西博格及其对核科学的贡献

张清建

摘 要 西博格（1912-1999），核科学家，1951年诺贝尔化学奖得主，因发现9种超铀元素、提出锕系理论而闻名于世。本文简要论述他的生平和成就。

关键词 核科学 西博格 超铀元素

中图分类号：GO616 文献标识码：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日生于美国密歇根州的艾斯佩明镇。他的祖父母是来自瑞典的移民；父亲（Herman Theodore Seaborg）1880年在艾斯佩明镇出生；母亲（Selma Eriksson）出生在瑞典南部， 1904年移居到艾斯佩明镇，那年她17岁。在1908年6月24日的瑞典仲夏节的郊游中，他的父母相识，3年后，即1911年6月24日的瑞典仲夏节，二人结为伉俪。

艾斯佩明镇，多数人都操瑞典语。他的父亲说一口流利的瑞典语，瑞典语本是他母亲的母语，自然瑞典语就成了他们的家庭用语，在会说英语之前他就学会了瑞典语。10岁时，全家搬到加里福利亚州的洛杉矶附近。他的母亲想让儿子开阔视野，以便获得更多的机会，但西博格始终都没有忘记他在艾斯佩明镇的根，并为他的瑞典血统感到自豪。他的父亲，原在艾斯佩明镇的一家铁厂担任机械师，在加州却从未找到过永久性职业，家庭经济非常窘迫。很小的时候，西博格就靠送报纸、整理草坪和打零工挣取零花钱。①

西博格在洛杉矶郊外的一所中学就读。因为受到理化老师里德（D.L.Reid）的鼓励，他对物理和化学这两门课程，特别感兴趣。1929年中学毕业，他作为毕业生代表在毕业典礼上致告别辞。他的第一份工作，是在一个仓库里做搬运工。随后，在费尔斯通（Firestone）轮胎和橡胶公司当实验员，赚取他在加州大学洛杉矶分校一年级的生活费用。在1929年经济大萧条时期，上加州大学洛杉矶分校，是他的最佳选择，因为它是免费的公立学校。他住在家里，他和朋友到离家20英里的学校上学。他做过很多种工作，挣钱养活自己。他决定主修化学，而不是他同样非常喜欢的物理学。他认为，化学会给他带来更多的就业机会。在大学的最后一年，他对核物理和核化学的最新进展尤其感兴趣。1933年获化学学士学位后，他继续留在大学一年，修了几门物理学课程，同时准备进一步深造。由于加州大学洛杉矶分校化学系，尚未招收研究生，他选择到加州大学伯克利分校攻读学位，希望能在著名化学家路易斯（G.N.Lewis）和核物理的年轻新秀劳伦斯（E.O.Lawrence）手下工作。路易斯当时任化学系主任；劳伦斯在1930年代发明回旋加速器，1939年获诺贝尔物理学奖。

1934年8月，西博格到加州大学伯克利分校读研究生。他后来描述该大学当时的氛围时说道：“它使人兴奋，富有魅力”。他选修了不少知名教授开设的化学课程。1937年春，获化学博士学位，论文是关于快中子的非弹性散射研究。当时正值大萧条最难熬的时期，找到合适的工作岗位非常困难。但幸运的是，路易斯要求西博格留在伯克利，做他的私人研究助手。他们共同发表了几篇论文。西博格一直认为路易斯是20世纪的科学天才，对这位伟大的导师总是表现出由衷的敬佩。1939年，西博格成为加州大学伯克利分校的讲师，1941年被提升为助理教授。②这期间，他与物理学家里温固德（J.J.Livingood）合作，使用新装备的37英寸回旋加速器，制备并发现了几十种新的同位素。许多同位素如I-131，至今仍广泛用于核医学领域。这段经历，最终导致他走上探索超铀元素的道路，这也是他一生感兴趣的研究工作。

西博格自来到伯克利，就开始密切关注意大利费米（E.Fermi）小组和柏林哈恩（O.Hahn） 、迈特纳（L.Meitner）小组的“超铀元素”研究进展。费米等人用中子轰击铀，产生他们自认为的“超铀元素”。他们的成果，在伯克利的核研讨班上被广泛讨论。1939年1月，柏林小组发现核裂变的消息传到伯克利，麦克米伦（E.M.McMillan） 和艾贝森（P. Abelson）当即在伯克利新的60英寸回旋加速器上，研究中子轰击铀的裂变过程。出乎意料的是，他们制备并鉴定出第一种真正的超铀元素。他们用化学方法分离和鉴别出93号元素，命名为镎（Neptunium）。麦克米伦准备寻找更重的超铀元素，但不久被征召到麻省理工学院从事战时研究。西博格接受麦克米伦的建议，继续从事94号元素的搜索。1942年2月，西博格带领他的研究小组，用氘核轰击铀制得同位素钚-238。随后，又制备出新的同位素钚-239，发现它很容易引起核的裂变。由于具有潜在的核武器方面的军事价值，这些成果在二战结束后的1946年才公开发表。这些发现，促使美国政府决定建造生产钚的核反应堆，用于美国的原子弹计划。1942年4月，西博格到芝加哥大学冶金实验室领导钚的化学提取和纯化工作。西博格的化学小组，在实验研究基础上，不久获得了成功。很快在田纳西州、汉福特、华盛顿，制备出数千克钚，足够用于制造两颗原子弹。

