博士论文，她也因此赢得了两项诺
口尔奖。居里夫人和她的丈夫以及A．H．贝克勒耳因研究放射性
而共同获得 1903年的诺贝尔物理学奖； 1911年时，居里夫人又
因发现钋和镭而单独获得诺贝尔化学奖（因为她丈夫在1906年因
车祸丧生了）。

　　钋和镭比铀和钍更加不稳定，换句话说，就是更具放射性，
每秒有较多的原子衰变，寿命极短。事实上，宇宙里所有的钋和
镭应在大约100万年里便全部消失掉。但为何在有几十亿年的地
球上仍然可以找到它们呢？答案就是针和镭在铀和钍衰变成铅的
过程中会继续形成。不论在哪里找到铀和钍，同样也可以发现少
量的钋和镭，它们是在铀和钍最终衰变成铅的过程中的中间产物。

　　通过对沥青铀矿的仔细分析和对放射性物质的深入研究，在
铀和钍衰变成铅的过程中发现了其他3种不稳定的元素。1899年，
戴柏伦接受了居里夫妇的建议，在沥青铀矿中寻找其他的元素，
后来他找出一种叫做锕（源于希腊文“射线”）的元素，此元素
的原子序数最后定为89。翌年，德国物理学家多恩证实在镭衰变
时会产生一种气体元素：放射性气体在当时还是一种新的东西。
最后此元素被命名为氡（源自它的化学近亲镭和氩），原子序数
为86。1917年，两个不同的小组——德国的哈恩和迈特纳以及英
国的索迪和克兰斯顿——从沥青铀矿中分离出新元素91，命名为
镤。



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