張清建

摘 要 西博格（1912-1999），核科學(xué)家，1951年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主，因發(fā)現(xiàn)9種超鈾元素、提出錒系理論而聞名于世。本文簡(jiǎn)要論述他的生平和成就。

關(guān)鍵詞 核科學(xué) 西博格 超鈾元素

中圖分類號(hào)：GO616 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)密歇根州的艾斯佩明鎮(zhèn)。他的祖父母是來(lái)自瑞典的移民；父親（Herman Theodore Seaborg）1880年在艾斯佩明鎮(zhèn)出生；母親（Selma Eriksson）出生在瑞典南部， 1904年移居到艾斯佩明鎮(zhèn)，那年她17歲。在1908年6月24日的瑞典仲夏節(jié)的郊游中，他的父母相識(shí)，3年后，即1911年6月24日的瑞典仲夏節(jié)，二人結(jié)為伉儷。

艾斯佩明鎮(zhèn)，多數(shù)人都操瑞典語(yǔ)。他的父親說(shuō)一口流利的瑞典語(yǔ)，瑞典語(yǔ)本是他母親的母語(yǔ)，自然瑞典語(yǔ)就成了他們的家庭用語(yǔ)，在會(huì)說(shuō)英語(yǔ)之前他就學(xué)會(huì)了瑞典語(yǔ)。10歲時(shí)，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(jī)會(huì)，但西博格始終都沒有忘記他在艾斯佩明鎮(zhèn)的根，并為他的瑞典血統(tǒng)感到自豪。他的父親，原在艾斯佩明鎮(zhèn)的一家鐵廠擔(dān)任機(jī)械師，在加州卻從未找到過(guò)永久性職業(yè)，家庭經(jīng)濟(jì)非常窘迫。很小的時(shí)候，西博格就靠送報(bào)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(xué)就讀。因?yàn)槭艿嚼砘蠋熇锏拢―.L.Reid）的鼓勵(lì)，他對(duì)物理和化學(xué)這兩門課程，特別感興趣。1929年中學(xué)畢業(yè)，他作為畢業(yè)生代表在畢業(yè)典禮上致告別辭。他的第一份工作，是在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)里做搬運(yùn)工。隨后，在費(fèi)爾斯通（Firestone）輪胎和橡膠公司當(dāng)實(shí)驗(yàn)員，賺取他在加州大學(xué)洛杉磯分校一年級(jí)的生活費(fèi)用。在1929年經(jīng)濟(jì)大蕭條時(shí)期，上加州大學(xué)洛杉磯分校，是他的最佳選擇，因?yàn)樗敲赓M(fèi)的公立學(xué)校。他住在家里，他和朋友到離家20英里的學(xué)校上學(xué)。他做過(guò)很多種工作，掙錢養(yǎng)活自己。他決定主修化學(xué)，而不是他同樣非常喜歡的物理學(xué)。他認(rèn)為，化學(xué)會(huì)給他帶來(lái)更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。在大學(xué)的最后一年，他對(duì)核物理和核化學(xué)的最新進(jìn)展尤其感興趣。1933年獲化學(xué)學(xué)士學(xué)位后，他繼續(xù)留在大學(xué)一年，修了幾門物理學(xué)課程，同時(shí)準(zhǔn)備進(jìn)一步深造。由于加州大學(xué)洛杉磯分?；瘜W(xué)系，尚未招收研究生，他選擇到加州大學(xué)伯克利分校攻讀學(xué)位，希望能在著名化學(xué)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(dāng)時(shí)任化學(xué)系主任；勞倫斯在1930年代發(fā)明回旋加速器，1939年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1934年8月，西博格到加州大學(xué)伯克利分校讀研究生。他后來(lái)描述該大學(xué)當(dāng)時(shí)的氛圍時(shí)說(shuō)道：“它使人興奮，富有魅力”。他選修了不少知名教授開設(shè)的化學(xué)課程。1937年春，獲化學(xué)博士學(xué)位，論文是關(guān)于快中子的非彈性散射研究。當(dāng)時(shí)正值大蕭條最難熬的時(shí)期，找到合適的工作崗位非常困難。但幸運(yùn)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(fā)表了幾篇論文。西博格一直認(rèn)為路易斯是20世紀(jì)的科學(xué)天才，對(duì)這位偉大的導(dǎo)師總是表現(xiàn)出由衷的敬佩。1939年，西博格成為加州大學(xué)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(xué)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(fā)現(xiàn)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(yī)學(xué)領(lǐng)域。這段經(jīng)歷，最終導(dǎo)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(lái)到伯克利，就開始密切關(guān)注意大利費(fèi)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(jìn)展。費(fèi)米等人用中子轟擊鈾，產(chǎn)生他們自認(rèn)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(fā)現(xiàn)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(dāng)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(guò)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(xué)方法分離和鑒別出93號(hào)元素，命名為镎（Neptunium）。麥克米倫準(zhǔn)備尋找更重的超鈾元素，但不久被征召到麻省理工學(xué)院從事戰(zhàn)時(shí)研究。西博格接受麥克米倫的建議，繼續(xù)從事94號(hào)元素的搜索。1942年2月，西博格帶領(lǐng)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(fā)現(xiàn)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(jià)值，這些成果在二戰(zhàn)結(jié)束后的1946年才公開發(fā)表。這些發(fā)現(xiàn)，促使美國(guó)政府決定建造生產(chǎn)钚的核反應(yīng)堆，用于美國(guó)的原子彈計(jì)劃。1942年4月，西博格到芝加哥大學(xué)冶金實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)钚的化學(xué)提取和純化工作。西博格的化學(xué)小組，在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)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(shù)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(jié)婚，格里格斯當(dāng)時(shí)是勞倫斯的秘書。兩人的婚姻，持續(xù)56年。西博格總是憐愛地稱格里格斯是他一生發(fā)現(xiàn)中最美的發(fā)現(xiàn)。他們養(yǎng)育6個(gè)子女。她是他最忠實(shí)的伴侶，不僅陪伴他外出旅行，也陪伴他參加各種討論會(huì)。

