第五章　梦想成真，发现镭

我在前面已经说过，1897年，皮埃尔·居里在进行晶体生长的研究。这一年假期开始的时候，我自己则完成了回火钢磁化性质的研究，并因此得到了全国工业促进会的一小笔补助金。我的女儿伊伦娜也在这年的9月份出生。我在身体恢复以后，立即又回到实验室，准备我的博士论文。

当时，我和皮埃尔·居里对亨利·贝克勒尔在1896年发现的一种奇特现象产生了浓厚兴趣。伦琴此前发现的X射线引起了人们的联想，不少物理学家都在进行实验，想知道荧光物质在光的作用之下是否也能够发出X射线。为此，贝克勒尔着手研究铀盐，结果，就像研究工作常会出现的情况，他意外地发现了另一种不是他要得到的奇怪现象，即铀盐能够自发地发出一种性质十分奇特的射线。这就是放射性现象的发现。

贝克勒尔发现这种奇特现象的过程如下：将铀的化合物放在用黑纸包着的照相底板上，照相底板上就会形成一个影像，如同受到了普通光线的照射。这个影像是铀发出的射线穿透黑纸形成的。这种射线还能像X射线那样使验电器放电，这是由于它使验电器周围的空气变成了导体。

贝克勒尔还证实，铀射线的这种特性与铀化合物先前的存放情况无关，即使在黑暗中保存数个月，这种特性依然存在。这样就产生了一个问题：铀化合物持续地以辐射形式释放出能量（尽管数量不大），这种能量是从哪里来的呢？

我们非常关注这种现象。这种现象提出了一个完全新的问题，还没有人对此做出过解释，我决定来研究这个问题。

这第一件事是要找到一个做实验的地方。我的丈夫得到理化学校校长的批准，可以使用学校的一间在底层用玻璃搭建起来的研究室，那里原来是一间储藏室兼机工车间。

要得到比贝克勒尔更好的结果，就必须要找到一种能够精确测量铀辐射的强度的定量研究方法。而铀辐射的强度，不难想到，则可以通过测量铀发出的射线所引起的空气电导性的大小来间接测得。这种引起空气导电的现象叫做电离。X射线也能产生电离现象，此前正是通过研究X射线的电离作用才知道了X射线的那些主要特性。

铀发出的射线使空气电离，设法让电流通过被电离的空气，并测出这种微弱的电流，就可以把这种电流的大小当作铀辐射强度的一种定量指标。我掌握有一种测量这种微弱电流的好方法，那就是由皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发明并已经证实非常实用的一种方法。居里兄弟发明的这种方法的基本原理，是使电流携带的电荷与压电晶体所产生的电荷在一个非常灵敏的静电计中达到平衡，相互抵消。这种方法所需要的设备是一个居里静电计、一个压电晶体和一个电离室。我最后使用的电离室其实就是一个金属电容器。电容器的上极板连接到静电计，下极板充电到一个已知电势，上面铺上一薄层待测量的物质。不用说，把这样一套电学测量装置安放在我们那个既拥挤又潮湿的小房间里是非常不合适的。

我的实验结果证实，铀化合物的辐射是可以在确定的条件下精确地加以测量的，而且这种辐射是铀元素的一种原子属性。铀化合物的辐射强度与化合物中铀的含量成正比，而与铀化合物的组成无关，也不受外界环境诸如光和温度的影响。

接着，我又想搞清楚是否还有其他元素也具有这种辐射性质。我把当时已知的所有化学元素都拿来检测，其中有的是纯净的单质，有的是化合物。在我检测过这些物质中，我发现只有钍化合物也在发出类似于铀射线的射线。而且，钍的辐射与铀属于同一强度等级，同铀一样，也是钍元素的一种原子属性。

现在，有必要用一个新的术语来特指铀与钍这两种元素所显示的这种新的物质性质了。我提议把物质的这种性质取名为放射性。这个术语已被普遍使用，而具有放射性的元素就被称为放射性元素。

在我的研究中，我不仅检测过盐类和氧化合物这些简单的化合物，也检测过大量矿物。检测发现有好几种矿物具有放射性，它们都是含有铀和钍的矿物。然而，它们的放射性似乎十分反常，因为它们的放射性强度远超过了我根据在这些矿物中所发现的铀和钍的含量中所作的预测。

这种反常情况使我十分惊诧。经过仔细检查，我确信这不是由于我的实验有差错引起的，对此必须做出解释。我于是猜想在含有铀和钍的这些矿物中还含有少量的另一种物质，它也具有放射性，而且强度应该远超过铀和钍。由于我已经逐个检测过所有的已知元素，那么这种物质就不可能是已知元素，而一定是一种新的化学元素。

我非常兴奋，急切地想尽快证实我的这个假定。皮埃尔·居里敏锐地看出了这个问题的重要性，于是停止他的晶体研究工作（他当时以为只是暂时搁置），也来和我一起寻找这种未知的物质。

