核能對于人類是一柄雙刃劍：核能的和平利用為人類解決能源問題提供了一條出路；曾經殺死至少十幾萬人的核武器卻又讓人類始終感受着末日的威脅。核能的出現，源自重核的裂變與相關的鍊式反應。1938年12月，鈾核裂變被确認，為人類進入核能與核武器時代開啟了大門，并最終導緻原子彈的面世。實際上，重核裂變的發現經曆了曲折的過程。這裡面有哪些驚心動魄的故事？
撰文 | 王善欽
1945年8月6日，代号為“小男孩”的原子彈在日本廣島上空爆炸。雖然它的彈芯隻有64千克濃縮鈾，卻摧毀了大半個城市，瞬間殺死數萬人。而在這個過程中，整個炸彈的品質損失不到1克。
研制威力巨大的原子彈，消耗了“曼哈頓計劃”的十餘萬人的努力，但其基本原理——重核裂變——卻是以歪打正着的方式被發現的。
核能、原子彈與科幻小說
1903年，劍橋大學卡文迪許實驗室的盧瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）與他的學生索迪（Frederick Soddy，1877-1956）通過計算，斷言放射性物質衰變放出的能量是同樣品質的物質的化學能的至少2萬倍，甚至可能達到百萬倍。1904年，索迪預言，放射性過程釋放出的能量将來有可能被應用，甚至被制造為武器。他認為這樣的武器可能改變人類的命運，乃至摧毀世界。
盧瑟福（左，1892年，21歲）與索迪（右，1921年，44歲）。丨圖檔來源：公共版權
盧瑟福與索迪的預見早于愛因斯坦提出相對論以及與之關聯的質能關系式。是以，人類對原子能的認識早于相對論與質能關系式的誕生（1905年）。當然，後來實體學家在解釋核能時還要用到愛因斯坦的公式。
受索迪觀點的啟發，英國科幻作家威爾斯（Herbert Wells，1866-1946）于1913年寫了科幻小說《使世界獲得自由》（The World Set Free）。在這本書中，“原子彈”（atomic bombs）這個詞組首次出現。作者想象在1956年英、法、美與德國發生世界大戰，手提包内的一顆原子彈就足以毀滅半個城市，這些原子彈被投到世界所有的重要城市，持續的放射性導緻持續的大火，造成巨大破壞。
威爾斯（1920年）丨圖檔來源：George Charles Beresford
威爾斯“預測”的原子彈，原理是内部放射性物質通過持續的放射性衰變釋放能量。然而，人們在此後證明，無法僅通過物質的放射性衰變大規模擷取核能并将其制造為武器。這樣的“原子彈”隻能算是放射性污染物，而不是炸彈。
導緻原子能利用與原子彈爆炸的基礎是重核裂變以及與此相關的鍊式反應。在重核裂變被發現之前，人類先發現了輕核裂變，并實作了人工放射性。
輕核裂變
1932年，卡文迪許實驗室的考克饒夫（John Cockcroft，1897-1967）和沃爾頓（Ernest Walton，1903-1995）用粒子加速器加速質子，并用其轟擊锂7，二者碰撞後，分裂成兩個α粒子。這個過程被稱為“分裂原子”（splitting the atom），它首次實作了原子核的裂變。
考克饒夫（左）、盧瑟福（中）和沃爾頓（右）。丨圖檔來源：公共版權
考克饒夫和沃爾頓還發現，這個過程産生的品質虧損與釋放的能量符合愛因斯坦的質能關系式。二人是以于1951年被授予諾貝爾實體學獎。
1933年，盧瑟福做了一次演講。他提到了考克饒夫和沃爾頓用質子分裂锂的工作，但他認為核能無法被大規模利用：“在這些過程中，我們可能獲得比質子提供的能量多得多的能量，但總的來說，我們不能指望以這種方式獲得能量。”
