探究原子的秘密，打碎原子的武器

最近的一百多年时间里，人类对微观世界的 探索 发展十分迅猛。在更早之前，人们一直认为原子是组成物质的最终组成成分，是不可能再分割的了。但是到了20世纪初，有一些伟大的物理学家发现，事实并非如此，原子里还有原子核，甚至原子核也是由更小的粒子组成的。

在1914年，英国的曼彻斯特大学里，有一个名叫马士顿的学者继续做着 α散射实验 （α散射实验是卢瑟福曾在1911年做过，他通过这个实验发现了原子核）。他发现了一些卢瑟福没有发现的现象，当α粒子与原子核产生散射作用时，有时会看见快速运动的氢原子核，他把它称为“H”粒子。由于第一次世界大战的影响，导致他们的研究中断了下来，只能偶尔利用剩余的时间在实验室里继续工作。有一次，军方邀请卢瑟福参加一次军事会议，卢瑟福用一句很有力的话回绝了这次邀请，他说： 我有理由相信，破碎的原子核比战争有更伟大的意义 。

到了1919年，第一次世界大战接近了尾声，军方忙于战后工作，所以很少来打扰卢瑟福，使他有充足的时间恢复之前的工作。有一次，他把α粒子射入一个充满氮气的容器中，在容器后放置了一个荧光屏来监测会发生什么情况。通过观察实验结果，他发现大多数情况下α粒子会被氮气吸收，但是偶尔会在荧光屏上观察到闪光现象。经过卢瑟福的思考，他认为之所以会闪光是因为有穿透力比α粒子更强的新粒子飞了出来，而这个新粒子就是氦原子受到了α粒子撞击之后变成了氧原子核，同时释放出的氢原子核。根据这一现象，他又推断出，氢原子核是所有的原子核的组成部分，他给他起了一个单独的名字叫“质子”。

这个实验具有很重要的意义，它打破人们当时的固有思维。第一次真正看到了人为导致一个元素变成另一个元素，在神话故事中的“点石成金术”在卢瑟福手中变成了现实。在之后的几年里，很多物理学家都不断重复着卢瑟福的这个实验，以便触发更多的原子核反应。他们同样用显微镜来观测荧光屏上的闪光，直到1925年在剑桥大学的卢瑟福实验室里，布莱克特用照片记录了一次原子核的蜕变过程，他当时使用的是自己设计的云室。照片中清晰的显示了氮原子核转变成氧原子核留下的粒子痕迹，他也因此获得了1948年的诺贝尔物理学奖。

在自然界中能找到使原子核转变的α粒子的数量是极其有限的，卢瑟福与其他科学家们急切需要人工能够提供比天然放射性更大的能量粒子。在1924年，剑桥大学的卢瑟福实验室里安装了一台用高压电场加速质子的装置，后来被称为 高压倍加器 。虽然这台设备确实提供了卢瑟福需要的粒子，但是却认为这台仪器太过昂贵，他们需求的粒子不至于需要如此高昂的设备，他相信还会有其他办法解决这个问题，这是他犯下的巨大失误。这样的设备在今后的科学研究中，不仅没有减少，反而在美国大量建造，并且越来越昂贵。

1932年，科克罗夫特和沃尔顿建造了世界上第一台质子静电加速器，这台加速器产生的粒子比高压倍加器产生的粒子能量高出很多。该加速器是利用巡回反复运动的带子将电荷不断的送到位于设备顶端的一个大“帽子”上，这个“帽子”实际上是一个与地面绝缘的圆形金属装置。加入到电荷后，增加“帽子”上的电压至80万伏，在这个帽子里有一个小容器里充满了氢气，质子从氢气中被解离出来，引到了长的真空玻璃管中。在玻璃管中被高压电场加速，撞向锂靶。

他们把卢瑟福原来笨重的实验装置安装到了静电加速器实验装置的底部，当一切准备就绪后，他们开始命令：关掉质子流，增高加速电压。随后质子开始轰击锂靶。沃尔顿从锂靶下面的显微镜里观察到锂原子核变成了氦原子核。他们十分激动的把他们的“老板”卢瑟福叫过来观看整个实验过程，卢瑟福在粒子加速器下面观看荧光屏，他确认闪光是由α粒子引起的。性格一向沉稳的科克罗夫特无法抑制自己激动的心情，当即冲出实验室跑到马路上大喊：“我们已经将原子分裂开了！”。

其中，锂为3个质子与4个中子；α粒子即为氦原子核（2个质子+2个中子）。

虽然在获得更高粒子能量的竞赛中，科克罗夫特和沃尔顿的技术很快被其他科学家超越了。陆续出现了能量更高更大的加速器，但是直到今天，用他们的方法使带电粒子获得一定能量的静电加速器仍然被广泛使用着。

（1）①大多数α粒子不改变方向就可以顺利穿过，是因为原子内部有较大的空间原子核体积很小，故正确．

②有少部分α粒子发生偏转，是因为原子内部有带正电荷的微粒，故错误．

③有极少数α粒子被反弹回来，是因为原子内部有质量大体积小的微粒，故正确．

（2）1919年，卢瑟福从氮原子中打出了1个质子和1个电子，最终发现原子是由位于原子中心的原子核及在核外运动的电子组成，而氢原子是由1个质子和1个电子构成的，所以打出了一个氢原子；故填：2；氢原子；

（3）从物质的变化上看，核变化与化学变化的相同点是都产生了新的物质；从原子的变化上看，核变化与化学变化的不同点是在核变化中原子本身发生了变化，而在化学变化中原子本身不变；故填：原子发生了改变．

为了让粒子穿过

金箔原子质量大,不易被打飞,第二,金箔可以做的很薄,让a粒子穿过

质子的发现1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子，并测定乐它的电荷与质量，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。他通过α粒子为物质所散射的研究，无可辩驳的论证了原子的核模型，因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道，于是他被誉为原子物理学之父

1中子、质子的发现

在早期的放射性研究中，卢瑟福已经发现放射性物质所发出的射线实际属于不同的种类，他把带正电的命名为α射线，把带负电的命名为β射线，把那些不受磁场影响的电磁波称为γ射线。1910年，卢瑟福用α粒子轰击原子，发现了原子核的存在。从而建立了原子的有核模型。

