darwin and modern science-第176节

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f　beta　and　gamma　radio…activity　in　the　solid　newly　deposited　by　the　emanation；　this　rise　measuring　the　growth　of　the　first　radio…active　offspring　of　one　of　the　non…active　bodies。　　Some　of　the　radium　products　give　out　alpha…rays　only；　one　beta…　and　gamma…rays；　while　one　yields　all　three　types　of　radiation。　　The　pedigree　of　the　radium　family　may　be　expressed　in　the　following　table；　the　time　noted　in　the　second　column　being　the　time　required　for　a　given　quantity　to　be　half　transformed　into　its　next　derivative。

　　　　　　　　　　　Time　of　half　　　　　　Radio…　　　　　　　Properties　　　　　　　　　　　　decay　　　　　　　　　　　　　activity　　　　

Radium　　　　　About　2600　years　　alpha　rays　　　Element　chemically　analogous　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　to　barium。　》　Emanation　　3。8　days　　　　　　　　　　alpha　rays　　　Chemically　inert　gas；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　condenses　at　…150　deg　C。　》　Radium…A　　　3　minutes　　　　　　　　　alpha　rays　　　Behaves　as　a　solid　deposited　on　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　surfaces；　concentrated　on　a　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　negative　electrode。　》　Radium…B　　　21　minutes　　　　　　　　no　rays　　　　　　Soluble　in　strong　acids；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　volatile　at　a　white　heat；　more　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　volatile　than　A　or　C。　》　Radium…C　　　28　minutes　　　　　　　　alpha；　beta；　Soluble　in　strong　acids；　less　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　gamma　rays　　　　volatile　than　B。　》　Radium…D　　　about　40　years　　　　no　rays　　　　　　Soluble　in　strong　acids；　volatile　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　below　1000　deg　C。　》　Radium…E　　　6　days　　　　　　　　　　　　beta；　gamma　　Non…volatile　at　1000　deg　C。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　rays　》　Radium…F　　　143　days　　　　　　　　　　alpha　rays　　　Volatile　at　1000　deg　C。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Deposited　from　solution　on　a　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　bismuth　plate。

Of　these　products；　A；　B；　and　C　constitute　that　part　of　the　active　deposit　of　the　emanation　which　suffers　rapid　decay　and　nearly　disappears　in　a　few　hours。　　Radium…D；　continually　producing　its　short…lived　descendants　E　and　F；　remains　for　years　on　surfaces　once　exposed　to　the　emanation；　and　makes　delicate　radio…active　researches　impossible　in　laboratories　which　have　been　contaminated　by　an　escape　of　radium　emanation。

A　somewhat　similar　pedigree　has　been　made　out　in　the　case　of　thorium。　　Here　thorium…X　is　interposed　between　thorium　and　its　short…lived　emanation；　which　decays　to　half　its　initial　quantity　in　54　seconds。　　Two　active　deposits；　thorium　A　and　B；　arise　successively　from　the　emanation。　　In　uranium；　we　have　the　one　obvious　derivative　uranium…X；　and　the　question　remains　whether　this　one　descent　can　be　connected　with　any　other　individual　or　family。　　Uranium　is　long…lived；　and　emits　only　alpha…rays。　　Uranium…X　decays　to　half　value　in　22　days；　giving　out　beta…　and　gamma…rays。　　Since　our　evidence　goes　to　show　that　radio…activity　is　generally　accompanied　by　the　production　of　new　elements；　it　is　natural　to　search　for　the　substance　of　uranium…X　in　other　forms；　and　perhaps　under　other　names；　rather　than　to　surrender　immediately　our　belief　in　the　conservation　of　matter。

With　this　idea　in　mind　we　see　at　once　the　significance　of　the　constitution　of　uranium　minerals。　　Formed　in　the　remote　antiquity　of　past　geological　ages；　these　minerals　must　become　store…houses　of　all　the　products　of　uranium　except　those　which　may　have　escaped　as　gases　or　possibly　liquids。　　Even　gases　may　be　expected　to　some　extent　to　be　retained　by　occlusion。　　Among　the　contents　of　uranium　minerals；　then；　we　may　look　for　the　descendants　of　the　parent　uranium。　　If　the　descendants　are　permanent　or　more　long…lived　than　uranium；　they　will　accumulate　continually。　　If　they　are　short…lived；　they　will　accumulate　at　a　steady　rate　till　enough　is　formed　for　the　quantity　disintegrating　to　be　equal　to　the　quantity　developed。　　A　state　of　mobile　equilibrium　will　then　be　reached；　and　the　amount　of　the　product　will　remain　constant。　　This　constant　amount　of　substance　will　depend　only　on　the　amount　of　uranium　which　is　its　source；　and；　for　different　minerals；　if　all　the　product　is　retained；　the　quantity　of　the　product　will　be　proportional　to　the　quantity　of　uranium。　　In　a　series　of　analyses　of　uranium　minerals；　therefore；　we　ought　to　be　able　to　pick　out　its　more　short…lived　descendants　by　seeking　for　instances　of　such　proportionality。

Now　radium　itself　is　a　constituent　of　uranium　minerals；　and　two　series　of　experiments　by　R。J。　Strutt　and　B。B。　Boltwood　have　shown　that　the　content　of　radium；　as　measured　by　the　radio…activity　of　the　emanation；　is　directly　proportional　to　the　content　of　uranium。　　（Strutt；　〃Proc。　Roy。　Soc。〃　A；　February　1905；　Boltwood；　〃Phil。　Mag。〃　April；　1905。）　　In　Boltwood's　investigation；　some　twenty　minerals；　with　amounts　of　uranium　varying　from　that　in　a　specimen　of　uraninite　with　74。65　per　cent。；　to　that　in　a　monazite　with　0。30　per　cent。；　gave　a　ratio　of　uranium　to　radium；　constant　within　about　one　part　in　ten。

