第三课 麦吉尔大学名人榜——欧内斯特·卢瑟福
大学名言
目标的坚定是性格中最必要的力量源泉之一，也是成功的利器之一。
生平简介
欧内斯特·卢瑟福被公认为是20世纪最伟大的实验物理学家，在放射性和原子结构等方面都做出了重大的贡献。他还是最先研究核物理的人。除了理论上非常重要以外，他的发现还在很大范围内有重要的应用，如核电站、放射标志物以及运用放射性测定年代。他对世界的影响力极其重要，并正在增长，其影响还将持久保持下去。他被称为近代原子核物理学之父。
卢瑟福1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭，在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位(文学学士、文学硕士、理学学士)。1895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室，成为汤姆孙的研究生。提出了原子结构的行星模型，为原子结构的研究做出很大的贡献。1898年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授并执教年。于1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。
1919年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵，1937年10月19日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年66岁。
桃李满天下
当人们评论卢瑟福的成就时，总要提到他“桃李满天下”。在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖奖金：
1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理学奖；1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理学奖；1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理学奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理学奖；1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得诺贝尔物理学奖；1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理学奖。
趣闻轶事
卢瑟福从小家境贫寒，通过自己的刻苦努力，这个穷孩子完成了他的学业。这段艰苦求学的经历培养了卢瑟福一种认准了目标就百折不回勇往直前的精神。后来学生为他起了一个外号——鳄鱼，并把鳄鱼徽章装饰在他的实验室门口。因为鳄鱼从不回头，它张开吞食一切的大口不断前进。
1908年，卢瑟福获得该年度的诺贝尔化学奖，他对自己不是获得物理学奖感到有些意外，他风趣地说：“我竟摇身一变，成为一位化学家了。”
卢瑟福还是一位杰出的学科带头人，被誉为“从来没有树立过一个敌人，也从来没有失去一位朋友”的人。在他的助手和学生中，先后荣获诺贝尔奖的竟多达12人。1922年度诺贝尔物理学奖的获得者玻尔曾深情地称卢瑟福是“我的第二个父亲”。科学界中，至今还传颂着许多卢瑟福精心培养学生的小故事。
卢瑟福属于那种“性格极为外露”的人，他总是给那些见过他的人留下深刻的印象。他个子很高，声音洪亮，精力充沛，信心十足，并且极不谦虚。当他的同事评论他有不可思议的能力并总是处在科学研究的“浪尖”上时，他迅速回答道：“说得很对，为什么不这样?不管怎么说，是我制造了波浪，难道不是吗?”几乎所有科学家都同意这一评价。
1895年，在农场挖土豆的卢瑟福收到了英国剑桥大学发来的通知书，通知他已被录取为大英博览会的奖学金生。卢瑟福接到通知书后扔掉挖土豆的锄头喊道：“这是我挖的最后一个土豆啦!”