如果原子有核，那么原子核是由什么构成的呢？由于原子表现出电中性，它一定是带正电的，其带电量与核外电子所带负电量一样。1914年，卢瑟福用阴极射线轰击氢，结果使氢原子的电子被打掉，变成了带正电的阳离子，它实际上就是氢的原子核。卢瑟福推测，它就是人们从前所发现的与阴极射线相对的阳极射线，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。

1919年，卢瑟福用加速了的高能α粒子轰击氮原子，结果发现有质子从氮原子核中被打出，而氮原子也变成了氧原子。这可能是人类第一次真正将一种元素变成另一种元素，几千年来炼金术士的梦想第一次成为现实。但是，这种元素的嬗变暂时还没有实用价值，因为几十万个粒子中才有一个被高能粒子打中。到1924年，卢瑟福已经从许多种轻元素的原子核中打出了质子，进一步证实了质子的存在。

发现了电子和质子之后，人们一开始猜测原子核由电子和质子组成，因为α粒子和β粒子都是从原子核里放射出来的。但卢瑟福的学生莫塞莱（1887—1915年）注意到，原子核所带正电数与原子序数相等，但原子量却比原子序数大，这说明，如果原子核光由质子和电子组成，它的质量将是不够的，因为电子的质量相比起来可以忽略不计。基于此，卢瑟福早在1920年就猜测可能还有一种电中性的粒子。

卢瑟福的另一位学生查德威克（1891—1974年）就在卡文迪许实验室里寻找这种电中性粒子，他一直在设计一种加速办法使质子获得高能，从而撞击原子核，以发现有关中性粒子的证据。1929年，他准备对铍原子进行轰击，因为它在α粒子的撞击下不发射质子，有可能分裂成两个α粒子和一个中子。

与此同时，德国物理学家波特及其学生贝克尔已经先走一步。从1928年开始，他们就在做对铍原子核的轰击实验，结果发现，当用α粒子轰击它时，它能发射出穿透力极强的射线，而且该射线呈电中性。但他们断定这是一种特殊的γ射线。在法国，居里夫人的女婿和女儿约里奥—居里夫妇也正在做类似的实验，波特的结果一发表，就被他们进一步证实了，但他们也误认为新射线是一种γ射线。

这一年是1932年，见到德国和法国同行的实验结果后，查德威克意识到这种新射线很可能就是多年来苦苦寻找的中子。他立即着手实验，花了不到一个月的时间，就发表了“中子可能存在”的论文。他指出，γ射线没有质量，根本就不可能将质子从原子核里撞出来，只有那些与质子质量大体相当的粒子才有这种可能。其次，查德威克用云室方法测量了中子的质量，还确证了中子确实是电中性的。中子就这样被发现了。约里奥—居里后来谈到，如果他们去听了卢瑟福于1932年在法国的一次演讲，就不会坐失这次重大发现的良机，因为卢瑟福那次正好讲到自己关于中子存在的猜想。查德威克由于发现中子而获1935年度诺贝尔物理奖。

在前面的文章中，我们已经说完了电子的发现过程，电子电荷值的测量，还算出了原子的质量和体积的大小。

这些工作都是在1906年之前完成的，那到了1911年卢瑟福就宣布发现了原子核，1913年，团队成员斯莱夫测量了原子核的核电荷数，发现原子核的核电荷数和它在元素周期表中的位置序数是一样的。

这时我们就知道了氢原子核有一个单位的核电荷数，那氦就有两个，一直到92号铀元素，它的核心有92个核电荷数。

而且我们根据相对原子质量这个概念，也能够看出来，原子的质量大约就是氢原子质量的整数倍，所以这个时候人们就猜测，原子的原子核是由氢原子核以及电子构成的。

比如，在氢原子里面，就只有一个氢原子核，所以它的单位电荷数是1，相对原子质量大约也是1，那氦原子里面就应该有四个氢原子核和两个电子，这样的话才能保证电子抵消两个单位的核电荷数，留下两个，而且还能保证氦原子的质量是氢原子质量的4倍。

这样想法还不错，在当时挺好用的，根据这个规则，可以一直排列到铀元素，铀的相对原子质量为238，原子序数为92，根据设想在它的核心里面应该会有146个电子。

这就是在1932年中子发现以前，人们对原子核结构的设想，而且在期间卢瑟福的一个发现，还多多少少验证了这个想法。

就在1917年的时候，卢瑟福就发现利用α粒子轰击一些轻原子核，可以导致轻原子的核发生分裂，它当时先观察到的现象是这样的，有一次他给一些金属的表面涂上了放射性镭元素，结果发现摆在附近的硫化锌荧光屏出现了闪光。

这你可能会想，这种现象有啥奇怪的，肯定镭元素释放的α粒子撞击了荧光屏，才导致了闪光。但事情可没这么简单，卢瑟福发现荧光屏摆放的位置超过了α粒子在空气中的飞行距离。

这说明打在荧光屏上的粒子不是α粒子，那是不是β粒子呢？这东西飞的距离可比α粒子远多了，加上电磁场一测就发现这种粒子是氢原子核，也就是我们现在所说的质子。

那质子又是怎么来的？卢瑟福为了确认氢原子核的来源，就重新设计了实验，他让α粒子经过氮气，结果发现α粒子可以把氮原子核中的一个质子给敲出来，卢瑟福一测，这就是氢原子核。

那么以上就是人类最早发现的核裂变，也是发现质子的过程，其实质子也不用发现，人们已经知道有这么个东西，就是氢原子核，就像我刚才说的，人们还用这个东西去构建其他原子核呢。

那卢瑟福的实验无非就是再次证实以前的观点，再加上人们在1906年发现的放射性衰变中β粒子，也是从原子核中射出来的，所以以上的证据都表明了，原子核是由质子和电子构成的。而且卢瑟福还在1920年的时候提出了中子的概念，认为他是质子和电子复合物，电中性相对原子质量是1。很明显这跟我们今天所说的中子是不一样的。

这样的想法一直持续了几十年的时间，到了1932年，人们就发现了一个无法解释的现象，才动摇地以上的想法， 促成了中子的发现。

这个发现也跟α粒子有关，在1930年的时候，物理学家博特和贝克尔就发现，用α粒子去轰击铍元素，它释放出来的射线比质子和电子的穿透能力强得太多了，而且不能被电磁偏转，所以他俩就猜测，根据以往的经验这一定是类似于γ射线的电磁波。

