钱三强-α射线实验

首先介绍卢瑟福是怎样发现X射线的。大家知道贝克勒尔发现的铀辐射包含有三种成分，在磁场中它们分成三束，α射线带正电，偏向一方；β射线带负电，偏向另一方；中间的一束则不受磁场作用，那是γ射线，呈中性。它实际上是一种波长极短的电磁波。然而卢瑟福并不是靠加磁场区分出这些成分的，当时他没有足够强的磁铁。他用的是吸收方法。
     卢瑟福以他观测细致、对待实验数据客观谨慎的科学作风作出了别人难以作出的发现。他的实验很简单，在一对平板电容器极板之间插入一系列铝片，下极板上涂有小量的铀盐。由于铀辐射的电离作用，外接于电容器的回路将产生电离电流。电离电流的强度与辐射强度有关，也与铝片的厚度有关，因为铝片会吸收铀辐射。当时已经知道，吸收前后的辐射强度应按指数规律变化，即：I=I0e^-at
     式中I₀与I分别是吸收前后的辐射强度。如果以InI与时间t作图，应是一根直线。可是卢瑟福得到的却是一根折线。当铝片厚度为百分之几毫米以下时和百分之几毫米以上时直线的斜率截然不同。也就是说，有两个不同的吸收系数α。卢瑟福经过反复验证，判定这是两种穿透力不同的成分。一种成分穿透力较差，进入物质层很快就被吸收，他称之为α射线；另一种穿透力较强，他称之为β射线。这是1898年的事。不久，有人从磁偏转实验证明，穿透力强的β射线正是高速电子流。可是α射线到底是什么，一直是个谜。好几年都没有人能够用磁铁使之偏转。
     很多人认为，也许α射线是与X射线类似的某种辐射，有人甚至认为α射线没有什么好研究的。卢瑟福则不一样，他的看法是，这种射线的性质越是奇特，越值得研究，α射线很容易被物质吸收，说明它跟物质的作用强，只有彻底摸透α射线的本质，才能建立完整的放射性理论。他知难而进，毅然选择了α射线作为自己的研究课题，甚至为付此出了毕生的精力。
     电磁偏转实验是瑟福又一个用自制的简易仪器进行，但却是精心设计的杰作。他把金箔验电器置于金属盒上，中间隔以一层薄铝片，盒内底部放一点镭盐作为放射源，盒中并排架着20片平行的铝片当作隔板，α射线从下而上，经隔板之间的空隙穿入金箔验电器，使金箔验电器里的空气电离。电离程度可从金箔的偏转角度指示出来。然后沿α射线的正交方向加上磁场，如果α射线发生了偏转，就会被隔板吸收掉一部分，从而影响电离电流的大小。
     可是初步实验结果令人失望，α射线受磁场作用与不受磁场作用看不出有什么不同。有丰富实践经验的卢瑟福想了一个既简单又可靠的办法解决了这个问题。他在隔板上端插进一块栅状的铜箔，栅条之间的距离正好等于隔板间距，把空隙挡去一半以上。然后改变磁场方向，再看哪一个方向会影响金箔验电器中金箔的偏转。果然经过这一改进，仪器的灵敏度大大提高，终于确定α射线会受磁场偏转，从偏转的方向判断α射线带的是正电。