高三物理 第二十二章 原子核 二、天然放射现象、衰变(备课资料)

1、备课资料一、贝克勒耳与放射性的发现Antoine Henri Becquerel(18521908)是法国物理学家.1852年11月15日诞生于法国巴黎的一个科学世家.祖父、父亲都是法国科学院院士，自然博物馆物理学教授，长期从事荧光物质物理、化学性质的研究.贝克勒耳幼年由父亲进行正规的家庭教育，偏爱自然科学.1872年他在巴黎一所公立中学毕业后，考入巴黎工业大学，两年后进入桥梁建筑学院，毕业后进国家桥梁公路工程局当工程师.1878年任巴黎自然博物馆助理研究员.1888年贝克勒耳以磁场中平面偏振光的研究取得巴黎理学院授予的博士学位.1889年当选为法国科学院院士.1892年任巴黎自然博物馆和巴黎

2、工业大学教授.1894年升任国家桥梁公路工程局总工程师.1903年贝克勒耳因为发现自发放射性现象和皮埃尔居里夫妇同获贝尔物理学奖.1908年当选为法国科学院院长.贝克勒耳还荣任英国伦敦皇家学会外国会员、柏林科学院外国院士.由于在没有防护的情况下长期接触放射性物质，贝克勒耳的健康受到了极大的损害.他刚年过半百，身体就垮了下来.当时医生劝他休养，他却舍不得离开实验室，语气坚决地对医生说：“除非把我的实验室搬到我疗养的地方，否则我决不离开！”1908年8月24日，放射线终于夺去了贝克勒耳的生命，他的遗体安葬在布里坦尼的克鲁席克，终年56岁.后人为纪念这位放射性研究的先驱者，特地把放射性活度的单位命名

3、为“贝克勒耳”，简称“贝克”.贝克勒耳早期的研究几乎全部是光学方面的.他的第一项研究课题(18751882)是有关磁场使平面偏振光的旋转（法拉第效应），接着又研究地磁对大气的影响.后来他转去研究红外光谱.他利用某些磷光晶体在红外光照耀下的光释进行视觉观察，研究晶体及其他有关物质对光的吸收，特别是研究光对偏振平面及其传播方向的依赖性(18861888).由于这些研究，1888年他获得巴黎大学科学部博士学位，并于1889年被选进科学院.同年，他又被提升为公路桥梁方面的高级工程师.A.-H.贝克勒耳发现放射性，与当时W.K.伦琴发现的X射线有关.在对X射线本性进行探索时，A.-H.贝克勒耳推测荧光和

4、X射线可能是由于同一机理产生的，因而一切荧光现象都可能伴随有X射线.他用钾铀酰酸盐（一种荧光晶体）放在用黑纸封闭的照相底版上，经日光照射这种晶体，看照相底版是否感光，来检验他的这种猜想，结果照相底版上果然有晶体的雾翳像.这样A.-H.贝克勒耳就认为他的推测被证实了，并于1896年2月24日将此实验报告送交法国科学院.在继续实验中，有一次因阴天而受阻，他把铀盐晶体和黑纸包裹的底版一起放在暗室抽屉里.由于钾铀酰硫酸盐晶体的荧光在脱离照射光源后会很快熄灭，照原先推论，在不受日光照射的情况下，底版上不应出现晶体的雾翳像.出乎意外的是，当显影后度版上同样出现晶体的雾翳像.他用不发荧光的铀化合物进行实验，

5、也在照相底版上形成雾翳像，可以说明这种穿透性射线和荧光无关.他又用其他发光晶体进行实验，发现只有含铀的晶体才产生穿透射线.最后，他再用纯铀进行实验，发现其穿透性辐射强度比钾铀酰硫酸盐要高三四倍.这就最后证实，穿透性射线是从晶体中的铀发出的，发出射线是铀元素的一种特性.他又用实验证明，这种射线，像X射线一样能使周围的气体电离；但又和X射线不同，它可被电场或磁场偏转.因此，当时称这种射线为贝克勒耳射线.后经G.C.N.施密特，特别是居里夫妇的努力，发现钍、钋、镭等都放射这种射线，从而把这种现象定名为放射性，把这类物质称作放射性物质.A.-H.贝克勒耳和居里夫妇在研究放射性的工作上是相互启发、交替进

6、行的.当居里夫妇在A.-H.贝克勒耳的工作基础上发现更多元素的放射性之后，A.-H.贝克勒耳又做了两项重要工作.1900年3月26日他从镭射线在电场和磁场中的偏转角度，测出射线中含有带负电的粒子，其速度为1.61010 cm/s，荷质比为10-10 kg/C.他断定这种粒子和J.J.汤姆孙所发现的电子一样，后来定名为射线.第二个重要工作是1904年最先发现了放射衰变（从一种元素转变为另一元素）.A. -H.贝克勒耳发现天然放射性，标志着原子核物理学的开始.由此他和居里夫妇共同获得1903年的诺贝尔物理学奖.贝克勒耳受到伦琴和彭加勒关于研究X射线实验的启发，准备用荧光物质寻找X射线.如前所述，他

