第 一 章 核能的发现

书名《威力无比的核能》
作品简介:
20世纪是人类历史上科学技术发展最为辉煌的时代。科学技术的进步无论从深度还是广度上，都远远超过了过去几千年的总和，科学技术上的一系列重大发现发明接踵而至，使生产力获得了历史上从未有过的突飞猛进发展，创造了一个又一个的奇迹。

正文

20世纪是人类历史上科学技术发展最为辉煌的时代。科学技术的进步无论从深度还是广度上，都远远超过了过去几千年的总和，科学技术上的一系列重大发现发明接踵而至，使生产力获得了历史上从未有过的突飞猛进发展，创造了一个又一个的奇迹。
 
X射线的发现
19世纪末期，物理学家们根据当时的研究成果认为物理学已经达到相当完美的程度，可以描绘出一切自然现象及其相关信息，对任何物理现象：包括力学、光学、电磁学无所不能。很多人认为牛顿的物理学更是可以解释一切，它能概括宇宙中任何物体的运动——最大的宇宙运动和最小的原子运动。
许多物理学家们觉得，他们已经地出色地完成了应该做的全部工作，物理学的大厦已经完美建成。当时一位著名的科学家在1893年发表演说认为：物理学的所有伟大发现可能都已完备，将来的物理学家们除了重复前人所做的实验，没有其他事情可做，最多的就是对实验加以改良或者在原子量的一些自然常数上加几个小数点的位数。在这些科学家看来，人类对自然界的认识已经到了极点，物理学已经完成了她的使命。
但是不久以后，一位物理学家一次偶然的实验，打破了科学界的寂静，让那些持有科学已经达到顶点的保守者们目瞪口呆。这件轰动科学界、轰动全人类的事件，就是射线的发现。这位勤奋的科学家就是威廉·康拉德·伦琴。
1895年11月8日傍晚，德国物理学家伦琴独自一个人正在维尔茨堡大学一个实验室里做着一项关于阴极射线的实验。
在试验中，伦琴用黑纸将阴极射线管完全掩遮好，让阴极射线管与外界完全隔绝。包好以后，伦琴走到窗前把窗帘拉上，打开了高压电源，检查是否有光线从管中漏出。突然，他发现有一道绿光从附近的一个板凳射出，掠过他的眼前。他马上把高压电源关掉，光线也随即消失。真是奇怪，板凳怎么会发射出光来呢？伦琴仔细的思考着。他马上把高压电源打开，对着板凳照了照，发现那里摆着的原来是自己做其他试验时用的一块硬纸板，硬纸板上涂了一层含有氰亚铂酸钡的晶体荧光材料。
伦琴感到十分惊讶。他知道从阴极射线管中射出的阴极射线有效射程仅有一英寸，这个射线显然是不会跑出这么远的。那么是什么物质使荧光材料闪出光亮的呢？伦琴很快意识到发现了某种崭新的未知光线。这种未知光线从阴极射线管射出，穿过了黑纸包层，射到了硬纸板上，激发了涂料的晶体发出荧光。
伦琴惊喜万分，再次打开高压电源开关，随手拿一本书挡在阴极射线管与硬纸板之间，他发现硬纸上那道绿光依然存在。
伦琴兴奋不已，连续几天几夜都把自己关在实验室里反复做着这个实验。他把很多不同质地的材料拿进实验室，在阴极射线管与硬纸板之间做着实验。木头、硬橡胶、氟石、铜片、铁以及其他多种金属，结果发现这种未知的光线仍然能够穿透这些物体。只有铝和铂挡住了这种光线。
伦琴感到这个实验即将产生轰动，他赶紧跑回家中，拉起夫人的手又赶紧跑回实验室里。他把用一张黑纸包好的照相底片放在夫人的手掌下，然后用阴极射线管一照，拍下了历史上最著名的一张照片。冲洗出来的底片清楚地呈现出伦琴夫人的手骨结构，手上那枚金戒指的轮廓也清晰地印在上面。
伦琴当时无法说明这种未知的射线，就用代数上常用来求未知数的“X”来表示，把它定名为X射线。
伦琴经过了一连七个星期废寝忘食的紧张工作，终于在12月28日完成了轰动物理界的科学报告——《一种新的射线——初步报告》。
不久，世界上各大报纸都报道了这一重要新闻。这时，有一些物理学家们才开始懊悔自己没有追究实验室内照相底片“走光”的问题；也有的物理学家责备自己把照相底片感光，错误地归于阴极射线的作用结果；还有一位物理学家声称，他发现X光是在伦琴之前，只是由于不愿中断正常的研究工作，而没有发表。的确，这个发现完全有条件在20年前的任何实验室完成。可是，如果伦琴对这一“科学的闪光”轻意放过，或是不深入思索，那么X光还是发现不了的。
