A neutronokkal bombázott bizmuton Sornowski új, igen érdekes jelenséget figyelt meg. A bizmut csak 83Bi209 magokból áll. A neutronokkal bombázás gyenge radioaktivitást kelt, melynek bomlási ideje 1 óra. A keletkező radioaktív anyagot nem lehet a bizmuttól elkülöníteni, tehát a keletkező mag a bizmut izotópja.

Mivel az eredeti mag neutront vesz magába, a radioaktív mag 83Bi209. De a rádium E-nek (bomlási félideje 5 nap) szintén 210 az atómsúlya és 83 a rendszáma. Tehát arra az eredményre jutottunk, hogy két anyag atómsúlya és rendszáma megegyező, tulajdonságaik, mint a bomlás sebessége, mégis eltérők. Ez a jelenség a magasabbrendű izotopia.

Gamow, orosz fizikus, ennek másik esetét találta. A közönséges ólomban, mint már előbb megállapították, 0.08 % 82Pb210 van. A rádium D az ólom izotopja, de nemcsak rendszáma, hanem atómsúlya is azonos az előbbi óloméval. Tehát ezek is magasabbrendű izotopok. Csakhogy a Pb210 léte még nem biztos, ezért ez a második eset még további vizsgálatot igényel.

A nitrogén bombázása, neutronokkal ismét más új jelenséget, mutat, a fokozatos átalakulást. Az ütköző neutron a magot energiájának egyrészével felbontja, az energiának megmaradó részét pedig a kilépő résznek, jelen esetben az α-résznek adja át. Mivel az ütköző neutronok különböző energiával érik a magot, az α-részek is rendesen különböző sebességei lépnek ki. De mikor nitrogént neutronokkal bombáztak, azt tapasztalták, hogy az α-részek energiája független a neutronok energiájától, az α-részek megegyező sebességgel indulnak.

Ezt a következő módon értelmezik. A nitrogén nem a 7Na14 + 0n1→ 5B11 + 2α4 egyenlet szerint bomlik, mint eddig gondoltuk, hanem a 7N14 magból, mikor a neutront elfogja, először 7N15 keletkezik. Ezt az átalakulást γ-sugárzás kíséri, a neutron energiafeleslege ebben az alakban lép ki. A γ-sugárzás energiája arányos a neutronok energiájával.

A 7N15 mag nem állandó, hanem radioaktív módon bomlik és csak most keletkezik 5B11 + α. Hasonló esetet tapasztaltak az 13Al27 + 0n1→ 12Mg27 + 1p1 átalakulásnál. Itt a kilépő protonoknak van meghatározott energiájuk, bár a bombázó neutronok energiája nem egységes.

A természetes radioaktív folyamatokban a kilépő anyagi sugárzás α-részekből vagy elektronokból (β-részek) áll. A mesterségesen keltett radioaktív magból, akármilyen módon idézzük elő a radioaktivitást, mint anyagi sugárzás csak elektron vagy pozitron léphet ki. Nem ismerünk biztosan olyan mesterséges radioaktív folyamatot, amely nehezebb részek kibocsátásával jár.

Curie I., Joliot és Preiswerk beszámolnak ugyan olyan radioaktív bomlásról is, amely neutronok kibocsátása közben folyik le. Ha foszfort vagy szilíciumot neutronokkal bombáznak, akkor magyarázatuk szerint Al28 és Si31 radioaktív atómok keletkeznek és ezek a következő folyamatok szerint önként bomlanak: 13Al28 → 13Al26 +0n1 és 14Si31 → 14Si30 +0n1

De ezt a kérdést nem tekinthetjük még tisztázottnak. Az a vélemény is felmerült, hogy a neutronok kibocsátása nem primer folyamat, vagyis a neutronok nem közvetlenül az atóm bomlásából erednek, hanem csak valamilyen eddig ismeretlen másodlagos folyamatból. Ez a vélemény elsősorban a kilépő neutronok energiájára támaszkodik.

Arranézve, hogy a radioaktív mag elektront vagy pozitront bocsát-e ki, a következő általános szabályt sikerült megállapítani: Olyan radioaktív izotop, melynek tömege kisebb, mint az állandó izotopoké, elektront bocsát ki; az a radioaktív izotop pedig, amely nagyobb tömegű, mint az állandó izotopok, elektront bocsát ki. Az a radioaktív mag, amelynek tömege az állandó magok köze esik, mint pl. a Cl11 vagy Cr11, szintén elektronokat bocsát ki. Kivételt e szabályok alól nem ismerünk.

