放射性物質(zhì)——鐳
作者：皮埃爾·居里
皮埃爾·居里（1859——1906），法國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家。生于巴黎。1895年成為教授，1904至1906年任索邦大學(xué)物理學(xué)教授。早期的主要貢獻(xiàn)為確定磁性物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度（居里溫度），建立居里定律和發(fā)現(xiàn)晶體的壓電現(xiàn)象。后與居里夫人共同研究放射性現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)外和鐳兩種天然放射性元素，因此與柏克勒爾、居里夫人共獲1903年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。主要著作有《皮埃爾·居里著作集》等。
首先請(qǐng)?jiān)试S我告訴大家，今天我非常高興能在這里向皇家科學(xué)院講演?；始铱茖W(xué)院決定把諾貝爾獎(jiǎng)這一極大的榮譽(yù)授予居里夫人和我本人。我們應(yīng)該感到歉意的是，由于一些我們自己也無(wú)法控制的原因，我們沒(méi)有能早日在斯德哥爾摩同大家見(jiàn)面。
今天我要講的是“放射性物質(zhì)”的特性，或者說(shuō)“鐳”的特性。我不可能只講我們自己的研究工作。在1898年開(kāi)始研究這個(gè)題目的時(shí)候，只有我們二個(gè)人和貝克勒爾對(duì)此問(wèn)題感興趣，但是從那時(shí)以后越來(lái)越多的研究工作出現(xiàn)了，如果不講這些物理學(xué)家們的研究成果，那么放射性也就無(wú)從談起。這些人有盧瑟福、德比爾納、埃爾斯特、蓋泰耳、蓋斯勒、考夫曼、克魯克斯、拉姆賽和索迪。我只談其中的幾位，他們使我們對(duì)于放射性的認(rèn)識(shí)有了重要的進(jìn)展。
關(guān)于鐳的發(fā)現(xiàn)，我想快一些講過(guò)去，對(duì)它的特性只作簡(jiǎn)要的概括，然后向大家講放射性的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)各個(gè)分支中給我們帶來(lái)的重大成果。
1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了“鈾”及其化合物的特殊的放射性。鈾放射出的微弱射線可在照相底板上留下痕跡。這種射線可穿透黑紙和金屬，可使空氣導(dǎo)電。這種輻射不隨時(shí)間而變化，但產(chǎn)生這種放射性的原因并不清楚。
法國(guó)的居里夫人和德國(guó)的施密特都指出，銑及其化合物也具有這種性質(zhì)。1898年居里夫人又指出，在實(shí)驗(yàn)室制備或使用的化學(xué)物質(zhì)中，只有含鈾或灶的那些物質(zhì)才放射出一定量的貝克勒爾射線。我們稱這些物質(zhì)為“放射性物質(zhì)”。
這樣，放射性本身是鈾或針的一種原子特性。如果一種物質(zhì)含鈾或灶的量多，它的放射性也就越強(qiáng)。
居里夫人研究了含鈾或釷的礦物。按照剛才所講的觀點(diǎn)，這些礦物都是放射性的。但是在測(cè)量時(shí)她發(fā)現(xiàn)，這些礦物的放射性比它們含鈾或含釷的量所對(duì)應(yīng)的輻射強(qiáng)很多。居里夫人認(rèn)為，這些物質(zhì)中含有我們尚未認(rèn)識(shí)的放射性化學(xué)元素。居里夫人和我決定在一種鈾礦物——“瀝青鈾礦”——中尋找這種設(shè)想的新物質(zhì)。我們對(duì)這些礦物作了化學(xué)分析，對(duì)分別處理的每批礦物的放射性進(jìn)行化驗(yàn)。首先我們發(fā)現(xiàn)了化學(xué)性質(zhì)與鉍很相似的強(qiáng)放射性物質(zhì)，我們稱它為“釙”，后來(lái)與貝蒙特合作又發(fā)現(xiàn)了與鋇相似的第二種強(qiáng)放射性物質(zhì)，我們稱它為“鐳”，最后，德比納爾又分離出屬于稀土族的第三種放射性物質(zhì)“錒”。
