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移除书签第三章 新放射性物质的辐射
研究辐射的方法
放射性物质发出的辐射，可以利用这种辐射的任何一种性质来进行研究。这些可以利用的性质，如有放射线对照相底板的感光作用，有它们能够使空气电离的性质（使空气变为电导体），还有它们能够使某些物质发出荧光的那种能力。下面，我在提到这些不同的研究方法时，将把它们分别称为放射线感光法、电学法和荧光法。
前两种方法在一开始研究铀射线时就已经在使用。荧光法则只能用于新发现的具有强放射性的物质，因为弱放射性物质，例如铀和钍，不产生可以察觉到的荧光。在这三种方法中，电学法是唯一能够准确测定辐射强度的方法，其他两种方法只能给出定性结果，提供的是粗略的近似值。用这三种方法得到的结果，不可能相互进行严格的比较。感光板、能够被电离的气体和荧光屏其实都是接受器，它们吸收辐射能，把它转化成其他形式的能量，即分别转化成化学能、离子能和光能。每种接受器只能吸收辐射的一部分，这是由接受器各自的性质决定的。我们在后面就会看到，放射性物质发出的辐射是非常复杂的，不同接受器各自所吸收的那部分辐射，无论在数量上还是在性质上，都可能互不相同。最后还要说明一点，被接受器吸收的能量显然不会全部都转化为便于我们观察的那种所希望的形式，事实上这是根本不可能的。被吸收的能量有一部分会转化为热能，转化为次级辐射能（不一定也会引起所要观察的那种现象），转化为化学反应能（不同于正在观察的那种化学反应），等等。在这方面，接受器吸收辐射之后是否产生有效反应，亦即是否能够最终引起我们所要观察的那种现象，本质上也是由接受器的性质决定的。
比如说有两种放射性物质，一种含有镭，另一种含有钋，它们在图1所示的电容器检测中显示的是强度相同的放射性。如果检测时用一片铝箔盖住被检测物，那么，第二种物质（含钋）显示的放射性就会明显弱于第一种物质（含镭）。把它们放在同一个荧光屏下，结果也是对第二种物质的荧光反应明显小于对第一种物质的反应，只要荧光屏足够厚，或者荧光屏距离两种放射性物质不是太近。
辐射能
不论采用什么研究方法，测量结果都是这两种新发现的放射性物质的辐射能显著大于铀和钍的辐射能。比如说，在近距离，这两种物质瞬间就能使照相底板感光，而铀或钍，却需要24小时才能引起感光。荧光屏靠近这两种新的放射性质，会发出醒目的荧光，而靠近铀或钍，则看不到一丝亮光。对空气的电离作用，新的放射性物质也要强到接近106倍。不过，对于这两种新的放射性物质，严格地说，不可能像测量铀的放射性那样使用本文开始不久就介绍过的电学法（图1）来检测它们的总辐射强度 。在测量铀时，比如说，辐射几乎被电容器极板之间的空气层完全吸收，在100伏电压就能达到极限电流。但是在测量强放射性物质时，情况就不是这样。镭辐射中有一部分是穿透性特别强的射线，它们会径直穿过电容器和金属极板，不能起到使极板间空气电离的作用。不仅如此，在实验所能达到的电压范围，还未必总能得到极限电流。例如，对于放射性很强的钋，电流在100～500伏范围都仍然与电压成正比。对此，自然不能简单地用实验条件限制来加以解释，所得到的数据当然也不能认为是对总辐射的测量值，只能看作是一种粗略的近似值。
辐射的复杂性
许多物理学家［贝克勒尔、迈耶（Meyer）、冯·施韦德勒（von Schweidler）、吉塞尔、维拉德（Villard）、卢瑟福、皮埃尔·居里和玛丽·居里（Marie Curie）］所进行的研究都已经证明放射性物质的辐射具有非常复杂的性质。为了便于说明这种复杂性，这里我依照卢瑟福使用的符号，用字母α，β，γ来表示这种辐射中表现出不同特性的三种类型的射线。
Ⅰ．α射线，穿透性极弱，似乎是放射性物质辐射的主要构成部分。这种射线的特点在于它们被物质吸收时所遵循的那些特定规律。磁场对它们的作用非常小，以前曾认为它们根本不受磁场影响。其实，在强磁场中，α射线也会略微偏转。偏转的方式与阴极射线相同，但偏转方向相反，就像克鲁克斯管内的极隧射线。
Ⅱ．β射线，从总体上说，可吸收性不如上一种射线。被磁场偏转的方式和偏转方向都与阴极射线相同。
Ⅲ．γ射线，穿透性很强，不受磁场影响，与伦琴射线相似。
现在来设想一个实验。假定有一小块镭R，被放置在铅块上的一个小深洞底部（图4）。这时，从洞内有一束射线向上笔直射出，只是略微向旁边散开。假定铅块附近有一个均匀的强磁场，方向垂直纸面，从外指向纸内。这时，向上射出的这束射线就会分离为三种不同的射线α，β，γ。其中比较弱的γ射线保持直线行进，没有偏转的迹象。β射线则以类似于阴极射线的方式偏转，其路径在图面上描出一系列弧线。如果把整个铅块放置放在一张照相底板AC上，那么照相底板上接受到β射线的BC部分就会被感光。剩下的另一种α射线集中为一束，形成强射线，只是略微有些偏转，很快就被空气吸收。这种射线的路径在图面上描出是一条弯曲不大的曲线，偏转方向与β射线相反。
图4
如果用一片铝箔（厚0.1mm）将铅块上的小洞盖住，那么，α射线几乎完全被阻隔，β射线被减弱，而γ射线则似乎没有被吸收多少。
磁场的作用
从上面的介绍我们已经看到，放射性物质发出的射线有许多性质都与阴极射线和伦琴射线相同。阴极射线，还有伦琴射线，都能够使空气电离，使照相底板感光，激发出荧光，发生无规则的偏转。不过，阴极射线与伦琴射线也有所不同，阴极射线在磁场的作用下会发生偏转不再走直线，而且是携带着负电荷行进。
磁场会影响放射性物质发出的射线，这个事实差不多是在同一时间被吉塞尔、迈耶和冯·施韦德勒以及贝克勒尔发现的。这几位物理学家都注意到放射性物质发出的射线被磁场偏转的方式和偏转方向均与阴极射线相同。他们观察到的是β射线。
皮埃尔·居里用实验证明，镭的辐射其实包含了两类有着明显区别的射线。其中一类容易被磁场偏转（β射线），另一类则似乎不受磁场的影响（α射线和γ射线）。
贝克勒尔使用我们制得的钋试样，没有发现它发出有类似于阴极射线的射线。相反，他用他自己制得的钋试样却首先注意到了磁场的影响。事实上，我们制得的钋试样，没有一份发出有像阴极射线那样的射线。
吉塞尔制得的钋在刚制出来时也发出这种射线。很有可能，那是一种感生放射性现象。关于这个问题，我在后面还会谈到。
下面介绍的这些实验可以证明镭的辐射中有一部分而且只有一部分是容易被偏转的射线（β射线）。这些实验使用的是电学法。
放射性物质A（图5）向着AD方向发出的射线从两块极板P和P′之间通过。现在给极板P加上一个500伏的电势。极板P′连接到一个静电计和一个石英压电压强计。用这套装置来测量通过极板间空气的电流在受到放射性物质射线影响时的变化。实验时，可以对整个区域EEEE按照需要施加一个垂直于纸面的磁场。只要射线发生了偏转，即使是很小的偏转，它们就不再能够从两块极板之间通过，即射线被遏制，从而也就遏制了极板之间的电流。射线经过的区域用铅块B，B′，B″围住，外面又被一圈电磁铁包围。发生偏转的射线由铅块B和B′吸收。
图5
实验的结果主要依赖于A和D之间的距离，这里A是放射性物质的位置，D是电容器的位置。如果距离AD足够大（大于7cm），到达电容器的镭射线中的大部分（90％～100％）都发生了偏转，而且在磁场达到2500单位时被遏制，不能进入电容器。这些射线就是β射线。如果距离AD小于65mm，到达电容器的射线中便只有小部分在磁场的作用下因偏转而不能进入电容器，而且也是在磁场为2500单位时被完全偏转。这种会受到磁场遏制的射线在全部辐射中所占的比例即使磁场强度从2500单位增大到7000单位也不会增加。
没有被磁场遏制的放射线在全部辐射中所占的比例将随放射性物质和电容器之间距离AD减小而增加。而在这个距离非常近时，那种容易受到磁场影响而发生偏转的射线其实只占到全部辐射中的很小一部分。由此可知，这种具有穿透性的射线，其中绝大部分都是可以被磁场偏转的阴极射线型射线（β射线）。
在刚才介绍的实验安排下，磁场对α射线的作用，在实验所能达到的磁场强度下，不可能确切观察到。这种主要的放射线似乎不会被磁场偏转，只有在非常靠近放射性源的地方才能够被观测到，它们就是α射线。在比较远的距离观察到的那些没有偏转的放射线则是γ射线。