伦琴的这个发现并不是偶然的，早在1878年8月英国物理学家克鲁克斯的研究就曾轰动一时。那时克鲁克斯根据自己的研究结果在英国皇家学会作了一次讲演，他说：“这些真空管中出现的物理现象揭示出物理学的一个新世界。”但他错误的认为阴极射线应归于物质的第四态——“超气态”。德国物理学家勒纳受他的影响，也进行了研究，并在1893年发布了关于阴极射线的相同报告。
伦琴在他们研究的基础上，进一步通过试验发现，这种X射线不是像阴极射线那样随磁场偏转，它似乎发生在真空管中阴极射线照射的地方。因为他发现，当阴极射线随着磁铁偏转时，X射线的发源点也跟着移动。例如让阴极射线照射铂，产生的X射线远远比在铝、玻璃和其他物质中产生的X射线强。此外，他利用棱镜观察到X光没有折射，认为X光与普通光是不同的。
1901年，当瑞典科学院颁发第一次诺贝尔物理学奖时，马上把对象定在了伦琴身上。
伦琴成为了著名的物理学家，按照以往的规律，这个射线应该以伦琴自己的名字命名，但是伦琴持反对意见；同时他还谢绝了巴伐利亚王子所授予他的贵族爵位。他把获得的全部诺贝尔奖金都捐献给了自己的工作单位（维尔茨堡大学物理实验室）作为研究费用。
X射线是原子世界透出的一道曙光，为人们深入探索原子世界的奥秘带来了光明。
放射元素的发现
伦琴发现X射线的消息，立即引起了全世界的轰动，对于整个物理界来说更是非同一般，物理学家们敏锐的察觉到一种新的物质等待他们去发现。
自1895年起，法国物理学家亨利·贝克勒尔一直研究由硫化物和铀的化合物产生的磷光现象。1896年1月，著名数学家和物理学亨利·彭加勒在巴黎科学院的会议上作了关于伦琴射线的报告，在会上他还把从伦琴那里得到的照片让大家观看。彭加勒在自己的报告中提出了一个令其他科学家也非常感兴趣的问题：是否大多数的荧光物质在太阳光的照射下，都能放出类似于伦琴射线那样的射线吗？
贝克勒尔当时就在报告的现场，对彭加勒的报告，引起了他的极大兴趣。他在科学院会议结束之后，立即回去着手进行实验，以检验彭加勒提出的问题。
在众多的磷光物质中，他恰巧选定氧化铀作为研究的对象。具有研究磷光物质丰富经验的贝克勒尔，精心设计了他的研究方案，他用一张黑纸包好一张感光底片，在底片上放置两小块铀盐和钾盐的混合物，在其中一块和底片之间放了一枚银元，然后把这些东西在阳光下放置了几个小时。结果底片被感光了，底片上留下了银元的影象。贝克勒尔知道，太阳光是透不过黑纸的。但是，经过研究他认为，铀盐在太阳光的作用下放出了象伦琴射线一样的射线，这种射线穿透黑纸，使底片感了光。这个实验就是对彭加勒提出的问题做出的肯定回答。
贝克勒尔异常兴奋，1896年2月24日，他把这个情况向法国科学院做了报告：“我研究过的铀盐，不论是发荧光的，还是不发荧光的，是结晶体的还是液体中的，都有相同的性质——都可以发出不可见的射线。这就使我得到结论：铀是主要因素。我用纯铀粉作了实验，完全证明了这个结论。”人们欢呼继伦琴射线之后的又一新发现。后人把这个射线称为“贝克勒尔射线”。
贝克勒尔终于发现了揭开物质内部秘密的又一把金钥匙——物质的放射性。
他提出的问题却引起另一位女科学家的注意，这就是后来名垂青史的居里夫人。
1895年，玛丽与彼埃尔·居里结婚了。结婚的第二年，还在读博士的她读到了贝克勒尔的关于铀的放射性报告，她毅然决定以这个题目来作博士论文。贝克勒尔已经发现铀的放射性的存在，至于它的真实面目是什么样那？其他物质有没有放射性呢？它们的强弱又有甚么差别呢？这些都是个迷。这一切都引起了居里夫人极大的兴趣。她认为，这是个绝好的研究课题，就同丈夫彼埃尔商量。
“这个课题选得很好，”彼埃尔说，“贝克勒尔线前年才发现，我想可能还没有人研究。如果发现这种射线的性质和来源，可以写出一篇出色的论文。不过，这是件异常艰巨的工作。”
“我知道，”玛丽微笑着说，“不过不要紧，与你这样一位尊敬的老师合作，就一定会成功！”要研究放射性元素，首先需要一间宽敞的实验室。彼埃尔东奔西跑，最后才在他原来工作过的学校借到一间又寒冷又潮湿的小工作间。
