第53章 镭的发现 (1)

　　前面我已经说过了，年皮埃尔在进行晶体的生成研究。暑假开始的时候，我也将淬火钢的研究完成了，并因此获得了由国家工业奖励协会颁发的少量补贴金。月份，大女儿艾莱娜出生了，我在身体复原之后，便又继续回到实验室工作，为我的博士论文做准备。

　　年，亨利·贝克莱尔发现了一个奇异的现象，吸引了我们的注意力。当时，伦琴发现了X射线，因此许多物理学家开始对荧光物质能否在阳光照射下发射出类似X射线的射线来进行研究。对此，亨利·贝克莱尔在对铀盐进行研究时，竟然意外地发现了一个现象，这个现象与他正在探寻的完全不同：铀盐能够自发地发射出射线，这种射线的性质非常独特。放射性就是这样发现的。

　　以下就是亨利·贝克莱尔发现的现象：将铀盐放在照相底片上，底片用黑纸裹得严严实实的，将它在暗处放上几天，底片上就会显出一个影像来，这个影响同在日光对铀盐进行照射的情况下得到的影像相近。这种显影是因为铀射线穿透黑纸造成的。这种铀射线可以像X射线一样，令验电器放电，使验电器四周的空气成为导电体。

　　亨利·贝克莱尔坚信，铀盐的这种特性同在暗处存放的时间长短无关，即便是将它在暗处放上数日，它的放射性的特性仍会存在。因此，就必然要问，这种能量来自何处？虽然这种能量小到几乎可以忽略不计，但它却不断地从铀盐中放射出来。

　　我们感觉对这个现象进行研究会很有意思，特别是这个现象是一个全新的问题，还无人问津。因此我决定对这一问题展开探究。

　　要进行实验研究，就必须要有研究场所。获得校长的批准，皮埃尔将一楼的一间带有玻璃门窗的屋子收拾出来让我使用。这是一间原是用作储藏室，并兼作机修间的屋子。

　　要对贝克莱尔获得的结果进行进一步的研究，就必须进行精确的定量测量。铀盐辐射出的射线于空气中所产生的传导性是最适合于进行计量的现象。这种现象名叫电离作用，X射线也具有这种现象，并且X射线的那些重要特性也是刚刚从电离现象中获知的。

　　我可以用皮埃尔和雅克·居里兄弟两个发明的仪器对铀盐辐射经过空气时令空气离子化而产生的十分微弱的电流进行测量，方法就是利用电离作用所引起的微小电流含有的电量，于一极灵敏的静电计中，同一压电石英结晶所得的电量相平衡，从而对极微小的电流进行计量。这样，我们的仪器设备就一定要有一个居里静电计和一块压电石英晶体及电离室。一个平板电容器构成了电离室，其上板同静电计相连，而下板则涂有薄薄的一层需要进行计量的物质，在下板，还需要加上一定量的电压。这种仪器在潮湿狭小的底层使用很不适合。

　　铀盐的放射性是可以被准确地测量的这一结论由我的实验结果证实了，并且铀盐的这种放射性属于铀元素的原子特性之一，它的强度只和化合物中含有铀的数量成正比，而不受化合物的化学性质同外界的光与热的影响。

　　我又开始对是否还存有一些其他的同样具有放射性质的物质进行研究，于是我将当时已知的不管是纯元素还是其化合物全部都分析研究了一遍。结果，发现只有钍的化合物能够放射出同铀类似的射线。钍的放射性强度和铀处在同一水平，而且钍的放射性也是它的特性。

　　自那时起，就必须为铀和钍等物质所显示的新性质起一个新的名称来进行确定。我建议使用“放射性”这个名字，在那之后，这一名称便被广泛使用。具有放射性的元素就开始被称为“放射性元素”了。

　　在进行研究的过程中，我不但有机会对一些简单化合物，如各种盐和氧化物，进行了分析研究，还分析了一些矿物。它们中的几种含有铀与钍的矿物也具有放射性，但是它们的放射性似乎不是很正常，因为它们所具有的放射性的强度比纯铀或是纯钍的还要强。

　　这种反常肯定令我们十分吃惊。当我非常确定这不是实验的错误时，就必须要为这种反常的现象寻出一种答案来。于是，我就假设在含有铀与钍的矿物中一定会有少量的另一种比铀或钍的放射性更强的元素。这种元素不会是人们已知的元素，因为对于已知元素，我们都已经做了分析研究，所以说，这大概是一种全新的化学元素。

