卢瑟福

1899 年，蒙特利尔的卢瑟福教授，通过大量的实验，发现铀的辐射里有两部分，一部分无力贯穿比 1/50 毫米更厚的铝片，另一部分则能贯穿约半毫米的铝片，然后，强度就减少一半。

卢瑟福把前者命名为α射线，这种射线能够产生最显著的电效应；把后者命名为β射线，这种射线贯穿性较强，能通过不漏光的遮幕，使照相底片变质。

两年以后，法国化学家维拉尔（1871～1937）又发现了更富贯穿性的辐射，这就是γ射线，这种射线在贯穿 1 厘米厚的铅片之后，还能照相，并使验电器放电。

而居里夫人的镭放射所有这三种射线，比铀都容易得多，与其一般活动性成比例，所以，研究这些辐射，也以用镭最为便利。

后来，柏克勒尔确定，β射线是电子流，它非常易于为磁铁所偏转，也非常易于为电场所偏转。

经过进一步的研究，柏克勒尔证明，β射线在所有方面都类似于阴极射线，尽管它的速度大约为光速的 60％至 95％，但比已经试验过的任何阴极射线的速度都大，所以，β射线就是阴性的微粒或电子流。

卢瑟福确定，α射线是氦离子。因为强度足以使β射线产生相当大的偏转的磁场和电场，并不足以影响很容易被吸收的α射线。它能够为磁场和电场所偏转，但其方向与β射线偏转的方向相反。

卢瑟福又通过大量的实验证明，α射线是氦的组成物，并由此可知，α 质点是荷有两倍于单价离子的氦原子，其原子量为 4，而它们的速度约为光速的 1/10。

贯穿性最强的γ射线，不能为磁力或电力所偏转，它是一种电磁辐射， 它与其他两类射线不是同类的，而和 X 射线相似，由一种与光同性质的波所组成，其波长经科学测量，远比光波为小。它似乎同某些 X 射线一样，含有发射体所特有的各种单色成分。

1899 年，卢瑟福教授发现，从针发出的辐射变化无常，尤其容易被吹过放射物质表面的空气流所影响。

卢瑟福认为这种效应是由于有一种物质放射出的缘故，这种物质的性质好像一种有暂时放射性的重气体，这就是当时所谓的“射气”。

这种射气慢慢地扩散到大气里去，犹如挥发性液体的蒸汽一般。它的作用像是以高速度依直线进行的辐射的独立源泉，然而随着时光的流逝，其活动性就变得衰弱起来。

同年，居里夫妇发现，如果把一根铁棒或木棒暴露在镭射气里，那么， 铁棒或木棒自身也能够获得放射性质。

而卢瑟福从钍那里也得到了相同的结果，并且进行了更为详细的研究。如果把铁棒或水棒从装有射气的容器内取出来，然后再塞入检验筒内，

那么，这根铁棒或木棒就可以使筒内的气体电离。

如果把暴露于钍射气而得到放射性的铂丝，用硝酸溶液充分地进行洗涤，铂丝的放射性丝毫也不会受到损失。

但是，如果用硫酸或盐酸溶液来进行洗涤，铂丝的放射性就差不多会全部丧失。而把酸液蒸于，就可以得到含有放射性的渣滓。

这些结果，都表明铂丝的放射性是由于积有某种新的放射物的缘故，这种放射物与各种化学试剂有其一定的反应。这种新的放射物当是它由之形成的那种射气分裂的产物。

后来，威廉·克鲁克斯先生发现，如果用碳酸氨使铀从其溶液中沉淀， 而再次溶化其沉淀物于过量的试剂之中，那么，所剩下来的就是少量不再溶化的渣滓。

克鲁克斯把这点渣滓称为铀—X，运用照相法来加以试验，发现它异常活跃，而那些再次溶解了的铀，却不再有照相效应。

柏克勒尔也获得了类似的结果，他发现异常活跃的渣滓如果放置一年， 就会丧失其活动性，而不活动的铀反而恢复了它所固有的辐射性。

卢瑟福和索迪发现钍也有相同效应，当它被氨溶液沉淀时，钍的活动性， 就消失了一部分。

而把滤液蒸干以后，就得到了放射性非常强的渣滓。然而，经过一个月以后，渣滓的活动性就全部丧失，钍则恢复其原有的辐射性。

这种活性的渣滓，卢瑟福把它叫做钍—X，它毫无疑问地是另外一种化学物质，因为它只能够被氨全部分开，其他的溶液即使能使钍沉淀，也不能使它与钍—X 分离开来。

因此，卢瑟福断定这些未知的化合物，应当是另外的个体，不断地由母体发出，而渐渐丧失其活动性。

放射物质所发散出来的射气量是非常少的。科学家们从几分克的溴化镭里，只能得到一个极小极小的射气泡。

在通常情况下，它的数量之微小，远不足以影响抽空器内的压力，除了利用其放射性探察它之外，还无法运用其他的方法去探察它。通常所能够得到的，是它与大量空气的混合物，并且只能和空气同时从一个容器输入另外一个容器。

