放射性同位素的发现(摘录)

放射性同位素的发现(摘录)

1932年，科学家用天然放射性元素发出的a粒子轰击铍核，得到了中子后，进一步激发了人们人为的变革原子核的欲望，用a粒子作炮弹进行人工核转变的实验，起初得到的只是元素的稳定的同位素。1934年1月，约里奥·居里夫妇用玛丽·居里夫人配制的非常活泼的纯钋剂做实验——在巴黎的镭研究院的实验室里。钋在放射a粒子时跟镭不同，镭放射时伴有γ射线，会影响对a射线所引起的现象的观察，而钋则不出现γ射线。在实验中当他们用a粒子轰击铝板时，的确出现了中子。[1827Al 24He→1530P 01n]。当撤掉钋后，中子消失了，可是还能测到放射性，半衰期为3分钟。于是，他们进一步研究铝核受a粒子轰击后究竟发射了什么质点。在加了磁场的云室中看到一种轻的质点的偏转轨迹，通过测定和分析，是一种质量跟电子相等的带正电荷的质点——正电子。原来是铝核受a粒子轰击后生成的磷的同位素具有放射性，放出正电子后衰变成稳定的硅（1430Si）。放射性同位素的发现表明了放射性元素是可以人工产生的，从而带来了放射性的广泛应用，对人类的意义是非常重要的。约里奥·居里夫妇由于发现了放射性同位素而获得了1935年诺贝尔奖金。约里奥·居里（1900—1958），法国物理学家，从小喜欢钻研自然科学，

非常崇敬居里夫妇。1918年考入巴黎理化学院（居里夫妇发现镭的学院），门门功课第一。不久应召入伍服役，战后又回到巴黎理化学院，一边工作一边在朗之万教授指导下学习，从事物理和化学方面的研究，1925年约里奥当了居里夫人的助手，此时结识了伊雷娜·居里。1930年约里奥从论述放射性元素钋的电化学论文获博士学位。1937年任法国原子能研究所所长，1946年任法国科学研究中心主任，主持法国原子能委员会的领导工作。在当时（战后）法国财力物力较差的条件下开展工作，于1948年12月建成法国第一座反应堆（1960年2月法国成功地爆炸了一颗钚弹）。约里奥·居里是世界著名的和平战士；为反对美国的核垄断，为和平利用原子能、为反对法国生产和发展核武器作出了重大的贡献。重核裂变的发现1934年，约里奥·居里夫妇宣布了用a粒子轰击铝、硼而产生了放射性同位素的实验后，费米（1901—1954、意大利物理学家），决定试用中子产生放射性物质，计划按周期表顺序，从氢开始试验。开头从氢到氧的试验没有成功，到元素氟时得到了放射性同位素。在短短的几个月中他们轰击了63种元素得到了37种放射性同位素，成绩是十分显著的。当试验到当时元素周期表上的最后一个元素原子序数92的铀时，先后得到了几种具有不同放射周期的元素，其中有一种放射性元素当时是不清楚的，凭着经验他们认为可能是92238U俘获

中子后变成92239U，然后进行β衰变而成为第93号元素，这个元素过去所以没有发现是因为它不稳定，地球上不存在它。1934年5月他们发表了这个实验报告，可惜的是费米他们没有继续深入的研究下去，没有意识到实验中可能发生的铀核的裂变。直到四年之后才恍然大悟——他们发现的实际是铀核的裂变。1934年10月，费米和助手用中子轰击金属银而产生人工放射性实验时，发现当中子通过石蜡时，中子和质子发生碰撞后，速度变慢了，经过银原子核附近的时间延长了，中子被银核俘获的机会增多，银的放射强度提高了。费米称之为“慢中子效应”。为此费米获得了1938年诺贝尔物理奖金。费米用中子轰击铀可能产生超铀元素的实验，引起了大家的重视。在巴黎的约里奥·居里夫妇、柏林夫妇、柏林的哈恩和迈特纳都认真研究了这个问题。就在1934年，德国女化学家依达·诺达克指出，费米发现超铀元素的说法证据不足，重核俘获中子后很可能分裂成几个大碎块。可是费米没有认真考虑诺达克的意见，原因是一方面慢中子能量不大，要把原子核打成两个碎块是不可思议的。另一方面由中子轰击多种原子核的经验出发，一般是核俘获一个中子后呈不稳定状态，经β衰变后形成新核，其原子序数增加1。因此费米等人当时总是以“生产第93号超铀元素”为主导思想的。1938年，约里奥·居里夫妇在萨维奇合作下，应用放射化学方法分析了

