一、Ｘ射線的發(fā)現(xiàn)
Ｘ射線是１８９５年德國物理學家倫琴（RontgenW.K.1845-1923）發(fā)現(xiàn)的。１８９５年１１月８日晚，倫琴為了進一步研究陰極射線的性質(zhì)，他用黑色薄紙板把一個克魯克斯管嚴密地套封起來，在完全暗的室內(nèi)做實驗。在接上高壓電流進行實驗中，他意外地發(fā)現(xiàn)在放電管一米以外的一個熒光屏（涂有熒光物質(zhì)鉑氰化鋇的紙屏）上發(fā)生亮的光輝。一切斷電源，熒光就立即消失。這個現(xiàn)象使他非常驚奇，于是全神貫注地重復(fù)做實驗。他發(fā)現(xiàn)即使在蹺儀器二米處，屏上仍有熒光出現(xiàn)。倫琴確信，這個新奇現(xiàn)象不是陰極射線造成的，因為實驗已證明陰極射線只能在空氣中進行幾厘米，而且不能透過玻璃管。他決定繼續(xù)對這個新發(fā)現(xiàn)進行全面檢驗。一連六個星期都在實驗里廢寢忘食地工作著。經(jīng)過反復(fù)實驗，他確信發(fā)現(xiàn)了一種過去未被人們所知的具有許多特性的新射線。這種射線的本質(zhì)一時還不清楚，所以他取名為“Ｘ射線”（后來科學界稱之為倫琴射線）。他在１２月下旬寫的論文中說明了初步發(fā)現(xiàn)的Ｘ射線的如下性質(zhì)：（１）陰極射線打在固體表面上便會產(chǎn)生Ｘ射線；固體元素越重，產(chǎn)生的Ｘ射線越強。（２）Ｘ射線是直線傳播的，在通過棱鏡時不發(fā)生反射和折射，不被透鏡聚焦。（３）與陰極射線不同，不能借助磁體（即使磁場很強）使Ｘ射線發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)。（４）Ｘ射線能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。（５）它能使照相底片感光，而且很敏感。（６）Ｘ射線具有很強的貫穿能力，比陰極射線強得多。它可以穿透射線具有很強的貫穿能力，比陰極射線強得多。它可以穿透千頁的書，二、三厘米厚的木板，幾厘米的硬橡皮等。１５毫米厚的鋁板，不太厚的銅板、銀板、金板、鉑板和鉛板的背后，都可以辨別熒光。只有鉛等少數(shù)物質(zhì)對它有較強的吸收作用，對１．５毫米厚的鉛板它實際上不能透過。倫琴一次檢驗鉛對Ｘ射線的吸收能力時，意外地看到了他自己拿鉛片的手的骨髂輪廓。于是他請他的夫人把手放在用黑紙包嚴的照相底片上，用Ｘ射線照射，底片顯影后，看到倫琴夫人的手骨像，手指上的結(jié)婚戒指也非常清晰，這成了一張有歷史意義的照片。
１８９６年元旦，倫琴將他的論文和第一批Ｘ射線照片復(fù)制件分送給一些著名物理學家。幾天之后，這個發(fā)現(xiàn)就傳遍了全世界，在公眾中引起轟動。其傳播之迅速，反應(yīng)之強烈，在科學史上是罕見的。Ｘ射線很快就被應(yīng)用于醫(yī)學和金屬探傷等領(lǐng)域，從而創(chuàng)立了Ｘ射線學。Ｘ射線究竟是一種電磁波，還是一種粒子流，曾經(jīng)爭論許多年。直到１９１２年德國物理學家勞厄和他的助手發(fā)現(xiàn)Ｘ射線通過晶體后產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，才證明它是一種波長很短的電磁波。
Ｘ射線的發(fā)現(xiàn)具有十分重大的意義，它是１９世紀末２０世紀初發(fā)生的物理學革命的開端。它的發(fā)現(xiàn)對于化學的發(fā)展也有重要意義：１９１３年，根據(jù)對各種元素的特征Ｘ射線光譜的研究發(fā)現(xiàn)的莫斯萊定律，確定了元素的原子序數(shù)等于核電荷數(shù)，這對元素周期律的發(fā)展和原子結(jié)構(gòu)理論的建立起了重要作用。以Ｘ射線晶體衍射現(xiàn)象為基礎(chǔ)建立起來的Ｘ射線晶體學，是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學的基石之一。
