中子轰击导致重核分裂的物理证据

弗里施

编者按

1938年奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼发现了铀核裂变的可信的化学证据。他们在使用中子轰击铀核之后，发现了原子序数为56的钡原子核，这表明铀核几乎是对等地分裂为两半。这篇文章中哥本哈根理论物理研究所的奥托·弗里施给出了这个过程的明确的物理证据。计算表明裂变碎片应该具有大约200兆电子伏的能量，因此应该在电离室中产生显著的电离反应。弗里施在实验中已探测到了这种相关的电离情况，从电离的量级他估算出产生的碎片的原子序数应为70左右，与56相差不远，但明显小于铀的原子序数92。　　英文

根据化学证据，哈恩和施特拉斯曼[1]作出了当中子轰击铀（原子序数Z＝92）时会产生放射性钡核（原子序数Z＝56）的结论。此前我们已经指出[2]，这种现象可以解释为铀核的“裂变”，就像一个液滴一分为二那样。无论是根据质量亏损，还是根据“裂变”过程中产生的两核之间的排斥反应，都可估算出这一铀核“裂变”过程中释放出来的能量大约为200兆电子伏。　　英文

如果上述描述是正确的，那就可以预期，用中子轰击铀原子层时可以发出高速运动的原子核，其原子序数和原子量分别处于40~50和100~150的范围内，能量上达到100兆电子伏。尽管这些核的能量很高，但它们在空气中只有几毫米的射程，这是因为它们具有高的有效电荷（估计为20），而这意味着具有极为密集的电离作用，每个这样的粒子会产生总计约300万个离子对。　　英文

利用一个与线性放大器连接的铀衬电离室，我成功证实了这种电离脉冲的出现。放大器与一个有偏置的闸流管相连，以便能对那些相当于至少5×105个离子对的脉冲计数。把300毫克混有铍的镭放置在距离铀衬一厘米处时，每分钟能记录到大约15个粒子。在重复进行的长达几个小时的检验测量中，无论是移走中子源还是移走铀衬，都根本记录不到任何脉冲。而当中子源距离铀衬4厘米远时，用石蜡包裹中子源却能使效应增加一倍。　　英文

现已证明脉冲数目与中子源的强度具有线性关系；这是为了排除脉冲源于偶然的较小脉冲累积而产生的可能性。当把放大器与示波器相连时，可以看到在铀发射的α粒子产生的非常小的脉冲背景之上有非常明显的大脉冲。　　英文

通过调节闸流管的偏压，可以发现最大脉冲幅度对应于至少200万个离子对，或者说相当于粒子在电离室内损失了70兆电子伏的能量。由于粒子在电离室内的最长路径只有3厘米，并且电离室内充满了一个大气压的氢气，因此，尽管粒子具有至少70兆电子伏的能量，但它们必定会发生强烈的电离以至于在相当于0.8厘米空气的路径上产生了200万个离子对。根据这一结果，假设原子量与有效电荷之间具有合理关联的话，我们就可以估算出电离粒子的原子序数应该至少是70。这对铀核分裂成大小相当的两个部分似乎是个决定性的物理证据，正如哈恩和施特拉斯曼的实验结果所示。　　英文

用钍代替铀所做的实验给出了相当类似的结果，只是用石蜡包裹中子源后效应并没有增强，反而是略有减弱。先前我们曾提出[2]在钍的实验中用中子轰击所产生的某些（如果不是全部的话）放射性[3]应该归属为轻元素，上述实验结果为这一观点提供了有力的证据。同时我们还应该记住，在钍产生的放射性实验[3]中用石蜡包裹中子源后效应并没有增强（只有一次例外，那是因为使用了钍的某种同位素，并且几乎可以确定是由于单纯的中子俘获而产生的）。　　英文

迈特纳教授曾提出过另外一个有趣的实验。如果将一块金属板置于用中子轰击的铀层附近，就可以预期金属板上会形成铀“裂变”过程中所发射出的轻原子的放射性沉积物。我们希望实现诸如利用高压装置便能提供更强中子源的实验。　　英文

（王耀杨　翻译；张焕乔　鲍重光　审稿）