7、无意中发现了放射性.他的发现又启发了居里夫人，投入了关于物质的放射性的研究.可以说，源于法国的X射线热潮，引发了法国的放射性研究.从此，贝克勒耳与居里夫妇在共同的研究中过往甚密.传说居里夫妇曾将自己提炼的镭盐赠与贝克勒耳.而后者将这点宝贝放到自己马甲口袋中带回自己的实验室.导致了自己胸部的一块灼伤，治疗1个半月方才痊愈.这件事与居里先生有意在自己身上做同样的实验效果相似，曾成为镭放射性治癌应用的实验依据.同时，几位科学巨人的交流与交往，也使我们了解到20世纪初欧洲物理学发展的蓬勃兴旺.二、居里夫妇及其对放射性的研究皮埃尔居里(Pierre Curie)(18591906)是法国著名的物理学家“

8、居里定律”的发现者，1859年5月15日出生于法国巴黎，他是医生尤金居里博士的次子.他从小聪明伶俐，喜欢独立思考，又富于想像力，天资出众，爱好自然，因为学校的常规教育和训练不利于他的智力发展，居里大夫便采取断然措施，先是留他在家里由他自己亲自精心培养，然后把他托付给一位学识渊博的家庭教师去教导，这种旨在造就人材的自由教育方式对皮埃尔居里的成长颇有显著成效.为了进一步学习，1875年，年仅16岁的皮埃尔到了索邦，当时他的哥哥雅克保罗居里(Jacques Paul Curie)是那里的一所医药学校的化学助教，皮埃尔就在该校帮助他哥哥整理物理讲义.1877年，年仅18岁的皮埃尔就得到了硕士学位，18

9、78年被任命为巴黎大学理学院物理实验室的助教，四年后又被任命为巴黎市立理化学校的实验室主任.他在该校任教时间长达22年，而任教12年之后，他便获得了博士学位.1900年，皮埃尔被任命为巴黎大学理学院教授. 玛丽居里（Marie Sklodowsk Curie,18671934年）是法国物理学家、化学家.1867年11月7日出生在波兰华沙一个中学教师家庭，原姓斯克罗多夫斯卡.玛丽自小丧母，家境贫困.但是，这丝毫不能动摇她和哥哥、姐姐刻苦学习、奋发上进的精神.高中毕业时，他们都得到了金质奖章.为了支持姐姐到巴黎学医，她当了六年家庭教师.1891年，玛丽也进入了巴黎大学最优秀的俊朋学院学习.最早来到

10、教室并坐在前排位置上的玛丽，穿着破旧的毛线衣，由于营养不良而脸色苍白.但是，自小培养起来的艰苦奋斗精神支持着她去克服一切困难.1893年，她以第一名的成绩毕业于巴黎大学，并先后取得物理学和数学硕士学位.有一次，玛丽遇见了在巴黎理化研究所工作的皮埃尔居里.对科学的热爱、对真理的探求，使他们彼此相爱.1895年，这一对志同道合的科学家结成了终身伴侣，从此，他们共同向科学高峰放射性攀登.1896年A.H.贝克勒耳发现铀盐会自发地发射出类似X射线的辐射.M.居里下决心寻找其他物质是否也具有铀盐的这种性质.后来这种性质被命名为放射性.她发现钍也有这种放射性.在研究各种放射性矿物时，她发现沥青铀矿的放射性

11、比铀盐的要强几倍.她认为在沥青铀矿中一定存在着某种未知的、放射性很强的元素.于是她和P.居里在实验室中，用化学方法和测定放射性元素的手段，在成吨的沥青铀矿中艰辛地寻找这种微量的未知的元素.结果他们于1898年7月发现了钋，同年12月发现了镭.钋(Polonium)的命名是为了纪念M.居里的祖国波兰.M.居里所开创的、用放射性进行化学分离与分析的方法奠定了放射性化学的基础.1903年她以放射性物质的研究论文获得博士学位.同年她和P.居里与放射性的发现者贝克勒耳共同获得了诺贝尔物理学奖.皮埃尔居里的第一项研究是在1880年与德斯爱因斯(PDesaims)合作进行的，他们采用一种由温差电偶与铜丝光栅

12、组成的新装置来测定红外线的波长.皮埃尔与他哥哥雅克保罗很亲近，保罗比他大三岁.他们俩人共同发现了一些晶体在某一特定方向上受压时，在它们的表面上会出现正或负电荷，这些电荷与压力的大小成正比，而当压力排除之后电荷也消失.1881年，他们发表了关于石英与电气石中压电效应的精确测量.1882年，他们证实了李普曼(G.Lippmann)关于逆效应的预言：电场引起压电晶体产生微小的收缩.利用压电现象，他们还设计了一种压电石英静电计居里计.这种仪器能把分量极微的电量精确地测量出来，并且成为当代石英控制计时计与无线电发报机的先驱.1883年，雅克保罗前往蒙彼利埃大学任教，这时皮埃尔生涯中的第一个合作阶段才告结