到了1932年，伊伦娜和约里奥-居里，这是居里夫人的女儿和女婿，他俩就用铍射线去轰击石蜡，石蜡是一种富氢物质，里面有很多氢原子，他俩就发现铍射线可以打出石蜡中的质子。

这一点并不奇怪，但是令他们惊讶的是铍射线打出来的质子的速度非常高，速度就意味着动能，动能就是能量，他俩一算，结果发现能量在这个过程中不守恒了，如果铍射线是电磁波的话，它与质子的碰撞就属于康普顿散射，根据质子的动能我们就能算出电磁波的能量，结果发现铍射线，也就是他俩认为的电磁波所携带的能量是产生它的α粒子所携带能量的10倍。得到这个结果以后，居里夫妇没有怀疑铍射线的本质问题，而是怀疑能量在微观层面可能不守恒了，让他们错过了一次重大的发现。

查德威克在知道这件事以后，就把这件事说给了卢瑟福，它当时在卢瑟福实验室工作，由于卢瑟福之前预言过中心复合粒子的存在，而且也从轻原子核中打出过质子，所以理所当然它就猜测α粒子从铍原子核中打出来可能就是这个中性复和粒子。

查德威克发现，铍射线与氢核、氦核、氮核发生相互作用以后，这些原子核有反冲现象，就像是两个台球之间的弹性碰撞一样，他们之间简单的交换了动能，这就更加确定了铍射线是中性质量流的想法。

接下来最重要的是，要如何确定这个中性粒子的一些性质？查德威克使用的方法是这样的，它先让铍射线去撞氢核，然后测量出氢核的反冲速度，大约为33 10^7米/秒，然后用相同的铍射线去撞氮核，氮核的反冲速度为47 10^6米/秒，氮核和氢核的相对原子质量之比大约是14。

从这个关系中，查德威克经过计算，测出来的铍射线的相对原子质量大约为116，跟老师之前预测的中性复合粒子的相对原子质量差不所，当然这个偏差还是比较大的，主要是他测量出来的反冲速度不准。

在1932年的2月份查德威克就公布了以上的发现，在论文中查德威克就称这种粒子为中子，但是在他的心里跟老师一样，也是认为中子是质子和电子的复合粒子，它没有质子基本。

但有一个办法可以证明中子到底是不是质子和电子的复合物，那就是爱因斯坦的质能关系，说的是，复和粒子的内能，或者是复合粒子的质量一定要小于它的组分的质量，意思就是说现在你有两个馍，你把他俩穿在一起，他俩的质量必定要小于两个馍的质量，如果大于或者等于的话，两个馍的结合是不稳定的，或者说很难结合在一起，因为系统总是倾向于跑到更低的能量状态。

那到了1934年查德威克和哥德哈伯，就用伽马射线撞开了一个氘核，得到了质子和中子，并且测量的中子的质量，稍微大于质子加电子的质量，所以中子并不是质子和电子的复合物，那有些人会说，是不是少个中微子，也不是的，虽然中子的衰变产物是质子、电子和中微子，但这不代表中子就是那三种东西构成的。

从这以后，人们就相信了，中子跟质子一样基本，但是接下来问题就更加难缠了，人类这时就思考了这样一个问题，中子不带电，不能抵消质子的静电斥力，那它在原子核里面有啥用？到底是什么力量在对抗着质子的静电斥力，把核子黏在一起的？

最早的时候也就是1932年，海森堡就发表了一篇论文试图解答这个问题，他认为质子和中子是通过交换电子，才被绑在了原子核里面。

在这个过程中一个中子会放出一个电子，变成质子，然后质子会吸收这个电子变成中子，在交换电荷的时候，也就交换了能量和动量，产生了交换力，从这个描述中可以看出海森堡依旧把中子看成了质子和电子的复合物，所以它的理论肯定是错的。

而且到了1936年的时候，物理学家莫尔·图夫、海登伯格、霍夫斯塔特在研究质子和质子之间的散射实验的时候就发现，质子和质子之间有着非常强的相互作用力，这种力所导致的碰撞截面明显要大于电磁力，所以这就说明，质子和质子之间的作用力并不是电磁力，而且这种作用力在质子与质子之间，以及质子和中子之间的强度是一样的。

所以最终的结论是，核力和电荷没有关系，而且核力对质子和中子，所表现出来的作用强度表明，质子和中子是一对孪生兄弟。

虽然这个结论否定了海森堡关于核力的猜想，但是却验证海森堡论文中的一个思想，质子和中子是同一种粒子的不同表现形式。

因为在海森堡的论文中，它提出了描述质子和中子不同表现形式的一种全新的量子数，同为旋，这是类比自旋的概念提出来的，我们知道粒子有自旋属性，它在空间中有三个取向，X 、Y、Z，在每个取向上有两种方向的投影，比如在Z轴上电子的自旋可以朝上和朝下，分别就是+1/2和-1/2。

海森堡为了区分质子和中子的两种不同状态，就抽象了一个同位旋空间，在同位旋空间中质子和中子的同位旋是1/2，他俩的不同在于，在同位旋空间的第三分量上，也就是I3，质子同位旋的投影，也就是取向为朝上，也就是+1/2，中子同位旋的取向为-1/2。

为了简单理解，我们可以直接认为质子和中子的同位旋空间就只可以取两个方向，向上和向下。就这么简单。

在同位旋空间中，质子和中子就是同一个粒子，只不过自旋取向不同而已，我们把质子旋转一下就变成了中子，把中子转一下就变成了质子。

这个同位旋的概念在强相互作用中非常重要，而且杨米尔斯规范场的创立也跟质子和中子的同位旋是有关联的，这个我们后面在讲基本粒子的作用力的时候会说到。

如果你还没有理解同位旋的概念的话，我再举个例子，你不要把同位旋想象成什么东西在旋转，物理学家有时在起名字的时候非常的抽象，因为很多东西它就是数学概念。

我们可以把同位旋类比成电荷，对电荷来说我们可以认为它有两个取值，而同位旋有两个取向，电荷在抽象的荷空间中可以取正和负，同位旋在抽象的同位旋空间中，可以两个方向，上和下。

