放射性同位素的发现.docx

放射性同位素的发现（摘录）1932年，科学家用天然放射性元素发出的a粒子轰击 镀核，得到了中子后，进一步激发了人们人为的变革原子 核的欲望，用a粒子作炮弹进行人工核转变的实验，起初 得到的只是元素的稳定的同位素1934年1月，约里奥■居 里夫妇用玛丽■居里夫人配制的非常活泼的纯钋剂做实验一 一在巴黎的镭研究院的实验室里钋在放射a粒子时跟镭 不同，镭放射时伴有Y射线，会影响对a射线所引起的现 象的观察，而钋则不出现Y射线在实验中当他们用a粒 子轰击铝板时，的确出现了中子°[1827Al 24He—1530P 01n]当撤掉钋后，中子消失了，可是还能测到放射性，半 衰期为3分钟于是，他们进一步研究铝核受a粒子轰击 后究竟发射了什么质点在加了磁场的云室中看到一种轻 的质点的偏转轨迹，通过测定和分析，是一种质量跟电子 相等的带正电荷的质点一一正电子原来是铝核受a粒子 轰击后生成的磷的同位素具有放射性，放出正电子后衰变 成稳定的硅（1430Si）放射性同位素的发现表明了放射性 元素是可以人工产生的，从而带来了放射性的广泛应用， 对人类的意义是非常重要的约里奥■居里夫妇由于发现了 放射性同位素而获得了 1935年诺贝尔奖金。

约里奥■居里 （1900—1958）,法国物理学家，从小喜欢钻研自然科学， 非常崇敬居里夫妇1918年考入巴黎理化学院（居里夫妇 发现镭的学院），门门功课第一不久应召入伍服役，战后 又回到巴黎理化学院，一边工作一边在朗之万教授指导下 学习，从事物理和化学方面的研究，1925年约里奥当了居 里夫人的助手，此时结识了伊雷娜■居里1930年约里奥从 论述放射性元素钋的电化学论文获博士学位1937年任法 国原子能研究所所长，1946年任法国科学研究中心主任， 主持法国原子能委员会的领导工作在当时（战后）法国 财力物力较差的条件下开展工作，于1948年12月建成法 国第一座反应堆（1960年2月法国成功地爆炸了一颗钚 弹）约里奥■居里是世界著名的和平战士；为反对美国的核 垄断，为和平利用原子能、为反对法国生产和发展核武器 作出了重大的贡献重核裂变的发现1934年，约里奥■居 里夫妇宣布了用a粒子轰击铝、硼而产生了放射性同位素 的实验后，费米（1901—1954、意大利物理学家），决定试 用中子产生放射性物质，计划按周期表顺序，从氢开始试 验开头从氢到氧的试验没有成功，到元素氟时得到了放 射性同位素。

在短短的几个月中他们轰击了 63种元素得到 了37种放射性同位素，成绩是十分显著的当试验到当时 元素周期表上的最后一个元素原子序数92的铀时，先后得 到了几种具有不同放射周期的元素，其中有一种放射性元 素当时是不清楚的，凭着经验他们认为可能是92238U俘获 中子后变成92239U,然后进行6衰变而成为第93号元 素，这个元素过去所以没有发现是因为它不稳定，地球上 不存在它1934年5月他们发表了这个实验报告，可惜的 是费米他们没有继续深入的研究下去，没有意识到实验中 可能发生的铀核的裂变直到四年之后才恍然大悟——他 们发现的实际是铀核的裂变1934年10月，费米和助手用 中子轰击金属银而产生人工放射性实验时，发现当中子通 过石蜡时，中子和质子发生碰撞后，速度变慢了，经过银 原子核附近的时间延长了，中子被银核俘获的机会增多， 银的放射强度提高了费米称之为“慢中子效应”为此费米 获得了 1938年诺贝尔物理奖金费米用中子轰击铀可能 产生超铀元素的实验，引起了大家的重视在巴黎的约里 奥■居里夫妇、柏林夫妇、柏林的哈恩和迈特纳都认真研究 了这个问题就在1934年，德国女化学家依达■诺达克指 出，费米发现超铀元素的说法证据不足，重核俘获中子后 很可能分裂成几个大碎块。