　　我迫不及待地想要尽快证实这种假设。对于这个问题，皮埃尔也很感兴趣，他将他的晶体研究搁置下来——他还认为只是暂时地搁置一下呢——和我共同寻找这个全新的元素。

　　我们选取了一种在纯净状态下，放射性要比铀强四倍的，名叫沥青矿物的含铀矿石进行实验。因为经过精确的化学分析后，这种矿石的成分已经被掌握了，所以我们能够期待从中至少找到百分之一的这种新元素。到了后来，我们确实是于研究中发现了包含在铀沥青矿物中的一种新元素，但是它的含量甚微，还不够百万分之一。

　　研究过程中我们使用的是以放射性现象为基础的新化学分析法。先运用普通的化学分析法使铀沥青矿的各个组成部分相分离，然后再于合适的条件下，对各个组成部分的放射性进行计量。通过这种方法，我们就能够对分析出来的部分放射性元素的化学特性进行了解，了解到这种放射性元素于部分物质中的浓度在增强。没过多久，我们就又发现这种未知的元素主要集中于两种不同的化合物之中，所以我们确定在铀沥青矿石里，至少含有两种还不为人所知的新放射性元素，我们分别将它们命名为钋和镭。年月，我们对外宣布了钋的发现，同年月，我们又宣布了镭的发现。①

　　虽然研究进展得较为迅速，但是这项研究并没有完成。我们认为，这两种全新的放射性元素是肯定存在的，但是必须将它们分离出来，才能让化学家们认可。但是，钋和镭的含量在我们已经获得的放射性很强的（比铀要强数百倍）化合物中，却是微乎其微的。钋同铀沥青矿石中提取出来的铋相化合；镭则同钡相化合。我们已经知道用什么方法可以把钋和镭从铋与钡的化合物中分离出来。不过进行这种分离需要大量的铀沥青矿石。正是在这一研究阶段，我们因为地方狭窄，资金缺乏和人手不足而令实验受到阻碍。

　　铀沥青非常昂贵，我们无力购买足够多的矿石进行研究。这种矿石在当时的主要产地是圣约阿希姆斯塔尔，位于波希米亚，奥地利政府在那儿建立了一个矿，用来进行铀矿石开采。根据我们的推测，提炼完铀之后所抛弃的矿渣中肯定会含有镭与部分的钋，而在当时，这种矿渣被认为是废弃物。幸亏有维也纳科学院的帮助，我们才用极少的钱购到了好几吨这种矿渣来作为实验材料。开始的时候，实验所用的经费都由我们自掏腰包，到了后来才我们才得到了一点补助和一点外界的资助。

　　场所问题是最为严重的问题，我们不知道有什么地方可以让用来我们做化学分析。最后我们不得不在一个与我放置静电仪器的房间相邻的废置的仓库里进行实验。这间仓库是个木棚子，地面是沥青，棚顶是玻璃的，因为年久失修，早已破旧不堪，每到下雨就会漏雨。木棚里仅有几张破旧的松木桌子和一只很难烧热的铸铁取暖炉以及一块黑板，皮埃尔经常喜欢在那块黑板上面写写算算。木棚子里没有通风排气设备，而进行化学分析难免会产生有毒气体，所以有时候我们不得不搬到院子里去做实验。但是，一旦遇上刮风下雨，我们就只能在敞开窗户的棚子里做实验了。就是在这间破旧的棚子里，我们发现了镭。

　　在这个临时的实验室里，我们在几乎没有任何帮手的情况下干了整整两年，我们两个一起既做化学分析，又对我们所获得的渐渐增多的放射性提炼物质进行研究。到了后来，我们不得不分开各自进行：皮埃尔继续对镭的放射性进行研究，我便进行化学分析，以便对纯净的镭盐进行提取。要由我进行处理的原材料一次往往多达公斤，因此在木棚子里到处都堆放着盛满液体与沉淀物的大容器，我要搬动它们，往里面倒水，并用大铁棒对一口大铁锅里沸腾的铀沥青矿渣进行搅拌，一搅就是几个钟头，实在是非常累人。我将含有镭的钡化合物（它的成分为氧化钡）从矿石中提炼出来之后，再运用分步结晶法对其进行分离、提取。最后，全部镭元素都集中到最难溶解的化合物当中。必须使用特别精密的操作方法，才能将这种结晶提取出来，而这在我们那间木棚子里几乎是不能实现的，因为里面充满了灰尘与煤烟，肯定会影响到结晶的纯净度。一年之后我们得到的结果清楚地显示，镭元素的提取要比钋元素的提取容易得多，因此我们便集中力量先进行镭元素的提取。我们对所提取出来的镭盐进行了测定它的放射性能力的研究。我们还将一些镭盐的样本借给了好几位科学家使用，②尤其是亨利·贝克莱尔。

