居裏夫人身邊的中國學者開啟中國鐳學研究
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2026-Jul-07

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1898年12月26日,瑪麗·居裏(Marie Sklodowska-Curie)與皮埃爾·居裏(Pierre Curie)向法國科學院(l'Académie des sciences)宣布,他們發現了鐳元素(radium)。

鐳(radium)是個法語詞匯,來自現代拉丁語中「射線radius (ray)」,表現了鐳能以射線的形式輻射能量。「居裏」(Curie)曾經作為表示放射性活度的通用單位,它的基準相當於一克的鐳226放射性活度。

放射性研究的先驅:居裏夫人

居裏夫人

居裏夫人(瑪麗·居裏),本名瑪麗亞·斯克沃多夫斯卡·居裏,法國籍波蘭裔物理學家、放射化學家。她是巴黎大學第一位女教授,也是獲得兩次諾貝爾獎的第一人。她開創了放射性理論,發明了分離放射性同位素的技術,發現了釙(Po)和鐳(Ra)兩種新元素,造福於人類。正是在她的指導下,人們第一次將放射性同位素用於治療癌癥。她是一位將自己的一切都無私地奉獻給科學事業的偉大科學家。

神秘的「鈾射線」

1895年末,科學家發現了X射線和放射性,瑪麗決定深入研究神秘的「鈾射線」。

幸運的是,皮埃爾和他的兄弟發明了一種可以測量電荷的靈敏設備——靜電計。瑪麗發現鈾射線能讓周圍的空氣導電,所以她可以利用靜電計來探測這種射線。

剛開始,瑪麗研究了各種各樣的鈾鹽,最終發現,射線的強度只跟鈾的數量有關。於是她猜測鈾射線並非出於分子的相互作用,而是來自鈾原子本身的某種特性。

瀝青鈾礦是一種常見的含鈾礦石。瑪麗發現,這種礦石產生的射線是金屬鈾的四倍,所以她推測,瀝青鈾礦中一定含有某種活性遠大於鈾的物質。於是她開始尋找其他放射性材料。1898年,瑪麗發現釷也會釋放射線。

發現新元素

居裏夫婦用硫酸溶解瀝青鈾礦來提取鈾,實驗中,他們發現,提取後的鈾礦殘渣依然具有放射性。由此他們設法分離出了一種類似鉍的新元素——它在元素周期表中位於鉍的後面,它的化合物性質也和鉍的化合物十分相似。這是一種前所未見的新元素,為了紀念自己的祖國,瑪麗將它命名為「釙」(「釙」全名Poliuonm,來自「波蘭」的Po)。1898年7月,居裏夫婦對外公布了這一發現。

然後他們試著進一步分離剩余的殘渣,於是又發現了另一種高放射性物質。它的性質和鋇十分相似,而且它的化合物和鋇的化合物混合在一起,很難分開,但鋇燃燒時會產生明亮的綠色火焰,光譜中也有綠線,而這種新物質卻會釋放出神秘的紅線,它一定是另一種新元素。

分離新元素和鋇是一件非常困難的工作,瑪麗和皮埃爾只能將它們轉化為氯化鹽,然後讓它們慢慢結晶。新物質的氯化鹽溶解度比氯化鋇低一點點,所以它結晶的速度也比氯化鋇要快一點點。居裏夫婦必須用靜電計測試搜集到的每一份樣品,檢驗它是否具有放射性。也就是在這個過程中,他們創造了「放射性」這個詞語。

1898年12月21日,居裏夫婦基本確定,這的確是一種新的元素。新元素的放射性極強,所以居裏夫婦將它命名為「鐳」。12月26日,他們向法國科學院報告了這一發現,雖然這時候他們尚未分離出純凈的鐳。直到12年後,瑪麗才終於分離出了純凈的鐳。

