冰人幽灵-第83部分

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实验告诉我们：铀和一般元素不一样，它发出的看不见的射线，可以隔着黑纸使照相底片感光。这可是以前谁也不知道的事。是不是还有一些别的元素像铀一样，也能够发出看不见的射线呢？这吸引了不少科学家去研究。　
　　　　　　　1898年，拉姆赛和他的助手特莱凡斯一起发现了空气中的氦、氖、氪和氙。就在这同一年里，一位法国女科学家玛丽&；#183；居里不仅发现了钍也有放射性，而且在沥青铀矿里还发现了两种放射性更强的新的放射性元素——钋和镭。　
　　　　　　　1899年，另一位法国化学家德比尔纳发现了又一种新的放射性元素——锕。　
　　　　　　　几年之内，新发现了一批放射性元素——钋、镭、锕。对这些放射性元素的研究，又引起了新的发现。　
　　　　　　　居里夫妇在研究镭的时候发现：镭和空气接触以后，镭拿走了，可是留下的空气还有放射性，好像被镭传染了似的。1900年，德国科学家多恩研究了这个奇怪的现象，发现原来是镭在连续不断地放出一种气体，这种气体也有放射性，这种放射性气体被叫做“镭射气”。　
　　　　　　　差不多在同时，英国物理学家卢瑟福发现钍也会发出一种放射性气体，后来又发现锕也会发出一种放射性气体。这两种气体分别被叫做“钍射气”和“锕射气”。　
　　　　　　　这些放射性气体又是什么样的物质呢？　
　　　　　　　镭射气
　　　　　　　1903年，卢瑟福和另一位化学家索地一起，详细地研究了镭射气。　
　　　　　　　最早，科学家利用使照相底片感光的办法来检查物质的放射性，后来就发明了另一种方法——利用荧光物质。有一些矿石（如硅锌矿）和一些化合物（如硫化锌），碰到了看不见的射线就会闪烁发光。所以，如果硅锌矿或硫化锌在闪烁发光，那就说明一定有放射性物质存在。　
　　　　　　　卢瑟福和索地在一根两端有活塞的玻璃管里装上一些硅锌矿粒。他们把吹过镭的表面的空气通到这根玻璃管里去，然后关闭玻璃管两端的活塞。把玻璃管拿进黑屋子里去，就看到硅锌矿在闪闪发光，亮得可以照清楚报纸上的大标题。只要把玻璃管中的气体抽掉，硅锌矿立刻不再发光了。这说明被空气带到玻璃管中的镭射气是放射性气体。　
　　　　　　　为了研究这种气体，卢瑟福和索地在这玻璃管后面接上一个U形管，U形管后面又接上一个圆底烧瓶，圆底烧瓶的壁上涂有硫化锌。他们把U形玻璃管浸到液态空气里，然后把含有镭射气的空气不断吹进去。这时候，装有硅锌矿粒的管子闪闪发光，而涂有硫化锌的烧瓶并不发光。不过，只要把U形管从液态空气中拿出来，过了一会，烧瓶壁上的硫化锌也开始发光了。　
　　　　　　　这个实验说明：液态空气可以使镭射气变成液体，因而流不到涂硫化锌的烧瓶里去。　
　　　　　　　更有趣的是把镭射气封在装有硅锌矿粒的玻璃管里，一开始发光很强，几天以后，光就减弱了，过了一个月左右，就完全不发光了。看来镭射气会慢慢地消失。　
　　　　　　　镭射气消失了，它变成了什么呢？　
　　　　　　　氦的诞生
　　　　　　　为了解决镭射气变成了什么的问题，卢瑟福和索地决定去请教研究气体的专家拉姆赛。　
　　　　　　　卢瑟福和索地把尽可能多的用液态空气冻下来的镭射气封在管子里。索地带上这管镭射气，就去找拉姆赛。　
　　　　　　　拉姆赛热情地接待了索地，立刻和他一起研究镭射气。这是1903年春天的事。　
　　　　　　　镭射气被充到放电管中，通电后发出淡蓝色的光辉。拉姆赛和索地用分光镜观察镭射气的光谱。他们发现了三条新的谱线。镭射气原来是一种新的气体元素。这时候，在光谱里没有看见别的谱线。　
　　　　　　　两天以后，他们又检查这个充有镭射气的放电管的光谱。三条新的诺线还在老地方，只是比两大前减弱了；但是，出现了一条新的谱线，是黄色的。拉姆赛立刻认出来，这是他的老朋友——氦的谱线。　
　　　　　　　放电管是封死的，外面不会有气体跑进去。结论只有一个：镭射气变成了氦。　
