原子核裂变正“年届五十”。恩里科 · 费米（Enrico Fermi）在意大利的罗马城花了5年以上的时间，搜集关于用中子轰击原子序数为92的铀核所引起的后果的资料。人工放射性物质的产物很丰富。费米自然会以为，先是重核吸收中子，然后衰变（失去一个电子），顺乎其理，余下所谓真正的人工制造的放射性元素的核，其原子序数大于92。可是，如此构成许多放射性核素，尚难以置信。

然而到1938年11月末这个谜被解开了，德国柏林 · 威廉皇家研究院的奥托 · 哈恩（Otto Hahn）和F. 史特拉斯曼（F. Strassmann）宣布，费米所关注的那种扰人的人工放射性至少涉及原子序数为56的钡的一种同位素。通常，预期这类核反应只引起原子序数的很小改变，甚至只改变1；但这被否定了。

对此作出解释的是莉译 · 梅特纳（Lise Meitner）和她的外甥奥托 · 罗伯特 · 弗里施（Otto Robert Frisch），他们于1939年2月11日写信给英国《自然》杂志（Nature）编辑部。他们以简洁而成熟的论证方式说明：中子轰击铀核，必定使其分裂成小块（此乃裂变）。往后便是“曼哈顿工程”、日本广岛和长崎的原子弹轰炸，美国的希平波特，甚至还有苏联的切尔诺贝利核电站不久前发生的事故——所有这些都不能从我们这个时代的历史上抹去，顺便还要提一下，梅特纳原先在威廉皇家研究院，后来为躲避纳粹迫害，迁居新址——瑞典的斯德哥尔摩研究所。她的外甥也是犹太人，比她逃走得更早，先在伦敦逗留一年，尔后跟随尼尔斯 · 玻尔（Niels Bohr）工作，便定居在丹麦首都哥本哈根。

裂变的发现及其利用当然可编成一些声势喧赫的故事，在过去50年的几个时期已进行过庆祝；但过了这么多年，因某些众所周知的原因，裂变竟变成一个不法之词，有许多人，甚至从事研究的人士，都宁可喜欢那段历史走过另外不同的路径，某些人兴许会想象：宇宙已经改观，一些基本常数（例如普朗克常数）有足够的变化，以致与铀裂变不予相干，那么世界进程就完全不同了，所以人们换以沉默态度，希望1989年静静地过去。但这种观点蔑视如下事实：裂变的发现和进展，目前依然是可能与自然匹敌的巧妙机制的一种最迷人的显示。

Nature No. 3615，Feb. 11，1939 News and Views

一种新的核反应

本期第251页上报道了O. 哈恩教授、L. 梅特纳教授和F. 史特拉斯曼关于用中子轰击铀核的新近研究情况。梅特纳教授和O. R. 弗里施博士在一封信函（也刊载于本期第239页）中已给出轰击结果的推理过程及其蕴含的意义。约翰斯 · 笛普金斯大学化学实验室的R. D. 福勒（R. D. Fowler）和R. W.多德森（R. W. Dodson）声称对梅特纳的结论已给出了实验验证，他们通过海底电报通报了这项实验结果，下面引述其报道文字：

“我们在3毫米电离腔中以氘中子轰击硝酸铀，发现其引起强烈的电离，至少有五次从天然铀中产生α粒子。每分钟由来源于通以1毫安电流、加上250千伏电压的氘核的快中子产生35个粒子。绕着电离腔放置石蜡，粒子记号增至每分钟70。

我们相信这是对哈恩和史特拉斯曼工作的验证。发现在中子轰击以后出现的α放射性是属于钡的，而这些粒子正是带有100兆电子伏能量的钡离子。

我们还在同样的离子腔里用氘中子轰击氧化钍，与上面相同强度的快中子每分钟产生30倍强的离子束。置以石蜡不增强此效应，我们相信钍核也被快中子击碎成质量为钍核一半的小块，其能量也约为100兆电子伏。”