传记
苏格兰农民的憨厚造就了欧内斯特·卢瑟福的高尚品德。欧内斯特·卢瑟福祖籍苏格兰，祖辈皆务农，1871年8月30日欧内斯特·卢瑟福出生了。卢瑟福兄弟姐妹一共12人，他排行老四。
自然是美丽的，农村的生活是艰苦的。12个兄弟姐妹的生计全靠父母的劳作。卢瑟福的父亲作过车轮工匠、木工和农民，他不停地劳动，再加上母亲作小学教师的收入养活这样一个庞大家庭是非常吃力的。卢瑟福的兄弟姐妹从小就知道生活的艰难，无须什么教育，他们都已知道要想生活得好一点就得自己动手、动脑去创造，需要踏踏实实地做事。春天耕地、播种，秋天收割庄稼都是全家出动：每一个成员都要分担一些责任，卢瑟福通常都去干农场里的一些杂务像劈柴、帮忙挤牛奶以充当差使等。全家人在劳动中互相帮助、团结协作，很少发生争吵。劳动成果作为全家收获的一部分，谁也不会据为己有。卢瑟福在这种家庭中成长起来，养成了相互协作、尊重别人的良好品质。后来卢瑟福成名之后，他的这种品质仍然保留着。他被科学界誉为“从来没有树立过一个敌人，也从来没有失去过一个朋友”的人。在他的助手和学生中，先后获诺贝尔奖的竟多达9人。
俄罗斯物理学家、1978年诺贝尔物理学奖获得者卡皮查，曾在卢瑟福领导下工作了14年。卡皮查是个能干而很有思想的年轻人，卢瑟福很喜欢这个年轻人，两人情同父子。卢瑟福专门建立一个叫蒙德的实验室用于研究强磁场，任命卡皮查为实验室主任。卡皮查在实验室的墙上雕了一条大鳄鱼，因为卡皮查非常敬重卢瑟福勇往直前，不怕困难的精神，而在英国“鳄鱼”一词就含有这种意思。在背后卡皮查经常把卢瑟福叫作“鳄鱼”,师徒之间就用这种玩笑来表示敬重和亲密无间。
但是，1934年秋，卡皮查回国探亲时被苏联政府留在国内不许他再回英国了。没有实验室，卡皮查的才能就发挥不出来，一连3年卡皮查无事可做。卢瑟福决心帮助卡皮查，他利用自己的威望说服了苏、英两国政府，把蒙德实验室的全部设备和仪器从英国搬到莫斯科，并派一名得力助手帮助卡皮查安装。卢瑟福就是这样帮助别人的。
1937年，卢瑟福去世时，卡皮查万分悲痛。他在一篇悼念的文章中写道：“卢瑟福不仅是一位伟大的科学家，而且也是一位伟大的导师，在他的实验室中培养出如此众多杰出物理学家，恐怕没有一位同时代的科学家能与卢瑟福相比。科学史告诉我们，一位杰出的科学家不一定是一位伟人，而一位伟大的导师则必须是伟人。”而这位伟人的伟大品格就是在苏格兰的农舍中培育出来的。
父亲的心灵手巧，母亲的乐观向上、勤劳、朴实是卢瑟福的榜样。卢瑟福的父亲是一个聪明又肯动脑子的人，他勤奋又有创造性。在开办亚麻厂时，他试验用几种不同的方法浸渍亚麻利用水力去驱动机器，选用本地的优良品种，结果他的产品被认为是新西兰最好的一类。他还设计过一些能提高工作效率的装置。
卢瑟福在父亲的潜移默化的熏陶下，也喜欢动手动脑，显示出他非同寻常的创造天赋。他家里有一个用了多年的钟，经常停摆，很耽误事，大家都认为无法修理了。但是卢瑟福却不肯轻易把它丢掉，他把旧钟拆开，把每一个零件重新调整到位，清理钟内多年的油泥，重新装好。结果，不仅修好了，而且还走得很准。当时照相机还是比较贵重的商品，卢瑟福竟然自己动手制作起来。他买来几个透镜，七拼八凑居然制成了一台照相机。
他自己拍摄自己冲洗，成了一个小摄影迷。卢瑟福这种自己动手制作、修理的本领，对他后来的科学研究工作极为有用。在很多场合显得高人一筹。
当卢瑟福远渡重洋到英国从事研究工作取得了一些成绩后，他应邀到英国学术协会作报告，正当他以实验来证明自己的说法时，仪器突然出了故障。卢瑟福不慌不忙地抬起头来，对观众说：“出了一点小毛病，请大家休息5分钟，散散步或抽支香烟，你们回来时仪器就可以恢复正常了。”果然几分钟后又能看他的实验了。没有多年培养起来的动手能力和经验是很难有这样的自信心的。当时在场的一位一流物理学家对此颇有感慨：“这位年轻人(指卢瑟福)的前程将是无比远大的。”
卢瑟福的母亲出身于知识家庭，她的父亲是一位很有才能的数学家，母亲也是一位教师。
