作者：[新西兰]欧内斯特·卢瑟福
出版社：湖北科学技术出版社
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核科学基本原理试读：
西利曼基金和卢瑟福射线
早在1883年，海普斯·伊利·西利曼夫人的子女们致信给位于康涅狄格州纽黑文市的耶鲁学院理事会，并附上8000美元，希望设立一个的年度系列讲座，主题涵盖自然和历史科学，尤其是当时已给人类文明带来巨大影响的天文、化学、地质和解剖学科，以纪念他们至爱和尊贵的母亲！
耶鲁大学理事会深为感动，于1902年成立西利曼基金，致力于从全世界遴选学者来介绍人类文明科学的发展，并将授课内容编撰出版。
1906年欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）接到了邀请，当时他刚给α、β、γ三种射线命名，并发现放射性会使物质转变，在放射性核物理科学方面最有发言权！接着在1911年他还发现原子内有核，正在他实验室里工作的玻尔（Niels Henrik David Bohr）于1913年建立起原子结构模型。
今天的世界看上去已天翻地覆，但宇宙和地球似乎没咋变，沿着作者指出的路，人类获益匪浅！
广岛和长崎核爆受害者存世不多，切尔诺贝利和福岛核泄漏阴影不散，加上舆论媒体，人人谈辐射色变！
然而你想过吗？我们身边又存在着多少辐射呢？
手机、电脑、家用电器.......
这些时时散发着辐射的电子产品，对我们的身体又有多少危害呢？
赶快远离这些辐射的源头!
抽点空，来看看卢瑟福老爷爷是怎么说的吧！
100多年前写的经典，对于今天的新新人类来说，依然是不可多得的宝贝！文达琳图书
序言
目前这一卷的内容包含由耶鲁大学西利曼基金支持的11个主题讲座，1905年3月完成。
我选择当下最有趣的放射性科学的发展作为我的讲座主题。放射性即指放射性物质持续发生的转变。在全力阐述放射性科学的最新发展这一主题的同时，为了清晰起见，我想有必要首先从总体上对放射现象做一些必要的解释，只不过不会像我之前在放射性方面的著作那样详尽全面和深入彻底。
讲座中对主题的阐述顺序会紧紧遵循当前这卷书各章节的安排，但是我们的放射性相关知识增长如此之快，我认为将在讲座完成之后新出现的某些重要研究结果纳入相应章节也未尝不可。关于这一点，在对《 α射线 》一章的处理上尤其如此。由于α射线在放射性衰变中所起的重要作用，在过去一年科学家们将许多精力致力于α射线的研究。
我十分感谢我的同事哈克尼斯教授和布朗教授，感谢他们对本书相关内容不辞劳苦地进行仔细校对，感谢他们提出的许多有益建议。欧内斯特·卢瑟福麦吉尔大学加拿大蒙特利尔1906年6月4日第一章放射性概述1.1放射性发展简史
刚刚过去的十年是物理科学界硕果累累的十年。在这期间，最引人注目和最具重大意义的新发现接连不断地涌现。这些新的发现使我们的科学知识得以扩展至更广阔和更深远的天地，尽管它们来自不同的领域，然而经过仔细考察后会发现，这些看似不同领域的研究之间都存在着密切的联系，每一个新发现都为下一个发现提供了必要的激励与启发，并成为下一个新发现的起点。
新发现的脚步是如此之快，甚至那些直接参与研究的科学家们也很难即刻把握所披露事实的全部意义。这种状况在放射性科学领域更是如此。在这个领域中观察到的现象十分复杂，而这些现象的运行规律又非同寻常，以至有必要引入新的概念才能对有关现象加以解释。
物理科学发展的新纪元开始于1895年伦琴发现X射线和P.勒勒纳德的阴极射线实验。当时，X射线奇特的性质立即引起了科学界的注意，并导致一系列相关研究的开展，目的不仅是为了考察射线本身的性质，也是为了揭示射线的真正本质和起源。
为了弄清楚X射线到底是什么，科学家们对真空管中产生的阴极射线进行了更加密切仔细的研究，因为据观察发现，这些阴极射线在某种方式上与X射线的发射有着某种紧密联系。1897年，约瑟夫·约翰·汤姆逊最终成功证明，阴极射线是由一连串携带负电荷并以巨大速度运动的粒子组成。这些粒子的表观质量仅是氢原子的千分之一，因此，这些粒子是科学上已知的最小物体。这些粒子被称为“微粒子”或者“电子”，显然，它们是所有物质构成的一部分，也是不可再分的最小原子组成部分。
电子假说的提出带来了极其丰厚的回报，这样的假说极大改变或者更确切地说是延伸了以前提出的物质构成概念。它为物理科学打开了十分广阔的研究领域，可谓是为科学研究提供了一台显微镜，可以通过这台显微镜去考察化学家眼中的原子结构。J.J.汤姆逊通过数学模型考察了由若干旋转电子组成的模型原子的稳定性，结果显示，这些模型原子会以一种绝妙的方式模拟化学原子的某些根本性质。
阴极射线具有微粒子特征的有关证据说明，X射线的本质和起源可能是阴极射线。G.斯托克斯、J.J.汤姆逊和J.韦查特分别独立提出阴极射线是X射线的母体。阴极电子流中电子运动的突然终止会导致产生强烈的电磁干扰，该电磁干扰从受影响点起以光速向外传出。从这个观点可以得出结论：X射线是由若干不连贯的电磁波组成，电磁波彼此接连不断地快速传播但没有固定的秩序。X射线在某些方面与极短的远紫外光相似却又有不同，因为X射线电磁波没有周期性。如果X射线电磁波宽度小于原子的直径，则根据上述理论可以得出：X射线具有穿透力，不具有直接反射、折射或极化作用这些特点。
对于这些X射线电磁波的本质和性质，J.J.汤姆逊1在1903年的西利曼讲座中已给出令人钦佩而简洁的解释。
同一时期，科学家们还对X射线的另一个非凡性质进行了仔细的检验。当X射线通过一种气体后会赋予该气体一种新能力，也就是使带电体快速放电的能力。可根据以下假设对这个现象进行圆满解释：X射线可使电中性气体形成若干带正电和带负电的载体或离子。2针对X射线这一特性进行的研究大致有两条截然不同的路线，一条是电学方向上的，另一个是光学方向上的。C.T.R.威尔逊3研究发现，在一定条件下气体经X射线作用而产生的离子会成为水分子在其上发生凝结的微核。这样每一个离子便成为可见的带电小水球的中心，而带电水球在电场中产生运动。这些实验异常卓越地验证了电离理论的根本正确性，清晰地提出了电荷载体的不连续性或原子性结构。