实验仪器很少，屋顶漏雨，墙壁透风，工作的条件实在太糟了。但是居里夫人毫不在乎，专心做她的实验。居里夫人进而检验各种矿物放射性的强度，意外地发现了有几种矿物的放射性比铀元素的放射性强。由此推想，一定还有放射性很强的新的放射性元素存在。在居里的支持下，以沥青铀矿为原料，提炼这种新元素。
1898年7月18日，居里夫妇向法国科学院报告发现了放射性强度比铀高400倍的新元素。居里夫人将此元素命名为“钋”，以纪念自己的祖国——波兰。
居里夫人在进一步的研究中发现，可能还有一种物质能够放射光线。这种光线要比铀放射的光线强得多。她认为，这种新的物质，也就是还未被发现的新元素，只是极少量地存在于矿物之中。
在发现钋五个月以后的1898年12月26日，法国科学院里又是人声鼎沸，居里夫妇今天又要宣布一项新发现。
“我们今天在科学院演讲的题目是《论沥青铀矿中含有一种放射性很强的新物质》。这种新物质和金属钡很相似，我们经过最大努力的提炼、筛选，已经得到了含有它的物质，它所发出的射线是纯金属铀的900倍。所以我们建议将这种新物质命名为‘镭’。它在元素周期表里应该是第88号元素……”
她把它定名为“镭”，在拉丁文中，原意就是“放射”的意思。彼埃尔也同意这种见解，可是当时有很多科学家并不相信。他们认为这可能是实验出了错误，有的人还说：“如果真有那种元素，请提取出来，让我们瞧瞧！”
为了得到镭，居里夫妇必须从沥青铀矿中分离出镭来。他们怎样才能得到足够的沥青铀矿呢？这种矿很稀少，矿中铀的含量极少，价格又很昂贵，他们根本买不起。后来，他们得到了奥地利政府赠送的一吨已提取过铀的沥青矿的残渣，开始了提取纯镭的实验。
在这间简陋的实验室中，居里夫人要把上千公斤的沥青矿残渣，一锅锅地煮沸，还要用棍子在锅里不停地搅拌；要搬动很大的蒸馏瓶，把滚烫的溶液倒进倒出。就这样，经过3年零9个月锲而不舍的工作，1902年，居里夫妇终于从矿渣中提炼出0.1克镭盐，接着又初步测定了镭的原子量。
居里夫妇证实镭元素的存在，使全世界都开始关注放射性现象。镭的发现在科学界爆发了一次真正的革命。
1903年，居里夫妇和贝克勒尔共同获得诺贝尔物理学奖。
电子的发现
自从伦琴从阴极管中发出的射线发现了X射线，贝克勒尔又对X射线的研究发现了铀的天然放射性，居里夫妇又进一步从对铀矿的研究发现了镭。镭可以自己发光发热，这又给物理学家们提出了一个深奥的问题。阴极射线本身到底是什么呢？这个自然会引起科学家的思考。
汤姆逊是一位很有成就的物理学家，他28岁就成了英国皇家学会会员，并且担任了著名的卡文迪许实验室主任。X射线的发现，特别是它可以穿透生物组织而显示其骨骼影像的能力，给了英国卡文迪许实验室的研究人员以极大激励。
阴极射线是由什么组成的？十九世纪末时，有的科学家说它是电磁波；有的科学家说它是由带电的原子所组成；有的则说是由带阴电的微粒组成。众说纷纭，一时没有公认的结论。英法的科学家和德国的科学家们对于阴极射线本质的争论，竟延续了二十多年。
如何成功地使阴极射线在电场作用下发生偏转？早在1893年，赫兹曾做过这种尝试，但是失败了。汤姆逊经过思考认为，赫兹的失败，主要在于真空度不够高，引起残余气体的电离，静电场建立不起来所致。于是汤姆逊专门设计了一个巧妙的阴极射线管装置，通过提高放电管的真空度而取得了成功。
汤姆逊在实验过程中，首先将一块涂有硫化锌的小玻璃片，放在阴极射线所经过的路途上，看到硫化锌会发闪光。这说明硫化锌能显示出阴极射线的“径迹”。他发现在一般情况下，阴极射线是直线行进的，但当在射击线管的外面加上电场，或用一块蹄形磁铁放在射线管的外面，结果发现阴极射线都发生了偏折。根据其偏折的方向，就可以判断出带电的性质。
通过这个实验和提高放电管真空度，汤姆逊不仅使阴极射线在磁场中发生了偏转，而且还使它在电场中发生了偏转，由此进一步证实了阴极射线是带负电的粒子流的结论。
这种带负电的粒子究竟是原子、分子，还是更小的物质微粒呢？这个问题引起了汤姆逊的兴趣。为了搞清这一点，他运用实验去测出阴极射线粒子的电荷与质量的比值，也就是荷质比，从而找到了问题的答案。
