放射性概述

1.1 放射性發(fā)展簡史

剛剛過去的十年是物理科學界碩果累累的十年。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)使我們的科學知識得以擴展至更廣闊和更深遠的天地，盡管它們來自不同的領域，然而經(jīng)過仔細考察后會發(fā)現(xiàn)，這些看似不同領域的研究之間都存在著密切的聯(lián)系，每一個新發(fā)現(xiàn)都為下一個發(fā)現(xiàn)提供了必要的激勵與啟發(fā)，并成為下一個新發(fā)現(xiàn)的起點。

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家們也很難即刻把握所披露事實的全部意義。這種狀況在放射性科學領域更是如此。在這個領域中觀察到的現(xiàn)象十分復雜，而這些現(xiàn)象的運行規(guī)律又非同尋常，以至有必要引入新的概念才能對有關現(xiàn)象加以解釋。

物理科學發(fā)展的新紀元開始于1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線和P.〖WTBX〗勒勒納德的陰極射線實驗。當時，X射線奇特的性質(zhì)立即引起了科學界的注意，并導致一系列相關研究的開展，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，科學家們對真空管中產(chǎn)生的陰極射線進行了更加密切仔細的研究，因為據(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攜帶負電荷并以巨大速度運動的粒子組成。這些粒子的表觀質(zhì)量僅是氫原子的千分之一，因此，這些粒子是科學上已知的最小物體。這些粒子被稱為“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。

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

J.J.湯姆遜通過數(shù)學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，這些模型原子會以一種絕妙的方式模擬化學原子的某些根本性質(zhì)。

陰極射線具有微粒子特征的有關證據(jù)說明，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.韋查特分別獨立提出陰極射線是X射線的母體。陰極電子流中電子運動的突然終止會導致產(chǎn)生強烈的電磁干擾，該電磁干擾從受影響點起以光速向外傳出。從這個觀點可以得出結(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有固定的秩序。X射線在某些方面與極短的遠紫外光相似卻又有不同，因為X射線電磁波沒有周期性。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。

對于這些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潔的解釋。

同一時期，科學家們還對X射線的另一個非凡性質(zhì)進行了仔細的檢驗。當X射線通過一種氣體后會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)以下假設對這個現(xiàn)象進行圓滿解釋：X射線可使電中性氣體形成若干帶正電和帶負電的載體或離子。��2針對X射線這一特性進行的研究大致有兩條截然不同的路線，一條是電學方向上的，另一個是光學方向上的。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)生的離子會成為水分子在其上發(fā)生凝結(jié)的微核。這樣每一個離子便成為可見的帶電小水球的中心，而帶電水球在電場中產(chǎn)生運動。這些實驗異常卓越地驗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)。

對離子在氣體中擴散進行大量研究所得到的結(jié)果使得J.S.湯森��4推斷出一個重要事實，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將電學方法和光學方法結(jié)合起來，求得了離子攜帶電荷的實際數(shù)值。

這個重要物理單位的測定可讓我們計算出經(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，從測得的離子電荷數(shù)值還得到了迄今為止一個最準確的重要推算，即在標準大氣壓和標準溫度下，單位體積的任何氣體中存在的分子的總數(shù)目。同時，以后會看到這個完全基于實驗室數(shù)據(jù)而得出的數(shù)值對放射性科學中各種物理量的量級估算具有極其重要的價值。

氣體的電離理論成功地應用于解釋火焰和加熱蒸汽的傳導性能，以及用于闡明通過真空管放電這樣的復雜現(xiàn)象。對氣體電離理論這一影響深遠的物理領域的有關探究，其開端和發(fā)展均歸功于劍橋卡文迪什實驗室的J.J.湯姆遜教授和他的學生們。