然而，在輕核裂變被實作的同一年（1932年），将來能夠導緻重核裂變的“利劍”已被找到了，此後它像幽靈一樣在實驗室飄蕩了幾年，人類最終發現了重核裂變。
中 子
1920年，盧瑟福提出：原子核是由帶正電的質子和帶中性電荷的粒子組成。後者後來被命名為“中子”（neutron）。
1931年，德國實體學家博特（Walther Bothe，1891-1957）和他的學生貝克爾（Herbert Becker，生卒年暫不可考）發現，钋衰變釋放出的α粒子轟擊铍、硼或锂時，會産生一種穿透力很強的輻射，這種輻射不受電場力作用。他們認為這是伽瑪射線。
1932年初，皮埃爾·居裡（Pierre Curie，1859-1906）和瑪麗·居裡（Marie Curie，1867-1934）的女兒伊蓮娜·約裡奧-居裡（Irène Joliot-Curie，1897-1956，以下簡稱“伊蓮娜”）與女婿簡·約裡奧-居裡（Jean Joliot-Curie，1900-1958，以下簡稱“約裡奧”）也在實驗中發現了這種輻射。伊蓮娜與約裡奧還發現這種中性輻射的能量很高：它們轟擊石蠟或任何其他含氫化合物時，會敲出質子。他們依然認為這是伽瑪射線。
伊蓮娜與約裡奧（1935年）丨圖檔來源：Ph. Coll. Archives Larbor
卡文迪許實驗室的查德威克（James Chadwick，1891-1974）看到伊蓮娜與約裡奧發表的論文後，感覺難以置信。伽瑪射線或能力更低的X射線在轟擊電子時可以讓電子偏轉（“康普頓效應”），但質子的品質是電子品質的上千倍，如何能夠被伽瑪射線從原子核中敲出去？查德威克是盧瑟福學生，早就知道盧瑟福關于中子存在的假設，是以很自然地猜測這些中性輻射很可能是中子。為了盡快确定這個猜測，他立即投入了緊張的實驗中。
1932年2月，查德威克證明那些能量很高的中性輻射不是伽瑪射線，而是一群品質與質子品質幾乎相同的不帶電粒子，這些性質與假設中的中子的性質相符，它們就是中子。
查德威克丨圖檔來源：諾貝爾獎官網（www.nobelprize.org）
查德威克很快意識到，比起帶正電的α粒子與質子，用不帶電的中子轟擊原子核的效率将更高，因為它不受到帶負電的核外電子與帶正電的原子核的電場力影響。此外，擷取中子也相對容易：讓鐳、钋之類的放射性元素衰變後釋放出的α粒子轟擊铍9，使其成為碳12，并釋放出1個中子。
中子的發現與确認，為此後核實體學的發展起到關鍵作用。核實體學領域的泰鬥貝特（Hans Bethe，1906-2005）認為：1932年之前的時代是核實體的史前時代；1932年，才進入核實體時代，因為中子在那一年被發現了。
由于發現并确認中子，查德威克獲得1935年的諾貝爾實體學獎。博特、貝克爾、伊蓮娜與約裡奧都錯失了這次諾貝爾實體學獎。
人工放射性
1934年1月，伊蓮娜與約裡奧發現，某些α粒子轟擊（輻照）鋁箔後，即使α粒子源被移除，鋁箔依然存在放射性。在确定蓋革計數器沒有任何問題後，他們猜測：在這個過程中，α粒子與鋁原子核結合為放射性的磷30，并釋放一個中子，然後磷30衰變為矽30。
通過化學實驗，伊蓮娜與約裡奧證明産物中确實有磷。這意味着穩定的鋁原子核被人工轉變為磷的放射性同位素。至此，他們發現了人工放射性。
