核裂变发现时，费米正在瑞典的斯德哥尔摩为他一系列中子核反应的工作领取诺贝尔奖金。他离开意大利后已经不准备回去，由于他妻子有犹太人的血统，去斯德哥尔摩的路上已经碰到了一些麻烦，但由于他是诺贝尔奖金的获得者，这麻烦没有引起太大的困难。费米到美国后，在哥伦比亚大学任职，在罗马时做实验的一切设备当然都留在罗马了。费米就做起了理论研究，研究核裂变能否引起链式反应问题。要把原子核裂变所产生的能量利用起来发电，必须研究如何实现链式反应。
什么是链式反应呢？
前面说过，铀原子核吸收了一个中子，分裂成两个核时，会放出很多能量，就像煤、碳等燃料会放出很多能量类似，煤炉烧煤放出的能量可以把水烧开，通过蒸汽机发电。当然从煤炉烧煤到发电还有着很多技术过程，那是工程上早已解决的问题。摆在物理学家面前的事是：用什么办法把“铀炉子”给“点着”，让它慢慢地烧，千万别爆炸。要使煤炉里的煤烧起来，首先要有火种，也就是用火柴划一小火花，这小火花给了一小块煤后，这一小块煤自己得发出火花去点燃旁边的煤，这样整个煤炉才算点着了。你不能每一小块煤都需要用划火柴去点燃呀！
“铀炉子”的火种就是中子源，小火花就是中子，铀吸收一个中子后发生裂变，在裂变的过程中能否发射中子？是发射一个还是两个、两个以上中子？到底平均能发射几个中子？这是个很重要的问题，就等于说煤烧着后能否出现火花去点燃旁边的煤。
若铀原子核裂变时能平均发射出一个以上的中子，这些中子能引起旁边的铀核裂变，这样就能继续裂变下去，这就是链式反应。
科学家们首先需要研究的问题是究竟一个中子使铀裂变后会不会放出一个以上的中子来。在裂变发现不久，1939年2月约里奥·居里领导下的巴黎实验室就测量了裂变发射的中子，当然测量得不是很准确，测出铀裂变平均放出的中子数有3.5个。虽然不准确，但却使约里奥·居里等确信链式反应是能实现的。
费米很想做实验来研究能否实现链式反应，但原来在罗马做实验的装置——特别是中子源——都留在罗马了。这时候，玻尔到哥伦比亚大学来找费米，那天刚巧费米不在，玻尔碰到了哥伦比亚大学另一位教授赫伯特·安德森，玻尔对安德森说明了找费米的目的，并与他详尽地谈了核裂变的问题。玻尔走后，安德森兴奋地冲出去找费米，找到费米后，建议费米用哥伦比亚大学的回旋加速器做中子源。
什么是回旋加速器？回旋加速器会产生中子吗？
回旋加速器示意图
大家知道，带电的离子在均匀磁场作用下的轨迹为圆圈。利用带电粒子在磁场中走圆周轨道的原理，用垂直于真空盒平面的磁场使离子在真空盒里转圆圈，离子每走半个圆周，就在两真空盒的缝隙处加速一次，速度越大圆周半径越大；最后用静电偏压板把加速后的粒子引出。用这粒子来轰击合适的物质就可以产生中子。这对费米是个极大的鼓舞，用回旋加速器加速氘去轰击铍，每秒钟打出来的中子要比在罗马用氡-铍中子源打出的中子大约要多100000倍。
哥伦比亚大学很快成为研究实现链式反应的中心，而费米很快成为这中心的核心人物，虽然按美国的法律，他算是一个“敌侨”。
敌侨？
因为费米是意大利人，当时第二次世界大战期间，德、意、日联盟对美国来说是敌国，因而费米是敌国的侨民，简称敌侨。
费米在解决铀裂变到底能否放出两个以上的中子的问题时，并没有用回旋加速器产生的中子，还是用镭-铍中子源。对研究中子具有丰富经验的费米利用一个作成球形的镭-铍中子源，与一个作成球形的套在中子源外面的氧化铀靶，放在锰溶液里，利用吸收中子后锰的放射性来判断中子数。
费米实验示意图
把氧化铀靶做成球形可以比较好地避免镭-铍中子源射出的中子没有经过铀而直接到溶液中，保证测量的准确性。可以这样来做，第一次只放入镭铍中子源，测量了锰的放射性；第二次将镭铍中子源放到氧化铀球的中心，再放入锰溶液中经过相同的时间，然后测量锰的放射性。实验结果，放入氧化铀后锰溶液的放射性大了一倍。这说明了氧化铀放射的中子数约为吸收的中子数的两倍。即铀吸收一个中子后发生裂变，并同时放出了两个中子。
哥伦比亚的实验还说明了能量比较小的中子，即慢中子引起裂变的效果比较好。特别慢的中子有时也叫热中子。在室温下，气体分子运动的平均能量为0.025电子伏，中子能量慢到以电子伏特来计算时，就可以称为热中子。
初步研究了铀吸收了一个中子发生裂变后，能平均放出两个或两个以上中子的问题，实现链式反应是可能的了，就可以着手做反应堆。
链式反应是可能的了，也就是说，可以用“火柴”（中子源）点燃“铀炉子”。但是如何安放中子源，如何安放铀，如何既能让铀炉子燃烧，又不能爆炸，还要能自如地控制，伤透了科学家们的脑子。
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