可是费米没有认真考虑诺达克 的意见，原因是一方面慢中子能量不大，要把原子核打成 两个碎块是不可思议的另一方面由中子轰击多种原子核 的经验出发，一般是核俘获一个中子后呈不稳定状态，经6 衰变后形成新核，其原子序数增加1因此费米等人当时总 是以“生产第93号超铀元素”为主导思想的1938年，约 里奥■居里夫妇在萨维奇合作下，应用放射化学方法分析了 中子轰击铀的产物，发现其中有一种放射性元素的半衰期 为3.5小时，化学性质接近镧镧的原子序数是57,这跟 关于超铀元素的概念显然是矛盾的可惜约里奥■居里夫妇 和萨维奇并没能抓住这个矛盾追究下去，就发表了这个实 验结果德国化学家哈恩(1879—1968 )和他的助手奥地 利女物理学家迈特纳(1878—1968)紧张地进行了几个星 期的实验，惊奇的发现，在中子轰击铀后生成的放射性物 质中，至少有三种的化学性质与钡相似，而钡的原子序数 是56,原来设想的超铀元素跟这个事实是矛盾的又经反 复试验，都证明这个事实不容置疑1938年12月22日， 哈恩和斯特拉斯曼把实验报告寄给德国《自然科学》杂 志，提出按照他们原来的“衰变图式中得出的放射性物质 镭、锕和钍应改名为钡、镧和铈”，哈恩对这个结论当时 是犹豫的，就在他寄出报告后，他又把自己的发现和疑问 写信告诉了迈特钠，希望听取眼光敏锐的同事的意见。

奥 托■哈恩(1879—1968 )德国放射化学家，他本来是研究有 机化学的，1904年9月自费到英国，在剑桥大学的拉姆齐 (1852—1916)爵士的实验室工作哈恩在拉姆齐的指示 下，承担从含镭矿物中(方钍石)分离镭在工作中他意 外地发现了放射性元素钍1905—1906年间，他在卢瑟福 领导下又发现了放射性的锕，后来又发现了放射性的钍1912年，柏林的化学研究所，由哈恩负责一个实验室，不 久又当上了所长奥地利藉女物理家迈特钠(1878— 1968)任副所长，一起研究物质的6放射和放射性测试工 作等等迈特钠是犹太血统的科学家，当1938年3月德 军占领奥地利后，她的国藉已经不能给她保护了，虽然哈 恩和普朗克在希特勒面前替她说情，仍未能获准在德国 1938年7月她逃亡到瑞典，在斯德哥尔摩新成立的诺贝尔 研究所工作迈特钠接到哈恩的来信时，正是她与侄子、 物理学家费立施对哈恩的实验结果和疑问展开了热烈讨 论他们从重核的品性出发，跟细胞分裂作类比，联想到 不久前玻尔提出的原子核的液滴模型，从中受到启发，又 通过反复计算，终于对中子轰击铀核产生钡的现象作出了 解释*……铀核破裂成两个几乎相等的部分，情形就是这 样”。

他们给英国《自然》杂志写了题为“中子引起的铀分 裂：新型核反应”发表了 1939年2月)弗立施把此事告 诉了玻尔当时玻尔正要启程去美国参加理论物理讨论 会，听到此消息，十分激动在旅途的船舱里玻尔专心的 琢磨和计算，到达纽约时他已确信迈特钠和弗立施的解释 是正确的并写出了“重核的分裂”论文，对分裂过程的力学 机制提出了讨论理论物理讨论会的中心、议题是讨论低温 问题会议的第二天，哈恩的文章在德国“自然科学”上发表 了并传到了玻尔手中，于是玻尔就在大会上宣布了这个重 要发现和迈特纳与弗立施的解释，整个会场沸腾了费米 建议大家立即用物理方法来进行论证于是当晚，玻尔、 费米（刚到美国定居）、罗森菲尔德（来自比利时）等一起 到卡奈奇学院观看核裂变实验的表演，有的物理学家给自 己的研究所实验室打安排实验就这样，核裂变的发 现在几个小时之后就得到了世界的公认其后不久，也发 现了用中子轰击铀核时也可以形成超铀元素——铀俘获中 子后会导致6衰变，形成原子序数为93、93的元素同位 素，后来取名：镎和钚令物理学家更加激动的是，如果 铀核裂变时还能放出一个或几个中子，这些中子又能引起 其它铀核的裂变，如此继续下去，就能产生链式反应了。

