辐射传递的能量
量子和核

亨利·贝克勒尔发现了放射性

物理的叙述14 - 16实际的物理

亨利·贝克勒尔在1896年发现了放射性。幸运的是,他详细记录了他的实验。这表明,人们经常声称他的发现是偶然事件,这歪曲了他的系统实验方法。

解决这个问题的一种方法可能是表演贝克勒尔的一系列实验,用(非放射性)岩石块和现成的“胶片”来展示他的实验结果。他的日记就像一个剧本。

要求学生解释实验的设计和结果,并提出下一步的建议。

磷光

贝克勒尔对磷光感兴趣。在可见光(或其他辐射)照射下,一些材料会发光。光芒逐渐消失。他的父亲和祖父自19世纪30年代以来都在这一领域工作。

亨利有一些含铀物质的晶体。它们在黑暗中闪闪发光,丝毫没有褪色的迹象。

问题:“夜光”恒星是如何工作的?

答:把它们粘在卧室的天花板上;白天,它们暴露在阳光下。在晚上,它们会发光。它们的亮度会随着时间的推移而降低。

实验:在一个黑暗的房间里,展示阴极射线管屏幕(电视或示波器)在关闭后如何褪色。

问题:画一个图来表示这一点。

答:指数衰减图。

问题:用关于能量的概念来描述正在发生的事情。

答:辐射(光、电子束等)把能量传递给材料。能量被储存起来,释放的速度越来越慢。当然,即使在辐照过程中,能量也会被释放出来;这种物质不会等到天黑才开始发光,但你在白天看不到它。

贝克勒尔的第一次实验是在1896年2月24日

我拿了两片硫酸铀钾晶体,把它们放在阳光下晒了几个小时。然后我把它们和一枚硬币放在一张照相底片上。我的预测是,感光板会被发光的盐的光熏黑。硬币会挡住部分底片的光线。

当我冲洗底片时,我可以看到水晶的轮廓和硬币的影子。我的预测被证明是正确的。

我担心可能是铀的化学物质影响了底片。因此,我重复了这个实验,这次在晶体和感光板之间放了一张薄薄的纸,以防化学污染。当我显影底片时,我看到了和以前一样的效果。

这是亨利·贝克勒尔在实验中使用的一个底片。

请注意贝克勒尔是如何解释他的实验设计、做出预测并进行测试的。然后他测试另一种想法。

贝克勒尔的第二个实验是1896年2月26-27日

我想用铀盐重复我的实验。我把水晶放在窗边新鲜的照相底片上,但那天天气很沉闷。没有阳光。我把盘子收起来,第二天又试了一次。仍然没有阳光。

3月1日,我决定显影这些底片,以为会发现图像非常微弱。相反,这些板块被涂黑的强度很大。

这让我想到,这些晶体可能可以在不暴露在阳光下的情况下影响底片。也许这个动作甚至可以在黑暗中进行。这让我想到了另一个实验。

在对贝克勒尔工作的普遍描述中,人们常常认为他莫名其妙地开发出了一些与含铀岩石一起留在抽屉里的底片。他的发现中有运气的成分,但他工作中的每一步都是合乎逻辑的,也是可以理解的。在这个阶段,贝克勒尔已经进行了重要的观察,并准备进行系统的探索。

贝克勒尔的第三个实验是1896年3月1日

我拿了几张照相底片和几块铀盐晶体。我把一块晶体直接放在感光板上;我又在盘子和盘子之间放了一块玻璃;第三个放在一个薄铝片上。

然后我把三个人都放在黑暗中几个小时。当我冲洗底片时,我发现了以下结果:

  • 在第一块底片上,晶体与底片直接接触,显示出强烈的发黑。
  • 第二板块的发黑程度略弱。
  • 第三个板块变黑了,虽然很弱,但还是很清晰。

我现在确信铀盐会产生看不见的辐射,即使它们被保存在黑暗中。它们不需要暴露在阳光下就能产生这种效果。

x射线是在1895年由威廉Röntgen发现的。他们很快就被利用了。看不见的辐射突然引起了人们极大的兴趣。这极大地鼓励了贝克勒尔继续他的工作。

问题:1896年还知道哪些不可见的辐射?之后又发现了哪些?

答:红外线,紫外线,无线电波,x射线。稍后:阿尔法,贝塔,伽马,微波。

贝克勒尔的第四次实验是1896年3月9日

我在黑暗中保存了铀晶体160个小时。没有迹象表明它们产生的辐射强度有任何下降。

进一步的实验

贝克勒尔继续研究了一些铀化合物,如晶体、液体和溶液。所有这些都产生了看不见的辐射,这表明铀的存在是产生观测到的效应所必需的。金属铀的影响最大。

他还指出,辐射会除去带有静电的物体上的电荷。

像铀这样的元素可以在没有任何明显来源的情况下连续产生辐射,这是一个很难接受的想法——它似乎打破了能量守恒的原则(见指导说明)。(另一方面,磷光显然不会,因为磷光材料需要在阳光下“充电”。)然而,贝克勒尔的实验使他确信,他确实观察到了一种完全不同的现象。

问题:比较磷光和放射性现象。他们的共同点和不同点是什么?

答:

相似之处:辐射的释放,随着时间的推移而衰变(尽管贝克勒尔无法用铀观察到这一点)。

差异:磷光材料产生可见辐射,需要“充电”;放射性物质会自发地产生看不见的辐射。

其他的实验

大约在同一时间,在美国,希尔瓦努斯P汤普森注意到铀盐使照相底片变黑。在苏格兰,开尔文勋爵报告说铀可以释放静电。然而,他们都没有像贝克勒尔那样进行系统的研究,这就是为什么他被认为是发现放射性的人。

1896年3月1日晚,贝克勒尔在巴黎的一次同事会议上作了第一份报告。与此同时,开尔文在爱丁堡的一个会议上报告了他的发现。科学家很少在只有他们自己感兴趣的问题上孤立地工作。在公开报告你的发现(这可能会帮助你的竞争对手)和对你的发现保密(这可能意味着他们先得到他们的报告,然后可以获得荣誉)之间经常存在紧张关系。

确认

本案例研究基于一个工作单元亨利·贝克勒尔和放射性的发现, D Sang, J Sutcliffe和M Whitehouse,科学教育协会,1997,ISBN 086357 2707。

贝克勒尔日记的摘录可在《费伯科学书》2 .《中国科学院大学学报(自然科学版)》,2004年第1期。

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