3月2日例会后，贝克勒尔又精心设计了一系列实验。他对这种铀盐晶体进行加热、冷冻、研成粉末、溶解在酸里等物理或化学上的加工，他发现只要化合物里含有铀元素，就有这种神奇的贯穿辐射。贝克勒尔还用纯金属铀做试验，发现它所产生的放射性要比硫酸双氧铀钾强三四倍。他把这种放射线称为“铀射线”。在5月18日的科学院例会上，贝克勒尔宣布，铀或铀盐会自发放射出射线（铀射线）。这是一种新的由原子自身产生的射线，这种射线的强度并不因为加热、冷却、粉碎、溶解等物理或化学上的影响而发生变化，换句话说，这种射线非常“我行我素”，不管外界对它施加何种影响，它始终如一地发出射线。贝克勒尔的这一重大发现和伦琴发现的X射线一起，敲响了人类迎接原子时代来临的钟声。
伟大的物理学家卢瑟福，有幸处于这样一个激动人心的时代，他被时代的精神鼓舞着，时刻准备投入到这场轰轰烈烈的革命中，去发现更多的未知世界！
“新武器”的发现
α射线是卢瑟福用以揭开原子内部奥秘的主要的也是关键性的武器。α射线在卢瑟福的科研生涯中起到了不可低估的作用，与这一核物理学家结下了不解之缘。
α射线的发现是和放射性的发现紧密相联的。贝克勒尔通过照相底片的感光现象发现了铀能辐射射线，后来玛丽·居里用“放射性”这个词来描述这一现象，并通过繁重而艰巨的劳动，用巧妙的分析方法，又发现了钍、钋、镭等物体也具有放射性。尽管有新的放射性元素陆续被发现，并且开始了实际的应用，那么这些具有放射性的物质所放出的射线具有什么性质呢？
伟大的物理学家卢瑟福在剑桥度过的最后一段日子里，主要的工作是鉴别铀所放射的各种射线究竟是什么，他在此期间进行了一系列的光辉实验。在实验中，卢瑟福注意到铀辐射也会引起空气游离，为了区别X射线和铀辐射，他想办法比较它们在穿透能力上的差别。他用铝片对铀辐射的射线进行吸收，在实验过程中，他发现了轴的辐射是复杂的，在它的辐射中至少存在两种不同类型的辐射——一种很容易吸收，另一种穿透力很强。卢瑟福从希腊文的“alphabata”的头几个字母的读法，称之为“alpha”和“bata”射线，读作“阿尔法”和“贝塔”，记作α和β射线。
继卢瑟福发现了α和β射线后，1900年人们发现铀的辐射中还有一种成分，其穿透本领比β射线还要强得多，在磁场中不受磁场作用而偏转，这说明这种射线是不带电的，这种辐射成分后来叫做γ射线。
α射线的奥秘
卢瑟福在刚刚发现α、β射线的时候，就意识到α射线是一种很重要的射线，因为它很容易被物质吸收，当证明了β射线是高速的电子流后，卢瑟福便集中精力于搞清α射线的本质的研究上。为此，他做了大量的实验，其中关键性的实验有两个，一个是电磁偏转实验，另一个是光谱实验。
卢瑟福在进行了大量的准备工作之后，决定进行一个重要的实验，只有这个实验才能验证组成α射线的α粒子，以及组成β射线的β粒子的带电性如何。
那是1903年的某一天，卢瑟福当时的实验条件非常艰苦，根本没有什么闪烁荧屏可观察射线的轨迹，更没有什么读数器之类的高级计数仪，当时卢瑟福手里有的只是一只简易的金箔验电器。然而，实验就在这样艰苦的条件下进行着，他让放射性物质铀放出的α、β射线经过一个大磁场后，最后到达金箔验电器。在实验中，卢瑟福发现，β射线在经过磁场后，径迹出现偏转，也就是说β射线能被磁场偏斜，但却没有见到α射线的径迹变化。但是，从实验的其他现象卢瑟福基本上确定了α射线是由快速运动的带正电荷的粒子组成的。那么，为什么α射线经过磁场后，它的运动径迹没有发生偏斜呢？卢瑟福仔细地分析了所有的实验结果，最后他想到其原因可能有两种：一种情况是α射线是由不带电荷的α粒子组成，因为我们很清楚地知道，只有带电粒子在磁场中才能发生偏转，既然α射线经过磁场没有发生偏转，就说明它不带电荷；另一种可能是α射线是带电荷的，而且它的动能很大，磁场的能量不足以能使它发生偏转。有了这样清晰的思路，卢瑟福便有的放矢地进行下一步的工作了。
