人工放射性。科学发现的历史和本质

人工放射性。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

Joliot-Curie 的配偶 Irene（1897-1956）和 Frederic（1900-1958）发现了人工放射性。 15 年 1934 月 3 日，J. Perrin 在巴黎科学院的一次会议上发表了他们的笔记。艾琳和弗雷德里克能够确定，在受到 α 粒子轰击后，一些轻元素——镁、硼、铝——会发射正电子。此外，他们还试图建立这种发射的机制，其性质不同于当时已知的所有核转化案例。科学家们在距离铝箔一毫米的地方放置了一个 α 粒子源（钋制剂）。然后他们让她接受辐射约十分钟。 Geiger-Muller 计数器显示箔发出的辐射强度随时间呈指数下降，半衰期为 15 分 14 秒。在硼和镁的实验中，半衰期分别为 2,5 分钟和 XNUMX 分钟。

但在氢、锂、碳、铍、氮、氧、氟、钠、钙、镍和银的实验中，没有发现这种现象。尽管如此，Joliot-Curies 得出的结论是，由铝、镁和硼原子轰击引起的辐射不能用钋制备过程中存在任何杂质来解释。 “对云室中硼和铝辐射的分析表明，”K. Manolov 和 V. Tyutyunnik 在他们的《原子传记》一书中写道，这是一股正电子流。很明显，科学家们正在处理与所有已知的核转变案例显着不同的新现象。迄今为止已知的核反应具有爆炸性质，而一些轻元素在钋α射线照射下发射正电子持续了在去除α射线源之后或多或少的一段时间，例如硼，这个时间达到半小时。

Joliot-Curies 得出的结论是，我们在这里谈论的是真正的放射性，表现为正电子的发射。

需要新的证据，最重要的是，需要分离出相应的放射性同位素。以研究为基础卢瑟福 Cockcroft、Irene 和 Frédéric Joliot-Curie 能够确定铝原子在被钋 α 粒子轰击时会发生什么。首先，α粒子被铝原子核捕获，其正电荷增加了两个单位，结果它变成了放射性磷原子的核，被科学家称为放射性磷。这个过程伴随着一个中子的发射，这就是为什么所得同位素的质量不是增加四个，而是增加三个单位，并等于 30。磷的稳定同位素的质量为 31。“放射性磷”与15 的电荷和 30 的质量会以 3 分 15 秒的半衰期衰变，发射一个正电子并成为硅的稳定同位素。

铝变成磷，然后变成带 14 电荷和 30 质量的硅的唯一且无可争辩的证据只能是这些元素的分离和使用它们特有的定性化学反应对其进行识别。对于任何研究稳定化合物的化学家来说，这都是一项简单的任务，但对于艾琳和弗雷德里克来说，情况就完全不同了：他们获得的磷原子持续了三分钟多一点。化学家有许多检测这种元素的方法，但它们都需要长时间的测定。因此，化学家们的意见一致：不可能在这么短的时间内鉴定出磷。

然而，乔里奥-居里夫妇不认识“不可能”这个词。尽管这项“无法解决”的任务需要过度工作、紧张、精湛的技巧和无尽的耐心，但它还是得到了解决。尽管核转化产物的产量极低，而且经历转化的物质的质量绝对可以忽略不计——只有几百万个原子，但仍有可能确定由此产生的放射性磷的化学性质。

人工放射性的发现立即被认为是本世纪最伟大的发现之一。在此之前，某些元素中固有的放射性不能由人引起、破坏或以某种方式改变。 Joliot-Curies 是第一个通过获得新的放射性同位素人为地引起放射性的人。科学家们预见到了这一发现的重大理论意义及其在生物学和医学领域的实际应用的可能性。

次年，人工放射性的发现者艾琳和弗雷德里克·约里奥-居里获得了诺贝尔化学奖。

继续这些研究，意大利科学家费米表明，中子轰击会在重金属中引起人工放射性。

恩里科费米 (1901-1954) 出生于罗马。即使在孩提时代，恩里科就表现出对数学和物理的极大天赋。他在这些科学方面的杰出知识主要是通过自学获得的，这使他在 1918 年获得奖学金并进入比萨大学的高等师范学校。然后恩里科在罗马大学获得了一个临时职位，担任化学家数学教师。 1923 年，他到德国出差，去了哥廷根，马克斯·伯恩.

回到意大利后，费米从 1925 年 1926 月到 1926 年秋天在佛罗伦萨大学工作。在这里，他获得了“免费副教授”的第一个学位，最重要的是，他创作了他著名的量子统计著作。 XNUMX年XNUMX月，他在罗马大学新设立的理论物理系担任教授。在这里，他组织了一支由年轻物理学家组成的团队：Rasetti、Amaldi、Segre、Pontecorvo 等人，他们组成了意大利现代物理学学派。

When the first chair of theoretical physics was established at the University of Rome in 1927, Fermi, who managed to gain international prestige, was elected its head.

