加速器与核裂变研究
玻尔研究所曾一度位居核裂变研究的前沿。这一时期，弗里施和梅特纳的论文及弗里施关于核裂变碎片的离子化能量实验研究都产生了重要的影响。伴随核裂变出现的中子发射几率问题及与惠勒的合作，更是玻尔对核裂变的最重要贡献之一。玻尔的核液滴模型及复合核模型更在核裂变研究中，起到重要作用。
值得书写一笔的是玻尔研究所的加速器。在早期核物理研究中，丹麦的加速器起了重要的作用。早在加速器建成之前，玻尔研究所就开展了高质量的核实验研究。在原子和分子谱线高精度测量与特征谱线的精细与超精细结构的研究中，玻尔研究所都处于欧洲的领先地位。
1935年初，玻尔获得一笔资助，得以实现建立高压发生器与回旋加速器这一多年的愿望。此时，为了安置加速器，也为了与生物研究所合作，玻尔研究所再次面临扩大。玻尔不得不再度投入到规划、设计及资金周转等繁琐的事务之中。
高压发生器的建造始于1935年，1938年投入运行，可以产生100万电子伏的能量。回旋加速器的建造始于1935—1936年间，这是一台巨大的设备。它那巨大的磁铁从丹麦北部菲英岛的奥登塞（Odense）运来。这个大家伙运到那天，全所轰动，待运到楼前才发现，它根本进不去门，最后不仅要破了窗，还要把周边的墙打掉，才勉强拖运进来。
1937年3月，玻尔到美国加州伯克利访问时，曾与劳伦斯商议好，有朝一日劳伦斯将帮助玻尔研究所建造和调试加速器。1937年9月，劳伦斯果然派来了一位年轻人。据当时在研究所工作的物理学家拉斯莱特（Laslett）回忆，这位年轻人“瘦骨嶙峋、沉默寡言，大部分时间把脚放在桌子上，椅子背向后倾斜着，膝盖上放块画板，独自在那里画着那些回旋加速器的器件”［175］。1937年12月，玻尔写给劳伦斯的信中说：“可以说，在建造回旋加速器的日子里，每一天我们都充满期待，也充满对你的敬仰……我们希望再过几个月，这台加速器就能运转起来。”［176］
但是玻尔太乐观了。事实上，直到1938年11月11日这台加速器才开始运行，400万电子伏的射束打到靶上，形成了强中子源，引起全所振奋。这一天玻尔给劳伦斯发去了电报，“回旋加速器建成，全所工作暂停，以表示对你的感谢之情。”因这台加速器的建成，使玻尔研究所在全欧洲，已经与剑桥、列宁格勒和巴黎的研究所齐名。
正是利用这台加速器加速氘核轰击锂，获得了强中子源，证实了梅特纳和弗里施关于核裂变的发现，并从核裂变碎片获得重要结果。接着，利用这台回旋加速器雅各布森（Jacobsen）和拉森（Lassen）又完成了对铀和钍的氘核诱发裂变实验研究，所使用的氘核能量达到了7.59MeV。但此时丹麦已经进入战争状态，不得不中途停顿下来，直到1945年才重新启动。
1938年，奥地利物理学家梅特纳（Meitner）被迫离开德国。她与哈恩（Hahn）在德国共事了30多年，他们利用中子轰击铀靶，研究反射物的性质。就在这年7月离开德国前，她与哈恩发现了一件奇怪的事，就是经过实验得到与镭具有相同性质的三种元素。他们意识到这不寻常的现象必然具有重要意义。当梅特纳在斯德哥尔摩诺贝尔研究所找到工作以后，接到哈恩的信，告诉她另一件预料不到的事。他和助手斯特劳斯曼（Strassmann）在反射性实验中，出现了钡的碎片，他们感到这件事很新奇但不得其解，因为直到此前还没有人发现这种情况。这封信引起梅特纳的思考。难道巨大的原子能分裂吗？