现在理解了吧，后面的文章中我还会再提到同位旋的。那除了核力问题以外，还有一个问题，那既然中子里面没有电子，把β射线是从哪里发射出来的？

对于这个问题，1934年费米就提出了一个新的力，也就是我们现在说的弱力，对β放射性进行了简单的阐述，不过人类要想彻底驯服弱力，理解他是如何传递作用力的，还需要再等几十年的时间。

到了这个时候，人类好像掌握了一些东西 ，感觉马上要触摸到真理了，你看质子和中子都发现了，通过他俩可以解释所有的元素，再加上电子，好像也不再需要其他任何基本粒子了，我们的世界就可以构建起来。

剩下的工作当务之急就是解释核力和弱力，但是真实的情况是人类这才发现了粒子世界的冰山一角，那从下节课开始，你就会发现铺面而来的都是各种未知的，名字超级奇怪的粒子，数量非常多，我敢保证没有人能把这些粒子的名字都记住。

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　　居里夫人

　　居里夫人简介

　　居里夫人 Marie Curie（1867-1934）法国国籍波兰科学家，研究放射性现象，发现镭和钋两种放射性元素，一生两度获诺贝尔奖，分别获得1903年诺贝尔物理学奖和1911年诺贝尔化学奖。

　　居里夫人，原名玛丽亚•斯可罗多夫•斯卡娅，1867年11月7日出生在波兰华沙的一个教师家庭。

　　作为杰出科学家，居里夫人有一般科学家所没有的社会影响。尤其因为是成功女性的先驱，她的典范激励了很多人。很多人在儿童时代就听到她的故事 但得到的多是一个简化和不完整的印象。

　　世人对居里夫人的认识。很大程度上受其次女在1937年出版的传记《居里夫人》（Madame Curie）所影响。这本书美化了居里夫人的生活，把她一生所遇到的曲折都平淡地处理了。

　　美国传记女作家苏珊·昆（Susan Quinn）花了七年时间，收集包括居里家庭成员和朋友的没有公开的日记和传记资料。终去年出版了一本新书：《玛丽亚· 居里：她的一生》（Maria Curie: A Life）,为她艰苦、辛酸和奋斗的生命历程描绘了一幅更详细和深入的图像。

　　在世界科学史上，玛丽·居里是一个永远不朽的名字。这位伟大的女科学家，以自己的勤奋和天赋，在物理学和化学领域，都作出了杰出的贡献，并因此而成为唯一一位在两个不同学科领域、两次获得诺贝尔奖的著名科学家。爱因斯坦在评价居里夫人一生的时候说：

　　“她一生中最伟大的功绩——正面放射性元素的存在并把它们分离出来——所以能够取得，不仅仅是靠大胆的直觉，而且也靠着难以想像的和极端困难的情况下工作的热忱和顽强。这样的困难，在实验科学的历史中是罕见的。居里夫人的品德力量和热忱，哪怕只有一小部分存在于欧洲的知识分子中间，欧洲就会面临一个比较光明的未来。”

　　一、靠自学走进巴黎大学

　　玛丽·居里出生于波兰华沙，她是家中5个子女中最小的。她的父亲是一名收入十分有限的中学数理教师，妈妈也是中学教员。玛丽的童年是不幸的，她的妈妈得了严重的传染病，是大姐照顾她长大的。后来，妈妈和大姐在她不满10岁时就相继病逝了。她的生活中充满了艰难。这样的生活环境不仅培养了她独立生活的能力，也使她从小就磨炼出了非常坚强的性格。

　　玛丽从小学习就非常勤奋刻苦，对学习有着强烈的兴趣和特殊的爱好，从不轻易放过任何学习的机会，处处表现出一种顽强的进取精神。从上小学开始，她每门功课都考第一。15岁时，就以获得金奖章的优异成绩从中学毕业。她的父亲早先曾在圣彼得堡大学攻读过物理学，父亲对科学知识如饥似渴的精神和强烈的事业心，也深深地薰陶着小玛丽。她从小就十分喜爱父亲实验室中的各种仪器，长大后她又读了许多自然科学方面的书籍，更使她充满幻想，她急切地渴望到科学世界探索。但是当时的家境不允许她去读大学。19岁那年，她开始做长期的家庭教师，同时还自修了各门功课，为将来的学业作准备。这样，直到24岁时，她终于来到巴黎大学理学院学习。她带着强烈的求知欲望，全神贯注地听每一堂课，艰苦的学习使她身体变得越来越不好，但是她的学习成绩却一直名列前茅，这不仅使同学们羡慕，也使教授们惊异，入学两年后，她充满信心地参加了物理学学士学位考试，在30名应试者中，她考了第一名。第二年，她又以第二名的优异成绩，考取了数学学士学位。

　　1894年初，玛丽接受了法兰西共和国国家实业促进委员会提出的关于各种钢铁的磁性科研项目。在完成这个科研项目的过程中，她结识了理化学校教师皮埃尔·居里，他是一位很有成就的青年科学家。用科学为人类造福的共同意愿使他们结合了。玛丽结婚后，人们都尊敬地称呼她居里夫人。1896年，居里夫人以第一名的成绩，完成了大学毕业生的任职考试。第二年，她又完成了关于各种钢铁的磁性研究。但是，她不满足已取得的成绩，决心考博士，并确定了自己的研究方向。站到了一条新的起跑线上。

　　二、镭之光

　　1896年，法兰西共和国物理学家贝克勒尔发表了一篇工作报告，详细地介绍了他通过多次实验发现的铀元素，铀及其化合物具有一种特殊的本领，它能自动地、连续地放出一种人的肉眼看不见的射线，这种射线和一般光线不同，能透过黑纸使照像底片感光，它同伦琴发现的伦琴射线也不同，在没有高真空气体放电和外加高电压的条件下，却能从铀和铀盐中自动发生。铀及其化合物不断地放出射线，向外辐射能量。这使居里夫人发生了极大的兴趣。这些能量来自于什么地方？这种与众不同的射线的性质又是什么？居里夫人决心揭开它的秘密。1897年，居里夫人选定了自己的研究课题－－对放射性物质的研究。这个研究课题，把她带进了科学世界的新天地。她辛勤地开垦了一片处女地，最终完成了近代科学史上最重要的发现之一－－发现了放射性元素镭，并奠定了现代放射化学的基础，为人类做出了伟大的贡献。