如果在放射线束的路径上放上一张能够吸收射线的薄片（铝箔或黑纸），那么，穿过吸收片的那些射线几乎全都在磁场的作用下发生了偏转。而且，在有吸收片阻挡和存在着磁场作用的情况下，差不多全部放射线都被遏制，未能进入电容器内。剩下的未能被遏制而进入电容器的那很少一部分放射线，便是γ射线，它们在总辐射中所占的比例很小。至于α射线，则已经完全被吸收片吸收。
当放射性物质距离电容器足够远时，1/100mm厚的铝箔就足以遏制差不多全部不容易偏转的射线。在距离比较近时（34 mm和51mm），则需要两张这样的铝箔才能有同样的效果。
使用放射性差别很大的四种含有镭（氯化物或碳酸盐）的物质进行同样的实验，也得到了类似的结果。
我也许需要再强调一下，那种具有穿透性的能够被磁场偏转的射线（β射线）仅占总辐射的极小一部分。在测量总辐射引起空气导电的实验中，它们对测量结果虽有影响，但影响甚微。
钋发出的放射线也可以用这种电学法来进行研究。改变钋与电容器之间的距离AD，起初，距离较远，没有观察到电流。减小距离，会察觉到辐射强度突然变得很大。这时候，随着电容器向钋靠近，电流虽然一直在增加，却不见磁场有什么影响。这似乎意味着钋的辐射被限制在空间的一个有限范围。这种放射性物质就好像被一层几厘米厚的隔离套包裹着，它的辐射无法穿过这层隔离套跑到外面的空气中。
我刚才对上述进行的这些实验所作的解释，在理解上，是应该有保留的。我说到那种能够被磁场偏转的射线所占的比例，仅仅是指全部辐射中能够在电容器极板之间产生电流的那一部分。改换成根据贝克勒尔射线的荧光作用或者根据这种辐射对照相底板的感光作用来测量，那么，那种能够被磁场偏转的射线所占的比例则有可能不同。如果不指出采用的是什么测量方法，单说测得了辐射的强度，一般说来，是没有意义的。
钋发出的射线是α射线。在刚才介绍的我的实验中，我没有观察到磁场对钋的射线有什么影响。不过，按照我的实验条件，我发现不了非常小的偏转。
使用放射线感光法进行的实验证实了我上述实验的结果。用镭作为辐射源，在平行于镭发出的辐射束和垂直于磁场的方向放一张照相底板，用来接受感光影像。 (1) 在磁场的作用下，照相底板上出现了非常清晰的两束射线的感光影像，其中一束发生了偏转，另一束没有发生偏转。发生偏转的那束射线是β射线。α射线即使有偏转，也微乎其微，无法把它们与不发生偏转的γ射线束区别分开来。
偏转的β射线
吉塞尔、迈耶和冯·施韦德勒的实验也都证明，放射性物质发出的放射线，其中至少有一部分能够被磁场偏转，而且这种偏转同阴极射线类似。贝克勒尔研究磁场对射线的作用，使用的是放射线感光法。他的实验的原理图如图4所示。镭试样被放在一个铅块P上的一个深洞内。铅块则放在一张用黑纸覆盖着的一大张感光面朝上的照相底板AC上。这整套装置被置放在一个电磁铁的两个磁极之间，磁场方向垂直于纸面。
如果磁场方向是从外指向纸面，照相底板就是BC部分被射线感光。这些射线在磁场作用下连续偏转，沿着圆弧形路径返回照相底板，成直角轰击底板使其感光。这些射线是β射线。
贝克勒尔的实验还显示，照相底板上的感光部分展开来形成一条很宽的带状影像，就像一个连续光谱。这说明，放射性源发出的那一束发生了偏转的射线其实是由偏转大小不等的无数条放射线所组成。如果把照相底板涂有明胶的感光面用不同的吸收片（纸、玻璃或金属）遮盖住，那么，光谱上就会有一部分没有感光影像。不仅如此，还发现受磁场作用发生偏转最大的那些射线——也就是那些圆弧路径曲率半径最小的射线，被吸收得最彻底。对于所使用的每一种吸收片，在照相底板上，总是从与放射性源相隔一定距离的地方才开始出现光谱影像。这个距离与吸收片的吸收能力成正比。
偏转射线的电荷
如佩林（Perrin）所指出的，阴极射线带有负电。佩林和雷纳德（Lenard）的实验还表明，阴极射线能够带着它们的电荷穿透接地的金属罩，也能够穿透绝缘隔板。吸收阴极射线的每一处都会慢慢蓄积起负电荷。我们也已经证明，镭发出的那种能够被磁场偏转的β射线也应该如此。换句话说，镭发出的那种可偏转的β射线带有负电荷 。
注：假定把放射性镭放在电容器的一块极板上，此极板接地。电容器的另一块极板连接到静电计，它将接受和吸收放射性物质发出的射线。如果射线带电的话，那么就应该观察到有电荷连续流入静电计。我们在空气中进行这个实验，未能检测到射线带有的电荷。不过，这样的实验安排是有漏洞的。电容器两块极板之间的空气已经被射线变成了电导体，这样，静电计不再处于绝缘状态。在这种情况下，只有电荷足够多，静电计才会作出反应。为了避免α射线干扰实验，也许可以在放射线源上盖上一片金属，将它们阻断。我们后来又做过一个类似的实验，这次是让射线穿过一个与静电计连接的法拉第圆筒的内部，也没有得到明确的结果。
上述实验结果表明，十分显然，实验使用的放射性物质所发出的射线，携带的电荷十分微弱。
为了防止在吸收了射线的导体上积蓄的那很少一点电荷跑失掉，吸收射线的导体应该与周围实现完全电绝缘。这就需要将它与周围的空气隔绝。具体做法，可以把它放入高真空环境中，也可以用优质的固体电解质把它包裹起来。我们选用了后一种方法。
将一个导电圆盘MM（图6）经过导线t 连接到静电计，然后用绝缘物质iiii 把圆盘和导线完全包裹起来。这整套装置再用金属罩EEEE套住，将金属罩接地。贴附在圆盘一面上的绝缘层pp 和金属罩非常薄，这就是朝向放在外面的放射性物质钡-镭盐类试样R，用来接受试样的放射线的那一面。镭发出的射线穿过金属罩和绝缘层pp ，被金属圆盘MM吸收，圆盘上就不停地蓄积负电荷。这些电荷由静电计检测，并在石英电压表上给出测量数值。
图6
在这个实验中产生的电流非常微弱。用具有很强放射性的钡-镭氯化物进行实验，把待测物铺成面积为2.5cm2 、厚度为0.2cm的一个放射性物质层，得到的电流才仅有10-11 安培数量级。产生电流的射线在被金属圆盘MM吸收之前，曾穿过一层厚0.01mm的铝箔和一层厚0.3mm的硬橡胶片。
在接下来的实验中，我们改用由铅、铜、锌制成的吸收圆盘MM，用硬橡胶和石蜡作为绝缘物，也得到了相同的结果。
测得的电流随吸收圆盘到放射线源R距离的增加而减小。使用放射性较弱的试样进行实验，电流也减小了。
把吸收圆盘MM改换成充满空气的法拉第圆筒，外面也包上绝缘材料，圆筒朝向放射线源的开口用薄绝缘板pp 盖住，重做实验，得到的结果仍然同上述实验相同。
最后，我们改变放射线源的位置重新做这个实验。这次是反过来把孔洞中放有镭试样的铅块置放在绝缘材料的中心，将它连接到静电计（图7），再把这整套装置用接地的金属罩套住。
图7
在这种安排下进行实验，从静电计上可以清楚地看出镭试样本身带有正电，而且电荷量与前面实验中测得的负电荷相等。这是因为镭发出的射线穿透薄绝缘板pp，将负电荷带离了放在中心的导体。
在这些实验中，镭的α射线不会干扰实验结果，因为很薄一层物质就会将它们完全吸收掉。刚才介绍的这种方法不适合用于研究钋的射线的电荷，因为钋发出的射线的穿透性非常弱。对于钋，我们没有观察到它的射线带有电荷的任何迹象，钋似乎只发出α射线。但是，由于前面我提到的同样原因（我的实验发现不了射线的非常小的偏转），我还不能就此下结论。
于是我们知道，镭发出的那种可偏转的β射线同阴极射线一样，带有负电荷。但是，至今我们也不知道是否可以存在着不与物质结合在一起的电荷。于是，我们只有用目前在研究阴极射线时普遍采用的那种理论来说明这种现象。这是一种“飞行炮弹”理论，由威廉·克鲁克斯（William Crookes）爵士最先提出，后来又由J．J．汤姆森（J．J．Thomson）教授加以发展和完善。这种理论认为，阴极射线是由极其微小的粒子所组成，它们以很高的速度从阴极发射出来，携带着负电荷。类比阴极射线，我们也许可以设想，放射性镭也在向空间发射带负电的粒子。
果真如此，那么，一个被薄的固体绝缘材料包裹起来的镭试样，按理说，便应该自发地被充电到一个很高的电势。根据这种“飞行炮弹”假说，它的电势应该一直增大，直到与周围导体之间的电势差变大到足以阻止它继续发射带电粒子，能够使它们折回到辐射源。
我们曾经按照这个思路做过一个实验。我们把一块具有很强放射性的镭试样放在一个密封的玻璃容器内。为了便于以后打开容器，我们用玻璃刀在玻璃壁上划了一道刻痕。过了一段时间，我们清楚地听到了火花放电的爆炸声。用放大镜仔细检查容器，结果发现，玻璃壁上有刻痕的薄弱位置已经被火花放电击穿了。这种现象就好像为莱顿瓶充电，充电过分会导致玻璃瓶破裂。
