貝克勒爾的早期工作集中于光的平面偏振、磷光現象和晶體對光的吸收(這是他的博士論文的題目)。
1896年2月26日和27日,他原想将鈾鹽和照相底片拿到太陽底下去做一些試驗,可連續兩天的陰天阻礙了他的計劃。于是,他隻好把鈾鹽晶體和黑紙包裹好的底片一起放在暗室抽屜裡,等待好天氣。3月1日,一種職業性的靈感使他做出決定,雖然底片沒有曝光,也洗出來試試看。沒有想到,洗出的底片和曝過光的一樣黑。這件事使他恍然大悟,原來鈾鹽的輻射在黑暗中也照常進行,無需強光的照射。顯然這是與X射線有根本區别、穿透力也很強的另一種輻射,這就是物質的天然放射線。
不幸的是,由于在沒有防護的情況下長期接觸放射性物質,貝克勒爾的健康受到了極大的損害。他剛年過半百,身體就垮下了來。當時醫生勸他休養,他卻舍不得離開實驗室,語氣堅決地對醫生說:“除非把我的實驗室搬到我療養的地方,否則我決不離開!”1908年8月24日,放射線終于奪去了貝克勒爾的生命,他的遺體安葬在布裡坦尼的克魯席克,終年56歲。後人為紀念這位放射性研究的先驅者,特地把放射性強度的單位命名為“貝克勒爾”,簡稱“貝克”。
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