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第23章 镭的发现

19世纪末到20世纪初,世界科学事业收获了重要的成果。其中最引人注目的是镭元素的发现和相对论的产生。这里介绍一下镭的发现。居里夫人化学元素镭能放射出人们看不见的射线,不用借助外力,就能自然发光发热,含有很大的能量。镭的发现,引起科学和哲学的巨大变革,为人类探索原子世界的奥秘打开了大门。镭能治疗难以治愈的癌症,给人类的健康带来了福音。所以,镭被誉为“伟大的革命者”。

发现镭元素的人,是一位杰出的女科学家——玛丽·斯可罗多夫斯卡,也就是后来为人们所熟知的居里夫人。

1897年居里夫人大学毕业,取得了数学、物理两个硕士学位,正在选择写博士论文的题目。一天她正在实验室里翻阅近来的研究报告,忽然发现贝克勒尔关于铀的放射性的报告。她再一查所有的文件,并没有这方面的第二个报告。好一个最新的、独一无二的题目,这是一块没有人涉足的新大陆。居里夫人暗自将自己的研究方向定为这一领域。

居里夫人这个刚从大学毕业不久的青年女子,就敢选这个划时代的研究课题和她自身的素质是分不开的。

居里夫人出生于波兰一个书香门第。她从小受到良好的家庭教育,掌握了波兰文、俄文、德文、法文,喜爱文学、数学、物理,兴趣极广。她有一个哥哥,两个姐姐,家里经常是一片歌声、读书声、说笑声。

可是居里夫人小时候读书时非常认真,不受外界干扰。只要是一人坐在桌旁,双肘支着桌面,两手捂住耳朵,一会儿便进入书内。有一次几个孩子好奇,便在她身旁左右叠起两层椅子,上面再横搭一把椅子,把她盖进了一个小木楼里。居里夫人全然不知,直到她看完这本书,一起身,椅子轰然落地。这时躲在一边的哥哥、姐姐们等着和她笑闹。而她却拾起书,看了他们一眼,就走到自己的房间去看书了。

1891年9月,24岁的居里夫人当家庭教师给自己积攒了一点学费后,来到巴黎的索尔本大学读书。她每天到得最早,永远是坐在第一排,专心地记着笔记。居里夫人刚来巴黎时住在当医生的姐姐家里,这里整天病人不断,而且总难免要和姐姐、姐夫聊天。于是为了专心学习,她毅然搬了出去,租了一间7层楼上的小阁楼,开始过一种更清苦的生活。她的生活费一天只有3法郎,却要应付衣、食、住、书籍、纸墨的花销。她的生活用品已精简到最低标准,一张床、一张桌、一盏煤油灯、一个碟子大的煤油炉。为了省煤,冬天家里不生火,居里夫人冻得手指麻木,就跑到离家不远的图书馆去。直到晚上10点人家要关门了,再回到自己这个冰窖似的阁楼上来。躺下后实在冷得难以成眠,她将自己唯一的一只箱子里的衣服全部拿出来压在被子上,还是手脚冰凉,就再把地上那把唯一的椅子提起压在被子上,在这种重压造成的虚假的温暖感里她十分小心地入睡了,因为稍一翻身那把椅子就会滚落下去。

1894年她与身为物理学家的皮埃尔·居里相识,第二年他们结了婚。

从此,居里夫人有了一个研究上的支持者——丈夫皮埃尔·居里是一位很有经验、有成就的物理学家。她凭着自己的聪明、顽强,靠着丈夫在学识上和精神上的支持,开始了这场科学史上有名的攻坚战。

在实验研究中,居里夫人发现试验中缺少一件准确地探测出物质的放射性的灵敏的仪器。于是她的丈夫皮埃尔帮她设计了一种测量仪器。它是用一个普通平面电容器,经过改装制成的。也就是一层空气隔开的两片金属片,下面那片与电池组相连,再与上面那片用导线构成一个回路,回路上有一个电流计。一般这个电路是不通的,因为两片金属间的空气并不导电。可是铀放射线、X射线都有一个特点——能使空气导电。这个简单仪器,非常精确。当射线最强的时候,电流的强度也不会超过一安培的几十亿分之几,但是就连这么小的数值在这个仪器上也能读出来。