对离子在气体中扩散进行大量研究所得到的结果使得J.S.汤森4推断出一个重要事实，即气体离子携带的电荷在所有情况下均是相同的，且等于水电解产生的氢原子所携带的电荷。J.J.汤姆逊5将电学方法和光学方法结合起来，求得了离子携带电荷的实际数值。
这个重要物理单位的测定可让我们计算出经电离剂作用后任意体积的空气中存在的离子数目。除此之外，从测得的离子电荷数值还得到了迄今为止一个最准确的重要推算，即在标准大气压和标准温度下，单位体积的任何气体中存在的分子的总数目。同时，以后会看到这个完全基于实验室数据而得出的数值对放射性科学中各种物理量的量级估算具有极其重要的价值。
气体的电离理论成功地应用于解释火焰和加热蒸汽的传导性能，以及用于阐明通过真空管放电这样的复杂现象。对气体电离理论这一影响深远的物理领域的有关探究，其开端和发展均归功于剑桥卡文迪什实验室的J.J.汤姆逊教授和他的学生们。
理论方面，远在实验证据出现之前，科学界已确认物质离子论或电子论的可能性。在这些理论研究领域最典型的代表人物是H.A.洛伦兹和J.拉莫尔，H.A.洛伦兹创立了（经典）电子论并推出了洛伦兹力公式，J.拉莫尔提出了具有磁性的微粒子在磁场中产生运动的理论并推导出了运动频率，这些理论在解释电磁场中的一些微观物理现象的同时，对辐射的机制也给予了解释。P.勒塞曼所发现的原子光谱线在外磁场作用下发生分裂的现象（塞曼效应）为H.A.洛伦兹的电子论提供了强有力的印证，因为P.勒塞曼观察到的上述光谱分裂的实验现象很大一部分可通过H.A.洛伦兹的电子论进行预测。除此之外，通过电子论和塞曼效应，还可推断出因运动而产生辐射作用的离子的质量与J.J.汤姆逊在真空管实验中观察到的微粒子的质量大致相等。相关研究结果即刻将离子论的范畴延伸至普遍物质，尽管有许多研究尚未完成，现有结果也已经证明了电子理论在阐明一些最深奥的物理现象方面所拥有的巨大价值。
伦琴发现X射线为新生代物理科学起源的重要标志之一，这个发现在一个始料不及的方向产生了甚至比X射线本身更加重要的成果。在X射线被发现后不久，就有人认为，这些射线的发射在某种方式上与真空管壁阴极射线形成的磷光有关系。
若干科学家认为，在光照射作用下产生磷光的自然物体或许拥有发射某种具有穿透力的类似于X射线的性质。我们现在知道，这个猜想事实上没有确凿的根据，但是它激发了研究者们在这方面进行深入研究，并且很快导致了具有深远意义的重大发现。
最著名的是法国物理学家H.A.贝克勒尔6，在对这个猜想进行研究的实验中，将一个磷光性铀化合物（铀钾双硫酸盐）与其他物质一起对黑纸信封里的照相底板进行照射，结果观察到底板变黑，这表明该铀钾双硫酸盐物质发射了射线，该射线能穿透普通光透不过的物质。然而他很快又发现，使照相底板变黑的性质与磷光毫无关系，因为所有铀的化合物和铀金属本身都具有这个性质，即使这些物质在暗室中放置很久，还是会有这个性质。
由此，科学家发现铀的射线与X射线具有类似的穿透力。科学家起初认为这些射线不同于X射线，因为它们表现出一定的反射、折射和极化性质，但是，科学家后来发现这个结论是错误的。
H.A.贝克勒尔观察到铀射线除了具有感光作用，与X射线一样，还拥有使带电体放电的重要性质。卢瑟福7后来曾对铀射线使带电体放电的性质进行过详细验证，并认为可以用铀射线通过气体后使气体产生电离的假设加以解释。他同时发现铀射线的电离作用产生的离子与X射线产生的离子相同，因而电离理论可以直接用来解释铀射线产生的各种放电现象。与此同时，卢瑟福也明确提出铀可以产生两种不同种类的射线，称其为α射线和β射线。α射线很容易被空气和薄的箔纸吸收，而β射线属于穿透力极强的类型。
铀的放射强度，不论是通过感光法还是电学方法检验，总是保持稳定的常数，或者以极其缓慢的速率变化，因为科学家在几年时间里并没有观察到铀的放射强度有明显的改变。铀所表现的感光作用和电效应与普通的聚焦X射线管产生的作用相比要微弱得多，需要将照相底板用铀盐照射至少一天时间才能产生显著的感光作用。“放射性”一词现在已经被普遍理解为某类物质能够自发发射某些特殊类型射线，这种射线能够使照相底片感光和带电体放电，其中最具代表性的物质是铀、钍和镭。“放射性活度”一词用来指与某标准物质相比较，待测物质发射射线的电学或者其他作用的强度大小。通常选铀作为该标准物质，这主要是因为铀的放射作用具有很好的稳定性，其他物体的放射性活度通常以该待测放射性物体所产生的电效应与相同重量的铀或者铀的氧化物在相同放射面积下产生的电效应的比值来表示。举例说明，我们说镭的放射性活度大约为200万，则意味着它产生的电效应是相同重量的铀在相同放射面积下产生的相应电效应的200万倍。
铀所拥有的这种以某种特殊形式自发发射能量而铀物质本身并无明显变化的性质，不可否认是极其异常的现象。但是以普通标准评判，铀的能量发射速率是如此的微弱，以至它并没有在科学界引起十分活跃的研究和讨论，而后来镭的有关发现则激起了科学界极大的研究兴趣。因为镭把类似于铀的上述性质表现得非常显著，所以它不仅让“勤于思考的科学大脑”，还让“喜欢沉睡的大脑”对他产生了深深的吸引。
在H.A.贝克勒尔发现铀的放射性后不久，居里夫人8对各种不同物质的放射性进行了系统检测，并且发现钍元素也拥有类似于铀的性质且放射性程度几乎相同。G.C.施密特9也独立观察到了这一事实。接着居里夫人等人对含有钍和铀的自然矿物进行了检测，观察到的结果出乎意料。结果发现，一些矿物具有比纯的铀或者钍高几倍的放射性，在所有情况下，铀矿物所表现的放射性活度是矿物中所含铀量预期放射性活度的4～5倍。居里夫人发现铀的放射性属于原子性质，也就是说，所观察到的性质仅取决于铀元素的含量而与铀和其他成分或物质的结合没有关系。如果事实如此，则铀矿物所表现出来的巨大放射性活度只能通过假设矿物中另一个未知物质的存在而加以解释，且该物质的放射性活度远远高于铀本身。
依赖于这个假设，居里夫人大胆进行了进一步实验，看是否能将该未知物从铀矿物中分离出来。承蒙澳大利亚政府的支持，她从波西米亚的约阿希姆斯塔尔国家工厂获得了一吨的沥青铀矿残渣。在这个地区，铀沉积量十分丰富，通常称为沥青铀矿，该矿可用于冶炼铀。沥青铀矿主要含铀，同时含有少量的其他稀有元素。
