公共基础知识之核世界奥秘的探索

　　发射轰击粒子的“原子炮”

　　卢瑟福在首次人工核反应中，作为炮弹用的α 轰击粒子是来自天然放射性元素镭的衰变产物。因它能量较小，故只能与氮、镁和铝等少数轻元素发生核反应。另外在实验中发现许多α 粒子都毫无目标向四面八方乱射。这就好像劣等炮手操炮时不加瞄准，盲目发射炮弹，结果很少击中目标一样。例如，对氮核而言，需用30 万个α 粒子才有一个氮核被击中;同样，如用铝核作靶子，则需用12 万5 千个α粒子轰击才有一个铝核被击中发生核反应。由此可知，这种天然放射性所发射的α 粒子命中率实在太低，而且从能量和强度方面看也太弱，因为放射α 粒子的镭盐实在太少了，当时都是以毫克来计量的。所有这些弱点，都严重地影响核反应实验的进行。

　　但是，科学家们为了揭开原子核内部的秘密，往往像小孩子为了想知道有趣玩具内部的奥妙，经常把玩具拆开那样，总想把原子核打开来看个究竟。于是他们就设法把更多的粒子(如氢核和氦核等)用来作为轰击原子核的炮弹，并把它们装填在能产生极快速度，又能按照指定方向发射的“原子炮”中，以准确命中更多的原子核，产生各种各样的核反应。

　　就在1928 年，生于俄国的美国物理学家盖莫夫提出了用质子替代α 粒子作为炮弹的设想。由于质子本身所带的电荷少，因此与核相互作用的静电斥力也小。这样即使能量比较小的质子(能量为50～60万电子伏)，它也能克服库仑每秒一千万到十亿个，而每秒一个毫安的质子流可获得的质子数就比α 粒子流要大一百万倍左右。

　　另外，质子也比较容易取得，只要把普通的氢原子剥去一个电子后就成为质子。这样带正电荷的质子又能方便地被电场加速，使它的能量能大大地提高。为此，物理学家会同机械设计师一起开始设计制造这种能够加速粒子的机器，人们习惯上称它为“粒子加速器”或“原子炮”。

　　就在1930 年前后，英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿一起建造了第一台粒子加速器。它是利用高压电极上的高电势，对离子源所发射的质子流，在抽真空的加速管中被加速，最后打在靶子上，同靶原子核发生核反应。这实际上是一台倍压加速器，当时他们在五级加速电极之间加上80 万伏高电势，获得了能量约为70 万电子伏特的质子流，最后被打在锂7 靶上。所产生的核反应仍用硫化锌制成的荧光屏进行观测。结果发现每10 亿个质子中就有一个质子打中锂核产生反应，形成一个具有4 个质子和4 个中子的不稳定中间核。然后，分解成两个氦核。