作为教师的母亲对孩子们的教育起着关键的作用。她的一举一动始终影响着孩子们的情绪。所以在生活的重负面前，她始终都保持乐观的态度任劳任怨，以自己对待生活中困难的态度教育孩子们，正是这种行动的教育使得卢瑟福始终保持刻苦学习和热爱劳动的本色。即使在成名之后，仍然保持着这种纯朴的本色。难怪有的记者在采访他之后称，卢瑟福除了那双充满智慧的眼睛之外，其余的地方和典型的农民几乎没有什么区别。
幼年的卢瑟福与他的兄弟姐妹没有什么太明显的区别。如果说有什么不同之处，那就是他喜欢思考、喜欢读书。
在卢瑟福一生中曾起过重要作用的一本书，便是他10岁的时候从他母亲那儿得到的由曼彻斯特大学教授巴尔佛·司徒华写的教科书《物理学入门》,这本书开始把他引上研究科学的道路。这本书不仅给读者一些知识，为了训练智力，书中还描述了一系列简单的实验过程。卢瑟福为书中的内容所吸引并从中悟出了一些道理。即从简单的实验中探索出重要的自然规律，这些对卢瑟福一生的研究工作都产生了重大的影响。读完书之后，卢瑟福将自己的年龄和名字歪歪斜斜地写在书页上，那时他差1个月满11岁，推算起来是1882年7月。卢瑟福的母亲一直珍藏着这本教科书，并且常常自豪地捧着这本书向孩子讲述当年的故事。特别值得一提的是《物理学入门》一书的作者恰巧是汤姆孙在曼彻斯特时的老师，而汤姆孙又是卢瑟福在剑桥大学读研究生的导师。
读书和思考一直伴随着卢瑟福一生。他成为一个硕果累累的大科学家之后，仍然很重视读书和思考。有一天深夜，卢瑟福看到实验室亮着灯，就推门进去，看见一个学生在那里，问道：“这么晚了，你还在干什么?”学生回答说：
“我在工作。”当他得知学生从早到晚都在工作时，很不满意地反问：“那你什么时间思考问题呢?"
靠奖学金读书的孩子
卢瑟福5岁时上了泉林村小学，他的母亲和外祖母都曾在此任教，后来由于家庭搬迁，他又转学到福克斯希尔村小学。
卢瑟福的父母很重视子女的教育，尽管家庭收入仅够糊口，还是要供他读书。为此一家人节衣缩食，在生活上非常刻苦，一直供他念完大学。许多年后，在一个很隆重的宴会上，卢瑟福十分感慨地说：“如果不是我的父亲和母亲，我永远也不会有今天的成绩。”
由于家庭的收入有限，相当一部分学费要靠自己来解决。上小学的时候，卢瑟福就利用暑假参加劳动。兄弟几人一个假期就赚了13英镑。这些钱差不多够一个学期的学费了。卢瑟福深深地理解父母的困难。他知道，要想上学就要靠自己劳动挣钱，后来他听说学习成绩优秀就可以得到奖学金，就更加努力学习。他学习的时候特别专心致志，即使有人用书本敲他的脑袋也不会分散他的注意力。
离开小学之后，卢瑟福大部分的学费要靠奖学金了，他参加了竞争一项州政府奖学金的考试，获得奖学金就可以进入纳尔逊学院读书，可以免交学费并提供食宿，结果卢瑟福以580分(满分600分)的成绩赢得了这项奖学金。在纳尔逊学院学习期间，他获得了很多奖励并在最后一年获得进入新西兰大学深造的奖学金。在获奖的10人中，他名列第4名。
进入新西兰大学坎特伯雷学院之后，卢瑟福更加努力学习，他的数学和物理成绩都是名列前茅。
由于学习成绩优秀，大学毕业时卢瑟福获得了文学学士、理科学士和硕士学位，要想挣钱养家已经是足够了，但是卢瑟福决心在科学研究中取得更大的成绩。在校学习的时候他已经申请了进入剑桥深造的奖学金，因为该项奖学金是隔年一次的，所以他大学毕业后又在学校里继续研究一年。
卢瑟福申请的是大英博览会奖学金，它是由1851年在英国伦敦海德公园水晶宫举办的国际博览会所赚来的钱设立的奖学金。这项奖学金的目的是授予学习成绩特别出色，具有培养前途的学生，使他们能够进入久享盛名的英国高等学府深造。凡属英联邦国家的学生，都有机会获得这笔奖学金。
卢瑟福参加了这项考试，结果卢瑟福和一个叫麦克劳林的人都具备了录取条件，但名额只有一个。基金委员会经过争论决定把奖学金授予麦克劳林。卢瑟福只好回家等待以后的机会了。1895年4月的一天，卢瑟福正在菜园里挖马铃薯。母亲高兴地向菜园跑去，手里拿着电报纸，并在空中不断摇动，用劲地叫喊：“你取上啦!你取上啦!”卢瑟福不明白母亲在干什么，“谁取上了?取上什么了?”卢瑟福不解地问道。等他看到了电报才明白，基金委员会改变了主意把这项奖学金授予他了。他立即扔下手中的铁锹，高兴得跳起来：“这是我挖的最后一个土豆啦!”
