天然放射现象的发现

天然放射现象的发现

1895年，由于X射线的发现所导致的物理学领域的辉煌成就，使其它科学领域到处都洋溢着新的大胆的思想。人们常说：19世纪末叶与20世纪初叶对科学来说，是一个与历史上艺术的文艺复兴时代具有同样光辉灿烂而独特的时代。1895年前后那几年是物理学的转折点，这不仅仅是因为发现了X射线，而且也因为发现了更具有革命性的放射性现象。

1、贝克勒耳家族的科学传统

贝克勒耳家族四代人以其杰出的科学活动著名于世，并世袭法国国立自然史博物馆物理学教授之职，其第三代亨利·贝克勒耳（Becquerel Henri，1852～1909）因发现天然放射性，获1903年诺贝尔物理学奖，在科学史上占有重要的地位。亨利·贝克勒耳的祖父是塞扎尔·贝克勒耳（Becquerel Cesar，1788～1784），亨利·贝克勒耳的父亲是埃得蒙·贝克勒耳（Becquerel Edmond，1820～1891），亨利·贝克勒耳的儿子是让·贝克勒耳（Jeans Becquerel，1878～1953）。这四代人的都是杰出的物理学家，所以几乎在从1828年到1908年的80年间总有一个，有时是两个贝克勒耳在科学院当院士。博物馆的教授职位也成为世袭的，从父亲传给儿子、从儿子传给孙子，最后传给了曾孙让·贝克勒耳。正如让·贝克勒耳在一篇文章里写的那样，贝克勒耳的四代人生活在居维埃的房子前的植物园里的“同一幢房子，同一座花园，同一座实验室里”。埃德蒙·贝克勒耳研究光的化学作用，他是第一个拍摄了太阳光谱的人。他也是荧光方面的大专家；他特别了解的物质是铀。他设计了一个荧光计，测喊了在不同光的作用下荧光的强度和寿命。。

贝克勒耳家族的第一代人塞托万·贝克勒耳（Becquerel Antoine Cesar）出生于皇家沙蒂戎地方副官家庭，1806年进入综合工科学校，毕业后在工兵部队服役。1812年摇升上尉，并参加对西班牙的战争。1815年拿破仑（Napoleon Bonaparte）失败后献身于科学。1829年当选法国科学院院士，1837年获伦敦皇家学会科普利奖；1838年法国自然史博物馆设立物理学教席，他为首任教授，后又任该馆馆长。塞托万·贝克勒耳最初研究矿物学，1819年，在与其老师布朗涅尔（A．Brongniart）的合作中发现磷酸钙的一些前所未知的结晶形式。随后他转入对矿石的电学实验研究。他证明，阿丽依（R．J．Haily）所发现的冰晶石受压荷电现象普遍存在于多种晶体中，即所谓无中心对称性晶体的压电效应。由此他又转入热电学研究，发现矿石的不连续电状态对应于不同的转变温度，这使得温度的电学测量成为可能。塞托万·贝克勒耳对伏打电池的兴趣很大。19世纪初人们对电的产生机制尚不明了，也不知道能量守恒原理，但塞托万·贝克勒耳深信电的产生与热、光或化学力之间有密切关联。他以实验证明，电只能在不同种类物体之间发生化学反应，或其温度不同，或相互摩擦时才能产生，化学反应必定伴随着电的产生。1829年，他利用化学家戴维（H．David）的发现制作了由两种不同溶液隔以固体物质所组成的电池，它能以稳定的电压提供持续电流，这一研究奠定了含银矿石和从海水中提取氯化钾的工业应用基础。正是这项工作使他获得科普利奖。塞托万·贝克勒耳撰有大量科学著作，计有529篇论文和6种教科书，他研究过磷光现象并在其著作中详加讨论，这后来成为贝克勒耳家族的传统研究领域，并导致他的孙子亨利·贝克勒耳发现天然放射性。

贝克勒耳家族的第二代人是埃德蒙·贝克勒耳，他是塞托万·贝克勒耳的次子。他起初在自然史博物馆给任物理学教授的父亲当助手，1852年他被任命为国立工艺美术博物馆物理学教授。随后在自然史博物馆以博物学家助理身分供职，并于1878年父亲去世后接任该博物馆物理学教授和馆长职位。埃德蒙·贝克勒耳于1840年获巴黎大学科学博士学位，1863年当选为法国科学院院士。埃德蒙·贝克勒耳的主要成就在电学、磁学和光学领域。