科学家们以异常急切的心情投入了紧张的实验用了一个 多月的时间，约里奥■居里夫妇、费米等人都分别证实了这 一点原子核的裂变和链式反应，使原子核能的释放和造 福人类的理想，具有了变成现实的可能，这是具有划时代 意义的科学发现费米和第一座原子反应堆费米（1901—1954 ）意大利物理学家，出生在罗马铁路工人的 家庭里家境困难，但从小喜欢读书，还常制造一些简单 的设备1918年进入比萨高等师范学校，当时的费米已 经才华出众老师在课堂上讲的物理知识，他很快就能深 刻理解1922年，费米就获得了物理学博士学位此后， 他去德国、荷兰等地跟著名物理学家学习和合作1624年 回到意大利，先后在佛罗伦萨大学和罗马大学任教1927 年正式成为罗马大学理论物理学教授，后来又成为新成立 的罗马大学物理研究所的核心人员，当选为意大利皇家科 学院正式院士（后来费米成为包括苏联科学院在内的许多 国家科学院的荣誉院士）因发现费米效应获1938年诺贝 尔物理学奖金由于1938年，墨索里尼仿效希特勒迫害犹 太人，费米的妻子出身犹太人家庭，为了摆脱迫害，费米 在接受诺贝尔奖金后，全家转赴美国定居，先后在哥伦比 亚大学和芝加哥大学物理学教授，从事核物理研究。

第一 座原子反应堆就是在费米的领导下建成的为了论证实现 链式反应的实际条件，美国决定建造一座自持链式反应装 置一一原子反应堆那么由谁来领导这项工作呢？费米是 当时最合适的人选，因为他在原子物理、核物理和粒子物 理等几个领域中都有很深的研究，而且在理论和实验两个 方面都是非常出色的专家可是费米是意大利人一一美国 的敌国在康普顿（当时美国科学院发展局的主要成员） 等人的极力保举下，美国当局才决定任用它，1941年12 月，费米来到芝加歌，领导一批物理学家在芝加哥大学斯 塔格运动场的西看台下，开始建造世界上第一座原子反应 堆的工作要实现自持链式反应，有两个中心环节一 是为了保 持反应有效地持续进行下去，必需把快中子进行 慢化处理，使之变成慢中子，以便为U （235）吸收而引起 裂变重水是很好的减速剂，可是不易制备，价格昂贵法国的约里奥■居里夫妇是用重水作减速剂的他们早民 1939年3月8日就用实验证实了链式反应的可能性并明显 提出制造原子弹，由于不久法国被占领，一系列研究成果 被搁置，居里夫妇也投入反法西斯斗争学生们看到一部 电影，描写法国落入纳粹手时，进行了一场惊心动魄的重 水争夺战，留下了深刻印象有），因此费采采用了石墨作减 速洗。

二是必要能严格地控制反应的速率，保证核裂变放 出的中子里，必须有一个也只能有一个能引起下一次的核 裂变（再生率为1），既不能熄灭，也不可爆炸为此，费 米利用镉吸收中子的能力来控制反应堆里的中子数，从而 控制反应速率建造的反应堆是用石墨层和铀层相间堆砌 的，共有57层，高6米，呈扁球形堆中间留了许多小 孔，内插镉棒，调节镉棒插入的深浅，改变其吸收中子的 多少，便可达到控制反应速率的目的1942年12月2日下 午，反应堆开始正常运行，揭开了人类利用原子能的序 幕当时这个反应堆的功率只有1/2瓦，十天后上升到200 瓦它的运行是为建造大型反应堆提供必要的数据，进行 可行性论证，为生产裂变材料钚提供资料聚变的发现和 太阳的能源人们对聚变的认识首先来自太阳的能源的研 究丰富的太阳能来源是什么？在能量守恒定律建立之 后，便成为大家感兴趣的问题了1842年，罗伯特■迈耶提 出太阳的能量是来源于流星不断地向太阳表面坠落，但计算表明靠流星坠落是无法提供太阳如此巨大的能量的1854年，开耳夯和亥姆霍兹试图用缓慢收缩过程释放引力 势能来解释太阳的长期辐射，估算出依靠这种效应，太阳 的能源可以维持三千万年左右，但是地质学家和古生物学 家研究得出地球上的生物和地球本身至少已经存在了几亿 年。

二十世纪初英国詹姆斯■金斯爵士提出，太阳的能源是 放射性物质产生的1925年，弗朗西斯■威廉■阿斯顿用质谱 仪做实验时发现了核反应前后的质量亏损1926年爱丁顿（英国天文学家）提出，太阳中心具有极高的温度和密度温度大约是1千5百万度到2千万度，这种高温下原 子的核外电子几乎全部“脱落”，成为赤裸裸的核，相互距离 可以很。