换用一种玻璃容器再进行实验，也出现了同样的现象。不仅如此，皮埃尔·居里手拿着玻璃容器，在发生火花放电时，他甚至感觉到手指受到了放电时的电击。
有些种类的玻璃具有非常好的绝缘性能。如果把镭密封在一个玻璃容器内，由于被彻底绝缘，不难想到，这个玻璃容器总会有被自行击穿形成孔洞的时候。
镭是一个物体会自发充电的第一个例子。
电场对可偏转的β射线的作用
镭发出的β射线既然类似于阴极射线，那么，这种射线也应该能够像阴极射线一样被电场偏转。换句话说，β射线应该像一个被高速抛射到空间的带负电的物质粒子那样受到电场的作用。β射线在电场中发生偏转的这种现象已经得到了多恩（Dorn）和贝克勒尔两人的实验的证实。
我们来分析射线穿过电容器两块极板之间空间的情形。假定射线的行进方向平行于极板。如果极板之间有一个均匀电场，那么，射线在穿过电容器走过它的全部路径l 的过程中一直都会受到这个电场的作用。受到电场作用，射线向电容器的正极板偏转，其路径应该是一条抛物线弧线。离开电场以后，它将继续沿着离开电容器时抛物线的切线方向直线行进。因此，在电容器后面放置一块同射线进入电容器时的方向相垂直的照相底板就可以接受到它。分析没有电场和存在着一个已知强度的电场两种条件下在照相底板上形成的两个感光斑点，可以计算出偏转量δ，即射线偏转后的方向和原来方向在垂直于原来方向的同一个检测平面上的两个交点之间的距离。设h 为这个检测平面到电容器也就是电场边缘的距离，经过简单计算便可以得到：
此公式中m 为运动粒子的质量，e 为粒子的电荷，v 为粒子的速度，F 为电场强度。
贝克勒尔所进行的那些实验使他终于得到一个δ的近似值。
镭发出的带负电的粒子的电荷与其质量之间的关系
一个质量为m 的带有负电荷e 的物质粒子，如果以速度v 射入一个与粒子的初始速度相垂直的均匀磁场，它将在垂直于磁场并包含初始速度的一个平面上描出的一条半径为ρ的圆弧轨迹。设H 为磁场强度，我们有关系式：
对于这同一种射线进行上述两个实验，可以分别测得它在电场中的偏转量δ 和它在磁场中的轨迹的曲率半径ρ。于是，利用上面给出的这两个公式，经过简单的计算就可以求出比值e/m 和速度v 。
贝克勒尔根据他的实验第一个给出了这个问题的答案。他给出的比值e/m 近似等于107 绝对电磁单位，给出的v 大致为1.6×1010 。这两个数值在数量级上与研究阴极射线得到的数值相同。
考夫曼（Kaufmann）就这个问题进行了更加精确的实验。他的实验是让一细束镭射线同时受到电场和磁场的作用。他使用的电场和磁场都是均匀场，两者的方向全都垂直于射线束原来的方向。接受射线束照射的照相底板，放在电场和磁场作用范围之外同辐射源相对的另一端，垂直于原来的射线束。结果，在照相底板上产生了一条曲线影像，曲线上的每一点都对应着原来射线束中的一条射线。在这些射线中，穿透性最强、偏转最小的，自然应该就是速度最大的那些射线。
根据考夫曼的实验结果可以得出结论，镭发出的射线的速度要显著大于阴极射线，而且，其中那些速度越大的射线，它们的比值e/m 越小。
根据J．J．汤姆森和汤森的研究，我们可以合理地假定，构成镭的射线的那种运动粒子带有的电荷等于一个氢原子在电解过程中刚被电离出来时所带的电荷e ，而且对于镭的所有射线都是如此。这样我们就得到一个结论：粒子的质量m 随速度的增加而增大。
正是对上述这些实验进行了这种理论思考，我们形成了这样一种看法，那就是，粒子的惯性依附于它的电荷在运动期间所处的状态。不消耗能量，一个处在运动中的电荷的速度是不会改变的。换句话说，粒子的惯性来源于它的电磁本性，而粒子的质量，至少有一部分是一种虚质量或者说是一种电磁质量。亚伯拉罕（Abraham）走得更远，他甚至认为粒子的质量全部都是电磁质量。按照他的这种观点，我们如果由粒子的已知速度v 来计算它的这个质量m ，那么我们就会发现，在v 接近光速时，这个m 值会趋于无穷大；而在速度v 比光速小得多时，这个m 值会逼近一个常数值。考夫曼的实验与由这种理论得到的结果是吻合的。这一点当然意义重大。因为，这就意味着我们有可能为带电的小物质粒子在运动状态下的动力学行为找到它们的力学根据。
下表列出的是考夫曼得到的e/m 和v 的数据。
考夫曼将实验结果与他的理论进行比较，得到一个结论：镭射线中的那些速度相对很小射线，它们的比值e/m 的极限值应该与阴极射线的e/m 相同。
考夫曼的那些最好的实验是用很少一点纯氯化镭做的，那是我们提供的试样。
根据考夫曼的实验，镭射线中有一部分β射线具有非常接近于光速的速度。这些速度非常大的射线似乎具有很大的穿透物质的能力。
磁场对α射线的作用
在最近看到的一篇论文中，卢瑟福指出，在强电场或者强磁场中，镭发出的α射线也略微有些偏转，其偏转方式表明那是一种带正电荷的粒子，而且具有很大的大速度。卢瑟福根据它他的这个实验计算出α射线的速度为2.5×109 cm/sec数量级，而相应的比值e/m 是6×103 数量级。这个比值e/m 大致为容易发生偏转的β射线的104 倍。 (2) 我们在后面将会看到，卢瑟福得到的这两个数值是符合现在已经知道的α射线的性质的。而且，这个结论至少能够部分说明α射线的吸收规律。
卢瑟福的实验结果已经由贝克勒尔所证实。贝克勒尔还用实验进一步证实钋发出的射线在磁场中的行为就像是镭发出的α射线。而且，在相同的磁场中，钋射线同镭射线具有相同的曲线轨迹。
贝克勒尔的实验还发现，α射线在照相底板上不会形成展开的带状磁谱，它们的行为就像是单一的同一种辐射，所有的射线都作同样的偏转。
磁场对其他放射性物质射线的作用
至此我们已经知道，镭发出的α射线类似于气体放电管内的极隧射线，β射线类似于阴极射线，γ射线则具有穿透性而且不发生偏转。放射性钋，则只发出α射线。其他的放射性物质，似乎锕有些像镭，但是对它的辐射的研究远没有对镭辐射的研究深入。至于弱放射性物质，我们如今知道有铀和钍，它们既发出α射线，也发出β射线（贝克勒尔，卢瑟福）。
镭辐射中β射线所占的比例
我在前面已经提到，β射线在总辐射中所占的比例随着到辐射源之间的距离的增大而增加。这种射线绝不会单独出现，在较远的距离还总能够检测到γ射线。在镭的辐射中存在着这种穿透性很强、不发生偏转的γ射线，这是维拉德最早观测到的。在用电学法进行测量时，这种γ射线只占总辐射中的一小部分。在我们早期的实验中，我们甚至未能发现它们的存在，以至于曾错误地以为在较远的距离发现的那些辐射中只包含有能够发生偏转的射线。
下面我用列表给出了我们使用类似于图5上显示的一套装置，用电学法进行实验得到的一些数值结果。实验中，镭试样仅靠周围的空气与电容器隔离开。这里我用符号d 表示辐射源与电容器之间的距离。各个表内的第二行数字代表在有磁场作用时在不同距离测得的电流，并把没有磁场时在各个距离测得的电流都设定为等于100。这些数字可以认为就代表了α射线和γ射线在总辐射中共同占有的百分比，因为在我们安排的实验条件下，α射线几乎没有偏转。
在比较远的距离已经没有α射线，没有发生偏转的辐射只剩下γ射线。
在近处不同距离进行实验得到的结果如下表。
在远处不同距离进行实验得到的结果如下表，在这一组实验中使用了一份放射性比上述实验中强得多的试样。
上表列出的数字清楚地表明，在超过一定距离之后，不偏转的射线在总辐射中所占的比例已经基本不再变化，逼近一个常数。这些不偏转的射线大概全都是γ型射线。
我们还进行过另一组实验。这次，我们把镭试样封装在一根很细的玻璃管内，放在电容器下方与极板平行。镭发出的射线先经过一定厚度的玻璃和空气才进入到电容器。实验结果如下表。
同前面在远距离进行的实验一样，第二行的数字在距离d 增加到一定程度之后也基本上不再改变，逼近一个常数。不过，在这一组实验中，接近极限时的距离要比前面实验中小很多。这是因为这次有了能够吸收射线的玻璃，而玻璃吸收α射线要比吸收β和γ射线更彻底。
下面介绍的一个实验则显示了另一个事实，即铝箔（厚0.01mm）吸收的主要是α射线。把镭试样放在距离电容器5cm的位置，在有磁场作用时，除了被偏转的β射线之外的其他射线所占的比例大约为71％。使用刚才实验中所用的同一份放射性试样，把它用铝箔盖住，距离则保持不变，再进行实验。这次发现，穿过铝箔的辐射几乎都全部被磁场偏转了，这说明α射线已经差不多被铝箔完全吸收。改用纸作为吸收片，也得到了同样的结果。