　　在实验研究中，居里夫人设计了一种测量仪器，不仅能测出某种物质是否存在射线，而且能测量出射线的强弱。她经过反复实验发现：铀射线的强度与物质中的含铀量成一定比例，而与铀存在的状态以及外界条件无关。

　　居里夫人对已知的化学元素和所有的化合物进行了全面的检查，获得了重要的发现在：一种叫做钍的元素也能自动发出看不见的射线来，这说明元素能发出射线的现象决不仅仅是铀的特性，而是有些元素的共同特性。她把这种现象称为放射性，把有这种性质的元素叫做放射性元素。它们放出的射线就叫“放射线”。她还根据实验结果预料：含有铀和钍的矿物一定有放射性；不含铀和钍的矿物一定没有放射性。仪器检查完全验证了她的预测。她排除了那些不含放射性元素的矿物，集中研究那些有放射性的矿物，并精确地测量元素的放射性强度。在实验中，她发现一种沥青铀矿的放射性强度比预计的强度大得多，这说明实验的矿物中含有一种人们未知的新放射性元素，且这种元素的含量一定很少，因为这种矿物早已被许多化学家精确地分析过了。她果断地在实验报告中宣布了自己的发现，并努力要通过实验证实它。在这关键的时刻，她的丈夫比埃尔·居里也意识到了妻子的发现的重要性，停下了自己关于结晶体的研究，来和她一道研究这种新元素。经过几个月的努力，他们从矿石中分离出了一种同铋混合在一起的物质，它的放射性强度远远超过铀，这就是后来被列在元素周期表上第84位的钋。几个月以后，他们又发现了另一种新元素，并把它取名为镭。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估计太乐观了。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。

　　科学的道路从来就不平坦。钋和镭的发现，以及这些放射性新元素的特性，动摇了几世纪以来的一些基本理论和基本概念。科学家们历来都认为，各种元素的原子是物质存在的最小单元，原子是不可分割的、不可改变的。按照传统的观点是无法解释钋和镭这些放射性元素所发出的放射线的。因此，无论是物理学家，还是化学家，虽然对居里夫人的研究工作都感到有兴趣，但是心中都有疑问。尤其是化学家们的态度更为严谨。为了最终证实这一科学发现，也为了进一步研究镭的各种性质，居里夫妇必须从沥青矿石中分离出更多的、并且是纯净的镭盐。

　　一切未知的世界都是神秘的。在分离新元素的研究工作开始时，他们并不知道新元素的任何化学性质。寻找新元素的唯一线索是它有很强的放射性。他们据此创造了一种新的化学分析方法。但是他们没有钱，没有真正的实验室，只有一些自己购买或设计的简单的仪器。他们出于工作效率的考虑，分头开展研究。由居里先生试验确定镭的特性；居里夫人则继续提炼纯镭盐。

　　有志者事竟成！大自然的任何奥秘都会都会被那些向它顽强攻关的人们揭开。1902年年底，居里夫人提炼出了十分之一克极纯净的氯化镭，并准确地测定了它的原子量。从此镭的存在得到了证实。镭是一种极难得到的天然放射性物质，它的形体是有光泽的、象细盐一样的白色结晶。在光谱分析中，它与任何已知的元素的谱线都不相同。镭虽然不是人类第一个发现的放射性元素，但却是放射性最强的元素。利用它的强大放射性，能进一步查明放射线的许多新性质。以使许多元素得到进一步的实际应用。医学研究发现，镭射线对于各种不同的细胞和组织，作用大不相同，那些繁殖快的细胞，一经镭的照射很快都被破坏了。这个发现使镭成为治疗癌症的有力手段。癌瘤是由繁殖异常迅速的细胞组成的，镭射线对于它的破坏远比周围健康组织的破坏作用大的多。这种新的治疗方法很快在世界各国发展起来。在法兰西共和国，镭疗术被称为居里疗法。镭的发现从根本上改变了物理学的基本原理，对于促进科学理论的发展和在实际中的应用，都有十分重要的意义。

　　三、金子一般的心灵

　　由于居里夫妇的惊人发现，1903年12月，他们和贝克勒尔一起获得了诺贝尔物理学奖。他们夫妇的科学功勋盖世，然而他们却极端藐视名利，最厌烦那些无聊的应酬。他们把自己的一切都献给了科学事业，而不捞取任何个人私利。在镭提炼成功以后，有人劝他们向政府申请专利权，垄断镭的制造以此发大财。居里夫人对此说：“那是违背科学精神的，科学家的研究成果应该公开发表，别人要研制，不应受到任何限制”。“何况镭是对病人有好处的，我们不应当借此来谋利”。居里夫妇还把得到的诺贝尔奖金，大量地赠送别人。

　　1906年，居里先生不幸因车祸而去世，居里夫人承受着巨大的痛苦，她决心加倍努力，完成两个人共同的科学志愿。巴黎大学决定由居里夫人接替居里先生讲授物理课。居里夫人成为著名的巴黎大学有史以来第一位女教授，还是在他们夫妇分离出第一批镭盐的时候，就开始了对放射线各种性质的研究。仅1889年到1904年间，他们就先后发表了32篇学术报告，记录了他们在放射科学上探索的足迹。1910年，居里夫人又完成了《放射性专论》一书。她还与人合作，成功地制取了金属镭。1911年，居里夫人又获得诺贝尔化学奖。一位女科学家，在不到10年的时间里，两次在两个不同的科学领域里获得世界科学的最高奖，这在世界科学史上是独一无二的事情！

　　1914年，巴黎建成了镭学研究院，居里夫人担任了学院的研究指导。以后她继续在大学里授课，并从事放射性元素的研究工作。她毫不吝啬地把科学知识传播给一切想要学习的人。她从16岁开始，成年累月地学习、工作，整整50年了。但她仍不改变那严格的生活方式。她从小就有高度的自我牺牲精神，早年她为了供姐姐上学，甘愿去别人家里做佣人。在巴黎求学期间，为了节约灯油和取暧开支，她每天晚上都在图书馆读书，一直到图书馆关门才走。提取纯镭所需要的沥青铀矿，在当时是很贵重的，他们从自己的生活费中一点一滴地节省，先后买了8、9吨，在居里先生去世后，居里夫人把千辛万苦提炼出来的，价值高达100万金法郎以上的镭，无偿地赠送给了研究治癌的实验室。