The　conclusion　is　irresistible　that　radium　is　a　descendant　of　uranium；　though　whether　uranium　is　its　parent　or　a　more　remote　ancestor　requires　further　investigation　by　the　radio…active　genealogist。　　On　the　hypothesis　of　direct　parentage；　it　is　easy　to　calculate　that　the　amount　of　radium　produced　in　a　month　by　a　kilogramme　of　a　uranium　salt　would　be　enough　to　be　detected　easily　by　the　radio…activity　of　its　emanation。　　The　investigation　has　been　attempted　by　several　observers；　and　the　results；　especially　those　of　a　careful　experiment　of　Boltwood；　show　that　from　purified　uranium　salts　the　growth　of　radium；　if　appreciable　at　all；　is　much　less　than　would　be　found　if　the　radium　was　the　first　product　of　change　of　the　uranium。　　It　is　necessary；　therefore；　to　look　for　one　or　more　intermediate　substances。

While　working　in　1899　with　the　uranium　residues　used　by　M。　and　Mme　Curie　for　the　preparation　of　radium；　Debierne　discovered　and　partially　separated　another　radio…active　element　which　he　called　actinium。　　It　gives　rise　to　an　intermediate　product　actinium…X；　which　yields　an　emanation　with　the　short　half…life　of　3。9　seconds。　　The　emanation　deposits　two　successive　disintegration　products　actinium…A　and　actinium…B。

Evidence　gradually　accumulated　that　the　amounts　of　actinium　in　radio…active　minerals　were；　roughly　at　any　rate；　proportional　to　the　amounts　of　uranium。　　This　result　pointed　to　a　lineal　connection　between　them；　and　led　Boltwood　to　undertake　a　direct　attack　on　the　problem。　　Separating　a　quantity　of　actinium　from　a　kilogramme　of　ore；　Boltwood　observed　a　growth　of　8。5　x　（10　to　the　power　…9）　gramme　of　radium　in　193　days；　agreeing　with　that　indicated　by　theory　within　the　limits　of　experimental　error。　　（〃American　Journal　of　Science〃；　December；　1906。）　　We　may　therefore　insert　provisionally　actinium　and　its　series　of　derivatives　between　uranium　and　radium　in　the　radio…　active　pedigree。

Turning　to　the　other　end　of　the　radium　series　we　are　led　to　ask　what　becomes　of　radium…F　when　in　turn　it　disintegrates？　　What　is　the　final　non…　active　product　of　the　series　of　changes　we　have　traced　from　uranium　through　actinium　and　radium？

One　such　product　has　been　indicated　above。　　The　alpha…ray　particles　appear　to　possess　the　mass　of　helium　atoms；　and　the　growth　of　helium　has　been　detected　by　its　spectrum　in　a　tube　of　radium　emanation。　　Moreover；　helium　is　found　occluded　in　most　if　not　all　radio…active　minerals　in　amount　which　approaches；　but　never　exceeds；　the　quantity　suggested　by　theory。　　We　may　safely　regard　such　helium　as　formed　by　the　accumulation　of　alpha…ray　particles　given　out　by　successive　radio…active　changes。

In　considering　the　nature　of　the　residue　left　after　the　expulsion　of　the　five　alpha…particles；　and　the　consequent　passage　of　radium　to　radium…F　we　are　faced　by　the　fact　that　lead　is　a　general　constituent　of　uranium　minerals。　　Five　alpha…particles；　each　of　atomic　weight　4；　taken　from　the　atomic　weight　（about　225）　of　radium　gives　205a　number　agreeing　fairly　well　with　the　207　of　lead。　　Since　lead　is　more　permanent　than　uranium；　it　must　steadily　accumulate；　no　radio…active　equilibrium　will　be　reached；　and　the　amount　of　lead　will　depend　on　the　age　of　the　mineral　as　well　as　on　the　quantity　of　uranium　present　in　it。　　In　primary　minerals　from　the　same　locality；　Boltwood　has　shown　that　the　contents　of　lead　are　proportional　to　the　amounts　of　uranium；　while；　accepting　this　theory；　the　age　of　minerals　with　a　given　content　of　uranium　may　be　calculated　from　the　amount　of　lead　they　contain。　　The　results　vary　from　400　to　2000　million　years。　　（〃American　Journal　of　Science〃；　October；　1905；　and　February；　1907。）

We　can　now　exhibit　in　tabular　form　the　amazing　pedigree　of　radio…active　change　shown　by　this　one　family　of　elements。　　An　immediate　descent　is　indicated　by　》；　while　one　which　may　either　be　immediate　or　involve　an　intermediate　step　is　shown　by　。。。。　　No　place　is　found　in　this　pedigree　for　thorium　and　its　derivatives。　　They　seem　to　form　a　separate　and　independent　radio…active　family。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Atomic　Weight　　Time　of　half　　　　　Radio…Activity　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　decay

Uranium　　　　　　　　　　　　　　　238。5　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　alpha　》　Uranium…X　　　　　　　　　　　　　？　　　　　　　　　　　　22　days　　　　　　　　　　beta；　gamma　。。。　Actinium