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不久后，美国原子能委员会下令，“一切外籍人士必须离开核物理实验室”。赵忠尧只好到纽约等地的科研机构做“临时工”。为了进一步掌握相关技术，赵忠尧主要在美国的几个加速器及宇宙线实验室做义务工作，他的义务劳动也换得了一批器材，节约了购置设备的开支。

赵忠尧制造和购买器材的工作前后花了整整两年时间。这期间，他每年的生活费只有2000美元，而当时的“公派”人员却是1万美元。赵忠尧只能尽可能地节衣缩食，一日三餐多是开水、面包加咸菜。节省下来的每一分钱，他都用来购置了设备。

1948年，身在美国的赵忠尧当选为中央研究院院士。1948年底，赵忠尧完成了静电加速器的器材订购任务，欲回国研制。是时，南京国民党政府被中国人民解放军打得落花流水、四面楚歌，一个旧政权眼看就要土崩瓦解，赵忠尧决定待尘埃落定，共产党领导的新中国成立后再回国，回国后直接参加和平建设。

冲破阻挠，矢志不移回到新中国

1949年10月1日，新中国宣告成立。赵忠尧兴奋异常，但形势却发生了变化，中美已不通航，大陆学者借道香港回国也受到重重阻挠。历经五个多月的磨难，赵忠尧才得到香港的过境许可证，踏上了返回祖国的航程。

然而，他并不知道，台湾当局和美国把他作为争夺目标，已经紧紧盯上了他，千方百计阻止他回到祖国大陆去。

1949年年底，赵忠尧开始做回国的准备工作。对赵忠尧来说，最重要的自然是那批花了几年心血订制的加速器部件与核物理实验器材。赵忠尧1948年准备回国时联系的是一个国民党官僚资本经营的轮船公司，货也已经存到了那家公司联系的仓库里。为了将器材运回新中国，而不是运到台湾去，必须设法将这批器材转到别的运输公司。赵忠尧利用1949-1950年初中美之间短暂的通航时期，设法将货取了出来，重新联系了一个轮船公司，办理了托运回新中国的手续。没想到，赵忠尧的这一举动立即被联邦调查局盯上了，他们不仅到运输公司开箱检查，还到加州理工学院去调查赵忠尧的一举一动。虽然加州理工学院回答调查的杜曼教授告诉他们这些器材与原子武器毫无关系，但联邦调查局仍然扣去了赵忠尧的部分器材。特别是扣下的四套完整的供核物理实验用的电子学线路，使赵忠尧倍感痛心和悲愤。不仅因为这些线路正是国内急需的，更重要的是这些线路是麻省理工学院宇宙线实验室主任罗西专门派人为赵忠尧制造的。

1950年8月29日，赵忠尧和钱学森夫妇等一起，登上了美国的“威尔逊总统号”。正要起航时，美国联邦调查局的特工突然上船搜查。钱学森八百多公斤重的书籍和笔记本被扣留，钱学森本人被指为“毛的间谍”，被押送到特米那岛上关了起来。赵忠尧的几十箱东西也再次遭到野蛮翻查，但对方没有发现什么，因为早在一个月前，他就已经将重要资料和器材托人带回了祖国，而把其余的零部件拆散了任意摆放，成功地迷惑了美国的搜查官员，赵忠尧被放行了。同船的还有邓稼先、涂光炽、罗时钧、沈善炯、鲍立奎等一百多位留美学者。

然而，美国情报局还是回过了神儿，这位差一点获得诺贝尔物理学奖的中国学者可能掌握着核心机密！美军最高司令部连发三道拦截赵忠尧的命令，当轮船途经日本横滨时，美军武装人员气势汹汹地冲上船，将赵忠尧押进了美军在日本的巢鸭军事监狱。与赵忠尧一起被关押的还有罗时钧和沈善炯。赵忠尧向美方提出了强烈抗议，但得到的回答却是：“我们只是执行华盛顿的决定，没有权力处理你们的事。”台湾驻日代表团派了3个人，软硬兼施，要把赵忠尧等人带到台湾去，有一次甚至让他们3个人面对一堵墙站好，美国宪兵在他们背后拉枪栓进行威胁，告诉他们如不承认“罪行”，坚持不到台湾去“洗心革面”，就枪毙他们。但赵忠尧他们宁死不屈，坚决不同意到台湾去。硬的不行，再来软的，台湾大学校长傅斯年发来急电：“望兄来台共事，以防不测。”赵忠尧却回电说：“我回大陆之意已决！”如此纠缠了两个月之久。

美国政府为了扣留赵忠尧，不惜编造出各种谣言，说他窃取美国原子弹的机密，说他和钱学森是同案嫌犯等等。他们仔细检查了赵忠尧的每一件行李、每一张纸上的每一个字，甚至想从他儿子赵维志写给父亲的信中寻找到他们希望得到的“罪证”。但那是一封充满了亲情的信，没有他们想要的东西。

赵忠尧被以“莫须有”的罪名关进美军监狱的消息披露后，在国际上引起了轩然大波，世界舆论高度关注，美国科学界也对此表示强烈抗议，中国掀起了谴责美国政府暴行、营救赵忠尧的巨大浪潮，中华人民共和国总理兼外交部长周恩来为此发表了声明，钱三强也联合一批著名科学家发起了声援赵忠尧的活动。钱三强还请他的老师、世界保卫和平委员会主席约里奥·居里出面，呼吁全世界爱好和平的正义人士谴责美国政府的无理行径。在国内外的强大压力之下，美国政府在没有证据的情况下，只得将赵忠尧放行。