這些物質(zhì)在瀝青鈾礦中只是微量存在，但它們的放射性很強(qiáng)，比鈾的放射性大200萬(wàn)倍。經(jīng)過(guò)大量的處理工作，我們成功地獲得了足夠數(shù)量的有放射性的鋇鹽，以便用分餾法從中提取純鹽形式的鐳。鐳是堿土族中比鋇序數(shù)大的同族元素，它的原子量經(jīng)居里夫人測(cè)定是225。鐳有特殊的光譜，首先被德姆西（Demarcay）發(fā)現(xiàn)，后來(lái)又由克魯克斯、朗格（Runge）、普里希特（Precht）、伊克斯納（Exner）和哈?？耍?span lang="EN-US">Haschek）等人進(jìn)行了研究。鐳的光譜反應(yīng)很靈敏，但它遠(yuǎn)不象放射性那樣能用來(lái)發(fā)現(xiàn)微量鐳的存在。
鐳的放射性產(chǎn)生的效應(yīng)很強(qiáng)，而且有各種不同的效應(yīng)。
曾經(jīng)做過(guò)下列幾個(gè)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)電器的放電，射線穿過(guò)數(shù)厘米厚的鉛板，由鐳引起的火花，鉑氰化鋇、硅酸鋅和紫鋰輝石受激發(fā)出磷光，射線使氣體產(chǎn)生顏色，氟和佛青受鐳輻射后熱致發(fā)光，鐳射線照相。
鐳這種放射性物質(zhì)是一個(gè)持續(xù)不斷的能源，它的放射性可以表示出它的能量。在我與拉博爾德（Laborde）合作的研究中還發(fā)現(xiàn)，1克鐳每小時(shí)連續(xù)釋放的熱量達(dá)100卡。盧瑟福和索迪，朗格和普里希特，還有埃格斯特朗（Angstrom），都曾測(cè)量過(guò)鐳釋放的熱量。看來(lái)，能量的釋放經(jīng)過(guò)數(shù)年后仍將是不變的，因此鐳釋放的總能量是相當(dāng)驚人的。
許多物理學(xué)家，如邁耶、施威德萊爾（schweidler）、蓋斯勒、貝克勒爾、皮埃爾·居里、居里夫人。盧瑟福和維拉德（P.Villad）等人的研究工作指出，放射性物質(zhì)放射出三種不同的射線。盧瑟福把它們命名為a射線、β射線和γ射線。三種射線的不同點(diǎn)表現(xiàn)在磁場(chǎng)和電場(chǎng)對(duì)它們的作用不同：磁場(chǎng)和電場(chǎng)能改變a和β射線的軌跡。
β射線與陰極射線相似，其特性很像質(zhì)量比氫原子小2000倍的帶負(fù)電粒子（電子）。居里夫人和我已經(jīng)確定β射線帶負(fù)電。a射線與哥爾德斯坦發(fā)現(xiàn)的極隧射線相似，其特性很像比β射線重1000倍的帶正電的粒子。γ射線與倫琴射線相似。
有幾種放射性物質(zhì)，如鐳、錒和釷，除了它們本身有輻射作用外，還能使周圍的空氣變成放射性的。盧瑟福認(rèn)為，這些物質(zhì)放出一種不穩(wěn)定的放射性氣體，他把這種氣體叫作“射氣”，射氣散發(fā)到周圍空氣中。
這種射氣的強(qiáng)度在時(shí)間上按指數(shù)規(guī)律自發(fā)地衰變，這種衰變是各種放射性物質(zhì)的特征?？梢源_定，鐳射氣每4日衰變1/2；釷射氣每55秒衰變1/2；錒射氣每3秒衰變1/2。
當(dāng)固體物質(zhì)置于放射性物質(zhì)周圍有放射性的空氣中時(shí)，它也會(huì)變成有放射性的。居里夫人和我發(fā)現(xiàn)的這個(gè)現(xiàn)象叫作“感生放射性”。這種感生放射性同射氣一佯，也是不穩(wěn)定的，各自按特定的指數(shù)規(guī)律自發(fā)地衰變。
