轟擊靶核“炮彈”的變遷

自從1911年英國物理學家盧瑟福(1891—1937)，通過α粒子散射實驗，判斷原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子所構成，提出了有核原子模型以后，人們對原子核的奧秘極感興趣，逐漸產生了一種人為變革原子核的欲望。首先是盧瑟福作了大膽的探索。他認為，既然自然界的一些重元素都能自發地放射出射線而蛻變為另一種元素，那么輕元素在極強的外部力作用下，也應當發生蛻變。在這種思想指導下，1919年6月盧瑟福使用天然放射源放射出α粒子作“炮彈”去轟擊氮核。結果表明，氮原子核受α粒子撞擊后蛻變為氧，并釋放出質子。這是人類第一次實現了原子核的人工嬗變，從而找到了一條人為變革原子核的路途。而α粒子作為實現人工嬗變的“炮彈”也顯示出它的威力。

1932年，英國的查得威克利用α粒子轟擊玻元素而發現了中子。1934年，約里奧·居里夫婦，又在利用α粒子轟擊鋁核時，作出了人工放射性的重大發現。因此，這更加激發了人們揭開原子核奧秘的熱情。

但是人們很快就發現“炮彈”α粒子并不象想象的那樣威力無窮，一些輕元素在高速的α粒子的轟擊下會具有放射性，但對于重元素，α粒子就不起作用了。另外，按理論上分析，元素嬗變時，應釋放出大量的能量，但實際中經核反應所得到的能量反而少于為產生核反應所消耗的能量。人們按習慣的想法認為這是因為能量不夠，但利用更強的α粒子流轟擊靶核時，仍然如此。這使得人們對原子核能的研究和探索陷入了困境，一些有名的大科學家也悲觀失望了。盧瑟福就曾說過：“我們不能指望通過這種途徑來取得能量。這種生產能的方法是極端可憐的，效率也是極低的。……通過原子的變換去探索能源，那簡直是無稽之談。”

當時人們的想法只是集中在“炮彈”本身的能量和特性問題上，而沒有想到轉變一下思路，改換一下“炮彈”。本來很簡單的問題，往往會因為人們的固執己見，思路單一，而難于沖出困境。經歷了一段徘徊之后，被譽為“打入原子新大陸的領航員”的意大利科學家費米(E·Fermi，1901—1954)首先沖破了舊觀念的束縛。他改變了思路，把注意力投入到“炮彈”的改換問題上。他一改人們一直沿用的α粒子作“炮彈”的作法，而率先使用中子作“炮彈”，在轟擊重元素上一“炮”打響了。原來，用α粒子作“炮彈”轟擊“靶子”時，中靶的幾率很少，大約每百萬個α粒子轟擊靶核只有一個擊中靶核。因為α粒子與原子核都帶正電，α粒子要消耗很大能量來克服原子核與α粒子之間的排斥力，排斥力又阻礙了α粒子接近靶核。費米改用不帶電的中子作“炮彈”，就避免了這個問題，從而取得一系列重大成果。