人工放射性的發現是核實體學領域的一大飛躍。它使放射性元素不再僅限于那些重元素，而是可能擴充到整個元素周期表，人類可以通過人工手段制造出各種元素的放射性同位素。
當伊蓮娜将自己通過人工方式獲得的放射性物質展示給居裡夫人時，這位偉大的實體學家與化學家為女兒與女婿的這個重要成就而深感欣慰，她激動地将手指伸入裝有人工制造出的放射性磷的試管中（放射性很微弱，是以不會造成什麼後果），感受這個珍貴的實驗成果。伊蓮娜回憶，這是她母親最後一次如此興奮。1934年7月，居裡夫人因病去世。
伊蓮娜在母親瑪麗的指導下進行研究。伊蓮娜很早就開始跟随母親研究放射性同位素，并發現天然放射性。她于1925年獲得博士學位。丨圖檔來源：公共版權
1935年，伊蓮娜與約裡奧因為發現人工放射性而獲得諾貝爾化學獎。
“超鈾元素”之争
人工放射性被發現的消息傳到意大利後，費米（Enrico Fermi，1901-1954）在團隊成員維克（Gian Wick，1909-1992）的建議下，将研究重點從理論轉向實驗，并立即與團隊準備實驗裝置，用中子轟擊（輻照）各種元素靶子，以制造更多放射性同位素。
一開始，費米團隊的實驗總是不成功。後來他在靶子前放了石蠟。石蠟中的質子使快中子變為慢中子，使其有更多時間與原子核互相作用，極大地提高了實驗效率。費米團隊将當時已知的元素幾乎全部轟擊，獲得了22種放射性同位素。
在費米團隊轟擊90号元素钍與92号元素鈾時，他們發現産生的元素的性質與钍、鈾非常不同。費米等人認為它們是第93号及第94号元素，即超鈾元素。費米的結果很受同行追捧，許多團隊紛紛跟進。
然而，德國化學家與實體學家諾達克（Ida Noddack，1896-1978）強烈質疑費米的結論。諾達克與她的丈夫（Walter Noddack，1893-1960）是稀土領域的傑出專家，他們與合作者在1925年發現了75号元素铼。
諾達克的照片，大約拍攝于1940年。丨圖檔來源：公共版權
諾達克發表了論文《論93号元素》（On Element 93），指出費米在分析反應産物時，隻排除了鉛以及比鉛重的元素，而沒有排除比鉛輕的元素，是以無法證明産物就是比鈾重的元素。隻有把所有輕元素都排除了，才能證明産物是超鈾元素。
諾達克認為，費米可能沒有制造出新的、更重的元素，而是制造出已有的、更輕的元素，這些元素是鈾分裂後産生的，她說：“可以想象，原子核會分裂成幾個大的碎片，這些碎片是已知元素的同位素，不會是被輻照的元素[92号元素鈾]的相鄰元素[93号元素]。”
諾達克實際上預言了重核裂變的可能性。如果這個解釋屬實，那麼費米實際上發現的是重核裂變。然而，諾達克沒有鈾，是以無法做這個實驗，她也沒有給出理論上的證明。此外，她當時隻是一個“無薪合作者”，在學術界地位低下。更重要的是，當時科學界普遍不相信一個小小的中子可以擊碎重核，使其分裂。諾達克這篇論文是以被當時的同行普遍嘲笑。
1935年或1936年，諾達克與她的丈夫請求德國著名化學家哈恩（Otto Hahn，1879-1968）在講義或著作中提一下諾達克對費米的工作的批評。盡管此前他們就很受哈恩的關注，但哈恩還是明确拒絕了他們。因為哈恩認為諾達克的觀點很荒謬，引用她的觀點，隻會讓自己成為學術界的笑話。
風暴來臨之前
哈恩不理會諾達克的要求是可以了解的，因為他當時也正在探索這個課題。