汤姆逊通过实验发现，无论改变放电管中气体的成分，还是改变阴极材料，阴极射线粒子的荷质比都不变。这表明来自各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的。因此这种粒子必定是“建造一切化学元素的物质”基础，汤姆逊当时把它叫做“微粒”，后来改称“电子”。
1897年4月30日晚上，汤姆逊登上了剑桥大学的会议厅的讲台。他将关于发现电子的实验一一讲给同行们，在座的物理学家无不点头叹服，一个比原子还小的基本粒子发现了，汤姆逊被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”。为此他荣获了1906年诺贝尔物理学奖。
汤姆逊发现了一种比原子小的粒子，要想确证这个结论，必须寻找更直接的证据。
1898年，汤姆逊安排他的研究生汤森德和威尔逊进行测量了电子的电荷和质量。的实验，随即他自己也亲自参与了这项工作。他们运用云雾法测定阴极射线粒子的电荷同电解中氢离子所带的电荷是同一数量级，从而直接证明了阴极射线粒子的质量只是氢离子的1‰。
如果说X射线和放射性的发现具有某种偶然性，那么，电子的发现却充分显示了科学发展的必由之路，它是许多人经过大量实验和理论研究，进行了长期的科学争论之后的产物。比起前两件事来，电子的发现具有更伟大的意义，因为这一事件使人们认识到自然界还有比原子更小的实物。原子不可分的传统观念终于被打破了。电子的发现打开了通向原子物理学的大门，人们开始研究原子的结构，希望以此解释元素的周期性和不同元素的化学特性。但是，面对神秘的原子世界，科学家还有很长的路要走。
 
原子核的发现
在19世纪末，物理学上爆出了震惊科学界的“三大发现”：1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线；同一年，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性；1897年，英国物理学家汤姆逊发现了电子。这些伟大发现激发了另一位科学家的兴趣，使他决心对原子结构进行深入研究。这位科学家就是——英国著名物理学家欧内斯特·卢瑟福
1906年夏，卢瑟福到加拿大领导麦克吉尔大学的物理实验室。一个未曾料到的，几乎不引人注意的事情惊动了他的思想。一束细细的α粒子流在通过薄薄的云母片后，稍稍散开了一点，在底片上偏离了2度，偏离2度本来似乎不算什么大事，但是质量那么大的α粒子以巨大的速度在飞，原子内有什么东西能使它们偏离直线运动呢？这显然不可能是电子造成，这一现象与他的老师汤姆逊提出的理论有着严重的冲突。经过严密计算后，卢瑟福吃惊的写下：“物质原子一定是极强电场的集中点”。
1909年，卢瑟福回到英国曼彻斯特大学，在这里，他向他的学生马斯登布置了一个实验，奇迹真的发生了。终于发现了α粒子的大角度散射。卢瑟福的猜想成为事实，个别α粒子偏转角几乎达到180度，尽管8000个α粒子中才有一个这样的幸运儿。
卢瑟福对这一奇迹进行了漫长的思考和探索，以不屈的精神和创造性的思维对经典物理学进行了突破。1911年5月，卢瑟福在伦敦的《哲学杂志》上公布了他的那篇具有革命性的论文。就在这篇论文里，他清晰地给我们描绘了一幅美丽的原子图景——一个太阳系的精致的微观模型：原子的中心有一个核，像太阳一样；在外围是电子，像行星一样；电子被核吸引着，处在不停的绕核运动中，像行星绕太阳运动一样不会落到核上。
在研究α射线本质的同时，卢瑟福敏锐的感觉到，由于α射线代表了一种浓度极高的能量形式，因而它应当成为研究物质结构的重要武器，他这一创造性的设想为后来的原子物理学研究提供了极为重要的实验方法，取得一系列重大成果。
卢瑟福发现原子核后，很快就萌生了一个想法——打破原子核。在当时，这确实是一个大胆而且令人震惊的想法，但卢瑟福已决定将它付诸行动。1919年，在汤姆逊的推荐下，卢瑟福来到剑桥大学担任卡文迪许实验室主任。很快他就在原子核的研究上取得重大突破，卢瑟福和他的学生是在这样的仪器上进行实验的：用黄铜做成一个可以充气和抽气的容器，在容器内的一个小片上涂着能放射α粒子的镭，在容器的一端有个小窗口板，板上涂有硫化锌，如果有α粒子射到窗口板上，就可以看到闪光。
