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第14章 发明中子的费米

恩里科·费米(1901~1954)生于意大利。他的一生主要从事理论物理、原子及核物理学、中子物理学的研究。因发现了中子辐射产生的新放射性元素以及慢中子产生的核反应而荣获1938年度的诺贝尔物理学奖。第二次世大战前夕,费米举家迁往美国,并在参加美国研制第一颗原子弹的工作中发挥了巨大作用。

1932年,英国物理学家詹姆斯·查德威克爵士在剑桥大学发现了中子,并因此获得1935年的诺贝尔奖。这个发现开辟了原子核研究的新纪元。后来查德威克参加了美国第一颗原子弹的研究和制造工作,成为洛斯-阿拉莫斯实验室的重要成员之一。

1934年,着名物理学家,居里夫人的女儿伊琳娜·约里奥·居里和女婿弗雷德里克·约里奥·居里用X粒子轰击铍、锂、硼等元素产生了人工放射性物质,发现了人工放射现象并被授予1935年的诺贝尔化学奖。

费米受到以上两项发现的启发,开始试着用中子来进行人工放射实验。

1934年10月,费米和同事们对某些金属进行人工放射性试验。他们把中子源放入银质圆筒内,再把圆筒放在一个铅盒里,发现了一个奇特现象:把银圆筒放在铅盒的中央和一角,它的放射性的强弱是不相同的。

面对这种奇特现象,同事们疑惑不解,有人甚至怀疑是因统计的错误和测量的不精确造成的。但费米不同意这种看法,他敏锐地意识到这种现象的科学价值。听了同事们的议论,他平静地说:“这也许是一项重要的发现,让我们多做一些各种情况的试验。”

经过几天的试验,费米和同事们又发现了新的奇特现象:把中子源放到圆筒外面,在筒和源之间插上一块铅板,圆筒的放射性竟然也增强了。

这是怎么回事呢?费米还没找到答案。他想铅是一种重物质,石蜡是一种轻物质,何不用石蜡来试验一下呢?

10月22日上午,费米和同事们找来一大块石蜡,在上面掏个洞,把中子源放入洞内去辐照银圆筒,然后再用盖革计数器测量它的放射性。结果,计数器发疯似地“喀、喀”响起来。石蜡竟把银的人工放射性一下子提高了上百倍。

中午,费米躺在床上,上午实验的每个细节一幕幕呈现在眼前。他思考着如何解释石蜡奇特作用的理论。他想,石蜡含有大量的氢,氢核是质子,它的质量和中子几乎相同,当中子源被封在石蜡块里时,中子到达银原子核前,便会同石蜡中的质子相碰,碰一次便会失去一部分能量,正如一个台球在击中另一个台球时,速度会慢下来一样。一个中子从石蜡中出来以前,会连续同许多质子相碰而减速,从而变为慢中子。正是这种慢中子,将比快中子有更多的机会被银原子俘获。

费米再也躺不住了,他爬起来,快速来到实验室,向同事们讲述了自己的新想法,最后,他推测说:“如果我的想法是对的,那么,任何含氢成分大的其他物质,比如水,也应该具有同石蜡相似的效果。”

水是不缺的,实验室后面花园里有个金鱼喷水池。他们说做就做,从实验室把中子源和银圆筒搬了出来,都放在喷水池的水下。开动计数器后,水真的把银的人工放射性增强许多倍,费米的设想得到了实验证实。

正是这次不寻常的实验及以后的一系列实验,使费米在中子轰击方面,尤其是热中于轰击方面取得了引人注目的成绩,1938年,他因此荣获诺贝尔物理学奖。

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