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居里夫妇的放射实验与逻辑推理
居里夫妇的放射实验与逻辑推理
 

约里奥-居里夫妇,指F·约里奥·居里(Frederic Joliotcurie,19001958和他的夫人I·约里奥·居里(Irene JoliotCurie18971956)。I·约里奥·居里于1897912生于巴黎,是居里夫人的长女,在母亲的精心培育下,1920年在巴黎大学毕业后就成为母亲最心爱的实验助手。F·约里奥·居里于1900319生于巴黎,从小爱好体育和音乐,1923年以优异成绩在巴黎理化学院毕业、他的老师朗之万发现他很有培养前途,就推荐他到居里夫人的实验室工作。二人由于志趣相投,于1926109结婚,决心合力开拓崭新领域放射性。

法国物理学家H·贝克勒耳有关的发现是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——钛。钛和铀一样,也会不停地发出不可见的射线。她把这种现象叫做放射性。铀和钛都是放射性元素。

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,然后通人硫化氢气体,于是生成了许多沉淀。在沉淀中应该有铅、铜、砷、铋,而铀、钍、钡等也应该还在溶液里。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,加人了新的化学试剂,把铅、铜和砷等都分离出去,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。

  1898718,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钛应有的强度还要大,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,18981226,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的诺贝尔奖。

 

 

 

即用a粒子轰击被,这时放出的不是通常实验所出现的质子,而是一种穿透力极强的射线,玻特认为是一种γ辐射,当时即称为铁辐射。不久,约里奥-居里夫妇凭借高超的实验技能和良好的设备,不但很容易地重复了玻特的实验结果,而且进一步观测石蜡是否会吸收这种被辐射。他们惊奇地发现辐射未被吸收,反而加强了。经过对从石蜡里飞出的粒子鉴别,认定从石蜡里飞出、的是质子「这是不可思议的,如果被辐射是质量近于零的光子。怎么能够把质量是电子的1840倍的质子撞击出来呢,伟大发现就在眼前,但他们仍沿玻特的错误思路想下去,认为铍辐射是一种康普顿效应。1932118,他们把这一实验结果和自己的见解发表了。刚好一个月后,卢瑟福的学生、对中子概念早有精神准备的英国物理学家查德威克重新解释了约里奥-居里夫妇的实验,认为波辐射是一种中性粒子流,这种粒子的质量近似于质子质量。这样,卢瑟福12年前关于存在中子的预言被证实了,查德威克也因此获得了1935年度的诺贝尔物理学奖。客观地评价这件事,应该说约里奥一居里夫妇对中子的发现做了真正重要的工作,查德威克本人也完全承认这一点。但在伟大发现边缘而使机遇从面前溜走,原因仍在他们本身。他们自己事后承认,他们根本不知道卢瑟福关于存在中子的假设,缺乏作出这一重大发现的敏感性和想象力,而教训在于他们作为实验物理学家只埋头于自己的实验,没有同时注意学术思想的广泛交流。如不随时吸取他人创造性的新思想,机遇还会一失再失!事实正是如此,1932年,在美国物理学家安德森发现正电子以前,约里奥一居里夫妇就曾经在云室中清楚地观察到了正电子径迹,但他们没有认真研究出现的奇特现象,误认为只是向放射源移动的电子。直到安德森提出正电子实验报告后,他们才明白又一次重大发现的机会失去了。

  经过连续两次失误之后,约里奥-居里夫妇并没有灰心丧气,他们总结了经验教训,在1933523,通过开创性的工作证实:从针加被源中发出的模V射线,通过物质后产生了正负电子冰两个月后,又记录到了单个正电子及其连续谱。他们一直坚持研究这种现象,在1934119,发现用钋产生的α粒子轰击铝箔时,若将放射源拿走,“正电子的发射也不立即停止。铝箔保持放射性。辐射像一般放射性元素那样以指数律衰减。”它们发射出中子和正电子,最终生成放射性磷。用同样的方法他们还发现了其他一些人工生成的放射性物质,此即人工放射性。这是20世纪最重要的发现之一。是人类变革微观世界的一个突破,为同位素和原子能的利用提供了可能,他们因此获得了1935年度的诺贝尔化学奖。

  1938年奥托·哈恩作出了震撼世界的伟大发现棗核裂变,正像查德威克能发现中子一样,也完全得力于约里奥一居里夫妇的实验发现。其后,约里奥一居里夫妇证明了裂变产生的中子能够引起链式反应。核裂变和链式反应的发现,是实际利用原子能的依据。它为人类开发新的能源开辟了广阔的前景。

  约里奥-居里夫妇对科学研究的献身精神、执着的追求、精湛的实验技术,堪称实验物理学家的典范。他们多次为别人获得诺贝尔奖做铺路石,对后人也颇有教育意义。

  约里奥一居里夫妇作为知名科学家,在第二次世界大战期间,与纳粹进行了坚决的斗争,是著名的反法西斯战士。约里奥一居里夫妇由于常年累月使用放射性制剂进行工作,健康受到损害。I.约里奥一居里由于白血病于1956年逝世,终年59岁。F.约里奥一居里因肝病于1958年逝世,终年58岁。

 

 

  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——钛。针和铀一样,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,然后通人硫化氢气体,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,加人了新的化学试剂,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。

  1898718,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针应有的强度还要大,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,18981226,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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