轰击靶核“炮弹”的变迁

轰击靶核“炮弹”的变迁

自从1911年英国物理学家卢瑟福(1891—1937)，通过α粒子散射实验，判断原子是由带正电的原子核和带负电的电子所构成，提出了有核原子模型以后，人们对原子核的奥秘极感兴趣，逐渐产生了一种人为变革原子核的欲望。首先是卢瑟福作了大胆的探索。他认为，既然自然界的一些重元素都能自发地放射出射线而蜕变为另一种元素，那么轻元素在极强的外部力作用下，也应当发生蜕变。在这种思想指导下，1919年6月卢瑟福使用天然放射源放射出α粒子作“炮弹”去轰击氮核。结果表明，氮原子核受α粒子撞击后蜕变为氧，并释放出质子。这是人类第一次实现了原子核的人工嬗变，从而找到了一条人为变革原子核的路途。而α粒子作为实现人工嬗变的“炮弹”也显示出它的威力。

1932年，英国的查得威克利用α粒子轰击玻元素而发现了中子。1934年，约里奥·居里夫妇，又在利用α粒子轰击铝核时，作出了人工放射性的重大发现。因此，这更加激发了人们揭开原子核奥秘的热情。

但是人们很快就发现“炮弹”α粒子并不象想象的那样威力无穷，一些轻元素在高速的α粒子的轰击下会具有放射性，但对于重元素，α粒子就不起作用了。另外，按理论上分析，元素嬗变时，应释放出大量的能量，但实际中经核反应所得到的能量反而少于为产生核反应所消耗的能量。人们按习惯的想法认为这是因为能量不够，但利用更强的α粒子流轰击靶核时，仍然如此。这使得人们对原子核能的研究和探索陷入了困境，一些有名的大科学家也悲观失望了。卢瑟福就曾说过：“我们不能指望通过这种途径来取得能量。这种生产能的方法是极端可怜的，效率也是极低的。……通过原子的变换去探索能源，那简直是无稽之谈。”

当时人们的想法只是集中在“炮弹”本身的能量和特性问题上，而没有想到转变一下思路，改换一下“炮弹”。本来很简单的问题，往往会因为人们的固执己见，思路单一，而难于冲出困境。经历了一段徘徊之后，被誉为“打入原子新大陆的领航员”的意大利科学家费米(E·Fermi，1901—1954)首先冲破了旧观念的束缚。他改变了思路，把注意力投入到“炮弹”的改换问题上。他一改人们一直沿用的α粒子作“炮弹”的作法，而率先使用中子作“炮弹”，在轰击重元素上一“炮”打响了。原来，用α粒子作“炮弹”轰击“靶子”时，中靶的几率很少，大约每百万个α粒子轰击靶核只有一个击中靶核。因为α粒子与原子核都带正电，α粒子要消耗很大能量来克服原子核与α粒子之间的排斥力，排斥力又阻碍了α粒子接近靶核。费米改用不带电的中子作“炮弹”，就避免了这个问题，从而取得一系列重大成果。