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居里夫人划时代的发现

▲英国皇家学会网站上显示的钋元素

在法国巴黎一间简陋的实验室里,光线微弱昏暗,然而放在桌上的一个极小的瓶子里却闪烁着淡蓝色的荧光。做实验的一对科学家夫妇久久地望着这神秘的微光,脸上浮现出甜蜜的微笑。那是他们在极其困难的情况下花费几年心血才获得的劳动结晶,也是人们一再要求他们拿出来看看的劳动成果和见证。这美丽的荧光就是著名科学家居里夫人和她的丈夫皮埃尔·居里新发现的放射性元素镭发出来的。

居里夫人即法籍波兰裔著名科学家玛丽·居里,她与丈夫皮埃尔·居里共同就法国物理学家贝克勒耳首先发现的放射性现象进行研究和试验,先后发现钋和镭两种放射性元素,为人类利用原子能做出了开创性贡献。而更使人敬佩的是,她在科学上的刻苦自励、坚韧不拔,生活上的不畏挫折和艰苦朴素,这已成为人们,特别是广大青少年学习的榜样和典范。

放射线让她着迷

在巴黎求学时,玛丽获得硕士学位,准备考博士。可是选一个什么样的研究课题呢? 她仔细阅读了物理学方面最近的论著,想找出一个新奇的有希望的研究课题来。

她看到一份报告,是法国物理学家贝克勒耳写的关于他发现铀矿石放出看不见的射线,而使底片感光的研究。“这真是一种奇妙的现象!这种射线是从哪儿来的? 具有什么性质? 可以说这是个好题目,还没有人做过详细的研究,正好可写一篇绝好的博士论文!” 玛丽边看边对皮埃尔说。

玛丽的看法得到皮埃尔的支持,于是她便立刻行动起来,搜罗了一些铀矿石,一个皮埃尔和他的哥哥以前发明的压电石英静电计和测电器,一个电离室,此外便是一些瓶子杯子。可是最关键的是得找一个地方来试验呀!经皮埃尔多次向自己所在的理化学校校长请求,同意让他们使用一个空着的小贮藏室。

这间房子阴暗潮湿,对灵敏的测电器是极为不利的。不过玛丽倒觉得无关紧要,她首先是测量射线使空气电离的力量。经多次试验表明,射线的强度和矿石中铀的含量成比例,与外界的光照、温度无关。这一结果已使当时的世界物理学界感到震惊。

▲铀矿石

这时玛丽却陷入了沉思,她觉得这种独立的射线现象一定是一种原子的特性。铀具有这种特性,别的元素难道不具备这种特性吗? 于是,她把能弄到的元素或它的化合物都逐个儿检验一番。结果,她发现另外一种元素钍的化合物也会自动发出射线。她认为必须给这种独立的放射现象另起一个名称,就叫做“放射性”。此后,这一名称便留传下来,一直沿用至今。

▲居里夫人在做试验

玛丽简直被“放射性”迷住了。由于好奇心的驱使,她几乎检验了所有的盐类、化合物、矿物质以及软的、硬的和各种奇形怪状的东西。她明白了:大凡含有铀或钍的物质,都会有放射性。

她在研究那些有放射性的矿物时发现,有一种铀沥青矿石的放射性比其中按铀的含量计算出来的应有的放射性大得多。玛丽想:这难道是仪器不准,或是操作有毛病? 可是反复几十次试验,证明测量都是一样的。那么,这种过度的放射性是从哪儿来的呢? 她认为在这种矿石中,一定含有一种放射性比铀或钍强得多的新元素。

玛丽的惊人发现使皮埃尔也感到惊奇,他决定暂时停止自己在结晶学方面的研究,用他的全部力量和玛丽一起研究这种神奇的新元素。

发现放射性新元素

这种强放射性既然是由一种新元素产生,就一定要把它找出来……夫妻俩相互鼓励着。然而铀矿石的成分早就化验过了,并没有发现什么未知物质。由此可知,这种新元素在矿石中的含量一定非常非常少,以致当时所用的分析方法都发现不了它。他们悲观地估计,含量至多不超过百分之一。

接着,玛丽和皮埃尔用化学方法把这种矿石的各种成分分开,然后分别测量它们的放射性。经过反复地核查,发现放射性主要集中在两种化学成分里。这是两种不同的新元素存在的象征。他们认为,现在已经可以宣布发现了这两种新元素之一。

皮埃尔对玛丽说:“你给新元素起个名字吧!”

