物理群星
亨利·贝克勒尔 肖像

图:保罗·纳达尔 摄(公有领域)

亨利·贝克勒尔

Henri Becquerel

1852–1908 · 生于法国巴黎 · 法国

原子与核物理

巴黎连着几天阴天,他把铀盐和底片一起收进抽屉——放射性因此被发现

诺贝尔物理学奖 1903 发现自发放射性

「我原本预计只会得到很淡的影像,结果轮廓极其清晰。」

—— 《论磷光物质发出的不可见辐射》,法国科学院《通报》第 122 卷(1896 年 3 月 2 日),据法文原文意译

1896 年 1 月,伦琴发现 X 射线的消息传到巴黎。整个欧洲的物理学家都在追问同一个问题:这种能穿透物体的射线到底是什么,还有别的东西会放出它吗?

贝克勒尔手里有一个别人没有的条件:他父亲留下的一柜子磷光材料。

三代人的同一个位子

贝克勒尔家在法国科学界是个特例。祖父安托万·塞萨尔、父亲亚历山大·埃德蒙、他本人、以及后来的儿子让,四代人先后担任国家自然史博物馆的物理学教授——同一个教席,传了四代。

父亲研究的是磷光:某些物质被光照过之后会自己发光一阵子。柜子里那些标本,包括一种铀的双硫酸盐,都是父亲留下的。

伦琴的消息传来后,贝克勒尔的假设很自然:X 射线来自阴极射线管上发出荧光的那块玻璃,那么会不会所有被激发后发光的物质都放出 X 射线?

一个连着几天的阴天

他的实验设计得很直接:把铀盐放在用黑纸严密包好的照相底片上,一起拿到窗台上晒太阳。如果磷光物质会放出穿透性射线,底片上就会留下影子。

头两次成功了。2 月 24 日他向科学院报告了初步结果,结论是磷光物质确实放出某种射线。

然后巴黎连着几天阴天。他把包好的底片和铀盐一起收进抽屉,等太阳。

3 月 1 日,他决定把那批没晒过太阳的底片冲出来看看——按预期应该几乎没有影像,最多有一点微弱的痕迹。

结果轮廓极其清晰,比晒过太阳的还强。

阳光与这件事毫无关系。这种射线不需要任何外来激发,铀自己就一直在放。

与磷光无关,与化合物形态无关

接下来几个月他把这件事钉死。他换了各种铀的化合物:磷光的、不磷光的、结晶的、溶解的,甚至用金属铀本身。辐射强度只跟样品里铀原子的数量成正比,别的一概不影响。

这句话的分量在当时不容易被立刻理解:辐射不是化学反应,不是分子层面的事,它来自原子本身。当时原子还被普遍认为是不可分的、永恒不变的。

不过贝克勒尔本人没有走得更远。发现之后的两年里,这个课题在巴黎几乎无人跟进——X 射线太耀眼,能拍出骨头的照片,而铀盐只能在底片上留一团模糊的影子。

直到 1897 年底,一位正在找博士论文题目的年轻女性挑中了它。玛丽·居里用她丈夫发明的静电计做定量测量,很快发现沥青铀矿的活性远超其含铀量所能解释——矿石里还藏着别的东西。钋和镭随之而来,「放射性」这个词也是她起的。

口袋里的镭

1901 年,贝克勒尔向居里夫妇借了一小管镭做演讲展示,随手放进背心口袋,带了两个星期。

后来那块皮肤出现了红斑,进而溃烂,很久才愈合。他把这件事写成论文发表——这是关于辐射生物效应最早的记录之一。放射治疗的思路,部分就来自这次意外。

1903 年他与居里夫妇共享诺贝尔物理学奖。1908 年他突然去世,年仅五十五岁,死因至今没有定论,长期的辐射暴露是被反复提及的怀疑之一。

国际单位制里,放射性活度的单位叫贝可勒尔。你吃的每一根香蕉,因为含钾-40,活度大约是十几贝可勒尔。

代表方程

放射性衰变律

N(t)=N0 e−λtN(t) = N_0\,e^{-\lambda t}

每个原子核何时衰变完全随机,但一大群核的数目按指数减少。这条式子后来变成了考古学的碳定年、地质学的岩石测年,也是核医学给药剂量的依据。

贝可勒尔

1 Bq=1 次衰变/秒1\ \mathrm{Bq} = 1\ \text{次衰变/秒}

国际单位制中放射性活度的单位以他命名。一份食物、一块岩石、一个人体内钾-40 的活度,都用它来标。

伟大发现

出处

正文所据的原始文献与可靠二手材料。带链接的可直接查看原文。

  1. 1.贝克勒尔《论磷光物质发出的不可见辐射》,法国科学院《通报》第 122 卷第 420 页(1896 年 2 月 24 日)
  2. 2.贝克勒尔《论铀盐发出的不可见辐射》,法国科学院《通报》第 122 卷第 501 页(1896 年 3 月 2 日)——阴天那批底片的结果
  3. 3.诺贝尔奖官方资料页:亨利·贝克勒尔,1903 年物理学奖