作为分离放射性物质的先导，居里夫人使用了适当的验电器来测量放射体产生的电离作用。在化学分离步骤完成后，分别检测沉淀物以及滤液蒸干后残留物质的放射性活度，这样便可以确定放射性物质主要是被沉淀出来了还是留在了滤液中。
因此，电学方法便成为快速定性和定量的分析手段。沿着这个方向继续研究，居里夫人发现不是一种物质，而是有两种放射性物质存在于铀矿残渣中。第一种物质与铋一起被分离出来，她将其称为钋10，取名“钋”是为了向她的出生国波兰表达敬意。第二种物质与钡一起被分离出来，居里夫妇将其命名为镭。11镭这个名字用以表达一种开心的激励，因为该物质在纯态时的放射性活度至少是铀的200万倍。居里夫人然后继续从事繁重的分离工作，目标是将镭从钡中分离出来，她最终成功分离得到的少量物质很可能是纯的氯化镭。镭的原子量经计算为225。镭的原子光谱首次被E.A.德马尔塞测得，所得光谱含有数条亮线，在许多方面类似于碱土金属的光谱图。
在化学性质方面镭与钡密切相关，但是可利用两者氯化物和溴化物溶解性的不同，将镭从钡中完全分离出来。考虑到只能获得少量的镭化合物以及分离期间产生的巨大花费，还没有人愿意尝试去获得金属态的镭。然而，K.马尔克沃德12用汞电极作为阴极对镭溶液进行电解得到了镭金属与汞金属形成的汞镭合金，与钡汞合金形成的方式一样。这种方法得到的痕量金属镭也展现出了镭化合物的放射性特征。
以金属状态获得的镭毫无疑问仍具有放射活性，因为放射性属于原子层面的性质而非分子层面的性质。除此之外，铀和钍作为金属所展现的放射性活度经检测与铀化合物预期的放射性活度相同。
镭以极少量存在于放射性矿物中。之后科学家们发现在不同矿物中镭的含量总是与铀的含量成一定比例关系。每吨铀中镭的含量大约为0.35克，或者小于矿物的百万分之一。在１吨含有50%铀的约阿希姆斯塔尔沥青铀矿中，理论上镭的含量大约为0.17克。
居里夫人采用对钡镭的氯化物进行分级结晶的方法将镭从钡镭混合物中分离出来。F.O.吉赛尔13发现通过使用钡镭的溴化物而不是氯化物，能使镭的分离更加容易方便。他称只要进行六次结晶，即能够几乎全部将镭从钡混合物中分离出来。
镭的发现成为利用化学方法检测放射性矿物中是否存在其他放射性物质的一个巨大推动力。A.德拜耳尼14成功提取出一个新的放射体，称为“锕”。F.O.吉赛尔独立观察到一个新的放射体的存在，他将之称为“发射挥发放射物的物质”，后来称为“emanium”，用于表明该物质快速发射寿命短暂的挥发性放射物质（射气，emanation）或气体的性质。最近有研究工作显示，A.德拜耳尼和F.O.吉赛尔分离出来的两种物质在放射性质方面相同因而两者必定含有相同的元素。A.W.霍夫曼和史特劳斯15以与铅形成共沉淀的方式分离出一种放射性物质，他们将它称为“放射铅”，而K.马尔克沃德16后来从沥青铀矿残渣中获得一些放射性极强的物质，并将它称为“放射碲”，因为这种物质最初是在分离碲时以与碲共存的杂质形式被发现的。
除了镭以外，其他所有放射性物质均未获得它们的纯态。我们以后会看到，存在于放射碲中的放射性元素几乎可以肯定与居里夫人发现的钋是同一种物质；事实上，放射铅和放射碲中存在的放射性元素，均产自于沥青铀矿中提炼出来的镭，换言之，这两种元素是镭原子的两种衰变产物。
由于可以制备放射性极强的镭来作为放射源，这使得研究者们可以对极易从该物质发射的射线本质进行仔细考察。F.O.吉赛尔17于1899年观察到穿透力更强的射线，并将上称为β射线，该射线在磁场中发生与阴极射线相同方向的偏转，表明β射线是由从放射性物质中以巨大速度发射出来的带负电的粒子组成的。
这个推断从H.A.贝克勒尔实验中得到了有力证实。18H.A.贝克勒尔分别在磁场和电场中考察了一束β射线的偏转。实验结果显示，β粒子具有与阴极射线流粒子相同的微小质量，以前J.J.汤姆逊曾说明了阴极射线粒子的微粒子本质。β粒子实际上与真空管放电释放出来的电子是同一种物质。
β粒子以不同的速度从镭发射出来，但是平均速度远大于“真空管中施加于电子的速度”，而且在很多情况下，几近达到了光速。镭以不同的速度发射粒子流的性质后来被W.考夫曼19应用于测定β粒子的质量因速度的不同而发生的变化。J.J.汤姆逊在1887年已经说明带电体因运动而拥有电磁质量。Ｏ.海威赛德、瑟尔、M.亚伯拉罕等人进一步发展了该理论。
运动电荷所起的作用与电流相似，围绕运动电荷产生磁场并随电荷一起运动。磁场能量贮存在带电体周围的介质中，因此，该带电体比未带电时拥有更大的表观质量。根据理论可知，这个额外的电磁质量在带电体运动速度较小时应该是常数，但是当运动速度达到光速时，该值应该迅速增大。
W.考夫曼从他的实验中发现，电子的表观质量不会因速度而改变，而当速度达到光速时该表观质量则迅速增大。通过理论与实验相比较，他得出的结论是，β粒子的表观质量完全源自电磁的因素，所以无须假设存在一个用于分布电荷的实体核。
W.考夫曼得出的结论非常重要，因为它间接为质量的起源提供了一个可能的解释，而质量的起源在科学界一直是一个谜。如果运动电荷准确模拟了机械质量的性质，则物质的质量普遍而言可能是起源于电，即起源于组成物质分子的电子运动的结果。这样的观点是很有意义的启示性说法，而且目前只能将其视为一种合理性猜测。
1900年，P.勒U.维拉德20发现镭除了发射α射线和β射线，还发射第三种类型的射线，如今称为γ射线，这种射线的极具穿透力。该射线在磁场或电场中不发生偏转，而是表现为一种穿透性的X射线，是伴随镭的β粒子而发射的。后来科学家也在钍、铀和锕中观察到这种射线的存在。
与此同时，α射线的重要性质也越来越多地被人们发现。一方面，α射线不拥有很强的穿透力，它们通过几厘米的空气和几张金属箔纸后就会停止；另一方面，它们在气体中产生的电离作用比β射线和γ射线大得多，从放射体中发射的能量大部分以这种射线形式存在。它们起初被认为在磁场中不发生偏转，但是1902年，卢瑟福21经实验表明它们在磁场和电场中会发生可测量程度的偏转。偏转的方向与β粒子相反，说明它们携带了正电而不是负电。
