放射性物质——镭 

 皮埃尔·居里

 皮埃尔·居里(1859——1906),法国物理学家和化学家。生于巴黎。1895年成为教授,1904至1906年任索邦大学物理学教授。早期的主要贡献为确定磁性物质的转变温度(居里温度),建立居里定律和发现晶体的压电现象。后与居里夫人共同研究放射性现象,发现外和镭两种天然放射性元素,因此与柏克勒尔、居里夫人共获1903年诺贝尔物理学奖。主要著作有《皮埃尔·居里著作集》等。 

  首先请允许我告诉大家,今天我非常高兴能在这里向皇家科学院讲演。皇家科学院决定把诺贝尔奖这一极大的荣誉授予居里夫人和我本人。我们应该感到歉意的是,由于一些我们自己也无法控制的原因,我们没有能早日在斯德哥尔摩同大家见面。 
  今天我要讲的是“放射性物质”的特性,或者说“镭”的特性。我不可能只讲我们自己的研究工作。在1898年开始研究这个题目的时候,只有我们二个人和贝克勒尔对此问题感兴趣,但是从那时以后越来越多的研究工作出现了,如果不讲这些物理学家们的研究成果,那么放射性也就无从谈起。这些人有卢瑟福、德比尔纳、埃尔斯特、盖泰耳、盖斯勒、考夫曼、克鲁克斯、拉姆赛和索迪。我只谈其中的几位,他们使我们对于放射性的认识有了重要的进展。 
  关于镭的发现,我想快一些讲过去,对它的特性只作简要的概括,然后向大家讲放射性的发现在科学各个分支中给我们带来的重大成果。 
  1896年贝克勒尔发现了“铀”及其化合物的特殊的放射性。铀放射出的微弱射线可在照相底板上留下痕迹。这种射线可穿透黑纸和金属,可使空气导电。这种辐射不随时间而变化,但产生这种放射性的原因并不清楚。 
  法国的居里夫人和德国的施密特都指出,铣及其化合物也具有这种性质。1898年居里夫人又指出,在实验室制备或使用的化学物质中,只有含铀或灶的那些物质才放射出一定量的贝克勒尔射线。我们称这些物质为“放射性物质”。 
  这样,放射性本身是铀或针的一种原子特性。如果一种物质含铀或灶的量多,它的放射性也就越强。 
  居里夫人研究了含铀或钍的矿物。按照刚才所讲的观点,这些矿物都是放射性的。但是在测量时她发现,这些矿物的放射性比它们含铀或含钍的量所对应的辐射强很多。居里夫人认为,这些物质中含有我们尚未认识的放射性化学元素。居里夫人和我决定在一种铀矿物——“沥青铀矿”——中寻找这种设想的新物质。我们对这些矿物作了化学分析,对分别处理的每批矿物的放射性进行化验。首先我们发现了化学性质与铋很相似的强放射性物质,我们称它为“钋”,后来与贝蒙特合作又发现了与钡相似的第二种强放射性物质,我们称它为“镭”,最后,德比纳尔又分离出属于稀土族的第三种放射性物质“锕”。 
  这些物质在沥青铀矿中只是微量存在,但它们的放射性很强,比铀的放射性大200万倍。经过大量的处理工作,我们成功地获得了足够数量的有放射性的钡盐,以便用分馏法从中提取纯盐形式的镭。镭是碱土族中比钡序数大的同族元素,它的原子量经居里夫人测定是225。镭有特殊的光谱,首先被德姆西(Demarcay)发现,后来又由克鲁克斯、朗格(Runge)、普里希特(Precht)、伊克斯纳(Exner)和哈希克(Haschek)等人进行了研究。镭的光谱反应很灵敏,但它远不象放射性那样能用来发现微量镭的存在。 
  镭的放射性产生的效应很强,而且有各种不同的效应。 
  曾经做过下列几个实验:验电器的放电,射线穿过数厘米厚的铅板,由镭引起的火花,铂氰化钡、硅酸锌和紫锂辉石受激发出磷光,射线使气体产生颜色,氟和佛青受镭辐射后热致发光,镭射线照相。 
  镭这种放射性物质是一个持续不断的能源,它的放射性可以表示出它的能量。在我与拉博尔德(Laborde)合作的研究中还发现,1克镭每小时连续释放的热量达100卡。卢瑟福和索迪,朗格和普里希特,还有埃格斯特朗(Angstrom),都曾测量过镭释放的热量。看来,能量的释放经过数年后仍将是不变的,因此镭释放的总能量是相当惊人的。 
  许多物理学家,如迈耶、施威德莱尔(schweidler)、盖斯勒、贝克勒尔、皮埃尔·居里、居里夫人。卢瑟福和维拉德(P.Villad)等人的研究工作指出,放射性物质放射出三种不同的射线。卢瑟福把它们命名为a射线、β射线和γ射线。三种射线的不同点表现在磁场和电场对它们的作用不同:磁场和电场能改变a和β射线的轨迹。 
  β射线与阴极射线相似,其特性很像质量比氢原子小2000倍的带负电粒子(电子)。居里夫人和我已经确定β射线带负电。a射线与哥尔德斯坦发现的极隧射线相似,其特性很像比β射线重1000倍的带正电的粒子。γ射线与伦琴射线相似。 
  有几种放射性物质,如镭、锕和钍,除了它们本身有辐射作用外,还能使周围的空气变成放射性的。卢瑟福认为,这些物质放出一种不稳定的放射性气体,他把这种气体叫作“射气”,射气散发到周围空气中。 
  这种射气的强度在时间上按指数规律自发地衰变,这种衰变是各种放射性物质的特征。可以确定,镭射气每4日衰变1/2;钍射气每55秒衰变1/2;锕射气每3秒衰变1/2。 