A természetes radioaktív bomlásoknál a β-sugárzást γ-sugarak, tehát nagyon kemény elektromágneses hullámok is kísérik. Sikerült kimutatni, hogy a mesterséges radioaktív bomlásoknál is fellép az anyagi sugárzáson kívül γ-sugárzás. Így Fe, Al és Si O2 esetében, utóbb P-nál és Mg-nál is, ha neutronok esnek rájuk.

A γ-sugárzás erőssége az időben éppen olyan törvény szerint csökken (exponenciálisan) mint a β-sugárzás, tehát valóban a radioaktív bomlással függ össze. Így pl. a vas bomlási félideje γ-sugárzás alapján 160 perc, β-sugárzás alapján pedig 155 perc. Ha tekintetbe vesszük ezeket a megfigyeléseknek nehézségeit, a kétféle eredmény meggyezését nagyon jónak mondhatjuk.

Azt is említettük már, hogy Fermi némely elemben két vagy több bomlásidőt talált. Azóta ezt a kérdést is sikerült tisztázni. Így Fermi megállapította, hogy az alumíniumnak ugyanaz az izotopja az Al27, ha neutronokkal bombázzák, kétféleképen alakulhat át, vagy a (3.) vagy az (5.) folyamat szerint. A második átalakulás azért is érdekes, mert az utána következő (6.) folyamattal együtt végül az eredeti izotópra vezet vissza. Meitner ezenkívül még több ilyen átalakulást talált, így a P, Si, Fe és Cr esetében. Mások az indiumnál találták ugyanezt.

A magnéziumon α-sugarak bombázásával sikerült többféle átalakulást előidézni. Az egyik, már régebben ismeretes atómbomlás nem radioaktív, a másik két bomlás azonban radioaktív maghoz vezet. Két különböző izotop (Mg24 és Mg25) ad radioaktív magot. A bórnál ellenben ugyanaz az izotop, B10 alakulhat át kétféleképen, amint ezt az Al27 példáján is láttuk. Az egyik átalakulás: 5B10 + 2α4→ 7N13 +0n1 Ez a N13 a Curie és Joliot által felfedezett radionitrogén. A másik: 5B10 + 2α4→ 6C13 +1p1 A keletkező 6C13 nem radioaktív.

A mesterséges radioaktivitás vizsgálata azért igen nehéz, mert a rendelkezésre álló forrásokkal csak nagyon kevés rádióaktív anyagot lehet előállítani. Az alumíniumba ütköző 1-10 millió α-részre az (1.) folyamatban egyetlen foszformag esik. Ezért fontos minden olyan eljárás, amely a jelenséget fokozni tudja. Ebben a tekintetben először Fermi tapasztalatát akarjuk megemlíteni.

A mesterséges radioaktivitás lényegesen, akár százszorosan is nő, ha a neutronok forrását (rádium-emanáció és berilliumpor) és a vizsgált anyagot hidrogéntartalmú anyaggal, pl. vízzel vagy parafinnal veszik körül. Ez a jelenség a „vízhatás”. Fermi úgy magyarázza, hogy a neutronok sebessége csökken, mikor hidrogénmaggal összeütköznek. A bombázott mag könnyebben fogja el a lassú neutront és alakul át radioaktív maggá. Az eddigi megfigyelések azt mutatják, hogy a közönséges víz nagyobb mértékben lassítja a neutronokat, mint a nehéz víz.

A természetes radioaktív anyagok összegyűjtésére a legjobb módszer az elektromos tér. Ha fémdrótot negatív feszültségre töltünk, akkor a keletkező bomlástermékek rajta rakódnak le. Paneth-nak sikerült először evvel az eljárással a mesterséges radiaktivitás terén pozitív eredményt elérnie. Arzénnal és vegyületeivel kísérletezett. Erről már Fermi kimutatta a következő bomlást: As75 + n1 = As76

A keletkező arzénmag radioaktív, bomlási félideje 1 nap. Mikor a drót töltetlen volt, semmiféle aktív anyag nem mutatkozott rajta. Az 1300 volt pozitív vagy negatív feszültségű drót a keletkező radioaktív arzénnak 30 %-át összegyüjtötte. Ez az eljárás akkor lehet célszerű, ha vékony aktív réteget kívánnak előállítani.