钍核裂变的新产物

迈特纳

编者按

1938年末，德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼在柏林发现了核裂变：大原子核（例如铀核）分裂成较小的碎片，并释放出大量能量。铀裂变过程中产生了中子，意味着无论在反应堆中还是在原子弹中，该过程都是可以自持的。哈恩和施特拉斯曼一直以来都与奥地利物理学家莉泽·迈特纳保持合作，但迈特纳作为犹太人，被迫于1938年夏天逃离纳粹统治区。本文中，已经来到了斯德哥尔摩的迈特纳延续了上述工作。她在实验中展示了钍裂变，并发现铀核和钍核裂变都产生相似的最终产物。后来，哈恩因发现裂变而获得了诺贝尔奖。但现在人们认识到，迈特纳的贡献对于理解裂变过程至关重要。ft　　英文

在此前的一篇通讯[1]中我们曾指出，在中子轰击下产生的铀的裂变产物中，发现了“超铀”元素。因此它们一定是序数较小的元素，可能部分位于碲附近[2]，部分（互补的裂变碎片）则位于钌的附近区域。ft　　英文

于是很自然地我就使用钍来进行类似的实验，目的是看看钍的裂变是否也能产生与“超铀”元素化学性质类似的元素，所谓的“超铀”元素就是那些可以从浓的盐酸溶液中利用硫化氢沉淀下来的元素。此前从未利用钍对这些元素进行过探寻，因为人们从未期望用钍来制得铀后面的元素。迄今为止，对于那些通过中子轰击在钍中产生的放射性物质所做的化学分析表明（除去由单纯的中子俘获所产生的一种钍的同位素和一种镤的同位素之外），只存在这种产物：根据其化学性质，它们最初曾被归为镭和锕的同位素[3]，但最近已确认其为是钡和镧的同位素[4]。ft　　英文

利用哥本哈根理论物理研究所的高压设备，以800千电子伏的氘核轰击锂靶，用所得的中子辐照玻璃板上的氧化钍“厚”涂层。按照以前曾描述过的方法[1]，利用水的表面来收集反冲核。经过辐照（大约1个小时）后，一部分（2立方厘米）水蒸发但不发生化学分离；对剩余部分（9立方厘米）进行常规的硫化氢沉淀，所用方法与铀反冲实验[1]中的完全一致。ft　　英文

沉淀表现出明显的、可测量到的放射性，其衰变显著区别于类似的铀产物的衰变。在经历半衰期约40分钟的初始衰减后，在随后几乎两天仍保持放射性并且表现出单一的14~15小时的半衰期。蒸发的样品最初衰变很快，随后便逐渐减慢；两天后，放射性消失。ft　　英文

第二次实验经过了2.5小时的辐射，得到了相同的结果，但相应的强度更大一些，尤其是对于更长的周期。在这次实验中，在硫化物沉淀后滤液呈中性，钡和镧[1]以碳酸盐的形式沉淀。这些碳酸盐最初的半衰期为20分钟，随后变为4小时，这与已知的半衰期[3,4]相一致。对硫化物沉淀的衰变进行分析，再次表明一种具有40分钟半衰期和一种具有14.5小时半衰期的物质存在，后者持续大约三天，然后消失。尽管轰击持续时间很短，然而两种半衰期的初始强度大致上是相等的。当然，根据这个实验并不能排除存在额外的极短或极长半衰期的可能性。不过我观测到的这两个半衰期与化学性质类似的铀的产物的半衰期全然不同。ft　　英文

几次无中子辐照的检查性实验表明，水中不存在钍B或钍C（钍B或钍C可能由放射性物质反冲或者极少量钍射气的发射而产生）。为了保险起见，在第二次实验中用阻止本领为0.3毫米的赛璐珞膜将钍层密封。ft　　英文

根据上面给出的证据可以得出这样的结论，钍的某些裂变产物表现出与“超铀”元素类似的化学特性。这进一步表明在铀和钍的裂变中实质上产生了同样的化学元素。ft　　英文

最后，我要向伯格博士、科赫博士和布罗斯特伦表示感谢，他们对于高压管辐射实验给予了热心帮助。我还要特别感谢玻尔教授，他使我有机会进行这些实验并慷慨地为我提供了哥本哈根理论物理研究所的实验设备。ft　　英文

（王耀杨　翻译；朱永生　审稿）