1934年，邁特納（Lise Meitner，1878-1968）邀請哈恩跟進費米的研究。二人曾經長期合作，但這時兩人已經有十幾年沒合作了。
哈恩一開始并不願意重複費米的實驗。不過，馮·格羅斯（Aristid von Grosse）對哈恩說，費米發現的可能是91号元素镤的同位素，而不是超鈾元素。哈恩頓時對這個課題産生了興趣，是以答應與邁特納合作，以驗證産物是品質更低的镤還是品質更高的超鈾元素。
1912年，哈恩與邁特納在實驗室的合影。丨圖檔來源：公共版權
1935年，哈恩招聘了一個出色的助手——施特拉斯曼（Fritz Strassmann，1902-1980）。這樣三人組如火如荼地開始了實驗。
施特拉斯曼。丨圖檔來源：https://www.uni-hannover.de/en/universitaet/freunde-foerderer/alumni/geschichten/fritz-strassmann
從1934年到1938年初，三人組發現了10種以上此前未知的同位素。他們認為它們都是超鈾元素的同位素，并“确認”出93到96号元素，确認了産物中的鈾239并測出其半衰期為23分鐘。不過，他們依然無法獲得真正的93号元素以及更重的元素。哈恩和斯特拉斯曼改進了實驗的化學過程，而邁特納設計了新的實驗。
這個時期，伊蓮娜和來自南斯拉夫的實體學家薩維奇（Pavle Savić，1909-1994）也在跟進費米的實驗。他們發現，鈾被中子轟擊後，産物中有一種半衰期為3.5小時的元素，它可能是90号元素钍的一種同位素。
薩維奇（1969年之前）丨圖檔來源：公共版權
哈恩等人認為這個結論很荒謬，它意味着慢中子轟擊鈾核，卻可以敲出一個α粒子。此外，這篇論文沒有充分肯定哈恩等人的貢獻，哈恩對此很不滿。哈恩三人組在此後的實驗中沒有發現這種半衰期為3.5小時的钍同位素。
1938年1月，哈恩寫信給伊蓮娜與薩維奇，指出他們的研究有誤，希望他們撤稿。二人沒有回信，而是繼續進行實驗。他們發現可以用57号元素镧作為載體，提取出這種元素。是以，伊蓮娜與薩維奇在第二篇論文中宣布，新發現的同位素不是钍的同位素，而可能是89号元素锕的同位素。施特拉斯曼勸哈恩讀一讀這篇論文，哈恩拒絕，以示抗議。
1938年5月，哈恩在羅馬召開的一次國際會議上遇到約裡奧，私下對他說：“我是看在你妻子是女性的份上，才沒有公開批評她。但她錯了。”約裡奧回到法國後，将哈恩的這個意見轉達給妻子伊蓮娜。
伊蓮娜與薩維奇決定将繼續做實驗。5月，他們發表了第三篇與鈾相關的論文。這次，他們确定中子轟擊鈾之後的産物，即新同位素，很像57号元素镧。二人不相信92号元素鈾受到轟擊後會失去那麼多質子與中子，成為镧。是以，他們認為這是一種新的，極難解釋的超鈾元素。
1938年7月，邁特納逃離了德國，輾轉來到瑞典。從1933年開始，她長期處于被威脅的狀态，由于她出身于猶太家庭，受到了希特勒種族政策的迫害。不過那時候她還是奧地利人，處境還沒那麼危險。1938年3月12日，德國吞并奧地利，邁特納失去奧地利國籍，成為德國人，德國的種族法令開始對她生效，她的科研資助很快被停止，并處于極度的危險之中。為了避免更可怕的迫害，邁特納從那時候就開始籌備逃亡，最後在7月僥幸逃離。
此後，哈恩與她通過信件交流合作。
1938年9月，伊蓮娜與薩維奇在《法國科學院院刊》（Comptes Rendus）上再次發表他們最近的結果。根據施特拉斯曼的回憶，他在讀了這篇論文後，确定伊蓮娜等人不僅沒有犯下任何錯誤，而且給出了一個正确的研究路徑。他激動地跑到樓上，對哈恩說：“您一定要讀這篇論文。”