　　1932年，65岁的居里夫人回到祖国，参加“华沙镭研究所”的开幕典礼。居里夫人从青年时代起就远离祖国，到法兰西共和国求学。但是她时刻也没有忘记自己的祖国。小时候，她的祖国波兰被沙俄侵占，她就非常痛恨侵略者。当他们夫妇从矿物中分离出新元素以后，她把新元素命名为钋。这是因为钋的词根与波兰国名的词根一样。她以此表示对惨遭沙俄奴役的祖国的深切怀念。

　　1937年7月14日，居里夫人病逝了。她最后死于恶性贫血症。她一生创造、发展了放射科学，长期无畏地研究强烈放射性物质，直至最后把生命贡献给了这门科学。她一生中，共得过包括诺贝尔奖等在内的10种著名奖金，得到国际高级学术机构颁发的奖章16枚；世界各国政府和科研机构授予的各种头衔多达100多个。但是她一如既往地那样谦虚谨慎。伟大的科学家阿尔伯特·爱因斯坦评价说：“在我认识的所有著名人物里面，居里夫人是唯一不为盛名所颠倒的人。”

　　附录：居里夫妇年表(1867—1934)

　　1867年11月7日

　　生于波兰王国华沙市一个中学教师的家庭。父亲乌拉狄斯拉夫·斯可罗多夫斯基是中学的数学教师，母亲布罗尼斯洛娃·柏古斯卡·斯可罗多夫斯卡是女子寄宿学校校长。幼名玛丽亚·斯可罗多夫斯卡。玛丽亚行五，上有三姐一兄，即苏菲、布罗尼施拉娃、海伦娜和哥哥约瑟夫。

　　当时波兰处于俄国沙皇亚历山大二世(1818—1881)统治下。

　　1868年 一岁

　　父亲斯可罗多夫斯基任诺佛立普基公立中学副督学。母亲体弱，患肺病，不得已辞去女校校长职。

　　全家搬离费瑞达路那座住了八年的屋子。

　　1873年 六岁

　　父亲被俄国当局降职降薪。为了补贴家用，在家收寄宿生，辅导学业。最初只有两三人，后增至十人。

　　玛丽亚进私立寄宿学校，校长是西科尔斯卡女士。

　　1879—1878年 九岁一十一岁

　　大姐(1876年)因患斑疹伤寒，母亲(1878)因长期患肺病先后不治去世。

　　1881年 十四岁

　　离开寄宿学校，转入俄国管理的公立中学校。

　　俄国沙皇亚历山大二世被刺，亚历山大三世(1844—1894)即位。

　　1882年 十五岁

　　法国青年学者比埃尔·居里（1859年5月15日生，时年二十三岁）受聘于巴黎市理化学校，任物理实验室主任。

　　他与胞兄雅克·居里共同发明居里静电计。

　　1883年 十六岁

　　6月：中学毕业。公立中学校方，特别是德文教师巴斯特·麦丁、学监梅叶女士顽固地执行俄国当局的民族压迫政策。

　　毕业后去波兰南部乡间亲戚处度假。有时与少年伙伴越境去加里西亚丛山中游玩，借以大声说波兰语，放声唱波兰歌。

　　1884年 十七岁

　　9月：回华沙。在城内担任家庭教师。

　　参加波兰爱国青年定期秘密聚会的“流动大学”，听课，做科学实验，并担任扫盲工作。

　　1886年 十九岁

　　1月：到普罗克、斯茨初基、索波特担任家庭教师。为资助二姐布罗妮施拉娃前往巴黎深造（华沙的大学不收女生），并为自己升学积攒费用。

　　1891年 二十四岁

　　9月：赴巴黎求学。

　　11月：进入索尔本大学（即巴黎大学）理学院物理系。

　　1893年 二十六岁

　　7月：通过物理学学士学位考试。

　　从华沙方面获得“亚历山大奖学金”六百卢布，解决了她的经济困难，得以继续在法国深造。

　　比埃尔·居里发明不用砝码的精确天平——居里天平。

　　10月：英国物理学家汤姆生（克尔文勋爵，1824—1907）渡海访问居里。

　　1894年 二十七岁

　　接受国家工业促进委员会有报酬的研究钢铁磁性的任务，以补充学习费用的不足。

　　4月：经波兰学者、瑞士福利堡大学物理学教授约瑟夫·科瓦尔斯基的介绍，与比埃尔·居里结识，以便利用居里领导的设备较好的实验室。

　　7月：通过数学学士学位考试。

　　收到比埃尔·居里的论文《论物理现象中的对称原理：电场和磁场的对称性原理》。

　　比埃尔·居里发现顺磁质的磁化率与绝对温度(T)成反比，初称居里定律。后在1907年经法国物理学家韦斯进一步研究，予以精0确化，命名为居里一韦斯定律，方程：X=C/(T－Q)铁磁物质的转变温度称为居里点(Q)，达到此温度，失去铁磁性，呈顺磁性。

　　俄国沙皇尼古拉二世(1868—1918)即位。

　　1895年 二十八岁

　　3月：比埃尔·居里（三十六岁）通过博士学位考试，论文题目是：《在各种温度下物质的磁性》。旋任理化学教教授。

　　4月：玛丽·斯可罗多夫斯卡的论文《铀和钍的化合物之放射性》，由李普曼宣读于科学院。

　　7月26日：玛丽与比埃尔·居里在巴黎郊区梭镇结婚。

　　玛丽·居里任女子中学教师。

　　12月：维尔茨堡大学校长、德国物理学家伦琴(1845—1923)发现X射线，提出《关于一种新射线的初步报告》等三篇研究报告。此射线按惯例称为“伦琴射线”，但后来通称X射线。