玛丽的祖国波兰当时被奥地利、沙俄、普鲁士瓜分,她喃喃地说:“为了纪念我的祖国,把它叫做‘钋’(钋是波兰的意思)吧!”这个新元素钋的放射性,比铀大400倍。

玛丽把这一发现,写在1898年7月给理科博士院的报告里。同年12月,她在另一份报告里写道:“还发现另一种有强放射性的新元素,它放出的射线比纯铀强900倍。我们提议叫它‘镭’(镭是放射的意思)。”

这个出乎意料的发现,使当时各国的物理学界大为惊奇,有人称赞,也有人怀疑。例如有人亳不客气地提出来:“你说你发现了新元素,可是我们没有看见,你能把它放在瓶子里用酸来化验? 它的原子量是多少? 把新元素拿给我们看看,我就相信!”

从几十吨矿渣里找到0.1克镭

为了把钋和镭指给不相信的人看,玛丽和皮埃尔决心要把它们提炼出来。根据以往的试验,钋很不稳定,提炼起来比较困难,他们决定先提取镭。可是手头的沥青铀矿石太少了。按照他们当时百分之一含量的“悲观”估计,要想提取看得见的一点镭,至少也得一吨矿石。上哪儿去弄那么多的原料呢?

知识链接

放射性与放射性元素

铀、镭、钋等元素由于不稳定,其原子核能自发地放出射线而变成另外的元素的性质,叫放射性,如镭放射出粒子变成氡。而放射性元素是指能发出射线而衰变成另一种元素的化学元素。

过去的研究全是花他俩自己的钱,政府并没有给他们一文经费。他们打听到在波希米亚的一个矿上正在用这种矿石提炼制玻璃用的铀盐,剩下的残渣就作为废物不要了。这些废物中一定也可提炼出镭来。皮埃尔请维也纳科学院的著名地质学家绪斯教授向这个矿的经理说情,能否廉价购买一吨残渣。让人感到意外的是,这位好心的经理决定赠送一吨残渣给这两个“疯子”使用。喜出望外的玛丽雇了一辆运煤的马车搬运。残渣运到后,玛丽高兴极了。她立刻解开装残渣的口袋,双手捧起那些灰褐色的渣子,里面还夹杂着不少松针和泥土。玛丽仿佛看到,镭就在里面。

他们立刻在那间简陋的实验室里忙碌起来。没有什么像样的试验器具,只有坩埚、烧杯、曲颈甑和大大小小的瓶子,还有两双手。他们把矿石残渣一千克一千克地加热、蒸干、结晶。玛丽身穿粗布衣服,上面沾满了灰尘和酸渍。她手拿一根大铁棍,一连几小时不停地搅动着呛人的溶液,眼睛和咽喉被烟刺激得红肿。皮埃尔则专心做实验工作,因为他善于摆弄仪器。

玛丽一锅一锅地提炼着这些谁也不要的东西,一吨残渣用完了,又去运来了许多。一次又一次地蒸浓、结晶,可是所得非常少。当初他们所作的含量只有百分之一的悲观估计,现在看来实在是过于乐观了,其实含量最多只有百万分之一。

▲居里夫人就因研究放射性元素缺乏防护,而引发白血病逝世,所以接触与放射性元素有关的物质时,必须穿着特殊装备

从宣布镭存在那天起,时间已过去三年零九个月了。玛丽和皮埃尔在科学的大道上携手共进,攻克了一道道难关,终于在1902年从30多吨的残渣里,提炼出0.1克镭,并测定了它的原子量。这比金子还宝贵的一点点镭,是他们辛勤劳动的结晶和发现新元素的实证。他们也因发现放射性新元素荣获1903年诺贝尔物理学奖。

放射性元素镭的发现揭开了原子时代的序幕,成为现代科学史上一项划时代的伟大发现。

延伸阅读

热爱科学、淡泊名利的居里夫人

居里夫人由于发现镭、钋放射性元素和研究放射性元素所取得的成就,先后两次获诺贝尔物理学奖和化学奖,成为世界上唯一一个跨两个学科获诺贝尔奖的科学家,也是唯一一个两次获诺贝尔奖的女科学家。她生性淡泊,不计名利。镭具有很大的商业价值和医学价值,如果申请专利,很快就会成为百万富翁。但居里夫妇坚持认为镭属于全人类,并将镭的提取方法公布于世,而他们的生活却相当困窘。对于荣誉,居里夫人也是很漠视的。她认为荣誉就像孩子们的玩具,只能玩玩而已,决不能永远守着它,否则将一事无成。由于长期接触放射性元素镭,居里夫人的健康受到严重损害,于1934年与世长辞。她去世后,爱因斯坦为她撰写悼文,称她为世界上最具有崇高人格的科学家之一,是“在我认识的所有著名人物中,唯一一个不为盛名所颠倒的人”。

▲居里夫人