本世纪30年代初,中子被发现以后,科学家就利用它去轰击各种元素,研究核反应。以意大利皇家科学院院士费米为首的一批青年人,干得最起劲。他们按照元素周期表的顺序,从头到尾地轰击已知的各种元素,看看都会发生什么情况。
1934年,人们认为元素周期表上最后一个元素是92号元素铀。但是当用中子轰击时,他们发现铀被强烈地激活了,并产生出好多种元素。他们认为,在这些铀的衰变产物中,有一种是原子序数为93的新元素。这是由于中子打进铀原子核里,使铀的原子量增加而转变成的新元素。
费米等人关于93号新元素的实验报告发表后,世界各国的报纸立即进行了轰动性的报道。关于93号元素问题,在各国科学家中引起一场激烈而持续的争论。有不少人肯定,也有不少人持怀疑态度。这场争论迟迟没有定论的原因是当时缺乏一种有效的手段,可以对铀元素受到中子轰击后的产物进行精确的分离和分析。
1934年10月,费米研究小组未解决这个谜团,却意外地取得另一项重大发现:中子在到达被辐射物质之前,和含氢物质中的氢原子核碰撞,速度大大降低;这种降低了速度的“慢中子”,更容易引起被辐射物质的核反应。这正如速度太快的篮球容易从框上弹出去,速度慢的较容易进篮一样,使用慢中子轰击原子核很快被各国科学家采用。
1938年11月10日,也就是“93号元素”发现4年多以后,费米接到来自斯德哥尔摩的电话,瑞典科学院宣布费米获得诺贝尔物理学奖的奖状:“奖金授予罗马大学恩利克·费米教授,以表彰他认证了由中子轰击所产生的新的放射性元素,以及他在这一研究中发现由慢中子引起的反应。”费米带着全家去斯德哥尔摩领奖后,没有返回意大利,而是乘上了去美国的轮船。
就在这一年,德国威廉皇家化学研究所的两位化学家哈恩和斯特拉斯曼,与女物理学家梅特涅合作,试验用慢中子轰击铀元素,而且用化学方法分离和检验核反应的产物,获得了令人难以置信的结果:铀核在中子的轰击下,分裂成大致相等的两半,它们不是93号新元素,而是56号元素钡!原子核的这一种变化现象过去还从未发现过。
1938年11月22日,也就是在诺贝尔奖颁发后的12天,哈恩把分裂原子的报告寄往柏林《自然科学》杂志,该杂志1939年1月便登出了哈恩的论文,推翻了费米的实验结果。显而易见,诺贝尔奖搞错了!
听到这惊人的消息,费米的第一个反应是来到哥伦比亚大学实验室,利用那里较好的设备,重复了哈恩的试验,结果和哈恩的试验一样。这一事实,对费米来说无疑是难堪的。然而和人们的想象相反,费米坦率地检讨和总结了自己的错误判断,表现了一个科学家服从真理的高尚品质。此时此刻,费米考虑的不是个人的名誉得失,他在别人成就的基础上继续向前迈进。在裂变理论的基础上,费米很快提出一种假说:当铀核裂变时,会放射出中子。这些中子又会击中其它铀核,于是就会发生一连串的反应,直到全部原子被分裂。这就是著名的链式反应理论。根据这一理论,当裂变一直进行下去时,巨大的能量就将爆发。如果制成炸弹,它理论上的爆炸力是TNT炸药的2000万倍!