从射线在磁场和电场偏转的测量结果来看，镭的α射线发射速度是光速的十分之一，α粒子的质量约为氢原子的两倍。这样一来，镭发射的α射线便是由发射速度非常大的物质原子流所组成的。后面会讲我们有根据相信α粒子是氦原子。镭的主要射线因此具有微粒子特征，是由正负粒子流组成的。
1903年，W.克鲁克斯爵士22、J.埃尔斯特以及H.盖特尔23分别独立观察到了α射线的一个非常有趣的特性：镭或其他强放射性物质发射的α射线能在硫化锌晶体（西多特闪锌矿）表面产生磷光。用透镜检查发光表面则发现光亮并非均一性的，而是由诸多光线亮点组成，并且一个亮点跟随着另一个亮点，不规则却接连不断地连续在一起。这些“闪烁”可能间接源自于大量α粒子轰击硫化锌晶体表面所产生的结果，但是对这一惊人的现象，科学家们还没有最终确切的解释。
同一时期，钍和镭所发生的复杂转变过程也越来越清晰。卢瑟福24在1900年1月与2月期《 哲学杂志 》中曾经阐明，钍除了放射出α和β粒子之外，还连续发射出一种放射的物质或气体。镭和锕两种元素也展现出类似的特性。这些放射的物质由气体放射性物质组成，因而称为射气，该物质的放射能力衰减得很快。从钍、镭和锕的射气放射性失活速率的差别上能够很容易将三种射气区分开来。锕和钍的射气寿命非常短暂，锕射气在3.9秒时失去一半放射性，而钍射气在54秒时失去一半放射性，即两种射气半衰期分别为3.9秒和54秒。另一方面，镭射气寿命却要持久得多，大约需要4天它的放射性才会衰减至原值的一半，即镭射气的半衰期大约是4天。
大约在同一时间，科学家们发现了镭和钍具有另一个不同寻常的作用。居里夫人25发现，置于镭盐附近的所有物体都会暂时出现放射性。卢瑟福本人也独立观察到了钍具有类似的特性并将这一发现发表在《 哲学杂志 》上。26镭和钍对靠近它们的物体能产生“激发”或者“诱导”作用，这与镭和钍的射气有直接的关系。射气是一种不稳定的物质，它可转变为非气体类型的物质并沉积在其周围物体的表面。
1903年，皮埃尔·居里和M.A.拉波尔德观察到了镭的另一个惊人特性。27他们观察到一个镭化合物会连续辐射热量，而每小时辐射的热量足以让比镭化合物自身重量还大的冰发生融化。由于这个原因，镭物质总是保持比周围环境空气更高的温度。镭快速辐射热量的性质直接与它的放射性有关，以后会向大家说明，这主要是由其自身发射的α粒子轰击镭物质自身所致。
通过以上对放射性物体所展现的重要性质的简洁回顾可以看出，放射性物质中发生的过程是非常复杂的。举例来说，在镭的化合物中，有α粒子和β粒子的快速排出，同时伴随着γ射线的产生、热量的快速辐射、射气的连续产生以及放射性淀质的形成和放射性淀质引起的“激发”放射性。
由于卢瑟福和F.索迪28的一个重要发现才使得科学家们能够清晰地理解放射性物体发生的各种过程之间的联系。这个重要发现就是放射性非常强的物质，叫做钍X，它可以经一步简单的化学操作而从钍中分离出来。据观察，钍X会瞬间失掉放射活性，而将ThX从钍中分离出后剩余的钍又会自发产生新的ThX。在一个处于放射性平衡的钍物质中，ThX的增长和衰变两个过程是同时进行的，当ThX的产生速率与其自身的衰变速率相等时，ThX的存在量便达到常数。据观察，钍的“射气”由ThX直接产生，而反过来钍射气又导致放射性淀质的产生，形成激发放射性现象。
上文已指明放射性质是属于原子层面的，因此，它必定是发生在原子中的过程而不是分子中的过程。为了能够解释所观察到的结果，卢瑟福和F.索迪提出了一个理论，称为“裂变理论”。该理论假定放射体的原子是不稳定的，每秒钟有固定比例的原子变得不稳定并发生爆炸性裂变，该裂变过程通常伴随释放一个α粒子或一个β粒子，或者两者同时被释放。剩余的原子由于失去一个α粒子，质量比原来减轻，于是便成了一个新物质的原子，该新物质在化学性质和物理性质方面与母体原子完全不同。以钍为例，假定ThX原子由钍原子减去一个α粒子组成。ThX不稳定并以一定的速率裂变并释放出另一个α粒子。剩余的ThX原子则成了钍射气原子，该射气原子进一步发生一系列裂变。
卢瑟福和F.索迪提出的裂变理论不仅能圆满解释钍发生的衰变过程，还能解释其他所有放射体发生的衰变过程。基于这个理论观点，放射性物质正在进行自发性衰变，衰变过程形成若干新的物质，这些新物质不稳定且有一定的生存期限。射线伴随着衰变并因原子内部发生爆炸性扰动而产生。
裂变理论在解释放射体长久持续的能量发射时，并没有给已有理论带来根本性难题，而且与能量守恒原理一致。在每一个转变阶段，物质以原子能量的形式发生丢失，所放射出的能量来源于原子内部贮存的能量。科学家认为，原子由若干带电粒子组成，它们处于快速振荡或轨道运动中因而蕴含着巨大的能量。其中一部分能量属于动能而另一部分属于势能，这些能量源自带电粒子凝聚于体积微小的原子内部。原子的这种潜在能量通常不会表现出来，因为我们所能控制的化学力和物理力都不足以破坏原子内部。然而原子的部分能量在放射性转变中释放，原子本身则经受分裂并以极高的速度释放出其中一个带电粒子。
在将放射性物质所表现的各种现象之间联系起来方面，裂变理论发挥了巨大作用。在很多情况下，该理论为实验事实提供了定性和定量的解释，而且为解决相关问题提供了新的思路。
除了辅助跟踪放射元素中发生的一系列转变之外，该理论还有助于说明镭产自铀，而且放射铅和放射碲中的放射性组分也是镭衰变的结果。
将裂变理论应用于剖析发生在镭、钍和锕的一系列复杂的转变过程将会形成本论著的主题。
W.拉姆塞和F.索迪29出色的研究结果为裂变理论提供了强有力支持。据他们观察，稀有气体氦是镭的射气产生的。这个观察结果本身便是原子裂变的明确证据，镭内部确实有物质的转变发生，产物之一就是惰性的氦气。
以后我们会知道，该证据的重点直接指向镭发射的α粒子是氦原子这一结论。基于这个观点，每一个发射α射线的产物在其转变过程中都会产生氦。除了其他证据外，A.德拜耳尼最近的观察结果也支持这一结论，据他观察，同镭可以从镭中产生一样，氦也可以从锕中产生。
