[其它杂谈]核能史话  原子是能够转变的 [第8页]

第一章：放射性的发现

7、原子是能够转变的

    人们对客观事物的认识总是由浅入深、由表及里的，我们对放射性现象的认识过程也正是这样。从 X射线的发现，到发现铀能放射出一种类似 X射线的射线。接着又认识到了钍、钋和镭等也有这种放射性的特性。最后通过磁场终于知道这种射线和 X射线截然不同，它是由三种成分所组成的。这三种成分的射线分别叫做α、β和γ射线。

    另外，开始认为放射性物质本身不因发射射线而改变。为此贝克勒尔曾报道过，他的铀盐放置了好几个月，其放射性并不改变。而且在一般的物理或化学方法作用下，它的特性也不会改变。但在以后的实验中，贝克勒尔和居里夫妇都发现情况并非如此。

    1901年贝克勒尔用铀盐、1902年居里夫妇对镭盐分别进行处理时，发现它们的放射性是能够改变的。居里夫妇发现，如先把镭盐溶解，然后把溶液蒸发结晶，所得镭盐的放射性要比原来的低很多，以后却又发现其放射性能慢慢恢复到原来水平。如果把镭盐加热到红热状态，并使其维持一段时间，再降到室温，则镭的放射性要比加热前弱，以后又再慢慢回复到原来水平。

    进一步的研究发现，中间过程所失去的那部分放射性，主要是穿透能力较强的β射线。另外很重要的一点是发现被加热后的镭盐失去了感生放射性的能力。而感生放射性现象是在1900年由居里夫妇发现的，是指在镭盐周围的空气被镭射线作用后，会变成放射性气体而发出射线。

    可惜居里夫妇未能对上述实验结果作出正确的解释，也没有对此现象继续进行深入研究。但英国人卢瑟福和索第对居里夫妇所作的实验却作出了正确的解释，他们认为：镭能永远发射出某种带放射性的气体，并把它叫做“镭射气”。

    为了能从实验上证明镭射气确是一种普通的气体，卢瑟福设计了一个巧妙的实验装置。它是根据气体能在低温下被液化的原理进行设计的。

    实验中发现，只要U形管浸入液态空气中，那末不管你吹过多少镭射气，玻璃球内的硫化锌都不会发光。而玻璃管中，矽锌矿石所发的光却慢慢变弱。这是由于镭射气滞留在低温U形管里的结果。但当U形管从液态空气中提出来后，随着温度升高，液化了的镭射气就很快又变成气体，并进入玻璃球使得球内的硫化锌发光，这就表示镭射气确已进入玻璃球内。由此可知，辐射气确是一种普通气体，在低温下能液化，常温下又成为气体。

    另外，他们在实验中发现，在装有辐射气和矽锌矿石的玻璃管内，开始时能发出比较明亮的光。其亮度使人在其附近能看得清表针和报纸上的大标题。但几天以后这种光就逐渐变暗直至完全消失，这说明镭射气本身(在没有得到补充下)是要慢慢消失的。

    这种放射性物质能逐渐减弱放出射线能力的实验现象，引起了卢瑟福和索第的极大兴趣。他们为了查明镭射气到底变成了什么东西，决定采用光谱分析法进行分析。因为每一种气体都有它特有的光谱，这样就可根据不同的谱线，分析镭射气变化的情况。

    他们把镭射气封装在分光管内，然后观测它的光谱线。从颜色上可以看出，气体中除含有氮和氧等谱线外，还见到一些以前所不知道的谱线，很显然它们就是镭射气的谱线。

    更有意义的是，当他们逐日观测谱线变化的情况时，再次证明镭射气是会逐渐消失的。因为他们观测到，代表镭射气谱线的发光强度越来越弱。同时在发光气体的光谱中出现了新谱线，这在原来的气体中并没有见过。而且这些新谱线随着镭射气的慢慢消失逐渐增强，越来越亮。更奇怪的是这些新谱线实际上与那些已经知道得很清楚的氦气谱线完全相同。这就充分证明，镭射气在消失过程中慢慢坐成了另一种气体——氦气。

    事实上，在对铀和钍放射性的研究中，也曾发现过类似于镭射气的铀射气和钍射气。如果把它们从铀盐或钍盐中分离出来，就会发现其放射性都很强。而分离后的铀盐(或钍盐)放射性则减弱了。但随着时间的推移，放射性活度又能慢慢恢复。

    上述实验结果促使人们去考虑这样一个问题，即化学元素会不会自行变化？卢瑟福和索第他们以镭能放射出镭射气，镭射气中存在氦的实验结果为出发点，大胆提出放射性物质能自行衰变的假设，即某种带放射性的元素，经过放射性衰变后，成为另一种新元素。

    当1902年卢瑟福和索第提出这个假设时，曾有很多人不相信。因为长期以来，人们对于法国化学家拉瓦锡所提出的“化学元素永远不变”的假设已深信不疑。几年后，世界各地接连找到了不少新的放射性元素，而且它们都是从某一放射性母体一代一代衰变来的。此后人们也就不再怀疑卢瑟福和索第的假设了。

    特别是当英国化学家拉姆赛利用他自己特制的微量天平，测定了镭射气的原子量为222以后，这样就为放射性衰变假设的验证提供了更可靠的依据。因为在此以前，人们已测得铀和氦的原子量分别为226.05和4.00。这一结果也足以说明，卢瑟福和索第的假说是能充分反映客观事实的一种科学预见。