　　　　　　　又过了两天，再把放电管通电。这时候，管子发出的已经是黄光，而不是淡蓝色的光了。氦的谱线更强了，而镭射气的谱线更弱了。　
　　　　　　　氦在拉姆赛和索地的眼前诞生了！　
　　　　　　　人们第四次发现了氦。　
　　　　　　　接下去，拉姆赛仔细地研究了镭射气的性质，证明它和氦、氖、氩、氪、氙一样，也是惰性气体。后来给它另起一个名字叫做radon（拉丁文“射线”的意思）——我国译作“氡”。　
　　　　　　　拉姆赛为了测定氡气的密度，设计了一个极为灵敏的天平，灵敏度达到0。000000005克！他称量了0。1立方毫米（仅仅有一个针眼大小）的氧气，测得它的密度是氢气的111倍，是最重的气体。　
　　　　　　　科学家们用同样的方法去研究锕射气和针射气，结果和镭射气一样，这两种射气也是氡，也在不断地变成氦。　
　　　　　　　地质学家的时钟
　　　　　　　氧是放射性气体元素，它不断地产生氦气。铀是不产生射气的，它会不会也不断地产生氦气呢？应该做一下试验。　
　　　　　　　索地把一些含铀的物质放在大烧瓶里，把烧瓶里的空气抽掉，把瓶口封死。过了一年，索地打开烧瓶，取出瓶内的气体作光谱分析。果然，气体的光谱中出现了氦的诺线。虽然氦气的量不多，但是证明了铀也在产生氦气。　
　　　　　　　原来，从放射性元素放出来的看不见的射线，可以分为α、β和γ三种射线。其中的α射线，实际上就是无数的失掉了电子的氦原子。　
　　　　　　　为什么铀矿和钍矿中会有氦气呢？这些氦气正是放射性元素铀和钍产生的。　
　　　　　　　索地又在大烧瓶中装了1000克铀。一年之后，他从烧瓶中得到了0。1立方毫米的氦气。这个气泡只有——0。00000002克重。铀产生氦气的速度是非常慢的，一吨铀每年也只能产生0。00002克的氦气。　
　　　　　　　为什么钇铀矿和其他的放射性矿物中，含有许多氦气呢？　
　　　　　　　卢瑟福研究了这个问题，产生了这样一个想法：钇铀矿里含的氦气多，说明这矿石的历史长久。每年只产生一点点氦气，经过几百万、几千万、甚至几亿年，积累起来就多了。只要我们分析一下铀矿中现在有多少氦气，还剩下多少铀，又知道铀生成氦气的速度，就可以算出这块矿石是多少年前生成的了。　
　　　　　　　这方法真是妙极了！氦成了地质学家研究矿石年龄的“时钟”。这是1904年卢瑟福提出来的。　
　　　　　　　在此以前，人们很难知道矿物和岩石的年龄有多大，因为岩石是不会自己说话的。虽然有各种各样的估计，但是都非常不可靠。利用了放射性方法，岩石自己说话了。　
　　　　　　　你要知道某一个地方的煤是什么时候生成的吗？那只要在生成那种煤的地层中找出一种放射性矿物就行了。英国物理学家斯特莱特选了一块赤铁矿，经过分析，这块赤铁矿中有铀，也有少量氦气，每1克怕就大约有20立方厘米的氦气。已经知道，每1克铀一年能产生0。0000001立方厘米的氦，那么要多少年才能生成20立方厘米的氦呢？这很容易算，要2亿年。　
　　　　　　　既然这块赤铁矿是2亿年前形成的，当然，那里的煤层也是2亿年前形成的。　
　　　　　　　斯特莱特用这个方法测定了许多种矿石的年龄，但是工作并不是没有困难的。　
　　　　　　　氦是气体，如果岩石不很致密，有裂缝，生成的氦气就会跑掉。在这种情况下，测定的数值就不会准确了。　
　　　　　　　卢瑟福的学生波特伍德发现，铀在连续放出氦以后，最后变成没有放射性的铅。铅不是气体，不会从岩石的裂缝中跑掉。已经知道，1000克铀在一年间能生成0。00000135克铅。只要测定铀矿中铀和铅的含量各是多少，同样可以算出铀矿的年龄。　
　　　　　　　这个新方法比测量氦气的方法要可靠多了。许多人用它来测量地球上各种矿物和岩石的年龄。　
　　　　　　　到了1935年，英国科学家霍姆斯测出来地球上最老的岩石大约是35亿年。也就是说，地球的年龄至少有35亿年（现代测定，地球的年龄是46亿年）。　
