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夜光粉中的镭元素:发光原理与应用

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:夜光表上的发光物质,便是利用镭射线的这一特性制成的:人们在含有极少量铜化合物的硫化锌粉末里,加入约十万分之一左右的镭盐,这些镭盐能不断地射出放射性射线,在这些射线的激发下,硫化锌射出浅绿色柔和的冷光。虽然大量的镭射线作用于人体是有害的,但是由于恶性肿瘤比正常的组织更容易被放射线所破坏,因此,用镭射线来治疗癌症,得到很好的效果。经过了1560年后,它的能量才降低一半——1克镭每小时放出70卡热。

夜光粉中的镭元素:发光原理与应用

漆黑的夜,伸手不见五指,然而,夜光表的指针却闪闪发出黄绿色的光芒,告诉人们现在是几点钟。

夜光表为什么会发光呢?原来,在指针和表盘的数字上,涂有一种发光物质。这发光物质便是掺杂着镭盐的荧光粉。

镭,是银白色的金属,很柔软,在960℃时熔化。金属镭易挥发,在空气中不稳定。

镭最突出的性能是具有很强的放射性。它的放射性比起铀来,还要强好几百万倍!它能透过厚厚的纸包,使照相底片感光。因此,镭的希腊文原意便是“射线”的意思。

在镭射线的照射下,会发生奇妙的变化。

硫化锌、硫化钙等碱土金属硫化物,在镭射线的照射下,能发出绿色的冷光。夜光表上的发光物质,便是利用镭射线的这一特性制成的:人们在含有极少量铜化合物的硫化锌(或硫化钙)粉末里,加入约十万分之一左右的镭盐,这些镭盐能不断地射出放射性射线,在这些射线的激发下,硫化锌射出浅绿色柔和的冷光。如果把这些发光粉掺入塑料中,便可制得发光塑料。用发光塑料制成门上的把手,在夜间很醒目。用发光塑料制成的电灯开关、电铃按钮火柴盒、电话机盘、街巷路牌、航标、路标等,在夜间给人们带来不少方便。此外,最近人们还制成了发光搪瓷、发光玻璃、发光油漆、发光粉笔、发光墨水、发光混凝土与发光布等。

镭放出的射线也很厉害,它能破坏动物体,杀死细胞、细菌。有一次,法国物理学家贝克勒尔出去演讲时,顺手把一管镭盐装在口袋里,结果,当他讲演完了时,感到身上很疼,原来这些镭盐严重地灼伤了他的皮肤。现在,医学上便用镭射线来治疗癌症。虽然大量的镭射线作用于人体是有害的,但是由于恶性肿瘤比正常的组织更容易被放射线所破坏,因此,用镭射线来治疗癌症,得到很好的效果。另外,一些如癣、狼疮之类的皮肤病,也可用镭射线来治疗。

在镭射线的照射下,无色的玻璃会变成有色,无色透明的金刚石的表面会变成黑色的石墨,水分解成氢气与氧气,氨能分解成氮与氢,氯化氢会分解成氯与氢,而氧则变成了臭氧……

一门新兴的科学——“辐射化学”,便是专门研究这些奇妙的现象。

令人惊异的是,镭还能放出大量的能量。据测定,1克镭在一小时里,就能放出140卡热。更奇怪的是,尽管时间一小时又一小时,一天又一天,一年又一年地过去,镭照样不断地每小时放出140卡热。经过了1560年后,它的能量才降低一半——1克镭每小时放出70卡热。要是让1克镭把热全部放出来,竟有270亿卡!足以使29吨冰融化成水!(www.xing528.com)

镭的放射能的发现,在当时引起社会上极大的震动。一些科学家认为镭是“永恒的能源”,足以推翻能量守恒定律。人们经过多次的科学实验,终于弄清楚镭的本质:原来,镭原子是会分裂的。镭原子裂变后,变成两个更小的原子——氡原子与氦原子。据计算,在720亿个镭原子中,平均每秒钟有一个原子要分裂,向周围以每秒2万千米的速度射出它的“碎片”。镭那不断放出的放射能,便是镭原子裂变时释放出来的能量。因此,镭并不是什么“永恒的能源”。世界上永远不存在什么“永恒的能源”。随着镭原子的不断裂变,镭放出的能量也不断减少,正如前面已经讲过的那样,经1560年后,1克镭每小时放出的能量降低了一半——从140卡到70卡。

镭的放射能的发现,并没有推翻能量守恒定律。相反地,却从新的高度进一步丰富了能量的守恒定律:1个镭原子裂变为1个氡原子与1个氦原子释放出来的能量,恰好等于用1个氡原子与1个氦原子合成1个镭原子时所需要的能量。这一事实有力地说明,能量不可能凭空产生,也不可能无端消亡。只有从辩证唯物主义观点,才能正确地解释自然现象,掌握自然规律。

大自然里,镭主要存在于许多种矿物以及土壤与矿泉水中。近年来发现,海底的淤泥比原始的镭产地含有较丰富的镭。然而,镭在自然世界里的存在毕竟是十分稀少,它仅占地壳中原子总数的一百亿亿分之八!而且制取又非常困难。

镭是在1898年被著名物理学家居里夫人沥青铀矿中发现的。要知道,在沥青铀矿中,镭的最高含量也不过只有百万分之一!要用800吨水、400吨矿物、100吨液体化学药品、900吨固体化学药品才能提炼出1克镭的化合物!他们当时工作的艰苦可想而知。继镭发现后,1910年,居里夫人还制得了世界上第一块纯净的金属镭。

镭的发现、放射现象的发现、放射能的发现,是19世纪末、20世纪初在自然科学方面的重大成就。在居里夫妇发现镭后的第五年——1903年,鲁迅便在《浙江潮》月刊第八期上,发表了《说鈤》[1]一文。鈤,即镭。鲁迅在这篇文章中,十分热情地介绍了当时科学上的新生事物——镭及放射现象的种种知识,指出:“自X线之研究,而得鈤线;由鈤线之研究,而生电子说。由是而关于物质之观念,倏一震动,生大变象。最大涅伏,吐故纳新,败果既落,新葩欲吐,虽曰古篱夫人之伟功,而终当脱冠以谢十九世纪末之X线发现者林达根氏。”[2]此处所提到的“古篱夫人”即居里夫人,“林达根”即伦琴,德国物理学家,X射线发现者。鲁迅在这段话中,用“纳新”“新葩”这两“新”称颂镭及放射现象的发现。

【注释】

[1]《鲁迅全集》第七集,人民文学出版社1973年版,第385页。

[2]《鲁迅全集》第七集,人民文学出版社1973年版,第392页。

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