我们挑选用来在其中寻找这种新元素的原材料是一种含铀的矿石，即沥青铀矿，因为纯净的沥青铀矿石的放射性非常强，其强度为氧化铀的4倍。

我们通过非常仔细的化学分析已经知道了这种矿石的成分，因此，我们可以估计出在这种矿石中，我们要找的那种新元素的含量最多不会超过百分之一。我们后来实验的结果是，沥青铀矿中确实含有以前所不知道的放射性元素，但是它们的含量甚至还不到百万分之一！

我们使用的化学研究方法，是基于新物质具有放射性的一种新方法。这就是，用普通的化学分析手段进行浓缩分离，每得到一种分离产物，便在合适的条件下测量它的放射性强度。随着分离过程的进行，要寻找的那种放射性元素在所得到的分离产物中的浓度越来越高，而分离产物的放射性也越来越强，于是我们最后就可以知道那种未知放射性元素所具有的特征。我们很快就作出了判断，产生放射性的主要是两种不同的化学分离物，从而断定沥青铀矿中至少存在着两种新的放射性元素，即钋和铀。我们于1898年7月宣布了钋的存在，同年12月，又宣布发现了镭 ⁽¹⁾ 。

尽管我们的研究工作相对来说进展很快，但是，全部完成这项研究还需要继续做大量的工作。我们可以认为这两种新元素的存在是不容置疑的，但是，要使化学家们也承认它们的存在，则还需要将它们分离出来。然而，当时我们得到的放射性最强的产物（放射性强度为铀的几百倍），其中含有的钋和镭都仅为微量。钋夹杂在从沥青铀矿提炼得到的铋中，而镭夹杂在从这种矿石提炼得到的钡中。我们已经知道用什么方法大概可以从铋中分离出钋和从钡中分离出镭，但是，进行这种分离需要用到更多的作为原料的沥青铀矿石，而我们现有的数量远远不够。

在此期间，我们的研究工作由于缺乏必要的条件，实在是难以维系，既没有合适的场所，又缺乏资金和人员。

沥青铀矿石的价格很贵，我们无钱大量购买。当时，沥青铀矿石的主要产地在圣约阿希姆斯塔尔（波希米亚），奥地利政府在那里开办了一家提取铀的工厂。铀矿石在提取了铀之后成为废渣，全都堆积在那里毫无用处。我们断定，在那种铀矿废渣中一定保留有原来铀矿石中全部的镭和一部分钋。多谢维也纳科学院的疏通，我们以优惠的价格买到了几吨这种废渣，用作我们的原料。开始时，我们是用自己的钱来支付我们实验所需的费用，后来总算从政府得到了一点补助，还有外界的一些资助。

实验场地是一个大问题，我们找不到地方进行化学提炼工作。在我们安放电学测量装置的那个工作室的前面是一个院子，院子对面有一个被遗弃的储藏室。不得已，我们就在那个储藏室进行化学提炼工作。那其实是一个木棚，地上铺着沥青，玻璃屋顶漏雨，里面没有任何设施。全部物件不过就是几张磨损的松木桌、一个已经不能使用的生铁炉和一块皮埃尔·居里经常使用的黑板。由于没有排气罩，无法排除我们进行化学处理时所产生的有毒气体，我们不得不到院子里工作。遇到恶劣天气，则只好搬回到棚屋，把所有的窗户都打开，继续进行化学提炼工作。

我们在这个勉强凑合着使用的实验室里工作了两年，几乎没有得到任何帮助。在这两年中，我们的所有时间都在不停地进行化学提炼，并忙着研究我们所得到的那些放射性越来越强的分离产物的辐射。这时，我和皮埃尔·居里进行了分工，他继续研究镭的性质，而我则继续进行化学实验，目标是要得到纯净的镭盐。我每次要炼制多达20千克的原料，木棚里摆满了好些大容器，里装满了沉淀物和液体。搬动这些大容器，倾倒溶液，用一根铁棒一连几个小时地搅动铁锅内沸腾的物质，这些都是非常耗体力的令人劳累的工作。我要通过化学处理从铀矿废渣中提炼出同钡混杂在一起的镭，最后通过结晶分离得到氯化镭晶体。镭应该聚集在最难溶解的那些物质中，我相信，利用上述方法就可以分离出氯化镭。在最后阶段反复进行结晶处理需要特别仔细和小心，我的那间实验室根本无法预防铁屑和煤尘的污染，因此，越是到后期，结晶操作越难。到年底，已经得到的结果清楚地显示分离镭应该比分离钋要容易一些，于是我们便集中力量来分离镭。每得到一种镭盐，我们都进行检测，测量它的放射性强度。我们还把这些镭盐的试样借给几位科学家使用， ⁽²⁾ 其中特别应该提到贝克勒尔。

在1899和1900年，皮埃尔·居里和我发表了多篇研究论文。其中一篇是关于发现镭引起感生放射性的研究报告；另一篇是介绍镭射线的各种效应，如发光效应、化学效应等；还有一篇是探讨镭射线中的不同成分所携带的电荷。在巴黎的物理学大会上，我们作了一个综述性学术报告，介绍新发现的放射性物质和它们的辐射。此外，我丈夫还发表了一篇关于磁场对镭射线的作用的论文。