1919年的一天，马斯登兴冲冲的跑去对卢瑟福说：“我看到了不同于α粒子造成的新的闪光”。卢瑟福对这一现象极为重视，他很快判断出这一新闪光是由于容器中充入氢气的原因，是α粒子击中氢核后，使氢核飞的更远打击荧屏发出的。卢瑟福将容器中的放射源与荧屏保持了一个恰当的距离，使得它放出的α粒子不能打到荧屏上，又向容器中充入核质量比α粒子大的氮气，这样质量小的α粒子就不可能经过撞击而使得氮核打击到荧屏。但是，像上帝格外垂爱卢瑟福一样，奇迹再次出现了，卢瑟福看到了荧光。这微弱的闪光传来了质子向人类报道的信息，这是人类第一次用人工的方法打破原子核所喷发的礼花。
质子被发现了，原子核是有结构的。哪么除了质子外，原子核里还有什么呢？卢瑟福又在进行新的探索。1920年，在英国皇家学会的一次特邀演讲中，卢瑟福依据丰富的实验事实，大胆地提出可能存在一种中性的基本粒子——中子。12年后他的学生查德威克终于用事实印证了他的预言。
卢瑟福对放射性的研究，最终指明了原子嬗变的可能性。此外，卢瑟福还对天然核裂变现象做了理论上的探讨。他认为，天然放射性是基本原子的爆炸分裂造成的，在以天文数字计算的原子中，某处会突然发生爆裂，放出各种射线，而所留下来的部分就成了另外的原子。
卢瑟福原子核式结构理论的建立开创了原子核物理学这一崭新的领域，卢瑟福也因此被人们称为“原子核物理学之父”。
 
质能转换公式的提出
在居里夫人发现镭以后不久，物理学家卢瑟福就指出，放射性元素在释放看不见的射线后，会变成别的元素，在这个过程中，原子的质量有明显的减轻。那么，这些失踪了的质量到哪里去了呢？伟大的科学家阿尔伯特·爱因斯坦从理论上进行了解释。1905年，年仅26岁的爱因斯坦发表了《光量子理论》、《分子尺度的新测定》、《论动体的电动力学》等5篇论文，提出了狭义相对论，震惊了科技界。爱因斯坦由狭义相对论导出了著名的“质能转换公式”（又称爱因斯坦公式）：E=mc2。他认为：物质和能量是同一事物的两种不同形式，物质可以转变为能量，能量也可以转变为物质。当一定量的物质消失时，就会产生一定量的能量，其定量关系就是：产生的能量E等于消失的质量m乘以光速c的平方。由于光速很大，因此很少量的物质也会产生极大的能量。如果1克物质转化为能量，这些能量可以供给一只100伏的灯泡点亮35000年。质能转换公式可以很好地解释放射性元素辐射出射线并伴有质量减轻的现象，例如，铀原子核辐射出能量极大的γ射线，同时辐射出其速度几乎是光速的十分之一的高速α粒子和速度高达光速的十分之九的β粒子，这个过程叫做衰变。尽管α粒子和β粒子的质量很小，但达到这样高的速度，也必须具有很大的能量，这些能量正是由亏损的质量产生的。同时，质能转换公式为核科学家们指出了一条寻找核能的正确途径：当用某些粒子作为“炮弹”去轰击一些比较不稳定的重原子核时，如果有可能击破它，并且在这个过程中发生质量亏损，就可以产生巨大的能量。
 
发现原子核裂变
20世纪20年代初到30年代，随着正电子、中子、重氢的发现，使放射化学迅速推进到一个崭新的阶段。科学家纷纷致力于研究如何使用人工方法来实现核嬗变。
这个时候，科学家们又发现原子核能够发生分裂，也就是一个原子核分成两个原子核、三个原子核……而且在分裂后还能产生巨大的能量。
铀核裂变为两个碎片（两个新的原子核）的消息立即传遍了全世界。紧接着各国科学家们都证实：铀核确实是分裂了。
铀核分裂产生的这个能量，比相同质量的化学反应放出的能量大几百万倍以上！就这样，人们发现了“原子的火花”，一种新形式的能量。这个能量就是原子核裂变能，也称核能，或原子能。但当时，人们只注意到了释放出惊人的能量，却忽略了释放中子的问题。德国柏林凯撒·威廉研究所的放射化学家哈恩和泽·迈特纳，以及法国的伊雷娜·居里和约里奥·居里都对上面的问题做了很多试验，并又发现了更重要的一点，也是最引人注目的一点，就是：在铀核裂变释放出巨大能量的同时，还放出两、三个中子来。