哈恩抽着雪茄，傲慢地答複：“我對我們這位有交情的太太最近寫的東西不感興趣。”施特拉斯曼并未灰心，他堅持在哈恩面前叙述了伊蓮娜等人論文的精華部分。哈恩聽完被驚呆了。他把沒來得及抽完的雪茄直接放在桌上，立即和施特拉斯曼一起去重複伊蓮娜等人的實驗。
這個故事有另一個版本（可能是哈恩提供的）：哈恩看到了伊蓮娜與薩維奇的新文章後，強烈質疑裡面的結論，并将其交給施特拉斯曼閱讀，然後二者開始重複這個實驗。
不論是哪一種情況，哈恩與施特拉斯曼在1938年秋天開始了分離元素的實驗。
重核裂變
哈恩與施特拉斯曼以镧作為載體，來分離可能産生的锕之類的元素；他們同時以鋇作為載體，來分離可能産生的鐳之類的元素。他們很快确認出16種同位素，其中有3種是此前未知的。他們猜想這是鐳的同位素。
11月10日，哈恩應玻爾（Niels Bohr，1885-1962）邀請，通路哥本哈根。他與玻爾、邁特納和弗裡施（Otto Frisch，1904-1979）讨論了這些結果。
玻爾（1922）丨圖檔來源：AB Lagrelius & Westphal
弗裡施是邁特納姐姐奧古斯特·邁特納·弗裡施（Auguste Meitner Frisch，1877-1951）的兒子。他是一名優秀的理論實體學家，曾經在德國工作，在1933年希特勒開始推行種族迫害政策時，嗅覺靈敏的他立即離開德國，前往英國，跟随布萊克特（Patrick Blackett，1897-1974）從事雲室技術與人工放射性的研究。由于他的傑出才能，他又被玻爾招募到哥本哈根，跟随玻爾做研究（為期5年）。
弗裡施參加曼哈頓計劃期間的證件照丨圖檔來源：Los Alamos Laboratory
這次讨論沒有得到突破。回到柏林後，哈恩繼續做實驗。經過多日的實驗、測量與分析後，哈恩和施特拉斯曼于1938年12月16日與17日獲得突破性進展，他們确認：那3種未知的同位素可以從其他所有元素中分離出來，但不能從鋇的載體中分離出來，這意味着它們很可能就是鋇，而不是鐳。
鋇是56号元素，比鈾輕40%。當時認為鈾通過失去100多個核子而轉化為鋇是不可能的，因為中子不可能有這麼多的能量剝離走這麼多核子。哈恩與施特拉斯曼遇到了當初伊蓮娜與薩維奇一樣的困境。
12月19日，哈恩寫信給邁特納，将自己最新的發現告訴她。信中說：“我們越來越接近一個可怕的結論，我們的鐳同位素的行為不像鐳，而是像鋇……也許你能想出一些奇妙的解釋。我們自己也意識到它（鈾）不可能分裂成鋇。現在我們想測試由‘鐳’衍生出的锕同位素，它的行為不像锕，而是像镧。”實際上，此時哈恩已經傾向于認為鈾被中子分裂。
通過貝塔衰變，鐳會衰變為锕，鋇會衰變為镧。隻要判斷出産物是锕還是镧，就可以判定出母元素是鐳還是鋇。哈恩和施特拉斯曼立即開始進行這個實驗。
12月20日，哈恩打電話給《自然科學》（Die Naturwissenschaften）雜志編輯，将自己的發現告訴他，并希望對方能夠加急安排他的論文發表。編輯答應将預定要出版的一篇論文推遲一期，為哈恩的論文騰出位置，條件是哈恩的論文必須在23日送出。哈恩安排一位打字員在22日敲出論文。
12月21日，哈恩和施特拉斯曼确定了實驗結果：未知元素的衰變産物是镧，而不是锕。是以，那個神秘的同位素确實是鋇的同位素，而不是鐳的同位素。