在这里，在意大利首都，费米召集了他周围的几位著名科学家，创立了该国第一所现代物理学院。在国际科学界，它开始被称为费米群。两年后，费米被贝尼托·墨索里尼任命为新成立的意大利皇家学院的名誉成员。

1938年，费米获得诺贝尔物理学奖。诺贝尔委员会的决定称，该奖项授予费米“以证明存在通过中子辐照获得的新放射性元素，以及发现由慢中子引起的核反应”。

1934 年春天，当 Joliot-Curies 发表他们的结果时，Enrico Fermi 立即了解了人工放射性。费米决定重复 Joliot-Curie 实验，但采用了完全不同的方式，使用中子作为轰击粒子。后来，费米解释了其他物理学家不信任中子的原因以及他自己的幸运猜测：

“使用中子作为轰击粒子有一个缺点：实际上可以处理的中子数量远远少于从放射源获得的α粒子数量，或者在高压装置中加速的质子和氘核数量。 . 但是这个缺点被中子在进行“人造核转化”中的更高效率部分抵消了中子还有另一个优点，它们能够在很大程度上引起核转化。中子可以激活的元素数量远远超过可以被其他类型粒子激活的元素数量。”

1934 年春天，费米开始用中子辐照元素。费米的“中子枪”是几厘米长的小管子。它们充满了精细分散的铍粉和镭放射的“混合物”。以下是费米如何描述这些中子源之一：

“这是一个只有1,5厘米大小的玻璃管……里面有铍晶粒；在焊接管子之前，需要在其中引入一定量的镭放射。氡放射出的α粒子大量与铍原子并给出中子...

实验如下进行。在中子源附近，放置一块铝板或铁板，或者通常是要研究的元素，放置几分钟、几小时或几天（取决于具体情况）。从源发射的中子与物质核发生碰撞。在这种情况下，会发生许多不同类型的核反应……”

这一切在实践中看起来如何？研究中的样品在特定时间内暴露于中子辐照下，然后 Fermi 的一名员工将样品直接运行到位于另一个实验室的 Geiger-Muller 计数器并记录计数器脉冲。毕竟，许多新的人造放射性同位素都是短暂的。

在 25 年 1934 月 XNUMX 日的第一次通信中，费米报告说，通过轰击铝和氟，他获得了发射电子（而不是正电子，如 Joliot-Curie）的钠和氮同位素。中子轰击的方法被证明是非常有效的，费米写道，这种高裂变效率“完全弥补了现有中子源与 α 粒子和质子源相比的弱点”。

事实上，很多人都知道。中子撞击带壳原子的原子核，将其变成不稳定的同位素，该同位素自发衰变并辐射。未知的东西隐藏在这种辐射中：一些人工获得的同位素发射 β 射线，其他的 - 伽马射线，还有一些 - α 粒子。每天人工生产的放射性同位素的数量都在增加。为了理解原子的复杂转变，必须理解每一个新的核反应。对于每一个反应，都必须确定辐射的性质，因为只有了解它，才能想象放射性衰变的方案并预测元素那将是最后的结果。然后轮到化学家了。他们必须识别产生的原子。这也需要时间。

费米用他的“中子枪”轰击了氟、铝、硅、磷、氯、铁、钴、银和碘。所有这些元素都被激活了，在许多情况下，费米可以表明产生的放射性元素的化学性质。他成功地激活了用这种方法研究的 47 种元素中的 68 种。

受到成功的鼓舞，他与 F. Rasetti 和 O. D'Agostino 合作，对重元素钍和铀进行了中子轰击。 “实验表明，这两种元素，以前都是从通常的活性杂质中纯化出来的，在用中子轰击时可以被强烈激活。”

22 年 1934 月 XNUMX 日，费米有了一个重大发现。通过在中子源和活化的银圆柱体之间放置一个石蜡楔，费米注意到该楔并没有降低中子活性，而是略微增加了它。费米得出结论，这种效应显然是由于石蜡中存在氢，并决定测试大量含氢元素如何影响裂解活性。费米先用石蜡，然后用水进行了实验，他说活性增加了数百倍。费米的实验揭示了慢中子的巨大效率。

但是，除了显着的实验结果外，同年费米也取得了显着的理论成就。早在 1933 年 1934 月号上，他对 β 衰变的初步想法就发表在了意大利的一份科学期刊上。 XNUMX年初，他的经典论文《论贝塔射线理论》发表。作者在文章的总结中写道：“提出了一种基于中微子存在的β衰变定量理论：在这种情况下，电子和中微子的发射被类比地认为是激发原子发射光量子。辐射理论。公式是从原子核的寿命和β射线的连续光谱的形式推导出来的；将得到的公式与实验进行比较”。

费米在这一理论中赋予了中微子假说和原子核的质子-中子模型以生命，同时也接受了由海森堡对于这个模型。根据费米所表达的想法，汤川英树在 1935 年预言了一种新的基本粒子的存在，现在被称为 π 介子或π介子。

在评论费米的理论时，F Razetti 写道：“他在此基础上建立的理论结果证明能够经受住核物理革命性发展的两个半年几乎没有变化。人们可能会注意到，物理理论很少诞生于这样的最终形式。”

作者：萨明 D.K.

