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第3章 科技发明发现(2)

炸药分低爆速炸药和烈性炸药两大类。低爆速炸药(例如有烟火药)可以用热力,或者仅是以电子触发火花引爆。如果要得到最佳的爆破效果炸药必须紧压在一个容器内,使气压迅速积聚增加爆炸的威力。低爆速炸药也称为推进炸药,因为积聚的气压最适宜把子弹或炮弹推出枪炮膛,低爆速炸药也用于推动某些火箭。烈性炸药(例如黄色炸药和葛里炸药)的爆炸速度快得惊人可以轻易摧毁周围的东西。引爆这种炸药不能使用热力,而应使用信管引爆。此外,有种可塑炸药非常类似儿童玩耍用的橡皮泥,可以塑造成任何形状。有些炸药爆炸后没有任何气味例如森德斯炸药。

镭是现代核工业兴起前最重要的放射性物质,广泛应用于医疗、工业和科研领域,把镭盐和硫化锌荧光粉混匀,可制成永久性发光粉。到1975年为止,全世界共生产了约4千克镭,其中85%用于医疗,10%用来制造发光粉。

还有一点要记住,镭是副毒物质。

镭是种化学元素它能放射出人们看不见的射线,不用借助外力,就能自然发光发热含有很大的能量。镭的发现引起了科学上的巨大变革,为人类探索原子世界的奥秘打开了大门。由于镭能用来治疗难以治愈的癌症也给人类的健康带来了福音,所以镭被誉为“伟大的革命者”。说到镭的发现还要从法国科学家贝克雷尔说起。

贝克雷尔对于铀的放射性质进行了观察和研究以后发现了铀的射线也像X射线能使空气和其他气体产生导电性,而铀的化合物也经人发现有着类似的性质。

贝克雷尔射线的发现引起了着名科学家居里夫妇的浓厚兴趣射线放出来的能量究竟是从哪里来的呢?这种放射的性质又是什么呢?居里夫人把自己的全部身心都投入到铀盐的研究中去了她广为搜罗并研究了各种铀盐矿石。居里夫人在研究铀盐矿石时想到,没有任何理由能够证明铀是唯一能发射射线的化学元素。她猜想,一定还会有别的元素也具有同样的性能。

居里夫人依据门捷列夫的元素周期律排列的元素逐一进行测定结果很快发现另外一种钍元素的化合物也能自动发出射线与铀射线相似强度也较接近。她认为,这种现象决不只是铀的特性必须给它一个新名称,于是居里夫人就将它命名为“放射性”,铀钍等有这种特殊“放射”功能的物质,叫做“放射性元素”。

后来,在丈夫皮埃尔的帮助下居里夫人又测定了能够收集到的所有矿物,她想知道还有哪些矿物具有放射性。在这些测量中她获得了又一个戏剧性的发现在来自当时的捷克斯洛伐克的沥青铀矿中,她发现其放射性强度比原来设想的要大不知多少倍。

那么,这种非正常的,而且过度的放射性又是从哪里来的呢,以这些沥青铀矿中的铀和钍的含量,决不能解释她观察到的放射性的强度。因此只能有另一种解释这些沥青矿物中含有种比铀和钍的放射性作用强得多的新元素而且不是当时人类所知的元素它一定是种未知的元素。

居里夫人的研究结果非常重要,使得皮埃尔不得不放下有关结晶体的研究来和她一起搜寻这人类从来不曾知道的新元素。他们废寝忘食昼夜不辍,意图从沥青铀矿中用化学分析法提炼这稀罕的元素。把矿物中无放射性的部分去掉,把有放射性的部分留着,这样一次又一发地提炼,结果几百千克的原料只剩下100多克的东西。但是仅仅这点东西的放射性却比纯粹的铀要强400倍。1898年7月18日,居里夫妇在法国科学院报告了新元素的发现并且十分谦虚地说:“假使这新元素的存在将来能够证实的话我们想叫它‘钋’,来纪念我的祖国波兰”。

1898年12月,居里夫妇根据大量的实验事实宣布,他们又发现了第二种放射性元素,这种新元素的放射性比钋还强他们把这种新元素命名为“镭”。

不过他们这个时候得到的钋和镭还不能像金银一样拿出来给人观看。

所以当时的科学界几乎没有人愿意相信他们的这个新发现。居里夫妇为了证实它们的存在,决定着手提炼。

当时藏有钋和镭的沥青铀矿是一种价格昂贵的矿物而居里夫妇生活拮据,无力支付购买沥青铀矿所需的高昂费用。经过无数次的周折奥地利政府终于决定捐赠一吨重的残矿渣给居里夫妇,并且许诺,如果他们将来还需要大量的矿渣,可以以最优惠的条件供应给他们。居里夫妇又从朋友那里东挪西借筹到了一笔钱,因为他们仍须购买这种原料并且还需要支付运到巴黎的运费。一天凌晨太阳刚刚升起来,一辆像运煤货车似的载重马车,便停在了居里夫妇的家门口。居里夫人高兴极了,她所日夜期待的沥青铀矿终于运到了。居里夫妇充满了干劲他们一定要从中提炼出镭来他们相信在提取其他产品时所剩的沥青铀矿渣中,镭一定是原封不动地保存着的,他们没有炼制矿渣的地方只好利用原来的小院子。居里先生在冬冷夏热的小屋里,进行着镭的物理性能的分析,居里夫人则像是一名强健的工人,在院子里做着矿渣的化学处理。提炼过程中需要硫化氢,而硫化氢是一种有毒的气体居里夫人的眼睛和喉咙被呛得很疼,他们没有通风设备,只能把这道工序放到院子里露天进行。如果遇到雨天只好把实验设备搬进室内把门窗全部敞开,让空气流通,否则他们会被刺鼻的浓烟呛得无法继续工作。

