在三重藝術之前，即關於人工放射性的發現

在物理學史上，時不時會有「奇蹟」歲月，許多研究人員的共同努力導致了一系列突破性的發現。 自1820年，電之年，1905年，愛因斯坦發表四篇論文的奇蹟年，1913年，與原子結構研究相關的一年，到最後的1932年，一系列技術發現和成就，都是如此.導致了核能、物理學的誕生。

新婚夫婦

艾琳瑪麗·斯克沃多夫斯卡·居里 (Marie Skłodowska-Curie) 和皮埃爾·居里 (Pierre Curie) 的長女，1897 年出生於巴黎 (1)。 十二歲前，她一直在家裡長大，在一所由傑出科學家為孩子們創建的小「學校」裡長大，裡面有大約十名學生。 老師是：Marie Sklodowska-Curie（物理）、Paul Langevin（數學）、Jean Perrin（化學），人文學科主要由學生的母親教授。 課程通常在老師家中進行，孩子們在真實的實驗室中學習物理和化學。

因此，物理和化學教學是通過實際行動獲得知識。 每一次成功的實驗都讓年輕的研究人員著迷。 這些都是真實的實驗，必須被理解並謹慎地進行，居里夫人實驗室裡的孩子們必須以模範的方式進行。 還必須獲得理論知識。 這個方法，作為這所學校的學生，後來優秀的科學家的命運，被證明是有效的。

2.弗雷德里克·約裡奧（Frederic Joliot）（哈考特攝）

此外，伊雷娜的祖父是一名醫生，他為父親的孤兒孫女投入了大量的時間，享受樂趣並補充她的自然科學教育。 1914年，艾琳從創新的塞維涅學院畢業，進入索邦大學數學與自然科學學院。 這恰逢第一次世界大戰開始。 1916 年，她和母親一起為法國紅十字會建立了放射服務機構。 戰後，她獲得了學士學位。 1921年，她的第一篇科學著作出版。 它致力於測定各種礦物中氯的原子質量。 在她的進一步活動中，她與母親密切合作，從事放射性研究。 在 1925 年答辯的博士論文中，她研究了釙發射的阿爾法粒子。

弗雷德里克·若裡奧 1900 年出生於巴黎 (2)。 從八歲起，他就在蘇上學，住在寄宿學校。 那時他更喜歡運動勝過學習，尤其是足球。 隨後他依序就讀於兩所高中。 和艾琳·居禮一樣，他很早就失去了父親。 1919年，他通過了巴黎市工業物理和工業化學高等學校的考試。 1923年畢業。 他的教授保羅·朗之萬了解了腓特烈的能力和美德。 服完 15 個月的兵役後，根據朗之萬的命令，他被任命為鐳研究所的瑪麗·斯克沃多夫斯卡·居里的私人實驗室助理，由洛克菲勒基金會資助。 在那裡他遇到了艾琳·居里，並於 1926 年這對年輕人結婚了。

Frederick 於 1930 年獲得放射性元素電化學博士學位。 早些時候，他已經將興趣集中在妻子的研究上，在弗雷德里克博士論文答辯後，他們就已經合作了。 他們最初的重要成功之一是製備了釙，它是α粒子的重要來源，即α粒子。 氦原子核。(₂⁴他）。 他們從無可否認的特權地位開始，因為是瑪麗居禮為她的女兒提供了大量釙。 他們後來的員工 Lew Kowarsky 是這樣描述他們的：Irena 是“一位優秀的技術人員”，“她工作得非常好、仔細”，“她深刻地理解自己在做什麼。” 她的丈夫有「更耀眼、更飛揚的想像力」。 “他們完美地互補，他們知道這一點。” 從科學史的角度來看，他們最有趣的兩年是：1932-34。

他們幾乎發現了中子

“幾乎”很重要。 他們很快就知道了這個可悲的事實。 1930 年在柏林，兩個德國人—— 沃爾特·博特 i 休伯特·貝克爾 - 研究輕原子在受到 α 粒子轟擊時的行為。 鈹盾 (₄⁹Be)當受到α粒子轟擊時，發射出極具穿透力的高能量輻射。 根據實驗人員的說法，這種輻射一定是強烈電磁輻射。