  当固体物质置于放射性物质周围有放射性的空气中时,它也会变成有放射性的。居里夫人和我发现的这个现象叫作“感生放射性”。这种感生放射性同射气一佯,也是不稳定的,各自按特定的指数规律自发地衰变。 
  曾做过下列实验:在玻璃管中装着镭射气从巴黎运出,感生放射性的射线使验电器放电,在射气的作用下硫化锌发磷光。 
  最后,根据拉姆赛和索迪的研究,镭是一个连续不断地自发产生氦的源。 
  看来,铀、钍、镭、锕的放射性在若干年内是不变的,但针却按指数规律衰减着,140天衰减1/2,若干年后它将几乎完全消失。 
  这些都是极为重要的事实,是经过许多物理学家的努力而被证实了的。他们已广泛地研究了某些现象。 
  这些事实的重要意义正在各门学科中显示出来。对于物理学来说意义是明显的。在实验室中镭成了研究工作的一种新的手段,是一个新的放射源。对于β射线的研究已取得了丰硕的成果。这项研究证明了J.J.汤姆逊和亥维赛(Heaviside)关于运动中的带电粒子的质量的理论。根据这个理论,粒子的一部分质量是由于真空以大的电磁反作用引起的。考夫曼对镭的β射线进行实验得出了一个假设:某些粒子的速度稍低于光速。根据汤姆逊和亥维赛的理论,当速度接近于光速时,粒子的质量随着速度而增大,粒子的整个质量是电磁性质的。如果假设物质是由带电粒子集合而成,那么看来力学的基本原理就要从根本上加以修正。 
  对于化学来说,认识放射性物质的特性,意义或许更为重大,它使我们认识了一种维持着放射现象的能源。 
  在开始研究的时候,居里夫人和我就认为,此现象可用两种不同的一般假设来解释。关于这些假设,居里夫人在1899年和1900年作过阐述(见Revue Generale des Sciences,1899年1月10日和Revue Scentifique,1900年7月21日)。 
  1.第一种假设:放射性物质从外界摄取能量并加以释放,因此这种放射是二次辐射。空间不断被穿透性很强的射线所穿透,在穿透过程中被一定的物质所捕获。这种假设并不荒谬。根据卢瑟福、库克(Cooke)和麦克林南(Mc Lennan)最近的工作,看来这一假设有助于解释很多物质的极微弱的辐射。 
  2.第二种假设:放射性物质释放的能量出自物质本身,因此放射性物质处在变化当中,它们缓慢地逐渐衰变,尽管某些物质的状态在表面上是不变的。镭在数年中释放出的热量如果与相同重量的物质在化学反应中释放的热量相比,那是非常巨大的。然而,释放出的这些热量只不过是少量的镭在衰变中放出的能量,这些镭少得甚至衰变数年后还察觉不出。这就使我们得出一种假设:放射性物质的衰变要比普通的化学变化深刻得多,原子的存在可能要成为问题,因为放射性衰变是元素的转化。 
  第二个假设看来在解释所谓的放射性物质的特性时是更富于创造性的,特别是它可以直接去解释外的自发衰变和由镭产生氦。卢瑟福和索迪大胆地发展并建立了元素的衰变理论。他们认为,放射性元素的原子存在着连续的、不可逆的解集过程。在卢瑟福的理论中,这种解集过程一方面会产生穿透性射线,另一方面会产生射气和感生放射性,后者是新的经常有极快衰变的气态或固态的放射性物质,它们的原子量都比衍生出它们的原元素为小。这样看来,假若将镭从其他元素中分离出来,那么它的寿命将是有限的。在自然界中,镭总是与铀共存的,可以设想它是由铀产生出来的。 
  因此,这是一个名符其实的元素衰变理论,尽管它不像炼金术士所说的那种样子。无机的东西在漫长的岁月里总是按照不变的规律在演变着。 
  放射性现象对地质学也有意想不到的重大意义。例如,人们发现在矿物中镭总是与铀伴生,甚至还发现,在所有的矿物中镭和铀的比例是一个常数(鲍特伍德的发现)。这就证实了镭是从铀产生的想法。这一理论也可以推广去解释在矿物中经常存在的其他元素共存的现象。可以想像到,某些元素是在地球表面的一定区域形成的,它们是在一定时间内由其他元素产生的,这个时间可能就是地质年代的标志。这是一个新的观点,地质学家们将会加以考虑。 
  埃尔斯特和盖泰耳曾经指出,在大自然中镭射气散布得非常广泛,它的放射性在气象学中或许起着重要作用,因为空气的电离将引起水蒸汽的凝聚。 
  最后,在生物科学方面镭射线初镭射气产生了令人感兴趣的效应,目前正在被人们研究着。镭的射线已用于治疗某些疾病(狼疮、癌症和神经方面的疾病)。在某些情况下射线的作用可能会有危险性。如果一个人把装有数十毫克镭盐的小玻瓶放在一个木盒或纸盒中放在口袋里几个小时,这个人决不会有任何的感觉,但是经过十五天以后,他的皮肤就会发红,然后是疼痛,再想治愈是很困难的。如果受放射作用的时间再长,人就会瘫痪和死去。镭必须封在厚的铅盒中传送。 
  可以想像到,如果镭落在恶人的手中,它就会变成非常危险的东西。这里可能会产生这样一个问题:知晓了大自然的奥秘是否有益于人类,从新发现中得到的是裨益呢,还是它将有害于人类。诺贝尔的发明就是一个典型的事例。烈性炸药可以使人们创造奇迹,然而它在那些把人民推向战争的罪魁们的手中就成了可怕的破坏手段。我是信仰诺贝尔的人们当中的一个,我相信,人类从新的发现中获得的将是更美好的东西,而不是危害