现代发明很少有像核裂变那样，对人类产生如此迅速而深远的影响，也很少会有如此复杂的历史。所以很自然，在核裂变发现50周年时，许多地方都在怀念和纪念着1938年12月奥托 · 哈恩（Otto Hahn）和费里茨 · 斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）的发现。我参与了在罗马的早期实验以及之后在美国的实验。我认识大部分负责人，除了斯特拉斯曼。我将介绍发现的简单要点及其在发现之前的一些事情。

1. 通过中子的蜕变

我从1934年第一次用中子轰击铀开始叙述这个故事。1934年初伊伦挪 · 居里（Iréne Curie）和她丈夫弗里德里克 · 约里奥（Frédéric Joliot）在巴黎发现了人工放射性，恩里科 · 费米（Enric Fermi）就在罗马开始利用氡 - 铍源中的中子代替α粒子去激发许多普通的元素。三月至四月间，有了E · 阿玛尔迪（Edoardo Araaldi）、O · 达戈斯蒂诺（Oscar D'Agostino）、F. 拉赛蒂（Franco Rasetti）以及我的帮助，费米已经证和（n，p）或（n，α）反应。（反应（A，B）意思是，1个原子核被入射的A粒子以B粒的发射所蜕变。）我们的中子源每秒能发射大约10⁷个中子。

用中子轰击铀带来了一个特别有趣的情况；因为我们可望通过一个随β衰变而来（n，γ）反应来形成93号元素，第一个由裂变形成的元素 · 这确确实实发生了——但更多的还在后头。我记得拉赛蒂特别热心轰击铀和钍。我们在1934年5月第一次公布了结果，那是在第一次中子轰击后大约两个月。为了简洁起见，我删去有关钍的大部分工作，它与铀的工作相平行，并且常常对铀的工作作补充。

由我们的中子源产生的放射性并不比复活的铀的天然放射性大很多。这就造成了严重的技术问题。我们可以在辐射之前用化学方法去掉铀的一些β放射性衰变物。但是就在几小时后它们又重新生成了。它们形成了计数的大而混乱的背景。对中子辐照没什么用。同样的困扰也影响了欧洲所有的研究者，造成了我们都犯过的部分错误。

在罗马，我们很快发现辐射过的铀显示了一种混合了几个衰变期的复杂放射性。我们期望只在先前观察到的背景中发现袖，所以我们开始寻找一个经由β衰变而来的U²³⁹（n，γ）反应生成的93号元素的同位素。

2. 化学上的错误

这里我们犯了在今天看来似乎是不可思议的一个错误。我们预期93号元素会类似于铼（75号元素）——在门捷列夫语言中是一个“准铼”。轰击后的产物确故与铼相似，但是由于一个完全不同而且难以想象的原因：一些充分裂变的产物是锝的同位素，43号元素。这个元素（之所以这样命名是因为它是人工合成的第一个元素）是卡洛 · 佩里埃（Garlo Perrier）发现的，我在3年以后即1937年，用氘核轰击钼（42号元素）也得到了。这证明它与铼的化学性质十分相似。实际上它类似于我们对1934年铀实验的错误期望的东西。

哈恩和莉斯 · 梅特纳（Lise Meitoer）以及伊伦娜 · 居里犯了同样的错误，假定93号元素是“准铼”。（93号元素和所有现知的超铀元素一样，类似于稀土族的组成和化学性质）。更令人奇怪的是尼尔斯 · 玻尔（Niels Bohr）并不反对。10年前他就料到充带sf电子的轨道以及新的稀土族的形成，虽然严格说来他不是在适当场合提出的。另一方面，1934年芝加哥大学的A. V. 格劳斯（Aristid von Grosse）就指出93号元素可能类似于稀土族。

3. 铝箔掩蔽了意外的收获

在罗马我们也考虑了用中子轰击铀而形成短寿命的?发射体的可能性。为了证实这个假设，我们在一个电离室前面放置了一块铀箔，然后用慢中子进行辐射。我们认为，如果?粒子来自用中子轰击而产生的—种短寿命的物质，它们就会有比铀背景的α粒子更长的射程，所以我们用一块薄铝箔覆盖在样品上，将会阻止铀α粒子。结果是否定的，铀层妨碍了我们观察由裂变碎片产生的巨大电离脉冲！我们没有公布这一结果，而是记在了阿玛尔迪当时的笔记本上。不过我不能说，如果我们看到大脉冲，就能了解它们产生的原因。P · 斯科里尔（Paul Scherrer）和同事在苏黎世还有G · V · 德劳斯特（Gottfried von Droste）在柏林都完成了类似的实验。我听说瑞士人看到了大脉冲，却认为是观测上的错误所致。

