三重艺术之前，也就是关于人工放射性的发现

物理学史上不时有“精彩”的年份，众多研究人员的共同努力导致了一系列突破性的发现。 1820年，电之年，1905年，爱因斯坦四篇论文的奇迹年，1913年，与原子结构研究相关的一年，最后是1932年，一系列技术发现和进步创造核物理学。

新婚夫妇

艾琳，玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里和皮埃尔·居里的长女，1897 年出生于巴黎 (1)。 直到十二岁，她都在家中长大，在著名科学家为她的孩子们创建的一所小“学校”里，那里有大约十名学生。 老师有：Marie Sklodowska-Curie（物理）、Paul Langevin（数学）、Jean Perrin（化学），人文学科主要由学生的母亲教授。 课程通常在教师家中进行，而孩子们则在真实的实验室中学习物理和化学。

因此，物理和化学教学是通过实际行动获得知识。 每一次成功的实验都让年轻的研究人员着迷。 这些都是真实的实验，必须被理解并小心地进行，居里夫人实验室里的孩子们必须以模范的方式进行。 还必须获得理论知识。 这个方法，作为这所学校的学生，后来优秀的杰出科学家的命运，被证明是有效的。

2. Frederic Joliot（哈考特摄）

而且，Irena 的祖父是一名医生，他把很多时间都花在了父亲的孤儿孙女身上，玩得开心，补充了她的自然科学教育。 1914 年，艾琳从开创性的塞维涅学院毕业，进入索邦大学数学和科学学院。 这恰逢第一次世界大战的开始。 1916 年，她和母亲一起在法国红十字会组织了放射服务。 战后，她获得了学士学位。 1921 年，她的第一部科学著作出版。 他致力于测定各种矿物中氯的原子质量。 在她进一步的活动中，她与母亲密切合作，处理放射性问题。 在 1925 年通过答辩的博士论文中，她研究了钋释放的 α 粒子。

弗雷德里克·乔里奥特 1900 年出生于巴黎 (2)。 从八岁起，他就在苏上学，住在寄宿学校。 那时，他更喜欢运动而不是学习，尤其是足球。 然后他轮流上两所高中。 和艾琳居里一样，他早早失去了父亲。 1919 年，他通过了 École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris（巴黎市工业物理和工业化学学院）的考试。 他于 1923 年毕业。 他的教授保罗朗之万了解到弗雷德里克的能力和美德。 服兵役 15 个月后，在朗之万的命令下，他在洛克菲勒基金会的资助下被任命为镭研究所玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里的个人实验室助理。 在那里，他遇到了艾琳居里，并于 1926 年结婚。

弗雷德里克于 1930 年完成了关于放射性元素电化学的博士论文。 早一点，他就已经把兴趣放在了妻子的研究上，在完成了弗雷德里克的博士论文答辩后，他们就已经合作了。 他们的第一个重要成功之一是制备钋，钋是 α 粒子的强来源，即氦核。(₂⁴他）。 他们从一个不可否认的特权地位开始，因为是居里夫人为她的女儿提供了很大一部分钋。 他们后来的合作者 Lew Kowarsky 是这样描述他们的：Irena 是“一位出色的技术人员”，“她的工作非常漂亮和细心”，“她深知自己在做什么”。 她的丈夫有“更耀眼、更翱翔的想象力”。 “他们完美地互补并且知道这一点。” 从科学史的角度来看，对他们来说最有趣的是两年：1932-34。

他们几乎发现了中子

“几乎”很重要。 他们很快就知道了这个可悲的事实。 1930 年在柏林，两个德国人—— 沃尔特·博特 i 休伯特·贝克尔 - 研究轻原子在受到 α 粒子轰击时的行为。 铍盾 (₄⁹Be) 当被阿尔法粒子轰击时，会发射出极具穿透力的高能辐射。 根据实验者的说法，这种辐射一定是强烈的电磁辐射。