我们和其他一些科学家在那几年所取得的研究结果，搞清楚了镭所发出的射线的组成，证明镭射线其实包含了三种不同的成分。镭发出的射线中包含有两种以高速运动的具有活性的微粒。其中一种微粒带有正电荷，形成α射线；另一种小得多的微粒带有负电荷，形成β射线。这两种成分的运动都会受到磁场的影响。那第三种成分是不受磁场影响的射线，现在已经知道，那是一种与光和X射线相类似的辐射。

在我们的实验室里，看到我们得到那些含有浓缩镭的产物自发地闪闪发光是一次非常愉快的体验。我的丈夫原来只指望我们得到的产物会显示美丽的颜色，没有想到它们竟然会发光。他说，这种未曾料到的特性令他更加欣喜。

1900年的物理学大会给了我们一次近距离向国外科学家介绍我们所发现的新放射性物质的机会。这项成果也是那次大会大家关注的焦点之一。

这项我们起初并没有抱太大期望的发现竟然向我们打开了一个全新的领域，我们兴奋不已。尽管工作条件艰苦，我们却觉得十分愉快。我们整天都呆在实验室里，常常只吃一顿学生们吃的那种简单的午餐。破旧简陋的棚屋里，没有外来打扰，宁静而安详。只是在某一项操作过程进行的空隙，我们才会在室内走动一下，同时谈一谈现在和将来的研究工作。觉得寒冷时，我们也会坐在火炉旁呷一杯热茶，放松一下。我们紧张地工作着，全神贯注，简直像是着了魔。

有时候，我们在晚上吃完晚饭还会回到实验室看一看。我们没有专门存放我们辛苦得到的那些产品的地方，它们都放在桌子上或搁板上。无论从哪个侧面看，我们都可以看见它们微亮的轮廓。这些若隐若现的亮光就像悬浮在黑暗之中，给人一种奇幻的感觉，从未有过的美好体验。

理化学校并没有为皮埃尔·居里指定帮手，但是，在皮埃尔·居里当实验室主任时他曾经给予过必要帮助的一位助手，一有时间就会自动跑来帮助皮埃尔·居里尽其所能做一些事情。这位好心人叫做佩蒂特（Petit），对我们很有感情，十分热心，帮了不少忙。他有一颗善良的心，热切地盼望我们取得成功。

我们进行放射性研究，开始时只是两人独自工作，随着要做的事情越来越多，我们逐渐认识到这是一个需要大家一起来做才能完成的课题。在1898年，理化学校有一位实验室主任贝蒙特就已经来帮助过我们一段时间。在快进入1900年的时候，皮埃尔·居里认识了弗里德耳教授的一名叫做德比尔纳的助手，他是一位年轻化学家，十分敬重皮埃尔·居里。他欣然接受皮埃尔·居里的建议，也开始进行放射性研究。我们当时曾猜想在铁族和稀土族里还应该有一种新的放射性元素，德比尔纳集中精力寻找，果然发现了这种元素。那就是“锕” 。他的这项工作虽然是在佩林教授的指导下在巴黎大学的理化实验室完成的，可是他经常到我们这间本来是储藏室的实验室来看望我们，很快就成为我们连同皮埃尔的父亲居里大夫和孩子们的亲密朋友。

大约就在这同一时期，有一位叫做乔治·塞格纳克的年轻物理学家正在进行X射线研究，他会常常来与我丈夫讨论放射性物质发出的射线和X射线两者有可能存在着的那些相似性、这两种射线的次级射线以及放射性物质的辐射。他们还一同研究了次级射线所携带的电荷。

除了到我们这里来的合作者，在我们的实验室就很难再见到别人。不过，时不是也会有物理学家或者化学家来参观我们的实验，向皮埃尔·居里咨询一些问题。那个时候，皮埃尔·居里在物理学的不少领域的权威性已经得到了公认。在这种场合，我们实验室里的黑板前就会有一场讨论。即使今天回想起那些讨论也是一件令人愉快的事情，因为那些讨论激发了在场所有人对科学的兴趣和工作热情，却不会打断我们的思路，也没有扰乱实验室原来安详凝重的氛围。那就是我们那间实验室的真实情形。

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(1) 这后一篇论文是我们与贝蒙特（G．Bemont）共同署名发表的，他参加了我们的实验。

(2) 作为例子，我在这里引用保尔森（Adam Paulsen）在1899年写给皮埃尔·居里的一封信，信中感谢他借给放射性物质：

先生，我最尊敬的同事：

非常感谢你在8月1日写给我热情洋溢的信，我是在冰岛的北部收到这封信的。

我们现在已经放弃以前一直使用的借助一个固定导体来确定它周围空气中某些地点的电势的那些测量方法，而只使用你向我们介绍的放射性粉末法。

先生，我最尊敬的同事，请接受我的问候，并再次感谢你对我的探险队的巨大帮助。

亚当·保尔森

1899年10月16日于亚克利伊