这种能量从哪里来？恰好此时，她的侄子，物理学家弗里施（Frisch）前来度圣诞假，两人共同研究此事。那一时期，弗里施在玻尔研究所与玻尔共事，恰好熟悉玻尔的“液滴”模型。弗里施与梅特纳就这些问题进行思考。后来他回忆这段经历时说：“我们俩穿过树林，走在冰雪路上。我穿着滑雪板走在冰雪上，梅特纳说她可以步行跟上我。我们一路走一路说。坐在树桩上休息时，就在一张草稿纸上计算起来。我们发现，当核非常大时，确实能克服表面张力，所以铀核完全可以像一个非常不稳定的液滴，在轻微的激发下，例如一个单个中子的冲击，有可能自发分裂。”［177］当时，通过梅特纳的计算，在铀核分裂成碎片时，所释放的能量将为2亿电子伏，可是这个能量要从哪里来呢？恰好梅特纳熟悉各种原子核的质量。经她计算，两个碎片的总质量比原来铀核的质量要轻质子质量的五分之一。按照爱因斯坦的质能方程，所损失的这部分质量恰好等于五分之一质子质量所对应的能量，即约为2亿电子伏。
弗里施立即告诉了玻尔，听到了弗里施的讲述之后，玻尔立刻意识到这一发现非同寻常，自己过去也曾听说过这种神秘现象，但是从来没有从分裂的角度思考过。他用手拍了拍脑门说：“我们过去怎么这么白痴呢？”［178］接着，他告诉弗里施不要迟疑，立即与梅特纳写出一篇论文，寄往《自然》杂志。同时，答应在论文发表之前，他不向外人透露此事。弗里施立即与梅特纳通过长途电话联系，很快，他们联合写出一篇论文。在这篇论文中，弗里施询问与赫维西一起工作的生物学家，细菌分裂成两部分该用什么词，由此，他们第一次提出了“核裂变”的说法。(https://www.daowen.com)
不久，玻尔赴美讲学，随同前往的是罗森菲尔德。他们在船上讨论了这个新发现，并针对各种情况做了计算，以确定梅特纳是正确的，结果得到了肯定的答案。这件事将是玻尔理论的又一次胜利。玻尔极为兴奋，因为这意味着他的理论再一次得到印证。到达纽约，转道去普林斯顿之前，他们在纽约停留几天。在这里，罗森菲尔德接见了记者，在对记者的访谈中，谈到了这个来自欧洲的新发现，并谈到了梅特纳和弗里施的结论。当罗森菲尔德意识到这一行动是多么愚蠢时，惊呆了。玻尔为此心中不快。因为他深知美国物理学家们那种特有的敏感与急切心情。他立即发了几封电报，要求在哥本哈根的研究所立即开展相应的核试验研究。然而，在哥本哈根，玻尔的这个急切心情一时不被理解。幸运的是，玻尔与《华盛顿晚星报》接触之前，终于听到了实验成功的消息，使他几乎与另两个美国人同时发布这一消息。
这一时期，许多美国物理学家蜂拥而上，迅速转向这一课题。玻尔和罗森菲尔德亲眼目睹了美国人对新课题、新发现的渴望心情。那时，类似实验成功的消息此起彼伏，使报刊应接不暇，为了加快速度，消息大多以电报方式发布，“这里实验成功一个……”“那里又有一个新发现……”这种成功的报道反复出现在报章中，叫人目不暇接。
在哥本哈根，丹麦物理学家穆勒（Møller）第一个提出进一步的想法，这就是当一个核发生裂变时，有可能激发另一个或两个核也发生裂变。弗里施立刻对这个想法做出了回应。他认为这种情况在铀矿石中并不存在，因为如果有这种情况发生，铀矿石不能维持如此长的时间，很快就会爆炸。他认为，矿石中的其他成分会吸收衰变产生的中子。他的这个回应，不仅把核裂变与爆炸相联系，而且还与后期核技术发展中的减速剂联系了起来。这一时期，其他科学家也在思考着核裂变的应用，同时也想到，如果能收集到足够多的纯铀，核裂变的持续反应就有可能实现。为此，玻尔和美国科学家惠勒就这一课题进行了深入的研究。在联合发表的论文中，他们提出了证明，在大多数铀238反应中，由于所释放出来的中子速度太慢，尚不足以产生新的裂变。这篇论文还提到了核链式反应的控制问题。美国建成的第一个反应堆就是按照他们所提出的方案建成的。