另一个错误是没有对柏林的爱达 · 诺达克（Ida Noddack）在1934年写的一篇文章引起足够重视，她批评了我们的化学并指出了裂变的可能性，有关她的预知已谈了很多。罗马的我们，柏林的哈恩和梅特纳以及巴黎的约里奥和居里，对她的文章当然都知道。如果我们之中有一个人能真正领略到它的重要性，那么也许在1935年就能很容易地发现裂变了。令人奇怪的是诺达克自己并没有做任何实验去验证她的想法。那对她或许是相当容易的。正如预料到的那样，在这一领域中三年多时间的研究认为，只有核反应才能导致接近92号原子序数的元素。

在罗马，我们开始使自己确信，轰击轴时观察到的放射性并不能确定Pb和U之间元素的结果证明是正确的同位素。我们试图证明从放射性化合物中提取的物质的某些性质，发现了一种我们认为其性质像“准铼”的成分，主要反应是用MnO₂做催化剂的一个沉淀反应。几年以前，巴伦赛利（Franco Baroncelli）在意大利重复了我们的去过程，发现他能分离铸（1934年还未知）的一些同位素而与我们的结果相似。显然锝的性质与铢非常相像，它是一个裂变的产物；然而，我们应该对许多事情都怀疑，特别是怀疑我们假设的93号元素只能说明用中子轰击产生的一小部分活性。

4. 臆造的超铀元素

1934年6月，我们确信我们设想的形成超铀元素的成功性已足以发表这个结果。但我们也有一种感觉，即工作并未完成。因此我们就克制住没给我们认为已经发现了的超铀元素命名。当新闻报道对这项工作进行宣传时，费米特别生气。

在1934年暑假以后，B · 庞德科夫（Bruno Pontecorvo）加入了我们小组。10月份我们突然发现了怎样产生慢中子。这是个很重要的发现，我们小组因_戈斯蒂诺的离开而失去最主要的化学家，便暂停了有关超铀元素工作而集中研究慢中子。不过我们着眼于慢中子对于铀活性的影响，以发现它能否被中子俘获，也对中子轰击铀所产生的物质有了更多的了解。1935年夏天有关超铀元素的工作在罗马停止了。当年年底拉赛蒂来到了美国，庞德科夫去了巴黎，而我成为巴勒莫（Palermo）物理研究所教授。阿玛尔迪和费米在罗马专心于发展慢中子物理。

这时哈恩和梅特纳以及伊伦娜 · 居里加入了铀争论。两个小组过去在核物理和化学上都有巨大成就。

在柏林，哈恩和梅特纳是达勒姆（Dahlem）的威廉皇家研究所资深的成员。哈恩是杰出的放射化学家；早在30年前就同欧内斯特 · 卢瑟福（Ernest Ruther-ford）—起在蒙特利尔工作过。在工作一开始，他就发现了一些新的有放射性的物质，后来，他和梅特纳一起，发现了原子核同分异构现象。

梅特纳是出生于维也纳的奥地利公民，是马克斯 · 普朗克（Max Planck）在柏林的助手；后来她成为哈恩坚定的同事，与他在同一个实验室工作。她是个卓越的物理学家，某种程度上是居里夫妇、玛丽和伊伦娜的竞争对手。梅特纳祖先是犹太人，哈恩激烈地反对纳粹。政治形势使得在达勒姆的工作条件变得很艰难，不断地引起焦虑不安。斯特拉斯曼是最后一个加入达勒姆小组的。他是个优秀的分析化学家，也坚决反对纳粹，这妨碍了他的发展。

伊伦娜 · 居里是镭的发现者玛丽（Marie）的女儿，她从她那伟大的母亲那里已经学到了放射化学和化学。她浸透了玛丽的传说、方法和技艺。她与约里奥结为夫妇，他们一起做了有关正电子和中子的重要实验。但是尽管他们未觉察不久就受到了值得纪念的人工放射性发现的伤害。

5. 柏 林

哈恩和梅特纳从验证我们罗马的结果开始工作，使用像罗马和巴黎所使用的一样强的中子源。这多少是令人惊奇的，因为他们应用了相当不同的化学。他们的早期论文都是谬误和真理的混和物，像轰击而产生的裂变产物的混和物那样复杂。铀的大量研究工作经过了很长一段时间的混乱。终于哈恩和梅特纳及斯特拉斯曼得到了一个有力而重要的结果，鉴定U²³⁹是一种有23分钟半衰期的β放射体。不必再进行更详细的研究了。他们主要发表在《自然科学》上的大量论文，记录了这些在认清裂变正发生之前研究工作的起起伏伏。起初作者是哈恩和梅特纳。开始斯特拉斯旻只是作为协助者出现，从1938年7月开始，就是一个完全成熟的合作者了。1937年这三个人在《物理杂志》上发表了一篇较长的概述论文，又在《化学报道》上发表了一篇类似的论文。他们提，12种新放射性同位素属于原子序数在92至95之间的元素，一系列双同分异构态。（事实上，1940年以前没有发现超铀元素。）这种假想的双同分异构体非常令人惊奇。那时还不知道双同分异构态，即使到了今天我们也知道得极少。

