重核裂变的实验验证

重核裂变是首先用化学方法作出发现的，人们也许要问，为什么在这以前没有人用物理方法对这一现象进行探索？难道实验者没有机会碰到发现裂变的机遇吗？其实，在1938年就有一位德国物理学家，名叫德罗斯特（G.v.Droste），他在用游离室观测铀和钍在中子轰击下所产生的α粒子时，就有机会观测到裂变。当时他为了防止铀和钍的天然放射性所发射的α射线干扰实验，特意在铀和钍上仔细覆盖了一层很薄的金属箔。这层箔正好有效地隔绝了可能出现的裂变碎片。
     因为裂变碎片比他要找的α粒子大得多，带有更多的电荷，所以在金属箔中的行程也短得多。德罗斯特由于过分的细心，反而失去了发现核裂变的机会。归根到底，还是因为他没有往裂变的方向去想。可见，没有正确的物理思想作为指导，实验者常常会迷失方向。当然，重核裂变之所以首先在核化学领域中得到发现，还是应归功于化学分析的高度精确性，当时物理手段还很难达到这一水平。不过，认识到了重核裂变的可能性，在人们精心设计的条件下，用物理实验方法验证重核裂变的发生还是很简便的。当时用物理方法研究重核裂变现象的途径大致有四种：
     1.用游离室记录裂变后产生的带电碎片所引起的巨大电脉冲。铀在正常辐射中发出的α和β粒子也会引起游离室游离，但比起裂变碎片来要小得多。所以，当中子源（例如：镭和铍在一起）靠近铀时，就有可能从示波器观测到裂变现象。哥伦比亚大学用的就是这种方法。其实，（后来才知道）最先是哥本哈根的弗利胥用游离室观测到了重核裂变。不过，他不是用电子示波器，而是用机械示波仪。他在发表“裂变”之后不久，就作出了这个实验。
     2.迈特纳曾建议：取一块金属板置于铀层附近用中子轰击铀使之裂变，有可能在金属板上残留下轻元素的原子。美国加州贝克利分校的麦克米伦（E.McMillan）采用了她的方案。具体做法如图11−4。在纸板上涂一层极薄的铀，靠着纸板平行地放着一叠铝箔，暴露在回旋加速器的中子源前，然后分别测量各片铝箔的放射性。经两小时的轰击后，测量所得曲线如。裂变片沉积在各层铝箔上法国的约里奥也用这一方法观测到了裂变现象。
     3.用威尔逊云室直接观测，可以把裂变碎片的径迹拍成照片。加州大学的考尔松（D.R.Corson）和邵恩通（R.L.Thornton）1939年2月用这一方法观察到了铀核裂变。他们把UO3涂在胶棉薄膜上，和中子源一起放在云室中。885张照片中有25例显示两根重粒子径迹，从薄膜的同一点沿相反方向反冲。
     4.用X射线标识谱分析技术。这个方法是从莫塞莱在1914年创立起就用于鉴别元素的内层结构，对于检验元素的周期性，起过重要作用。从1938年起，加州大学的阿贝尔森（P.Abelson）用这个方法鉴别铀受中子辐照后的生成物。他的目的是要经X射线标识谱来确定半衰期为72小时的一种未知的“超铀元素”。如果真是超铀元素，其K谱系谱线波长相应的能量应比铀的高。可是实验结果却低得多。这本来足以证明生成物不是超铀元素，而是某种中间元素。可是阿贝尔森并不死心，而是准备试着把这一谱线归属于L谱系。他正在为难之际，裂变被发现了，他得知这一消息，马上明白了自己遇到困难的原因。
     他发现，原来他的生成物是53号元素碘的同位素。于是他的工作成了重核裂变又一个有力的实验验证。从这一事例可以说明，只要认真做下去，即使没有核化学的发现在前，物理学家迟早总会用物理方法直接观测到重核裂变的。当然，观念的改变越早，这项工作的进程就会越顺利。