科学工作中的“鳄鱼”

卢瑟福决心要把α射线是什么研究清楚。要把α射线研究清楚，迫切需要的是居里夫人发现的镭。因为镭的放射性最强。

欧内斯特·卢瑟福

1907年，卢瑟福已经从加拿大麦克吉尔回到英国曼切斯特大学工作，当时全曼切斯特总共只有7毫克镭，镭是很宝贵的。化学家拉姆塞与卢瑟福同时向奥地利的维也纳学会请求，想借他们仅有的半克镭使用。维也纳学会只好把这半克镭供伦敦大学的拉姆塞与曼切斯特大学的卢瑟福平分使用。

卢瑟福是个精力很充沛的人，他的同事们有人会说：“和卢瑟福打交道可不容易，谁也应付不了他那种精力。”由于卢瑟福那种对科学问题勇往直前抓住不放的脾气，有的人在他们一个较大的设备的房门上放了一个雕刻的鳄鱼艺术品，并偷偷地给卢瑟福起了一个外号“鳄鱼”。

鳄鱼不是很凶吗？难道说卢瑟福很凶？

不是，卢瑟福对他的学生与在他研究室工作的年轻人都很好，常常亲切地称他们为“我的孩子”。鳄鱼是不转头的，不转头地勇往直前，“吞噬”前面碰到的一切，这与卢瑟福对科学的态度有某些相像。

有了镭，卢瑟福首先让α射线在强磁场与电场中运动，像他老师汤姆逊研究电子那样，测定了α射线的电荷与质量的比值荷质比；他发现α粒子的荷质比与氦离子的荷质比一样。

早在1895年，化学家拉姆塞就在铀与钍的矿物中发现了氦气（至今工业上所需要的氦气还是从铀矿中提炼的）。当时贝克勒尔还没有发现放射性，贝克勒尔发现放射性是1896年，为什么氦这种惰性气体会在铀与钍的矿中出现成了一个谜。因为不可能通过水或空气将它带入，空气中含的氦气极少。1903年，拉姆塞与卢瑟福的好友索迪，这两位化学家又指出在镭的样品中也发现了氦气。这种现象使他们相信氦气是与放射性密切相关的，最后用光谱分析方法确定了α粒子就是氦离子。

最初计数器示意图

卢瑟福在测量了α粒子的荷质比后，还想数出每单位时间放射性元素放出的α粒子数。要是能数出α粒子的数目来，那就太好了，再测得总电荷，就可以明确地得到每个α粒子所带的电荷。1908年，卢瑟福与盖革实现了这个愿望。他们最初能数出α粒子的计数器如下图所示：这里A为探测器，用金属管做成；B为一与金属管绝缘的金属丝，通过以硬橡胶做成的探测器端点与静电计E相联接；D为放放射源的玻璃管，做得很长。为的是可以把放射性物质放在恰当的位置，以便控制进入探测器的α粒子的数目。C为一个可以控制的活塞，可以变化通道小孔的大小，目的也是控制进入探测器的α粒子的数目。当时卢瑟福希望每分钟进入3～5个α粒子；F为一很薄的云母片，它可以让α粒子通过但气体不能通过。因为管A与D分别抽不同程度的真空，D管抽成真空的目的是让α粒子无阻碍地运动，而A管的真空程度却很有讲究，要抽到A与B在一定的电压下，刚好没有电击穿的程度。

大家都知道打雷，打雷就是自然界的电击穿。当两朵云之间的电压高到一定程度时，使一些气体分子电离，离子在电场中加速，与分子碰撞，又使分子电离，从而使气体成为电通路，称为电击穿。在放电过程中，因有些离子被激发而发出光来，同时因气体的急速膨胀和收缩而发出声音。现在要将探测器AB之间的电压与管子中的真空程度调节到这样的程度，即没有α粒子进入时，AB之间不通电，有一个α粒子进入，由于α粒子引起的分子电离，使得AB之间发生电击穿，静电计就发生偏转，表明进入了一个α粒子。在一段的时间内，探测器恢复原状，从电击穿到恢复原状的这一段时间，称为探测器的死时间。然后第二个α粒子再进入探测器，静电计又偏转一次，又记下了一个粒子。

当时的计数器计得很慢，一分钟只能纪录3～5个。但重要的是可以把α粒子数出来了。后来盖革与他的合作者弥勒不断地研究计数器，缩短“死时间”，提高计数的次数。1928年终于研究成功效率比较好的计数器，被称为盖革—弥勒计数器。

1903年克鲁克斯与他的合作者又发现了一种以后在放射性测量中很有用的方法。若一屏幕用能发出磷光的硫化锌的微小结晶涂上，则α粒子打在屏上时可以发出闪耀的光点来。在屏前用一个放大镜就可以数出闪光的数目来。这个方法很有用，卢瑟福发现原子核的实验，就是用这方法探测α粒子的。