卢瑟福让射线从放射源由下向上经过20片平行隔板到达验电器，而氢气由上向下通过平行隔板。氢气的作用非常重要，它可以抑制β射线和γ射线的游离作用，然后加磁场使射线偏转，这时α射线经过磁场后偏斜量的百分比与所加磁场的强度成正比例。为了判断α射线所带电荷的正负，在隔板上加一块多缝的金属板，遮去空隙的一部分，改变磁场的方向，总可以找到一个位置，使游离截止于更低的磁场，由此来判断α射线的电荷的极性。再在相邻隔板上加电压，又可使游离停止，这样，可以得到α粒子的速度和荷质比。从实验结果的一些证据分析看，卢瑟福已初步推断出α粒子是氦（He）原子。
1906年，卢瑟福在蒙特利尔西山西北高地买了一块土地，这地方面向山涧湖泊，风景秀丽宜人，他准备在这里建造一所住房，以便长期在麦克吉尔从事他的研究工作。但是，一个新的具有很大吸引力的聘任职务使他无法平静下来。曼彻斯特大学物理教授舒斯特因病退休，辞去了兰沃尔西物理讲座教授职务，学校决定请卢瑟福接任。1907年5月17日，卢瑟福先生告别了工作9年的蒙特利尔，于20日抵达英国，在这里开始走上他的科学新旅程。
卢瑟福在麦克吉尔大学工作的几年中，曾对α射线作了大量研究。到了曼彻斯特，他同盖革和马斯登等人愉快地合作，他们自己动手制作计数器，计数器的制作成功给他的研究带来了很大的帮助，使他的实验能够进入到定量的研究阶段。在盖革和马斯登等人的帮助下，使得对α粒子的计数，电荷的本质研究取得了突破性的成果。他们用一系列的科学实验雄辩地证实了“α粒子在失去电荷后就是一个氦原子”。
从1903年开始，卢瑟福着手研究α射线的本质，直到1908年，伟大的实验物理大师从未停止过自己的研究工作，到了曼彻斯特，他在助手们的帮助下又开始了新的重要实验——光谱实验，他要进一步地用光谱分析的方法来确定α射线的成分。
他的实验装置主要是一个α射线管，管的玻璃壁极薄，只有0.01毫米厚，管径约1.27毫米，内封装有镭射气。镭射气能够发射α粒子，α粒子可以穿过玻璃壁而射气不能。α射线管外面套一层玻璃管收集α粒子。然后让系统放置两天，等α粒子收集足够多后，用水银把α粒子通过时形成的气体压缩到放电管中。果然，从放电管得到的光谱显示氦黄线。为了排除怀疑，卢瑟福把原来放镭气的管用氦气充满，在相同的条件下观察放电管的谱线，却找不到氦黄线。这就可以肯定，薄玻璃壁是漏不出氦原子的。这样，卢瑟福用可靠的实验事实证明了α粒子是带正电的氦原子。
通过实验，卢瑟福掌握了α粒子的本质、性质和作用。α射线是一种吸收率高、穿透力弱的粒子流，在磁场或电场中不会产生偏斜，卢瑟福称它为“未被一个磁场或电场产生出可鉴别的偏斜的射线”。形成射线的α粒子是以很大速度抛射的电荷物质，具有较高的能量，确切地说，α粒子是带电的氦原子。就是这样，经过繁重而艰巨的劳动，经过长年不懈的努力，卢瑟福对α射线的性质得到了全面而准确的了解，并确认α射线在放射性中所起的作用是非常重要的。于是，他选择了α射线这一关键性的武器来揭开原子的内在奥秘。
在多年的α粒子性质的探测实验中，卢瑟福不止一次地发现α射线被物质阻滞和散射的问题。在1904年～1905年的许多实验中，让α射线通过不同厚度的空气和金箔后，α射线的速度会渐渐地慢下来，并且在磁场中的偏斜的曲率半径不是变大而是变小了，而且他还发现了α射线通过空气的谱线较宽并缺乏明显界限。所有这些新出现的问题都不能不引起卢瑟福的思考，他准备做新的实验来解决这些问题。