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维生素有的可从植物中提取，有的可从动物的乳液和肝脏中分离得到，
但要作为医药使用，就必须实现工业化生产才能满足社会的需要。维生素的
人工合成采用了两种方法：一是生物合成方法，二是化学合成方法。第一个
人工合成的维生素是维生素C。1933年，以木糖为原料合成维生素C取得成
功。同年，维生素A也用合成法制得。 1935年，维生素B2；1938年，维
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生素E；1939年，维生素K陆续实现人工合成，只有维生素D实现人工合成
较晚（1951年）。因此20世纪30年代是维生素人工合成取得辉煌成果的时
期。
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六、核能的开发和利用
早在1905年，爱因斯坦在创立狭义相对论时就提出了著名的质量能量
2
关系式E=MC，从理论上预言了物质内部蕴涵着极大的能量，预示了核能利
用的可能性。然而，直到1938年，人们发现了重核裂变现象后，才打开了
核能库的大门，开始了核能开发和利用的新时代，而重核裂变现象的研究还
得追溯至中子和慢中子效应的发现。
1．中子和慢中子效应的发现
19世纪20世纪之交，科学家们的研究表明，原子是由带负电的电子和
带正电的原子核构成，又发现自然界中的一些重元素如镭、铀等可以自发放
出射线而蜕变为其他元素，这些重元素发出的射线有α射线、β射线和γ射
线，而α粒子是带2个单位正电荷的氦核，β射线和γ射线，则分别是带负
电的电子流和中性光子流。英国物理学家卢瑟福想，轻元素不能象重元素那
样产生自发蜕变，如果施加强的外力作用，例如用重元素释放出的高能粒子
进行轰击，轻元素能否发生被动蜕变呢？
1919年，卢瑟福和他的助手用镭放射出来的α粒子做“炮弹”去轰击氮
原子核。检测发现，氮原子核受轰击后，衰变为氧，并释放出带一个单位正
电荷的质子。实验可用以下的公式来表示：
4 14 17 1
He →＋ N O ＋ H
2 7 8 1
卢瑟福的实验第一次实现了人工核反应，利用人为的方法把一种元素转
变成了另一种元素。由于这个实验是一个吸收能量的变化过程，人们便没有
将其与核能开发的可能性联系在一起。1921年至1924年，卢瑟福用实验证
明了，有十几种轻元素在α粒子的轰击下都可以象氮元素那样发生人工衰
变，放出质子，同时转变为元素周期表中的下一个元素。于是人们认为，质
子应该是原子核的组成部分。那么，原子核全部由质子构成吗？进一步的分
析推翻了这种可能性。从氦原子看，其中有两个电子，要保持电中性，原子
中必有两个质子，如果氦核全部由质子构成，其质量应等于2个质子的质量，
而实际上，氦核的质量是单个质子的4倍。
1920年，卢瑟福预言，原子核内部可能存在质量与质子相同的中性粒
子，他认为这种粒子能“很容易地打入到原子核内，或者和原子核结合起来，
或者在它的强大场内蜕变”。卢瑟福设计了一些实验，试图验证中子的存在，
但没有成功。12年之后，他的预言得到了证实。
1932年1月，伊伦·约里奥—居里（1892—1956）和她的丈夫约里奥—
居里 （1900—1958）用钋源放射出的α粒子轰击铍时发现，铍蜕变时产生一
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种穿透本领很强的不带电粒子流。他们未曾注意到卢瑟福关于“中子”的预
言，而认为这种中性粒子流是光子。英国物理学家查德威克（1891—1974）
是卢瑟福的学生，自然透彻了解其老师“存在中子”的思想。当他得知约里
奥—居里夫妇的实验结果时更猜想，铍蜕变时放出的中性粒子可能就是中
子。他立即利用放射源钋发射的α粒子来轰击铍金属，对铍放射出的中性粒
子进行鉴别后发现，这种中性粒子具有静止质量，而且速度也比光速小。因
此，查德威克确定，约里奥—居里夫妇发现的中性粒子流不是光子流，而是
卢瑟福所预言的中子流。
1932年2月，查德威克在英国《自然》杂志上发表了关于发现中子的札
