一 戰前蘇聯物理學家的努力

人類社會在跨出19世紀之際,尤其是在邁進20世紀之後,科學技術有了突飛猛進的發展,一個個科學發現和技術發明先後問世。

1895年,時任德國維爾茨堡大學校長的威廉·康拉德·倫琴教授發現了一種肉眼看不見的奇異光線,X射線也即倫琴射線就這樣誕生了。X射線是研究原子物理的極有力的工具,有人稱它為現代物理學的“開門鑰匙”,它的發現標志著人類即將進入原子時代。1896年,法國物理學家貝克勒教授發現了鈾鹽礦石的放射性。1898年,波蘭裔物理學家和化學家斯克羅多夫斯卡婭·居裏與其丈夫皮埃爾·居裏發現了新的化學元素釙和鐳。他們一道成為放射學的創始人。1905~1916年,偉大的物理學家愛因斯坦的科學研究和先後創立的狹義和廣義相對論不僅開辟了人類認識物質世界波粒二象性的新時代,而且還為原子能的研究和應用奠定了理論基礎。從此,歐洲各國掀起了一場轟轟烈烈的原子核物理學研究熱潮,波蘭、法國、英國、瑞典、丹麥、德國等地相繼建立了實驗室和研究院。

1907年,英國物理學家盧瑟福在曼徹斯特創立了原子核理論,提出了原子結構的“行星”模型。此外,盧瑟福還發現了α射線、β射線和γ射線,第一次實現了原子核的人工轉變,建立了放射性蛻變學說,對核物理學的研究和發展作出了卓越的貢獻。1913年,丹麥物理學家玻爾在與盧瑟福一道創立的原子核理論的基礎上將量子力學理論應用於原子結構研究,建立了氫原子模型和原子結構理論,標志著原子核物理學的真正誕生。1932年,盧瑟福的學生查德威克發現了不帶電荷的中性核粒子——中子,並測出中子的質量,為物理學家們找到了轟擊原子核的新“炮彈”,為大規模開發核動力提供了途徑。1935年,他還發明了首台加速器。1933年,斯克羅多夫斯卡婭·居裏的女兒伊琳娜·居裏和丈夫弗裏德裏克·約裏奧—居裏發現了人工β放射性,亦即一種新型的放射性,為制造新的放射性元素提供了條件。1934年,意大利裔美國物理學家費米發現用中子轟擊鈾時能生成放射性元素,即超鈾元素。他已采用該方法先後制造出了37種新的人造元素。1942年,他還啟動了首座核反應堆。1938年,德國物理學家哈恩與同事施特拉斯曼在實驗中發現,把鋇元素加到中子轟擊過的鈾元素中時,它可以帶出一些新的放射性元素。1939年,曾與哈恩一道從事研究的奧地利物理學家麥特娜在英國《自然雜志》發表論文,將這種現象稱為“裂變”。1939年,玻爾等人從理論上闡述了原子核裂變反應過程,論證了裂變過程中釋放大量能量的基本原理,從而為日後原子彈的研制提供了理論依據。

俄國尤其是新生的蘇聯,不僅積極參與了這場轟轟烈烈的原子核物理學研究熱潮,而且貢獻出了許多新的發現和發明。就此,我們同樣可以按大事記的形式列舉如下:1922年,В.Г.赫洛平等人從蘇聯鐳礦中成功提煉出了首批鐳樣品。1932年,Д.Д.伊萬年科提出了原子核由質子和中子組成的結構假說。1934年,Н.Н.謝苗諾夫發表了鏈式化學反應理論。同年,П.А.切連科夫和С.И.瓦維洛夫發現了基礎物理現象之一——由於電子的高速運動引起的液體發光現象。1936年,В.Я.弗倫克爾提出了原子核的水滴模型說並將熱力學概念引入核物理學,首推原子核分裂理論。1939年,Ю.Б.哈裏頓和Я.Б.澤利多維奇從理論上證明了實現鈾-235原子核鏈式裂變反應的可能性。1940年,Г.Н.弗廖洛夫和К.А.彼得紮克發現了鈾核的自發裂變現象。同年,哈裏頓和澤利多維奇對鈾核鏈式裂變反應過程進行了數學計算,從而闡明了實現鈾核鏈式裂變反應的可能性。

上述發現和發明固然重要,但更為重要的是在科學家們多年的共同努力下建立起了一個相對完整的核研究體系。

在貝克勒發現放射性後,俄國馬上開始了放射性研究。И.И.博爾格曼(1900年)和А.П.阿法納西尼耶夫對放射性射線特性,尤其是其醫療特性進行了研究。В.К.列別金斯基(1902年)和И.А.列昂季耶夫(1903年)對放射性對火花放電的影響進行了研究,他們是最早對伽馬射線的特性做出界定的科學家之一。Н.А.奧爾洛夫對鐳對金屬、石蠟、易熔有機物的作用進行了研究。Л.С.科洛夫拉特—切爾溫斯基進行的放射性研究具有重要的科學意義。從1906年起,他曾在居裏實驗室工作5年,研究β射線並寫出了《放射性物質常數表》。在居裏的專著和盧瑟福的《放射性物質及其射線》一書中都曾對科洛夫拉特—切爾溫斯基的研究成果有所論述。

在眾多科學家中,В.И.韋爾納茨基院士是最早意識到發現放射性衰變意義的人之一,他曾在1908年將俄國的放射性和放射性礦物研究納入國家優先資助的科學院研究課題。1910年12月29日,韋爾納茨基在俄羅斯科學院年會上的發言《鐳研究領域當前的任務》中指出:“出於對親愛的祖國的責任感,我決定在此莊嚴的年會上做以下發言,以提請大家對我們面臨的具有全人類和國家意義的重要事業給予關注,這項事業便是對俄羅斯帝國的放射性礦物的特性及其儲量的研究。這項事業刻不容緩。”俄國科學院采納了韋爾納茨基的建議,積極尋求資金用於放射性礦物的研究。然而,直到1911年,國家撥給的資金和商人的私人贊助才到位,俄國科學院才得以在後貝加爾、高加索、烏拉爾和費爾幹納成立了考察隊。1914年,俄國科學院鐳考察隊成立。該考察隊於1914~1916年在俄國多個地區進行了考察,雖然並未發現新的礦藏,但卻促成了韋爾納茨基領導的地球化學、礦物學及放射學派的形成。