　　　　　　　地球能比太阳年龄大吗？
　　　　　　　在太阳系中，太阳是质量最大的中心天体。在太阳系的总质量中，太阳占了99。9％，所以，有足够强大的引力，使太阳系的其他天体都环绕着它运行。太阳又是太阳系中唯一的能够自身发光的天体，它是太阳系的光和热的主要源泉，它照亮了整个太阳系，也晒热了整个太阳系。而地球不过是绕着太阳转的一颗比较小的行星。人们用放射性方法测定出来，地球的年龄有几十亿岁了。那么太阳的年龄有多大呢？当时的科学家推算，太阳是2200万岁。真奇怪，地球竟比太阳的年龄大100多倍！这怎么可能呢？　
　　　　　　　必定有一个年龄搞错了。地球年龄的测定是相当可靠的，看来太阳的年龄可能推算错了。太阳的年龄就是不比地球大，无论如何也应该和地球相等。是不是可以把太阳的年龄改一下呢？　
　　　　　　　不行！天文学家提出了不同的意见。他们说：我们虽然不能从太阳上取一块物质来直接研究它的年龄，但是有一点是没有错的，那就是太阳在不断地发出大量的光和热，它每分钟发出多少能量是测准了的；同时，太阳的体积和质量，我们也是能够准确计算的。要说太阳的年龄像地球一样，也有几十亿年，那么，它烧的是什么燃料呢？为什么能维持这样长的时间而不熄灭呢？　
　　　　　　　在18世纪就有人算过，如果太阳是一大块煤，那要不断地发这么多的光和热，只能烧5000年。这个年龄显然太小了。后来，德国科学家赫尔姆霍茨认为，太阳发光发热是由于它不断地收缩，把位能转变成为热能。他计算出来，太阳的年龄是2200万年，还可以再发光发热1000万年。他的这个结论一直延用了半个世纪，要它，必须先回答太阳烧的是什么。　
　　　　　　　太阳烧的是什么？
　　　　　　　在回答这个问题之前，我们先介绍一下科学家用氦气做实验的时候发现了什么。　
　　　　　　　上面已经说过，卢瑟福和索地发现放射性物质放出的α射线，原来就是无数失去了电子的氦原子。它们由放射性物质中一粒一粒地射出来，所以又叫做α粒子。α粒子射出来的速度非常大，每秒可以达到上万公里！　
　　　　　　　卢瑟福用放射性物质放出来的高速度的α粒子去轰击各种物质。他发现原子像个小太阳系一样：中心有一个带正电的核，周围有电子绕核转圈子。　
　　　　　　　卢瑟福又想试试，把α粒子别的原子核里面去，会发生什么结果。他选用了镭C′（镭C′是钋的放射性同位素，它是镭蜕变而产生的）放出来的α粒子。这种α粒子速度特别大——每秒19200公里。　
　　　　　　　实验的结果是：高速的α粒子氮的原子核里去了，同时放出来一个新粒子——质子。质子也就是氢原子核。卢瑟福在1919年，第一回用人工实现了原子核反应，同时发现了质子。　
　　　　　　　卢瑟福接下去就用α粒子对各种元素进行轰击，看看哪些元素能起反应。在试验铝的时候发现，铝被轰击以后变成了硅，同时，放出来极大量的能，比燃烧同量的煤放出的能要大700000倍！　
　　　　　　　核反应能放出大量的能。太阳上是不是也在进行核反应呢？　
　　　　　　　太阳温度特别高，表面有6000摄氏度，核心能到2000摄氏万度，密度也特别大。在这样高的温度下，各种原子外层的电子都脱离了原子核，原子核以极大的速度碰来碰去，当然会发生核反应。　
　　　　　　　1938年，美国的贝特和德国的魏札克证明了太阳上烧的是氢。这不是氢和氧燃烧的化学反应，而是在高温和高速运动的条件下，氢原子核碰在一起的核反应——四个氢原子核生成一个氦原子核。这就是热核反应。　
　　　　　　　在热核反应中，1克氢全部变成氦，能放出多少热呢？据计算，这些热能使400吨冰完全变成水蒸气！而1克氢气在跟氧气化合的时候，放出来的热只能使47克冰变成水蒸气。这就是说，氢在热核反应中放出的核能，比在化学反应中放出的化学能，要多出8500000倍。　
　　　　　　　太阳的能源是在氢原子核聚变成氦原子核的过程中放出来的热核能。在这样的热核反应中，消耗的是氢核，产生的是氦核。太阳元素——氦，原来就是氢进行核燃烧后的“灰烬”。　