13、束.1906年4月19日他在街上被马车撞倒受伤后不幸逝世.玛丽接任了她丈夫在巴黎大学的物理学教授职位，成为该校第一位女教授，1910年，她和法国化学家德别爱尔诺一起分析出纯镭元素，她还确定了它的原子量和在元素周期表中的位置，她还测出了氡和其他许多放射性元素的半衰期，整理出放射性元素衰变的系统关系，由于这些重大成就，又荣获1911年诺贝尔化学奖.发现并提炼出镭元素以后，皮埃尔居里不顾危险，用自己的手臂试验镭的放射线的作用.这种射线的惊人力量给皮埃尔留下深刻印象，她因而着手研究镭在动物身上的作用.她与两个高级医生布沙尔和巴尔塔沙尔合作.不久他们就确信，利用镭破坏有病的细胞，可以治疗狼疮瘤和某几种癌

14、肿.这种治疗法定名为放射疗法.居里夫人通过研究放射性辐射对人体细胞的影响，第一个在医学上利用了放射性，1922年被选为医学研究院会员，此后她即专心致力于化学和放射性物质在医学上的应用研究.在第一次世界大战期间，她和她的女儿I.居里（I.约里奥-居里）一起，从事利用X射线为伤兵进行医疗诊断工作.1918年第一次世界大战结束后，她所创建的镭研究所开始积极地活动起来，该所逐渐成为当时核物理和放射化学的一个主要研究中心.1921年美国总统W.G.哈定代表美国妇女界赠送M.居里1克镭，她被选为国际联盟文化合作国际委员会委员.1922年由于她在放射性物质的化学及其在医学上的应用的贡献而被选为法国医学院院士

15、.1932年她回到她的祖国首都华沙，参加以她的姓氏命名的镭研究所的开幕典礼.居里夫人在童年时代对祖国就有“最深厚的感情”.她永远能在自己的祖国波兰的土地上发现新的美.当她看到喀尔巴阡山的时候，那白雪皑皑的山头，那挺拔俊秀的黑纵树，还有那在群峰环绕之间清冽的小湖，蔚蓝得像只眼睛，都使她如醉如痴，留连忘返.她生长的城市，后来总叫它“我最爱的小华沙.”她晚年时在给女儿的信中仍不时流露出对波兰的依恋之情：“有一首克拉科夫民歌说到维斯杜拉河：这条波兰河流有极大的魅力，受它迷惑的人至死还是爱它.我觉得这是真的，至少我就是这样.”为了纪念她的祖国，她把她所发现的新元素用波兰(Poland)命名为“钋”(Po

16、lonium).到了晚年，她计划在华沙创设一个镭研究院，作为科学研究和癌肿治疗的中心.但缺乏资金和人才，困难重重.在姐姐的帮助下，一个轰轰烈烈的募捐运动在整个波兰开展起来.传单和印着居里夫人头像的邮票传遍全国.成千上万的明信片上印着居里夫人亲笔写的宣言：“我最热烈的希望，是在华沙创设一个镭研究院.”募捐运动获得波兰政府、华沙市和波兰各重要学会的支持.在一个晴朗的早晨，波兰总统砌了研究院的第一块砖，居里夫人砌了第二块，华沙市长砌了第三块.过了4年，居里夫人和她的姐姐都已经把大部分积蓄用到创设研究院上了，但是还缺款项购置治疗癌肿所必需的1克镭.为了购置1克镭，她又一次通过美国的麦隆内夫人，在美国募

17、集了购置1克镭所需要的款项.1932年，居里夫人的伟大梦想实现了，她到波兰主持了华沙镭研究院的揭幕典礼.科学的发现，往往是一把双刃的剑.科学技术的应用在给人类带来巨大利益的同时，也常带来一系列的副作用，如环境污染、生态平衡破坏等，甚至给人类带来灾难.像炸药、原子弹的发明就是这样.然而正直的科学家总是站在维护人类幸福不受侵犯的正义立场上，坚决反对和阻止科学技术的滥用，反对战争，维护和平.在人类征服原子能的艰苦历程中，居里夫妇首先做出了杰出的贡献.1905年当皮埃尔居里在斯德歌尔摩补做传统的诺贝尔报告时，尖锐地提出：对自然奥秘的洞察是否总是造福于人类，人类是否已经成熟到使被发现的自然规律为自己服务？她在结束自己报告的时候警告说：“镭在罪犯的手里可能成为非常危险的东西”.她特别举出诺贝尔的发明为例子，说明诺贝尔发现的新型炸药确实能够减轻人类大量的技术工作；然而，它也许会成为“