曾做過(guò)下列實(shí)驗(yàn)：在玻璃管中裝著鐳射氣從巴黎運(yùn)出，感生放射性的射線使驗(yàn)電器放電，在射氣的作用下硫化鋅發(fā)磷光。
最后，根據(jù)拉姆賽和索迪的研究，鐳是一個(gè)連續(xù)不斷地自發(fā)產(chǎn)生氦的源。
看來(lái)，鈾、釷、鐳、錒的放射性在若干年內(nèi)是不變的，但針卻按指數(shù)規(guī)律衰減著，140天衰減1/2，若干年后它將幾乎完全消失。
這些都是極為重要的事實(shí)，是經(jīng)過(guò)許多物理學(xué)家的努力而被證實(shí)了的。他們已廣泛地研究了某些現(xiàn)象。
這些事實(shí)的重要意義正在各門學(xué)科中顯示出來(lái)。對(duì)于物理學(xué)來(lái)說(shuō)意義是明顯的。在實(shí)驗(yàn)室中鐳成了研究工作的一種新的手段，是一個(gè)新的放射源。對(duì)于β射線的研究已取得了豐碩的成果。這項(xiàng)研究證明了J．J．湯姆遜和亥維賽（Heaviside）關(guān)于運(yùn)動(dòng)中的帶電粒子的質(zhì)量的理論。根據(jù)這個(gè)理論，粒子的一部分質(zhì)量是由于真空以大的電磁反作用引起的?？挤蚵鼘?duì)鐳的β射線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出了一個(gè)假設(shè)：某些粒子的速度稍低于光速。根據(jù)湯姆遜和亥維賽的理論，當(dāng)速度接近于光速時(shí)，粒子的質(zhì)量隨著速度而增大，粒子的整個(gè)質(zhì)量是電磁性質(zhì)的。如果假設(shè)物質(zhì)是由帶電粒子集合而成，那么看來(lái)力學(xué)的基本原理就要從根本上加以修正。
對(duì)于化學(xué)來(lái)說(shuō)，認(rèn)識(shí)放射性物質(zhì)的特性，意義或許更為重大，它使我們認(rèn)識(shí)了一種維持著放射現(xiàn)象的能源。
在開(kāi)始研究的時(shí)候，居里夫人和我就認(rèn)為，此現(xiàn)象可用兩種不同的一般假設(shè)來(lái)解釋。關(guān)于這些假設(shè)，居里夫人在1899年和1900年作過(guò)闡述（見(jiàn)Revue Generale des Sciences，1899年1月10日和Revue Scentifique，1900年7月21日）。
1．第一種假設(shè)：放射性物質(zhì)從外界攝取能量并加以釋放，因此這種放射是二次輻射?？臻g不斷被穿透性很強(qiáng)的射線所穿透，在穿透過(guò)程中被一定的物質(zhì)所捕獲。這種假設(shè)并不荒謬。根據(jù)盧瑟福、庫(kù)克（Cooke）和麥克林南（Mc Lennan）最近的工作，看來(lái)這一假設(shè)有助于解釋很多物質(zhì)的極微弱的輻射。
2．第二種假設(shè)：放射性物質(zhì)釋放的能量出自物質(zhì)本身，因此放射性物質(zhì)處在變化當(dāng)中，它們緩慢地逐漸衰變，盡管某些物質(zhì)的狀態(tài)在表面上是不變的。鐳在數(shù)年中釋放出的熱量如果與相同重量的物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中釋放的熱量相比，那是非常巨大的。然而，釋放出的這些熱量只不過(guò)是少量的鐳在衰變中放出的能量，這些鐳少得甚至衰變數(shù)年后還察覺(jué)不出。這就使我們得出一種假設(shè)：放射性物質(zhì)的衰變要比普通的化學(xué)變化深刻得多，原子的存在可能要成為問(wèn)題，因?yàn)榉派湫运プ兪窃氐霓D(zhuǎn)化。
