放射性元素的發展歷程

2016/10/11 11:26:20

放射性元素在發出射線的過程中會轉變為另一種元素，這一現象是居里夫人在無意中發現的。有一次，居里夫人和她的丈夫為了弄清一批瀝青鈾礦樣品中是否含有值得加以提煉的鈾，對其中的含鈾量進行了測定，但他們驚訝地發現，有幾塊樣品的放射性甚至比純鈾的放射性還要大。這就很明顯地意味著，在這些瀝青鈾礦石中一定還含有別的放射性元素。同時，這些未知的放射性元素一定是非常少的，因為用普通的化學分析方法不能把它們檢測出來。居里夫婦帶著十分激動的心情，搞到了幾噸瀝青鈾礦，他們在一個很小的木棚里建了一個作坊，在很原始的條件下以極大的毅力在這些很重的黑色礦石中尋找這些痕量的新元素。1898年7月，他們終于分離出極小量的黑色粉末，這些黑色粉末的放射性比同等數量的鈾強400倍。這些黑色粉末含有一種在化學性質上和碲很相似的新元素，因此，它在周期表中的位置似乎應該處在碲的下面。居里夫婦把這個元素定名為釙，以紀念居里的祖國波蘭。但是釙只是使她們的黑色樣品具有這樣強的放射性的部分原因。因此，她們又把這項工作繼續進行下去，到1898年12月，居里夫婦又提煉出一些放射性此釙還要強的東西，
其中含有另一種在化學特性上和鋇很相似的元素，居里夫婦把它定名為鐳，意思是“射線”。居里夫婦為了收集足夠多的純鐳以便對它進行研究，又進行了四年的工作。居里夫人在1903年就她所進行的研究寫了一個提要，作為她的博士論文。這也許是科學史上最出色的博士論文，它使她兩次獲得了諾貝爾獎金。居里夫人和她的丈夫以及貝克勒爾因在放射性方面的研究而獲得了1903年的諾貝爾物理學獎，1911年，居里夫人因為她在發現釙和鐳方面立下的功績而單獨獲得了諾貝爾化學獎。釙和鐳遠比鈾和釷不穩定，換句話說，前者的放射性遠比后者顯著，每秒鐘有更多的原子發生衰變。它們的壽命非常之短，因此，實際上宇宙中所有的釙和鐳都應當在一百萬年左右的時間內全部消失。那么，為什么我們還能在這個已經有幾十億歲的地球上發現它們呢，這是因為在鈾和釷衰變為鉛的過程中會繼續不斷地形成鐳和釙。凡是能找到鈾和釷的地方，就一定能找到痕量的釙和鐳。它們是鈾和釷衰變為鉛的過程中的中間產物在鈾和釷衰變為鉛的過程中還形成另外三種不穩定元素，它們有的是通過對瀝青鈾礦的細致分析而被發現的，有的則是通過對放射性物質的深入研究而被發現的。

1899年，德比埃爾內根據居里夫婦的建議，在瀝青鈾礦石中繼續尋找其他放射
性元素，終于發現了被他定名為錒的元素，這個元素后來被列為第89號元素；1900年，德國物理學家多恩指出，當鐳發生衰變時，會生成一種氣態元素。放射性氣體在當時是一種新鮮的東西，這個元素后來被命名為氡，并被列為第86號元素；最后，到1917年，兩個研究小組——德國的哈恩和梅特涅小組、英國的索迪和克蘭斯頓小組——又從瀝青鈾礦石中分離出第9l號元素——鏷。到1925年為止，已被確認的元素總共巳達八十八種，其中有八十一種是穩定的，七種是不穩定的。這樣一來，努力找出尚未發現的四種元素（即第43，61，85，87號元素）就成為科學家們的迫切愿望了。由于在所有已知元素中，從第84到92號都是放射性元素，因此，可以很有把握地預測第85和87號元素也應該是放射性元素。另一方面，由于第43號和第61號元素的上下左右都是穩定元素，所以似乎沒有任何理由認為它們不是穩定元素。因此，它們應該可以在自然界中找到。由于第43號元素在周期表中正好處在錸的上面，人們預料它和錸具有相似的化學特性，而且可以在同一種礦石中找到。事實上，發現錸的研究小組認為，他們肯定已測出了波長相當于第43號元素的X射線。因此，他們宣稱第43號元素已被發現。但是他們的鑒定并沒有得到別人的肯定。在科學上，任何一項發現至少也應該被另一位研究者所證實，否則就不能算是一項發現。

1926年，伊利諾斯大學的兩個化學家宜稱他們已在含有第60號和第62號元素的礦石中找到了第61號元素。同年，佛羅倫薩大學的兩個意大利化學家也以為他們已經分離出第61號元素。但是這兩組化學家的工作都沒有得到別的化學家的證實。幾年以后，亞拉巴馬工藝學院的一位物理學家報道說，他已用他親自設計的一種新的分析方法找到了痕量的第87號和第85號元素，但是這兩項發現也都沒有得到證實。后來發生的一些事情表明，第43，61，85和87號元素的所謂“發現”，只不過是這幾位化學家在工作中犯了這樣或那樣的錯誤罷了。

在這四種元素當中，首先被確定無疑地證認出來的是第43號元素。曾經因發明回旋加速器而獲得諾貝爾物理學獎的美國物理學家勞倫斯，通過用高速粒子轟擊第42號元素鉬的方法，在他的加速器中產生了第43號元素。被轟擊過的材料變成了放射性的物質，勞倫斯便把這些放射性物質送到意大利化學家賽格雷那里去進行分析，因為賽格雷對第43號元素的問題很感興趣。賽格雷和他的同事佩列爾把有放射性的那部分物質從鉬中分離出來以后，發現它在化學特性上和錸很相似，但又不是錸。因此他們斷言，它只能是第43號元素，并指出它和周期表中與之相鄰的元素有所不同，是一種放射性元素。由于它不能作為第44號元素的衰變產物而不斷產生出來，所以事實上它在地殼中已不復存在。賽格雷和佩列爾就這樣終于取得了命名第43號元素的權利，他們把它定名為锝，這是世界上第一個人工合成的元素。

1939年，第87號元素終于在自然界中被發現了。法國化學家佩雷在鈾的衰變產物中把它分離了出來。由
于它的存在量極小，所以只有在技術上得到改進以后，人們才能在以前未能找到它的地方把它找田來。佩雷后來把這個新發現的元素命名為鈁。第85號元素和锝一樣，是在回旋加速器中通過對第83號元素鉍進行轟擊而得到的。1940年，賽格雷、科森和麥肯齊在加利福尼亞大學分離出第85號元素。第二次世界大戰中斷了他們在這個元素方面所進行的工作，戰后他們又重新進行，并在1947年提出把這個元素命名為砹。與此同時，第四個也是最后一個尚未被發現的元素，第61號元素也在鈾的裂變產物中發現了。橡樹嶺國立實驗室的馬林斯基、格倫丁寧和科里爾這三位化學家在1945年分離出第61號元素，他們把它命名為钷。這樣，元素一覽表，從第1號至92號，終于全部齊全了。但是，從某種意義上說，向元素進軍的最艱巨歷程才剛剛開始，因為科學工作者已經突破了周期表的邊界。原來，鈾并不是周期表中最后一個元素。