通过以上回顾我们已经追溯了放射性科学领域知识发生发展的主线，但是除了主线方向，放射性科学在其他方向也一直有着快速和重要的发展。
1901年，J.埃尔斯特和H.盖特尔30表示放射性物质存在于大气中。以后的工作表明，大气的放射性主要是因为镭射气的存在，该射气从地球表面扩散进入大气。J.埃尔斯特和H.盖特尔以及其他研究者对土壤、井水和泉水的放射性进行了广泛的考察，考察结果显示，在整个地壳和大气层中均存在广泛的小量放射性物质的扩散。很多研究者加入了这个崭新的探索领域，并且积累了大量有价值的数据。
我们知道，放射性元素表现出十分明显的放射性质，而同时已有的越来越多的证据表明普通的物质也拥有这个性质，只是放射性程度微乎其微，而在普通物质中观察到的放射性不能归因于极小量已知放射性元素的存在。我们可以通过极其灵敏的电学方法来检测能够使气体产生电离的放射物的存在，而这也使得普通物质放射性的探测成为可能。
如果还记得1896年最开始发现铀放射性以及1898年获得镭存在的首个证据，那我们便不难看出关于放射性这一复杂主题的知识发展有多么快！在这个领域，现在已经积累了大量的实验事实，这些事实彼此之间的联系已经通过一个简单的理论（裂变理论）解释得非常清楚了。放射性科学知识如此迅速的发展在科学历史中极少有可与之相比的，那么，我们会有极大兴趣知道促使知识迅速发展成为可能的影响因素是什么。
首先，肯定不是因为这个领域的工作者人数众多，因为直到去年或两年前，这个主题领域的研究者也仅有寥寥数名。事实上，该领域知识快速发展的主要原因在于该新领域开拓于非常有利的时机以及关于电通过气体的有关知识的快速扩展对该领域产生的影响。
关于这一点，如果有兴趣你会注意到，或许在一个世纪之前已经很巧合地发现了铀的放射性，因为需要做的只是将镭化合物暴露于金箔验电器的带电板上。M.克拉普罗斯在1789年就指出了铀元素的存在，如果当时将镭置于一个带电验电器附近，是不可能错过发现它的放电性质的，而且不难推断出镭会发出一种射线，该射线能穿透普通光透不过的金属。有关进展或许会仅止于此，因为当时对于电和物质之间联系方面的知识还十分匮乏，远不足以使科学研究者对这样一种独特的性质产生很大兴趣。
然而也没有必要往回追溯至1789年来说明在同源的气体放电领域中，电学的发现对于放射性学科快速发展的重要影响。哪怕放射性的发现仅仅早了十年，其进展也一定比现在慢得多而且会非常谨慎。那个时候，科学家甚至都没有思考过有能够穿透不透光物质的射线存在的可能性，而阴极射线的真正本质还只能靠猜测。我们现在已经知道的放射性物质的放射特征，也只能通过一系列漫长的实验室研究推断得出，因为实验者不仅没有任何类似物作为指南，而且他必须在困难的条件下从零开始找出有关问题的解决方法，同时必须详细考察射线的放电作用本质，因为最重要的放射性测量方法正是基于射线的放电作用。
我们研究一下放射性这一主题在当时的实际发展过程中的现有条件。我们已经看到，通过气体的导电机制主要是通过研究暴露于X射线的气体导电性以及真空管放电研究发展起来的。将气体导电机制研究所获得的知识直接应用于放射性物质的射线产生的电离作用，并作为放射性分析的电学方法测量的基础，电学方法已经成为进行快速放射性分析的定量手段。当发现镭的β射线在磁场中与阴极射线相同的方式发生偏转时，仅需要采用科学界已经熟悉的方法证明两者是同一种物质即可。类似地，将非偏转性的γ射线行为直接与已知的X射线性质相类比，而发现α射线在某些方面与E.戈尔德斯坦的阳极射线类似，W.维恩曾表示，阳极射线在磁场和电场中会发生偏转。
电离理论对放射性学科发展的影响在其他方向同样有显著体现。离子携带电荷的测定在放射性过程的量级测定中一直发挥着最大的作用。这些数据对于测定镭发射的α粒子数和β粒子数以及估计发射的射气和氦气的可能数量方面也具有很大价值。类似计算使得我们能够在一定程度上确定镭和其他放射体的裂变速率，同时能够让我们提前确定许多物理量和化学量的量级，这样便间接帮助我们寻找研究或解决已经出现的各种问题所需要的方法。
镭射气产生氦气的发现说明了放射性历史中各重要事件的幸运结合。氦气这种稀有气体拥有一段戏剧性的历史：它的存在首先是被P.勒J.C.詹森和N.洛克耶于1868年在太阳下观察到的，但是直到1895年W.拉姆塞才在稀有克里维特矿中再次观察到它的存在。对其物理性质和化学性质的研究几乎还没有完成，这时在裂变理论指导下，W.拉姆塞和F.索迪便对镭释放出的气体进行了研究，并发现氦气是镭的衰变产物。如果不是在很短时间内就发现氦气存在于放射性矿物中，那么可以肯定地说，镭这种产生氦气的超常性质还会隐藏很长时间。
电离理论对于扩展我们的放射性科学知识发挥着突出作用，然而对于两者而言并非完全只有放射性的单向受益，因为放射性研究的结果对于电离理论的扩展和确认也起了很大协助作用。放射性科学为实验者提供了稳定的强大电离辐射源以代替像X射线这样的易变辐射源，而该稳定的辐射源为准确数据的获得起到了重要作用。此外，W.考夫曼对镭的β粒子质量随速度的变化而变化的研究结果是证实和扩展我们的电子论概念的重要因素之一。
这种例子可以举出很多，我们也已经充分举例说明了这两种截然不同的研究路线之间已经存在且仍然存在的紧密联系。以及彼此对对方发展的相互影响。1.2放射体射线
下面简单总结从放射体发射的α射线、β射线和γ射线的主要性质和本质。所有三种类型的射线均拥有使照相底片感光、在某些物质中激发磷光、使带电体放电的共同特性，但也可从其穿透力和磁场或电场对它们产生的作用不同而将他们区分开来。α射线可被0.05毫米厚的铝层完全阻断，较强的β射线被5厘米厚的铝层阻断，而要完全吸收γ射线则需至少50厘米厚的铝层。因而三种射线的相对穿透力比值为1:100:1000。但我们需要明白该比值只是一个平均值，因为每种类型的放射产物都是非常复杂的，可以包含不止一种射线，而不同射线被物质吸收的程度不均等。
α射线由正电粒子组成，粒子发射速度约为2万英里每秒。α粒子的表观质量大约为氢原子质量的两倍。尽管这些射线的磁偏转目前只在放射性物质如镭和钋中观察到，但毫无疑问的是，从其他放射体发射的α射线本质上类似。