镭发出的辐射，其中比例最大的部分是α射线，它们很可能主要是从这种放射性物质的表层发出来的。把放射性镭铺开成一层做实验，当改变这种放射性物质层的厚度时，电流强度随厚度增加而增大。但是，并不是总辐射中所有射线所对应的电流都与厚度成正比增大。增加放射性物质的厚度，β射线所对应的电流的增大要明显大于α射线所对应的电流的增大。由此可见，β射线在总辐射中所占的比例是随着放射性物质层厚度的增加而增加的。把放射性源放在距离电容器5cm的位置进行实验，结果发现，当放射性物质层的厚度等于0.4mm时，所测得的代表总辐射量的数字为28，其中β射线所占比例为29％；当把放射性物质层的厚度增加到等于2mm时，也就是增加到原来的5倍时，测得的总辐射量等于102，而β射线在其中所占的比例则多达45％。这就是说，放射性物质层的厚度增加到5倍，这使得在同一距离测得的总辐射量增大到了3.6倍，而β射线的辐射量则增大到5倍多。
上述实验使用的是电学法。改用放射线感光法进行实验，所得结果似乎与上述实验有矛盾。在维拉德所做的实验中，使用了前后重叠的一系列照相感光板来接受一束受到磁场作用的镭的射线。结果，不发生偏转的具有穿透性的γ射线束穿过了所有的感光板，在每张感光板上都留下了它的痕迹。发生偏转的β射线束只在第一张感光板上留下有影像。如此看来，在这种发生偏转的β射线束中似乎根本没有穿透性很强的射线。
在我们的实验中却得到了与之相反的结果。一束在空气中传播的放射线，即使在可以检测到的最远距离，其中也仍然包含有大约9/10的β射线。把放射性源放入密封的小玻璃容器内，结果也是如此。在维拉德的实验中，容易发生偏转其实也具有的穿透性的β射线之所以仅能够使第一张照相底板感光，而对其后的照相底板毫无影响，是因为它们遇到第一个固体障碍就发生了差不多完全散射而被分散开来，已经不再是聚集为一束的射线了。在我们的实验中，镭发出的射线穿过容器的玻璃时也会被散射，但容器很小，小玻璃容器表面本身就能够成为一个β射线源，因而我们可以跟随β射线的传播在很远的距离都检测到它们。
克鲁克斯管的阴极射线只能穿透很薄的隔板（0.01mm厚的铝箔）。一束阴极射线垂直射到隔板上也会被散射到所有的方向。不过，这种漫射效应会随着隔板的厚度减薄而变小。当隔板非常薄时，在隔板后面实际上也会有像是入射束延长线的一束出射线。
镭的辐射中所包含的那部分能够偏转的β射线，性质与阴极射线相似，但是同阴极射线相比，它们在穿过同样厚度的隔板以后所发生的变化却要小得多。根据贝克勒尔的实验，镭的β射线中最容易被偏转的那一部分（速度相对较小）遇到0.1mm厚的铝隔板就会被严重散射，但是，β射线中穿透性较强而偏转不太大的那一部分射线（速度非常大的类似阴极射线的射线）却可以径直穿过同一个隔板而看不出受到了散射，而且射线束无论怎样倾斜着射入隔板都是如此。这种速度非常大的β射线甚至在穿过了厚度大得多的石蜡层（几厘米）之后也没有漫射，仍然可以在磁场中显示出一条只有聚集成束的射线才会有的曲线轨迹。隔板越厚，构成隔板的物质的吸收能力越强，隔板对射入的这种能够偏转的射线束的改变就越大。这是因为，隔板厚度增加，射线必须穿过更多的吸收物质，在此过程中会接连不断发生散射后又再次散射的不计其数的多次散射。
镭的β射线穿过空气时也要被散射。对于其中容易被偏转那一部分β射线，空气的这种散射作用也是非常明显的，但是比起相同厚度的固体物质所引起的散射，却是微不足道。所以，β射线在空气中可以传播很远的距离。
放射性物质辐射的贯穿能力
物理学家从研究放射性物质一开始，就对这些物质发出的射线如何被各种物质隔板吸收的问题进行了研究。在我先前发表的一篇关于这个问题的论文中，我也曾给出过能够代表铀和钍的射线的贯穿能力的一些数据（见第一章的“铀和钍的化合物的放射性”一节中列表引用的数据）。卢瑟福专门研究过铀的辐射，他证明了其中其实包含了多种不同类型的射线。欧文斯研究钍射线，也得到了相同的结果。在发现了强放射性物质之后，立即就遇到了一个它们的辐射的组成问题。许多物理学家（贝克勒尔、迈耶、冯·施韦德勒、居里、卢瑟福）都研究过这些新发现的强放射性物质的射线的贯穿能力。初步的观测就揭示出它们的辐射具有非常复杂的性质，而且这种复杂性似乎是一种普遍现象，一切放射性物质的辐射全都如此。不同的放射性物质具有不同的辐射，而每一种辐射又各自有不同的贯穿能力。
放射性物质发出的射线能够在空气和真空中传播，而且沿直线行进。这种直进性可以由下述事实得到证明：在辐射源和用作接受器的感光板或者荧光屏之间插入一个对于辐射不透明的物体，只要辐射源的大小同它与接受器之间的距离相比可以忽略不计，在接受器上就会显现出插入物体的轮廓分明的影子。贝克勒尔做过许多不同的实验来证明铀、镭和钋的射线沿直线传播的这种性质。
搞清楚放射线物质发出的射线在空气中能够传播多远的距离是一件有趣的事情。我们发现，镭发出的射线，在距离辐射源几米的空气中都仍然能够被检测到。在我们用电学法进行的某些检测中，在电容器离辐射源2米和3米的距离都检测到了辐射源对电容器内空气的作用。在同样距离，我们也检测到了镭射线的荧光效应和感光作用。这项实验并不容易，必须使用放射性非常强的辐射源。这是因为，即使没有空气的吸收，对于大小非常小的辐射源，它的辐射对给定接受器的作用是随两者之间距离的平方呈反比例变化。用镭做实验，它的辐射在空气中传播了较长距离之后，其中仍然包含有可以偏转的类似阴极射线的射线和不发生偏转的射线，不过其中的主要部分还是那种能够发生偏转的射线。镭的辐射中占有比例最大的部分（α射线），在空气中只有在离辐射源不超过大约7cm的距离才能检测到。
我还把镭密封在一个小玻璃容器内做了几个实验。从玻璃容器发出的射线在空气中传播一定距离之后被电容器接受。这种普通的电学法检测的是进入电容器的射线对空气的电离能力。实验中，改变辐射源到电容器的距离d ，测量通过电容器极板之间的饱和电流i 。下表是我得到的一组实验结果。
在辐射源和电容器之间大于某个距离之后，辐射强度随距离的平方作反比变化。
用钋做实验，它的辐射在空气中只能传播至离辐射源几厘米（4～6cm）的距离。
在测量固体隔板对辐射吸收情况的实验中，我们又发现了镭和钋的另一个重要区别。镭发出的射线能够穿透厚度相当大的固体物质，例如几厘米厚的铅或者玻璃。能够穿透厚度如此大的固体物质的射线，它们的贯穿能力一定非常大，实际上，大概没有什么物质能够把它们完全吸收掉。不过，这些射线仅仅是镭的全部辐射中的很小一部分，总辐射中的大部分都是能够被很薄的固体物质吸收掉的射线。
钋发出的射线则与镭的射线不同，它们很容易被吸收，只能穿透极薄的隔板。
下面给出的一组数字显示了厚度为0.01mm的铝箔对几种放射性物质化合物的吸收情况。铝箔被放置在放射性试样的上方，近到几乎与试样接触。用电学法测量试样的直接辐射和穿过铝箔的辐射（见图1实验装置）。两种情况测得的基本上都是饱和电流。这里用a 表示辐射物体的放射性强度，单位以铀的放射性强度为1。
从上表列出的数字可以看出，如同我在本文开始不久在介绍铀和钍的辐射被铝箔吸收的情况时就指出过的那样（见第一章的“铀和钍的化合物的放射性”一节中列表引用的数据），用性质和放射性强度各不相同的镭的几种化合物进行实验，得到的结果基本相同。我们还看到，使用同一块吸收隔板，就总辐射的贯穿能力而言，把各种放射性物质按照贯穿能力递减的顺序排列，依次是钍、镭、钋和铀。
这个结果与卢瑟福发表的结果相同。
卢瑟福还发现，用空气作为吸收物质，得到的也是这种排列顺序。但是，贯穿能力的这种递减顺序多半不是绝对的，大概同吸收物质的性质和厚度都有关系。确实也有实验表明，钋和镭的吸收规律有很大的不同。对于镭，在说到它的辐射被物质吸收的性质时，必须对它的辐射中的三种不同类型的射线分别加以考虑。
钋特别适合于用来研究α射线，这是因为，我们得到的这种试样除了α射线之外根本不会发出其他类型的射线。我起先曾用新制得的具有非常强的放射性的钋试样做过一组实验。结果发现，它的射线的可吸收性随着射线穿过的物质厚度的增加而增大。这种反常的吸收规律同已知的其他类型辐射的吸收规律都不同。
