放射性概述

1.1 放射性發(fā)展簡(jiǎn)史

剛剛過(guò)去的十年是物理科學(xué)界碩果累累的十年。在這期間，最引人注目和最具重大意義的新發(fā)現(xiàn)接連不斷地涌現(xiàn)。這些新的發(fā)現(xiàn)使我們的科學(xué)知識(shí)得以擴(kuò)展至更廣闊和更深遠(yuǎn)的天地，盡管它們來(lái)自不同的領(lǐng)域，然而經(jīng)過(guò)仔細(xì)考察后會(huì)發(fā)現(xiàn)，這些看似不同領(lǐng)域的研究之間都存在著密切的聯(lián)系，每一個(gè)新發(fā)現(xiàn)都為下一個(gè)發(fā)現(xiàn)提供了必要的激勵(lì)與啟發(fā)，并成為下一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的起點(diǎn)。

新發(fā)現(xiàn)的腳步是如此之快，甚至那些直接參與研究的科學(xué)家們也很難即刻把握所披露事實(shí)的全部意義。這種狀況在放射性科學(xué)領(lǐng)域更是如此。在這個(gè)領(lǐng)域中觀察到的現(xiàn)象十分復(fù)雜，而這些現(xiàn)象的運(yùn)行規(guī)律又非同尋常，以至有必要引入新的概念才能對(duì)有關(guān)現(xiàn)象加以解釋。

物理科學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元開(kāi)始于1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線和P.〖WTBX〗勒勒納德的陰極射線實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)，X射線奇特的性質(zhì)立即引起了科學(xué)界的注意，并導(dǎo)致一系列相關(guān)研究的開(kāi)展，目的不僅是為了考察射線本身的性質(zhì)，也是為了揭示射線的真正本質(zhì)和起源。

為了弄清楚X射線到底是什么，科學(xué)家們對(duì)真空管中產(chǎn)生的陰極射線進(jìn)行了更加密切仔細(xì)的研究，因?yàn)閾?jù)觀察發(fā)現(xiàn)，這些陰極射線在某種方式上與X射線的發(fā)射有著某種緊密聯(lián)系。1897年，約瑟夫·約翰·湯姆遜最終成功證明，陰極射線是由一連串?dāng)y帶負(fù)電荷并以巨大速度運(yùn)動(dòng)的粒子組成。這些粒子的表觀質(zhì)量?jī)H是氫原子的千分之一，因此，這些粒子是科學(xué)上已知的最小物體。這些粒子被稱(chēng)為“微粒子”或者“電子”，顯然，它們是所有物質(zhì)構(gòu)成的一部分，也是不可再分的最小原子組成部分。

電子假說(shuō)的提出帶來(lái)了極其豐厚的回報(bào)，這樣的假說(shuō)極大改變或者更確切地說(shuō)是延伸了以前提出的物質(zhì)構(gòu)成概念。它為物理科學(xué)打開(kāi)了十分廣闊的研究領(lǐng)域，可謂是為科學(xué)研究提供了一臺(tái)顯微鏡，可以通過(guò)這臺(tái)顯微鏡去考察化學(xué)家眼中的原子結(jié)構(gòu)。

J.J.湯姆遜通過(guò)數(shù)學(xué)模型考察了由若干旋轉(zhuǎn)電子組成的模型原子的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示，這些模型原子會(huì)以一種絕妙的方式模擬化學(xué)原子的某些根本性質(zhì)。

陰極射線具有微粒子特征的有關(guān)證據(jù)說(shuō)明，X射線的本質(zhì)和起源可能是陰極射線。G.斯托克斯、J.J.湯姆遜和J.韋查特分別獨(dú)立提出陰極射線是X射線的母體。陰極電子流中電子運(yùn)動(dòng)的突然終止會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾，該電磁干擾從受影響點(diǎn)起以光速向外傳出。從這個(gè)觀點(diǎn)可以得出結(jié)論：X射線是由若干不連貫的電磁波組成，電磁波彼此接連不斷地快速傳播但沒(méi)有固定的秩序。X射線在某些方面與極短的遠(yuǎn)紫外光相似卻又有不同，因?yàn)閄射線電磁波沒(méi)有周期性。如果X射線電磁波寬度小于原子的直徑，則根據(jù)上述理論可以得出：X射線具有穿透力，不具有直接反射、折射或極化作用這些特點(diǎn)。

對(duì)于這些X射線電磁波的本質(zhì)和性質(zhì)，J.J.湯姆遜��1在1903年的西利曼講座中已給出令人欽佩而簡(jiǎn)潔的解釋。

同一時(shí)期，科學(xué)家們還對(duì)X射線的另一個(gè)非凡性質(zhì)進(jìn)行了仔細(xì)的檢驗(yàn)。當(dāng)X射線通過(guò)一種氣體后會(huì)賦予該氣體一種新能力，也就是使帶電體快速放電的能力�？筛鶕�(jù)以下假設(shè)對(duì)這個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行圓滿解釋?zhuān)篨射線可使電中性氣體形成若干帶正電和帶負(fù)電的載體或離子。��2針對(duì)X射線這一特性進(jìn)行的研究大致有兩條截然不同的路線，一條是電學(xué)方向上的，另一個(gè)是光學(xué)方向上的。C.T.R.威爾遜��3研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下氣體經(jīng)X射線作用而產(chǎn)生的離子會(huì)成為水分子在其上發(fā)生凝結(jié)的微核。這樣每一個(gè)離子便成為可見(jiàn)的帶電小水球的中心，而帶電水球在電場(chǎng)中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。這些實(shí)驗(yàn)異常卓越地驗(yàn)證了電離理論的根本正確性，清晰地提出了電荷載體的不連續(xù)性或原子性結(jié)構(gòu)。

對(duì)離子在氣體中擴(kuò)散進(jìn)行大量研究所得到的結(jié)果使得J.S.湯森��4推斷出一個(gè)重要事實(shí)，即氣體離子攜帶的電荷在所有情況下均是相同的，且等于水電解產(chǎn)生的氫原子所攜帶的電荷。J.J.湯姆遜 5將電學(xué)方法和光學(xué)方法結(jié)合起來(lái)，求得了離子攜帶電荷的實(shí)際數(shù)值。

這個(gè)重要物理單位的測(cè)定可讓我們計(jì)算出經(jīng)電離劑作用后任意體積的空氣中存在的離子數(shù)目。除此之外，從測(cè)得的離子電荷數(shù)值還得到了迄今為止一個(gè)最準(zhǔn)確的重要推算，即在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和標(biāo)準(zhǔn)溫度下，單位體積的任何氣體中存在的分子的總數(shù)目。同時(shí)，以后會(huì)看到這個(gè)完全基于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)而得出的數(shù)值對(duì)放射性科學(xué)中各種物理量的量級(jí)估算具有極其重要的價(jià)值。

氣體的電離理論成功地應(yīng)用于解釋火焰和加熱蒸汽的傳導(dǎo)性能，以及用于闡明通過(guò)真空管放電這樣的復(fù)雜現(xiàn)象。對(duì)氣體電離理論這一影響深遠(yuǎn)的物理領(lǐng)域的有關(guān)探究，其開(kāi)端和發(fā)展均歸功于劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的J.J.湯姆遜教授和他的學(xué)生們。