發(fā)射轟擊粒子的“原子炮”

　　盧瑟福在首次人工核反應(yīng)中，作為炮彈用的α 轟擊粒子是來自天然放射性元素鐳的衰變產(chǎn)物。因它能量較小，故只能與氮、鎂和鋁等少數(shù)輕元素發(fā)生核反應(yīng)。另外在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)許多α 粒子都毫無目標(biāo)向四面八方亂射。這就好像劣等炮手操炮時不加瞄準(zhǔn)，盲目發(fā)射炮彈，結(jié)果很少擊中目標(biāo)一樣。例如，對氮核而言，需用30 萬個α 粒子才有一個氮核被擊中;同樣，如用鋁核作靶子，則需用12 萬5 千個α粒子轟擊才有一個鋁核被擊中發(fā)生核反應(yīng)。由此可知，這種天然放射性所發(fā)射的α 粒子命中率實(shí)在太低，而且從能量和強(qiáng)度方面看也太弱，因?yàn)榉派?alpha; 粒子的鐳鹽實(shí)在太少了，當(dāng)時都是以毫克來計(jì)量的。所有這些弱點(diǎn)，都嚴(yán)重地影響核反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

　　但是，科學(xué)家們?yōu)榱私议_原子核內(nèi)部的秘密，往往像小孩子為了想知道有趣玩具內(nèi)部的奧妙，經(jīng)常把玩具拆開那樣，總想把原子核打開來看個究竟。于是他們就設(shè)法把更多的粒子(如氫核和氦核等)用來作為轟擊原子核的炮彈，并把它們裝填在能產(chǎn)生極快速度，又能按照指定方向發(fā)射的“原子炮”中，以準(zhǔn)確命中更多的原子核，產(chǎn)生各種各樣的核反應(yīng)。

　　就在1928 年，生于俄國的美國物理學(xué)家蓋莫夫提出了用質(zhì)子替代α 粒子作為炮彈的設(shè)想。由于質(zhì)子本身所帶的電荷少，因此與核相互作用的靜電斥力也小。這樣即使能量比較小的質(zhì)子(能量為50～60萬電子伏)，它也能克服庫侖每秒一千萬到十億個，而每秒一個毫安的質(zhì)子流可獲得的質(zhì)子數(shù)就比α 粒子流要大一百萬倍左右。

　　另外，質(zhì)子也比較容易取得，只要把普通的氫原子剝?nèi)ヒ粋�電子后就成為質(zhì)子。這樣帶正電荷的質(zhì)子又能方便地被電場加速，使它的能量能大大地提高。為此，物理學(xué)家會同機(jī)械設(shè)計(jì)師一起開始設(shè)計(jì)制造這種能夠加速粒子的機(jī)器，人們習(xí)慣上稱它為“粒子加速器”或“原子炮”。

　　就在1930 年前后，英國物理學(xué)家考克饒夫和瓦爾頓一起建造了第一臺粒子加速器。它是利用高壓電極上的高電勢，對離子源所發(fā)射的質(zhì)子流，在抽真空的加速管中被加速，最后打在靶子上，同靶原子核發(fā)生核反應(yīng)。這實(shí)際上是一臺倍壓加速器，當(dāng)時他們在五級加速電極之間加上80 萬伏高電勢，獲得了能量約為70 萬電子伏特的質(zhì)子流，最后被打在鋰7 靶上。所產(chǎn)生的核反應(yīng)仍用硫化鋅制成的熒光屏進(jìn)行觀測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)每10 億個質(zhì)子中就有一個質(zhì)子打中鋰核產(chǎn)生反應(yīng)，形成一個具有4 個質(zhì)子和4 個中子的不穩(wěn)定中間核。然后，分解成兩個氦核。