從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初，科學(xué)家們連續(xù)不斷地對(duì)奇妙的原子世界進(jìn)行了深入而又細(xì)致的研究，并取得了很多偉大的成就。他們?cè)诎l(fā)現(xiàn)X射線和放射性的基礎(chǔ)上，找到了比原子更小的電子；并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了原子核的存在；通過精確測(cè)量，鑒別了同位素；對(duì)原子核的特性(包括核電荷、核質(zhì)量和核體積等等)進(jìn)行了初步探索……

　　正當(dāng)人們開始向原子核世界進(jìn)軍的時(shí)候，卻爆發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)，戰(zhàn)火燃遍了整個(gè)歐洲。本來熱氣騰騰、欣欣向榮的科學(xué)研究工作，此時(shí)也都被戰(zhàn)爭(zhēng)陰云所籠罩。盧瑟福被迫參加了英國(guó)海軍的研究發(fā)展部，致力于潛水艇偵察問題的研究。居里夫人在法國(guó)參加了前線醫(yī)療服務(wù)隊(duì)……，許多科學(xué)家都離開了自己原來的研究部。

　　到了1918年，大戰(zhàn)剛一結(jié)束，盧瑟福就風(fēng)塵仆仆地回到原來的研究所，并以更大的熱情和充沛的精力投身到他原來所從事的研究工作中去。當(dāng)時(shí)只有一位助手同他一起在十分簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行α粒子散射實(shí)驗(yàn)工作，他們每天重復(fù)地?cái)?shù)著由于α粒子打在硫化鋅制成的熒光屏上所產(chǎn)生的閃光。

　　后來，盧瑟福來到劍橋大學(xué)，接任了湯姆遜老師的職務(wù)。他繼續(xù)用α粒子去轟擊一些輕元素的原子核，希望α粒子能進(jìn)入原子核內(nèi)部進(jìn)行“偵察”，以求早日揭開核世界的秘密。在1919年終于出現(xiàn)了奇跡，這是核科學(xué)史上難以忘懷的一年，盧瑟福成功地實(shí)現(xiàn)了人類有史以來第一次人工核反應(yīng)。堅(jiān)硬而又微小的原子核首次被α粒子擊中后發(fā)生了很大變化，并從核反應(yīng)的過程中觀察到了一種新的粒子—質(zhì)子。同年6月，盧瑟福在英國(guó)皇家學(xué)院作了關(guān)于氮原子核被α粒子擊中能發(fā)射出質(zhì)子的報(bào)告，而且當(dāng)眾做了實(shí)驗(yàn)表演。

　　下面，就讓我們回顧一下，盧瑟福的第一次人工核反應(yīng)到底是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

　　從三個(gè)天然放射系中，我們可以看到很多放射性元素都能發(fā)射帶有2個(gè)正電荷和質(zhì)量數(shù)為4的α粒子。為此人們就聯(lián)想到原子核是否都是由相同的α粒子所組成？因?yàn)橹挥性�子核是帶正電荷的，并集中了原子的絕大部分質(zhì)量。但是事實(shí)上有許多原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都不是2和4的倍數(shù)，所以人們又根據(jù)氫原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是1的特點(diǎn)，認(rèn)為原子核很可能是氫核和α粒子的混合體。然而，這僅僅是一種大膽的設(shè)想，還需用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。為此，科學(xué)家們?yōu)榱嗽缛战议_原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的秘密，就利用當(dāng)時(shí)僅有的α粒子束作為炮彈，不斷轟擊各種原子核。其中工作做得最多也是最有經(jīng)驗(yàn)和成就的當(dāng)然是盧瑟福教授。他在用鐳所發(fā)射的α粒子對(duì)重元素核和輕元素核轟擊時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種奇怪現(xiàn)象，即對(duì)重核(例如82號(hào)元素鉛)轟擊時(shí)，由于α粒子與重核間存在著巨大的靜電斥力，所以α粒子只能在離核相當(dāng)遠(yuǎn)的地方發(fā)生偏轉(zhuǎn)；而對(duì)輕元素(如7號(hào)元素氮)恢轟擊時(shí)，它與α粒子間的靜電斥力就小得多了，此時(shí)α粒子有可能在離核較近的距離內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。然而科學(xué)家們感興趣的是：能否有個(gè)別高能量的α粒子能夠克服與核產(chǎn)生的靜電斥力進(jìn)入核中。這樣，α粒子就能和核內(nèi)部發(fā)生作用，而后通過研究分析，就可以對(duì)原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能有所了解。盧瑟福根據(jù)這個(gè)想法，設(shè)計(jì)了新的實(shí)驗(yàn)裝置。

　　1919年，盧瑟福用氮?dú)庾鳛棣亮Ｗ拥霓Z擊靶核，結(jié)果看到了從熒光屏上所產(chǎn)生的明亮閃光。而這種閃光是來之不易的，因?yàn)樵�子核�?shí)在太小了，其直徑約為十億分之一厘米，所以α粒于束中的絕大多數(shù)注定是要打空的。盧瑟福的計(jì)算表明，每30萬個(gè)α粒子中只有一個(gè)能僥幸擊中氮原子核。