倫琴由于發(fā)現(xiàn)Ｘ射線，于１９０１年成為第一個諾貝爾物理學獎獲得者。倫琴作出這個重大發(fā)現(xiàn)并非由于偶然的幸運。他的廣博深厚的科學素養(yǎng)，周密敏銳的觀察能力，頑強探索的科學精神和嚴謹細致的實驗工作，使他具有高瞻遠矚的科學遠見，能迅速地揭示出并捕捉住前人所未注意的有重要價值的新現(xiàn)象，緊緊抓住這種現(xiàn)象進行深入研究，終于取得成功。
二、天然放射線的發(fā)現(xiàn)
１８９６年法國著名數(shù)學家和物理學家彭加勒（Poincare,H.1854-1912）注意到Ｘ射線是從受陰極射線轟擊而發(fā)出熒光的玻璃管壁上產(chǎn)生的。他提出是不是所有能強烈地發(fā)熒光和磷光的物質(zhì)都能發(fā)射出Ｘ射線。法國物理學家亨利·貝克勒（Becquerel,H.A.1852-1908）由此受到啟發(fā)，立即開始研究究竟有哪些熒光和磷光物質(zhì)能發(fā)射Ｘ射線。他把許多磷光和熒光物質(zhì)一一放在密封照相底片上置于陽光下曝曬，底片都沒有感光。他想起十五年前和他父親一起制備的磷光物質(zhì)硫酸鈾酰鉀晶體，于是他把一塊這種晶體放在日光下曝曬，直到它發(fā)出很強的熒光，然后把它和用黑紙包封的照相底片放在一起，發(fā)現(xiàn)底片感光了。他錯誤地認為這種晶體發(fā)射Ｘ射線。１８９６年２月２４日他向法國科學院報告了這一實驗，認為Ｘ射線與熒光有關(guān)。
３月１日，貝克勒把在抽屜里和鈾鹽放在一起的一張密封的底片拿去沖洗，顯影后發(fā)現(xiàn)一件奇怪的事：這張底片已經(jīng)感光，上面有很明顯的鈾鹽的象，和剛經(jīng)過日曬的鈾鹽產(chǎn)生的影象同樣清晰。究竟日曬和熒光對于鈾鹽發(fā)出的這種神秘射線有沒有關(guān)系呢？于是他親自用純試劑合成一些硫化物熒光物質(zhì)，并設(shè)法加強它們的磷光，但它們?nèi)諘窈蠖疾荒苁沟灼泄?。?jīng)過幾個月的反復(fù)試驗，貝克勒確信使底片感光的真實原因是鈾和它的化合物不斷地放射出一種奇異的射線，日曬與熒光都與照相底片感光無關(guān)，他把這種射線稱為“鈾射線”。
１８９６年５月１８日，貝克勒宣布：發(fā)射鈾射線的能力是鈾元素的一種特殊性質(zhì)，與采用哪一種鈾化合物無關(guān)。鈾及其化合物終年累月地發(fā)出鈾射線，純鈾所產(chǎn)生的鈾射線比硫酸鈾酰鉀強三至四倍。鈾射線是自然產(chǎn)生的，不是任何外界原因造成的（光照、加熱、陰極射線激發(fā)等不需要），所以既與熒光無關(guān)，也和Ｘ射線不同。鈾射線能穿透過黑紙使照相底片感光，能使空氣電離，使驗電器放電，這些性質(zhì)與Ｘ射線相同。但它的穿透能力不如Ｘ射線，它不能穿透肌肉和木板。
鈾射線的發(fā)現(xiàn)，立即引起科學界的極大興趣。當時在巴黎大學攻讀博士學位的居里夫人，即瑪麗·斯克洛多芙斯卡（Sklodowska,M.1867-1934），決定選擇鈾射線的本質(zhì)和來源問題作為自己的博士論文題目。１８９７年她開始研究。要深入研究鈾射線的本質(zhì)，首先要有一臺能精確測量鈾射線強度的儀器?，旣惖恼煞颉⒎▏锢韺W教授居里（Curie,P.1859-1906）設(shè)計了一個靈敏而簡易的鈾射線檢驗器。經(jīng)過幾周的研究，瑪麗先弄清楚了鈾射線的強度與試樣中鈾的濃度成正比，而與含鈾化合物的化學組成無關(guān)，也不受外界光照和溫度起落的影響。由此可以確認這種輻射是鈾原子一種特性。１８９８年，她和德國人施米特（Schmidt,G.C.1856-1949）分別發(fā)現(xiàn)釷元素也具有這種性質(zhì)，表明這種性質(zhì)并非鈾元素所獨有。于是瑪麗建議把這種性質(zhì)叫做“放射線”，把具有放射線的元素如鈾和釷叫做“放射性元素”。