第二個(gè)假設(shè)看來(lái)在解釋所謂的放射性物質(zhì)的特性時(shí)是更富于創(chuàng)造性的，特別是它可以直接去解釋外的自發(fā)衰變和由鐳產(chǎn)生氦。盧瑟福和索迪大膽地發(fā)展并建立了元素的衰變理論。他們認(rèn)為，放射性元素的原子存在著連續(xù)的、不可逆的解集過(guò)程。在盧瑟福的理論中，這種解集過(guò)程一方面會(huì)產(chǎn)生穿透性射線，另一方面會(huì)產(chǎn)生射氣和感生放射性，后者是新的經(jīng)常有極快衰變的氣態(tài)或固態(tài)的放射性物質(zhì)，它們的原子量都比衍生出它們的原元素為小。這樣看來(lái)，假若將鐳從其他元素中分離出來(lái)，那么它的壽命將是有限的。在自然界中，鐳總是與鈾共存的，可以設(shè)想它是由鈾產(chǎn)生出來(lái)的。
因此，這是一個(gè)名符其實(shí)的元素衰變理論，盡管它不像煉金術(shù)士所說(shuō)的那種樣子。無(wú)機(jī)的東西在漫長(zhǎng)的歲月里總是按照不變的規(guī)律在演變著。
放射性現(xiàn)象對(duì)地質(zhì)學(xué)也有意想不到的重大意義。例如，人們發(fā)現(xiàn)在礦物中鐳總是與鈾伴生，甚至還發(fā)現(xiàn)，在所有的礦物中鐳和鈾的比例是一個(gè)常數(shù)（鮑特伍德的發(fā)現(xiàn)）。這就證實(shí)了鐳是從鈾產(chǎn)生的想法。這一理論也可以推廣去解釋在礦物中經(jīng)常存在的其他元素共存的現(xiàn)象?？梢韵胂竦?，某些元素是在地球表面的一定區(qū)域形成的，它們是在一定時(shí)間內(nèi)由其他元素產(chǎn)生的，這個(gè)時(shí)間可能就是地質(zhì)年代的標(biāo)志。這是一個(gè)新的觀點(diǎn)，地質(zhì)學(xué)家們將會(huì)加以考慮。
埃爾斯特和蓋泰耳曾經(jīng)指出，在大自然中鐳射氣散布得非常廣泛，它的放射性在氣象學(xué)中或許起著重要作用，因?yàn)榭諝獾碾婋x將引起水蒸汽的凝聚。
最后，在生物科學(xué)方面鐳射線初鐳射氣產(chǎn)生了令人感興趣的效應(yīng)，目前正在被人們研究著。鐳的射線已用于治療某些疾?。ɡ钳?、癌癥和神經(jīng)方面的疾?。?。在某些情況下射線的作用可能會(huì)有危險(xiǎn)性。如果一個(gè)人把裝有數(shù)十毫克鐳鹽的小玻瓶放在一個(gè)木盒或紙盒中放在口袋里幾個(gè)小時(shí)，這個(gè)人決不會(huì)有任何的感覺(jué)，但是經(jīng)過(guò)十五天以后，他的皮膚就會(huì)發(fā)紅，然后是疼痛，再想治愈是很困難的。如果受放射作用的時(shí)間再長(zhǎng)，人就會(huì)癱瘓和死去。鐳必須封在厚的鉛盒中傳送。
可以想像到，如果鐳落在惡人的手中，它就會(huì)變成非常危險(xiǎn)的東西。這里可能會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)問(wèn)題：知曉了大自然的奧秘是否有益于人類，從新發(fā)現(xiàn)中得到的是裨益呢，還是它將有害于人類。諾貝爾的發(fā)明就是一個(gè)典型的事例。烈性炸藥可以使人們創(chuàng)造奇跡，然而它在那些把人民推向戰(zhàn)爭(zhēng)的罪魁們的手中就成了可怕的破壞手段。我是信仰諾貝爾的人們當(dāng)中的一個(gè)，我相信，人類從新的發(fā)現(xiàn)中獲得的將是更美好的東西，而不是危害。
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