他们强撑着身体振奋着精神,脚踏实地地工作着。工作在进展,困难也随之而来。更艰苦更危险的工作是在提纯的最后阶段。因为最后阶段的分馏结晶工作如果没有防护设备,那么具有强烈放射性的物质对人体的危害是很大的,可是他们根本就买不起因为他们太贫穷了。他们只有坚定的信念和为科学献身的伟大的牺牲精神。

他们两人的体力都到了极限而现实也向他们展示了极其残酷的面居里先生开始感到全身疼痛,有时连起床和行动都感到困难。居里夫人的情况更差,她面无血色浑身乏力,有时像得了嗜睡症,整日昏昏沉沉的。

从1898年到1902年经过无数次的提取夫妇俩终于从几十吨矿石残渣中得到了0.1克的镭并测定出了它的原子量是225。镭终于真正地被证明存在了。

镭的发现在科学界爆发了一次革命1903年,居里夫妇因此而获得了诺贝尔物理学奖。

通过居里夫妇的工作,人们知道了每一秒钟少许的镭就由它的内部放出许多氦原子,并且用极大的力量把它们射到外面去。这种在“原子内部爆发的大革命”也向人类预告了原子能时代的到来。

不锈粥

不锈钢是在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢,它具有美观的表面和良好的耐腐蚀性能。它的主要成分是铁和铬。有的还加有其他元素,以获得不同的性能。由于所加元素及比例的不同,迄今已有一百多种不锈钢。

不锈钢的分类方法很多。按其化学成分分类,基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类按:用途分类,则可分耐硝酸不锈钢耐硫酸不锈钢耐海水不锈钢等等;按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢低温不锈钢高强度不锈钢等等。由于不锈钢具有优异的耐蚀性成型性相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等诸多特点所以在重工业轻工业生活用品行业以及建筑装饰等领域中得到了广泛的应用。

不锈钢在各个领域的应用

不锈钢可以应用在许多领域。在运输领域主要有铁道车辆和汽车的排气系统用于排气系统的不锈钢全世界的年需求约100万吨这是不锈钢最大的应用领域。近年来,建筑领域对不锈钢的需求急剧增长,主要用于屋顶,大楼内外装饰和结构材料。而在欧美的寒冷地区,为防止高速公路和桥梁的冻结需要撒盐这就加速了对钢筋的腐蚀所以开始大量使用不锈钢钢筋。新出现的抗菌不锈钢则是不锈钢家族中的新宠,它是在不锈钢中添加一些抗茵的元素,如铜、银等,经过特殊处理而成的。这种优良的抗菌自洁性预示着它的应用前景将非常广阔。

早期炼出的钢有一个大问题,就是容易生锈。那些持续敲打和暴露在湿气中的钢制工具,会很快被腐蚀。为解决这个问题科学家们通过用其他金属与钢相熔合。制成各种抗锈合金。1912年英国冶金专家亨利·布诺雷把铬与铁熔合起来生产出一种适合于制造来复枪枪管的台金。后来布诺雷发现这种铁铬合金对铁锈具有很强的抵抗力。

经过反复试验布诺雷发现加12%的铬炼出的合金钢是最理想的不锈钢。随后他用这种钢制成了一把刀,这是世界上第一件不锈钢产品。

富兰克林与避雷针

雷电是大自然的一种自然现象,它像一把双刃剑,既可以被人们利用服务于人类,也可能给人类造成危害。经过漫长的探索过程,人们逐步认识并掌握了它。避雷针的发明,是人类有效地掌握雷电的开始,人类对雷电的研究必将更加深入、全面。

避雷针是由富兰克林发明的。富兰克林用不导电的材料把一根金属棒固定在高楼顶部而后用一根导线将其与大地相连。这样打雷时天空中产生的强大的电荷可以通过金属棒直接流入地下这样便可以避免对建筑物和人造成伤害。

富兰克林设计避雷针的灵感很大程度上得益于莱顿瓶的实验。1751年夏天,富兰克林住处附近的一座教堂被雷电击毁。他惊奇地发现天空中的雷电现象和科学界着名的莱顿瓶内外两层箔片相连的爆炸现象具有异曲同工之处。

莱顿瓶是一种能够聚集电荷的瓶子,由荷兰莱顿大学的科学家们研制出来,长久以来,人们认为是上帝制造了天空中的雷电打雷是神在发挥威力认为人类根本无法控制这种现象,随着科学技术的进步到1745年时人们对摩擦生电的原理已经有所了解但是由于摩擦产生的电量非常之小,因此对电的性质还无法进行深入的研究。