到1944年，用化學(xué)方法提純钚，從根本上講已經(jīng)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(hào)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(jié)構(gòu)的“錒系理論”，認(rèn)為比錒重的14種元素，作為5f過(guò)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(jià)以上的氧化態(tài)。這年年底，他們成功分離和鑒別出95和96號(hào)新元素，后來(lái)被命名為镅和鋦。錒系理論得到證實(shí)。

二戰(zhàn)結(jié)束后，1946年6月，西博格返回伯克利擔(dān)任化學(xué)教授，隨他而來(lái)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(hào)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(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們?cè)诔櫾匮芯糠矫娴淖吭截暙I(xiàn)。當(dāng)年，西博格39歲。

99號(hào)和100號(hào)元素的發(fā)現(xiàn)，出乎人們的意料。③它們是從熱核反應(yīng)裝置散落的碎片中產(chǎn)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(xué)實(shí)驗(yàn)室建造這個(gè)裝置，并進(jìn)行試驗(yàn)。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(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和洛斯阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，證實(shí)了這些結(jié)果。西博格研究小組提議將這兩種元素命名為锿和鐨，以紀(jì)念偉大的科學(xué)家愛因斯坦和費(fèi)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(hào)），1958年在伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室用重離子線性加速器制得锘（102號(hào)）。根據(jù)錒系理論，可以預(yù)料，锘與鐿類似，應(yīng)該存在比較穩(wěn)定的+2價(jià)氧化態(tài)，通過(guò)強(qiáng)還原劑，能由+3價(jià)氧化態(tài)還原成+2價(jià)氧化態(tài)。而人們發(fā)現(xiàn)，+2價(jià)的锘不僅易得，它還是水溶液中最穩(wěn)定的氧化態(tài)。

1946—1958年，他擔(dān)任核化學(xué)研究室主任，1956年任伯克利輻射實(shí)驗(yàn)室副主任。除了超鈾元素的合成和化學(xué)性質(zhì)研究外，核化學(xué)研究室發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種新的同位素。1958—1961年，西博格任加州大學(xué)伯克利分校校長(zhǎng)。1961年，肯尼迪總統(tǒng)任命西博格為原子能委員會(huì)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(dān)任美國(guó)原子能委員會(huì)主席這個(gè)新職位的挑戰(zhàn)。任期從1961年至1971年，超過(guò)任何一屆主席的任期，歷經(jīng)肯尼迪、約翰遜、尼克松3位總統(tǒng)。1963年，他促成美、英、蘇三國(guó)簽署有限禁核試驗(yàn)條約。在約翰遜、尼克松當(dāng)政期間，原子能委員會(huì)在推動(dòng)“核不擴(kuò)散條約”的談判中，起了重要的作用。他強(qiáng)烈主張簽署更加廣泛的禁核試驗(yàn)條約。積極支持、推動(dòng)核能的和平利用。他對(duì)科學(xué)和數(shù)學(xué)的教學(xué)改革，也有非常濃厚的興趣，希望年輕人從事科學(xué)研究的職業(yè)。

1971年，西博格回到伯克利，被聘為加州大學(xué)校聘教授，繼續(xù)從事教學(xué)和科研，直到1979年。他先后指導(dǎo)了65名博士生。1982年到他去世，擔(dān)任由他創(chuàng)立的勞倫斯科學(xué)館的首任館長(zhǎng)，向公眾普及科學(xué)知識(shí)，宣傳原子能的和平利用。西博格在整個(gè)科研生涯中，積極參與美國(guó)化學(xué)會(huì)的活動(dòng)， 1976年美國(guó)化學(xué)會(huì)100年誕辰時(shí)，他被推選為主席。

除1951年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他一生獲得的榮譽(yù)和獎(jiǎng)?wù)聼o(wú)數(shù)。1947年，獲美國(guó)十大杰出青年稱號(hào)；1948年，當(dāng)選美國(guó)科學(xué)院院士；1959年，獲美國(guó)原子能委員會(huì)費(fèi)米獎(jiǎng)?wù)拢?971年，獲法蘭西共和國(guó)十字勛章；1979年，獲普里斯特利獎(jiǎng)；1985年，當(dāng)選英國(guó)皇家學(xué)會(huì)外籍會(huì)員；1991年，獲美國(guó)國(guó)家科學(xué)獎(jiǎng)；他獲得50多個(gè)榮譽(yù)博士學(xué)位；他是10多個(gè)國(guó)家科學(xué)院的外籍院士；1997年，106號(hào)元素被國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）正式命名為Seaborgium，對(duì)這項(xiàng)榮譽(yù)，西博格比諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)還要珍視。他發(fā)表500余篇論文和大量的著作，獲40余項(xiàng)專利。1999年2月25日，西博格因中風(fēng)與世長(zhǎng)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(xué)通史[M].北京：高等教育出版社，1993：290-293.