天然放射性是怎样发现的？

仅仅在伦琴发现 X 射线还不到 2 个月之后，法国物理学家 A.H.贝克勒尔在进行荧石发出 X 射线可能性研究的过程中，又发现了一种十分奇异的现象。

1896 年 2 月 26 日，他把一包硫酸铀钾样品放进抽屉，无意之中又将它放在一块未曝光的感光板上。过了几天，当他去取样品时，发现感光板已经被感光。我们来听听贝克勒尔在向法国科学院的报告中是怎样叙述他的发现经过的：“由于几天来太阳不露面，我在三月一日冲洗了底片，心想即使在照片上出现了阴影，它也一定很浅。可是事实适得其反，那阴影看来很深。我立刻想到也许黑暗之中也能产生辐射。”

在那几天中这包样品既未接触过阳光，又未接触过其它任何的能源。因此这种能使感光板感光的奇异射线不是荧光现象，只能被认为是样品自身发射出来的。贝克勒尔本人称这个发现“是非常重要的，是完全出乎意料的”。随后，贝克勒尔又对其它含铀化合物进行实验，结果发现这些化合物都发出同样的射线，即使是这些化合物被熔化或溶解之后也照样发出射线。他还发现，纯铀样品发射这种射线的本领更强。

贝克勒尔的这一新的重要发现更具有翻天覆地的特殊意义。它就像一把打开原子内部奥秘的钥匙，向人们预示着，在过去一直被认为是构成物质最基本单位的原子内部，竟存在着一个异彩纷呈的亚原子粒子的神奇世界。这真是科技史上又一个典型的偶然事件。在这样紧要的关头，科学家个人的机遇、学识、判断力和想象力都是缺一不可的。

P.居里和 M.居里夫妇继续贝克勒尔的工作，又发现其它几种元素也和铀一样，能够发出贝克勒尔射线。在异常艰苦的研究工作条件下，他们还发现了镭和针这两种新元素。M.居里还将这些元素发射贝克勒尔射线的特性称为放射性。她认为放射性不是一种化学现象，而是一种从原子内部产生的科学现象，因为任何简单的物理过程和化学过程，如加热、冷却、熔化、溶解以及与非放射性元素的化合等等都丝毫不影响给定元素的放射性。

1903 年 12 月，贝克勒尔和居里夫妇因为在贝克勒尔射线——放射性研究上的杰出贡献，共同获得了当年的诺贝尔物理学奖。

与此同时，还有许多其它国家的科学家也在深入进行由以上 3 位杰出物理学家所开创的研究工作，其中做出了最突出贡献的是英国剑桥大学的两位物理学家 J.J.汤姆孙和他的助手、新西兰人 E.卢瑟福。汤姆孙的一个最伟大的贡献就是前面已经介绍过的电子的发现，从而揭示了阴极射线的本质，第一个打破了原子是物质最小单位的传统观念。因此杨振宁教授称 J.J.汤姆孙是“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。进而，汤姆孙对原子的结构提出了一种模型。这种模型认为，原子是一个比较大的带正电的球体， 而电子就像散布在布丁中的葡萄干那样地均匀镶嵌在原子球内。这就是所谓汤姆孙原子模型。

E.卢瑟福采用了一种简便而精巧的方法（如图 2.4 所示），对铀元素发出的贝克勒尔射线进行深入一步的研究。一小块铀元素材料被放在一个铅容器的长槽底部，将贝克勒尔射线约束成一细束。照相底版作为射线的探测器。在铅容器长槽的出口处，放置一个方向与图面相垂直的磁场，并将整个系统抽成真空。被贝克勒尔射线感光过的照相底版经冲洗后，发现有 3 个明显的

斑点，一个正对着铅容器的长槽，另外两个则分别置于第一个斑点的两侧。根据贝克勒尔射线在磁场中的偏转方向可以推知：铀元素发出的贝克勒尔射线中有 3 种射线，即带正电的α射线，带负电的β射线和不带电的γ射线。进一步的研究表明，并不是所有能发出贝克勒尔射线的放射性元素都同

时发出这 3 种射线，有些发射α射线，有些发射β射线，而γ射线有时伴随α射线发射，有时伴随β射线发射。

卢瑟福的另一个重要贡献是完成了著名的卢瑟福散射实验，从而提出了原子结构的卢瑟福模型。图 2.5 是实验装置的示意图。左边放射源发出的α 射线从两块厚铅板的中心小孔中穿出而成一小细束，然后向一块薄金箔射去。在金箔的右边放了一块荧光版或照相底版。结果他发现，大多数的α射线都一直穿过金箔或仅仅有极微小的偏转，只有少数α粒子产生很大的偏转，甚至向后散射。这种现象是汤姆孙原子模型无法解释的，而只能用一种假设来解释，这就是在原子中有一个体积很小而具有几乎全部原子的质量的带正电的核心（称为原子核），而带负电的电子在离原子核很远的地方绕着核心运动。这就是著名的卢瑟福原子模型。不久之后，卢瑟福的学生盖革和马斯顿也提出了这种原子模型的有力实验证据。