sunbaoxi的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/sunbaoxi

博文

《镭:居里夫妇》5:放射性 精选

已有 5483 次阅读 2022-8-24 08:20 |个人分类:人物传记|系统分类:人物纪事

   纯真的女孩儿期盼爱情,世故的女孩儿权衡婚姻。然而,无论纯真还是世故,也无论浪漫抑或现实,由爱情过渡到婚姻,恋爱才算修成正果。归根结底,选择婚姻就是选择一种生活方式。自从决定嫁给皮埃尔的那一天起,玛丽就把自己献给了科学研究。对于皮埃尔来说,和玛丽结婚同样非常重要。皮埃尔的科研兴趣和才能得到了最亲近的人的认可和欣赏,他再也不是一个和世俗生活格格不入的“怪人”。玛丽和皮埃尔彼此深爱着对方,他们不仅是生活上的伴侣,也是科学研究中的亲密合作者。 

   玛丽获得了物理学和数学两个学士学位,还通过了中学物理教师的资格考试。此外,在李普曼教授的实验室里,玛丽完成了各种淬火钢材磁性的测量。这是一个与企业有关的横向项目,没有太多的技术含量,但是,毕竟这是玛丽完成的第一项科研工作。通过这项研究,玛丽掌握了初步的实验技能,积累了从事实验研究的经验。在这里,我要告诫那些正在或者准备读研究生的同学们,一定要认真完成导师交办的各项科研任务,即便完成这些任务并不会导致多大的科学成就,至少会有利于提高你的科研能力。关于人的培养,才是研究生教育最重要的内容。

           在十九世纪末,还很少有女性获得博士学位。玛丽决定成为一名物理学博士,因为她从小就认为自己天赋异禀,不同寻常,应该实现一般人无法企及的成就。玛丽的雄心壮志得到了皮埃尔的理解和支持,这正是他选择玛丽作妻子的原因。剩下来的事情就是选择一个课题开展科学研究了。现在的年轻人,大学毕业后可以参加研究生入学考试,在大学或者研究所里继续读硕士,读博士,有导师指导,最后通过答辩,获得学位,一切好像都是顺理成章的事情。然而在玛丽和皮埃尔的时代,博士申请者先要独立完成某一专业领域的相关研究,然后把研究成果写成论文,递交到有博士学位授予权的大学去申请博士学位。 

   玛丽并没有研究晶体的结构和性质,在这一领域,皮埃尔是个专家。玛丽希望研究一个具有挑战性的课题,这个课题足够新颖,有可能取得巨大的研究成果,还必须能够证明她具有独立的、非凡的科研能力。此时,玛丽和皮埃尔注意到亨利·贝克勒尔(Henri Becquerel)递交给法国科学院的几篇论文。亨利·贝克勒尔发现铀化合物能够放出射线,这种射线能够使用黑纸密封的照相胶片感光,还能使空气导电。而且,贝克勒尔还发现,这种射线与铀化合物所处的状态和环境都没有关系。即便在黑暗的环境里存放了好几个月,铀化合物仍然能够放出射线来。这种射线带有能量,它的能量是从哪里来的呢?是否还有其他物质也能够放出这种射线?皮埃尔和玛丽一下子就迷上了这个课题。玛丽更是决定把它作为自己的博士论文的研究内容。我们必须承认,玛丽的博士论文选题是新颖的,也是正确的。在1897年,关于铀放出射线的文章还很少,只有贝克勒尔提交到法国科学院的几篇学术报告。玛丽对这一课题的研究最终会导致二十世纪新物理学的建立。

         皮埃尔设法在理化学校申请到了一处底楼的储存间,当作玛丽的实验室用。实验室内非常潮湿,冬天里还特别冷,可是玛丽一点儿也不在乎。在1897年底至1902年的五年时间里,玛丽就是在如此简陋的环境里,完成了关于放射性的研究。

        玛丽决定定量地测量铀的辐射强度。在皮埃尔的建议下,玛丽从测量铀射线对空气的导电性的影响着手,设计了一套精密的电学装置。这套装置主要有两个平行放置的直径为8厘米的金属圆板构成,圆板之间的距离可以改变,最大不要超过3厘米。玛丽把铀的化合物碾成粉末,铺在位于下方的金属圆板上,在两个金属圆板之间接上电压。在铀射线的作用下,金属圆板之间的空气发生电离,变成了导体,于是有微小的电流通过。玛丽用一台压电石英静电计(也就是居里静电计)测量位于上方的金属圆板上聚集的电量。为了提高测量的精确性,玛丽用一台石英压电电子秤(也就是居里天平)来补偿静电计的总电量,使静电计的指针保持不偏转。先前我总是不明白居里天平的测量原理,其实,在居里夫人的博士学位论文《放射性物质的研究》中,关于实验装置的示意图中就包含了居里天平的构造。居里天平其实是利用了重物对于晶体的拉伸,使晶体内的电荷重新分布,产生电极化现象的一种仪器。重物越重,电极化现象越显著。确切地说,居里天平更像一台测力计或者弹簧秤,只不过发生形变的是压电晶体,而不是弹簧而已。我们可以看出,整个实验装置完全是由皮埃尔设计的。直到今天,我们还不得不对这套装置的设计之精巧叹为观止。

