一、贝克勒尔的灵感

放射性是由法国科学家贝克勒尔在1896年发现的。这一发观与前-年伦琴发现X射线密切有关。

贝克勒尔出身于一个物理学世家,他的祖父、父亲,包括他自己的儿子,四代人都是物理学家。贝克勒尔的祖父是法国自然史博物馆设置物经学教授职位时的第一任教授,他的父亲从作为他祖父的一名助手到后来也成为博物馆中一名教授。对荧光的研究,是这个家族的传统。贝克勒尔自幼受到科学熏网,聪明好学。后来,他继承父亲也在自然史博物馆任教授。

在X射线发现不久,贝克勒尔很快想到,如果把荧光的物质放在强光下照射、是否在发出荧光的同时,能放出X射线。于是,他把荧光物质(一块铀化合物--钾铀酰硫酸盐晶体)放在用黑纸包住的照相底片上,然后放在太阳光下曝晒。如果此铀化合物在阳光激发下,发射荧光同时也有X射线发出的话,由于X射线的强的穿透性,定能使底片感光。结果,在底片上果然发现丁与荧光物质形状相同的像。

1896年2月24,他向法国科学院报告了此实验结果。但是,事隔一周,在3月2日,他向科学院又作丁一个报告,宣布了一个惊人的发现:在上次报告后,他想继续实验,但天不作美,连续两天不见太阳。他把铀化合物和底片一起放在抽屉里。可是,丰富的实践经验,使他富有灵感,他想到要看一下此铀化合物未经太阳曝晒,底片是否感光。原以为最多能看到非常微弱的影像,但恰恰相反,底片冲出后.在上面出现丁很深的感光黑影,使他大为惊奇。他进一步用不发荧光的铀化物进行实验,结果发现也能使底片感光。这说明了铀化物本身也会放出一种肉眼看不见的射线,它与荧光是完全无关的。

以上就是放射性发现的简单经过。应该说放射性的发现。是这个家族几代人努力的结果。另外,正如杨振宁在讲述贝克勒尔发现放射性的故事时讲到,科学家的"灵感"对科学家的发现"非常重要","这种灵感必定来源于他的丰富的实践和经验。"

二、居里夫妇的努力----镭和钋的发现

放射性的发现也引起了居里夫人(M.Curie,1367一1934)的极大兴趣。居里夫人,1867年11月7日生于波兰华沙一个家境贫寒的物理教师家庭中,她16岁时.以优异成绩中学毕业。但当时华沙的波兰大学不收女大学生,父母又天钱送她去国外学习,为此地只好先参加工作,做一名家庭教师。白天教书,晚上自学。几年后于1891年.她利用平时积下来的钱,买了一张四等车票,离开了祖国来到巴黎,考入了当时著名的法国大学理学院学习自然科学。她喜欢物理,有强烈的求知欲。有理想,能吃苦,意志坚强,出色完成了学业,得到了物理学硕士和数学硕士两个学位。

1897年.在放射性发现不久,她就开始致力于放射性研究工作。首先她想到,铀不一定是唯一能放出射线的元素,并且很快,在当时己知的一些元素中,发现了"钍"也可发射类似于铀放射的射线,强度也相近。"放射性"这个词,正是当时由居里夫人所提出的。

放射性元素钍发现后,居里夫人的丈夫皮埃尔·居里(P.Curie,1859-1906),也开始参与放射性的研究工作。通过对各种矿石的大量测试结果,他们发现了有一些矿石(如沥青铀矿)的放射性远强于铀和钍的放射性。通过分离和浓缩,于1898年他们先后发现了在沥 青铀矿物中还有两种放射性元素。居里夫人称第一种元素为"钋"(Polorium),以纪念她的祖国波兰;第二种元素被称为"镭",意思是放出射线,镭的放射性强度是铀的一百万倍以上。他们的研究,使放射性研究有了一个大的飞跃。

1903年,居里夫妇与贝克勒尔,共享了诺贝尔物理学奖。 当时他们的实验是在一个简陋的棚屋中进行的。由于缺少经费他们利用自己的积蓄.购矿石、做实验。居里夫人有一句名言是:"人要有毅力,否则将一事无成。"从1897年开始直到逝世的36年科学生涯中,她以惊人的毅力、顽强的意志、高度的智能,全身心投入了放射性研究,成果累累。1911年,居里夫人又因此荣获丁诺贝尔化学奖。

三、三种射线--α射线、β射线、γ射线

放射性发现后不久,英国剑桥大学卡文迪许实验室的卢瑟福(当时还是电子发现者J·J汤姆生教授的研究生)也投入了对放射性的研究工作。在科学家们的共同努力下,发现了各种放射性元素所放出的射线中包括α、β和γ三种射线。其中α射线是带两个正电荷的氦核 (又称α粒子);β射线是带负电荷的电子流;γ射线是电中性的电磁辐射,与可见光和X射线一样,只是波长比X射线还要短。对这三种射线的区分可以用它们在磁场中的不同轨迹判定。

磁场方向垂直纸面向内,则带正电的氦核向左偏,由于质量大偏转小,带负电的电子质量小向石偏转大;电中性的γ射线方向不变。放射性元素放出这三种射线的过程,又分别称为α衰变、β衰变和γ衰变。

实验事实告诉我们,有的元素有放射性,有的没有。有的可放α射线,有的只能放β射线,而γ射线一般是伴随α和β射线的发射而放出。

放射性的发现不仅进一步揭开了微观世界的奥秘、而且与X射线一样,放射性已在工农业生产、医学、生命科学、材料科学等许多领域中得到了广泛的应用。

原子物理名词解释表

α射线:

