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1898年12月，居里夫人又根据实验事实宣布，她发现了第二种放射性元素，这种新元素的放射性比钋还强，她把这种元素定名为“镭”。可是，当时谁也不敢确认她发现的这种新元素。因为按化学家的传统观念，一个科学家在宣布他发现新元素时，必须拿出实物来，并精确地测出它的原子量。而居里夫人的手里既没有镭的样品，也没有它的原子量。为了让同行们看到真实的样品镭，居里夫人需要在藏有钋和镭的沥青铀矿里去提炼，而当时这种矿物很昂贵。对于生活本来很清贫的居里夫妇来说，无法用足够的钱去购买。经过无数次周折，奥地利政府决定馈赠一吨残矿渣给居里夫妇，并答应若他们将来再需要的话，可以在最优惠的条件下供应。于是，居里夫人有了原料来源，他们夫妻日以继夜地在小屋里提炼，从1898年一直工作到1902年，整整4年时间，经过几万次的提炼，处理了几十吨的矿石残渣，他们终于得到了0.1克的镭，测定出它的原子量是225，镭宣告诞生了！居里夫妇证实了镭元素的存在，使全世界都关注放射性现象，掀起了一股放射性物理的研究和应用热潮。镭的实现在科学界爆发了一次真正的革命，动摇了传统物理学观念。居里夫人以《放射性物质的研究》为题，完成了博士论文。1903年，她获得了巴黎大学物理学博士学位。之后，她与丈夫双双获得诺贝尔物理学奖。人们称她为“镭的母亲”。为了找到镭，居里夫人的体重整整减了14斤。又由于长期接触放射性元素，她得了严重的贫血症。1906年，她的丈夫由于车祸去世后，她克制了巨大的悲痛，仍然坚持对放射性物质的研究，并撰写了《放射性通论》一书。