　　1896年 二十九岁

　　3月：法国物理学家柏克勒尔(1852—1908)研究铀盐，发现铀的放射性，时称柏克勒尔射线。

　　8月：玛丽通过大学毕业生担任教师的职称考试。

　　得到理化学校校长舒曾伯格(1827—1897)的支持，玛丽谋得职位，在该校物理实验室工作，与比埃尔（室主任）共事。

　　瑞典化学家诺贝尔(1833—1896)去世。

　　1897年 三十岁

　　论文：《回火钢的磁化作用》。

　　9月12日：长女伊雷娜·居里出生。

　　居里的母亲去世。

　　1898年 三十一岁

　　发现钍的放射性：上年末或本年初德国化学家施密特(1865—1949)也独立作出发现。

　　7月：居里夫妇向科学院提出《论沥青铀矿中一种放射性新物质》，说明发现新的放射性元素84号，比铀强四百倍，类似铋，居里夫人建议以她的祖国波兰的名字构造新元素的名称钋(Polonium)。

　　从此居里夫妇密切合作，共同研究，建立最早的放射化学工作方法。

　　12月：居里夫妇和同事贝蒙特向科学院提出《论沥青铀矿中含有一种放射性很强的新物质》，说明又发现新元素88号，放射性比铀强百万倍，命名为镭(Radium)。

　　玛丽·居里关于发现新元素钋的报告，用波兰文在华沙《斯维阿特罗》画报月刊上发表。

　　1899年 三十二岁

　　经过法国科学院通讯院士、维也纳大学地质学教授绪斯(1831—1914)建议，由维也纳科学院交涉，得到奥地利政府馈赠，从所属捷克圣约阿希姆斯塔尔矿领到沥青铀矿残渣一吨，供提炼纯镭之用。

　　论文三篇：《感应放射性研究》（合作者：德比尔纳）、《镭射性的化学作用》、《在放射性作用中同时引起的电荷》。

　　居里夫人研究镭时，发现在射线作用下空气有臭氧生成，并注意到射线使玻璃和瓷器赋色，这就导致辐射化学的建立，研究辐射所引起的化学反应。

　　把镭分给卢瑟福、柏克勒尔、维拉得(1860—1934)、保尔生等科学界、医学界人士使用。

　　10月：比埃尔的学生、化学家德比尔纳(1874—1949)用氢氧化铵与稀土元素共同沉淀分离出沥青铀矿中所含第三种新的放射性元素锕(Actinitum)。他后来参加提炼纯镭工作。

　　原子物理学家卢瑟福(1871—1937)发现他所说的镭射气、钍射气，即放射性惰性气体氡(Radon)。不久德国的唐恩(1848—？)也于1900年发现了镭射气。卢瑟福据放射性辐的贯穿本领区分α射线、β射线及γ射线。