中子轰击铀的产物，发现其中有一种放射性元素的半衰期为3.5小时，化学性质接近镧。镧的原子序数是57，这跟关于超铀元素的概念显然是矛盾的。可惜约里奥·居里夫妇和萨维奇并没能抓住这个矛盾追究下去，就发表了这个实验结果。德国化学家哈恩（1879—1968）和他的助手奥地利女物理学家迈特纳（1878—1968）紧张地进行了几个星期的实验，惊奇的发现，在中子轰击铀后生成的放射性物质中，至少有三种的化学性质与钡相似，而钡的原子序数是56，原来设想的超铀元素跟这个事实是矛盾的。又经反复试验，都证明这个事实不容置疑。1938年12月22日，哈恩和斯特拉斯曼把实验报告寄给德国《自然科学》杂志，提出按照他们原来的“衰变图式中得出的放射性物质镭、锕和钍，应改名为钡、镧和铈”，哈恩对这个结论当时是犹豫的，就在他寄出报告后，他又把自己的发现和疑问写信告诉了迈特钠，希望听取眼光敏锐的同事的意见。奥托·哈恩（1879—1968）德国放射化学家，他本来是研究有机化学的，1904年9月自费到英国，在剑桥大学的拉姆齐（1852—1916）爵士的实验室工作。哈恩在拉姆齐的指示下，承担从含镭矿物中（方钍石）分离镭。在工作中他意外地发现了放射性元素钍。1905—1906年间，他在卢瑟福领导下又发现了放射性的锕，后来又发现了放射性的钍。1912年，柏林的化学研究所，由哈恩负责一个实验室，不

久又当上了所长。奥地利藉女物理家迈特钠（1878—1968）任副所长，一起研究物质的β放射和放射性测试工作等等。迈特钠是犹太血统的科学家，当1938年3月德军占领奥地利后，她的国藉已经不能给她保护了，虽然哈恩和普朗克在希特勒面前替她说情，仍未能获准在德国。1938年7月她逃亡到瑞典，在斯德哥尔摩新成立的诺贝尔研究所工作。迈特钠接到哈恩的来信时，正是她与侄子、物理学家费立施对哈恩的实验结果和疑问展开了热烈讨论。他们从重核的品性出发，跟细胞分裂作类比，联想到不久前玻尔提出的原子核的液滴模型，从中受到启发，又通过反复计算，终于对中子轰击铀核产生钡的现象作出了解释：“……铀核破裂成两个几乎相等的部分，情形就是这样”。他们给英国《自然》杂志写了题为“中子引起的铀分裂：新型核反应”。（发表了1939年2月）弗立施把此事告诉了玻尔。当时玻尔正要启程去美国参加理论物理讨论会，听到此消息，十分激动。在旅途的船舱里玻尔专心的琢磨和计算，到达纽约时他已确信迈特钠和弗立施的解释是正确的。并写出了“重核的分裂”论文，对分裂过程的力学机制提出了讨论。理论物理讨论会的中心议题是讨论低温问题。会议的第二天，哈恩的文章在德国“自然科学”上发表了并传到了玻尔手中，于是玻尔就在大会上宣布了这个重要发现和迈特纳与弗立施的解释，整个会场沸腾了。费米