科学的科普（19）放射学的建立

张武昌 2025年7月26日星期六

（一）

咱们已经讲过，科学和其他认知世界的学问不同的是量化，从贝克勒尔发现放射性这种现象，到成为科学 --放射学—的变化，需要一个事件的发生。

1903年，诺贝尔物理学奖颁发给贝克勒尔、皮埃尔居里和玛丽居里。

我们知道贝克勒尔发现了放射性、居里夫人给放射性做出定义，成为可以测量的科学，皮埃尔居里做了什么，得以获得诺奖委员会的青睐呢？

（二）

与居里夫人有关最有名的图有两张，第一张就是居里夫人的镭图，这一类型的图有很多，但是核心元素是蓝色的镭和居里夫人的同框。这张图是居里夫人获得第二次诺贝尔奖的科研成果的具体体现，即发现镭，那蓝色的物质或极光就是代表镭。

第二张图是居里夫妇在实验室Pierre and Marie Curie in their laboratory，居里夫人坐在凳子上望着一个天平，而居里先生站在试验台后面。

这张图如此有名，以至于被做成线条画，

或卡通画，做为宣传居里夫妇的大众用图。

甚至被模仿。

这张照片虽然有名，但是却很少有人知道它为什么有名？其中的人物在做什么？

其实，这张照片就是居里夫人和居里先生（皮埃尔居里）测定放射性，他们获得诺贝尔奖原因就存在于这张图中。

（三）

1895 年，年轻的波兰学生玛丽·斯克洛多夫斯卡 （Marie Sklodowska） 嫁给了才华横溢的法国化学家和物理学家皮埃尔·居里 （Pierre Curie）。贝克勒尔发现放射性的论文引起了居里夫妇极大的兴趣。1897年，居里夫人根据皮埃尔·居里的建议，选择放射性这一新课题做博士论文。开始只是重复贝克勒尔的铀盐辐射实验，后来他们决定测量铀盐的放射性强度。即实验目的是测量一定质量的化学物质的放射强度。

实验方法设计为利用射线使得空气电离的原理，使用验电计测量单位时间单位物质放出的射线的数量。

他们制备了高纯度的化学物质铀，放入电离桶中，

电离桶与验电器连接，先给验电计通电，使其获得一定的电量，观察并计时验电器放电的时间，计算放射强度（单位时间单位物质放出射线的数量）。

贝克勒耳的验电器是金叶验电器，两片金叶松弛连接在一个固定点，没有充电前，两片金叶自然下垂，充电后，两片金叶带有相同的电荷，所以互相排斥，形成一定的角度。

为了使得验电计更加灵敏和易于观察，他们选用了用了象限静电计quadrant electrometer 代替了金叶验电器。

象限静电计的核心部件是两个展开的金叶连接小镜子，

调整小镜子的角度，使得外加光源（如蜡烛）照射小镜子时，

反射光到标尺的一定刻度（如0）。

充电后金叶带电，在quadrants中电场的作用下扭转。反射光在标尺上的亮点偏移。

把象限静电计与电离桶连接，开始计时，静电计逐渐放电，光斑逐渐返回初始点。记录从连接电离桶到静电计完全放电的时间，即可计算放射性强度。

他们面临的另一个问题是怎么确保每一次给静电计充电的量一致。为了帮助夫人进行研究，Pierre 根据压电效应的原理开发了一种石英压电天平。

皮埃尔·居里 （Pierre Curie） 在他发明的压电石英标尺前

石英晶体压电秤(Piezoelectrometer压电静电计）如下图所示。

去掉上面的盖桶，

就会露出石英晶片。

石英晶体压电秤的基本原理是利用石英晶体的压电效应，在下方的托盘中加上砝码，

就会给验电计一定的电量，每次使用相同的砝码就会给验电计相同的带电量，这就保证了测量的准确度。

总结一下测量的过程，如下图所示，

1，将一定量的放射性物质放入电离桶sample ionization chamber,

2，给压电称piezoelectric 加上砝码weight，连接验电计，quadrant electrometer充上每次都相同的电量，小镜子mirror转动，光斑light spot在标尺scale上的位置移动，断开验电计接触，充电完成。

3，连接电离桶和验电计，验电计逐渐放电，等光斑逐渐回到初始位置，停止计时。

（四）

这张照片首先出现在1904年1月刊出的期刊镭学 Le Radium的第一期上。原始照片上左一是化学实验室主任Gustave Bemont，这个不幸的主任常常被裁出原图，所以后来常见的图中没有这位主任。

后来人有科技高手为这张图进行了修整并配上颜色。虽然图像更清晰一些。但由于这些当时非常先进的仪器现在都被更加灵敏的新仪器代替了，所以不熟悉这段历史的现代人很少能看明白图中人物在干什么。

从这个工作原理可以看出，这张著名的图显然是摆拍，不是真正的工作ing的场景。

显然，照片中没有光源，在居里夫人眼前的标尺上也没有亮点。真正的工作场景应该如下图所示，有一个光源和标尺上的亮点。

也就是说，居里夫人的工作场景如下图所示，她紧张的看着那个亮点nervous spot of light移动，待到亮点回归到初始位置，迅速停止stop手中的计时表watch。 

（五）

居里的实验结果在1898年发表，照片中的三人为共同作者。他们将这一现象定义为放射性radioactivity，并测定了放射性的强度。 

Curie MP,  Curie MmeP, Bemont MG. 1898. Sur une nouvelle substance fortement radio-active. Contenue Dans La Pechblende 127: 1215-1217. 

居里（Curie）这个人名后来作为放射性活度的传统计量单位，符号为Ci，为纪念核物理学家居里夫妇而命名。根据1910年核物理学领域的选定，1居里定义为1克镭-226每秒发生的衰变数 ，其与国际单位贝克勒尔（Bq）的换算关系为1 Ci=3.7×10¹⁰ Bq。该单位曾广泛应用于核医学、地球物理勘查等领域，但自《国际单位制》第7版颁布后，居里作为非法定计量单位被逐步废除。中国《计量法》明确规定科技论著中需采用贝克勒尔作为放射性活度的法定单位 。

 从此，放射科学作为一个学科得以建立。而皮埃尔居里的获奖是对其在这一工作中的贡献的肯定。

正是得益于对放射性强度的精确测量，使得居里夫妇得知沥青中还有比铀元素放射性更强的元素存在，并经历了三年多的卓越的提炼过程，从数吨的沥青渣中获得了大约0.1克新元素镭。 

1906年，皮埃尔去世，1911年1月，玛丽·居里参选法国科学院院士，以几票之差落选；12月，获得诺贝尔化学奖，并做题为“镭和化学中的新概念”的诺贝尔奖主题讲演 。不久，当选法国医学科学院院士。如果皮埃尔在世，估计也能同获此奖。

1995年4月20日，玛丽·居里与皮埃尔·居里被转移安葬在巴黎先贤祠，这是国家给予著名的科学家夫妇的最高荣誉。

居里夫妇的科学发现和事迹，激励着后世科研人员为科学研究事业献身的精神。

（六）

雷恩第一大学拥有居里夫妇设备的副本。2015年10月少数爱好者修复了它，并允许在 130 年后重复实验。该事件中，皮埃尔和居里夫人的后代Hélène Langevin-Joliot 和 Pierre Joliot（皮埃尔·居里和玛丽·居里的孙子，Irène 和 Pierre Joliot-Curie 的孩子）在场见证并庆祝。

这些设备的修复使得人们有机会用古老照片中相同的姿势留影纪念这对杰出的科学家。