在這個階段，伊雷娜和弗雷德里克正在處理這個問題。 他們的阿爾法粒子來源是有史以來最強大的。 他們使用雲室觀察反應產物。 1932年XNUMX月下旬，他們公開宣布是伽馬射線從含氫物質中撞出了高能量質子。 他們仍然不明白自己手上拿著什麼，發生了什麼。 看完之後 詹姆斯·查德威克 (3) 在劍橋，他立刻開始工作，認為這根本不是伽瑪輻射的問題，而是中子的問題，盧瑟福幾年前就預言了這一點。 經過一連串的實驗，他對中子的觀測結果深信不疑，並發現它的品質與質子的品質相似。 17 年 1932 月 XNUMX 日，他向《自然》雜誌發表了一篇文章《中子的可能存在》。

它實際上是一個中子，儘管查德威克認為中子是由一個質子和一個電子組成的。 直到1934年他才認識並證明了中子是基本粒子。 查德威克於 1935 年榮獲諾貝爾物理學獎。 儘管意識到自己錯過了一項重要發現，約裡奧-居禮夫婦仍繼續在這一領域進行研究。 他們意識到這個反應除了中子之外還會產生伽瑪射線，所以他們寫下了核反應：

，其中 Ef 是伽馬量子的能量。 他們進行了類似的實驗 ₉¹⁹F.

再次錯過開幕

在發現正電子的幾個月前，約裡奧-居里拍攝了一條彎曲路徑的照片，就好像它是一個電子，但扭曲方向與電子相反。 這些照片是在位於磁場中的霧室中拍攝的。 基於此，夫妻倆討論了電子在兩個方向上的運動，即從源頭到源頭。 事實上，與「朝向源」方向相關的那些是正電子，或遠離源的正電子。

同時，1932 年夏末的美國。 卡爾大衛安德森 (4) 是瑞典移民的兒子，他在雲室中在磁場的影響下研究了宇宙射線。 宇宙射線從外部到達地球。 為了確定粒子的方向和運動，安德森將室內的粒子穿過金屬板，在那裡它們失去了一些能量。 2月XNUMX日，他看到了一條痕跡，他無疑將其解釋為正電子。

值得注意的是，狄拉克先前曾預測這種粒子的理論存在。 然而，安德森在他的宇宙射線研究中並沒有遵循任何理論原則。 在這種情況下，他稱他的發現是偶然的。

約裡奧-居禮再次不得不接受他毫無疑問的職業，但在這一領域進行了進一步的研究。 他們發現伽馬射線光子可以在重核附近消失，形成電子-正電子對，這顯然符合愛因斯坦著名的公式E=mc2以及能量和動量守恆定律。 後來，弗雷德里克自己證明了電子-正電子對有一個消失的過程，產生了兩個伽馬量子。 除了來自電子-正子對的正電子之外，它們還有來自核反應的正電子。

5. 第七屆索爾維會議，1933 年

坐在前排的：艾琳·若裡奧·居禮（左二），

瑪麗·斯克沃多夫斯卡·居里（左五）、莉斯·邁特納（右二）。

人工放射性

人工放射性的發現並不是一朝一夕的事。 1933 年 1933 月，約裡奧特用 α 粒子轟擊鋁、氟和鈉，獲得了中子和未知同位素。 XNUMX年XNUMX月，他們宣布，透過用α粒子照射鋁，他們不僅觀察到了中子，還觀察到了正電子。 根據艾琳和弗雷德里克的說法，這個核反應中的正電子不可能是透過電子-正子對的形成而產生的，而一定是來自原子核。

第七屆索爾維會議 (5) 於 22 年 29 月 1933 日至 41 日在布魯塞爾舉行。會議名稱為「原子核的結構和性質」。 XNUMX 名物理學家出席了此次會議，其中包括世界上該領域最傑出的專家。 Joliot 報告了他的實驗結果，指出用 α 射線照射硼和鋁會產生帶有正電子的中子或質子。。 在本次大會上 麗莎邁特納 她說，在用鋁和氟進行的相同實驗中，她沒有得到相同的結果。 在她的解釋中，她不同意巴黎夫婦關於正電子起源的核性質的觀點。 然而，回到柏林工作後，她再次進行了這些實驗，並於18 月XNUMX 日在給約裡奧·居里的一封信中承認，現在，在她看來，正電子確實是從原子核中出現的。