原来情况发生了变化，麦克劳林已经结婚，而基金会所给的奖学金无论如何也不能养活两个人，麦克劳林决定留在新西兰。
这年9月，卢瑟福筹借了路费，告别了双亲，登上了开往英国的客轮，开始了他献身科学的航程。1898年，卢瑟福被指派担任加拿大麦吉尔大学物理系主任，在那里的工作使他获得了1908年的诺贝尔化学奖。他证明了放射性是原子的自然衰变。但他不是很高兴，因为他自认为是物理学家而非化学家。他的一句名言是，“科学只有物理一个学科，其他不过相当于集邮活动而已”。他注意到在一个放射性物质样本里，一半的样本衰变的时间几乎是不变的，这就是该物质的“半衰期”,并且他还就此现象建立了一个实用的方法，以物质半衰期作为时钟来检测地球的年龄，结果证明地球要比大多数科学家认为的老得多。
1909年，卢瑟福在英国曼彻斯特大学同他的学生Marsden用α粒子撞击一片薄金箔，他发现大部分的粒子都能通过金箔，只有极少数会跳回。他笑说这是海军用15时巨炮射击一张纸，但炮弹却会被弹回而打到自己。最后他提出了一个类似于太阳系行星系统的原子模型，认为原子空间大都是空的，电子像行星围绕原子核旋转，推翻了当时所使用的梅子布丁原子模型。1911年3月，卢瑟福在曼彻斯特文学与哲学学会的会议上宣布他的意外发现，同年5月，他将论文发表于《哲学杂志》。
1919年，汤姆孙在升任三一学院院长时，推荐卢瑟福回到剑桥大学出任卡文迪许实验室的主任，在那里他培育出了大批诺贝尔奖得主，他的学生有丹麦的波尔(N.H.D.Bohr)、德国的哈恩、新西兰的马斯顿、苏联的卡皮查(P.L.Kapitsa)、澳大利亚的奥立芬特以及英国的乍得威克和考克饶夫(J.P.Cockcroft)等9位诺贝尔奖得主。卢瑟福是一位伟大的导师，1933年他的学生狄拉克与薛定谔共同获得诺贝尔物理奖。狄拉克却对卢瑟福说他不想出名，他想拒绝这个荣誉。卢瑟福对他说：“如果你这样做，你会更出名，人家更要来麻烦你。”
无尽的能源
1952年11月1日，太平洋，马绍尔群岛，艾尼维塔克珊瑚礁。人类历史上威力最大的一颗炸弹在这里爆炸，将一个珊瑚礁岛从地图上永远地抹去。那颗炸弹重达70吨，但是却放出了相当于1040万吨TNT炸药爆炸的能量，是第二次世界大战中投到长崎那颗原子弹的450倍。这就是氢弹。历史上第一次，人类在地球上制造出了太阳。
氢弹瞬间释放出的巨大能量，只会让人们感到这种终极战争武器的恐怖；而54年之后的2006年，七个国家和地区联合起来试图将氢弹的威力缓缓释放的实验，将可能消灭由于能源而引发的战争。这是历史上耗资最高的科研项目之一，现在正在法国一处风景优美的景区建设当中。它在未来十年内将开始一系列实验，并且很可能会在2050年之前，供给我们近乎无限、成本接近于零的电能。
科幻般的核聚变发电，离我们已经不再遥远。
让我们将时间拉回到20世纪的这个时候。当时，英国物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)刚刚获得了诺贝尔化学奖，因为他证明了放射性是原子自然衰变的结果。没有获得诺贝尔物理学奖让卢瑟福不太满意，但是他依然继续自己的研究，其中一项就是那个后来被称为“物理最美实验之一”的α粒子散射实验。在曼彻斯特大学进行的这个实验使用放射性元素射出的α粒子——也就是氦原子核——去轰击一片金箔，然后根据α粒子打在荧光屏上的位置来判断它们的路径。卢瑟福和他的研究团队发现，绝大部分α粒子并没有改变路径，像一枚炮弹打穿纸片般直直向前撞击在荧光屏上发光；少数α粒子出现了一定程度的偏转，但是还有极少量的α粒子偏转角度极大，甚至掉头而去。
这一现象让卢瑟福开始思考，他认为原子中应该会有一个很小的核，但是占了原子绝大部分的质量。
这种设想与传统认为的原子结构并不相同。在当时，人们对于原子的结构有两种主要看法：一种是英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆孙(JosephJohn Thomson)提出的模型，认为原子是一个半径约0.1纳米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则像葡萄干镶嵌在面包上一样，稀疏地嵌在球体中；另一种是日本物理学家长冈半太郎(Nagaoka Hantaro)提出的模型，他认为带负电的电子不能与正电荷混合起来，因此在他的模型中，电子均匀地分布在一个环上，环中心是一个具有大质量的带正电的球，像是土星的模样。