哈恩和迈特纳便集中全力研究中子轰击铀的各种产物的物理和化学性质。正当哈恩和迈特纳一起致力于这一研究时，第二次世界大战爆发了。德军占领奥地利后，迈特纳因是犹太人，为躲避纳粹的疯狂迫害，只得逃离柏林到瑞典斯德哥尔摩避难。哈恩如失膀臂，但未放弃这方面的努力，他与另一位德国物理学家弗里茨·斯特拉斯曼合作，又开始了新的尝试和探索。1938年末，当他们用一种慢中子来轰击铀核时，竟出人意料地发生了一种异乎寻常的情况：反应不仅迅速强烈、释放出很高的能量，而且铀核分裂成为一些原子序数小得多的、更轻的物质成分。难道这就是核裂变？起初哈恩虽然意识到这不是一般的放射性嬗变，但也不敢肯定这就是裂变。他把实验结果和自己的想法写信告诉了迈特纳，却得到了她的有力支持。她在复信中明确指出：“这种现象可能就是我们当初曾设想过的铀核的一种分裂。”后来，哈恩经过多次试验验证，终于肯定了这种反应就是铀-235的裂变。这个反应是几年后美国所造原子弹的基础。
1939年奥地利女物理学家莉泽·迈特纳和她的侄子奥托·弗里施一起发表了一份题为《中子导致的铀的裂体：一种新的核反应》的文章。在这篇论文中他们提出了哈恩的“破裂”的理论解释，第一次为核裂变提出了理论基础。并创造性的采用了“原子分裂”这个科学史上从来没有过的名词。核裂变和随后裂变链式反应的发现，为核能的应用开辟了道路。
这是一项惊人的发现。为什么呢？
一个中子打碎一个铀核，产生能量，放出两个中子来；这两个中子又打中另外两个铀核，产生两倍的能量，再放出四个中子来，这四个中子又打中邻近的四个铀核，产生四倍的能量，再放出八个中子来……。以此类推，这样的链式反应，也就是一环扣一环的反应，又称连锁反应，持续下去，就像山顶上的一团雪滚下来一样，这团雪带动了其他雪，其他的雪再带动另一块雪，这样连续下去，愈滚愈烈，瞬间就会形成大雪球，滚下山坡，势不可挡。这就意味着：极其微小的中子，将有能力释放沉睡在大自然界中几十亿年的物质巨人。
核裂变的意义不仅在于中子可以把一个重核打破，关键的是在中子打破重核的过程中，同时释放出能量。核裂变的发现无疑是释放原子能的一声春雷。在此之前的人们对释放原子能的争议中，怀疑论者还占上风，不少人认为要打破原子核，需要额外供给强大的能量，根本不可能在打破的过程中还能释放出更多的能量。尽管当时哈恩发现核裂变还没有他的同胞伦琴教授发现X射线的影响大，但就其对于改变人类生活与发展所产生的后果而言，核裂变的意义更为重要。人工核裂变的试验成功，是近代科学史上的一项伟大突破，它开创了人类利用原子能的新纪元，具有划时代的深远历史意义。核裂变的发现使世界开始进入原子能时代。
因为发现了“重核裂变反应”，奥托·哈恩荣获1944年度的诺贝尔化学奖。但是，在这一研究中曾经与其合作并作出过重大贡献的迈特纳和斯特拉斯曼却没有获此殊荣，对此，人们不免感到遗憾。不过，令人欣慰的是，1966年，迈特纳博士和斯特拉斯曼博士和哈恩一起共同获得瑞典原子能委员会颁发的5万美元的“恩里科·费米奖”。那时的迈特纳已有80高龄，身体很虚弱，不能亲自到维也纳去领奖，原子能委员会主席西博格博士亲自来到英国剑桥向她授奖。这对迈特纳博士来说，既是极大的荣誉，也是莫大的欣慰。
 
费米与第一个反应堆
原子弹爆炸的能量和核反应堆的能量虽然都来自原子核裂变，但这是两种不完全相同的过程。在这里我们举一个简单的例子：原子弹就好像我们把一根火柴丢进一桶汽油中，迅速引起猛烈的燃烧和爆炸；而核反应堆犹如将汽油注入汽车发动机里慢慢消耗一样。原子弹是由原子核里产生的快速中子在一瞬间引发的，而反应堆中的中子速度必须首先降低，然后加以控制和利用。
制造原子弹，首先必须建造相应的核反应堆。因为设计制造原子弹所需要的许多重要数据和原理，必须事先在反应堆的实验中取得。
1942年正是第二次世界大战最激烈的时刻。
1942年11月，费米带领一批科学家正在芝加哥大学运动场的西看台下面的网球馆里忙碌着。这些科学家们都是在极端保密的情况下来到这里的。在场的人们心里很清楚，他们正在进行一场人类历史上前所未有的实验。他们的探索将使得原子武器的研制成为可能。
12月2日上午8点30分，参加这项研究的40余位科学家又一起聚集在北面的看台下面。
9点45分，费米下了第一道命令：“启动！”
……
下午3点20分，反应堆进入自持的工作状态。
“胜利了！胜利了!”