  我们说测量辐射强度的实验装置完全是由皮埃尔设计的,并不是想要否定或者压低玛丽对于放射性物质研究的贡献。我们将会看到,正是由于玛丽的对于科学研究的热情、对于科研目标的执着、以及五年如一日的艰苦工作,才最终导致了新的放射性物质镭的发现,并且提炼出纯净的镭盐。

        利用这套实验装置,玛丽测量了金属铀和不同的铀化合物的辐射强度,发现铀化合物的辐射强度与其中铀的含量成正比,而与铀化合物中的其他组分无关。这种辐射也和外界环境诸如光和温度无关。也就是说,辐射只与铀原子有关,是一种原子属性。玛丽想搞清楚是否还有其他元素也能够放出这种射线,于是把当时能够得到的所有样本都拿来检测。这些实验样本有一部分属于理化学校的实验室,还有一些是从其他教授的实验室借来的。玛丽发现,钍化合物也能够发出类似铀射线的辐射,并且这两种元素具有相近的辐射强度。显然,并非只有铀元素能够放出贝克勒尔射线,这是不只一种元素具有的普遍的物理性质,玛丽把这种性质取名为放射性(radioactivity),具有放射性的元素被称作放射性元素。

          迄今为止,似乎一切问题都明白了,放射性是一种原子属性,有些元素具有放射性,能够放出贝克勒尔射线;大部分元素不具有放射性,不能够放出贝克勒尔射线。然而,世界从来不是按照我们想当然的样子存在着,旧的问题有了答案,新的问题接踵而来。我们知道,皮埃尔设计的这套实验装置能够精确地测量不同放射性物质产生的微小电流,从而能够反推出这种物质所含有的放射性元素的多少。玛丽用这套装置检测了很多含有铀元素的矿物样本,结果发现,很多含铀矿物的辐射强度比金属铀大得多。比如,沥青铀矿是一种含有氧化铀的矿石,它的辐射强度是金属铀的34倍;铜铀云母的主要成分是铜和铀的复磷酸盐,其辐射强度是金属铀的两倍。按说,含有杂质的矿石不应该具有比金属铀或者钍更强的放射性,玛丽百思不得其解。面对科学研究中出现的不同寻常的结果,一个严谨的科学家首先要检查他的实验或者计算是不是有错误,而不应该想当然地认为发现了科学的新大陆。玛丽是个认真而且谨慎的姑娘,她怀疑自己的实验有错误,于是重复测量了很多次,最后不得不承认:这些矿物中的铀和钍的含量,无法解释如此非同寻常的辐射强度。

          为了查明原因,玛丽用化学方法制备了纯的铜铀云母晶体。结果发现纯的铜铀云母的放射性很弱,辐射强度还不到金属铀的一半。来自自然界的铀矿石具有更高的辐射强度,只能说明这些矿石中含有人们还不知道的放射性元素,辐射强度很强,并且含量极小。无论这种新的放射性元素的含量多么少,既然它存在在天然的铀矿石中,就一定有办法把它提取出来。玛丽坚信这一点。

         皮埃尔一直密切关注着玛丽的实验进展。尽管最初他并没有参与玛丽的工作,可是皮埃尔一直给予玛丽他的意见和建议。鉴于玛丽所做的科学研究有可能取得重要的实验结果,皮埃尔暂时停止了他所熟悉的结晶学方面的工作,与玛丽一起寻找新的放射性元素。

         面对即将取得的成功,这对年轻的夫妇非常兴奋,这将是他们共同孕育的第一个科学宝贝儿。皮埃尔建议给为这个即将诞生的新元素起一个名字。玛丽想起了自己的祖国——波兰(Poland)。它曾经创造出灿烂的文化,拥有过辉煌的历史。但是,现在它早已被列强瓜分殆尽,世界地图上找不到它的标记。“可否把它叫作钋(polonium?”玛丽羞怯地说。

居里夫妇在实验室3.jpg



https://blog.sciencenet.cn/blog-579347-1352391.html

上一篇:《镭:居里夫妇》4:爱人
下一篇:《镭:居里夫妇》6:提炼纯镭
收藏 IP: 111.201.241.*| 热度|

11 许培扬 郑强 朱林 王安良 左宋林 鲍海飞 晏成和 张晓良 郑永军 宁利中 刘全慧

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2023-3-30 00:36

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部