他研究了电流的特性及其产生条件。1843年，埃德蒙·贝克勒耳证明光谱照片紫外快置上有夫琅和费线存在；他还是拍摄太阳光谱照片的第一人。1857～1859年，埃德蒙·贝克勒耳对磷光现象做出开创性研究，他用自己发明的磷光计鉴定了许多新的磷光物质；证明斯托克斯于1852年命名为荧光的现象。埃德蒙·贝克勒耳的主要科学著作是与他父亲塞托万·贝克勒耳合著的《电学与磁学的历史，及其在化学、自然科学和工艺上的应用》。

贝克勒耳家族的第三代人就是发现天然放射性的亨利·贝克勒耳。贝克勒耳家族的第四代人是亨利·贝克勒耳的儿子让·贝克勒耳，于1908年继任他父亲的位置，在自然史博物馆的物理学教授职位。

2、天然放射性的发现

亨利·贝克勒耳以发现天然放射性并因此荣获诺贝尔物理学；而侧身世界最著名科学家行列，成为其家族中最负盛名的伟大人物。1852年，他出生时，他的父亲已是物理学教授。他在路易十五大帝公学接受初等教育，随后进入综合工科学校，以后又转入桥梁和公路学校，毕业后在桥梁和公路局任工程师。早在大学就读期间就开始私人研究。1888年，他获巴黎科学院博士学位，1889年当选为法国科学院院士，同时晋升为桥梁

和公路局一级工程师。1892年，他接替他父亲在国立工艺美术博物

馆和自然史博物馆的两个教授职位。在以后的几年里，他主要从事

天然放射性物质的研究工作，并于1903年获诺贝尔物理学奖。1906

年，他当选为法国科学院副主席，1908年又当选为主席兼终生秘书。

1895年年底，伦琴宣布了X 射线的发现；伦琴的发现使法国著

名数学家、科学院院士庞加莱（Poincare Jules Henri ，1854～1912）

激动的程度可能超过了任一位其他的法国科学家。在1896年1月

20日的会议上，庞加莱给大家看了伦琴寄给他的第一张X 射线照片。

当他的科学院同事亨利·贝克勒耳问他射线是从管子的哪一部分发

出来的时候，庞加菜回答说，射线看来是从管子正对着阴极的区域

发出的，这个区域的玻璃都发荧光了。贝克勒耳立即想到在X 射线

和荧光之间可能存在一种关系。就在第二天，他着手试验是否荧光

物质发出X 射线，因而开始了一连串的实验，这些实验导致了放射

性的发现。

1896年初，伦琴报道了X 射线的发现。1月20日，亨利·贝克勒耳在科学院会议上获知这一发现，并通过彭加勒了解到X 射线产生于一束阴极射线所激发的荧光物质。他很自然地想到可见的荧光与不可见的X 射线都产生于同一机制。亨

利·贝克勒耳选择的研究路线是检验荧光物质是否放出X 射线。

他运用家族传统中的荧光和荧光物质知识，以照相底片捕捉X 射

线。2月24日，他在科学院报告，荧光物质硫酸铀酸钾经日光曝

晒几个小时后可使以黑纸密封的底片感光。随后的几天巴黎连续

阴雨，他暂停了实验，把样品与密封底片一同放入黑暗的抽屉中，

且用铀盐样品压在密封的底片上以避免底片漏光。几天后日出时，

他按原计划重新实验，但审慎使他想到应把已在黑暗中放置数日

的底片冲洗出来。3月2日他向科学院报告了惊人的结果：“我在

3月 1日把底片显影，本指望看到的是非常微弱的影像，但恰好

相反，一个极深的黑斑显现出来。”这一结果排除了X 射线和荧光

作用的可能性。然而由于原先样品曾经日光曝晒过，亨利·贝克勒耳的结论是日光的激发可以使铀盐产生永久性未知辐射，它具有与X 射线相类似的特性。如图1—1中显示了贝克勒 图8-4为铀盐天然放射曝光获得的第一张照片 图8-3为亨利·贝克勒耳在实验室中