　　　　　　　据计算，太阳上氢合成氦的热核反应，已经进行了差不多50亿年了，以后还可以继续50亿年。　
　　　　　　　问题解决了，地球的年龄不比太阳大了。同时人们也弄清了太阳元素——氦的来源：在太阳上，氦是氢的热核反应生成的；在地球上，氦是放射性元素蜕变生成的。　
　　　　　　　战场上的氦
　　　　　　　在天空中飞翔，是人类自古以来的希望。发现了氢气以后，乘坐氢气球在天空中飞来飞去，成了时髦的事情。氢气球越做越大，后来发展成为巨大的飞艇。　
　　　　　　　第一艘飞艇是德国工程师齐柏林在1900年设计的，艇身长128米，里面装有9910立方米的氢气。人们把这种飞艇叫齐柏林飞艇。　
　　　　　　　1914年8月，在欧洲爆发了第一次世界大战。德国先后制造了123艘齐柏林飞艇用于战争。为了防御飞艇，英法联军用高射炮发射烧夷弹来对付它。因为氢气遇火就会燃烧爆炸，飞艇只要被烧夷弹击中，立刻就会在天空中炸毁。　
　　　　　　　但是，1914年秋天，在法国北部的战场上发生了奇怪的事：一艘德国飞艇被英军的炮弹打穿了，它竟然没有着火爆炸，而是掉转头飞回去了。　
　　　　　　　这真是个谜！英国军部研究了好久，也弄不清楚这艘飞艇为什么没有着火爆炸。　
　　　　　　　最后，英国军部接到了化学家特莱福的来信。他写道：“德国人发明了一种取得大量氦气的方法。这次用来充齐柏林飞艇的不是氢气，而是氦气。氦气也是很轻的气体，仅比氢气重一倍，因此充氦气的飞艇的升力跟充氢气的飞艇相差不多。但是在其他方面，氦气比氢气的优点大得多。要知道，氢气很喜欢跟氧气化合，因此它很容易燃烧。氦气不与任何东西化合，也不与氧气化合，它是惰性气体。如果德国的飞艇真是充氦气的话，那么烧夷弹没把它烧毁是不足为奇的。”　
　　　　　　　特莱福的理由很使人信服，但是从什么地方得到这样多的氦气呢？一艘飞艇需要用几千立方米的氦气；要得到这么多的氦气，就需要处理几万吨的方钍矿或是别的放射性矿物，而德国是没有这些矿物的。由空气中提取吗？这就需要几百台制冷机不停地工作一整年，而在战争时期，这是不大可能办到的。　
　　　　　　　英国军部对这个问题十分感兴趣，召集了各门科学家开会，提出找寻大量氦气资源的任务。他们研究讨论了很久，终于回想起1907年美国化学家开迪和马克发兰的一篇研究报告。　
　　　　　　　开迪和马克发兰在分析天然气的时候曾经发现，在堪萨斯州一个地方的天然气中，含有1。5％的氦气。但是当时没有人想到氦的实际应用，没有重视这个发现。现在，为了制造不会着火爆炸的大飞艇，人们又开始大规模地找氦气，在天然气中找氦气。最后，人们在加拿大的石油气中找到了氦气，于是立即建立起提取氦气的工厂。等到几千立方米的氦气提取出来了，第一次世界大战已经结束了。　
　　　　　　　飞艇的过去和未来
　　　　　　　战争停止了，不用担心飞艇在天空中飞行的时候会被烧夷弹打中了。这时候虽然发现了氦气资源，但是氦气终究不如氢气便宜。人们继续制造充氢气的大飞艇。1928年，工程师埃克纳制造了240米长的大飞艇“齐柏林号”，飞艇上有卧室、餐厅，可以乘坐几十名旅客，每小时能飞行100多公里。这艘飞艇横跨大西洋往来飞行，没有发生事故。　
　　　　　　　但是，埃克纳的另一艘大飞艇“兴登堡号”的命运就十分糟了。1937年5月6日，这艘飞艇飞过美国纽约城上空，居民们纷纷挥手向它致意。但是快要飞到目的地的时候，它突然着火爆炸了，飞艇上的乘客的遭遇也就可想而知了。　
　　　　　　　此后，谁也不肯冒着生命危险去乘坐氢气飞艇了，还是氦气飞艇安全。　
　　　　　　　人们在制造氢气飞艇的同时，也在制造氦气飞艇。当然，它们是不会着火爆炸的。但是，不幸的是，世界上最大的氦气飞艇却先后遇到风暴而失事了。而飞机越来越发展，飞艇渐渐地在天空中绝迹了。　
　　　　　　　在今天，天空中要是突然飞来一艘大飞艇，一定会引起大家的惊奇。但是不要以为飞艇已经完全退出了历史舞台。　