莱顿大学的科学家经过长期研究终于研制出这个叫莱顿瓶的装置。它的构造很简单就是在普通玻璃瓶的内壁和外壁上分别贴上银箔,内壁银箔通过导线与带电体连接起来,外壁接入地下。这样当带电体不断接收电荷时内壁的银箔上就会聚集大量的电荷。运用莱顿瓶,就是把内外两层箔片用导线连接起来,由于大量正负电荷相碰就会产生强烈的火花和爆炸声。

由菜顿瓶的实验受到启发,富兰克林由此推测,天上的雷电与摩擦产生的电完全一样。为了证实推测,极富冒险精神的富兰克林做了一个大胆的决定那就是在雷雨天气放风筝,以此收集那些云层中的电荷,放风筝的绳子实则就是根导线,它可以把天空中的电荷引入莱顿瓶。事实证明,天空中的雷电与摩擦产生的电确实相同。就这样,在风马牛不相及的两种现象中,富兰克林却找到了它们隐含的共同的原理。

这一原理极大地启发了富兰克林他进行了大胆设想他认为可以把狂暴不羁的雷电导入地下,从而避免它对人类的伤害。经过不懈的努力,避雷针终于在富兰克林的手中诞生了。

当今随着城市发展的需要,几十层,近百层的高楼鳞次栉比,避雷装置对这些建筑物来说更是不可或缺的了尽管有许多新的避雷装置不断问世但万变不离其宗,它们都是在富兰克林发明的避雷针原理的基础上设计出来的。

伦琴与X射线

19世纪末物理学领域有3大发现是具有里程碑意义的,分别是X射线的发现,放射性的发现、电子的发现。其中X射线的发现是一个偶然的巧合,说起来有这么一个小故事。

X射线的发现起源于对阴极射线的研究。所谓阴极射线就是真空管内的金属电极在通电时其阴极发出的射线射线受到磁场影响,具有能量。19世纪末,关于阴极射线的本质问题吸引了许多科学家投入研究。德国维尔茨堡大学的物理学教授伦琴就是众多的研究者之一。

1895年10月间,身为彼茨堡大学校长的伦琴教授有一发在学校物理研究所大楼的实验室内研究阴极射线时发现了一件怪事有包用黑纸包得很好的照相底片全部感光了。他试验了多次都得到了同样的结果。

伦琴敏感地注意到这种情况以前从未发生过,他怀疑是刚装在实验室内的阴极射线使底片感光了。

为了把这件怪事弄清楚也为了使底片自动感光的事不再发生,同年11月8日傍晚年过半百的伦琴,一手拄着手杖,手拿着一本厚厚的科学专着,和往常一样,独自来到实验室继续研究阴极射线他关上了所有的门窗接通了电源检验黑纸是否漏光。就在这时他忽然看到一道绿色的荧光在漆黑的实验室里闪烁。伦琴感到很奇怪,便自言自语道,“这光是从哪儿来的,他立即打开电灯,发现原来发光物是离放电管2米远处的个工作台上的氰化钡荧光屏。他一关掉阴极射线管的电源荧光屏就不发光了,但是只要一接通阴极射线管电源荧光屏就又发光了。他反复做了多次实验终于证明确实是荧光屏在发光。

伦琴在奇怪之余也感到很兴奋。有一点他觉得很奇怪,阴极射线在空气中能通过的距离只有几厘米,而阴极射线管又已经被厚厚的黑纸包裹起来了,2米远处的荧光屏又怎么可能会因此而发光呢,兴奋的伦琴冥思苦想,不禁喃喃自语:“射线管是通电的那么荧光屏发光的原因是什么呢?难道是射线中有某种未知射线,射到荧光屏上引起它发光吗?”,想到这儿伦琴随手把一本书挡在射线管和荧光屏之间,想看看这样荧光屏还会不会发光结果是荧光屏依然会发光,他将荧光屏再移远一些上面仍然发光。原来这种射线竟然能够穿透固体物质。

一次,伦琴偶然把手伸到射线管和荧光屏之间,手的影子竟然出现在荧光屏上。再仔细一看,荧光屏上赫然出现了,只黑色的手骨骼的影子这简直令伦琴瞠目结舌。伦琴怀疑是自己看错了,他把眼睛狠狠地揉了几下,又定睛细望,眼前清清楚楚出现一只手的骨骼,他试着弯弯手指握握拳头屏幕上的手也跟着做出同样的动作,看到这一幕时伦琴高兴极了。

1895年12月22日,伦琴做了一个更有意义的实验。这天,他的夫人来到实验室伦琴让她把手放在黑纸包严的照相底片上,然后用这种射线对准照射了15分钟。显影后,底片上呈现出伦琴夫人的手骨像,手指上的结婚戒指也清晰可见。这成了一张有历史意义的照片。

夫人惊奇地问:“什么射线有这么大的魔力?”伦琴回答:“无名射线。”夫人顺口说:“又是一个X!”,此刻伦琴心头亮,接着他说道:“那就叫它X射线吧!”

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