有了精确的测量仪器居里夫人开始了艰苦而又烦琐的试验工作。居里夫人在研究铀盐矿石时想到,没有什么理由可以证明铀是唯一能发射射线的化学元素。她根据门捷列夫的元素周期律排列的元素,逐一进行测定,结果很快发现另外一种钍元素的化合物,也能自动放出射线,与铀射线相似,强度也相像。居里夫人认识到,这种现象绝不只是铀的特性,必须给它起一个新名称。居里夫人提议叫它“放射性”,铀、钍等有这种特殊“放射”功能的物质,叫做“放射性元素”。

一天,居里夫人想到,矿物是否有放射性?在皮埃尔的帮助下,她连续几天测定能够收集到的所有矿物。她发现一种沥青铀矿的放射性强度比预计的强度大得多。

经过仔细的研究,居里夫人发现用这些沥青铀矿中铀和钍的含量,不能解释她观察到的放射性的强度。

这种反常的而且过强的放射性是哪里来的?只能有一种解释:这些沥青矿物中含有一种少量的、比铀和钍的放射性作用强得多的新元素。居里夫人在以前所做的试验中,已经检查过当时所有已知的元素了。居里夫人断定,这是一种人类还不知道的新元素,她要找到它!

居里夫人的发现吸引了皮埃尔的注意,居里夫妇一起向未知元素进军。在潮湿的工作室里,经过居里夫妇的合力攻关,1898年7月,他们宣布发现了这种新元素,它比纯铀放射性要强400倍。

1898年7月,居里夫妇向法国科学院提出报告。他们宣布发现了一种新元素,它和铋相似,却能发出强大的不可见射线,他们把它定名为“钋”(法文波兰的意思)以纪念居里夫人的祖国。

1898年12月,居里夫妇又根据实验事实宣布,他们又发现了第二种放射性元素,这种新元素的放射性比钋还强。他们把这种新元素命名为“镭”。但是,居里夫妇并没有立即获得成功的喜悦。当拿到了一点点新元素的化合物时,他们发现原来所做的似乎太乐观了。事实上,矿石中镭的含量还不到百万分之一。只是由于这种混合物的放射性极强,所以含有微量镭盐的物质表现出比铀要强几百倍的放射性。 而且,当时谁也不能确认他们的发现,因为按化学界的传统,一个科学家在宣布他发现新元素的时候,必须拿到实物,并精确地测定出它的原子量。而居里夫人的报告中却没有钋和镭的原子量,手头也没有镭的样品。

镭的含量很少,要大量的沥青铀矿才可取得一点,可是他们那些矿石是非常昂贵的。后来,居里夫人想到沥青铀矿在玻璃工业上大量使用,这种工业废渣里一定还会含有镭,而废渣总是不值钱的。奥地利政府慷慨地答应将一吨废渣赠给这两个不可理解的人。接着,居里夫人开始寻找一个可以炼废渣的地方。在他们的小实验室对面,正好有间大一点的木棚,只是玻璃房顶破碎漏雨,木板裂缝四面透风,地面反潮,屋里一股霉气。棚内有几张残缺的厨桌、一块黑板,一个旧铁火炉。这里原本是仓库,后来搁医学院解剖用的尸体,最后就连这也不合适,便闲置起来了。校长很慷慨地把这间棚子拨给他们使用。

分离沥青的工作就这样开始了。他们作了分工,皮埃尔经验丰富,分析镭的性质,居里夫人却担起一个杂工应干的活,将那还带有波希米亚山区的泥土和松针的棕色矿物,每20公斤一次地倒进一口大锅里冶炼。锅里冒出呛人的气体,棚屋里没有“烟罩”装置,他们把大锅放到院中心,居里夫人用一根几乎和自己身长相等的铁棍不停地搅拌着。这样炼完后,还要拿回棚子里进行化学处理:溶解、沉淀、分离。