为了研究钋和镭的辐射的贯穿能力，我设计了一套装置来测量两者的辐射穿过不同隔板被吸收后仍然能够导致空气导电的那种能力。我的实验装置和使用的测量方法如下。
把电容器的两个极板PP和P′P′（图8）水平地放置在一个接地的金属盒BBBB的内部。在电容器的极板P′P′的下表面紧贴着另一个与之相连的壁层很厚的小金属盒CCCC，其中放入待检测的放射性试样A，它的辐射可以向上穿过极板上的一个小金属片T作用于电容器极板之间的空气。这个金属片可以让射线穿过它在电容器中产生电流，却能把电场限制在电容器极板之间而不至泄露到下面的小金属盒内。放射性试样与金属片之间的距离AT可以调节。极板之间的电场由一组电池产生。在A处的放射性试样上盖上不同的隔板，调节AT的距离，就可以测量射线穿过隔板在空气中经过不同距离被吸收的情况。
图8
下面是用钋进行实验得到的结果。
当距离AT超过某一个确定数值（4cm或更大）时，没有电流通过，这表明没有射线进入电容器。这时逐渐减小距离AT，让射线进入电容器，开始检测到非常微弱的电流。而且，在开始阶段，距离AT稍有减小，那非常微弱的电流就突然一下增大到相当大的强度。此后，随着放射性试样继续靠近金属片T，电流才有规律地逐渐增大。
在用一片厚度为1/100mm的铝箔盖住放射性试样时，距离AT越大，铝箔产生的吸收也越大。
在第一片铝箔上再重叠盖上一片同样的铝箔，这时，每一片铝箔都要吸收掉它所接受到的辐射的一定比例，但是第二片铝箔吸收的比例要大于第一片铝箔。
在下面给出的列表中，第一行代表钋试样和金属片T之间的距离，以厘米为单位。第二行代表穿透一片铝箔的射线所占的百分比，第三行代表穿透两片铝箔的射线所占的百分比。
在这些实验中，电容器极板P和P′之间的距离为3cm。我们从上表中给出的数字可以看出，插入铝箔导致辐射强度减弱的程度，在距离较远时要比距离较近时大。
放射性物质辐射的贯穿能力的变化规律其实要远比这些数字表面所显示的复杂得多。在上表中，距离0.5cm所对应的百分比25％，代表的其实是原来总辐射中所有射线穿过这段距离的平均贯穿能力。那么，如果只考虑比如说那些在前一段距离留存下来继续穿过从0.5～1cm这一段距离的射线的话，它们的贯穿能力实际上要显著大于穿过前一段同样距离的射线的平均贯穿能力。而且，如果减小电容器极板之间的距离，即把极板P向下移动到距离极板P′等于0.5cm的位置，那么，穿过一片铝箔（AT＝0.5cm）后的辐射便会占到原来辐射的47％（AT＝0.5cm），穿过两片铝箔后的辐射的比例也增加到了5％。
我最近又用同样的钋试样进行了一组实验，同上次实验相隔三年，试样的放射性已经显著减小。
在上次实验中我用的是亚硝酸钋，在这次实验中，使用的是通过把亚硝酸钋和氰化钾一起熔融得到的金属颗粒状态的钋。
我的这份钋试样的辐射仍然保持了原来的基本特性，但得到的却是不同的结果。把四张通过锻打得到的非常薄的铝叶叠合起来用作隔板，对于距离AT的不同值进行实验，结果得到辐射穿过隔板以后剩下的百分比如下表。
我还发现，如果只考虑重叠隔板中的某一片隔板，那么，它吸收辐射的比率随辐射此前已经穿过的物质的厚度的增加而增加，但是，这种情况只有在距离AT增加到某个确定值以后才会出现。当距离为零时（钋试样与金属片接触，不论是在电容器外还是在电容器内），使用由多片隔板重叠起来的重叠隔板，每一片隔板吸收它所接受到的辐射的比率都相同。换句话说，辐射强度随所穿过物质的厚度以指数函数减小。当单一的一种射线不改变性质穿过薄层物质时，它的强度就应该以这种方式减小。
下面是这些实验所得到同上述现象有关的数字结果。
当距离AT等于1.5cm时，仅使用一片薄铝叶，只有它单独吸收辐射，它所接受到的辐射有0.51的穿透比率。在它的前面重叠一片同样的铝叶，这时，它所接受到的辐射会有0.34的穿透比率。
然而，当距离AT等于零时，同一片隔板所接受到的辐射在上述两种情况下，穿透它的比率相同，都等于0.71，也就是说，要大于上述距离条件下的穿透率。
下表列出的数字给出的是在距离AT等于0时，辐射依次通过一系列非常薄的隔板，每一片隔板所接受到的辐射的穿透比率。
考虑到制作非常薄的隔板很难做到每一片都完全均匀一致，而且彼此之间也不可能完全紧密接触，可以认为上表中每一纵列给出的略有差别的数字其实是一个常量。只有表示铝隔板的纵列的第一个数字是个例外，它比后面的数字显示了更大的吸收率。
镭的α射线的性质与钋的射线类似。可以用磁场把镭辐射中的β射线偏转到侧旁只剩下α射线进行单独研究，其中含有的很少一点γ射线与α射线相比，几乎可以忽略不计。测量只能在离辐射源一定的距离时进行。下表给出的就是测量镭的α射线的贯穿能力的实验结果。测量的是α射线穿过厚度为0.01mm的铝箔后所剩下的比率。铝箔始终放在同一个位置，在辐射源上方与之只有一点间隔。使用的实验装置如图5所示，在有隔板和没有隔板两种情况下，在各种不同AD距离条件下测量穿透铝箔的射线在电容器内产生的电流。
在空气中传播最远的射线是那些被铝吸收得最多的射线。因此，在镭辐射中的可吸收α射线和钋的射线非常相似。
但是，可以偏转的β射线和不可偏转的穿透性很强的γ射线，两者却有不同的性质。许多实验——特别是迈耶和冯·施韦德勒的实验——都清楚地显示，如果把镭的辐射看成一个整体，那么，它的辐射的贯穿能力就像伦琴射线那样随所穿过物质的厚度的增加而增加。在这些实验中，α射线对实验结果几乎没有影响，因为很薄的吸收隔板就能阻挡住它们的绝大部分。穿透隔板的那些射线，一部分是或多或少受到过散射的β射线，另一部分则是与伦琴射线性质相似的γ射线。
下面是我在这个问题上进行的一些实验的结果。
把镭密封在一个小玻璃容器内。在与此容器相隔30cm空气的位置，用若干块叠合在一起的玻璃片接受从容器发出的射线。每一片玻璃的厚度为1.3mm。第一片玻璃所接受到的辐射穿透了49％，第二片玻璃所接受到的辐射穿透了84％，第三片玻璃所接受到的辐射穿透了85％。
在另一组实验中，封装镭试样的玻璃容器被放置在离接受射线的电容器10cm的距离，在玻璃容器上盖有若干块厚度为0.115mm的铅隔板。
下面中的数字依次给出了前后重叠的铅隔板中每一块所接受到的辐射的穿透比率。
0.40 0.60 0.72 0.79 0.89 0.92 0.94 0.94 0.97
改用四块每一块厚度为1.5mm的铅隔板进行实验，依次得到重叠的四块铅隔板中每一块所接受到的辐射的穿透比率，结果如下。
0.09 0.78 0.84 0.82
前后两组实验的结果表明，当铅层的厚度从0.1mm增加到6mm时，辐射的贯穿能力实际上是增加了。
我发现，在上述实验条件下，在使用1.8cm厚的铅隔板时，它所接受到的辐射有2％的穿透比率；在使用5.3cm厚的铅隔板时，它所接受到的辐射有0.4％的穿透比率。我还发现，穿过1.5mm厚的铅隔板以后的辐射主要是由可偏转的射线组成（阴极射线）。由此可见，可偏转的那些射线虽然不能穿过距离很长的空气，却能够穿过厚度相当大的具有很强吸收性的比如铅一类的固体。
我也用图2 (3) 所示的一套装置研究了厚度等于0.01mm的铝隔板对镭的全部辐射所产生的吸收作用。在实验中，我把隔板放在离辐射源一定距离保持不动，只改变电容器与辐射源之间的距离AD，这样得到的结果反映的是镭的辐射所包含的三种射线被吸收的总效果。电容器离辐射源比较远时，辐射的主要成分是贯穿能力比较强的射线，铝隔板对它们的吸收非常小。电容器离辐射源比较近时，主要成分是α射线，而且电容器越靠近辐射源，铝隔板对它们的吸收效应越小。在中间距离，隔板的吸收效应最大，换句话说，贯穿能力最小。
在一些同研究吸收效应有关的实验中，α射线和β射线总会显示出某些类似之处。例如贝克勒尔发现，固体隔板对β射线的吸收作用随着隔板到辐射源的距离增加而增大。如图4所示，当射线受到磁场作用时，把一块隔板直接放在辐射源上面与之接触和把这同一块隔板改放在照相底板上，在这两种情形，前一种情形照相底板上因被感光而显现的磁谱部分就要明显大于在后一种情形显现的磁谱带。隔板的吸收效应随着隔板到辐射源距离的不同而变化的这种情况，同α射线在类似实验中出现的情况十分类似。两者的这种类似性已经得到迈耶和冯·施韦德勒的证实，他们的实验使用的是荧光法。皮埃尔·居里和我使用电学法，也观察到了同样的事实。不过，当我们把镭试样装入一只玻璃管内密封起来放置在离电容器一定的距离，再把两者整个放入一个薄壳铝盒内进行实验时，这时，无论把隔板紧靠着辐射源还是紧靠着电容器，就看不出有什么区别，两种情况得到的电流是一样的。