三、放射性元素釙和鐳的發(fā)現(xiàn)
居里夫人對很多種礦物標本逐個檢驗有無放射性。檢驗了幾百種物質(zhì)，都沒有放射性。但當她檢驗到一種瀝青鈾礦和一種銅鈾云母礦時，發(fā)現(xiàn)它們有很強的放射性，其強度比根據(jù)其中鈾或釷的含量所預(yù)計的強度大得多。她又根據(jù)天然銅鈾云母礦精確分析得到的組成，自己合成了銅鈾云母，發(fā)現(xiàn)天然銅鈾云母的放射性是人工合成試樣的４．５倍。這兩種礦物的異常的放射性，只能解釋為其中含有某種含量很少但比鈾和釷的放射性強得多的新元素。
１８９６年６月，居里夫婦開始合作搜索這種新元素。他們先到瀝青鈾礦中去找。他們把這種礦石分解后，用系統(tǒng)的化學分析程序把其中的各種元素按組一組一組逐步分開。每經(jīng)過一步分離，就測定兩部分的放射線，根據(jù)溶液和沉淀有無放射性或放射性的大小來確定新元素在哪一部分中。經(jīng)過幾次淘汰搜索的范圍逐步縮小，最后他們發(fā)現(xiàn)在瀝青鈾礦中有兩種而不是一種新的放射性元素。１８９８年７月他們根據(jù)放射性證實了一種新放射性元素的存在，當時他們還只得到了一點富集了這種新元素的硫化鉍，它的放射性遠比金屬鈾的放射性大得多。要知道在瀝青鈾礦中這種新元素的含量只有一億分之一，用一般的化學方法把它富集起來是何等艱巨啊！瑪麗為這個新元素命名為“Polonium”（釙），這是為了紀念她的祖國波蘭。五個月后，居里夫婦又根據(jù)放射性發(fā)現(xiàn)了另一種新的放射性元素，它已富集在氯化鋇結(jié)晶里。這種混有新元素的晶體比金屬鈾的放射性竟大九百倍。居里夫婦給該元素命名為“Radium”（鐳），意思是“賦予放射性的物質(zhì)”。釙富集在硫化鉍沉淀中，鐳富集在氯化鋇晶體中，這說明它們的化學性質(zhì)分別很象鉍和鋇，而與鈾相差很遠。但是，這時居里夫婦還沒有得到一點點純的鐳或釙的化合物。他們決定下一階段的工作是從瀝青鈾礦制取純的鐳化合物。他們估計從瀝青鈾礦中提取了鈾以后釙和鐳可能原封不動地存留在廢礦渣中，因為釙和鐳的化學性質(zhì)與鈾相差很遠。于是他們便從奧地利處理瀝青鈾礦的國營礦場買到了便宜的廢礦渣。從１８９９年到１９０２年底，居里夫婦在物理學校的礦爛工棚里艱苦地工作了４５個月，一公斤一公斤地處理了兩噸廢礦渣。經(jīng)過幾百萬次的溶解、沉淀和結(jié)晶等提煉工作，終于得到僅僅１００毫克的光說純氯化鐳。它的放射性強大得令人吃驚，竟是鈾鹽的二百萬倍！把它放在玻璃瓶里，玻璃瓶就放出紫色的熒光，它也能使金剛石、紅寶石、螢石、硫化鋅、鉑氰化鋇等發(fā)出磷光。他們對鐳的原子量進行了初步測定，大約是２２５，從而確定了它在周期表中處于ⅡＡ族鋇的下面。
１９０３年６月２５日，３６歲的瑪麗·居里夫人在巴黎大學通過了博士論文答辨，論文題目是《放射性物質(zhì)的研究》。這年１１月，英國皇家學會授予居里夫婦載維金質(zhì)獎?wù)?。１２月１０日居里夫婦和貝克勒一道榮獲這一年的諾貝爾物理學獎，分享獎金。
１９１０年，居里夫人和法國化學家德比爾納（Debierne,A.1874-1949）合作，通過電解氯化鐳取得了金屬鐳，研究了它的性質(zhì)。１９１１ 年，居里夫人獲得了諾貝爾化學獎。全世界只有為數(shù)極少的幾位科學家兩次獲得諾貝爾獎，居里夫人是其中唯一的女科學家。