裂变的发现在书面描述上曾被竭尽壮观之能事，但其重要性随着事后的明辨而降低，那是以一批几乎占大半的优秀科学家（其中许多人还活着）的声誉受到损毁作代价换得的。当时裂变很快成为调节科学与政府之间关系的主要议事项目，双方由此而达到平衡、并相得益彰。可是会没有广岛、长崎惨剧和40年由裂变引发的冷战以至切尔诺贝利事故吗？看来可以不忽略不愉快周年纪念的那些最触目的标记吗？唯有以为不愉快事实已被遗忘就好了。那意味着，某些历史经历如此令人苦恼，以致没有人能从中取得教益；这对智力是一种损害，亦有损于科学的威望。

裂变已被利用，其巧妙机制在梅特纳和弗里施的论文中已予简明地表述，文中不只是引出正确结论，更有对机制极细致的描绘。论文作者之目的在于证明铀裂变正是对费米材料的适当解释。

梅特纳和弗里施首先说明，凭借玻尔的核理论（将核当作依靠其表面张力而聚拢的液滴），核裂变解释似当合理。铀核液滴在中子轰击下发生振荡，从而拉长、断裂，分成质量相差不多的碎片（新的子核）。他们放弃这样的看法：是因为粒子的量子贯穿，铀核碎片才比作为α粒子的氦核大得多，而是作出断定：“整个分裂过程可能用基本上经典的方式进行描述”。即便如此，仍使人颇为吃惊的是，他们算出铀核裂变释放能量必为200兆电子伏，与测量值仅相差百分之几。

尔后，梅特纳和弗里施再说明，裂变解释赋予自费米最早一些实验以来所积累的材料，以比其他任何解释更有意义的理解。他们的论文包含一些关于放射性β衰变链的直觉性假定，从一系列较轻元素（例如锶 - 钇 - 锆）中可以领会其含义。但他们也同意费米关于超铀元素的设想，假定是铀 - 239，而实际上是钚 – 239^[1]。

即使以现今的眼光来看；裂变现象的发现及其正确解释所激起的冲动也还是非同异常的。之后1周内，弗里施报告了对由裂变碎片所引起的电离的直接测量结果，并给出碎片能量高于50兆电子伏这一估算值。这两篇论文的材料相同，而一篇迟后一星期。再下一周，玻尔著文赞扬弗里施的判定：裂变可能以振荡液滴的分裂来准确地描述，并附带分析了为什么那么不稳定的核不能自发地裂变的问题，而相反需有中子向铀核液滴压缩以促发核振荡。

裂变解释至3月18日变得更严谨，那一天，冯哈尔巴（H. Von Halban）、乔莱昂（F. Joliot）、利奥 · 科瓦尔斯基（Leo Kowarski）在法兰西公学用此解释说明了实验结果，他们并指出裂变过程中会释放出少量过剩的中子。其根据是观测到，从两个半质量子核的稳定性要求来看，铀核包含的中子数尚超出12，于是部分多余的中子进入裂变碎片（这就是为什么它们的放射性主要是β型的），而另一部分则可能在裂变过程中释放出来。

于是作者得出结论：“显然，放能蜕变链是最有趣的现象；然而为建立这样的链，对应于吸收一个中子，产生的中子数必须大于1。情况看来确是如此。”三月底，就是这个研究组已估算出，由中子触发一个铀核而裂变会平均产生3.5个中子。到6月3日之前，该研究组又估算出，裂变中所释放的中子携带的能量高于2兆电子伏。这样便可有效地维持链式裂变反应。于是，人们不仅进一步了解了裂变的机制，而且注意到所引出的问题的严重性。

在1939年春末夏初，美国和欧洲的一些了解情况的人已在必然思考炸弹、核反应乃至两者的联系。值得注意的是，正在第二次世界大战爆发后的头几个星期，英国皇家学会邀请奥托 · 哈恩到伦顿介绍其6月23日发表的工作成果。在哈恩和史特拉斯曼的论文发表后1年内，100多篇有关文章也陆续发表。

