核蜕变

到1917年，继续留在曼彻斯特实验室的科学家已为数极少，卢瑟福就是这极少数科学家中的一员，与其同在的，还有他的技术员凯，可是，卢瑟福缺少能承担实验任务的有才干的学生。马斯敦，忠心耿耿的马斯敦，在他作为一名教授回到他的故土新西兰之前，曾于1915年观察到过一种奇特现象，当他用α粒子轰击空气的时候，出现一些粒子具有长得不寻常的射程。一种可能的解释是，这些粒子是氢核，因为如此长距离的反冲，在用α粒子轰击氢时是常常出现的。但卢瑟福却怀疑它是某种别的极其重要的东西，为此，他主要利用履行公职多余的时间，做了长期而耐心的研究，决心搞清楚这种出射粒子的性质。在1917年11月的一篇论文中，卢瑟福自问道，那些粒子到底是氮原子，氦原子，氢原子呢，还是锂原子？

到1919年6月，卢瑟福准备好发表一篇题为“α粒子与轻原子的碰撞”的论文。论文共分四个部分。前三部分内容是杰出的，但没有什么独创性见解。小标题为“氮的反常效应”的第四部分中讲道：

我们必须推断，在与高速α粒子切近碰撞过程中产生的强力作用下，氮原子蜕变了。释放的氢原子是构成氮核的一个组成部分，……总的说来，这些结果意味着假使用于实验的α粒子或其他相类似的粒子能量再大些的话，我们就可望轰碎许多较轻原子的核［哲学杂志第37期581页（1919年）］。

这就是核蜕变，它正是炼金术士之梦的一种现代形式。卢瑟福在公布他的发现之前，已经做了每一个可能的对照性实验。他想要使结果绝对地可靠，为此大约花了三年的时间。图6.4所示是卢瑟福用的实验装置。这个装置的成本不到现代化加速器成本的百万分之一；但是，它需要卢瑟福亲自用显微镜观察，因此，这一要求是不那么容易实现的。(https://www.daowen.com)

图6.4　卢瑟福观察首次核蜕变用的装置。该图选自卢瑟福、查德威克和埃利斯著的《放射性物质的放射性》一书（剑桥大学出版社，1931年），它实际上在书中出现过两次。图上表示出可充入气体（氮）的一个密封容器，并在D中装有-α粒子源。因为距离DS大于α粒子的射程，人们就可以断定，在荧光屏F上产生闪烁的粒子，是在被α粒子轰击的氮核的蜕变过程中发射的。细致的研究证明，碎片是质子

有人在维也纳重复做了卢瑟福的实验，奥地利的科学家们也发现了比卢瑟福为多的核蜕变。一场热烈的争论开始了，但最后，人们发现还是卢瑟福是正确的。在卡文迪许实验室，P.M.S.布莱克特（Blackett）拍摄了证实卢瑟福结论的威尔逊云室[2]的照片（图6.5）。

图6.5　氮核在云室中的蜕变，它是由布莱克特观察到的。其源含有处于放射平衡状态的Pb212+Bi212+Po212，发射8.6厘米和4.8厘米两种射程的α粒子。射程较长的一种α粒子轰击氮核，且按反应：7N14+2He4=8O17+1H1击碎了它。横向较长的一条径迹是属于质子的，另外一条是8O17的