β射线的连续谱

埃里斯，伍斯特

编者按

自从1895年发现放射性以来，人们已经确认放射性存在三种不同的机制。在某些情况下，原子会通过放射出一个α粒子（氦原子的原子核）而衰变，而在另一些情况下，原子会通过放射γ射线（一种高频X射线）而衰变。在这两种机制中，每一种衰变原子在衰变过程中的能量损失都是相同的。然而在放射性衰变的第三种机制中，原子衰变时放射出的粒子是电子，这个电子携带的能量是不确定的，其范围是从零到相关原子的最大特征能量。这就引发了下文中提到的问题。　　英文

在物质衰变的研究中，放射性物质产生的β射线连续谱是一个非常重要的问题。关于这种连续谱的起源有两种相反的观点。一种观点认为，和放射出α射线的衰变一样，在每一次衰变中原子核都发射出一个具有固定的特征能量的电子，并且对同一物体的不同原子这个过程都是相同的。于是，这些衰变电子的连续谱就被归因为二次效应，而有关二次效应的本质我们不必在这里进行讨论。另外一种观点认为，发射电子的过程对不同原子是不同的，并且连续谱是衰变原子类型的基本特征。关于这两种观点的讨论至今停留在是否有某种具体的二次效应能够产生可观测的连续谱这一问题上，尽管二次效应的假设还没能给出一个令人满意的解释，但最重要的是，我们应该用一种直接的方法来解释以上的问题。　　英文

有一个简易的方法可以区分以上两种观点，因为从第一个观点来看，每次衰变中放出的特定能量应该等于或者大于观察到的从原子中逃逸出的电子的最大能量，而从第二种观点来看，每次衰变的平均能量应该等于发射的电子的平均能量。如果我们测量一定量的物质发射出的电子的总能量，例如将这些物质放在一个厚壁量热计中，那么按照第一种观点，由热效应就能得出每次衰变的平均能量，这个值应该是等于或大于发射出的最快的电子的能量，不管这个能量随后以什么方式被二次效应分解。而在第二种观点中，由于不存在二次效应，所以热效应应该简单地对应于形成连续谱的电子的平均动能。　　英文

为了避免衰变中母原子或后续原子产生的α射线或者γ射线的干扰，我们在厚壁量热计中测量了一定量的镭E的热效应。由于放热速度很慢，这个测量很难进行，但是通过采用特别的措施，我们得到镭E每次衰变辐射出的平均能量是340,000±30,000电子伏。这个结果对于连续谱来源于原子核中的发射这一假设是个有力的确证。因为通过电离测量整个能谱而得到的电子平均能量大约是390,000电子伏，如果每次衰变放出的能量等于最快的β射线的能量，那么相应的热效应的值就应该是当前测量值的3倍，即1,050,000电子伏。　　英文

一个量子化的原子核怎么能发射速度变化范围如此广泛的电子？这个问题引发了很多有趣的观点，不过还是等到详细的结果发表之后再来考虑这些。　　英文

（王锋　翻译；江丕栋　审稿）