事实上，在我们今天利用核能的核裂变和核聚变反应中，都伴随着质量的亏损，而在化学反应中，质量亏损小到难以测定出来，也就是为什么核反应产生的能量比化学反应大得多的原因。
爱因斯坦的质能公式为核能的开发利用提供了理论依据，然而怎样让核能为人们所利用却不是一件轻而易举的事。
原子的质量集中在核上，因此要获得其中的能量就必须打开原子核。卢瑟福第一个用α粒子为炮弹去轰击原子核，实现了人工核反应。发现质子后，科学家们又用质子作为炮弹去轰击原子核。1930年，美国科学家劳伦斯发明了“原子大炮”——回旋加速器，可以把质子等炮弹加速得能量更大，从而对原子核的轰击更加强有力。1932年，查德威克发现了中子，它不带电荷，更容易打进原子核，因而为人们轰击原子核提供了一个更加有力的炮弹。
然而，一直到1938年以前，核能库的大门始终紧闭着。人们虽然用人工办法引起了核反应，释放出一些能量，但是这些能量仅仅相当于实验中所消耗的能量的一个零头，得不偿失。
许多科学家，包括卢瑟福、玻尔、爱因斯坦这样著名的大科学家，一时都对核能利用的前景表示不甚乐观。卢瑟福在一次演讲中说：“把原子衰变看成是一种动力来源，只不过是纸上谈兵而已。”爱因斯坦在回答记者提出的原子能何时能有效利用时说：“那不过是在黑夜里鸟类稀少的野外捕鸟。”玻尔在1936年还写道：“我们关于核反应的知识越多，离原子能可用于人类需要的时间越远。”
山重水复疑无路，柳暗花明又一村。1938年，核裂变的发现，终于把核能库紧闭的大门给打开了。
发现核裂变反应
事情还要追溯到1934年，约里奥？居里夫妇用α粒子轰击铝，得到了自然界中所没有的放射性元素磷，他们因发现人工放射性现象获得1935年诺贝尔化学奖。
意大利物理学家费米对约里奥？居里夫妇的实验非常感兴趣。他想中子不带电，更容易进入原子核，为何不用中子为炮弹去轰击原子核呢？费米领导的小组按照元素周期表上的顺序，从氢开始对63种元素的原子核逐一用中子去轰击，果然旗开得胜。他们一共获得了37种放射性同位素，同时还发现了慢中子效应——中子速度变慢以后反而更容易被原子核所获得。费米因此获得1938年的诺贝尔化学奖。
费米开始轰击当时排在元素周期表上最后的一个元素铀，按照通常规律，原子核吸收一个中子后，放出β粒子，变成元素周期表中下一个位置的元素的原子核。费米推测，铀吸收中子后，很可能会变成周期表中尚未有的超铀元素。果然，在他们得到的产物中，有一种新的放射性元素，费米称它为铀X，认为它很可能是一种超铀元素。
铀X的发现立即引起了轰动，许多物理学家、化学家纷纷投入这一角逐，试图解开铀X之谜。
其中最著名的有约里奥？居里夫妇和他们的合作者、南斯拉夫化学家萨维奇；德国化学家哈恩和他的亲密合作伙伴、奥地利籍女物理学家迈特纳。
1938年9月，伊伦？居里和萨维奇应用放射化学方法仔细分析了中子轰击铀以后生成的产物，发现其中有一种放射性元素性质很接近镧，而镧的原子序数只有57，与超铀元素相去甚远。可惜的是，他们没有抓住这个矛盾深追下去，而是匆匆忙忙发表了实验结果，又一次错过了一个重大发现。
12月17日，哈恩的助手斯特拉斯曼在办公室翻阅新到的期刊，看到了伊伦？居里的实验报告，立即递给哈恩。开始哈恩因学术上成见对论文不屑一顾，斯特拉斯曼只好口述了论文最重要的地方，聪明的哈恩立即意识到，铀X之谜就要解开，他连一支雪茄烟都没有抽完，就和斯特拉斯曼一起向实验室跑去。
哈恩和斯特拉斯曼一连几天做用中子轰击铀的实验，经过反复精密的实验，都表明核反应产物中没有靠近铀的元素，而是两种大小相当的元素，其中之一是钡。
12月22日，他们把实验报告寄给了德国《自然科学》杂志。哈恩的心情十分矛盾，一方面感到这是一个很重要的事实，有必要很快宣布，一方面又感到实验得出的结论与以往核物理实验相矛盾，他甚至在把报告投入邮筒后，还想把它取出来。
此时，哈恩想起了与他共事三十多年的迈特纳，她才华横溢，有敏锐的批判眼光。由于她有犹太血统，在德国占领奥地利后不得不逃到瑞典避难。哈恩把实验结果连同他的疑问全都写信告诉了迈特纳。