　　那末，明亮的閃光究竟是怎樣產(chǎn)生的呢？盧瑟福認(rèn)為這決不可能是容器內(nèi)的α粒子所引起的。因?yàn)楦鶕?jù)α粒子的最大能量7.7兆電子伏在氮?dú)庵械纳涑滩荒艽笥?8厘米。這樣，只要在實(shí)驗(yàn)中把α源和熒光屏之間的距離固定在28厘米處，α粒子就不能透過銀箔到達(dá)熒光屏上了。當(dāng)然，閃光也不可能是因α粒子激發(fā)原子后放出的特征x射線所造成。而唯一的可能就是由于α粒子直接和氮核相互作用產(chǎn)生了某種新粒子的結(jié)果。

　　為了證明這一點(diǎn)，盧瑟福又在抽空的容器中充以氫氣。結(jié)果在α粒子轟擊下，也能獲得與轟擊氮核時(shí)一樣的閃光。這是因?yàn)棣亮Ｗ优c氫核相互作用時(shí)，把能量傳遞給它。只要能量足夠大，獲得能量的氫核就得穿透銀箔在熒光屏上產(chǎn)生閃光。而原來α粒子轟擊氮核時(shí)，在碰撞過程中產(chǎn)生了一種類似于氫核的新粒子(后來被稱作質(zhì)子)，而且它的能量也很大，在氮?dú)庵械纳涑檀笥?8厘米(如在空氣中則為40厘米)，故能容易地穿過銀箔在熒光屏上產(chǎn)生和氫核相同的閃光。盧瑟福又把這種新粒子引入電磁場(chǎng)中，經(jīng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)其電荷和質(zhì)量同質(zhì)子完全一樣。

　　接著，盧瑟福為了最后肯定引起閃光的是質(zhì)子，而且它只能從氮原子核里產(chǎn)生出來的結(jié)論，又把氮?dú)饨?jīng)過多次凈化后再行測(cè)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種閃光確實(shí)仍然存在，而且強(qiáng)度也未見減弱。這就充分說明閃光不可能是由于在氮?dú)庵信既缓�有氫或容器被氫污染所引起，而完全是由于α粒子和氮核相互作用的結(jié)果。這就是有史以來的第一次人工核反應(yīng)。

　　從反應(yīng)中可以看到，氮核被α粒子轟擊后，能夠生成氧的同位素氧17和質(zhì)子。從此人們不但知道在原子核中的確存在著同氫核一樣的粒子—質(zhì)子，而且通過核反應(yīng)，人們也能夠把一種元素轉(zhuǎn)變成另外一種新元素。自古以來，煉金術(shù)家們一直幻想著能把一種元素熔煉成另外一種有用的元素，這個(gè)宿愿終于被現(xiàn)代“煉金術(shù)”家實(shí)現(xiàn)了。

　　在此同時(shí)，1924年英國(guó)物理學(xué)家布萊開特利用威爾遜云室，直接測(cè)得了α粒子同氮核的反應(yīng)過程。這種測(cè)量裝置是在1912年由英國(guó)物理學(xué)家威爾遜精心設(shè)計(jì)制造而成的一種跟蹤離子軌跡的儀器。

　　盧瑟福為了想知道是否會(huì)有更多的元素在α粒子轟擊下也能產(chǎn)生出質(zhì)子和新的原子核。他曾借助上面的實(shí)驗(yàn)裝置，繼續(xù)用α粒子去轟擊硼、氟、鈾、鋁和磷等元素，并仔細(xì)地觀測(cè)了它們的核反應(yīng)過程。到1924年為止，盧瑟福發(fā)現(xiàn)除了上述提及的元素外，還有氖、鎂、硅、硫和氯等元素經(jīng)過核反應(yīng)都能發(fā)射質(zhì)子。并總結(jié)歸納成以下幾點(diǎn)：

　　(1)實(shí)驗(yàn)證明，原子核結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它們中的某些核具有俘獲α粒子的本領(lǐng)，通過核反應(yīng)從核中發(fā)射出質(zhì)子，從而形成另外一種新元素。

　　(2)產(chǎn)生核反應(yīng)要有一定條件，即要求入射粒子具有一定的能量，一般為幾兆電子伏才能克服與靶核產(chǎn)生的靜電斥力，進(jìn)入核內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)。當(dāng)然，其命中率不高，需要大量入射粒子，才偶爾可得一、二次核反應(yīng)。

　　(3)核反應(yīng)過程一般都是吸能反應(yīng)，但也有例外。

　　(4)各種元素的核結(jié)合的松緊程度是不同的。如鋁核就結(jié)合得很松，而氦核就結(jié)合得比較緊。