1939年玻尔回到哥本哈根以后，在丹麦科学进展协会召开的会议中，玻尔谈到了原子能的释放，也提到了原子弹的可能性。当时正处于战时，此话题相当敏感。所以，他强调，由于需要采用分离技术，才能得到足够多的核原料，而且这项技术又涉及大量技术难题仍然没有突破，所以恐怕需要很长时间才能实现。然而，核战争的幽灵已经在朦胧中蠢蠢欲动。德国首先注意到核裂变。就在玻尔怀疑分离技术难题一时难以解决时，美国和英国的核科学家已经解决了这项难题。
玻尔研究所加速器的建成，使玻尔对核物理深入研究的梦想成真，为此他很兴奋。但是，当他在1943年逃亡到伦敦后，立刻被那里原子工程的进展惊呆了。英国原子工程总部位于伦敦，但实验室和工厂却遍布英国各地。玻尔花了不少时间造访各处。1943年10月底，他随英国物理学家来到美国，在洛斯阿拉莫斯遇到了过去的好友弗里施、泰勒（Teller）、维斯克夫（Weisskopf）和皮尔斯（Peierls）。正如英国作家斯诺（Snow）所写：“由于美国富有，在当时美国成了一个难民收容地，也因此得到一大批犹太学者。众多有用人才涌入，这种盛况超越了历史任何一个时期。当然，美国本土也出现了一批诺贝尔奖得主。但是，在短时间内，还是由这些难民造就了世界上纯自然科学的主导力量。”［179］
曼哈顿工程的进展使玻尔大吃一惊，在赞赏这些人奋斗精神的同时，他也开始关注原子弹的研制。他突然感到，似乎成功不再遥远。在玻尔初到美国的一年中，他的工作涉及理论和实验两个方面，具体工作只是咨询、指导的顾问。在实验方面，他的创造力被周围的激情所唤醒，所提出的问题，如研究中子的速度分布、原子弹组装、链式反应的启动和相关设备的配置等都很到位。作为有良知的科学工作者，他也在担心核武器给人类带来灾难。仅在洛斯阿拉莫斯停留了8个月之后，他就考虑到未来核武器的控制问题。在写给英国财政大臣，负责主管英国方面原子能工程项目的安德森（Anderson）的信中，玻尔透露了这一想法，他说：“控制问题应该不只包含行政管理以及技术方面的事务，还将涉及信息交流、有关项目的开发以及军备问题。这些事务的范围远远超出战前国家间的那些协议。”［180］
玻尔认为，当一种毁灭性武器出现时，国家间相互信任和相互约束关系的建立至关重要。与此同时，他也在考虑原子能的和平利用。他的妻子玛格丽特的回忆文章中，记录着玻尔在这一时期与英美高层领导人就此问题的接触情况。
玻尔从未参加相关原子武器的军事会议，在原子弹试验前就离开了美国，对美国将原子弹投放到日本的计划毫不知晓。原子弹爆炸后，他深感不安。“这是一件十分可怕的事，”他说，“完全不必要这么做。”［181］战后，他多次呼吁建立国际原子能机构，为反核武器应用和可控原子能的使用奔走。为此，他在1957年被美国总统艾森豪威尔亲自授予“原子能和平奖”。此时正处于冷战时期，玻尔在发言时表示，希望此次获奖能引起广泛的注意，同时也感到自己的责任重大。