迈特纳接到信后，立即意识到哈恩工作的重大意义。当时，她的侄子、在玻尔实验室工作的弗立希正好来看望她，两人对这个实验进行了热烈的讨论，他们从玻尔不久刚提出的原子核的液滴模型受到启发，得出结论，铀的原子核受到中子轰击后，分成了两半，并用爱因斯坦的质能公式估算出核裂变时放出的能量大得惊人。
弗立希回到哥本哈根后，把哈恩的实验和迈特纳的解释告诉玻尔，玻尔听后，拍了一下自己的前额，遗憾地说：“我们怎么能这么久没有发现这一点呢！”
当时，玻尔正动身去美国参加理论物理讨论会。当他把这个消息在会场公布后，整个会场沸腾了，会议原定的议题是讨论低温物理，现在一下都转向了核裂变。物理学家们纷纷打电话通知自己的实验室安排实验，结果都得到了证实。就这样，核裂变的实验和理论在几个小时内就得到了世界的公认。
哈恩因发现核裂变获得1944年诺贝尔化学奖。
点燃原子之火
核裂变现象的发现所以令科学家们激动不已，不仅是因为在裂变反应中放出巨大的能量，而且因为在裂变中会放出二三个中子，引起链式反应。
当费米得知核裂变的消息时，他一方面为自己对铀X的错误判断而深感遗憾，一方面敏锐地从中意识到更深远的意义，他立即着手思考裂变中产生的中子能否引起链式反应。
经过详细计算，费米提出，当一个中子打碎铀核时，会放出2个中子，这2个中子又可以打碎另外两个铀核，放出2倍的能量和4个中子，这4个中子又可以击碎4个铀核，放出4倍的能量，并再放出8个中子……这样一连串的裂变反应就可以自发地持续下去。
不仅费米、约里奥？居里夫妇，逃亡到美国的匈牙利物理学家西拉德也都在思考着这个问题。
他们投入了紧张的实验，在不到2个月的时间里，分别证实了链式反应不但可能，而且速率极高，两次反应间隔的时间仅为五十万亿分之一秒，也就是说核裂变链式反应一旦实现，在极短的时间内就会有巨大的能量释放出来。如果能控制它的速率，核能就能作为一种稳定的能源为人们所用。而如果对反应速率不加控制，它就有可能发生猛裂的爆炸，成为杀人武器。
核链式反应的发现为人们利用核能提供了可能，但要真正实现链式反应，还有许多困难需要克服。第二次世界大战的爆发把它提上了议事日程。
1939年9月1日，德、日、意法西斯发动了第二次世界大战。一大批逃亡到美国的科学家意识到核裂变将有可能被用来制造威力巨大的原子弹，他们说服爱因斯坦，联名写信给美国总统罗斯福，敦促美国抢在纳粹德国之前，造出原子弹。1942年，以制造原子弹为目标的浩大而又绝密的“曼哈顿工程”开始了。
首先必须论证实现链式反应的实际条件，美国决定先建一座可以控制裂变反应进行的装置，因妻子是犹太人避难到美国的费米受命领导研制这一原子反应堆。
1942年12月2日，建造在芝加哥大学操场上的原子反应堆开始试运转。它是由一层石墨，一层铀相间堆成的蜂窝状装置，共有57层，高6.5米，长近10米，呈扁球形。上午9点45分，费米下令开动反应堆，当控制棒被抽出一点时，人们听到了计数器的咔嗒声。下午3时20分，费米果断下令：“把控制棒再往外抽出一英尺！”计数器的咔嗒声快得分辨不清，最后变成了稳定的响声，试验成功了。人类第一次有控制地释放了来自原子核内部的能量。
芝加哥大学教授康普敦给在哈佛大学等候消息的康南特用事先约好的暗语通了一次著名的电话：“那位意大利航海家已经在新大陆登陆了。”
1492年，意大利探险家哥伦布登上了美洲新大陆，1942年，又一位意大利探险家费米，登上了原子新大陆，点燃原子之火。
遗憾的是，核能并没有首先作为能源用到发电上，而是被用于战争。1945年，美国把两颗原子弹投到了日本的广岛和长崎。
原子能用于发电比原子弹要晚得多。1954年，前苏联建成了世界上第一座向工业电网供电的核电站。
随着化石燃料的短缺和燃煤、燃油造成的污染，核电作为一种安全、清洁、经济的新能源日益受到人们的重视，在人类能源中所占的比例越来越大。现在，核电已占到了全世界总电力的1/5，预计到本世纪末，这个数字还得上升到23%左右。
要解决人类面临的能源短缺难题，根本途径是实现受控核聚变。氘和氚聚变时放出的能量比裂变能还要大，而且氘和氚来自海水，可以说是取之不竭、用之不尽。全世界的科学家正在努力，向着实现受控热核聚变，建成热核电站的目标努力。