在这个阶段，Irena 和 Frederick 处理了这个问题。 他们的阿尔法粒子来源是有史以来最强大的。 他们使用云室观察反应产物。 1932 年 XNUMX 月末，他们公开宣布，是伽马射线从含氢物质中敲除高能质子。 他们还不明白他们手中的东西以及正在发生的事情。. 看完之后 詹姆斯·查德威克 (3) 在剑桥，他立即着手工作，认为根本不是伽马辐射，而是卢瑟福几年前预测的中子。 经过一系列的实验，他对中子的观测深信不疑，并发现它的质量与质子的质量相似。 17 年 1932 月 XNUMX 日，他向《自然》杂志提交了一篇题为“中子的可能存在”的笔记。

它实际上是一个中子，尽管查德威克认为中子是由一个质子和一个电子组成的。 直到 1934 年他才明白并证明中子是一种基本粒子。 查德威克于 1935 年获得诺贝尔物理学奖。 尽管意识到他们错过了一个重要发现，但 Joliot-Curies 继续他们在这一领域的研究。 他们意识到这个反应除了产生中子之外还会产生伽马射线，所以他们写下了核反应：

，其中 Ef 是伽马量子的能量。 进行了类似的实验 ₉¹⁹F.

再次错过开场

在发现正电子的几个月前，Joliot-Curie 拍摄了一条弯曲路径的照片，就好像它是一个电子一样，但在电子的相反方向上扭曲。 这些照片是在位于磁场中的雾室中拍摄的。 基于此，这对夫妇谈到了电子从源头到源头的两个方向。 事实上，与“朝向源”方向相关的是正电子，或正电子从源移开。

与此同时，1932 年夏末的美国， 卡尔大卫安德森 (4)，瑞典移民的儿子，在磁场的影响下，在云室里研究宇宙射线。 宇宙射线从外部进入地球。 安德森为了确定粒子的方向和运动，在室内将粒子穿过金属板，在那里它们失去了一些能量。 2 月 XNUMX 日，他看到了一条踪迹，他无疑将其解读为正电子。

值得注意的是，狄拉克此前曾预言过这种粒子的理论存在。 然而，安德森在研究宇宙射线时并没有遵循任何理论原则。 在这种情况下，他称他的发现是偶然的。

再次，Joliot-Curie 不得不忍受一个不可否认的职业，但在这方面进行了进一步的研究。 他们发现伽马射线光子可以在重核附近消失，形成正负电子对，这显然符合爱因斯坦著名的公式 E = mc2 以及能量和动量守恒定律。 后来，弗雷德里克自己证明了一个正负电子对的消失过程，产生了两个伽马量子。 除了来自电子-正电子对的正电子外，它们还有来自核反应的正电子。

5. 1933 年第七届索尔维会议

坐在前排：Irene Joliot-Curie（左二），

Maria Skłodowska-Curie（左五）、Lise Meitner（右二）。

人工放射性

人工放射性的发现并不是一蹴而就的。 1933 年 1933 月，通过用 α 粒子轰击铝、氟和钠，Joliot 获得了中子和未知同位素。 XNUMX 年 XNUMX 月，他们宣布，通过用 α 粒子照射铝，他们不仅观察到了中子，还观察到了正电子。 根据艾琳和弗雷德里克的说法，这种核反应中的正电子不可能是由于电子-正电子对的形成而形成的，而必须来自原子核。

第七届索尔维会议（5）于 22 年 29 月 1933 日至 41 日在布鲁塞尔举行。它被称为“原子核的结构和性质”。 XNUMX 位物理学家出席了会议，其中包括世界上该领域最杰出的专家。 Joliot 报告了他们的实验结果，指出用 α 射线照射硼和铝会产生带有正电子的中子或质子。. 在本次大会上 丽莎迈特纳 她说，在铝和氟的相同实验中，她没有得到相同的结果。 在解释上，她不同意这对来自巴黎的夫妇关于正电子起源的核性质的看法。 然而，当她回到柏林工作时，她再次进行了这些实验，并于 18 月 XNUMX 日在给 Joliot-Curie 的一封信中承认，现在，在她看来，正电子确实从原子核中出现。