β射线由负电粒子组成，发射速度极快。它的表观质量大约等于氢原子的质量的千分之一，除了与真空管中释放的阴极射线粒子速度不同以外，其他方面两者则完全相同。
对于镭而言，β粒子发射的速度范围很宽，最大速度接近光速。铀、钍和锕也可发射β粒子。
γ射线不会在磁场或电场中发生偏转，总体性质上类似于在硬真空管中产生的穿透力极强的X射线。据目前的观点，必须将γ射线看作一种运动的以太波，该以太波可能由因排出粒子而产生的脉冲所组成。只有那些发射β射线的放射性物质才产生γ射线。γ射线可从铀、钍、镭和锕发射，但是从铀和锕发射的γ射线不像从钍和镭发射的γ射线那样具有极强的穿透力。
在这三种类型的主要射线中，不管哪一种射线照射到物质上，均会产生次级射线。对于α射线而言，次级放射包括携带负电的粒子（电子），其发射速度与β粒子本身相比小得多。从β射线和γ射线产生的次级射线中部分为电子，且发射速度较大。这些次级射线反过来产生三级射线，以此类推。
如果将一强磁场垂直施加于一束α、β和γ射线，三种射线则会在磁场作用下彼此分开。如图1.1所示，图中磁场作用向下，垂直于纸平面。由于磁场作用，β射线弯向右，α射线弯向左，而γ射线不受影响。β射线由速度不同的粒子组成，因而其圆形运动轨迹曲率半径不同。与β射线的磁偏转相比，α射线的偏转在图中明显大得多。图1.1镭射线在磁场作用下的分离
α粒子和β粒子的平均相对质量、速度和动能如图1.2所示，其中球形体积大小代表质量和能量大小，直线长短代表速度大小。
从图1.2示可以看出，尽管β粒子比α粒子平均速度高得多，但是考虑到β粒子的质量很小，所以它的平均动能比α粒子小得多。这个结果是与观察到的α粒子产生的电离作用和热效应比β粒子大得多这一结果相一致的。图1.2α粒子和β粒子质量、速度和动能大小比较
作者卢瑟福最近也曾表示，1克处于放射平衡的镭每秒大约发射7×1010个β粒子和大约2.5×1011个α粒子。也就是说，镭每发射1个β粒子则会排出4个α粒子。1.3放射性物质
以下给出一系列目前已分离出的放射性物质，并对放射产物的本质以及是否存在射气作了注释。射气的“周期（衰期）”代表放射性活度降至一半所需要的时间。
铀：α、β和γ射线，无射气。
钍：α、β和γ射线；一种射气，周期54秒。
镭：α、β和γ射线；一种射气，周期3.8天。
锕和锗：α、β和γ射线；一种射气，周期3.9秒。
钋和放射碲：仅α射线，无射气。
放射铅（制备一段时间后）：α、β和γ射线，但无射气。
以上这些物质只有钋外放射性会持续很长时间。此外，每一种放射元素均可产生若干放射性产物（具有相对较短的放射周期）这些产物本质上与周期持久的放射性物质具有同等重要性，也应该被称为元素。由于它们的快速衰变，它们以仅极小的含量存在于沥青铀矿中，因而不可能得到足够的量来用普通的化学方法对其进行研究。钋和放射碲含有相同的放射性组分，与其他放射性物质不同，它们仅发射α粒子。它们的寿命位于衰变快速的物质（如射气）和衰变非常缓慢的物质（如镭）之间。放射碲的放射性半衰期大约为140天，而镭的半衰期大约为1300天。
除了铀、钍和镭之外，其他物质都未得到充分纯化的样品来测定其原子量或原子光谱。但是，锕的放射性似乎至少和镭一样。后面的内容也会说明，若以相同质量进行对比，放射碲和放射铅在纯态时应该比镭放射性更强。
对于给定的发射α粒子的物质，其放射性活度取决于每秒发射的α粒子数，在相等质量下，活度与该物质的“周期”成反比。例如，锕射气的周期为3.9秒，则同等质量下，其放射性活度必定是镭放射性活度的至少10亿倍。正是由于锕射气等的巨大放射活性从而导致快速衰变，所以不可能获得足够的该类物质对其进行化学分析。只有较缓慢衰变的物质像镭、放射铅、放射碲才能在沥青铀矿中收集到足够的粗品以进行化学分离得到可观的目标物。
后面的内容也会说明，从铀、镭、钍、和锕发射的放射产物中只有一部分是由初级（或原始）放射性物质本身产生的。在所有情况下这些衰变产物的再次衰变都会发射β射线和γ射线，它们与母体物质混合并增加至母体物质的放射产物中。1.4 测定方法
放射性物质发射的射线有三个普遍性质均可被运用于该放射性物质放射性活度的测定，包括并取决于①射线对照片底板的感光作用；②在一定晶体物质上激发产生的磷光；③射线在气体中的电离作用。在这些测量方法当中，磷光法仅仅局限于像镭、锕和钋这样的物质，它们均可发射高强度的射线。α射线、β射线和γ射线都能在铂氰化物和硅锌矿（锌硅酸盐）中产生显著的发光性。矿物紫锂辉石主要对β和γ射线有响应，而西多特闪锌矿主要对α射线有响应。除此之外，还有很多物质能或多或少被射线激发而产生微弱的发光性。α射线在均匀覆盖硫化锌的屏幕上产生闪烁的性质是十分有趣的现象，或许可以通过这种方法来检测具有微弱放射性的物质所发射的α射线，像铀、钍和沥青铀矿。硫化锌屏幕曾作为光学方法被用来演示镭射气和锕射气的存在。整体而言，尽管作为一种光学手段来考察射线非常有趣，但磷光法应用于放射性活度测定具有很大局限性而且只能做粗略定量。
在早期的放射性科学发展中，照相底板感光的方法起着非常重要的作用，但是后来逐渐被电学方法取代。一方面，电学方法作为定量测定的方法取代感光法也变得越来越有必要，尤其在确定射线在磁场和电场中的路径曲线曲率中很有应用价值。另一方面，感光法不方便于定量比较且应用十分有限。对于仅具有微弱放射性的物质比如铀和钍，则有必要用这些物质长时间照射底板才能产生感光作用。感光法不能用于跟踪放射性活度的快速变化，而很多放射性物质的活度均具有快速变化的特点，由于感光法的灵敏性不足，不能检测射线的存在，但这些射线的存在很容易通过电学方法检测到。
放射性科学的发展很大程度上依赖于电学测量方法，该方法适用范围广，且在灵敏度方面远胜于其他两种方法。电学方法便于进行快速定量测定，可以应用于所有具有电离作用的辐射类型。