1912年，卢瑟福发表了他的成果，以α粒子散射实验的结果来辅以证明。他认为，原子核居于原子中央，直径大约是原子直径的万分之一，体积只相当于原子体积的万亿分之一。也就是说，如果说原子的直径有一个足球场那么大，原子核的大小大约只相当于球场中央的一粒玻璃跳棋，而它却占据了原子绝大部分的质量。这是我们目前依然使用的原子模型，虽然后来又有了一些变化，但是原子核依然是紧密的那一个小点。
在卢瑟福的时代，人们只知道重原子会因为不稳定而裂变，却不知道最稳定的元素并非具有最轻的原子。核聚变的理论基础，由1922年诺贝尔化学奖获得者，同是英国人的物理学家兼化学家弗朗西斯·威廉·阿斯顿(Francis William Aston)发现。
1925年，借助自己发明的质谱仪，阿斯顿发现在任何原子中，原子核的质量都要比组成该原子核的所有质子和中子的质量总和要少一点。这种现象叫作“质量亏损”,是因为质子和中子在结合成原子核时，部分质量转变成了结合能。铁这样的中等质量原子核核子的平均结合能较大，它们比较稳定；而重元素原子核的平均结合能较小。根据爱因斯坦那个著名的质能方程，重原子核在分裂成中等质量的原子核时，将会有一部分结合能释放出来，这种就是核裂变；而氢这样的轻原子，其核子结合能甚至比一些重元素更大，某些轻核结合成质量较大的原子核时将能放出更多的结合能。这就是核聚变。
但是，要让轻原子核之间结合并不容易。所有的原子核都带正电，彼此之间受到被叫作“库仑力”的静电力作用。库仑力让原子核相互排斥，而且原子核之间的距离越近，斥力越强。就像是将两块磁铁的同一极相对一样，彼此之间的斥力让原子核在日常环境下没有办法结合在一起。在过去，只有像太阳那样的恒星，才会提供足够的压力和温度，将轻原子核压到相当靠近的程度。
有趣的是，质子同样带正电荷，但是多颗质子却可以在一个原子核中共存，似乎不会受到库仑力的影响。之所以出现这种情况，是因为在原子核中还存在一种更强的、被称为“核力”的吸引力。核力能够发挥的距离有限，仅仅在原子核这样的微小尺度上才会表现出来。
当原子核之间距离越来越近时，库仑力所带来的斥力将会突然败给核力，两颗离得很近的原子核突然合体，华丽变身为一种新的元素，同时放出大量的能量和核子。我们要利用的，就是这些能量。
传奇诞生
同等质量的轻元素聚变产生的能量比重元素裂变放出的能量大得多，而产生的辐射也少得多。对环境保护的考虑也是人们努力发展核聚变技术的原因之一，虽然它还及不上对能源的需求。化石能源的逐渐耗竭已经是人所共知的事实，而风能、太阳能等可再生能源在目前来看，也无法完全满足人们对能源的渴求。核聚变发电是能源的明日之星。
宇宙中最轻的元素是氢，它的原子核只有一个质子。它的两种同位素氘和氚，虽然也都只有一个质子，但是却分别拥有一个和两个中子。核聚变主要依靠的就是这两种同位素。
在某些情况下，当两颗氘原子核结合时，将会变成一个氘原子核，放出一个质子和3.03兆电子伏特的能量；另一些情况下，将会变成有两个质子和一个中子的氦3原子核，放出一个中子和2.45兆电子伏特的能量。而氘原子核和氚原子核结合，将会产生一个氦4原子核，放出一个中子以及14.06兆电子伏特的能量，而氘原子核和氦3原子核结合，会成为一个氦4原子核，放出一个质子和14.67兆电子伏特的能量。我们现在谈到的核聚变，就是指这四种反应。
核聚变的原材料很容易找——地球上氘的含量并不算少，每一万个氢原子中就有一个是氘原子。在最好的情况下，每升海水中的氘聚变能够放出的能量，相当于燃烧300升汽油；而一个百万千瓦的核聚变电厂，每年只需要600千克原料，但一个同样规模的火电厂，每年将需要210万吨燃料煤。
虽然氘在地球上并不存在，但是我们可以通过用中子轰击锂元素的方法来制造它。氦3是目前最理想的核聚变原料，虽然在地球上也找不到，但是在我们举目可及之处却大量存在——在月球、土星和火星上，氦3的含量足够人们随心所欲地挥霍数十万年。
