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测者又量得为200 倍，而质子的质量约为2，000 倍。由此可见，要说明物质
的结构，需要一个多么复杂的图案！
在大多数的情形中，宇宙线里的粒子多是电子而很少质子。这表示宇宙
线在进入太阳系以前不可能穿过很多物质，这样它们的来源好象不可能在银
河系里的恒星上，而必须在银河系外的空间。
宇宙线的成因与来源仍然是一个只能猜度的谜。人们提出的假设有如下
几种：（1）电子经过某一天空静电场降落而形成说，（2）经过双星磁场形
成说，（3）按照爱因斯坦方程式，物质质量一部或全部转化为宇宙辐射说。
蕴藏量最丰富的元素可能释放的能量由110 至280 亿（1。1 至2。8×l010）电
子伏特，一半射向一方，另一半射向反对方向。所以一半所给出的能量在5
至14×109电子伏特之间，观测所得的数值大致也是这样。
上面讲过， 1919 年卢瑟福发现，用α粒子轰击某些元素，例如氮，引
起原子的变化，因而发射出运动迅速的氢原子核（质子）。这发现不久即为
布莱克特所证实。他在威尔逊云室里拍照了质子的踪迹。这发现是在受控原
子变化实验方面取得巨大进展的起点。这些受控原子变化实验取得了惊人的
成果。当波特（Bothe）使质量为9 的铍元素受到这样的轰击时，他得到一种
贯穿力比铀射出的最硬的γ射线还强的新辐射，1932 年，查德成克（JamesChadwick） 爵士证明这种辐射的主要部分不是γ型的射线，而是一些运
动急速不负电荷的粒子流，其质量大约与氢原子相等。取得这些粒子的方便
办法就是，将几毫克的铀盐与粉末铍混合，而封闭在一管内，这种粒子即从
管壁逸出，由于这些粒子不负有电荷，因而称为中子，在其行程里，它们可
以自由地通过原子，而不造成电离。
下表列举了1944 年已知的粒子，无疑以后还有更多的发现：
名称质量（单位：电子）电荷
电子（粒子）1 …e
正电子1 ＋e
介子200 ± e
质子1800 ＋e
中子1800 0
氘核3600 ＋e
a 粒子7200 ＋2e
除了这些算作物质的粒子之外，还有作为辐射单元的光子。宇宙真是复
杂而神秘。
费瑟、哈金斯（Harkins）与费米（Fermi）证明中子，特别是慢中子，
虽然不能引起电离化，但却可以十分有效地促进原子核变化。它们不象α粒
子那样受带正电荷的原子核的排斥，因而容易进入较密的原子核，而改变其
性质。例如使用渗透有锂盐的底片进行实验时，在显微镜里便可看见相反的
两个踪迹。使用硼，特别是用一种铀的轻的同位素，也可发现类似的变化。
居里－约里奥夫妇用α射线直接轰击这些轻粒子，得到一些新的放射物
质。例如硼受了α射线轰击一会之后，便发出正电子流。其放射性的衰变和
正常的放射性相似，是时间的几何级数，在11 分钟内衰减一半。这种嬗变可
以下列化学方程式表示：
10B＋4He→14N→13N＋中子。
氦核14N 因具有过多能量，是不稳定的，于是分裂为比较稳定的13N 与中
子。然后13N 更缓缓地转变为稳定的碳原子与正电子：
13N→13C＋Σ＋。
这种放射性的氦可以作为具有氦的化学性质的放射气体收集起来。
人们已经利用α射线、速质子，特别是慢中子使很多种物质变成放射物
质，其中慢中子就是对于最重的元素也是有效的。以上只叙述了用直接间接
由放射物质得来的各种粒子轰击元素而造成元素的受控嬗变的情况。这样直
接间接由放射物质得来的粒子为数不多，因此多年来物理学家希望发明人工
制造有效的强粒子流。后来这种希望是实现了。
在氢或其同位素氘里放电，可以得到大量的质子与氘核，但要使它们达
到造成嬗变所必需的高速度，必须在很强的磁场里把它们加速。要取得高达
百万伏特的高电压，便需要大型的工艺装置，并需用现代的高速唧筒，以维
持高度的真空。
科克拉夫特（Cockcroft）与瓦耳顿（Walton）在剑桥进行的实421 验是
这方面的开路先锋。他们利用一套电容器与整流器将变压器的电压增高，现
