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居里夫妇的实验

2007-2-28 13:7

  贝克勒耳的发现是19世纪末最伟大的发现之一,成为人类打开原子大门的钥匙。不过,他的发现不像伦琴的发现那样立刻震动了全世界,也没有引起世界各国的普遍研究。因为当时人们认为,这仅仅是研究X射线性质的一个插曲。但是,原籍波兰的法国科学家玛丽·斯可罗多夫斯卡(即居里夫人)和她的丈夫比埃尔·居里认为这个发现很重要,他们决定研究这新发现的射线。

  要研究这种肉眼看不见的射线,就得先有一种迅速而方便的侦察射线的方法。用照相底片感光的方法太慢了,太麻烦了。玛丽仔细研究了贝克勒耳的报告,她注意到了“铀盐发射出来的不可见的射线能使带电的金箔验电器放电”这段记载。

  是不是能够用验电器的放电来发现不可见的射线,并且根据验电器放电的快慢来测量放射性的强弱呢?

  比埃尔·居里是物理学家,他很快地设计制造了一种既简单又灵敏的验电器。利用和验电器相联的灵敏检流计,可以很快地发现射线并测量射线的强度。他用铀化合物做了试验,这种验电器非常好用。

  玛丽想:除了铀以外,会不会还有别的物质也能发出不可见的射线呢?她搜集了各种各样的化合物反复进行试验,终于找到了另一种元素——钍。钍和铀一样,也会不停地发出不可见的射线。她把这种现象叫做“放射性”。铀和钍都是放射性元素。

  接着,她又仔细地研究铀的放射性。她发现,含铀多的物质放射性就强,含铀少的物质放射性就弱。她试了各种铀的化合物,包括金属铀,都证明了这一点。这就是说,可以根据放射性的强弱来测定出物质中铀的含量有多少。

  但是,玛丽在应用这种方法来测定铀矿石中的铀含量的时候,出现了怪事,沥青铀矿和铜铀云母矿石的放射性比纯金属铀还要强得多。实验反复进行了20多次,一直是这样。难道是验电器出了毛病?可是用铀的化合物试验,又没有问题。这是怎么回事呢?

  为了弄清楚这个问题,玛丽在实验室里用化学方法合成了铜铀云母,主要成分和天然的铜铀云母一样。但是,人工合成的铜铀云母的放射性只有天然的铜铀云母的18%。差别在哪里呢?唯一的差别就是天然的不够纯,有杂质。这多出来的放射性,想必是由杂质产生的。也就是说,在这些铀的矿物中存在着放射性更强的未知元素。

  这是伟大发现的前夜,比埃尔·居里决心放下他自己从事的物理学研究,和玛丽一起去找寻这未知的新元素。

  新元素会有什么样的化学性质呢?不知道。但是他们相信,这新元素一定有非常强的放射性。

  他们决定从沥青铀矿中去寻找。矿石先溶解在酸里,然后通入硫化氢气体,于是生成了许多沉淀。在沉淀中应该有铅、铜、砷、铋,而铀、钍、钡等应该还在溶液里。那么新元素到底在溶液里,还是在沉淀里呢?

  把沉淀和溶液分开,用验电器分别测量,结果是沉淀的放射性更强一些。他们把这部分沉淀又用酸溶解了,加入了新的化学试剂,把铅、铜和砷都分离出去,剩下了铋。这剩下的铋就有非常强的放射性。他们已经知道,铋是没有放射性的。这证明沥青铀矿石中含有一种化学性质和铋非常相似的新元素。新元素的放射性非常强,比铀要强许多倍。

  1898年7月18日,在法国科学院宣读了居里夫妇提交的科学报告,题目是《沥青铀矿内所含的新放射性物质》。为了纪念玛丽的祖国波兰,他们提议把这种和铋的性质相似的新放射性元素叫做钋(Polonium,波兰的意思)。

  居里夫妇不像一些粗心的人那样,把那些溶液丢掉。他们仔细地测量了溶液的放射性强度,结果发现,溶液的放射性强度比里面含有的铀和钍应有的强度还要大,看来还可能有另一种新元素在溶液里。他们继续努力工作。

  5个月后,1898年12月26日,他们又到科学院宣布发现了一个新的放射性元素,化学性质和钡相似。这就是镭(Radium,放射线的意思)。镭的放射性极强,初次得到的和大量钡混在一起的镭,放射性已经比铀大900倍(纯镭的放射性要比铀大几百万倍)!

  但是,要大家公认发现一种新元素,单靠强大的放射性是不行的,必需分离出纯的镭或是镭的化合物。

  居里夫妇由奥地利搞来了8吨沥青铀矿渣。他们在理化学校的一间棚子里艰苦工作了45个月,最后,在1902年终于得到了0.1克纯氯化镭的白色晶体。

  镭,这种新元素,谁也不怀疑它的存在了。这真是一种奇妙的元素,它不停地放出极强的射线。不仅如此,人们还发现镭的射线能治病,能治疗癌症。

  消息传遍欧洲,传遍全世界。研究镭射线,不仅在自然科学家那里,也在医学界展开了。开始没有太多人注意的对放射性的研究,一下子在全世界形成了热潮。许多国家纷纷成立了镭学研究所来研究镭和其他放射性物质。有些国家还建立了工厂去提炼这极为宝贵的镭,以满足医疗和科学研究的需要。

  贝克勒耳和居里夫妇一起,因为放射性的发现和研究,1903年得到科学界的最高荣誉——诺贝尔奖。

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