我那时的感觉是铀有一种神秘性。在巴勒莫我不能继续研究，因为我没有中子源。1936年夏天，我首次参观柏克莱（Berkeley）（很感谢从欧内斯特 · 劳伦斯（Ernest Lawrence）那儿得到了放射性材料）时，和菲利普 · 艾贝尔逊（Philip Abelson）长谈了一次，他当时还是个学生，我向他指出了有关铀的大难题。我强调，回旋加速器提供的强大中子源会使问题比较容易解决。可以从用快中子或慢中子照射铀开始。艾贝尔逊做了一部分工作，给了我一些衰变曲线的结果。

6. 巴 黎

伊伦娜 · 居里开始同汉斯 · V · 哈伯（Hans von Halban）和卜雷斯沃克（Preiswerk）合作研究用中子轰击钍。早在1935年5月他们就证实了我们在罗马发现的一个有22分钟衰变期的结果。这个钍同位素作为发现的先兆是很重要的。更重要的是，不久他们发现了一个3.5小时衰变期的放射性化合物，其化学性质与镧类似。当然，他们并不了解，那就是真正的La¹⁴¹，—个裂变产物！由于没能彻底弄清，居里和她的同事便认为它是锕的一个同位素。

1937年和1938年居里和佩维尔 · 赛维什（Pavel Savitch）将他们的共同力量集中到研究3.5小时的物质上。大约1938年7月他们得出一个结论，这个物质不是锕，“总之，（3.5小时化合物）的性质与镧相似，目前只能通过分馏结晶法才能分离”。如果他们能够证实它像镧，或许就能发现裂变，就像几个月之后哈恩和斯特拉斯曼确定了钡那样。也许他们最初鉴定的不仅有镧，而且还有化学性质类似的、也是裂变产生的钇，而这两种物质正是分馏结晶进行分离的。

在1938年5月中旬，哈恩和约里奥在罗马的第10届国际化学会议上见了面，并讨论了巴黎的结果。哈恩相信居里的化学中有一些错误，他决定重做她的某些实验。

7. 黑暗和黎明

两个月前希特勒已将奥地利吞并到德意志帝国，这样梅特纳就失去了她的奥地利国籍的相对保护。现在她面临被拘捕的危险。7月中旬她在哈恩和荷兰物理学家德克 · 考斯特（Dirk Coster）的帮助下，秘密而匆忙地逃离了这个国家。哈恩听到她已安全地经过荷兰时，感到很大的宽慰。从那儿她又到了哥本哈根，接着到了瑞典。哈恩和斯特拉斯曼在达勒姆继续工作。哈恩通过频繁的信件，让梅特纳了解他们的进展。哈恩还在发表之前或甚至没向任何旁人包括他的柏林同事提起之前，就向她透露他和斯特拉斯曼正在取得的结果。

哈恩和斯特拉斯曼专心于研究他们认为是镭同位素的东西以及被居里和赛维什描述为3.5小时的生成物。他们总结道，从中子轰击U²³⁸中能得到原子序数从88到96范围的16种原子核片，包括一些同分异构体。这种混乱正接近到极点。但是，黑暗恰在黎明到来之前，因为问题的解决已为时不远了。

早在1938年12月，他们就认为已确定了一些衰变链，在链中显示了已确切知道的遗传关系。假定镭的4种同位素衰变成Ac然后变成Th。这些假定的链是以前论文中经过修改的链。为了更加肯定，哈恩和斯特拉斯曼决定鉴定镭的同位素以排除任何疑点。他们想让它们遵从一些很严格的化学试验，即将钡作为传送物而镭作为一个放射示踪素。这些壮观的实验使得哈恩和斯特拉斯曼很不情愿地得出结论，假定的镭的同位素实际上是钡！在他们发表在《自然科学》12月第22期上的历史性论文中，他们写道：“作为化学家，因为有了刚才描述过的实验结果，我们就应改变原来的设想，引入Ba、La、Ce的符号而代替Ra、Ac、Th。作为‘原子核化学家’，工作又很接近于物理学领域，我们也不能把自己带到这样一个偏激的地步，推翻原子核物理先前所有的实验。”但在前面几行中，作者又指出“许许多多Ba+Ma（锝）质量数的总和，比如138+101，得到239”——一个他们正在思考着的裂变产生的清晰迹象。这就是发现原子核裂变的时刻。