现在的我们，就像是站在四十大盗藏宝洞之前的阿里巴巴，唯一所缺乏的，就是一句开门的咒语。幸好，我们已经快要猜到那句咒语，一段传奇，即将在眼前展开。
璀璨的双星
我们知道，在地球上看到的物质，绝大部分以三种状态存在：固态、液态和气态。这三种状态会因为温度的不同而相互转化，当气体的温度再升高时，将会转变为一种新的物质形态：等离子态。在宇宙中，等离子态是物质最常见的形态，其质量大约占了整个宇宙可见物质质量的99%以上。在等离子态中，原子将被打破，原子核和电子将会彼此分离。只有在这种状
态下，核聚变才会发生。在高温高压下，太阳的核心数十亿年来一直在发生这样的聚变反应，将轻元素转化为较重的元素，将大量的质量变成光和热洒向宇宙空间。
但是，太阳中心的温度高达1500万℃,压力巨大得难以想象。在这种情况下，原子核的运动能力才会够强，强到足以冲破彼此之间库仑力的巨大阻碍。而如果要控制核聚变能量缓缓地释放，压力并不能太高，以免同时进行的聚变反应过多而失控。压力降低，则要求温度升高。受控核聚变的温度要求高得惊人，往往需要上亿摄氏度高温才行。很明显，在地球上并没有任何固体物质能够经受这样的高温。如何获得这样的温度以及如何在这样的高温下控制原子核，是受控核聚变需要解决的两个主要问题。
上亿摄氏度的高温，没有办法通过常规的方式获得。现在人们使用电磁波来对等离子体加热，例如使用微波或者激光；而对高温等离子体的控制，也有两种常用方法：磁约束或者惯性约束——等离子体中那些带正电的原子核和带负电的电子，可以容易地通过电磁场分离开来。也正是因为这样的特性，人们开始尝试使用电磁场来束缚这些高温的等离子体，将它控制在我们所希望的区域之内。
1938年，美国首先提出了使用磁场束缚高温等离子体的思路，但是在这方面首先成功的却是苏联。1954年，莫斯科的库尔恰托夫研究所制成了
第一个这类装置，命名为托卡马克(Tokamak)。这是个生造的词，来自环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka))四个词的拼合。它的主体是一个甜甜圈形状的真空室，外面布满了线圈用以产生磁场。当线圈通电后，将会在真空室内产生强烈的磁场，从而束缚住带正电的高温等离子体，并且与外界尽可能地绝热。在1958年的“和平利用原子能”会议上公开托卡马克装置后，各国纷纷仿效，建立起自己的托卡马克装置。
1968年，苏联的T-3托克马克获得了远远超过其他设备的性能，更进一步奠定了这种装置广泛使用的基础。从20世纪70年代开始，在国际联合开发核聚变的协议下，这个领域理论和实践发展的速度，只有微处理器行业可以与之相比。现在托卡马克装置的理论已经较为成熟，更大规模的实验也正在酝酿当中。
托卡马克采用微波加热，而采用激光加热的核聚变装置大都属于“惯性约束装置”范畴。2009年5月29日，美国国家点火装置(NIF,National IgnitionFacil-ity)正式落成，这是世界上最大的点火装置，能够将192束激光聚焦于一点，瞬间放出两兆焦耳的能量。这些激光的靶点，则是一个直径只有两毫米的金属空心小球，其中装满了氢的同位素。
这个小球是人类能够制造出来的形状最完美的球体之一。当192束激光同时击中这个小球时，金属外壳将会瞬间蒸发，产生的反作用力将填充的氢同位素瞬间加温加压到如同在太阳核心的程度，产生一个持续了十亿分之五秒的小太阳，同时放出多得难以想象的能量。这是另一种产生受控核聚变的方式，虽然目前看起来还不太成熟——如果要产生持续的能量供应，需要每秒钟引爆十颗左右的小球，但是目前每天只能引爆一颗。但是这不用担心，技术发展总比我们想象中要来得快得多。
终极实验
在法国南部那个风景秀丽的旅游区卡达拉舍(Cadarache),ITER正在建设当中。这个全称为“国际热核聚变实验反应堆”(International Ther-monuclear Experimental Reactor)的装置，到目前为止世界上耗资最高的科研项目之一。2006年，欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度七方合作签订了ITER实施协定，试图以12年的时间和上百亿美元的投入，将利用无尽的核聚变能源的梦想变成现实。