卢瑟福教授还进一步研究了钍—X 放射性的衰变率，并且获得了相当重要的发现，也就是在每一段短时间内的衰变率与这段时间开始时的放射物的强度成比例。

并且，铀—X 也有着类似的现象，这与化合物按每个分子分解为比较简单的物体时，在量上的减少遵循着同样的定律。但是，当两个或多个分子互相反应引起化学变化时，两者所遵循的定律就不一样了。

卢瑟福根据自己对于射气与其遗留下来的放射物的实验结果，提出了一个学说来解释所有已知的事实。

这个学说就是，放射性是基本原子的爆炸分裂造成的。

在数以百万计的原子中，这里或那里，不知道什么时候，就忽然有一个爆炸开来，射出一个α质点，或一个β质点和一个γ射线，所遗留下来的部分就成为另外一个不同的原子。

如果射出的是一个α质点，这个新元素的原子量就会有所减少，减少的数值是一个氦原子的原子量的四个单位。

科学家们还注意到一个非常奇怪的现象，这就是镭的化合物可以不断地发热，通过实验得知，每 1 克纯镭每小时可以发热大约 100 卡。

以后的结果表明，1 克镭与其产物平衡的时候，每小时发热 135 卡。这种热能的发出率，无论把镭盐放在高温或者液态空气的低温下，都不会改变， 甚至在液态氢的温度下也不至于减少。

卢瑟福认为，热能的发射同放射性有关系。丧失了射气的镭，如果以电的方法加以测量，其放射性的恢复与其发热本领的恢复保持同一速率，而其分离出来的射气发热量的变化，也与其放射性的变化相应。

在过去的漫长岁月里，人类一直无法证明有单个原子存在，我们只能够依照成万成亿的数目对原子作统计式的处理。

而现在，利用放射性，我们完全可以探索单个α质点的效应了。

如果我们运用比激发火花所必需的强度稍弱的电场对几毫米水银柱压力下的气体施加作用，这种气体就进入非常灵敏的状态。

一个α质点，因为速度极大，从而与气体分子发生碰撞，而产生成千上万的离子。这些离子，受到强电场的作用，也作急速的运动，通过碰撞而产生其他离子。

这样一来，一个α质点的总效应，就会成倍地增加，并足以使灵敏静电计的指针，在标尺上大约有 20 毫米或者更大的偏转。

卢瑟福用一个非常薄的放射物质膜，使指针转动减少到每分钟三四次， 而计出所发射的α质点的数目，由此估算出镭的寿命。计算结果表明，镭的质量在 1600 年中减少一半。

卢瑟福关于放射性的研究，最后指明了物质嬗变的可能性。

当然，一直到了后来，人们才发现了加速这些变化的人为的方法，尤其是控制住这些变化的人为的方法。

这些变化的发生完全取决于原子内部的偶然情况，并且变化发生的频率也符合人们所熟知的概率的定律。

后来，卢瑟福又发现，运用α射线进行撞击时，可以引起几种元素的原子的变化，如氮。氮的原子量为 14，它的原子是由三个氦核（共重 12）与两个氢核所组成。

在受到α质点的猛烈撞击时，氦核就被毫不客气地击破，氮原子组成成分中的氢核就以相当高的速度射出。

从这个地方，我们就可以看到，运用人力随意分裂原子即单向嬗变的可能性，此后，这种方法又被慢慢地扩大。

然而，破坏起来是轻而易举的，而建设起来却是难上加难，这不等于说我们能够用轻而简单的原子造出重而复杂的原子来。

当时，有一些证据可以表明，复杂的放射性原子发放出能量来，因此， 人们起初以为，物质的演化历程是单向的，即由复杂原子分裂为简单原子与辐射能。

但是，以后的研究证明，虽然重原子分裂时发出能量，而轻原子形成时， 也能发出能量来。

不过，当时佩兰认为，这种粒子是“气体离子”，因而，佩兰没有通过实验来讲一步研究。