瑪麗·斯克洛多芙斯卡１８６７年１１月７日出生沙俄統(tǒng)治下的華沙，當時波蘭已經(jīng)亡國一百多年了。她少年時就有強烈的愛國思想，在青年時代又愛上了科學，決心要以科學振興祖國，為波蘭爭光。她于１８９１年來到巴黎求學，先后以優(yōu)異的成績獲得數(shù)學和物理學碩士學位，１８９５年與已是物理學教授的居里結(jié)婚，結(jié)成了一對后來非常著名的科學伴侶。從１８９８年６月起居里決定和瑪麗合作共同探索瀝青鈾礦中的新的放射性元素，他們的親密合作一直持續(xù)了八年。１９０６一天居里在大街上被載重馬車撞倒，車輪奪去了他的生命。居里夫人悲痛欲絕，幾乎神經(jīng)失常。經(jīng)過長期療養(yǎng)后剛剛康復(fù)，她就以驚人的毅力，不僅擔負起撫養(yǎng)兩個女兒的家庭重擔，承擔了居里在巴黎大學的教授席位，而且為放射科學的建立和發(fā)展又作出了重大貢獻，從而獲得了１９１１年諾貝爾化學獎。鐳的發(fā)現(xiàn)在科學界引發(fā)了一場革命，居里夫婦的工作是原子能應(yīng)用研究的開端。但居里夫人不僅是有重大貢獻的科學家之一，而且是一位高尚無私的人。當時鐳的價格十分昂貴，但居里夫人甘于過著簡樸的生活，她毫無保留地公布了鐳的提煉方法，沒有申請專利。正如她所說“鐳不應(yīng)該使任何人發(fā)財，鐳是化學元素，應(yīng)該屬于大家”。她所獲得的巨額獎金，也幾乎全部用于接濟窮苦的學生，或支援了科學團體。１９３４年７月４日，居里夫人在長期患惡性貧血白血病后與世長辭。醫(yī)生的證明是：“奪去居里夫人生命的真正罪人是鐳”。她把自己的一生獻給了科學事業(yè)。
四、α、β、γ三種射線的發(fā)現(xiàn)
居里夫婦曾發(fā)現(xiàn)，鐳發(fā)出的射線有兩種。１８９８年，出生于新西蘭在劍橋大學卡文迪許實驗室工作的青年物理學家盧瑟福（Rutherford,E.1871-1937）開始投入放射性的研究工作。他用強磁鐵使鈾射線偏轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)射線分為方向相反的兩股，這表明它至少包含有兩種不同的射線，一種非常容易被吸收，稱為α射線；另一種具有較強的穿透力，稱為β射線。１９００年法國人維拉德（Villard,P.1860-1934）觀察到，鐳除了上面兩種射線之外，還存在著第三種射線，它不受磁場的影響，與Ｘ射線非常類似。在此之前，盧瑟福已于１８９８年發(fā)現(xiàn)一種比α和β射線穿透力更大的射線存在，這就是維拉德１９００年所確認的這種射線。后來盧瑟福把它稱為γ射線，并于１９１４年確定了它是一種波長比Ｘ射線更短的電磁波。貝克勒１８９９年發(fā)現(xiàn)β射線在磁場中偏轉(zhuǎn)的方向與陰級射線相同。居里夫人證明它荷負電。１９００年貝克勒測定了它的荷質(zhì)比，確認β射線就是電子流。為了揭示α射線的本質(zhì)，盧瑟福作了多年的努力。１９０２年，他用強磁場使射線發(fā)生的偏轉(zhuǎn)，證明了它是帶正電荷的粒子流，這種粒子被稱為α粒子。１９０６年他測定了α粒子的荷質(zhì)比，證明它的數(shù)量級與氫或氦離子相同，但當時的實驗精度還不能分辨出它帶一個還是兩個電荷。１９０７年盧瑟福到英國曼徹斯特大學任教授后，和年輕的德國物理學家蓋革（Geiger,H.1882-1945)一起工作，利用他發(fā)明的計數(shù)管和克魯克斯創(chuàng)造的閃爍計數(shù)法，計數(shù)了一克鐳一秒鐘內(nèi)放出的α粒子數(shù)，測量了從鐳源得到的總電量，從而計算出每個α粒子帶有兩個單位電荷。盧瑟福由此推測出α粒子是帶有兩個正電荷的氦離子。盧瑟福又和合作者拍攝了α粒子的光譜線，證明它和氦的光譜線一樣，由此判定，α粒子是氦離子。
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