正如我们所见，这种方法基于α射线、β射线和γ射线在射线粒子穿越的气体中产生携带电荷的载体或离子这一性质。假设将放射性物质薄层比如铀置于两个绝缘平行板A和B中位置较低的板上（如图1.3所示）。两板之间的气体被射线粒子以恒速电离，结果导致气体中分布正负离子。如果无电场作用，离子数不会无限制增加，而是很快达到最大值，这时射线粒子产生的新离子正好补偿正负离子的结合数。当正负离子在运动过程中出现在彼此吸引的领域时，显然会倾向于发生正负离子的结合。现在假设A板保持恒定电势V，则初始电势为零的B板获得电荷的速率可通过合适的仪器来测定，比如象限静电计。图1.3电学方法示意图
在电场作用下，正离子运动至负带电板而负离子运动至正带电板。结果在气体中产生电流，B板及其与之连接处获得正电荷。B板电势升高的速率可相对衡量穿过气体的电流的大小。当V值较小时，电流也较小，但电流逐渐随电势V升高而升高，直至达到一种状态，即电势V的巨大升高只能引起电流的稍微升高。电流与施加电压之间的关系如图1.4所示。曲线的形状可用电离理论简单解释。离子运动速度与电场强度成正比。在弱电场中正负离子以缓慢的速度反向运动。在它们到达电极之前，大部分的离子有时间进行结合，观察到的气体电流因而很小。当电压增高时，离子的速度增加，正负离子结合的时间减少。最终，在强电场中实际上所有的离子来不及结合已经被扫向两侧的电极板。通过气体的最大或“饱和”电流成为由射线粒子每秒产生的离子携带电荷的衡量，即离子产生总速率的衡量。图1.4电离气体的典型饱和曲线“饱和”一词起初应用于类比电流——电压曲线与磁铁的磁场化曲线的相似性，虽然不是很合适，却成为一个虽不够准确但十分方便的用来表达实验性事实的方法。
其他条件相同的情况下，产生饱和电流所需电压随电离作用强度而增加，也就是说，随被考察物质放射性活度的增强而增加。增加两板间的距离则降低电场强度数值并增加离子运动的距离。这两个条件均会使产生饱和电流所需要施加的外电压增加。
实验发现对于间距不超过3厘米或4厘米的平行板，如果使用放射性活度不超过铀活度1000倍的物质，则300伏特的外加电压已足够在板间产生近饱和的电流。而对于放射性极强的物质比如镭，为了产生饱和电流，需要两板紧贴在一起且需要施加很高的外电压。
用电学方法进行定量比较的基本条件取决于饱和电流的测量，因为饱和电流是所研究的一定量气体中每秒产生离子数的量度。
电学方法可用于准确比较发射相同射线而射线发射强度不同的物质之间的相对放射性活度。例如，它可以准确测定简单的放射性物质比如射气的失活速率。
除非考虑到其他因素，电学方法不能直接用于比较不同类型的相对放射强度。例如，在图1.3所示条件下，铀厚层发射的α射线、β射线产生的相对饱和电流，不能作为两种射线放射强度的直接比较，因为由于两种射线穿透力的不同，α射线更容易被吸收，所以在两板间产生离子过程中吸收的能量所占β射线总能量的比例小于同样情况下吸收的α射线能量所占α射线总能量的比例。在能够采用电离电流比较的方式来衡量两种类型射线相对能量之前，必须准确知道两种放射类型的相对穿透力和电离能力。不过，电学方法的主要应用范围在于测定仅发射一种类型射线的放射性物质活度的变化。在这方面，已证明电学方法具有了不起的巨大价值并已得出相当准确的结果。
人们探索了很多不同的方法测量放射产物产生的电离电流。如果所考察的是一个放射性极强的物质，灵敏型电流表可以用来测量饱和电流。稍微改进后的金箔验电器已被证明是一种准确、可靠的测量手段，且在放射性科学知识的发展中发挥了十分突出的作用。研究过程中科学研究者曾使用过各式各样经改进的仪器装置，卢瑟福发现其中一个装置应用于放射性活度的比较非常方便，如图1.5。放射性物质置于下面的A板，A板固定于滑动装置上以方便移出A板来放置放射性物质。B板置于A板上方大约3厘米，B板与R杆相连，R杆由横杆TT牢固支撑于两个绝缘体硫杆SS上。铝箔或金箔与R杆的上端相连，当杆C与合适的电压相连时用于给验电器系统充电。借助带有微米标尺目镜的低倍显微镜透过玻璃或云母窗可以观察到金箔的移动。下面的A板和外箱PP与地连接。
通过适当调节金箔叶的长度和边界位置，金箔叶滑过目镜中标尺对应的一定刻度范围所需要的时间可以在相当刻度范围内保持常数。将置于金属或其他导电容器中的放射性物质放置于A板上的既定位置。为验电器充电并观察金箔叶滑过固定刻度范围所需时间。必须对仪器的自然漏电进行校正，校正工作在放入放射性物质之前进行。仪器的自然漏电可能是由于硫支撑的轻微漏电，或更普遍讲是验电器壁的微弱放射性导致。所有物质都稍微具有放射性，该放射性通常会因镭和其他射气产生的放射污染而增加。200伏特或300伏特的电压足够对验电器进行充电，这个电压可保证在大部分刻度范围内电流是饱和的，前提条件是放射性物质不会造成验电器还不到2分钟或3分钟便丢失电量。
采用这种方式可保证测量从容迅速进行，测量很容易便可达到1%的准确度，如果测量时加以小心，则测量的精确度可以更高。这种类型的装置最大优点是简单、轻便和相对容易搭建，如果再用稳定放射源比如铀进行标准化，则它将非常适合于测定发生缓慢衰变的放射性物质放射性活度随时间的变化。图1.5用于比较α射线放射性活度的简易验电器
C.T.R.威尔逊首先对上述装置进行改装，并将改装后的仪器用于测量极其微弱的电离电流。该测量仪器的构建如图1.5所示。
一个干净的金属容器，最好由黄铜制成，容量大约1升，金箔叶L连接于R杆，内置硫或琥珀珠S绝缘。通过可移动的C杆或一个磁装置给仪器充电。充电后，上杆P与仪器箱和地相连。在特殊情况下，如果测量的是极其微弱的电流，P杆保持与电势稍高于验电器系统的电势源相连。这样可以确保电荷不会通过硫支撑泄漏。
与以前一样，用带有测微计目镜的显微镜观察到了金箔叶的移动。这个仪器的最大优势在于装置可以密闭。在仪器密闭状态下观察到的泄漏率必定完全由于容器内部的电离作用造成而与外部的静电干扰无关。
这种仪器非常适合于比较β射线和γ射线的放射性活度。对于β射线的测量，将验电器的底座去掉，换成铝箔纸，厚度大约为0.1毫米，这可完全阻止α射线，但允许β射线通过而几乎不被吸收。对于γ射线的测量，将容器置于厚约5毫米的铅板上，放射性物质置于铅板下面。β射线完全被该厚度的铅吸收，则容器的电离作用仅归结于更具穿透力的γ射线。图1.6用于比较β和γ射线放射性活度和测量极微弱放射性的验电器图1.7象限静电计