我们推荐有趣的文章 部分最重要的科学发现:

▪ 燃烧理论

▪ 裂变反应

▪ 发酵生物学理论

查看其他文章 部分最重要的科学发现.

读和写 有帮助对这篇文章的评论.

<< 返回

科技、新电子最新动态：

昆虫空气捕捉器 01.05.2024

农业是经济的关键部门之一，害虫防治是这一过程中不可或缺的一部分。来自西姆拉印度农业研究委员会中央马铃薯研究所 (ICAR-CPRI) 的科学家团队针对这一问题提出了一种创新解决方案——风力昆虫空气捕捉器。该设备通过提供实时昆虫种群数据来解决传统害虫防治方法的缺点。该捕集器完全由风能提供动力，使其成为一种无需电力的环保解决方案。其独特的设计使您能够监测有害和有益昆虫，从而全面了解任何农业地区的昆虫数量。卡皮尔说：“通过在正确的时间评估目标害虫，我们可以采取必要的措施来控制害虫和疾病。” ... >>

太空碎片对地球磁场的威胁 01.05.2024

我们越来越多地听说地球周围的空间碎片数量增加。然而，造成这个问题的不仅是活跃的卫星和航天器，还有旧任务的碎片。 SpaceX等公司发射的卫星数量不断增加，不仅为互联网的发展创造了机遇，也对太空安全构成了严重威胁。专家们现在将注意力转向对地球磁场的潜在影响。哈佛-史密森天体物理中心的乔纳森·麦克道尔博士强调，企业正在迅速部署卫星星座，未来十年卫星数量可能增长到100万颗。这些宇宙卫星舰队的快速发展可能导致地球等离子环境受到危险碎片的污染，并对磁层的稳定性构成威胁。用过的火箭产生的金属碎片会破坏电离层和磁层。这两个系统在保护大气和维护环境方面发挥着关键作用。 ... >>

散装物质的固化 30.04.2024

科学世界中有很多谜团，其中之一就是散装材料的奇怪行为。它们可能表现得像固体，但突然变成流动的液体。这一现象引起了许多研究人员的关注，也许我们终于距离解开这个谜团越来越近了。想象一下沙漏中的沙子。它通常自由流动，但在某些情况下，其颗粒开始被卡住，从液体变成固体。这一转变对从药品生产到建筑等许多领域都具有重要影响。美国的研究人员试图描述这一现象并进一步了解它。在这项研究中，科学家们利用聚苯乙烯珠袋中的数据在实验室进行了模拟。他们发现这些组中的振动具有特定的频率，这意味着只有某些类型的振动可以穿过材料。已收到 ... >>

来自档案馆的随机新闻

沙漠西红柿 04.11.2016

一个国际科学家团队花了六年时间设计了一个不同寻常的温室综合体 Sundrop Farm，它就在南澳大利亚沙漠中展开。这里的水直接从海中供应，它自己的太阳能发电厂可以让您应对突然的温度变化。

一是开发了2010年建成的实验温室设计。然后，在 2014 年，其余系统的建设开始，最后该设施开始工作。

该设施位于干旱的奥古斯塔港，通过管道直接从斯宾塞湾供水。净化系统去除盐分，每天产生足够的水来灌溉大约 180 株番茄。温室的特殊设计让您在炎热的夏季和凉爽的冬季都能保持最佳温度。

这里使用的不是土壤，而是来自椰子的锯末。海水净化和消毒空气，无需使用杀虫剂。

该农场自己的太阳能发电厂共有 23 面镜子，每天能够产生高达 39 兆瓦的能量。这足以为海水淡化厂和供暖系统供电。

该项目花费了业主 200 亿美元，但他们相信从长远来看这些成本会得到回报。此外，他们计划在美国和葡萄牙开设类似的农场。

有机沙漠种植的西红柿已经在澳大利亚的超市出售。

其他有趣的新闻：

▪ 干细胞胚胎

免费技术图书馆的有趣材料：

▪ 克莱夫·斯台普斯·刘易斯的文章。名言警句

▪ 文章如何借助星星检查视力？详细解答

▪ 文章印度烟草。传说、栽培、使用方法

▪ 箔材料的文章参数。无线电电子电气工程百科全书

▪ 文章高达 220 kV 的电缆线路。在特殊结构上铺设电缆线路。无线电电子电气工程百科全书

留下您对本文的评论：

本页所有语言

主页 | 图书馆 | 用品 | 网站地图 | 网站评论