“反应堆成功了！”
他们终于成为第一批目睹物质的确可完全按照人类的意愿而放出其内部能量的人。
如今，来到芝加哥大学的人都会在这座建筑的外墙上看到如下的碑文：
“1942年12月2日”
“人类历史上在此处首次完成自持链式反应的实验并因此开启了可控的核能释放。”
这就是原子时代的出生证书。
1939年1月16日，玻尔来到美国普林斯顿高级研究所拜会了在那里工作的爱因斯坦，他和爱因斯坦一起探讨铀裂变问题。然后，又赶往华盛顿大学参加了理论物理学会议，在这次会议上玻尔和费米一起又交换了各自的研究成果。在这次交谈中，关于链式反应的概念开始成型。
3月，在哥伦比亚大学工作的费米、津恩、西拉德和安德森等人进行了一个试验，这个实验为了确定铀核裂变所释放出的中子数目到底是几个。实验结果表明，铀核在裂变时能够释放多于两个的中子，通过这个实验证明铀原子核分裂的链式反应是可以实现的。在理论上能否实现核分裂链式反应的问题已经得到基本解决。
由于纳粹德国也在沿着这一方向进行研究，聚集在美国的各国著名科学家们强烈地感到，美国政府有必要加强这方面的工作。于是，西拉德找到了爱因斯坦以及白宫的经济顾问萨克斯，三个人一起讨论了这个问题，最后决定由西拉德和萨克斯共同起草一封信，并呈交罗斯福总统。
12月6日，即日本偷袭珍珠港的前一天，罗斯福总统下令设置专门机构，以加强原子能的研究。此时，康普顿被授权全面领导这项工作，并决定把链式反应堆的研究集中到芝加哥大学进行。
1942年初，哥伦比亚小组和普林斯顿小组的核物理学家们都来到了芝加哥大学，并且成立了一个专门的研究机构。在这个研究机构的门口挂着“冶金实验室”的招牌。这就是后来著名的阿贡国家实验室的前身。
在芝加哥大学的这个“冶金实验室”里，费米所领导的小组主要是设计建造反应堆。几位科学家既有分工又有合作，大家都自觉地、有条不紊地进行着实验研究和工程设计工作。
1942年11月，这个反应堆主体工程正式开工。由于机制石墨砖块、冲压氧化铀元件以及对仪器设备的制造很顺利，工程进展很快。费米所负责的两个组，一个由津恩领导，另一个由安德森领导，大家几乎是昼夜不停地工作着。威尔森所领导的仪器设备组，也在日夜加班，紧密配合着他们的工作。
反应堆一天天地按照最初的设想逐步矗立起来。在这里工作的所有科学家们的神经也逐步紧张起来，他们心里明白：从理论上讲，这反应堆里链式反应是可以控制的。但毕竟是第一次，是不是可控必须用实践来证明。
费米头脑机敏，遇事果断。他对一些重大的技术问题，虽然已胸有成竹，他还是经常和周围的人商量如何把事情做的更好。只要是正确的、好的见解，不管是谁提出的，他都会采纳。这样做唯一目的就是迅速地赶在纳粹德国之前把这个反应堆弄起来。
费米一直亲自工作在建造现场，根据工程进展情况和实测结果，证明原来的设计是不是精确。根据现场的情况，现在费米能够预言出发生链式反应的结果。
12月1日中午刚过，测量表明，链式反应马上就要开始了。最后一层石墨－铀砖块放到反应堆上，津恩和安德森一起对反应堆内部的放射性做了测量。认为只要拿掉控制棒，链式反应就会发生。两人先后向费米做了汇报。当晚，费米向所有工作人员传话：“明天上午试车。”
12月2日（星期三）上午8点30分，大家聚集在这间屋子里，北端阳台东头放着检测仪器，费米、康普顿、津恩和安德森都站在仪器前面。反应堆旁边站着韦尔，他的职责是抽出那根主控制棒。
9点45分，费米下令抽出电气操纵的控制棒。
10点钟刚过，又令津恩把另一根叫“急朴”的控制棒抽出来。接着，又命令韦尔抽出那根主控制棒。但是众人期待的链式反应没有发生。费米急忙把大家召集在一起仔细研究，大家认为由于安全点定得太低，自动控制棒落下，控制棒能吸收中子，中子数量下降导致反应暂时中止，链式反应没有发生。
午后，费米告诉韦尔对控制棒的安全点做了一些调整。
3点过后，真正的考验来了。费米一面盯着中子计数器，一面命令韦尔抽出那根主控制棒。费米说：“再抽出一英尺。”“好！很好！可以了！”接着对一直站在他旁边的康普顿教授说：“现在链式反应就成为自持的了。仪器上记录的线迹会一直上升，不会再平滑的向前移动了。”
此时正是1942年12月2日下午3点25分。