对α射线进行的这些研究使我产生了一个想法，那就是，这种射线的行为就像是以一定的初速射出的子弹，它们遇到障碍物就会失去自己的力量。不仅如此，正如贝克勒尔在他的如下一个实验中所证实的，这种射线还是沿着直线传播。贝克勒尔在一张纸板上刻出一条非常细的直线沟槽，把发出射线的钋试样放入沟槽内，得到一条直线形状的辐射源。正对着这条直线辐射源，在距离4.9mm的位置平行辐射源直线安放一根直径为1.5mm的铜线，后面再在8.65mm的位置平行放置一块照相底板。曝光10分钟后，在照相底板上出现了清楚地显示出铜线几何形状的影像，在影像边缘还带有由于辐射源毕竟具有一定宽度而产生的细窄半影。在铜线后面放上通过锻打制成的双层铝叶重做实验，射线穿过铝叶后，同样在照相底板上形成了障碍物清晰的几何形状影像。
贝克勒尔的实验表明，被测试的射线能够在照相底板上投射出障碍物的几何形状。尤其是使用铝隔板再做的实验仍然得到相同的结果，这又说明这些射线在穿过铝隔板时没有发生散射，而且也没有产生类似于伦琴射线的次级射线那样的射线。
卢瑟福的实验则表明，构成α射线的像飞行子弹一样的粒子可以被磁场偏转，而且偏转的方式表明它们带有正电荷。在磁场中发生偏转的带电粒子，遵循其偏转程度按照随乘积（m/e ）×v 增大而变小的规律；这里m 为粒子的质量，v 为粒子的速度，e 为粒子的电荷。镭的阴极射线只有轻微的偏转，这说明为它们的速度非常大。另一方面，镭的这种阴极射线贯穿能力很强，又说明这种射线中的每一个粒子的速度虽然很大，但是质量却很小。不过，带有同等电荷的粒子，如果速度较小但是质量却很大，它们在磁场中也只会受到轻微的影响，而且由它们形成的射线会很容易被吸收。从卢瑟福实验的结果看，α射线中的粒子似乎就属于这种情况。
贯穿能力很强的γ射线则似乎是另一种不同的射线类型，它们类似于伦琴射线。
到此，我们已经看到放射性物质发出辐射是一种非常复杂的现象。如果问到这些辐射在遇到障碍后仅仅是被接受到它们的物质选择性地吸收，还是或多或少已经转化成了别的什么，那么，这就又会增加研究的难度。
关于这个问题，目前仍然知之甚少。如果认为镭的辐射中包含有阴极射线和伦琴射线这两种射线的话，那么，它们就应该在穿过隔板时发生转化。这是因为我们已经知道，第一，克鲁克斯管通过一个铝窗发出的阴极射线要受到铝箔的严重散射，而且铝箔使穿过它的射线的速度减慢了。例如，速度等于1.4×1010 cm的阴极射线在穿过0.01mm厚的铝箔后，其速度损失了10％。第二，阴极射线轰击障碍物，产生了伦琴射线。第三，伦琴射线照射到固体障碍物，又会产生出次级射线 ，其中有一部分也是阴极射线。
因此，通过类比便不难想到，对于放射性物质发出的射线，也应该存在着上述所有这些现象。
然而，贝克勒尔在研究钋的射线穿过铝隔板的实验中，既没有观测到有次级射线产生，也没有发现有钋的任何一点射线转变成了阴极射线。
我想用交换隔板位置的方法通过实验来检查钋的射线是否发生了转化。我让钋的射线穿过两块重叠在一起的隔板E1和E2。射线穿过重叠的两块隔板时如果没有发生转化，那么，两块隔板哪一块在前，哪一块在后，便无关紧要。相反，如果每块隔板在射线穿过它时使它们发生了转化，那么，两块隔板放置的前后顺序就会对实验结果产生影响。比如说，如果射线在穿过铅隔板时被转变成了另一种更容易被吸收的射线，而在穿过铝隔板时却不发生这种转化，那么，对于钋的射线，铅-铝组合的透射性就应该比铝-铅组合的透射性差。对于伦琴射线，实验结果就是如此。
我的实验表明，对于钋的射线的确出现了料想到的上述现象。我使用的实验装置如图8所示。钋试样放在小金属盒子CCCC内，吸收隔板——当然必须很薄——直接放在金属片T上。
实验得到结果证明钋的辐射在穿过固体隔板时性质发生了变化。把两块同样材料的金属隔板重叠起来进行实验，只要第一块隔板的吸收性弱于第二块隔板的吸收性，也能得到这个结论。由此推测，隔板对射线的转化作用似乎应该随着隔板到辐射源的距离的增加而变大。不过，这种推测还没有得到验证，对于转化的本质也还没有仔细加以研究。
我用放射性很强的镭盐重复进行这个实验，得到的却是否定结果。交换两块隔板的前后位置，穿过两块隔板后的射线的强度仅有一点微不足道的变化。下面给出的是在我的实验中组合双层隔板所用到的各种隔板。
对于镭的射线，铅-铝组合的透射性要小于铝-铅组合，但差别很小。
这就是说，我未能发现镭的射线有什么值得重视的转化。但是，贝克勒尔在他进行的各种各样的放射性照相实验中却观察到过固体隔板在接受镭的射线时所产生的散射线或次级射线的感光效应。在这方面，铅似乎是最活跃的物质。
镭射线对绝缘液体的电离作用
皮埃尔·居里曾指出，镭的射线和伦琴射线作用于液体电介质，也如同作用于空气那样，能够使液体具有一定的电导性。他设计的实验如图9所示。
图9
实验液体装在一个金属槽CDEF内，向液体插入一根薄铜管AB。金属槽和薄铜管各自被当作一个电极，用一个由若干小蓄电池组成的电池组供电。电池的一个电极与外部金属槽连接，使金属槽维持一个已知的电势，另一个电极接地。内部的薄铜管AB则连接到静电计上。当液体中有电流通过时，利用一个石英压电压强计由重物产生的电流进行补偿，使静电计的指示始终保持为零，根据压强计的读数来确定电流的大小。在薄铜管AB外面还套有一根直径更大的铜套管MNM′N′，也接地，作用是防止电流通过空气泄漏。作为辐射源的镭-钡盐类被装入一个球状小玻璃瓶内，放入薄铜管AB的底部。射线穿过玻璃瓶和金属管壁后作用在液体上。把玻璃瓶改放在金属槽底面DE的下侧，也能使镭的射线作用于金属槽内的液体。
用伦琴射线做实验，只能让射线向上穿过金属槽的底面DE。
在镭射线或者伦琴射线作用下电导率得到提高，这似乎是所有液体电介质都会出现的一种现象。不过，为了能够测出电导率的增加，液体自身的电导率必须很小，才不致掩盖掉射线的效应。
皮埃尔·居里用镭射线和伦琴射线分别做实验，两种情况得到的结果数量级相同。
在用这同一套装置研究空气或者其他气体在贝克勒尔射线作用下的电导率时，结果发现，只要两个电极之间的电势差不超过几伏特，测得的电流强度与电势差成正比。但是在电压升高到较高电压之后，电流强度的增加会迅速变得越来越慢。当电压升高到100伏时，电流就成为饱和电流了。
用同一套装置和同样的放射性试样对液体测量电导率随电压的变化，结果则不同。只要两个电极之间的距离不超过6mm，将电压从0伏增加到450伏，电流强度都与电压成正比。
下表给出的这些测量数字，只要乘上10-11 ，就是以兆欧每立方厘米为单位的电导率。
当然，我们也可以认为液体和气体在这方面的性质没有什么不同，只不过在液体的情形电流强度维持与电压成正比增加的那个电压上限比气体的情形高得多而已。如果真是这样，那么只限于使用微弱得多的辐射也许就有可能降低这个维持成正比关系的上限。这需要通过实验来检验。这次对液体进行的实验使用的放射性物质的放射性强度要弱得多，只有前面实验中所使用的放射性强度的1/150。在电压等于50、100、200和400伏四种条件下，得到代表电流强度的数字分别为109、185、255和335。结果是正比关系确实不再成立，但是，随着电势差成倍增大，电流强度仍然有很大的变化。
有些液体，如果把它们保持在恒温状态，并加以屏蔽隔断射线的作用，它们简直就是理想的绝缘体。这样的液体有液态空气、石油醚、凡士林油和戊烯。使用这些液体来研究放射性射线的电离效应要容易得多。凡士林油对射线的作用要比石油醚迟钝得多。所以如此，大概与这两种碳氢化合物的挥发性不同有关。液态空气，让它在实验容器内沸腾一段时间之后，它对射线作用的灵敏性则要比刚倒进容器时大。在前一种情形，射线产生的电导率要比后一种情形增大四分之一。皮埃尔·居里还研究了在＋10℃和-17℃不同温度下射线对戊烯和对石油醚的作用。对于这两种液体，当温度从＋10℃降低到-17℃时，因辐射而产生的电导率只减小了十分之一。