从1899年到1902年经过三年零九个月的艰苦劳动,居里夫妇从8吨沥青铀矿渣中提炼出了0.1克氯化镭,并测得它的原子量是225。镭有美丽的颜色,在暗处会自动发出略带蓝色的荧光。它会自动放热,一小时内放出的热量可以溶化与它等重的冰。它的射线穿透能力非常强,居里夫人后来的记录中写道:“在研究放射性很强的物质的时候,若要精细测量,必须有特殊设备。化学实验室里用的各种东西和作物理试验用的仪器,不久就变得有放射性,并且透过黑纸影响照相版。灰尘、屋里的空气、衣服,都有了放射性,屋里的空气成了导电体。在我们工作的实验室里,这种弊病到了极点,我们简直无法使任何仪器完全隔离。”

镭的放射性对人体细胞还有杀伤作用,皮埃尔用自己的身体做了实验后向科学院提出了一份详细的报告:“有6公分见方的皮肤发红了,样子像是烫伤,不过皮肤并无痛楚,即觉痛也轻得很。过些时候,红色并未扩大,只是颜色转深,到20天,结了痂,然后成了疮伤,须用绷带缠扎。到42天,边上表皮开始重生,渐渐长到中间去,等到受射线作用后52天,疮痕只剩1平方公分,颜色发灰,这可以表示这里的腐肉比较深。”

皮埃尔和他的两个医生朋友合作,证明镭可以治疗狼疮和几种癌肿。于是一种新的疗法——居里疗法诞生了。

这可是一项使科学家们非常震惊的发现。能量守恒定律在这里好像不起作用了,物理学的殿堂遇到了强地震的冲击。后来人们知道得更清楚了,凡原子序数大于83的天然元素都有放射性。它们可分为三类,即铀镭系、钍系、锕系。每系都有第一代元素,然后其放射后衍变成的另一种元素依次往下排。铀镭系的第一代元素就是铀(贝克勒尔还算幸运,他一下就发现了这第一代元素),它放出射线变成别的元素,到第六代时就是镭,镭再放出射线,速度很慢,1克镭大约过1600年才会消灭一半,最后变成铅和氦。事物就是这样在不断地变化,不断毁灭,又不断诞生。绝对的静止是没有的,绝对的生和死也是没有的。居里夫妇的发现早已冲出物理学的领域而有了极大的哲学价值。

居里夫人原本是要选一个作博士论文的题目,不想却碰上一个这样重大的课题,一下就打开了一个新的领域。工作旷日持久,没有结果,她的论文也就一拖再拖。从1898年开始实验,到1903年,过了5年,她已36岁,实验告一段落,论文也才写成。1903年6月25日,居里夫人面对一批最著名的物理学家、化学家宣读完论文之后,用不着辩论,主席李普曼先生只讲了5分钟的话,她便成了一位极荣誉的、真正的物理学博士了。这年12月他们夫妇和贝克勒尔一起又获诺贝尔物理学奖金,1911年居里夫人又单独获得一次诺贝尔化学奖金。

经过几年的劳累,居里夫妇身体日见衰弱,原来身强力壮的居里夫人,体重竟减了20磅,加上当年缺乏放射性防护的知识。他们不可避免地遭受到了放射性的袭击。居里先生因体力不支,1906年不幸在街上被马车压死,这使居里夫人受到极大打击,但她还是顽强地坚持了下来,带领学生们继续战斗在放射学的前沿。其中包括她的女儿伊伦·居里和女婿约里奥。

人们为了纪念居里夫人把她的头像因在钱币上居里夫人后来长期患恶性贫血症。她和居里先生肯定在工作中遭受到了大剂量的辐射,甚至还可能吃进了不少放射性物质。约里奥在20世纪50年代用仪器检验过她当年的实验记录本,发现全部严重沾染了放射性物质。她当年用过的烹调书,50年后再检查,还有放射性。

1934年,居里夫人因长期贫血,备受折磨而去世。她的女儿伊伦·居里也因恶性贫血症于1956年去世。随后,女婿约里奥也在1958年去世。他们都是因放射性袭击而过早地失去了生命。

居里的一家向人类提供了宝贵的镭,可是他们自己却献身于这壮丽的事业中。

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