西博格及其對核科學的貢獻

張清建

摘 要 西博格（1912-1999），核科學家，1951年諾貝爾化學獎得主，因發現9種超鈾元素、提出錒系理論而聞名于世。本文簡要論述他的生平和成就。

關鍵詞 核科學 西博格 超鈾元素

中圖分類號：GO616 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.01.014

Abstract Glenn T. Seaborg（1912-1999） was a great nuclear scientist and 1951 Nobel laureate in chemistry. He is famous for the discovery of nine transuranium elements， and proposition of the actinide concept. His biography is shortly summarized.

Key words nuclear science； Glenn T. Seaborg； transuranium elements

西博格（Glenn Theodore Seaborg），1912年4月19日生于美國密歇根州的艾斯佩明鎮。他的祖父母是來自瑞典的移民；父親（Herman Theodore Seaborg）1880年在艾斯佩明鎮出生；母親（Selma Eriksson）出生在瑞典南部， 1904年移居到艾斯佩明鎮，那年她17歲。在1908年6月24日的瑞典仲夏節的郊游中，他的父母相識，3年后，即1911年6月24日的瑞典仲夏節，二人結為伉儷。

艾斯佩明鎮，多數人都操瑞典語。他的父親說一口流利的瑞典語，瑞典語本是他母親的母語，自然瑞典語就成了他們的家庭用語，在會說英語之前他就學會了瑞典語。10歲時，全家搬到加里福利亞州的洛杉磯附近。他的母親想讓兒子開闊視野，以便獲得更多的機會，但西博格始終都沒有忘記他在艾斯佩明鎮的根，并為他的瑞典血統感到自豪。他的父親，原在艾斯佩明鎮的一家鐵廠擔任機械師，在加州卻從未找到過永久性職業，家庭經濟非常窘迫。很小的時候，西博格就靠送報紙、整理草坪和打零工掙取零花錢。①

西博格在洛杉磯郊外的一所中學就讀。因為受到理化老師里德（D.L.Reid）的鼓勵，他對物理和化學這兩門課程，特別感興趣。1929年中學畢業，他作為畢業生代表在畢業典禮上致告別辭。他的第一份工作，是在一個倉庫里做搬運工。隨后，在費爾斯通（Firestone）輪胎和橡膠公司當實驗員，賺取他在加州大學洛杉磯分校一年級的生活費用。在1929年經濟大蕭條時期，上加州大學洛杉磯分校，是他的最佳選擇，因為它是免費的公立學校。他住在家里，他和朋友到離家20英里的學校上學。他做過很多種工作，掙錢養活自己。他決定主修化學，而不是他同樣非常喜歡的物理學。他認為，化學會給他帶來更多的就業機會。在大學的最后一年，他對核物理和核化學的最新進展尤其感興趣。1933年獲化學學士學位后，他繼續留在大學一年，修了幾門物理學課程，同時準備進一步深造。由于加州大學洛杉磯分校化學系，尚未招收研究生，他選擇到加州大學伯克利分校攻讀學位，希望能在著名化學家路易斯（G.N.Lewis）和核物理的年輕新秀勞倫斯（E.O.Lawrence）手下工作。路易斯當時任化學系主任；勞倫斯在1930年代發明回旋加速器，1939年獲諾貝爾物理學獎。

1934年8月，西博格到加州大學伯克利分校讀研究生。他后來描述該大學當時的氛圍時說道：“它使人興奮，富有魅力”。他選修了不少知名教授開設的化學課程。1937年春，獲化學博士學位，論文是關于快中子的非彈性散射研究。當時正值大蕭條最難熬的時期，找到合適的工作崗位非常困難。但幸運的是，路易斯要求西博格留在伯克利，做他的私人研究助手。他們共同發表了幾篇論文。西博格一直認為路易斯是20世紀的科學天才，對這位偉大的導師總是表現出由衷的敬佩。1939年，西博格成為加州大學伯克利分校的講師，1941年被提升為助理教授。②這期間，他與物理學家里溫固德（J.J.Livingood）合作，使用新裝備的37英寸回旋加速器，制備并發現了幾十種新的同位素。許多同位素如I-131，至今仍廣泛用于核醫學領域。這段經歷，最終導致他走上探索超鈾元素的道路，這也是他一生感興趣的研究工作。

西博格自來到伯克利，就開始密切關注意大利費米（E.Fermi）小組和柏林哈恩（O.Hahn） 、邁特納（L.Meitner）小組的“超鈾元素”研究進展。費米等人用中子轟擊鈾，產生他們自認為的“超鈾元素”。他們的成果，在伯克利的核研討班上被廣泛討論。1939年1月，柏林小組發現核裂變的消息傳到伯克利，麥克米倫（E.M.McMillan） 和艾貝森（P. Abelson）當即在伯克利新的60英寸回旋加速器上，研究中子轟擊鈾的裂變過程。出乎意料的是，他們制備并鑒定出第一種真正的超鈾元素。他們用化學方法分離和鑒別出93號元素，命名為镎（Neptunium）。麥克米倫準備尋找更重的超鈾元素，但不久被征召到麻省理工學院從事戰時研究。西博格接受麥克米倫的建議，繼續從事94號元素的搜索。1942年2月，西博格帶領他的研究小組，用氘核轟擊鈾制得同位素钚-238。隨后，又制備出新的同位素钚-239，發現它很容易引起核的裂變。由于具有潛在的核武器方面的軍事價值，這些成果在二戰結束后的1946年才公開發表。這些發現，促使美國政府決定建造生產钚的核反應堆，用于美國的原子彈計劃。1942年4月，西博格到芝加哥大學冶金實驗室領導钚的化學提取和純化工作。西博格的化學小組，在實驗研究基礎上，不久獲得了成功。很快在田納西州、漢福特、華盛頓，制備出數千克钚，足夠用于制造兩顆原子彈。