　　德国物理学家埃尔斯特(1854—1920)和盖特尔(1855—1923)发现发射粒子的衰变定律。

　　法籍犹太军官德雷福斯(1859—1935)蒙冤，作家左拉(1840—1902)发表《我控诉》要求无罪释放。比埃尔·居里参加上述斗争，主持正义，抗议政府的错判。

　　1900年 三十三岁

　　3月：比埃尔在综合工艺学校得到导师职务。

　　玛丽在巴黎西南的赛福尔女子高等师范学校任教，讲授物理学。

　　玛丽的论文《论放射性钡化物的原子量》。

　　居里夫妇在巴黎国际物理学会上宣读论文《论新放射性物质及其所发射线》

　　10月：经彭加勒(1854—1912)推荐，比埃尔到索尔本大学为医科学生开设的物理、化学、博物学讲座(P．C．N．)任教。

　　两位德国学者瓦尔柯夫和吉泽尔宣称镭对生物组织有奇特效应。后经居里夫妇证实镭射线会烧灼皮肤。

　　1901年 三十四岁

　　居里夫妇的论文《论放射性元素》。

　　比埃尔·居里与德比尔纳的论文《论镭盐引起的感应放射性》。比埃尔·居里与柏克勒尔的论文《镭射线的生理作用》。

　　瑞典科学院诺贝尔奖金委员会开始按照诺贝尔遗嘱办理奖金颁发事宜，德国物理学家威廉·伦琴由于发现X射线于1901年首次获物理学奖。

　　1902年 三十五岁

　　经过三年又九个月的提炼，居里夫妇从数吨残渣中分离出微量（一分克）氯化镭RaCl2，测得镭原子量为225，后来得到的精确数为226。

　　玛丽的论文《论镭的原子量》。

　　比埃尔的论文《论时间的绝对计算》。

　　比埃尔的学生（1888年）郎之万(1872—1946)到老师手下工作，从事磁学研究，直到1904年转往法兰西科学院。

　　德国化学家麦克华特独立发现类碲，后来弄清即为钋。

　　俄国化学家门捷耶夫(1834—1907)来实验室参观访问，共同探讨放射性问罪。

　　1903年 三十六岁

　　6月：玛丽向索尔本大学提出博士论文《放射性物质的研究》，获理学博士学位。

　　比埃尔的论文《论感应放射性及镭射气》。比埃尔与拉伯德的论文《论镭盐自动释放的热量》，他们注意到镭的化合物不断发热，每克镭每小时发热一百卡。

　　10月10日：我国作家鲁迅以笔名自树在东京出版的《浙江潮》月刊第八期上首次发表介绍镭的文章《说》。文中把居里夫人译作“古篱夫人”。是镭的旧译。

　　12月：瑞典科学院诺贝尔奖金委员会宣布把本年度诺贝尔物理学奖授予亨利·柏克勒尔和居里夫妇，以奖励前者发现天然放射性，后者对天然镭放射现象所进行的研究。

　　1904年 三十七岁

　　1月：《镭》杂志创刊，主编：丹讷(1872—1935)。丹讷于1901年就在比埃尔指导下进行研究。

　　比埃尔和生物学家布沙尔(1837—1915)（巴尔塔沙尔）的论文《镭射气的生理作用》，这方面的研究后来导致发明居里疗法，即镭疗法。

　　比埃尔和拉伯德的论文《论温泉所发气体的放射性》。

　　夏季：比埃尔风湿症发作，无法赴瑞典领奖。稍后，瑞典方面把诺贝尔奖状、奖章、奖金（折合七万法郎）交法国公使转交。

　　10月：比埃尔蒙索尔本大学校长李亚尔推荐，受聘为该校理学院新设物理学讲座正式教授。

　　11月：玛丽任索尔本大学理学院物理实验室主任。

　　12月：次女艾芙·居里出生。

　　1905年 三十八岁

　　6月：居里夫妇前往斯德哥尔摩瑞典科学院，履行诺贝尔奖金获得者须亲自前往领奖并做学术讲演的规定。

　　7月：比埃尔当选法兰西科学院院士。

　　1906年 三十九岁

　　4月19日：比埃尔被运货马车辗压致死，享年四十七岁。

　　玛丽谢绝教育部提出以故居里教授遗孀身份领取国家怃恤金办法。

　　5月：受聘于索尔本大学理学院，接替比埃尔讲授物理学课程，年薪一万法郎。11月开讲，讲题为：电与导电材料关系的现代理论。

　　7月10日：郎之万《居里先生著作简介》发表于《每月评论》。

　　1907年 四十岁

　　居里夫人设法接受五六个研究生。两年内接受美国卡内基奖学金三名研究名额。

　　提炼得纯氯化镭，并测得原子量为226。

　　和友人郎之万、佩韩(1870—1942)等合办儿童学习班，指导伊雷娜·居里、弗兰西·佩韩等科学家的子弟约八九人的学习，前后办两年。郎之万教数学，玛丽教物理，佩韩教化学，亨利·穆敦教博物，佩韩夫人等教文史。

　　1908年 四十一岁

　　为《比埃尔·居里著作集》撰序，追述作者的业绩。该书由法国物理学会委托郎之万（和谢纳沃？）编辑，出版于巴黎。

　　晋升为教授。

　　1909年 四十二岁

　　德文论文《镭的原子量》发表于《放射性和电子学年刊》第三十八卷。

　　伊雷娜·居里入正规学校就读。

　　1910年 四十三岁

　　2月：比埃尔的父亲欧仁·居里大夫去世。

　　和德比尔纳合撰的论文《论钋》发表于《镭》杂志。

　　《论放射性》两卷出版。

　　提炼出纯镭元素，测定到各项物理化学性质，还测定氡(Radon)和若干其他元素的半衰期，整理出放射性元素蜕变的系统关系。

　　9月：参加在比利时布鲁塞尔举行的放射学会议。普朗克、爱因斯坦、卢瑟福、郎之万均出席。

　　发表《放射性系数表》。

　　受命制备21毫克金属镭，封存于小试管，存放于巴黎国际度量衡标准局。

　　1911年 四十四岁

　　1月：接受友人建议，竞选法兰西科学院院士。许多正派的科学家、公正的社会人士热烈支持，巴黎《求精报》于1月9日学院审查资格之日以头版显著版面发表玛丽·居里照片和手迹，表达了公众的热切愿望。终因院内顽固派及一些人的反对竟以一票之差落选。

　　10月：参加在布鲁寒尔举行的第二次索耳未量子学会议。

　　12月：瑞典科学院诺贝尔奖金委员会宣布以本年度化学奖授予玛丽·居里，以奖励她发现镭、钋元素的化学性质，推进了化学研究。

　　前往斯德哥尔摩领奖，并做学术讲演。守寡的姊妹布罗妮施拉娃和长女作陪。

　　1912年 四十五岁

　　5月：接见波兰教授代表团。该团持波兰作家显克微支(1846—1916)函前来，居里夫人同意指导在华沙建立放射学实验室。

　　12月：因病住院疗养。

　　论文《放射性的测量和镭的标准》发表于《物理学杂志》第二期。

　　前往法国西端布列塔尼半岛。

　　1913年 四十六岁

　　夏季：接受肾手术后，应英国友人艾尔敦夫人之邀，前往英国休养。

　　参加不列颠学会在伯明翰举行的会议。会见卢瑟福。卢瑟福1910年在布鲁塞尔会议上见到居里夫人后，在家信中提到居里夫人“她脸色苍白，疲劳过度，看上去比她的年龄老得多，工作太劳累，身体很虚弱，总之，看了她的样子真叫人难过”。

　　论文《放射性物体的照射》发表。

　　前往华沙为放射学实验室落成揭幕。

　　1914年 四十七岁

　　7月：由巴斯德研究院院长罗医师建议而设立的镭学研究所，其生物学和居里疗法实验室，即居里楼落成。居里夫人担任研究院理事会理事。

　　论文《放射性元素及其分类》发表于《每月评论》。

　　7月：第一次世界大战爆发。

　　把价值高昂的实验用镭一克（时值一百万法郎，十五万美元）密封入五十磅重铅罐，秘存一银行保险库，以免战乱失落。

　　接受法国妇协（即法国红十字会）委派，负责放射部工作，指导各地X射线照相工作，配合战地救护。

　　1915年 四十八岁

　　从索尔本大学物理学实验室迁入镭学研究院放射学实验室。

　　奔波于国内外各地，指导十八个战地医服务队。

　　1916年 四十九岁

　　在镭学研究院为卫生员开设辐射学速成课，教医生学会寻找人体中异物（例如：弹片）位置的新法，受协约国军方赞许。

　　接受伊雷娜（十九岁）、马施·克莱因（后来的比埃尔·韦斯夫人）等为助手。

　　1917年 五十岁

　　5月：和郎之万、佩韩等会见英国友人卢瑟福、布里奇（皇家海军中校）等，后者代表英国政府参加英法联合委员

（1）  + ；（2）见解析。

（1）核反应方程是     + （2）由（1）可知, 该射线不带电, 是由电中性的粒子流组成的 由于g射线是高速光子流, 而该射线速度不到光速的十分之一, 因此它不是g射线 设该粒子的质量为m, 轰击氢核和氮核时速度为v, 打出氢核后粒子速度变为v 1 , 打出氮核后粒子速度变为v 2 ．由于碰撞中没有机械能的损失, 且被打出的氢核和氮核的速度均为最大值, 表明该粒子与氢核及氮核的碰撞为弹性碰撞 根据动量守恒和机械能守恒, 在打出氢核的过程中, 有 mv = mv 1 +M H v H mv 2 = mv 1 2 + M H v H 2 解得                v H = 同理，在打出氮核的过程中, 有    mv = mv 2 +M N v N    mv 2 = mv 2 2 + M N v N 2      解得                v N =    根据v H 、v N 的表达式及  , 解得  m = M H   即该粒子的质量与氢核（质子）质量相同, 因此这种不知名的电中性粒子是中子。