撬开“核裂变大门”的人

在德国柏林威廉皇家研究院从事中子轰击铀核研究工作的物理化学家哈恩，对伊伦·居里的实验结果发生了浓厚兴趣，他和斯特拉斯曼在杂志上看到她的论文之后，立即重新做了一系列实验。谁也没有料到，正是伊伦·居里的这一实验结果激发了哈恩和他的同事的灵感。历史向哈恩提供了难逢的机遇，哈恩则奋力地抓住它，“铀核裂变之门”正在为哈恩开启。

1938年，哈恩和斯特拉斯曼用慢中子来轰击铀核，经过一系列精细的实验，他们在铀的生成物中找到一种放射性物质，其放射性的半衰期为4小时，接近3.5小时，不过，这种新的放射性物质的化学性质与镧不同，而与钡类似。但是，钡的原子序数是56，处于元素周期表的中间位置。他们当时无法确认它就是>钡。从他们已经形成的判断来看，这只能是与钡属于同一族的镭（原子序数88），所以他们想或许是镭的一种尚未发现的同位素。可是，费尽九牛二虎之力，就是无法从钡中分离出带放射性的镭，那种放射性总是伴随着钡。他们只好承认它是钡，而不是镭。这一异乎寻常的情况：慢中子轰击铀核，反应不仅迅速强烈，释放出很高的能量，而且铀核分裂成为原子序数小得多的、更轻的物质成分，哈恩甚至怀疑这又是一次失败。哈恩重做了有关的实验，并且确信铀核被中子轰击后，出现的确是钡、镧等一些与铀元素相距甚远的元素。哈恩对实验结果感到十分迷惑。为了排除心中的疑惑，他便将论文的副本寄给奥地利女物理学家迈特纳，征询她的看法。迈特纳与哈恩有长达30年的卓有成效的合作，作出过多项发现，其中包括1917年共同发现了镤。

撬开“核裂变大门”的哈恩

迈特纳接到哈恩的论文和来信时，正准备去瑞典南部与侄子弗利希过圣诞节。弗利希也是一位物理学家，在玻尔的理论物理研究所工作。迈特纳与当时所有的权威物理学家一样，坚信原子核是稳定的，它不可能被分裂。如果非常密集坚实的核子可以被一个中子击破，这多少有点像一个人拿一块小鹅卵石去砸大山上的岩石。这几乎是不可能的事。她和弗利希见面后，把哈恩的信给他看。起初，弗利希也表示怀疑，但是，迈特纳坚信哈恩的能力和技术。他绝不会搞错！迈特纳和弗利希展开了激烈的讨论。原子核由质子和中子组成，它们互相强烈地吸引着，怎么会因为增加了一个中子就一分为二呢？中子并没有带来多少动能呀！

迈特纳和她的侄子在白雪覆盖的丛林中漫步，突然间，弗利希想起了玻尔不久前提出的“液滴核模型”。玻尔认为，在某些情况下，可以把核想象成液滴，核子（质子和中子）就像水分子，强相互作用造成的表面张力使原子核平常保持球形。但在某些情况下，液滴可以由于振动而拉长。他们想，如果这时原子核被中子击中，也许会分裂，就像用手指轻轻一触，就能将充满气的气球触破一样。迈特纳穿着雪鞋，在初冬的雪地里散步，一个画面从她心中一闪而过：原子核自身撕裂开来了。她立即意识到，找到了答案：中子的增加使铀核变得很不稳定，从而发生分裂。每个铀核都分裂成了两个较小的核。

经过讨论，迈特纳提出了一个清晰合理的解释：铀、钍核受中子轰击后，能分裂成大小差不多的两块，分裂的方式（即两个碎块重量的比例）不完全一样，因为轰击核的中子能量有不同，产生了多种原子核，这些原子核都是有放射性的，因而人们找到的远不止两三种元素，它们处于周期表的中段（原子序数40 ~ 70），钡、镧就在其中。铀裂变的一种方式和钍裂变的另一种方式，可以产生同样的裂变碎块，因而可以得到同种放射性物质，这就解释了先前的实验矛盾，而且预见到核分裂会放出巨大的能量。

他们用了两天时间思考这一新的见解。两人分手后，弗利希返回哥本哈根，就着手进行试验，结果在电离室中寻找并观察到了由裂变碎片产生的巨大脉冲，证实了他们对哈恩和斯特拉斯曼的实验结果的解释是正确的。

正值玻尔准备去美国时，弗利希告诉他哈恩的化学结论和自己与迈特纳的想法。弗利希后来回忆道：“我刚开始告诉他时，只见他用手敲打自己的前额，惊呼‘啊！我们好笨啊！这真有趣！正应该这样！’”应玻尔的邀请，弗利希写了一篇关于解释“铀核裂变”现象的论文，寄交《自然》杂志。同时，迈特纳与弗利希联名以通信的形式在英国《自然》上发表，论证重核裂变的产生，首次将哈恩和斯特拉斯曼实验发现的物理学理论解释公诸于世，并将这一过程命名为“裂变”。这是他们接受一位美国生物学家阿诺德的建议，把铀核分裂现象仿照活细胞的一分为二现象称作为“裂变”，从此这个名称就一直被沿用至今。弗利希还设计了进一步实验的方案，并立即着手进行。

铀原子核裂变示意图

1939年1月27日，在美国春季物理学讨论会上，玻尔当众宣布了哈恩和斯特拉斯曼在实验中的发现，描述了迈特纳和弗利希对此的物理学解释。会场上由一阵骚动演变为一片轰动。一些物理学家匆忙离席，赶在第一时间去验证德国人的实验和奥地利人的解释，没过几小时便在美国的实验室中得到确认，核裂变的发现震动了当时的科学界。

哈恩是一位严谨的实验物理学家，他不敢设想铀在慢中子的轰击下竟会碎裂，他如实地报道了实验结果，并未使用“裂变”一词，因为他对铀核被“裂开”的实验结果并无十分把握，所以当他将论文寄出后，甚至想“将论文从邮筒里取回来”。

但在一个月后，哈恩和斯特拉斯曼在另一篇文章中态度有所改变，从试探和迟疑变成为完全坚定而自信，这也许是他们跟迈特纳在这期间通信的结果有关。

后来，哈恩又经过多次试验验证，终于肯定了这种反应就是铀—235的裂变。“铀核裂变”实验的发现，哈恩成为撬开“核裂变之门”的第一人，哈恩也因此获得了1944年的诺贝尔化学奖。