　　　　　　　现在已经是超音速飞行的时代，谁还要用那又大又笨又慢的飞艇？可是不能只看速度快慢这一个方面。飞机虽快，但运载量小，耗费燃料多；飞艇虽慢，但运载量大，耗费燃料少。有人计算过，用飞艇运输货物要比飞机便宜六七倍。　
　　　　　　　飞机要在飞机场上起飞降落。飞艇就不需要长长的跑道，它能够垂直起飞，垂直降落，必要的时候还可以长时间停在半空中不动。给地质勘探队、登山队运送勘探设备、科学仪器和生活资料，飞艇是非常理想的运输工具。在去南北极探险的时候，一个专门设计的大飞艇降落在冰面上，就可以成为探险队的理想的大本营。　
　　　　　　　一个大飞艇可以吊运几十吨以至几百吨的东西，这在工业建设上也可以起到特殊的作用。石油钻井的塔架，飞艇可以平稳地提起来，运到新的钻井地点。要穿过高山峡谷架设高压输电线，飞艇既可以在山头上吊装架线的铁塔，又可以飞越峡谷铺设高压电线。飞艇是空中的起重工。　
　　　　　　　正由于有这许多优越的性能，目前许多国家都在设计充氦气的新型飞艇。法国设计的“大力神号”飞艇，直径有235米，体积有150万立方米，能装载900吨货物。预料在不久的将来，飞艇又将重返天空。　
　　　　　　　液态氦
　　　　　　　在本世纪初的几十年里，世界各国都在寻找氦气资源，在当时主要是为了充飞艇。但是到了今天，氦不仅用在飞行上，尖端科学研究，现代化工业技术，都离不开氦，而且用的常常是液态的氦，而不是气态的氦。液态氦把人们引到一个新的领域——低温世界。　
　　　　　　　前面已经讲过拉姆赛在空气中找氦气的故事。在液态空气的温度下，氦和氖仍然是气体；在液态氢的温度下，氖变成了固体，可是氦仍然是气体。　
　　　　　　　要冷到什么程度，氦才会变成液体呢？　
　　　　　　　前面已说过，英国物理学家杜瓦在1898年首先得到了液态氢。就在同一年，荷兰的物理学家卡美林&；#183；奥涅斯也得到了液态氢。液态氢的沸点是零下253摄氏度，在这样低的温度下，其他各种气体不仅变成液体，而且都变成了固体。只有氦是最后一个不肯变成液体的气体。卡美林&；#183；奥涅斯决心把氦气也变成液体。　
　　　　　　　1908年7月，卡美林&；#183；奥涅斯成功了，氦气变成了液体。他第一次得到了320立方厘米的液态氦。　
　　　　　　　要得到液态氢，必须先把氢气压缩并且冷却到液态空气的温度，然后让它膨胀，使温度进一步下降，氢气就变成了液体。　
　　　　　　　要得到液态氦，必须先把氦气压缩并且冷却到液态氢的温度，然后让它膨胀，使温度进一步下降，氦气才能变成液体。　
　　　　　　　液态氦是透明的容易流动的液体，就像打开了瓶塞的汽水一样，不断飞溅着小气泡。　
　　　　　　　液态氦是一种与众不同的液体，它在零下269摄氏度就沸腾了。在这样低的温度下，氢也变成了固体，千万不要使液态氦和空气接触，因为空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。　
　　　　　　　多少年来，全世界只有荷兰卡美林&；#183；奥涅斯的实验室能制造液态氦。直到1934年，在英国卢瑟福那里学习的前苏联科学家卡比查发明了新型的液氦机，每小时可以制造4升液态氦。以后，液态氦才在各国的实验室中得到广泛的研究和应用。　
　　　　　　　在今天，液态氦在现代技术上得到了重要的应用。例如要接收宇宙飞船发来的传真照片或接收卫星转播的电视信号，就必须用液态氦。接收天线末端的参量放大器要保持在液氦的低温下，否则就不能收到图像。　
　　　　　　　然而，液态氦的奇妙之处还不在于低温。　
　　　　　　　漏液氦的杯子
　　　　　　　卡美林&；#183；奥涅斯是第一个得到液氦的科学家。他并不****，还想使温度进一步降低，以得到固态氦。他没有成功（固态氦是1926年基索姆用降低温度和增大压力的方法首先得到的），却得到了一个没有预料到的结果。　
　　　　　　　对于一般液体来说，随着温度降低，密度会逐渐增加。卡美林&