在实验过程中液体的温度是变化的，镭试样的温度可以是周围大气的温度，也可以是液体的温度，两种情况下得到的结果相同。这说明镭的辐射不随温度变化，甚至在液态空气的低温下也保持不改变。这个结论已经通过测量得到了直接验证。
放射性物质射线电离作用的各种效应和应用
新发现的这些放射性物质的射线对于空气有很强的电离作用。在镭射线的作用下，过饱和水蒸气容易发生凝结 。这种现象就如同过饱和蒸汽受到阴极射线和伦琴射线的作用。
在这些新的放射性物质所发出的射线的影响下，对于给定的电势差，两个金属导体之间的放电距离增加了 。换句话说，这些射线有助于电火花通过更大的间隙。
放射性物质的射线能够使空气导电。假定有两种金属导体，一个接地，另一个连接到一个绝缘良好的静电计。在射线的作用下，两个金属导体附近的空气都变成了导体，这时可看见静电计的指针始终保持着偏转状态。利用这种现象可以测量由空气和这两种金属所构成的电池的电动势（被空气隔开的两种金属的接触电动势）。开尔文勋爵和他的学生们就使用过这种测量方法，他用来电离空气的放射性物质是铀。在更早的时候，佩林也使用过一种类似的方法，但他用的是伦琴射线的电离作用。
放射性物质还可以用于大气电学的研究。把放射性物质密封在一个薄壳小铝盒中，然后把小铝盒固定在一根金属导线的远端，导线的这一端则连着一个静电计。金属导线远端附近的空气被放射性物质的射线电离而变为导体，这样，金属导线就能够探测到远端周围空气的电势。用放射性镭取代以前测量大气中空气的电势必须使用的火焰或者开尔文滴水器自然有更多的优点。直到现在，这种方法仍然普遍应用于大气电学的研究中。
荧光效应和发光效应
新发现的这些放射性物质发出的射线能够使某些物质发出荧光。皮埃尔·居里和我在让钋的射线穿过铝箔作用于一层氰亚铂酸钡时，首先发现了这种现象。用含有镭的钡进行同样的实验，更容易看到这种荧光效应。用具有强放射性的物质进行实验，产生的荧光非常漂亮。
在贝克勒尔射线的作用下，许多物质都能够发出磷光或荧光。贝克勒尔研究了这些新的放射性物质的射线对铀盐和钻石等的这种效应。巴瑞（Bary）则证明，在发光射线和伦琴射线的作用下发荧光的碱金属和碱土金属的盐类，在镭的射线作用下也发出了荧光。放在镭试样附近的纸、棉花、玻璃等，全都发出了荧光。在各种不同的玻璃中，图林根玻璃发出的荧光特别明亮。金属似乎不会被镭射线照射而发光。
用荧光法研究放射性物质的辐射，最适合使用氰亚铂酸钡。镭射线对氰亚铂酸钡的荧光效应可以延伸到2m之外。发磷光的硫化锌在镭射线的作用下发出的光特别明亮。但是这种物质不太适合用于研究，因为它在射线停止作用以后还会持续发光一段时间。
用吸收隔板把荧光屏和镭试样隔离开来，仍然可以观察到镭射线产生的荧光。甚至隔着人体，我们也看见了氰亚铂酸钡屏发出的亮光。如果没有任何固体遮挡，使荧光屏与镭试样直接接触，荧光则会变得无比明亮。看来，镭射线中的所有成分都能够产生荧光。
观察钋的荧光效应，必须把试样靠近荧光屏，而且中间不能有固体隔板，除非是极薄的隔板。
荧光物质受到放射性物质射线的照射，它发出的亮光会随时间而减弱。在此期间，荧光物质也会发生变化。下面是几个例子。
在镭射线的作用下，氰亚铂酸钡会转变为一种发光较弱的棕色异形体（类似伦琴射线产生的一种效应，维拉德曾描述过这种现象）。硫酸铀和硫酸钾也会发生类似的转变。已经发生了转变的氰亚铂酸钡，若受到光线的作用，会部分地恢复原来的性质。例如，在一张纸上铺上一层氰亚铂酸钡，在纸的下方放一个镭试样，氰亚铂酸钡就会发出亮光。如果改为在黑暗环境中观察，经过一段时间，就会发现氰亚铂酸钡出现了变化，而且亮光也显著减弱了。但是，回到有光线照射的环境，氰亚铂酸钡又部分地恢复了原来的性质。这时，如果再次在黑暗环境中观察，就会看到氰亚铂酸钡重新发出了熠熠的亮光。根据这种现象，我们可以把荧光物质和放射性物质组合起来得到了一种像磷光物质那样能够在较长时间持续发光的发光系统。
在镭射线作用下发出荧光的玻璃会改变颜色，逐渐变为褐色或紫色，同时，荧光也在逐渐减弱。把发生了这种变化的玻璃加温，可以褪去它的颜色，与此同时，玻璃又能再次发出荧光。经过加温的玻璃已经恢复了它发生变化以前的荧光特性。
能够发出磷光的硫酸锌，如果长时间受到镭射线的作用，它的磷光会逐渐减弱直至完全没有亮光，也就是说，失去了它的磷光特性。不论是受到镭射线的作用还是受到光线的作用，结果都是如此。
钻石受到镭射线的作用会发出磷光。利用钻石的这种性质，可以检查出仿造的假钻石。假钻石在镭射线的照射下只发出极其微弱的亮光。
所有的钡-镭化合物都能够自发发光 。在这些化合物中，发光特别强的是干燥的无水卤盐。放射性物质的这种自发发光，在光照充足的白天是看不见的，在早晚时候或者在煤气灯下比较容易看见。这种自发发光的强度，有时可以强到在黑暗中能够借助它的亮光进行阅读。放射性物质的自发发光，是整块试样都在发光。这就不同于普通的磷光物质只有被照射到的那一部分表面才发光。各种镭的化合物在潮湿的空气中发光度都会大为下降，但是在干燥环境中又能恢复（吉塞尔）。它们的发光度似乎能够长期保持不变。密封在玻璃管内的一些放射性较弱的镭化合物试样，在黑暗中保存了许多年，也没有察觉出发光度有什么变化。有一种放射性很强的镭-钡氯化物，发光很强，但是几个月之后，它发出的光却改变了颜色。光线颜色变得越来越偏紫色，亮度越来越小，与此同时，化合物也发生了变化。把这种氯化盐溶解到水中，再重新干燥，它又恢复了原来的发光度。
含镭量比例很大的钡-镭的各种盐类溶液，同样也能够发光。把溶液倒入一个铂制的容器中就可观察到这种现象。铂皿自己不发光，不会妨碍看到溶液的微弱亮光。
有一种钡-镭的盐溶液，当其中出现了晶体沉淀物时，可以看见沉淀在溶液底部的这些晶体在发光。这些晶体的发光要比溶液的发光强得多，不难辨别出它们的发光。
吉塞尔曾提取到一种钡-镭的氰亚铂酸盐。这种盐类在刚结晶出来时，它的外观同普通的钡的氰亚铂酸盐没有什么区别，但是发出的亮光却要强得多。不过，这种钡-镭的氰亚铂酸盐会慢慢自行变色，渐渐带有棕色，在变色过程中这种晶体实际上显示有两种颜色。变色后的钡-镭的氰亚铂酸盐，发光大为减弱，虽然它的放射性强度反而增大了。吉塞尔提取到的那种氰亚铂酸镭，变化甚至更快。
镭的化合物是观察到的第一个能够自行发光的物质的例子。
镭盐的发热效应
皮埃尔·居里和拉伯德（Laborde）最近又有新的发现，原来镭盐还是能够自发地和长期持续地发热的一种热源 。由于发热，镭盐总是保持着比其周围环境要高的温度。曾经观察到的这种温度差是1.5℃。实际的温度差依赖于镭盐的绝热情况。皮埃尔·居里和拉伯德测量了镭盐发热时单位镭量所产生的热量。测量结果是，每克镭每小时的发热量为100卡数量级。数量为1克原子的镭（225克）一小时能够产生22500卡热量，这相当于燃烧1克原子氢（1克）所产生的热量。镭能够发出如此多的热量，这是无法用普通的化学反应加以解释的，更何况镭还能保持这种发热状态多年不变。这种发热现象也许根源于镭原子正在发生某种缓慢转化。如果这种猜测不错的话，那么我们就可以得出结论，原子在形成和转化过程中所产生的能量是非常大的，超过了迄今为止我们所知道的一切产生能量的过程。
新放射性物质引起的化学效应
着色效应 具有强放射性的物质所发出的辐射能够引起某些化学反应。例如，镭试样发出的射线能够使玻璃和瓷器着上颜色。
玻璃受到镭射线照射，通常是变为棕色或者紫色，而且能够达到很深的内部。这种着色效应发生在玻璃的内部，移走镭试样后，着色会保留下来。所有的玻璃经过镭射线或长或短时间的照射都会被着色，而且与玻璃中所含的铅无关。这种现象同最近观察到的长期用来产生伦琴射线的真空管玻璃发生变色很相似。
吉塞尔的实验还证明，碱金属卤盐的晶体在镭射线的作用下，如同受到阴极射线作用被着色，也着上了颜色。他同时指出，他把碱金属盐暴露在钠蒸汽中同样也使它着上了颜色。
承蒙李·卡特莱尔（Le Chatelier）的好意，他暂时借给我好些不同种类的已经知道成分的玻璃，我有机会把它们用于放射性物质着色现象的研究。用镭射线照射后，它们通常都是变为棕色、紫色、黄色或者灰色，不同种类的玻璃在着色上没有太多的不同。这个结果大概与玻璃中存在的碱金属有关。
用纯碱金属盐的晶体进行实验，着色后的颜色会有更多的变化，而且也更加鲜艳。这类晶体，原来都是白色，被射线照射后变成了蓝色、绿色、黄色和棕色，等等。