8. “我们都是傻瓜！”

哈恩在公布之前，写信将这些结果告诉在瑞典的梅特纳。她把这些信给她外甥、物理学家奥托 · ，弗里什（Otto Frisch）看了，当时他从哥本哈根来过圣诞节。弗里什和梅特纳很快就产生了裂变的观念。不久弗里什回到了他在哥本哈根的实验室。用他的话说：“我很热切地对玻尔提出我们的推测——时间确实不多——他就要出发去美国了。他只给我几分钟的时间，但当我刚开始告诉他时，他就用手捶着额头大叫着：‘噢，我们全都是傻瓜！不过这太妙了！应该就是这样！你和梅特纳写了有关论文吗？’”两星期后，《自然》杂志收到了他们的论文。

裂变的发现掀起了研究的浪潮。开始和主要做的显然是鉴定裂变碎片的存在。可以从质量的减少，或者从裂变碎片的库仑力计算出，核裂变释放能量必是200兆电子伏特；因此它们会严重电离。弗里什很快得到了这样的碎片，几乎同时许多人也得到了。

用中子轰击而产生的物质的化学鉴定现在露出了新面目。伊伦娜 · 居里在1938年就说过，“用中子轰击铀似乎给出了几乎每一种元素的一种活性组成。”她是对的，现在许多人赶紧奔去清理裂变产物。

在就要发现裂变产物时，费米由于“他证实了由中子照射而生成的新放射性元素的存在，以及由慢中子造成的原子核反应的有关发现”，在斯德哥尔摩接受了诺贝尔奖。这种引述，就所提到的“新放射性元素”这些词而言，一直有不同的解释。如果“同位素”这个词的使用取代了“元素”这个词，那就清楚了。费米从瑞典直接移居到了美国，在那儿他第一次听到有关裂变的消息。

裂变的发现是振奋人心的。从《物理评论》上立即发表的关于裂变的大量论文可以看到美国的反应。路易斯 · 阿尔瓦洛兹（Luis Alvarez）已生动地描述了柏克莱的反应。

9. 验证超铀元素

超铀元素仍有些令人惊奇的事情要出现。约里奥试图证实裂变，将一薄层铀暴露在中子前，再放上一片里面有他收集到的裂变碎片的胶木。爱迪文 · 麦克米兰（Edwin Mc Millan）在柏克莱独立地做了同样的实验。他们两个都发现在铀层中存在一种不会裂变的活性，有一种23分钟的活性应归于由U²³⁸的一个（n，γ）反应形成的U²³⁹，这已经由哈恩和梅特纳证实了。但还有另外一种两天的活性。

我于1938年来到劳伦斯的放射性实验室后，利用回旋加速器的动力作为中子源去研究这种有两天活性的化合物。我研究了它的化学性质，得出结论，它们就是那些稀土族元素的性质。我想到这两天活性是由于原子序数为93的U的一个β裂变产物所致（如它真正的那样），但我期望93号元素有“准铼”的化学性质！我想发现在23分钟活性和两天活性之间有一种因果关系的尝试失败了，因为从的号元素发出的射线异常柔软使我误入迷途。另一篇错误的论文增加了由照射铀而产生的很多错误。但是，像其它许多错误一样，还有一些真理成分。它表明93号元素类似于稀土元素。

终于，几个月以后，麦克米兰和艾贝尔逊从化学上分离并识别了93号元素（镎），即U²³⁹的产物。

同时，约里奥、费米和其他许多人已经注意到两种裂变碎片在中子中特别丰富。大部分过量中子通过β裂变转变成了质子，但可以想象还有一些中子仍是自由的。这就为链反应打开了可能性的大门。

这是1939年初；战争正威胁着欧洲。核裂变更成了一种科学的珍品。我就不再讲述这个熟知的故事了，它已经讲过许多次了。

裂变的发现有不同寻常的复杂历史；围绕着它有许多错误。然而自然界确实弄复杂了这个问题。人们同天然铀的放射性和两种长寿命的同位素——U²³⁵和U²³⁸的存在作斗争。较重的同位素，正如已知的，用慢中子轰击时并不经历裂变。较轻的同位素，仅仅只占天然铀的0.7%，对所有慢中子裂变都是可靠的。这是个棘手的问题。首先，据我看来，人类理智所看到的只是期望看到的那些。

[Physics Today，42（1989），No.7]

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* 作者是当代著名物理学家兼科学史家，美国柏克莱加州大学物理学荣誉教授。他曾是物理学大师E·费米的研究生，并且在1959年与张伯伦（Owen Chamberlian）一起荣获诺贝尔物理奖。本文是根据作者1989年4月22日突然逝世前三个月在美国物理学会旧金山会议（1989，1）上所作的报告整理而成的。——译者注