此外，本次会议 弗朗西斯·佩林，他们来自巴黎的同龄人和好朋友，就正电子这个话题发表了讲话。 从实验中得知，他们获得了连续的正电子谱，类似于自然放射性衰变中的β粒子谱。 进一步分析正电子和中子的能量佩林得出的结论是，这里应该区分两种发射：首先是中子的发射，伴随着不稳定原子核的形成，然后是从这个原子核发射的正电子。

会议结束后，Joliot 停止了这些实验大约两个月。 然后，在 1933 年 XNUMX 月，佩林发表了他对此事的看法。 同时，也在XNUMX月 恩里科费米 提出了β衰变理论。 这成为解释经验的理论基础。 1934年初，这对来自法国首都的夫妇重新开始了他们的实验。

就在 11 月 10 日星期四下午，Frédéric Joliot 拿起铝箔并用 α 粒子轰击了 3 分钟。 他第一次使用盖革-穆勒计数器进行检测，而不是像以前那样使用雾室。 他惊讶地注意到，当他从箔片上取下 α 粒子源时，正电子的计数并没有停止，计数器继续显示它们，只是它们的数量呈指数下降。 他确定半衰期为 15 分 XNUMX 秒。 然后他通过在它们的路径上放置一个铅制制动器来减少落在箔片上的阿尔法粒子的能量。 它得到的正电子更少，但半衰期没有改变。

然后他对硼和镁进行了同样的实验，在这些实验中分别获得了 14 分钟和 2,5 分钟的半衰期。 随后，用氢、锂、碳、铍、氮、氧、氟、钠、钙、镍和银进行了此类实验——但他没有观察到与铝、硼和镁类似的现象。 Geiger-Muller 计数器不区分正负带电粒子，因此 Frédéric Joliot 也验证了它实际上处理的是正电子。 技术方面在该实验中也很重要，即存在强 α 粒子源和使用敏感的带电粒子计数器，例如 Geiger-Muller 计数器。

正如之前由 Joliot-Curie 对所解释的，在观察到的核转变中，正电子和中子同时释放。 现在，根据弗朗西斯·佩林的建议并阅读了费米的考虑，这对夫妇得出结论，第一次核反应产生了一个不稳定的原子核和一个中子，然后是这个不稳定原子核的 β 和衰变。 所以他们可以写出以下反应：

Joliots 注意到由此产生的放射性同位素的半衰期太短而无法在自然界中存在。 他们于 15 年 1934 月 XNUMX 日在一篇题为“一种新型放射性”的文章中公布了他们的结果。 XNUMX 月初，他们从收集的少量样品中成功识别出前两个反应中的磷和氮。 很快就有预言说核轰击反应可以产生更多的放射性同位素，也可以在质子、氘核和中子的帮助下产生。 XNUMX 月，恩里科·费米打赌，这种反应很快就会用中子进行。 很快他自己就赢了。

Irena 和 Frederick 因“合成新的放射性元素”而于 1935 年获得诺贝尔化学奖。 这一发现为人工放射性同位素的生产铺平了道路，这些同位素已在基础研究、医学和工业中发现了许多重要且有价值的应用。

最后，值得一提的是来自美国的物理学家， 欧内斯特·劳伦斯 与来自伯克利的同事和来自帕萨迪纳的研究人员，其中有一名正在实习的波兰人 安德烈苏丹. 尽管加速器已经停止工作，但可以观察到计数器对脉冲的计数。 他们不喜欢这个计数。 然而，他们没有意识到他们正在处理一个重要的新现象，他们根本没有发现人工放射性……