在所期望的是用大型装置取得具有200 万伏特电压的直流电，它能产生长20
呎的火花。还有一种静电装置是华盛顿的范·德·格拉夫（Van de Graaff）。。
所设计制造的，这装置内有一传输器，不断地将电荷送入一个中空金属绝缘
球去，以致达到500 万伏特的高电位。
加利福尼亚的劳伦斯（E。 Lawrence）教授发明一种加速器，名叫“回旋
加速器”，离子在这装置里经过一个交流电场，和与之正交的磁场。这个装
置使质子和氘核循半径递增的螺旋形的路径而运动，间续地进出于电场。为
了达到交流电位的某一特定频率，离子总是在电力处在可以把离子进一步加
速的运动方向上的时候进入电场。这样，劳伦斯得到了质子和氘核的强粒子
流，其能量高达1600 万伏特，而具有100 微安的电流。这样获得的效果等于
16 公斤的纯镭所射出的α粒子。
这一类的装置无异是将极强有力的武器放在实验者的手里。科克罗夫特
与瓦耳顿证明，可以用大约十万伏特的质子，使锂与硼产生人工的嬗变。从
这种电压以至回旋加速器的几百万伏特，现代的实验室现在有了一系列能量
范围很广的可以引起嬗变的射弹。
锂有质量为6 和7 的两种同位素。在质子的轰击下，有时一个质子进入
7Li 的核。这样产生的8Be 不稳定，立即分裂为两个快速的α粒子，即氦核，
循相反方向射出。如果用氘核代替质子去作射弹，6Li 捅获一个氘核之后，
又产生一个8Be 的核，但具有大量的剩余能量。这种8Be 的核也象前一个反
应一样，分为两个α粒子，但具有比质子进入7Li 而产生的α粒子有更大的
速度。7Li 捕获一个氘核之后形成9Be，。。 再立刻分裂为两个α粒子和一个中子。
这些不过是奥利芬特（Oliphant）和哈特克（Harteck）首先加以研究的
嬗变的几个例子。仅借两万伏特就可以引起这种嬗变，来加速氘核射弹。以
后还研究出许多复杂得多的变化。从实验获得许多新同位素，如质量为3 的
氢（3H），质量为3 的氦（3He）。根据其释放的能量，可以算出这两种同位
素的质量：
2H＋2H=1H＋3H＋E
2。0147＋2。0147=1。0081＋3H＋0。0042。
氢和氘的原子量就是阿斯顿用质谱仪算出的数值。至于上式中所释放的
能量E 值是根据观测质子在空气中的行程（14。70 厘米）而算出的这种行程
说明质子的能量为298 万伏特。释放出的能量的3/4 应归于质子的动能，因
而E 的总值为397 万伏特。根据爱因斯但的理论，质量与能量是等价的；质
量减少dm 相当于释放c2dm 的能量（这里C 表光速，以每秒厘米数计为3×1010），所以与397 万伏特相当的质量为0。0042，因而3H 的质量为3。0171。
劳伦斯和他的同事们利用在回旋加速器里形成的、能量为1600 万伏特的
高速氘核去轰击铋，把它转变为放射性同位素，同天然放射性产品镭E 相同。
这是一个很有兴趣的成果。同样质量为23 的钠或钠盐被高速氘核所轰击，产
生质量为24 的放射性同位素。这种放射性的钠分裂时，发出一个β粒子，而
形成质量为24 的镁的稳定核，其半衰期为15 小时。因此劳伦斯得到强的放
射钠的源，可以作为镭的代用品，用于医疗工作。
查德威克与戈德哈伯（Goldhaber）使用γ射线将氘核2D 分裂为质子与
中子。齐拉德（Szilard）将质量为9 的铍（9Be）分裂为8Be 与一个中子。
这一方法能否发展，取决于能否取得高能强γ射线。
在这一时期里得到250 多种新的放射性物质。这些不稳定的同位素可能
存在于太阳上，也可能存在于刚从太阳分出的地球上，但是随着地球变冷，
它们便消失了，只留下衰变期很长的铀和钍了。
这些人工变化里，有些能量变化甚至比天然放射性分裂中的能量变化还
要大。例如21，000 伏特的氘核可以使一个锂原子变化，而发出2250 万伏特
的能量。因此可以赢得大量的能量，初看起来好象可以在这里得到原子能的
无限源泉。可是在一亿（108）个氘核中大约只有一个可以发挥作用，所以出
入相抵，我们所要供给