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居裡夫人發現了什麼的放射性

圖文 更新时间:2025-02-11 02:57:03

居裡夫人發現放射性钋和鐳元素的故事,開始于1895年的德國維爾茨堡大學。當時,50歲的物理學教授倫琴發現了一種前所未知的新射線——X射線。這個發現,揭開了新物理學的序幕。也吸引了很多人跟随着他的腳步,開始探索過去不為人知的射線。這些人當中有一個幸運兒,就是法國巴黎工藝學校的物理學教授貝克勒爾,他于1896年發現含有鈾元素的礦物,能發射出與X射線類似的穿透力很強的射線。比如,能使熒光物發光,使包裹嚴實的照相底闆感光。這個新發現很快就激勵了一名年輕女性科學家的興趣。

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倫琴和透射其夫人手骨的世界第一張X光片

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貝克勒爾

由此,故事的重心就轉移到當時28歲、一年多前剛把姓名從瑪麗·斯科羅多夫斯卡改為瑪麗·居裡、并剛剛産下一個未來諾貝爾獎獲得者女嬰、自己又開始考慮獲取博士學位的年輕母親那裡。這位母親就是後來兩獲諾貝爾獎的居裡夫人,而那個女嬰就是1935年與丈夫約裡奧·居裡一起獲得諾貝爾獎的伊雷娜·約裡奧·居裡。

新婚的居裡夫婦

年輕的居裡夫人在為博士論文做準備期間閱讀文獻時,注意到了貝克勒爾的工作,并認為這是個很有意思,并且别人還沒太重視的課題,值得繼續進行下去。所以,她與丈夫皮埃爾·居裡商定之後,決定選擇是否鈾元素之外的其他物質也具有放射性的問題作為自己博士論文題目。後面的故事大家都知道了,夫妻倆在皮埃爾·居裡所在的巴黎理工學校申請到一個簡陋的實驗室,然後利用一些含有放射性物質的礦渣進行實驗,曆經兩年多的努力,最終于1898年4月先後從這些礦渣中發現并分離出了兩種新元素:钋(Polonium)和鐳(Radium),從而完成了從默默無聞到舉世矚目的華麗轉身,也揭開了科學發展的新篇章。

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居裡夫婦分離出的十分之一克發着藍色光芒的放射性元素鐳

以往介紹居裡夫婦工作的各種材料裡,大都強調他們工作的艱苦性,包括工作條件以及工作本身有多麼艱苦和艱難,贊美夫妻倆、特别是居裡夫人的毅力是多麼的頑強,雲雲。這些當然也是事實,是他們的研究工作取得成功的必要條件。但這遠不是故事的全部,甚至,筆者以為,也不是故事的關鍵情節。有毅力的人多得是,為什麼偏偏是他們取得了成功?所以,故事的最主要情節應該是另外的東西。那就是:居裡夫婦有着非同尋常的敏銳目光,以及巨大的創造性和技巧性方法,而這種目光、創造和技巧,風雲際會,恰好此時此地都集中在了居裡夫婦身上。

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居裡夫婦和他們的實驗室

貝克勒爾對物質天然放射性的發現,在今天看來也是極其重大的發現,為什麼當時卻沒有得到科學界的重視?這絕對是一件十分令人吃驚的事情。仔細考察曆史,就會發現個中原因固然是因為當時的人們對X射線的興趣更加濃厚,以及囿于傳統理論,對天然放射性本身的非同尋常意義還沒有深刻理解有關,但也與貝克勒爾工作的相對粗糙性有關。而他的工作之所以粗糙,主要是因為當時還沒有獲得精确測量放射性的技術手段,這就使得他的工作隻能停留在在定性階段(用照相底闆獲得放射性存在的證明),而無法深入下去。因而也就沒能到達與物質結構這個核心問題聯系在一起的程度,所以無人關注也就在情理之中了。

而居裡夫婦不同,他們不僅僅是在埋頭苦幹,他們工作最關鍵的地方,首先是用敏銳的目光發現了貝克勒爾工作的重要意義。其次是通過一整套實驗儀器裝置精心和巧妙的設計,從而實現了對放射性物質之放射性強弱度的精确測量。正因為如此,他們才能發現與鈾元素不同的其他放射性元素,并且能從含量極低的礦石中精準的把這些新物質分離出來。要知道,靠傳統的化學分離辦法,根本不可能把它們分離出來,更不可能分辨出各種不同放射性物質有什麼區别。

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居裡夫婦精心設計的組合實驗系統

那麼,居裡夫婦的創新性到底體現在哪兒呢?這就與居裡和他的哥哥前期關于壓電晶體的工作高度相關了。居裡兄弟在1891年前後發現了晶體的壓電效應,并創造出一種計量壓電電流的裝置。這個裝置在居裡夫婦的新工作中發揮了奇特的作用,即實現了對放射性物質輻射強度的精确計量。關于其具體的實驗設計系統,确實在當時的條件下是一個既精巧又簡單的構思,卻能完成當時其他人做不到的事情。關于具體的設計思路,可參看下面的電路示意圖,此處就不再贅述了。有興趣的讀者可以參考居裡夫人的自述和其他相關的研究結果。

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從居裡兄弟發明的晶體壓電計改造的壓電稱

在行将結束本文的時候,值得再一次強調指出的是,居裡夫婦的工作,不完全是靠埋頭苦幹就能成功的,他們對科學問題的敏銳感知,和無與倫比的創造性和技巧性,在當時的條件下,的确堪稱奇迹。所以,居裡夫婦不僅是有堅強毅力的科學家,更是有着科學遠見和高超創造性的科學家。

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居裡夫婦的實驗設計電路示意圖

最後:倫琴1901年獲得了第一屆諾貝爾物理學獎,貝克勒爾和居裡夫婦1903年共同獲得了第三屆諾貝爾物理學獎。

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