此外，在本次大會上 弗朗西斯佩蘭他們來自巴黎的同行和好朋友就正電子問題發表了演講。 從實驗中得知，他們獲得了連續的正電子光譜，類似自然放射性衰變過程中β粒子的光譜。 佩林進一步分析正電子和中子的能量得出結論，這裡應該區分兩種發射：首先是中子的發射，伴隨著不穩定原子核的形成，然後是從該原子核中發射出正電子。

在Joliot會議之後，這些實驗被停止了大約兩個月。 1933 年 XNUMX 月，佩蘭發表了他對此事的看法。 同時，也在XNUMX月 恩里科·費米 提出β衰變理論。 這為解釋經驗提供了理論基礎。 1934年初，這對來自法國首都的夫婦重新開始了他們的實驗。

就在 11 月 10 日星期四下午，Frédéric Joliot 拿起鋁箔，用 α 粒子轟擊它 3 分鐘。 他第一次使用蓋革-穆勒計數器進行檢測，而不是像以前那樣使用霧室。 他驚訝地發現，當他將阿爾法粒子源從箔上移開時，正電子的計數並沒有停止，計數器繼續顯示它們，只是它們的數量呈指數級減少。 他確定半衰期為15分XNUMX秒。 然後，他通過在其路徑上放置鉛制動器來減少落在箔上的阿爾法粒子的能量。 他收到的正電子減少了，但半衰期沒有改變。

然後他對硼和鎂進行了相同的實驗，並在這些實驗中獲得了分別為 14 分鐘和 2,5 分鐘的半衰期。 隨後，他用氫、鋰、碳、鈹、氮、氧、氟、鈉、鈣、鎳和銀進行了這樣的實驗，但他沒有觀察到與鋁、硼和鎂類似的現象。 蓋革-穆勒計數器不區分帶正電和帶負電的粒子，因此 Frédéric Joliot 也證實它實際上處理的是正電子。 技術方面在這個實驗中也很重要，即存在強大的α粒子源以及使用靈敏的帶電粒子計數器（例如蓋革-穆勒計數器）。

正如約裡奧-居里對先前所解釋的，在觀察到的核轉變過程中，正電子和中子同時釋放。 現在，根據弗朗西斯·佩林的建議並閱讀了費米的考慮，這對夫婦得出結論，第一個核反應產生了一個不穩定的原子核和一個中子，隨後該不穩定的原子核發生了β+衰變。 所以他們可以寫出以下反應：

約裡奧夫婦注意到由此產生的放射性同位素的半衰期太短，無法在自然界中存在。 他們於 15 年 1934 月 XNUMX 日在題為“一種新型放射性”的論文中公佈了他們的結果。 XNUMX月初，他們能夠從收集的少量樣本中識別出前兩個反應中的磷和氮。 很快就有預言稱，核子轟擊反應可以在質子、氘核和中子的幫助下產生更多的放射性同位素。 今年三月，恩里科·費米打賭此類反應很快就會使用中子進行。 很快地他自己就贏了賭注。

伊雷娜和弗雷德里克因“新放射性元素的合成”而獲得 1935 年諾貝爾化學獎。 這項發現為人工放射性同位素的生產鋪平了道路，該同位素在基礎研究、醫學和工業中發現了許多重要且有價值的應用。

最後值得一提的是來自美國的物理學家， 歐內斯特·勞倫斯 與柏克萊的同事和帕薩迪納的研究人員一起，其中有一位正在實習的波蘭人 安德烈·索爾坦。 儘管加速器已經停止運作，但我們還是看著計數器對脈衝進行計數。 他們不喜歡這種計算。 然而，他們沒有意識到他們正在處理一個重要的新現象，並且他們只是錯過了人工放射性的發現...