1942年6月，西博格和格里格斯（Helen Lucille Griggs）結婚，格里格斯當時是勞倫斯的秘書。兩人的婚姻，持續56年。西博格總是憐愛地稱格里格斯是他一生發現中最美的發現。他們養育6個子女。她是他最忠實的伴侶，不僅陪伴他外出旅行，也陪伴他參加各種討論會。

到1944年，用化學方法提純钚，從根本上講已經大功告成了。西博格和他的合作者，開始試圖制備和鑒定95和96號超鈾元素。他們的嘗試，直到錒系理論提出之后才獲得成功。

1944年，西博格提出了著名的重元素電子結構的“錒系理論”，認為比錒重的14種元素，作為5f過渡系列，在周期表中排列在鑭系（4f）之下；像鑭系元素一樣，更重的錒系元素很難氧化成+3價以上的氧化態。這年年底，他們成功分離和鑒別出95和96號新元素，后來被命名為镅和鋦。錒系理論得到證實。

二戰結束后，1946年6月，西博格返回伯克利擔任化學教授，隨他而來的還有一些芝加哥的同事，包括吉奧索（A.Ghioso）、貝爾曼（I.perlman）等。此后至1958年，西博格、吉奧索和其他合作者，制備和鑒別出97—102號超鈾元素。锫（Bk，97）和锎（Cf，98）是1949—1950年在伯克利60英寸回旋加速器制得的。1951年，西博格和麥克米倫共享諾貝爾化學獎，以表彰他們在超鈾元素研究方面的卓越貢獻。當年，西博格39歲。

99號和100號元素的發現，出乎人們的意料。③它們是從熱核反應裝置散落的碎片中產生的。1952年11月，在南太平洋埃尼威托克島洛斯阿拉莫斯科學實驗室建造這個裝置，并進行試驗。西博格的伯克利研究小組從這次爆炸的塵埃中分離并鑒別出這些新元素。美國阿貢國家實驗室和洛斯阿拉莫斯科學實驗室的科學家，證實了這些結果。西博格研究小組提議將這兩種元素命名為锿和鐨，以紀念偉大的科學家愛因斯坦和費米。接著，西博格和他的合作者，在1956年用60英寸回旋加速器制得鍆（101號），1958年在伯克利輻射實驗室用重離子線性加速器制得锘（102號）。根據錒系理論，可以預料，锘與鐿類似，應該存在比較穩定的+2價氧化態，通過強還原劑，能由+3價氧化態還原成+2價氧化態。而人們發現，+2價的锘不僅易得，它還是水溶液中最穩定的氧化態。

1946—1958年，他擔任核化學研究室主任，1956年任伯克利輻射實驗室副主任。除了超鈾元素的合成和化學性質研究外，核化學研究室發現了數十種新的同位素。1958—1961年，西博格任加州大學伯克利分校校長。1961年，肯尼迪總統任命西博格為原子能委員會主席。西博格全家移居華盛頓，盡管有些不情愿，但他渴望接受擔任美國原子能委員會主席這個新職位的挑戰。任期從1961年至1971年，超過任何一屆主席的任期，歷經肯尼迪、約翰遜、尼克松3位總統。1963年，他促成美、英、蘇三國簽署有限禁核試驗條約。在約翰遜、尼克松當政期間，原子能委員會在推動“核不擴散條約”的談判中，起了重要的作用。他強烈主張簽署更加廣泛的禁核試驗條約。積極支持、推動核能的和平利用。他對科學和數學的教學改革，也有非常濃厚的興趣，希望年輕人從事科學研究的職業。

1971年，西博格回到伯克利，被聘為加州大學校聘教授，繼續從事教學和科研，直到1979年。他先后指導了65名博士生。1982年到他去世，擔任由他創立的勞倫斯科學館的首任館長，向公眾普及科學知識，宣傳原子能的和平利用。西博格在整個科研生涯中，積極參與美國化學會的活動， 1976年美國化學會100年誕辰時，他被推選為主席。

除1951年諾貝爾化學獎，他一生獲得的榮譽和獎章無數。1947年，獲美國十大杰出青年稱號；1948年，當選美國科學院院士；1959年，獲美國原子能委員會費米獎章；1971年，獲法蘭西共和國十字勛章；1979年，獲普里斯特利獎；1985年，當選英國皇家學會外籍會員；1991年，獲美國國家科學獎；他獲得50多個榮譽博士學位；他是10多個國家科學院的外籍院士；1997年，106號元素被國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）正式命名為Seaborgium，對這項榮譽，西博格比諾貝爾化學獎還要珍視。他發表500余篇論文和大量的著作，獲40余項專利。1999年2月25日，西博格因中風與世長辭，享年87歲。

注釋

① D.C.Hoffman，Glenn Theodore Seaborg（1912-1999）[J].Biogr.Mems.Fell.R.Soc.， 2007.53：327-338.

② G.B.Kauffman， In Memoriam Glenn T. Seaborg （1912-1999） [J].Chem.，Educ.1999.4（2）：77-79.

③ 趙匡華.化學通史[M].北京：高等教育出版社，1993：290-293.