嚴濟慈開啟中國的鐳學研究

1923年,正值居裏夫人發現鐳二十五周年。也正是在這一年,遙遠的東方,一個青年學生漂洋過海,來到巴黎求學,日後走進了居裏夫人實驗室,這個東方青年就是嚴濟慈。

1925年10月,嚴濟慈進入法布裏教授的實驗室。當時年僅25歲的嚴濟慈擔起了「石英在電場下的形變」這個與居裏夫婦有關的課題。

於是嚴濟慈走進居裏夫人主持的鐳學研究所,想向她請教並借用皮埃爾·居裏早年用過的石英晶體片。當時居裏夫人正在做實驗,見這位中國青年到來,她立刻放下手中的實驗,熱情地招待了他。

嚴濟慈向居裏夫人提出了許多問題,居裏夫人一一詳盡解答,而後鄭重地把自己丈夫皮埃爾·居裏使用過的石英晶體樣品交給這個中國青年,用作研究材料。此後,居裏夫人多次詢問課題實驗的進度,並提供了一些必要的幫助。

1927年6月18日,嚴濟慈通過論文答辯,獲得了法國國家科學博士學位,繼而登上了回國的輪船。

1928年11月,嚴濟慈獲得中華教育文化基金甲種補助金資助,再次前往法國。

次年3月26日,他給居裏夫人實驗室投寄了求職自薦信。居裏夫人親筆復信邀他面談,後如願進入居裏夫人的鐳學實驗室工作。在法國歷時兩年的訪問研究中,嚴濟慈不僅有向居裏夫人當面請教、切磋的時間,也有與居裏夫人書面交流的通信。在巨人的指引下,嚴濟慈掌握了當時世界上最為前沿的現代物理學發展潮流,從而明確地選定了自己今後的研究方向。

1930年12月,嚴濟慈從巴黎回到北平(今北京),應北平研究院院長李石曾邀請,籌建物理研究所。離開巴黎前,居裏夫人向嚴濟慈表示,願意送給他一些放射性氯化鉛,以支持他在中國開展放射學研究工作。因而,嚴濟慈按照居裏夫人的意見,向北平研究院提出建議,希望創立鐳學研究所。這個提議得到了李石曾的支持。於是嚴濟慈在北平研究院擔任了物理研究所和鐳學研究所的所長。

1981年11月27日,嚴濟慈出席中國科學技術大學研究生院首屆研究生畢業典禮並頒發畢業證書。

為籌建鐳學研究所,嚴濟慈與居裏夫人有了更多的書信往來。這是1931年3月31日給居裏夫人的信:「親愛的老師:……我請求您答應給我們提供一種含鐳的鹽(含鐳的氧化鋇碳酸鹽)的樣品……在我回國前,老師曾表示願給我們提供少量放射鉛,現在能否給我寄來,同時還有含鐳的氧化鋇碳酸鹽……國立北平研究院本著科學的和人道主義的宗旨,重視鐳和放射性研究,我們打算稍後建立一個致力於這一目標的鐳研究所……」在這封信中,嚴濟慈還就如何開展鐳和放射性研究工作向居裏夫人進行了詳細的咨詢和匯報。

1931年7月27日,居裏夫人回信說:「親愛的嚴先生:我相信您已經收到了6月1日我給您寄去的那種含鐳的鹽的樣品和放射性氯化鉛。這是您3月31日來信中所要求的……收到國立北平研究院放射性實驗室成立的好消息,我感到很高興。我祝願貴實驗室的工作有個成功的開端,並在不久的將來成為一所重要的鐳研究所……」在這封信中,居裏夫人還就鐳的使用條件和計量等問題作了具體的說明和指導。

居裏夫人不僅熱情地指導嚴濟慈在中國創建物理學、鐳學事業,更是幫助嚴濟慈為中國培養了一批青年科學人才。1929年秋,嚴濟慈寫信向居裏夫人推薦正在法國留學的鄭大章到居裏夫人實驗室。居裏夫人欣然接受並悉心指導。在居裏夫人的指導下,鄭大章於1933年獲得法國國家科學博士學位。回國後,鄭大章成為北平研究院鐳學研究所的主要科學家之一,是中國放射化學的創始人。居裏夫人去世後,嚴濟慈與她的女兒保持了更多的聯系和交往。之後,嚴濟慈還推薦了錢三強等學子成為居裏實驗室的研究生,錢三強日後為中國創立了原子能科學事業。


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