因那时期大西洋两岸通讯（电报和远洋定期航班）的发达，裂变工作之发展太快了。1939年上半年，欧洲的工作几乎都发表在《自然》杂志上，美国的工作发表在《物理评论》上，还有些内部通讯的渠道。弗里施和梅斯纳的论文内容以及弗里施关于铀核裂变成携带能量的碎片的说明，由玻尔传至美国，他正巧在二月中离开丹麦，赶往美国，其时弗里施正准备将他的手稿寄给《自然》杂志。

及至春季，裂变现象的特征已被不少科学家彼此独立地证认。看来玻尔已首先对此产生一个严厉的问题：铀的两种主要同位素²³⁵U和²³⁸U中哪一种主势承担慢中子促发的裂变。他在四月末美国物理学会举行的春季会议上提出，倘若将²³⁵U从大量²³⁸U中分离出来^[2]，那么便能使链式反应自持下去；于是引起关于分离这两种同位素是否可行的争论，争论大约一直持续到分离设备在橡树岭交付运转为止。

到那时弗里施在伯明翰，跟鲁道夫 · 派尔斯（Rudolf Peierls）、奥地利人马克 · 奥利芬特（Mark Oliphant）—起似乎已最早认定，是铀－235这种同位素被慢中子促发而裂变，籍此建造核反应堆；而就是这同种同位素只有靠快中子轰击时，其裂变才可用于制造（原子）炸弹。弗里施和派尔斯说服奥利芬特、尔后再说服F. 西蒙（F. Simon），将注意力转移到用扩散法将铀的两种同位素的分离之上。到1940年夏季之前，英国政府已相信所谓“超级炸弹”是可以制成的，并说服美国为“超级炸弹”作一尝试是有其共同性利益的。

也是在1949年即将来临时，出现了另一条导致原子核武器的途径。在美国伯克利，由E. 麦克米伦（E. Mc Millan）和菲利普 · 艾贝尔森（Philip Abelson）发现原子序数为93的元素镎。对超铀元素确实存在的证明似乎很快就深入人心。这些元素中的一部分是可裂变的，因而就为生成原子弹和反应堆的材料（核燃料）提供了容易达到的手段。特别要提一下钚。加利福尼亚的劳伦斯（Laorens）在1941年7月11日指出：“链式反应发生后，可能会在其激烈反应的过程中产生少量的第94号元素钚。这种元素能用普通的化学方法从经过反应的铀中提取出来，并且可能具有像铀 – 235一样的价值”。铀－239与铀－235都是理想的核燃料。

事后之明辨尽管使人们得到许多教训，然而说及核裂变之发现的损害毕竟似乎是一种老生常谈，这充斥于许多教科书的介绍性叙述中。现在要准确地再现那些人如此快地理解核裂变之派生结果的“天真无邪”的模样，却并不容易。关于中子的情况在30年代已经清楚。以镭或针发射出的α粒子轰击铍核，即得中子束流。核子（中子和质子）之间有作用力，这可作唯象性描述。而至1935年，汤川秀树猜测，核子间的作用力由介子作媒介，人们希望核内核子的运动状况就像原子内电子的运动状况一样，因此也可用一些简单的量子数予以标征；然而并不能作这样的简单类比。虽然实验工作者对核反应的研究已积累了几年经验，但裂变之应用总要求无休止灵巧的即席创作。

人们以矛盾的心理看待过去，有一种惊人的批评：现在对上述研究，往往将其描绘成“惹祸的成果”多于评定为“伟大的成就”。从长远的观点来看，我们能否明白，这样一个解开了自然之谜的聪明才智的故事或许会被忽视？因为其带来的后果是不愉快的。这好比一个对某项工作的应征者在他的履历中隐瞒了一段当税收员的经历，因为收税的职业不总是受人喜爱的。

裂变研究在当时的进展以及后来的影响所及形成科学的一个专业领域。不仅在西方，在苏联亦然如此。第二次世界大战爆发前后，从德国和被侵占的故土逃亡出来的一些避难者因理解裂变及其应用而受人青睐。这是一次规模甚巨的智力大迁移。梅特纳，这位犹太女士离开柏林较晚。类似命运的人中留在英国的如有西蒙、派尔斯、门德尔松（Mendelssohn）等，留在美国的有智慧群星：爱因斯坦、J. 冯纽曼（J. Von. Neumann）、E. P. 威格纳（KP. Wigner）、费米E. 泰勒（E. Teller）、韦斯科夫（Weisskopf）以及其他许多人。流亡的科学家离乡背井、餐风宿露，最终倒因避难国之急需而得到同行们的欢迎。这样，特别是美国，很快成为人才聚集的地方。假如核反应研究始终保持为一种纯理论的探讨，那么情况就不会如此；但结果却是，大迁移使其大大超出狭窄的专业界限。

