1896年2月24日,法國物理學家亨利·貝克勒爾在法國科學院宣佈:鈾鹽經日光照射後,能發射一種類似X射線的射線,它能穿過黑紙、玻璃等物質而使底片感光。起初他誤認為這種射線是太陽照射的結果。同年3月2日,他意外地發現這種射線與日光無關。接著他透過對各種鈾鹽的觀測,發現了元素的放射性現象。
1903年諾貝爾物理學獎一半授予法國物理學家亨利·貝克勒爾,以表彰他發現了自發放射性;另一半授予法國物理學家皮埃爾·居里和瑪麗·斯可羅多夫斯卡·居里,以表彰他們對貝克勒爾發現的輻射現象所作的卓越貢獻。
天然放射性的發現法國物理學家亨利·貝克勒爾是研究熒光和磷光的專家。1896年初,倫琴發現X射線的訊息傳到巴黎,一個偶然的機會使他遭遇上放射性問題。當時法國有一位著名數學物理學家叫彭加勒,收到倫琴的通訊後,在法國科學院1896年1月20日的例會上向與會者報告了這件事,展示了倫琴的通訊和X光照片。貝克勒爾正好在場,他問彭加勒,這種射線是怎樣產生的?彭加勒回答說,似乎是從真空管陰極對面發熒光的地方產生的,可能跟熒光屬於同一機理。彭加勒還建議貝克勒爾試試熒光會不會伴隨有X射線。
於是第二天貝克勒爾就在自己的實驗室裡開始試驗熒光物質會不會輻射出一種看不見卻能穿透厚紙使底片感光的射線。他試來試去,終於找到了一種物質具有預期效果。這種物質就是鈾鹽。
貝克勒爾拿兩張厚黑紙,把感光底片包起來,包得那樣嚴實,即使放在太陽底下曬一天,也不會使底片感光。然後,他把鈾鹽放在黑紙包好的底片上,又讓太陽曬幾小時,就大不一樣,底片顯示了黑影。
為了證實是射線在起作用,他特意在黑紙包和鈾鹽間夾一層玻璃,再放到太陽下曬。如果是由於某種化學作用或熱效應,隔一層玻璃就應該排除,可是仍然出現了黑影。於是貝克勒爾肯定了彭加勒的假定,在法國科學院的例會上報告了試驗結果。
又過了幾天,貝克勒爾正準備進一步探討這種新現象,巴黎卻連日天陰,無法曬太陽,他只好把所有器材包括包好的底片和鈾鹽都擱在同一抽屜裡。也許是出於職業上的某種靈感,貝克勒爾突然產生了一個念頭,想看看即使不經太陽照曬,底片會不會也有變黑的現象。於是他把底片洗了出來。哪裡想到,底片上的黑影真的十分明顯。他仔細檢查了現場,肯定這些黑影是鈾鹽作用的結果。
貝克勒爾面對這一突如其來的現象,很快就領悟到,必須放棄原來的假設,這種射線跟熒光沒有直接關係,它和熒光不一樣,不需要外來光激發。他繼續試驗,終於確證這是鈾元素自身發出的一種射線。他把這種射線稱為鈾輻射。鈾輻射不同於X射線,兩者雖然都有很強的穿透力,但產生的機理不同。
同年5月,他在法國科學院報告說:鈾輻射乃是原子自身的一種作用,只要有鈾這種元素存在,就不斷有這種輻射產生。這就是發現放射性的最初經過。這一發現雖然沒有倫琴發現X射線那樣轟動一時,但其意義還是很深遠的,為核物理學的誕生準備了第一塊基石。
居里夫婦與貝克勒爾共獲諾貝爾獎貝克勒爾發現放射性的論文引起了居里夫婦極大的興趣。1897年,居里夫人根據皮埃爾·居里的建議,選擇放射性這一新課題做博士論文。開始只是重複貝克勒爾的鈾鹽輻射試驗,不過由於她在測量方法上作了重大改進,不但得到了定性的結果,而且獲得了大量精確的資料。她用的是居里兩兄弟創造的石英晶體壓電秤,代替了貝克勒耳的驗電器。
居里夫人首先檢驗了貝克勒爾的結論,證實新輻射的強度僅與化合物中鈾的含量成正比,與化合物的組成無關,也不受光照、加熱、通電等因素的影響,肯定這是一種原子過程。但她並不滿足於這一結論,決定全面檢查已知的各種元素。她找來各種礦石和化學物品,一一做了試驗。1898年取得的初步結果表明:絕大多數材料的電離電流都比較小,唯獨瀝青鈾礦石、氧化釷和輝銅礦石(內含磷酸鈾)會產生很強的電離電流。於是,居里夫人斷定釷也是一種放射性元素。她還發現瀝青鈾礦石和輝銅礦石比純鈾的活性還強得多。居里夫人想到,既然兩種鈾礦石都比鈾自身還更活潑,從這個事實可以相信,在這些礦石中可能含有比鈾活潑得多的元素。
居里夫人認為,不止一種元素能自發地放出輻射,顯然這是一種普遍的自然現象。
他們透過化學分析和物理儀器測試,發現鉍的成分顯示強烈的放射性比同樣質量的鈾強400倍。他們進一步確證,放射性並不是來自鉍本身,而是混在鉍內的一種微量元素,經過反覆試驗,發現可以利用兩種金屬溶解度不同的特點再進行分離。加水使鉍鹽溶解後,從首先沉澱下來的渣物中找到了特別強的放射性物質。居里夫婦建議稱之為釙。
接著,居里夫婦繼續進行分離試驗,又發現鋇鹽中有更強的放射性,他們認為還有第二種物質,放射性更強,化學性質則與第一種完全不同,用硫化氫、硫化銨或氨都無法使之沉澱;這種新的放射性物質在化學性質上完全像純鋇,其氯化物可溶於水,卻不溶於濃鹽酸和酒精。由它可得鋇的光譜。他們認為,這種物質中必定還有一種化學性質極其接近於鋇,卻能產生非常強烈的放射性的新元素。
他們進行了一系列的分離,得到越來越活潑的氯化物,其活性竟比鈾大900倍以上。他們把這種新的放射性元素命名為鐳。
1902年,居里夫婦宣佈,他們測得鐳的原子量為225,找到了兩根非常明亮的特徵光譜線。這時,鐳的存在才得到公認。居里夫人後來長期患惡性貧血症。她和居里先生在工作中肯定遭受了大劑量的輻射,甚至還可能吃進了不少放射性物質。她當年用過的烹調書,50年後再檢查,還有放射性。1934年居里夫人受長期貧血病折磨後去世。她的女兒伊倫和女婿弗列德利克·約里奧也因惡性貧血症相繼於1956年和1958年去世。居里的一家向人類貢獻了鐳,他們自己卻被鐳奪去了寶貴的生命。 北科