最方便的通用测量手段依赖于象限静电计的使用。多尔查累克设计了一种非常方便、实用的静电计应用于放射性和其他方面的研究工作。该类型仪器的基本构建如图1.7所示。
静电计的四个象限固定于琥珀或硫支撑上。一个很轻的由银纸做成的指针N悬挂于纤细的石英纤维丝或磷青铜丝上。将指针充电至电势为100～300V。如果用石英悬挂，可以将指针的金属支撑端轻轻与连接于电源的金属丝接触。使用很细的磷-青铜丝悬挂有时会更加方便。然后将指针直接与电池的一端～连接而电池的另一极接地以使电池电势保持常数。通过使用纤细的石英纤维丝悬挂，则仪器可以达到非常高的灵敏度，灵敏度即指在象限间应用1伏特电势差的情况下，光点在标尺上通过的毫米刻度数。10000毫米刻度每伏特的灵敏度并不少见。但是除非要测量的是非常微小的电流，否则并不建议使用大于1000毫米刻度每伏特的灵敏度，通常200毫米刻度的灵敏度就足够了。
象限静电计基本上是用于测量导体电势的仪器，但也可间接用于放射性科学中电离电流的测量。静电计及其连接部件的电容量随指针的移动而基本保持常数，光点在标尺上的移动速率是对静电计系统电势增高速率的度量。可利用这一点测量测试容器中电极间产生的电离电流。
测量装置的大体摆放如图1.8所示。将放射物置于两平行绝缘板A和B中下面的A板。A板与具有合适电势的电池一端相连，B板通过一个钥匙K与静电计的一对象限相连。不使用时，钥匙与象限及其接地部件相连。需要进行测量时，通过某种机械或电磁装置将接地连接平静、迅速地切断。板B及其连接部件的电势升高由光点在标尺上的移动指示，从而可观察到光点在标尺上移动一定距离所需要的时间，而光点每秒通过的刻度数则可用于比较通过气体的电离电流的大小。
如果因光点移动太快而不能准确观察时，可在静电计系统中增加气体或云母电容器以增加电容量，这样光点的运动速率将被降至所需要的大小。
以这种方式进行测量，可以在很大范围内轻松比较物质的放射性活度。可测量的电流量级大小仅受限于电容器电容量的大小和电池的电压值，它们必须足以在测试容器中产生饱和电流。
利用验电器和静电计比较放射性活度有赖于运动系统的角运动速率。通过合适的摆放，静电计可以用作直接的电流测量读数仪，测量方式与电流表一样。
假设静电计系统通过高电阻接地，这符合欧姆定律。当静电计象限与地的连接断开时，B板（如图1.8所示）电势开始升高直至对B板的电供应正好弥补通过高电阻的放电损失。由于静电计指针的偏转正比于施加的外电压值，光点会由静止移动至一个稳定的位置，指针所经历的位置偏转正比于测试容器中产生的电离电流的大小。图1.8用于比较放射性活度的静电计使用方法
要利用这个特点进行测量，所用电阻数量级必须为1011欧姆。该方法的主要缺点是很难在获得具备该特点同时不会发生极化而又符合欧姆定律的合适电阻。卢瑟福实验室的布朗森博士32曾利用该测量原理进行了某些实验。
这样的装置尤其适合于准确跟踪放射性活度的快速变化。指针偏转不依赖于静电计及其连接部件的电容量，可以实现较大范围内的快速准确测量。
一些类型的测试容器适合于采用静电计法来比较放射性活度，如图1.9和图1.10所示。
放射物置于密闭容器中两平行板A、B中下面的A板上（图9）。绝缘板B通过硬橡胶杆与装置箱接触，装置箱接地，这样可以避免电荷从电池至B板的直接传导泄漏。图1.9平行板测试容器图1.10带有护圈的柱形测试容器用于比较金属线或杆上沉积物的放射性活度
图1.10是一个柱形测试容器B，适合于金属线或杆上获得的激发放射性活度比较。内部放射性电极A穿过硬橡胶圈。穿过硬橡胶圈的电传导泄漏可通过应用护圈得以避免，与地相连的金属柱CC’将硬橡胶圈分成两部分。这种情况下，硬橡胶圈仅需为引起适当静电计指针偏转而需要的较小电势升高进行充分绝缘。在任何情况下都应该使用护圈，以便消除绝缘体表面可能出现的传导电流。
像图1.10所示的这种装置非常适合于测定传至柱形电极的激发放射性的衰减曲线。以及测定引入柱形装置的射气的放射性活度的衰减。
电学方法是一个用于检测微量放射物质存在与否的极其灵敏的测试手段。可以通过一个简单的实验来说明这一点。取1毫克的溴化镭溶于100毫升水中。充分溶解后，取1毫升该溶液加入99毫升水。取1毫升所得稀释溶液则含有10-7克的溴化镭，如果将这份溶液放入金属容器中蒸干，将这些微量镭靠近验电器盖附近时，则它所拥有的放射性足以引起验电器的极快速放电，就像是图2.1（第二章2.1）中所演示的一样。如果将镭覆盖的板置于验电器盖上，则验电器的金属箔叶上电荷的保留时间不会超过几秒钟。
如果使用一个有电荷微小自然泄漏的验电器，则可以通过观察金箔叶运动速率的增加而轻易检测到10-11克镭的存在。
可以用图1.6所示类型的验电器准确测量极微弱的电流。例如，据库克观察，在一个经处理干净容积大约为1升的黄铜容器中，由于验电器内部自然的空气电离作用而导致的电势下降大约是每小时6伏特。金箔系统的电容大约是1个静电单位。电流等于电容乘以每秒电势的下降值，即
如果采取谨慎的测量措施，则可通过这种方法准确测得1/10上述数值的放电速率。
在验电器中产生的离子数可以很容易演算出来。J.J.汤姆逊发现一个离子携带的电荷为3.4×10-10静电单位或1.3×10-19库伦。则空气中每秒产生的离子数为：
假设在整个气体体积内电离作用均匀一致，则该数值对应于在容积为1升的容器内，每毫升空气每秒产生17个离子。
以下的章节会讲到，平均而言α粒子在电离作用停止之前在其运动路径上能够产生大约10万个离子。我们由此可以看出，电学方法能够检测平均每秒排放出一个α粒子的放射性物质产生的电离作用；或者换句话说，电学方法可用于检测原子衰变速率为1（每秒1个原子发生衰变）的物质的衰变。
对于放射性物质的检测，电学方法在灵敏度方面远远优于光谱仪法。由于这个原因，我们能够检测以极微量混合存在于非放射性物质中的放射性物质，比如微量镭的检测。因为这种方法的灵敏度极高，以至在几乎考察的每一个物质中均观察到了极微量镭的存在。
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