从欧洲来美国的迁居者提出并坚持这样的主张：对核爆炸可予实用性研究；他们认为，此乃针对德国或许取得同样成果之可能性的必要预防措施。匈牙利人利奥 · 西拉德（Leo Szilard）在美国竭力阻止发表裂变研究结果。末了竟请迁居美国的爱因斯坦签署呈函于罗斯福总统，劝其筹建曼哈顿工程。遗憾的是，即使在原子弹爆炸后人们有了后见之明，也往往不肯严肃地声称这种主张是不正确的。

裂变发现后几个月的情绪激奋，对于社会学的影响是十分深远的。实际需求迅速导致裂变付诸实用，那段非常时期表明，科学家的价值，不是依据其年龄、背景，或甚至一纸资格文凭，而是理解认识的能力和实用性的技术技巧。而友谊是那段时期的另一遗产。那些于1945年以前呆在洛斯阿拉莫斯现仍在富有感情地回忆着那段通力合作的经历。可能使物理学以简单直接的方式付诸实用，当时对这一点的证实是有明显作用的。看来，世界各地的高能物理实验室还努力保持着对外开放的传统。促成这种相互联系的更具耐久力的粘合剂是科学家们的一种共同的观念。他们敁然仍希望得到政府的许诺和支持；而政府往往并不理解，某些狂妄的思想可转化成现实，在此转ft过程中并表明，甚至抽象的学科也是有用的。

洛斯阿拉莫斯当然不是曼哈顿工程唯一重要的实验室，还有些实验室在伯克利、芝加哥（芝加哥大学的运动场上建造了第一座核反应堆），并有设备制造厂，以及设在乔克弗的英国 - 加拿大核公司等。核能当然亦非科学在战时用于军用业务的唯一重要手段。（此外，雷达、密码等也是相互联系的重要工具。）诚然，曼哈顿工程在规模上和隐蔽程度上均十分不凡，其大胆精神——敢冒失败之危险——亦似乎是了不起的。然而，人们对洛斯阿拉莫斯的依恋还费留着战后时期含有敌意的创伤。谁若愿做重写历史的游戏，他也许会问，要是曼哈顿工程失败了便会怎样呢？那么，太平洋战争可能会延长到1945年之后；但显然这样并没将问题回答清楚。洛斯阿拉莫斯的科学家之间有一种议论：两颗原子弹不应在发怒时使用，而只不过作一些示范性试验罢了；但官僚政治机构对此议论严加反对，美国国会想知道花费了那么多钱（花去20多亿美元）实际上派何用场。

第三帝国建立德国海军，并在一无基础的情况下创建飞机工业，这种干劲和能力使人们痛感德国人也许会比对手更快地实现核爆炸，而在目今的情况下，可能会作慎重考虑，或甚至在实力雄厚的对手之间达成协议：有几种武器当弃置不用。但在当时，制造原子弹似乎是势在必行，对曼哈顿工程的可行性也已加以确证。结果是，科学从冒险中产生，其名声反倒大振。可是，对广岛和长崎首次应用的“大智大勇”，却是另一码事，其严重危害令人瞠目结舌！看来，似乎是裂变的发现把世界引上畏途，残酷的战争中竖起的火刑柱不少于文明社会所保护的雄伟建筑物。

研究者们尽管对第一颗原子弹的爆炸力及其辐射效应的强度、放射性污染以相当高的精确度预先计算出来，并且他们的积极性因可望从核反应中不断地取得廉价电力而提高，却不能估计出政治影响有多大。但他们对于自己的研究结果形成一种义务。1945年前几个月，洛斯阿拉莫斯和芝加哥的科学家有一些关于核爆炸导致专业性应用的想法，可是，由于通常人们并不认为，核爆炸除了有计划中的军事应用之外，还可作其他用途，因此这些想法在当时是无法奏效的。但到战后，情况就不同了。