這意味着，伊蓮娜與薩維奇當時确認出很像镧的同位素，實際上就是镧的同位素，它是鋇衰變後的産物；隻不過他們當時不知道這一點，一直将其作為某種令人費解的超鈾元素。
同一天（21日），邁特納收到了哈恩19日寫的信，她也被這個結果震驚了。她在回信中說：“目前，假設這樣一個徹底的破裂，對我來說很困難，但在核實體學中，我們經曆了如此多的驚奇，是以我們不能斷然地說：‘這是不可能的。’”然後她告訴哈恩，自己23日開始就要到孔艾爾夫度假，為期一周。如果有新的信件，請寄到那裡。
1906年（28歲時）的邁特納丨圖檔來源：公共版權
雖然尚未收到邁特納的回信，但兩天前還搖擺不定的哈恩此時已經堅定了自己的信念：中子轟擊鈾之後，鈾核的産物之一是鋇，它在此後衰變為镧。為了避免伊蓮娜與薩維奇也得到相同結論并搶先發表，哈恩已經迫不及待，他們要立即公布自己的結果。
21日，在尚未收到邁特納回信時，他又寫信給邁特納，說他們确認産物是鋇而不是鐳，哈恩還提到，雖然他認為這個結果在實體學上是荒唐的，但不能繼續保密了。論文将在明天或後天送出。并将寄一份副本給她。
12月22日，論文呈到編輯部。這篇論文沒有署上邁特納的名。當天晚上，哈恩将論文的副本寄給邁特納，此時他還不知道邁特納即将去度假。這篇重要的論文于1939年1月6日發表。
鈾核為何會分裂？
12月23日上午，邁特納按照計劃離開斯德哥爾摩，前往孔艾爾夫。稍後，她的外甥弗裡施來這裡探望她。此時，邁特納還不知道哈恩昨天投出了論文且論文中沒有署她的名。由于論文副本與哈恩21日寄出的信都被寄往斯德哥爾摩，她在回到斯德哥爾摩之前也不可能看到信的内容。
在孔艾爾夫，邁特納将哈恩19日發的信交給弗裡施。弗裡施看完後，不相信鈾核被轟擊後會産生鋇，他跑出去滑雪。但是，邁特納對弗裡施窮追不舍，邊追邊說。弗裡施被說服了，決定考慮鈾核被分裂的可能性。
他們想到伽莫夫（George Gamow，1904-1968）于1935年提出、卡爾卡（Fritz Kalckar，1910-1938）和玻爾于1937年完善的液滴模型。這個模型假設原子核像一顆液滴。但卡爾卡與玻爾認為重核液滴很難破裂。弗裡施曾經與卡爾卡相處過（見下圖；卡爾卡于1938年逝世，年僅27歲）。
從左到右：普利斯特（Milton Plesset，1908-1991）、玻爾、卡爾卡、特勒（Edward Teller，1908-2003）與弗裡施。1934年1月到8月，特勒以通路學者身份在哥本哈根與玻爾合作，是以這張照片應該拍攝于這個時期。丨圖檔來源：AIP Emilio Segrè Visual Archives, Wheeler Collection
在液滴模型的架構内，弗裡施與邁特納合作進行了計算。他們發現鈾原子核的電荷大到足以幾乎完全克服表面張力束縛，是以處于瀕臨破裂的狀态，仿佛一顆不穩定的水滴。中子的敲擊會導緻鈾核變為橢球形，然後其“腰部”變細，接着從“腰部”斷開，分裂為兩個小“液滴”。
重核裂變的液滴模型。丨圖檔來源：Hullernuc
他們還計算出這樣的分裂會釋放出200 MeV（1 MeV=1.6×10-13焦）的能量。這個能量從何而來？邁特納想起自己曾經聽過愛因斯坦關于相對論的報告，裡面的質能關系式使當時的她大受震撼。
