最近的一百多年时间里，人类对微观世界的探索发展十分迅猛。在更早之前，人们一直认为原子是组成物质的最终组成成分，是不可能再分割的了。但是到了20世纪初，有一些伟大的物理学家发现，事实并非如此，原子里还有原子核，甚至原子核也是由更小的粒子组成的。

打碎原子

在1914年，英国的曼彻斯特大学里，有一个名叫马士顿的学者继续做着α散射实验（α散射实验是卢瑟福曾在1911年做过，他通过这个实验发现了原子核）。他发现了一些卢瑟福没有发现的现象，当α粒子与原子核产生散射作用时，有时会看见快速运动的氢原子核，他把它称为“H”粒子。由于第一次世界大战的影响，导致他们的研究中断了下来，只能偶尔利用剩余的时间在实验室里继续工作。有一次，军方邀请卢瑟福参加一次军事会议，卢瑟福用一句很有力的话回绝了这次邀请，他说：我有理由相信，破碎的原子核比战争有更伟大的意义。

α粒子散射实验示意图

科技的“魔法”

到了1919年，第一次世界大战接近了尾声，军方忙于战后工作，所以很少来打扰卢瑟福，使他有充足的时间恢复之前的工作。有一次，他把α粒子射入一个充满氮气的容器中，在容器后放置了一个荧光屏来监测会发生什么情况。通过观察实验结果，他发现大多数情况下α粒子会被氮气吸收，但是偶尔会在荧光屏上观察到闪光现象。经过卢瑟福的思考，他认为之所以会闪光是因为有穿透力比α粒子更强的新粒子飞了出来，而这个新粒子就是氦原子受到了α粒子撞击之后变成了氧原子核，同时释放出的氢原子核。根据这一现象，他又推断出，氢原子核是所有的原子核的组成部分，他给他起了一个单独的名字叫“质子”。

欧内斯特·卢瑟福

一个射入的α粒子撞击一个氮原子核（7个质子+7个中子），这个氮原子核变成了一个氧原子核（8个质子+9个中子），即α+N->p+O，同时释放出一个质子，这个质子急速打到了荧光屏上产生了可见的闪光。

这个实验具有很重要的意义，它打破人们当时的固有思维。第一次真正看到了人为导致一个元素变成另一个元素，在神话故事中的“点石成金术”在卢瑟福手中变成了现实。在之后的几年里，很多物理学家都不断重复着卢瑟福的这个实验，以便触发更多的原子核反应。他们同样用显微镜来观测荧光屏上的闪光，直到1925年在剑桥大学的卢瑟福实验室里，布莱克特用照片记录了一次原子核的蜕变过程，他当时使用的是自己设计的云室。照片中清晰的显示了氮原子核转变成氧原子核留下的粒子痕迹，他也因此获得了1948年的诺贝尔物理学奖。

第一台人造高能粒子器

在自然界中能找到使原子核转变的α粒子的数量是极其有限的，卢瑟福与其他科学家们急切需要人工能够提供比天然放射性更大的能量粒子。在1924年，剑桥大学的卢瑟福实验室里安装了一台用高压电场加速质子的装置，后来被称为高压倍加器。虽然这台设备确实提供了卢瑟福需要的粒子，但是却认为这台仪器太过昂贵，他们需求的粒子不至于需要如此高昂的设备，他相信还会有其他办法解决这个问题，这是他犯下的巨大失误。这样的设备在今后的科学研究中，不仅没有减少，反而在美国大量建造，并且越来越昂贵。

高压倍加器

静电粒子加速器的诞生

1932年，科克罗夫特和沃尔顿建造了世界上第一台质子静电加速器，这台加速器产生的粒子比高压倍加器产生的粒子能量高出很多。该加速器是利用巡回反复运动的带子将电荷不断的送到位于设备顶端的一个大“帽子”上，这个“帽子”实际上是一个与地面绝缘的圆形金属装置。加入到电荷后，增加“帽子”上的电压至80万伏，在这个帽子里有一个小容器里充满了氢气，质子从氢气中被解离出来，引到了长的真空玻璃管中。在玻璃管中被高压电场加速，撞向锂靶。

他们把卢瑟福原来笨重的实验装置安装到了静电加速器实验装置的底部，当一切准备就绪后，他们开始命令：关掉质子流，增高加速电压。随后质子开始轰击锂靶。沃尔顿从锂靶下面的显微镜里观察到锂原子核变成了氦原子核。他们十分激动的把他们的“老板”卢瑟福叫过来观看整个实验过程，卢瑟福在粒子加速器下面观看荧光屏，他确认闪光是由α粒子引起的。性格一向沉稳的科克罗夫特无法抑制自己激动的心情，当即冲出实验室跑到马路上大喊：“我们已经将原子分裂开了！”。

这个原子核反应可以写成：p+Li->2α

其中，锂为3个质子与4个中子；α粒子即为氦原子核（2个质子+2个中子）。

我国第一台质子加速器

虽然在获得更高粒子能量的竞赛中，科克罗夫特和沃尔顿的技术很快被其他科学家超越了。陆续出现了能量更高更大的加速器，但是直到今天，用他们的方法使带电粒子获得一定能量的静电加速器仍然被广泛使用着。

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