记。后来的实验证明，正如许多轻元素人工蜕变时均放出质子一样，许多元
素受到外来作用都会放出这种中性粒子。人们因此确认了，原子核是由质子
和中子组成的。中子的发现不仅对于人们认识核结构有重要意义，而且更重
要的是它送来了打开核能库大门的钥匙。不过，当时人们并未认识到中子的
发现在这一方面所具有的重大意义。
1932年，英国卡文迪许实验室的两个青年人瓦尔顿和考克罗夫特在卢瑟
福的指导下，设计了一架巨型机器，被称为“当代炼金术”，采用几百万伏
电压来加速质子，并用高速质子来轰击金属元素锂，结果一个动能为30万
电子伏的质子被锂俘获后，形成一个原子量是8的不稳定的原子，它很快又
分裂为两个原子量为4的氦原子并各拥有约860万电子伏的动能：
7 1 8 4 4
Li →＋ N →BeHe ＋ He
3 1 4 2 2
反应后多出的1690万电子伏能量应该是贮存于核中的能量所提供的。
卢瑟福在皇家学会上报告了实验结果，这是直接用人工方法加速质子而未利
用放射性元素所实现的核反应，不少人乐观地预感到原子能时代即将到来
了。
但是，由于当时从人工核反应中得到的能量只相当于实验所消耗能量的
一个零头，还由于真正实现核能的开发不论在理论上还是在技术上都存在许
多难以预料的困难，因此，一些著名的科学家如卢瑟福、玻尔等，对核能利
用的估计都是很悲观的。1933年9月，卢瑟福在不列颠协会的演说中说：“一
般说来，我们不能指望通过这种途径来取得能量，这种生产能的方法是极端
可怜的，效率也是极低的。把原子嬗变看成是一种动力来源，只不过是纸上
谈兵而已”。他还断言，人类永远也无法利用原子中的能量。
卢瑟福对核能开发的这种错误估计被认为是“他的一帆风顺的科学生涯
中走错了几乎是仅有的一步”。1936年，玻尔也认为：“我们关于核反应的
知识越广，离原子能可用于人类需要的时间越远”。这种悲观的估计在核裂
变现象发现前是很难免的。
1934年1月，约里奥—居里夫妇利用钋源放射出来的α粒子去轰击铝。
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他们发现，铝靶受轰击后有质子和少量的中子发射，停止用α粒子轰击后，
发射还能持续几分钟，放出的是β射线。原来，铝核与α粒子结合后，变成
一种原子序数为15的新原子核，是天然状态下不存在的放射性同位素磷：
27 4 30 1
Al ＋→ HeP ＋ n
13 2 15 0
这种很不稳定的同位素，继续发射出电子进行β衰变，最后变成稳定元
素硅。他们还用α粒子轰击硼和镁，得到放射性同位素氮和放射性同位素
硅。1934年1月，约里奥—居里夫妇公布了用α粒子轰击轻元素，产生人工
放射性元素的实验结果。放射性元素可由人工产生的发现具有重大意义，约
里奥—居里夫妇也因此获得1935年化学诺贝尔奖。
人工产生放射性元素的发现开辟了一个新的实验研究领域，人们对寻找
更多的人工放射性同位素产生了极大的兴趣。但是，进一步研究发现，用α
粒子作“炮弹”去轰击原子核，对重元素往往不起作用。于是，科学家们试
验用能量更强的α粒子流来进行轰击实验，但对重元素仍无效果。这个问题
引起意大利物理学家费米（1901—1954）的兴趣，但他的想法与众不同。他
没有在提高“炮弹”α粒子的速度、强度上下功夫，而是设想更换另一种“炮
弹”。他认为，带正电的α粒子与重元素的原子核有较强的库仑作用，而中
子不带电荷，它既不会被原子中的电子所吸引，也不会受到原子核的排斥，
因此，用中子作“炮弹”也许不仅能使稳定的轻元素转变为放射性元素，也
有可能使稳定的重元素转变为放射性元素。
1934年的上半年，费米和他的助手从原子序数最低的氢元素开始，按照
周期表的顺序，用中子逐个轰击，从氢一直到氧都没成功，到第九个元素氟
才得到了放射性同位素。他们继续实验，短短的几个月内，对63种元素进
行了轰击实验，得到了37种放射性同位素。1934年10月，费米小组在实验
中发现，在中子源和被轰击的银金属之间放置其它物质会影响所产生的放射
性同位素的放射性强度。
费米建议在中子源和被轰击的银金属之间放置石蜡来进行实验，结果意
外地发现，产生的人工