1942年6月，西博格和格里格斯（Helen Lucille Griggs）结婚，格里格斯当时是劳伦斯的秘书。两人的婚姻，持续56年。西博格总是怜爱地称格里格斯是他一生发现中最美的发现。他们养育6个子女。她是他最忠实的伴侣，不仅陪伴他外出旅行，也陪伴他参加各种讨论会。

到1944年，用化学方法提纯钚，从根本上讲已经大功告成了。西博格和他的合作者，开始试图制备和鉴定95和96号超铀元素。他们的尝试，直到锕系理论提出之后才获得成功。

1944年，西博格提出了著名的重元素电子结构的“锕系理论”，认为比锕重的14种元素，作为5f过渡系列，在周期表中排列在镧系（4f）之下；像镧系元素一样，更重的锕系元素很难氧化成+3价以上的氧化态。这年年底，他们成功分离和鉴别出95和96号新元素，后来被命名为镅和锔。锕系理论得到证实。

二战结束后，1946年6月，西博格返回伯克利担任化学教授，随他而来的还有一些芝加哥的同事，包括吉奥索（A.Ghioso）、贝尔曼（I.perlman）等。此后至1958年，西博格、吉奥索和其他合作者，制备和鉴别出97—102号超铀元素。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，西博格和麦克米伦共享诺贝尔化学奖，以表彰他们在超铀元素研究方面的卓越贡献。当年，西博格39岁。

99号和100号元素的发现，出乎人们的意料。③它们是从热核反应装置散落的碎片中产生的。1952年11月，在南太平洋埃尼威托克岛洛斯阿拉莫斯科学实验室建造这个装置，并进行试验。西博格的伯克利研究小组从这次爆炸的尘埃中分离并鉴别出这些新元素。美国阿贡国家实验室和洛斯阿拉莫斯科学实验室的科学家，证实了这些结果。西博格研究小组提议将这两种元素命名为锿和镄，以纪念伟大的科学家爱因斯坦和费米。接着，西博格和他的合作者，在1956年用60英寸回旋加速器制得钔（101号），1958年在伯克利辐射实验室用重离子线性加速器制得锘（102号）。根据锕系理论，可以预料，锘与镱类似，应该存在比较稳定的+2价氧化态，通过强还原剂，能由+3价氧化态还原成+2价氧化态。而人们发现，+2价的锘不仅易得，它还是水溶液中最稳定的氧化态。

1946—1958年，他担任核化学研究室主任，1956年任伯克利辐射实验室副主任。除了超铀元素的合成和化学性质研究外，核化学研究室发现了数十种新的同位素。1958—1961年，西博格任加州大学伯克利分校校长。1961年，肯尼迪总统任命西博格为原子能委员会主席。西博格全家移居华盛顿，尽管有些不情愿，但他渴望接受担任美国原子能委员会主席这个新职位的挑战。任期从1961年至1971年，超过任何一届主席的任期，历经肯尼迪、约翰逊、尼克松3位总统。1963年，他促成美、英、苏三国签署有限禁核试验条约。在约翰逊、尼克松当政期间，原子能委员会在推动“核不扩散条约”的谈判中，起了重要的作用。他强烈主张签署更加广泛的禁核试验条约。积极支持、推动核能的和平利用。他对科学和数学的教学改革，也有非常浓厚的兴趣，希望年轻人从事科学研究的职业。

1971年，西博格回到伯克利，被聘为加州大学校聘教授，继续从事教学和科研，直到1979年。他先后指导了65名博士生。1982年到他去世，担任由他创立的劳伦斯科学馆的首任馆长，向公众普及科学知识，宣传原子能的和平利用。西博格在整个科研生涯中，积极参与美国化学会的活动， 1976年美国化学会100年诞辰时，他被推选为主席。

除1951年诺贝尔化学奖，他一生获得的荣誉和奖章无数。1947年，获美国十大杰出青年称号；1948年，当选美国科学院院士；1959年，获美国原子能委员会费米奖章；1971年，获法兰西共和国十字勋章；1979年，获普里斯特利奖；1985年，当选英国皇家学会外籍会员；1991年，获美国国家科学奖；他获得50多个荣誉博士学位；他是10多个国家科学院的外籍院士；1997年，106号元素被国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）正式命名为Seaborgium，对这项荣誉，西博格比诺贝尔化学奖还要珍视。他发表500余篇论文和大量的著作，获40余项专利。1999年2月25日，西博格因中风与世长辞，享年87岁。

注释

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 赵匡华.化学通史[M].北京：高等教育出版社，1993：290-293.