α射线是从放射性物质中射出来的一种粒子流。α粒子就是氦原子核,它贯穿物质的本领很小,一张薄线通常就能把它档住,但是它有很强的电离作用。

β射线:

β射线是高速的电子流。它的贯穿本领较大,能穿透几毫米厚的铝板,但它的电离作用较弱。

γ射线:

γ射线是一种波长很短的电磁波(光子),它的贯穿本领更强,能穿透几厘米的铅板,但它的电离作用很小。

半衰期:

放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间,叫半衰期。 原子核的衰变规律是: 其中:No是指初始时刻(t=0)时的原子核数 t为衰变时间,T为半衰期 N是衰变后留下的原子核数

电子:

电子是带负电的基本粒子,静止质量等于9.1095×10-31kg,电量等于1.602×10-19C,这是电量的基本单位,电子的半径小于10-15m,电子常用符号e表示。

发射光谱:

物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。

说明:(1)稀薄气体发光是由不连续的亮线组成,这种发射光谱又叫做明线光谱:原子产生的明线光谱也叫做原子光谱曲。(2)固体或液体及高压气体的发射光谱,是由连续分布的波长的光组成的,这种光谱做连续光谱。

放射性,放射性元素:

物质发射α射线,β射线和γ射线的性质的叫做放射性。具有放射性的元素叫做放射性元素。

光电效应:

在光的照射下,使物体中的电子脱出的现象叫光电效应。

光谱分析:

由于每种原子都有自己的特征谱线,因而可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成,这种方法叫做光谱分析。

光子说:

光子(又叫光量子)是一种静止质量为零的粒子,具有能量和动量。它的能量表(γ为频率,h为普朗克常量) 动量表示式为 (C为光速)

核反应和反应能:

利用天然放射性的高速粒子或利用人工加速的粒子去轰击原子核,使原子核变成另一种原子核的过程,叫做核反应。 在核反应过程中,放出或吸收的能量,叫反应能。放出能量的核反应,叫放能反应。吸收能量的核反应,叫做吸能反应。

激光:

一个入射光子由于引起受激辐射可以得到两个同样的光子,如果在媒质中传播的这些光子再引起其它原子发光受激辐射,这样就会产生越来越多的相同的光子使光得到加强,这就是激光,即由于受激辐射而得到加强的光就是激光。激光的主要特点是:具有很好的单色性、方向性和相干性,并且亮度极高。

聚变:

轻核结合成质量较大的核的过程,叫聚变。 聚变必须在极高的温度下进行,所以这种反应也叫热核反应。

康普顿效应:

当伦琴射线(x光)被一个自由电子散射时散射光的频率将小于入射光的频率,即散射光的波长大于入射光的波长,这种现象叫康普顿效应。

链式反应:

由于中子的轰击,重核(如铀核)裂变时释放一至三个新生中子,这些新生中子又可能使其它原子核发生裂变,从而使裂变自动持续下去,这种裂变自动持续下去的反应过程叫链式反应。

裂变:

重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程,叫裂变。

嬗变:

① 用人工方法得到的放射性同位素放射出一个α粒子或β粒子的过程叫做嬗变。 ② 原子核通过人工核反应而转变成另一种原子核的过程叫嬗变。

受激辐射:

当原子处于激发态E2时,如果恰好有能量 (这里E2 )E1)的光子射来,在入射光子的影响下,原子会发出一个同样的光子而跃迂到低能级E1上去,这种辐射叫做受激辐射。

衰变:

原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化叫做原子核的衰变。 说明: ① 放出α粒子的衰变,叫α衰变。 如 ② 放出β粒子的衰变,叫做β衰变。 如 ③ 放射性的原子核在发生α衰变或β衰变时产生的新核有的具有过多的能量(核处于激发态中),这时它就会辐射出γ光子。放出γ光子的过程叫做γ衰变或γ辐射,也可以叫γ跃迁。

同位素和放射性同位素:

具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位素。 具有放射性的同位素,叫做放射性同位素。

蜕变:

原子核自发地发射一个α粒子或β粒子,转变成另一个核的过程叫做蜕变,相应的叫做α蜕变成β蜕变。

吸收光谱:

高温物体发出的白光(其中包含连续分布的波长的光)通过物质时某些波长的光被物质吸收后产生的光谱,叫做吸收光谱。

原子反应堆:

是一种能有控制的利用裂变原子能的装置。 原子核反应堆除了用来发电(核电站)外,它可产生大量中子,可以引出用于科学研究,还可以制造放射性同位素和核燃料(如钚-239,铀-233)。

原子核的结合能:

核子间存在着强大的核力,核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫做原子核的结合能。

原子核的组成:

原子核是由质子和中子组成的,质子和中子统称为核子。每个质子都带一单位的正电荷,中子不带电。质子和中子的质量几乎相等。所以原子核的电荷数就等于它的质子数,质量数就等于它的核子数(即质子数与中子数之和)。

质子:

质子是带正电的基本粒子,它就是氢原子核,质子的静止质量为1.673×10-27kg,电量为1.602×10-19C,半径约为0.8×10-15m,质子常用符号H表示。

中子:

中子是不带电的基本粒子,静止质量为1.675×10-27kg,它的半径约为0.8×10-15m,与质子大小类似。中子常用符号n表示。

自发辐射:

处于激发态的原子中,电子在激发态能级上只能停留一段很短的时间,就自发地跃迁到较低能级中去,同时辐射出一个光子,这种辐射叫做自发辐射。