贝克勒尔则发现，原来的黄磷，被镭射线照射后，变成了磷的另一种同素异形体红磷。
纸张被镭射线照射后也会发生变化，并被着色。它先是变得易碎，后呈枯焦状，最后就像一张布满了小孔的筛网。
在有些场合，在放射性非常强的化合物旁边还会有臭氧产生。装在密封瓶子里的镭，穿出瓶子的射线不会在空气中产生臭氧。但是，打开瓶子，就能闻到浓烈的臭氧气味。一般说来，空气一旦与镭直接接触，就会生成臭氧。即使用一根极细的管子使空气与镭相通，也会有这个结果。臭氧的产生似乎与我在后面将要介绍的感生放射性在空气中的传播有关。
镭的化合物会随着时间的推移而发生变化，这种现象无疑是它们受到自身辐射作用的结果。我在本文前面曾经介绍过，钡-镭的氯化物在刚形成时是无色的晶体，以后会慢慢被着色：先是黄色或橙色，然后变为粉红色。把它溶解在溶液中，已经着上的颜色便会消失。随着时间的推移，钡-镭的氯化物中会出现氯的氧化物；钡-镭的溴化物中会出现溴的氧化物。这些变化十分缓慢，通常要在固体化合物制成后经过一段时间才会显露出来。与此同时，固体化合物的形态和颜色也在变化，变成黄色或紫色。它们发出的光也会变得更偏紫色。
有一种镭盐的溶液还会释放出氢气（吉塞尔）。
纯镭的盐类随时间发生的变化似乎与含有钡的镭盐发生的变化相同。不过，在酸性溶液中沉淀得到的镭的氯化物晶体即使经过一段时间也不会被明显着色，而富含镭的钡-镭氯化物晶体则会被明显着色。
热致发光效应 有些物质，比如萤石，被加热时会发光。具有这种特性的物质叫做热致发光物质。这类物质，它们的这种受热发光的特性经过一段时间后会消失，但是可以通过电火花的作用，也可以通过镭的作用，使它们重新恢复这种受热发光的能力。镭就能够恢复这类物质的热致发光特性。例如一块萤石，它在被加热时会发生一种变化，从而产生光。此后，用镭的射线作用于这块萤石，则可以使它发生逆变化，同时也导致它发光。
把玻璃暴露在镭射线下，也会出现完全相同的现象。玻璃受到镭射线的作用，也会发生一种变化，从而产生光。这种变化表现为它被着色，而且颜色越来越深。此后，如果加热玻璃，则可以使它发生逆变化，不仅颜色消失，而且也导致它发光。在这种现象背后很可能发生的是一种化学性质的变化，光的产生就同这种化学变化有关。这种变化还可能是一种普遍存在的现象。受到镭射线作用发出荧光以及镭化合物的自发发光，大概都与发光物质内发生的某种化学变化或者物理变化有着必然的联系。
放射线照相 新发现的这些放射性物质的感光作用是非常令人注目的。但是，利用钋和利用镭进行放射线照相，具体操作起来差别却很大。钋的射线仅能在很短的距离起作用，而且它的作用会被固体隔板显著减弱。实际上，稍微厚一点的隔板（厚度1mm的玻璃）就可以完全阻断它的作用。镭射线的作用距离则要大得多，在空气中，在2m之外都还能观察到它的感光作用，甚至把这种放射性物质密封在一个玻璃容器中也是如此。在这种情况下，起感光作用的射线只能是β射线和γ射线。由于不同的材料对于这两种射线的透射性不同，这样，就可以像伦琴射线拍摄透视照片那样，利用镭发出的射线拍摄得到不同物体的放射线照片。一般说来，金属对于镭射线是不可透射的，不过铝的透射性非常好，是个例外。肌肉和骨骼，两者的透射性差别不大。进行放射线照相，可以在离辐射源比较远的距离进行，而且只需要用到尺寸非常小的一个放射性辐射源。这样得到的放射线照片能够分辨出被摄物体内部的细小差别。如果利用磁场把β射线偏转到一旁，只利用γ射线拍摄，得到的放射线照片会更加清晰。这是因为β射线在穿过物体时发生的轻微散射最后会在照片上留下雾翳。为了减小这种雾翳虽然要增加曝光时间，却可以得到比较好的放射线照片。比如要拍摄一个钱包的放射线照片，在一个玻璃容器内装几分克的镭盐，加以密封，这就是照相用的一个放射线源。把这个放射线源放在距离感光底板1m的位置，感光板前放上钱包，大概经过一天时间的曝光，就能得到一张放射线照片。如果把放射线源放在距离底板20cm的位置，那么，只需要一小时曝光就能得到照片。如果把放射线源辐射源紧靠感光底板，底板瞬间就会被感光。
生理效应
镭射线会对皮肤表皮产生作用，这是沃克霍夫（Walkhoff）首先观察到的一种现象，并得到了吉塞尔的确认。后来，又有贝克勒尔和皮埃尔·居里加以证实。
把具有很强放射性的一点镭盐装入一个赛璐珞胶囊或者一个薄橡皮袋囊中，放在皮肤上，或者马上，或者经过一段时间，皮肤就会发红。胶囊中物质的放射性如果比较弱，时间则需要长一些。这种红斑出现在受到放射性辐射作用的位置。发红皮肤的局部变化看起来就像是受到了灼伤。这后果其实就是灼伤，有时还会出现一个水泡。如果照射时间更长一些，则会发生溃疡，需要长期治疗才能愈合。皮埃尔·居里在他做的一个实验中，把一个放射性相对较弱的试样放在手臂上作用了10小时，皮肤上几乎立即就出现了红斑，后来又出现了伤口，花了4个月才痊愈。这种局部表皮的损伤，不仅愈合慢，而且很难长出新皮肤，还会留下明显的疤痕。被镭射线照射半小时，15天后才出现灼伤症状，形成水泡，又花了15天才痊愈。在另一次实验中，仅照射了8分钟，竟在两个月后出现了红斑，不过关系不大。
镭对皮肤的作用可以穿过金属屏，但效果会减弱。
路易斯医院的道洛斯（Daulos）医生专门研究过镭对皮肤的作用。他把镭辐射用作治疗某些皮肤疾病的一种手段，就像是利用伦琴射线或紫外线来治疗皮肤病。从初步结果看，这种治疗方法大有希望。用镭射线照射后受到轻微损伤的表皮重新长好了，恢复到了健康状态。镭射线的作用能够比光线透入皮肤更深，应用起来也比使用光线或者伦琴射线方便。不过，把镭用于治疗皮肤病还需要进行长期的研究，因为用镭射线照射后的效果不是马上就可以看出来的。
吉塞尔观察过镭对植物叶子的作用。处理过的叶子变黄，最后枯萎了。
吉塞尔还发现了镭射线对眼睛也有作用。在黑暗中把放射性物质放在闭着的眼睛或者太阳穴侧旁，眼睛会有看见亮光的感觉。物理学家希姆斯特德（Himstedt）和内格尔（Nagel）研究了这种现象。他们发现，受到镭射线的照射，眼睛中心发出了荧光，这就说明了为何有看见光的感觉。即使是盲人，只要视网膜完好无损，也能感受到镭的这种作用；但是，如果视网膜发生了病变，则不会有这种看见亮光的感觉。
镭射线还能抑制或者干扰微生物群的繁殖，不过作用不很明显。
最近，丹尼兹（Danysz）还用实验明了镭射线能够对骨髓和大脑迅速造成损害。经过一小时的照射，实验动物就瘫痪了，没过几天后便死去。
温度对镭的影响
放射性物质的辐射如何随温度变化，在这方面，目前还知之甚少。不过我们知道，放射性物质在低温下仍然存在着辐射。皮埃尔·居里把装有钡-镭氯化物的玻璃管插入液态空气中，在如此低的温度下，玻璃管内的放射性物质仍然在发出亮光。事实上，在把玻璃管从非常冷的液态空气中抽出的瞬间，它看起来甚至比在常温下还要明亮。在液态空气的温度下，镭会照常使铀和钾的硫酸盐发出荧光。皮埃尔·居里使用电学法实验，结果证实，镭试样不论处于大气温度还是处于液态空气温度，在离辐射源同样的距离测量，辐射具有相同的强度。在这些实验中，皮埃尔·居里把镭放在一端密闭的玻璃管的底部，让从开口端射出的射线在空气中传播一段距离后再进入电容器。在两种不同情况下测量射线对电容器极板之间空气的作用，一种情况是让玻璃管留在空气中，另一种情况是把玻璃管插入液态空气，浸没到一定高度，两种情况测得的结果相同。
镭在高温下也仍然保持着它的放射性。钡-镭的氯化物即使在熔融状态（接近800℃）也有放射性，而且仍然在自发发光。不过，在高温下的长时间加热会暂时降低这些放射性物质的放射性强度，而且还十分显著。降低的程度有可能达到总辐射强度的75％。那减少的部分，可吸收射线所占比例要比可穿透射线少，后者在加热时受到了较大程度的抑制。但是，被加热失去部分放射性的放射性物质会慢慢得到恢复，最终重新获得它在加热前的放射性强度和原来的射线组成。需要的时间是加热后大约两个月。
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(1) 似乎应该是“在垂直于镭发出的辐射束和平行于磁场的方向放一张照相底板”。——校者注
(2) 似有误，应为“104 分之1”。——校者注.
(3) 可以肯定有误，似应为“图5”。——校者注．