当这世界上第一座原子核反应堆开始运转之际，在场的人们聚精会神地盯着仪器，一直紧紧的注视了28分钟。
“好了！把‘急朴’插进去。”费米命令操纵那根控制棒的津恩。立刻，计数器慢下来了，反应停止了。时为下午3点53分
此时此刻，人们心潮汹涌澎湃，激动万分。费米刚一宣布反应停止，理论物理学家威格纳就把早已准备好的一瓶吉安提酒递上来。费米打开瓶盖，向大家分发了纸杯。科学家们为自己亲眼目睹这一成功的壮举互相祝贺着。不知道是谁，把香槟的商标揭了下来，大家一一签上的自己的名字。这一举动成为事后考证有谁参加这次实验的唯一书面记录。
世界上第一座原子核反应堆被命名为“芝加哥”第一号（CP－1）。
在人类历史上，只有很少的几桩个别事件曾在本质上改变了人类文明的进程，这次实验理所应当的成为为数不多的事件之一。
 
有关核能发现的大事年表
公元前5世纪　古希腊思想家德谟克利特提出朴素的“原子论”，认为宇宙万物是由看不见、摸不着、乃至称不出重量来的、实心而不能分割的微粒“原子”组成的。19世纪初　英国物理学家约翰·道尔顿提出近代的原子学说，认为每一种元素都是由它本身的一类原子构成的，并提出“原子量”的概念。
19世纪末　英国物理学家约翰·汤姆逊在做阴极射线管通电发光实验时，发现了电子（1897年宣布）。
1895年　德国物理学家威廉·康拉德·伦琴在做阴极射线管实验时，发现了X射线。
1896年　法国物理学家亨利·贝克勒尔发现放射性。1898年　居里夫人发现新的放射性元素钋。
1898～1902年　居里夫人经过4年的艰苦努力，从几十吨沥青铀矿中提炼出0.1克新的放射性元素的氯化物晶体，发现了镭。
20世纪初　生于新西兰的英国物理学家欧内斯特·卢瑟福通过实验提出了“小太阳系原子模型”，认为原子是由带正电的原子核以及围绕它旋转的带负电的电子组成。
1905年　爱因斯坦提出质能转换公式E=mc2（m为质量，E为转换成的能量，c为光速）。
1914年　卢瑟福通过实验，确定氢原子核是一个正电荷单元，称为原子，其质量为电子的1837倍。
1919年　卢瑟福用氦原子核（α粒子）轰击氮原子核打出质子，首次实现了人工核反应。
1932年　英国物理学家詹姆斯·查德威克发现了中子。
1934年　法国核物理学家约里奥·居里夫妇用氦原子核轰击铝靶制得磷-30，首次获得人工放射性同位素。
1934年　卢瑟福在静电加速器上用氚核轰击固态氚靶，第一次实现了核聚变反应。
1935年　日本物理学家汤川秀树提出介子理论。
1938年　德国放射化学家奥托·哈恩及其助手弗里茨·斯特拉斯曼发现核裂变。1939年初，奥托·哈恩提出了“分裂核”的概念。
1942年　费米在美国芝加哥大学建立人类历史上第一个自控反应堆。
知 识 链 接
铀
铀是原子序数为92的元素，其元素符号是U，是自然界中仅次于钚的质量最重的元素。在自然界中，铀以铀-238、铀-235以及极微量的铀-234等同位素存在，并具有放射性。铀衰变时释放出α粒子，过程缓慢，拥有很长的半衰期。铀元素于1789年被德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗特发现。铀化合物早期用于瓷器的着色，在核裂变现象被发现后用作为核燃料。
知 识 链 接
汤川秀树（1907年1月23日~1981年9月8日），日本理论物理学家，在1949年获得诺贝尔物理学奖，是第一名获得诺贝尔奖的日本人。
他的父亲是地质学家小川琢治，汤川秀树为第三子。小川琢治长子小川芳树是冶金学者，次子贝冢茂树是东方史学者，而四子小川环树是中国文学研究者。他的父亲入赘，改为妻家的姓汤川。
他于22岁毕业后，从事理论物理学研究，尤其是基本粒子理论的方面有很深的造诣。在1935年，他在《日本数学和物理学会杂志》发表“关于基本粒子的相互作用”论文，解释了原子核之内质子与中子之间的相互作用，提出核子的介子理论并预言介子的存在。为量子物理学的发展作出了卓越的贡献。
1947年，英国的鲍威尔等人在宇宙射线中发现了π介子，证实了汤川的核子理论。汤川在1949年获得诺贝尔物理学奖，而鲍威尔也在1950年获得诺贝尔物理学奖。