在美国，原子弹的研制使科学和科学家在政府部门赢得一席之位，至尼克松执政时期，还设一总统科学顾问委员会，该委员会敦促联邦政府负起支持广泛研究（而不限于公共卫生和农业范畴）的职责。所谓“美国当今科学达到如此高的水平和效益应归因于曼哈顿工程”，当然是一种曲解。但该工程的研究成果对战后核科学的发展是有一定的刺激作用的。类似的情况在苏联也有。1941 ~ 1986年间苏联科学院在核科学方面的成就主要得益于卡皮查（Kapitzas）、库查托夫斯（Kurchatovs）、阿特西莫维契斯（Artsimovitches）的努力，他们三人完成了苏联核武器制造计划。

曼哈顿工程中科学与政府的友好关系给政府留下如下印象：科学是其固有政策实施的适当工具。政府若企图完成某些有价值的技术项目，便期望它的国民（也包括科学家）签约承担各项计划，但对其附有一种恼人的考验——须以不望享有坚持关于技术工程有关知识的意见的特殊权利。献身于曼哈顿工程的人们的忠诚已使政府相信，或许可能召集一批自愿为某些工程效劳的工人，而那些工程的理论基础比40年代早期的曼哈顿工程甚至不招人注目得多。

也必须承认，曼哈顿工程因其“赫赫战功”，或所显示的道理——最困难的任务靠充足的热情和勇气总能完成——而闯向人类的前列。事物往往有两面，值得庆幸的是，裂变除了使曼哈顿工程带来那样的祸害以外，好像一开始就表现出有良好的一面，可利用其自持链式反应产生电力。因此，例如英国政府在1955年宣布如下计划——在10年内建造十二座形式不同的核反应堆。同一年，首届原子能和平利用会议在日内瓦举行，讨论如何降低原子能发电的成本问题，曼哈顿工程是个标本，虽然惹祸，但无论在其技术上，还是在其他方面，总有一些此后发展核工业的借鉴之处。制取几十公斤裂变材料虽然困难，但总比建成一整个新工业简单。

然而，现在又普遍将核工业看作是裂变的第二个有害面；当然，这些看法是没有根据的。实际上是人们害怕核污染（切尔诺贝利事故是迄今最糟糕的），害怕从核反应堆中常规释放放射性物质以及担忧核燃料的回收出叉子；再则，对核反应废物的长期处置还没有可靠的方法，从而引起民众的怨恨。可是事实上，与建造和运转反应堆的技术问题相比，这些有关安全性的问题预先处理得更为妥当。自然，核工程的技术人员对民众的指责的不公平感到不满，尽管他们的自负却引起民众的怀疑。

真实情况是，世界各地的核工业部门，甚至包括已发生切尔诺贝利事件的苏联，都更勉力于保护人民不受放射性效应的伤害，而不只是关心核动力工厂的技术和经济效益问题。但现在却似乎有理由认为，不能完全避免另外新的核事故发生的危险，这就相当于宣称核技术在安全标准方面是难以掌握的。那么，若要解决这场关于核动力发展前景如何的争论，则唯有将这门有潜在价值的技术束之高阁，甚至在因气候变化造成威胁使核动力变得特别有价值的时候亦然如此。看来，这是对核裂变发现50周年的一种具有讽刺意义的庆祝方式，并且是对技术上无能为力的一种罕见的感叹！然而这样是否太悲观了呢？

［取材于Nature Vol337. No. 6207 1989年2月9日编辑部一文及其他有关资料］

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[1]²³⁸₉₂铀核吸收一个中子后变成²³⁹₉₂铀，通过β衰变：²³⁸₉₂铀—²³⁹₉₃镎—²³⁹₉₄钚，故得到的是钚－239。镎和钚当然都是重铀元素。钚－239在中子轰击下也会裂变。

[2]天然油矿的主要成分是²³⁸U，而²³⁵U仅占0.7%。