诺贝尔物理学奖史演义系列（三）——天然放射性的秘密

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德国物理学家伦琴发现，x光的消息很快就传遍了全世界，引起了科学界的震惊。许多人对这种穿透力很强的人工射线感兴趣，并相继进行了实验或研究。

1896年1月20日，在法国科学院举行的月度会议上，物理学家亨利·庞加莱向在场的科学工作者展示了伦琴的一封信。这封信里有一张x光照片。会上，一名中年男子站起来问道，“伦琴先生解释过x光是如何产生的吗？”庞加莱回答道，“贝克雷尔先生，x光是从真空管阴极对面的荧光发射出来的。荧光和x光有什么关系，荧光物质也能产生类似的射线吗？伦琴先生没有回答。你可以对此进行研究，也许比你的博士论文更有挑战性！”

庞加莱，20世纪早期一位领先的数学物理学家(来源:百度)

庞加莱的博士论文是贝克雷尔早期的科学杰作之一。贝克勒尔原名安托万·亨利·贝克勒尔，是法国人。他的祖父和父亲是著名的物理学家。40岁之前，他的物理学研究集中在光学领域，包括平面偏振光、磷光、荧光等。1878年，他在巴黎自然博物馆担任物理学教授，并被该博物馆推荐继续主持他父亲举办的应用物理学讲座。1888年，他以论文“晶体对光的吸收”获得了科学博士学位。

贝克雷尔是磷光和荧光方面的专家。根据余辉的长度，晶体以两种方式发光:磷光和荧光。当入射光停止时，仍然存在发光现象。这种光是磷光，如发光的珍珠发出的光。当入射光停止时，发光消失。这种光是荧光，如伦琴实验中的x光。

会后的第二天，贝克雷尔开始做x光实验。他尝试了多种荧光物质，但没有发出会使底片变得敏感的x光。没有办法，只能求助于磷光材料，因为磷光和荧光有相同的发光原理。

半个多月后，他终于找到了一种合格的物质——铀盐。它的主要化学成分是硫酸铀酰钾，在阳光下会发出磷光。参照伦琴的实验方法，贝克雷尔将一张密封的黑色纸包裹在薄膜底部，将结晶铀盐放在纸的外面，然后将其暴露在阳光下几个小时。最后，我把黑色纸袋拿到暗室，冲洗了照片。我在底片上发现了一个和铀盐一样大的阴影。

铀矿石(来源:Sina.com)

铀盐会使底片对阳光敏感，这表明它含有未知的类x光射线。但是伦琴先生告诉我们，只有x光能在光线下穿透黑纸。这是怎么回事？他的父亲也是磷光研究专家，他建议他做更多的实验，以确保他在安全之前不会做出任何结论。

实验中的贝克雷尔(资料来源:图朔科技网)

贝克雷尔点头表示同意。然而，巴黎已经阴云密布好几天了，太阳已经消失，实验无法进行。只有铀盐和几个底片可以用黑纸包起来放在抽屉里，并且在纸上放一把钥匙防止纸散开。等到天气好转。

四天后的早上，贝克雷尔看到太阳出来了，高兴地从抽屉里拿出纸袋，走进了黑暗的房间。当他拿出底片时，他惊讶地发现底片已经被感光了，上面有一个钥匙的影子！

“这是怎么回事？铀盐在放射出使底片变得敏感的射线之前，不需要暴露在阳光下吗？没有阳光，光线从哪里来？”他对自己说。

贝克雷尔查阅了数据，并仔细思考。他得出结论，铀盐发出的辐射与x光不同。为此，他进行了无数次实验，包括铀盐的化学成分分析、铀盐的光敏试验等。实验证明，铀盐发出的射线与x光不同。这种未知光线是自然形成的，不受外界条件如光照的影响。为了便于研究，他把这种未知射线称为“铀射线”。

x光胶片的发展(来源:百度)

1896年5月18日，贝克雷尔向法国科学院提交了一份关于铀辐射的科学报告。报道称:经过多次实验，已经证明铀元素会不断发出铀射线。作为一种自然磷光现象，铀射线是物质中原子作用的结果。

贝克雷尔不仅从外观上解释了铀射线，而且从化学结构上分析了其本质。很快，他通过实验证明了由纯铀制成的金属板也会产生铀射线，从而证实了天然放射性的存在。后世把自然辐射称为“贝克勒尔射线”，把“贝克勒尔”称为放射性的基本单位。

贝克雷尔对铀射线的发现也证明了原子核中仍然存在复杂的结构，这为核物理和粒子物理的发展奠定了基础，为打开物质的微观世界铺平了道路，并促进了现代化学的发展。后来，科学家证明原子序数大于83的天然元素具有放射性，它们同时发射α、β和γ射线。

核电站核燃料，铀金属(来源:Sina.com)

贝克雷尔发现铀射线的另一个重要贡献是激励人类开发和应用铀元素。1896年以前，科学家从理论上研究铀，铀化合物的使用仅限于给陶瓷或玻璃着色。在发现铀射线之后，科学家对铀的研究已经扩展到实用阶段。后来居里夫人在铀矿中发现了镭，一种重要的放射性元素。铀成了镭开采的副产品。在第二次世界大战期间，由于需要以原子弹为主导的核武器，铀资源的开采加快了，因为原子弹的装料以铀235为主导，铀是铀的一种同位素。1945年8月，美国在广岛和长崎投下两枚原子弹，迫使日本加速投降。自那时以来，核武器的制造发展迅速，铀的研究也受到了各国的关注。

原子弹造成的蘑菇云(来源:新浪)

贝克雷尔发现铀辐射具有跨时代的意义。不久前成立的诺贝尔奖组织委员会自然明白这一点。1903年，经过几轮评选，组委会同时将年度物理学奖授予三个人:发现自然辐射现象的贝克勒尔和受放射性元素钋和镭的发现启发的居里夫妇。居里夫妇是什么样的科学故事？请期待诺贝尔物理学奖第四系列历史小说。

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[参考]

1.《诺贝尔物理学奖一百年》一书于2002年由上海科普出版社出版，作者是和沈。

2.论文《20世纪物理学的伟大缩影》，清华大学郭怡伶，2009年第2期，物理研究。

3.文章“贝克雷尔的故事”，作者易云，“中学时代”，2011年7月。