邁特納用計算原子核品質的經驗公式計算出這個品質差約為質子品質（1.67 × 10-27千克）的1/5，将這個值乘以光速的平方（9×1016），得到的值（3.0×10-11焦）幾乎等于裂變後産生的能量（3.2×10-11焦）。由于品質差自身是估算值，是以3.0與3.2之間的微小差異可以忽略。這個結果意味着，鈾核确實可能發生了分裂。
弗裡施借用生物學領域的術語，首次用“裂變”（fission）這個詞命名鈾核分裂過程。回到丹麥哥本哈根後，弗裡施将自己的發現告訴了玻爾。玻爾立即明白了，他用手掌拍了一下自己的額頭，說：“我們怎麼這麼白癡！”（“What idiots we have been !”）
緊接着，弗裡施使用雲室（他在英國期間的研究領域之一就是雲室技術）追蹤了反應産物的軌迹，用直覺的、實體學的方式直接證明：中子碰撞鈾核後，确實發生了裂變。
是以，諾達克4年前提出的假設是正确的：鈾被中子轟擊之後，發生了裂變。人們這才發現費米的團隊獲得的元素并不是超鈾元素，他們實際上首次發現了重核裂變，卻錯過了這個榮譽。伊蓮娜與薩維奇也錯過了這個榮譽。
1939年2月11日，邁特納與弗裡施的理論解釋論文發表在《自然》。2月18日，弗裡施用雲室證明鈾發生裂變的論文也發表在《自然》。
然而，在這兩篇論文發表前，相關的消息就被玻爾傳到美國了。玻爾在1月抵達華盛頓後，将消息告訴了伽莫夫。伽莫夫打電話給特勒，說：“玻爾剛剛進來，他發瘋了。他說一個中子可以使鈾分裂。”特勒立即想到此前費米團隊的那些難以解釋的觀測結果，立即就明白那就是裂變。
1939年1月26日，玻爾與費米在華盛頓共同主持了第五屆華盛頓理論實體會議，鈾裂變的消息轟動了整個會場。哥倫比亞大學的實體學家很快就在實驗室重複出這個結果，并确定被慢中子裂變的鈾主要是鈾235。
此前不久，玻爾還信誓旦旦地向弗裡施保證自己會保密；然後，他又因為消息傳得太快而感覺對不起弗裡施。
消息傳到西海岸的加州伯克利時，正在理發店的阿爾瓦雷斯（Luis Alvarez，1911-1988）大驚失色，因為他與他的學生此前也一直在用中子轟擊鈾，以尋找超鈾元素，但一直沒有預料到會發生裂變。他讓理發師停止理發，直奔輻射實驗室。
阿爾瓦雷斯把消息轉告給奧本海默（J. Robert Oppenheimer，1904-1967），奧本海默不相信，并從理論上論證鈾核不可能裂變。但實驗很快顯示了中子轟擊鈾之後釋放出的能量。15分鐘内，奧本海默相信鈾核發生了裂變。
鍊式反應與原子彈
1939年2月，哈恩和施特拉斯曼發表了第二篇相關論文，預測鈾裂變的同時可以釋放出中子。約裡奧的團隊迅速證明鈾的裂變會釋放出2個以上中子，并在1939年3月發表了相關論文。
很顯然，被釋放出的中子還會轟擊其他鈾原子核，這個過程會以滾雪球一樣的方式迅速持續下去，形成鍊式反應，釋放出巨大的能量。
鈾235原子核的核裂變丨圖檔來源：MikeRun
此前，匈牙利核實體學家西拉德（Leo Szilard，1898-1964）在1933年也猜想了鍊式反應實作的類似途徑，并設想這樣的鍊式反應可以用于制造原子彈。他在1934年推導對外連結式反應的方程式，并提出“臨界品質”這個概念（當裂變的物質的品質超過臨界品質時，鍊式反應就可以自我持續并産生核爆炸）。
1915年時的西拉德丨圖檔來源：Szilard, Leo (February 1979). "His version of the facts". Bulletin of the Atomic Scientists.
