“超铀元素”的插曲

居里夫妇发现镭的放射性之后不久，物理学家卢瑟福(1871—1937年)发现镭辐射出的射线可分为两类:α射线和β射线(后来别人又发现γ射线)。卢瑟福认为，放射性元素在辐射时会自然地变成另一种元素。这种革命性的理论对原子结构的认识具有重要的意义。

进一步的研究知道，α射线是一种高速的原子核粒子——氦粒子，β射线是一种高速的电子流，γ射线是光子流。它们常常作为原子核物理学家手中的“利器”，这也是分析微观粒子的重要工具。

随着对原子内部结构的认识不断加深，人们首先注意到放射性原子释放的能量。根据，放射性原子释放的能量守恒定律，能量不能凭空创造。贝克勒尔认为，在原子内部的某个地方有一种能源，人们尚不能认识它的真实面目。

为了对原子有更深入的认识，人们尝试着将原子击破。最早的尝试也是卢瑟福进行的。首次获得成功是在1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，使氮核转变为氧－17，并放出一个质子。卢瑟福发现，并非只有放射性原子内部存在某种能源，所有原子内部都蕴藏着巨大的能量。这种说法差不多是显而易见的。原子核的空间非常小，要将众多的核子紧紧地束缚在原子核内，这是需要极大的核力的。铀和钍放射性原子缓慢地将能量释放出来，这与一般的原子是有些不同的。

其实，关于原子内部的能量早就有人作了合理的猜测。1899年，美国科学家钱伯林(1843—1928年)估计，太阳释放出如此巨大的能量可能与物质的放射性有关。当然，这时人们对原子结构的认识还非常模糊，“原子内部”和“原子内部的能量”的说法几乎不具有什么实际意义。甚至卢瑟福在作完轰击氮核的实验之后，由于所消耗的能量远远大于原子核释放的能量，他认为，从原子核中获取能量只是一种幻想。

中子发现后，由于中子不带电，中子就成为一种很好的“子弹”。中子射入原子核不会像α粒子(带2个电子的电量，且为正电)那样产生排斥。中子与原子核的结合称作“中子俘获”现象。意大利物理学家费米(1901—1954年)最早进行了“中子俘获”的实验。值得指出的是，为了提高俘获中子的效率，中子跑得越慢，中子在原子核近旁的时间就越长，它也就越容易受到原子核的吸引而被俘获。所以，慢中子被俘获的可能更大。费米是最先发现慢中子的用处的。如何减小中子的速度呢?中子不带电，用电磁的办法是行不通的。但是人们发现，当中子碰到很大的原子核时，中子弹开时的速度几乎是不变的;当中子碰到比自己大不了多少的原子核时，原子核就会被中子撞得后退，并吸收了一部分中子的能量，中子弹开时的能量就会减小，速度会放慢。使中子速度变慢的原子核就被称作“减速剂”。空气中分子的能量取决于温度，中子速度减小到与室温相当的空气分子运动的速度差不多时，中子与室温下的空气分子能量也差不多，所以这样的中子就被称作“热中子”。

1934年，费米利用中子轰击铀核。铀是当时已知元素中原子序数最高的元素。费米的实验在于得到比铀的原子序数更高的元素，这种元素被称作“超铀元素”。

从理论上说，用中子轰击铀核，铀核俘获一个中子之后会发生β衰变。这就是说，中子释放一个带负电的电子而变成质子，进而使元素的原子序数增加1，即得到第93号元素。依法炮制，我们还可以得到第94号元素、第95号元素、……所以利用中子可以制造新元素。

费米和他的同事进行了用中子轰击铀核的实验，果然发现铀核俘获中子后释放出β射线。这是否就意味得到第93号元素呢?如果是，这就是一个重大的发现。意大利人迫不及待地将此公布了出来。

面对新的发现，有一位科学家非常冷静。这就是德国女化学家诺达克。她大胆地提出了不同的看法。一方面，她认为超铀元素的发现并没有充分的证据;另一方面，铀核俘获中子后，铀核很可能会破裂成碎片。诺达克的看法非常有价值，她首次提出了核分裂的看法。遗憾的是，人们并未认真对待诺达克的看法，甚至她本人也没有去作一作这个实验，看看实际上会不会产生“碎片”。相反，多数人推测，诺达克的看法就像是用一个小小的棒球撞击一座房子，它怎么能将房子击碎呢?!

不管怎样，费米的实验是非常重要的，并得到许多人的支持。