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居里夫人對已知的化學元素和所有的化合物進行了全面的檢查，獲得了重要的發(fā)現(xiàn)在：一種叫做釷的元素也能自動發(fā)出看不見的射旅告輪線來，這說明元素能發(fā)出射線的現(xiàn)象決不僅僅是鈾的特性，而是有些元素的共同特性。她把這種現(xiàn)象稱為放射性，把有這種性質的元素叫做放射性元素。它們放出的射線就叫“放射線”。她還根據(jù)實驗結果預料：含有鈾和釷的礦物一定有放射性；不含鈾和釷的礦物一定沒有放射性。儀器檢查完全驗證了她的預測。她排除了那些不含放射性元素的礦物，集中研究那些有放射性的礦物，并精確地測量元素的放射性強度。在實驗中，她發(fā)現(xiàn)一種瀝青鈾礦的放射性強度比預計的強度大得多，這說明實驗的礦物中含有一種人們未知的新放射性元素，且這種元素的含量一定很少，因為這種礦物早已被許多化學家精確地分析過了。她果斷地在實驗報告中宣布了自己的發(fā)現(xiàn)，并努力要通過實驗證實它。在這關鍵的時刻，她的丈夫比埃爾·居里也意識到了妻子的發(fā)現(xiàn)的重要性，停下了自己關于結晶體的研究，來和她一道研究這種新元素。經(jīng)過幾個月的努力，他們從礦石中分離出了一種同鉍混合在一起的物質，它的放射性強度遠遠超過鈾，這就是后來被列在元素周期表上第84位的釙。幾個月以后，他們又發(fā)現(xiàn)了另一種新元素，并把它取名為鐳。但是，居里夫婦并沒有立即獲得成功的喜悅。當拿到了一點點新元素的化合物時，他們發(fā)現(xiàn)原來所做的估計太樂觀了。事實上，礦石中鐳的含量還不到百萬分之一。只是由于這種混合物的放射性極強，所以含有微量鐳鹽的物質表現(xiàn)出比鈾要強幾百倍的放射性。
科學的道路從來就不平坦。釙和鐳的發(fā)現(xiàn)，以及這些放射性新元素的特性，動搖友租了幾世紀以來的一些基本理論和基本概念?？茖W家們歷來都認為，各種元素的原子是物質存在的最小單元，原子是不可分割的、不可改變的。按照傳統(tǒng)的觀點是無法解釋釙和鐳這些放射性元素所發(fā)出的放射線的。因此，無論是物理學家，還是化學家，雖然對居里夫人的研究工作都感到有興趣，但是心中都有疑問。尤其是化學家們的態(tài)度更為嚴謹。為了最終證實這一科學發(fā)現(xiàn)，也為了進一步研究鐳的各種性質，居里夫婦必須從瀝青礦石中分離出更多的、并且是純凈的鐳鹽。
一切未知的世界都是神秘的。在分離新元素的研究工作開始時，他們并不知道新元素的任何化學性質。尋找新元素的唯一線索是它有很強的放射性。他們據(jù)此創(chuàng)造了一種新的化學分析方法。但是他們沒有錢，沒有真正的實驗室，只有一拆信些自己購買或設計的簡單的儀器。他們出于工作效率的考慮，分頭開展研究。由居里先生試驗確定鐳的特性；居里夫人則繼續(xù)提煉純鐳鹽。
1902年年底，居里夫人提煉出了十分之一克極純凈的氯化鐳，并準確地測定了它的原子量。從此鐳的存在得到了證實。鐳是一種極難得到的天然放射性物質，它的形體是有光澤的、象細鹽一樣的白色結晶。在光譜分析中，它與任何已知的元素的譜線都不相同。鐳雖然不是人類第一個發(fā)現(xiàn)的放射性元素，但卻是放射性最強的元素。利用它的強大放射性，能進一步查明放射線的許多新性質。以使許多元素得到進一步的實際應用。醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)，鐳射線對于各種不同的細胞和組織，作用大不相同，那些繁殖快的細胞，一經(jīng)鐳的照射很快都被破壞了。這個發(fā)現(xiàn)使鐳成為治療癌癥的有力手段。癌瘤是由繁殖異常迅速的細胞組成的，鐳射線對于它的破壞遠比周圍健康組織的破壞作用大的多。這種新的治療方法很快在世界各國發(fā)展起來。在法蘭西共和國，鐳療術被稱為居里療法。鐳的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了物理學的基本原理，對于促進科學理論的發(fā)展和在實際中的應用，都有十分重要的意義。