　　年到年间，皮埃尔和我一起发表了几篇论文，其中一篇关于镭所产生的感应放射性的发现，另一篇关于放射线的作用，如发光、化学作用等，还有一篇是对放射线所携带的电荷问题进行论述的。除此之外，还有一份有关于新的放射性物质与其放射性的总结报告。

　　皮埃尔带着他发明的对镭射线进行过测量的晶体验电器出席了年在巴黎召开的物理学会大会。此外，他还发表了一篇研究报告，是和磁场影响放射线有关的。

　　人们通过我们和其他几位科学家于这段时期内所取得的主要成认识了镭所放射出的射线的性质，并对这属于三种不同范畴的射线进行了展示。镭放射出一些带有放射性的微小粒子束，它的运行速度极快，其中那些带着正电的构成α射线，其他的那些更加细小，带着负电的构成β射线。在运动过程中，这两组射线受到磁场的影响。由γ射线组成的第三组射线，不受磁场的影响，现在，我们知道它是同光和X射线相类似的一种辐射。

　　观察到我们获得的富含镭的化合物全部能够自行发光令我们感到尤为有趣。皮埃尔曾经希望它们会有丰富的色彩，却并没有想到它们会有发光的特性，这极大地超出了他的预料。

　　年的物理学会年会为我们提供了机会，令我们能够将有关于新放射性元素的最新研究成果仔细地向国外的科学家们做一下介绍。这种新的放射性物质成了这次大会参与者们关注的焦点。

　　因为这种意想不到的发现，这一时期我们将全部身心都投入到了对在我们面前出现的新领域的研究中去了。虽然研究条件不是很好，我们仍然感到非常的幸福快乐。几乎一整天我们都要待在实验室里，午饭也就随便凑合一下。我们那破旧的木棚子里，充满着宁静而又平和的气氛。有的时候，在对一次实验完成了观察，等待结果的时候，我们便一边在木棚子里来回踱步，一边对当前与未来的研究进行谈论。当我们感觉到冷的时候，就喝一杯火炉上烧着的热茶，来暖暖身子。我们好像生活在梦境中一般，心里想着的只有实验研究。

　　有时，在吃完晚饭后，我们又会回到木棚里去瞅上一眼。由于没有地方收藏，我们的宝贝成果全都被摊放在桌子上和木板上。不管从哪个角度去看，都可以看到它们那发出微光的身影，而我们每次看到这些似乎是悬浮于黑暗之中幽幽亮光都会让我们感到无比的激动与迷恋。

　　原则上，学校没有为皮埃尔指派助手。不过，在皮埃尔任实验室主任的时候有一个帮工协助他进行操作，直到现在，只要是有时间，这个帮工仍旧会继续对他进行帮助。这个真诚的人名叫佩蒂，和我们的感情很好并且很愿意对我们进行帮助。他心地善良并且对我们的成败非常关心，因为有他帮忙，我们省却了不少的麻烦。

　　一开始，我们单独进行放射性研究。到了后来，随着任务的扩大，就越来越需要同他人进行合作了。年，学校里的一位实验室主任贝蒙就同我们临时合作过。年前后，皮埃尔同安德烈·德比埃纳相识了。后者是弗里代尔教授的助教，一位年轻的化学家，弗里代尔教授对他有很高的评价。在皮埃尔的建议下，安德烈·德比埃纳很高兴地同意了参与放射学的研究。当时，我们怀疑在铁族和稀土族元素中可能有一种新的放射性元素存在，就让安德烈专门进行这方面的研究。最后，他终于发现了这种被命名为锕的新元素。尽管他是在巴黎大学让·佩兰教授所领导的理化实验室做的这一研究，但他却经常到我们的木棚实验室里看望我们，没过多久，他就成为了我们非常亲密的朋友中的一个，后来他还成了皮埃尔父亲和我的孩子们的朋友。