Ｘ射线和放射性的发现
发布:佚名 时间:2008-10-29 17:09:00 来源:京翰教育中心 录入:技艺 人气:149
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一、Ｘ射线的发现
Ｘ射线是１８９５年德国物理学家伦琴（Rontgen W.K.1845-1923）发现的 。１８９５年１１月８日晚，伦琴为了进一步研究阴极射线的性质，他用黑色薄纸板把一个克鲁克斯管严密地套封起来，在完全暗的室内做实验。在接上高压电流进行实验中，他意外地发现在放电管一米以外的一个荧光屏（涂有荧光物质铂氰化钡的纸屏）上发生亮的光辉。一切断电源，荧光就立即消失。这个现象使他非常惊奇，于是全神贯注地重复做实验。他发现即使在跷仪器二米处，屏上仍有荧光出现。伦琴确信，这个新奇现象不是阴极射线造成的，因为实验已证明阴极射线只能在空气中进行几厘米，而且不能透过玻璃管。他决定继续对这个新发现进行全面检验。一连六个星期都在实验里废寝忘食地工作着。经过反复实验，他确信发现了一种过去未被人们所知的具有许多特性的新射线。这种射线的本质一时还不清楚，所以他取名为“Ｘ射线”（后来科学界称之为伦琴射线）。他在１２月下旬写的论文中说明了初步发现的Ｘ射线的如下性质：（１）阴极射线打在固体表面上便会产生Ｘ射线；固体元素越重，产生的Ｘ射线越强。（２）Ｘ射线是直线传播的，在通过棱镜时不发生反射和折射，不被透镜聚焦。（３）与阴极射线不同，不能借助磁体（即使磁场很强）使Ｘ射线发生任何偏转。（４）Ｘ射线能使荧光物质发出荧光。（５）它能使照相底片感光，而且很敏感。（６）Ｘ射线具有很强的贯穿能力，比阴极射线强得多。它可以穿透射线具有很强的贯穿能力，比阴极射线强得多。它可以穿透千页的书，二、三厘米厚的木板，几厘米的硬橡皮等。１５毫米厚的铝板，不太厚的铜板、银板、金板、铂板和铅板的背后，都可以辨别荧光。只有铅等少数物质对它有较强的吸收作用，对１．５毫米厚的铅板它实际上不能透过。伦琴一次检验铅对Ｘ射线的吸收能力时，意外地看到了他自己拿铅片的手的骨髂轮廓。于是他请他的夫人把手放在用黑纸包严的照相底片上，用Ｘ射线照射，底片显影后，看到伦琴夫人的手骨像，手指上的结婚戒指也非常清晰，这成了一张有历史意义的照片。
１８９６年元旦，伦琴将他的论文和第一批Ｘ射线照片复制件分送给一些著名物理学家。几天之后，这个发现就传遍了全世界，在公众中引起轰动。其传播之迅速，反应之强烈，在科学史上是罕见的。Ｘ射线很快就被应用于医学和金属探伤等领域，从而创立了Ｘ射线学。Ｘ射线究竟是一种电磁波，还是一种粒子流，曾经争论许多年。直到１９１２年德国物理学家劳厄和他的助手发现Ｘ射线通过晶体后产生衍射现象，才证明它是一种波长很短的电磁波。
Ｘ射线的发现具有十分重大的意义，它是１９世纪末２０世纪初发生的物理学革命的开端。它的发现对于
化学的发展也有重要意义：１９１３年，根据对各种元素的特征Ｘ射线光谱的研究发现的莫斯莱定律，确定了元素的原子序数等于核电荷数，这对元素周期律的发展和原子结构理论的建立起了重要作用。以Ｘ射线晶体衍射现象为基础建立起来的Ｘ射线晶体学，是现代结构化学的基石之一。
伦琴由于发现Ｘ射线，于１９０１年成为第一个诺贝尔物理学奖获得者。伦琴作出这个重大发现并非由于偶然的幸运。他的广博深厚的科学素养，周密敏锐的观察能力，顽强探索的科学精神和严谨细致的实验工作，使他具有高瞻远瞩的科学远见，能迅速地揭示出并捕捉住前人所未注意的有重要价值的新现象，紧紧抓住这种现象进行深入研究，终于取得成功。
二、天然放射线的发现
１８９６年法国著名数学家和物理学家彭加勒（Poincare,H.1854-1912）注意到Ｘ射线是从受阴极射线轰击而发出荧光的玻璃管壁上产生的。他提出是不是所有能强烈地发荧光和磷光的物质都能发射出Ｘ射线。法国物理学家亨利·贝克勒（Becquerel,H.A.1852-1908）由此受到启发 ，立即开始研究究竟有哪些荧光和磷光物质能发射Ｘ射线。他把许多磷光和荧光物质一一放在密封照相底片上置于阳光下曝晒，底片都没有感光。他想起十五年前和他父亲一起制备的磷光物质硫酸铀酰钾晶体，于是他把一块这种晶体放在日光下曝晒，直到它发出很强的荧光，然后把它和用黑纸包封的照相底片放在一起，发现底片感光了。他错误地认为这种晶体发射Ｘ射线。１８９６年２月２４日他向法国科学院报告了这一实验，认为Ｘ射线与荧光有关。
３月１日，贝克勒把在抽屉里和铀盐放在一起的一张密封的底片拿去冲洗，显影后发现一件奇怪的事：这张底片已经感光，上面有很明显的铀盐的象，和刚经过日晒的铀盐产生的影象同样清晰。究竟日晒和荧光对于铀盐发出的这种神秘射线有没有关系呢？于是他亲自用纯试剂合成一些硫化物荧光物质，并设法加强它们的磷光，但它们日晒后都不能使底片感光。经过几个月的反复试验，贝克勒确信使底片感光的真实原因是铀和它的化合物不断地放射出一种奇异的射线，日晒与荧光都与照相底片感光无关，他把这种射线称为“铀射线”。
１８９６年５月１８日，贝克勒宣布：发射铀射线的能力是铀元素的一种特殊性质，与采用哪一种铀化合物无关。铀及其化合物终年累月地发出铀射线，纯铀所产生的铀射线比硫酸铀酰钾强三至四倍。铀射线是自然产生的，不是任何外界原因造成的（光照、加热、阴极射线激发等不需要），所以既与荧光无关，也和Ｘ射线不同。铀射线能穿透过黑纸使照相底片感光，能使空气电离，使验电器放电，这些性质与Ｘ射线相同。但它的穿透能力不如Ｘ射线，它不能穿透肌肉和木板。
铀射线的发现，立即引起科学界的极大兴趣。当时在巴黎大学攻读博士学位的居里夫人，即玛丽·斯克洛多芙斯卡（Sklodowska,M.1867-1934），决定选择铀射线的本质和来源问题作为自己的博士论文题目。１８９７年她开始研究。要深入研究铀射线的本质，首先要有一台能精确测量铀射线强度的仪器。玛丽的丈夫、法国物理学教授居里（Curie,P.1859-1906）设计了一个灵敏而简易的铀射线检验器 。经过几周的研究，玛丽先弄清楚了铀射线的强度与试样中铀的浓度成正比，而与含铀化合物的化学组成无关，也不受外界光照和温度起落的影响。由此可以确认这种辐射是铀原子一种特性。１８９８年，她和德国人施米特（Schmidt,G.C.1856-1949）分别发现钍元素也具有这种性质，表明这种性质并非铀元素所独有 。于是玛丽建议把这种性质叫做“放射线”，把具有放射线的元素如铀和钍叫做“放射性元素”。