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在科学昌盛的20世纪，利用人工方法把一种化学元素转变为另一种元素并不是不可能的。这不仅仅是因为科学家已经了解到，原子是由原子核和电子组成的，原子核又是由质子和中子组成的，而且他们还掌握了强大的足以轰开原子核大门的武器，把原子分裂开来，并重新组成新的原子。为这一研究工作奠定理论和实验基础的是英国化学家和物理学家卢瑟福。

1910年，卢瑟福进行了著名的α粒子轰击金箔的实验，他发现大多数α粒子能够穿过金箔继续向前行进，也有一部分α粒子改变了原来行进的方向，但改变的角度不大。只有极少数的α粒子被反弹了回来，好像碰到了坚硬的不可穿透的物体。

卢瑟福认为，这个实验说明金原子中有一个体积很小的原子核，原子的质量和正电荷都集中在原子核内。α粒子通过原子中的空间部分时，不会受到阻力，可以顺利地穿过，但如果碰到原子核，则互相排斥（α粒子和原子核都带正电），α粒子就会被弹回来。

卢瑟福设想，金原子核中有79个质子和118个中子，质量太大，α粒子和金原子核之间的排斥力太大，并不能把金原子核轰开。如果采取两种措施：一方面用能量很高的α粒子来轰击；另一方面，把被轰击的对象改为轻的原子核，例如氮原子核（含有7个质子和7个中子）。那么，α粒子与氮原子核之间的排斥力要小得多，也许能量很高的α粒子有可能把氮原子核轰开。

实验的结果确实像卢瑟福设想的那样，α粒子钻进了氮原子核以后，α粒子中的两个质子和两个中子与氮原子核中的7个质子和7个中子重新组合后，变成了一个氢原子和一个氧原子。

一个原子的原子核被轰开以后，变成了另外两个原子，这意味着化学家已经能够用人工方法合成化学元素了。卢瑟福的发现还改变了19世纪以来化学界认为“元素永远不变”的理论。确实，这位曾经获得1908年诺贝尔化学奖的科学家的探索是具有开创性的。

虽然卢瑟福将原子分裂后得到的都是一些轻元素，但是，想要用人工的方法获得重元素也是可能的。只要能够制造出威力更强的“大炮”，发射出各种高能粒子，就能达到目的。

1929年，美国加州大学物理系教授劳伦斯设计出回旋加速器，被加速的带电粒子的速度接近光速，具有极高的能量。

1940年起，美国化学家西博格和麦克米伦等人，用回旋加速器产生的高能粒子轰击不同元素制成的靶，先后用人工方法制得了镅（méi）、锔（jú）等9种人造元素。到现在为止，各国科学家发现的95号到112号元素，都是在进行原子核反应时制备出来的。