但是，那時沒有任何人（包括西拉德）預想到重核會發生裂變，西拉德也不知道什麼樣的元素被轟擊後可以産生鍊式反應。他想用中子把當時已知的92種元素逐一轟擊，以找到答案。不過，他無法申請到資金進行這樣的實驗。西拉德送出了鍊式核反應的專利申請。為了避免這個發現被德國等國用來制造核武器，他将專利交給了英國海軍部，并要求海軍部保密。
到了1939年，人們已經知道鈾在慢中子轟擊下會發生裂變并可能引發鍊式反應。此後，美國、蘇聯、德國、英國與日本分别開始探讨制造原子彈的可能性，并在第二次世界大戰結束前不同程度地付諸實施。
奧本海默在确信鈾核裂變後，隻用了幾分鐘，就讨論到鍊式反應以及制造原子彈的可能性。一個星期後，他辦公室的黑闆上就出現了原子彈的草圖。
弗裡施從丹麥回到英國，與佩爾斯（Rudolf Peierls，1907-1995）一起計算出純的鈾235發生鍊式反應的臨界品質約為1磅（約0.45千克）或2磅。1940年，弗裡施與佩爾斯寫了“弗裡施-佩爾斯備忘錄”（Frisch-Peierls memorandum），并将使用鈾鍊式反應的炸彈稱為“超級炸彈”（super-bomb），他們還設計出世界上第一個原子彈暴轟模型。
然而，當時大部分了解核實體的人都不相信有任何國家可以在當時制造出原子彈。天然鈾有三種同位素：鈾234、鈾235與鈾238。鈾238占99.28%，它會在快中子的轟擊下發生裂變，但裂變時釋放的中子能量低于入射中子的能量，無法讓其他鈾238原子核發生裂變，是以無法啟動鍊式反應。鈾235可以發生鍊式反應，但僅占天然鈾的0.714%。
必須将鈾中大部分鈾238分離出去，讓鈾235的濃度提高到80%以上（最好達到90%），才能成為武器級鈾。這對工業能力的要求很高，動用舉國之力也未必能夠實作。後來被制造出來的钚239也可以用來制造原子彈，但批量制造钚239也需要動用舉國之力。
是以，玻爾到美國後就宣稱，原子彈不可能被造出來，除非美國成為一個巨大的工廠。
1942年，費米在芝加哥大學制造出人類曆史上第一個核反應堆，為人類和平使用核能奠定了基礎，也為此後批量生産钚239奠定了基礎。
此後，曼哈頓計劃（Manhattan Project）迅速推進了原子彈的制造程序。目睹美國制造原子彈的進度後，玻爾沒有收回自己的話，他感歎道：美國确實已經成為一個巨大的工廠。
1945年7月16日，美國成功引爆了世界上第一顆原子彈，其爆炸的威力相當于2萬噸TNT炸藥的威力。不到一個月後，兩顆原子彈先後轟炸了廣島和長崎。
1945年，哈恩因為“發現重核裂變”（“for his discovery of the fission of heavy nuclei”）而被授予1944年度的諾貝爾化學獎。邁特納與施特拉斯曼無緣分享這個獎項，這對他們并不公平。當時，哈恩還在盟軍的拘留營，直到1946年才去領了獎。
盡管因為發現核裂變而獲得諾獎，哈恩卻有遺憾。中子轟擊鈾之後，一部分鈾确實發生了裂變，但還有一部分鈾真的轉化為93号與94号元素，而哈恩當時沒有檢測出來。與超鈾元素相關的諾貝爾獎後來落到了别人手裡。在當時激烈競争、幾乎瞬息萬變的情形下，哈恩等人在确認鈾核裂變現象的同時，實在無法想到另一部分鈾核真的變成了超鈾元素。在科學研究領域，經常是一個驚奇連着一個驚奇。
參考文獻
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