ITER的核心是历史上最大的托卡马克装置，由超过1万吨的特殊合金制造成的超导线圈来提供磁场约束，以此来进行氘氚聚变反应。聚变反应释放出的不带电的中子，将携带着恐怖的高能量离开磁场，将能量传递给厚重的钢板和其中紧密排列的水管，而这些加热过的水，将驱动发电机发电。
在官方目标中，ITER是要“证明聚变能源的科学和工程上的可行性”。这个目标有几层含义，其中最重要的是要产生的能量比输入的能量更多。目前世界上最大的托卡马克装置是欧洲的JET,但是即使是它，产出与输入的能量之比也只有0.65,输出小于输入。ITER的目标是输出能量达到输入能量的10倍，或者在稳定能量输出的情况下，输出比输入高出4倍。
建成后的ITER将会容纳840立方米的高温等离子气体，携带着15兆安培的电流，在5.3特斯拉的强磁场中进行聚变反应，功率达到500兆瓦，稳定反应的持续时间多于6分钟。这些数据，也许正能弥补我们和大规模核聚变发电之间那缺失的一环。
也许在未来的20年内，我们可以看到核聚变发电的曙光。在更远一点的时间，我们将会获得可以真正有价值的核聚变电站。这种能源比我们现在所使用的大多数能源都要清洁得多，成本将会低到接近于零的程度，而我们将会获得前所未有的富足的能源。再加上现在已经很有希望的远程供电技术，也许我们将会将电线这种东西送进博物馆。
重大贡献
1.卢瑟福关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子，而这是一般物理和化学变化所达不到的；这一发现打破了元素不会变化的传统观念，使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次，为开辟一个新的科学领域——原子物理学做了开创性的工作。
2.1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。
3.1919年质子的发现，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子，并测定了它的电荷与质量，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。
4.他通过α粒子为物质所散射的研究，无可辩驳地论证了原子的核模型，因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道，于是他被誉为原子物理学之父。由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾，才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设，成为量子力学的先驱。
5.人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证以后，人们一直试图用各种手段，如用电弧放电，来实现元素的人工衰变，而只有卢瑟福找到了实现这种衰变的正确途径。这种用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法，很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年，他已能在实验室中用人工加速的粒子来引起核反应。
麦吉尔小百科
麦吉尔大学授课语言为英语，地处讲英法双语的蒙特利尔市区的中心，不但拥有大量的国际学生，而且很多世界上的知名学者也慕名而来。当年著名物理学家卢瑟福曾在麦吉尔任教担任物理系主任，进行了大量研究发现放射性衰变粒子，后在曼彻斯特大学发现了原子的结构。麦吉尔大学有多位诺贝尔奖获得者以及多名如卢瑟福这样在麦吉尔大学任教和做过研究的诺贝尔奖得主。麦吉尔大学的国际学生比例为20%,在加拿大大学中居首位，其国际学生来自150多个国家。