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1941年冬，德国为了将巴黎殖民化，要求各国驻法外交机构撤离巴黎，迁往贝当傀儡政府所在地维希。随后，钱三强接到中国驻法使馆通知，说他既可以随同南迁，也可以留在巴黎，悉听尊便。
一天，钱三强从同胞张德禄口中得到一个消息，说马赛到中国的海上航线并未完全中断，有时能买到前往香港或上海的船票。于是，钱三强萌生了回国的念头。
他把想法告诉了约里奥-居里夫妇。两位导师也认为，目前实验室的研究条件今非昔比，出成果已很困难，仅仅从安全角度考虑，他们也支持钱三强暂时离开。为此，伊莱娜专门为钱三强回国写了评语，她在评语结论部分说：“我坚信，钱三强先生有很高的科学水平，他能够在高等教育和科学研究方面服务于他的国家。他特别适合组建一个放射性和核物理实验室，因为在这个领域他有广泛的理论和实践知识，而且他同时拥有物理学家和化学家的能力，这些对这门科学来讲是绝对必要的。”
11月下旬，钱三强和张德禄离开巴黎，准备经里昂前往马赛，继而乘船回国。
途中，前方传来的消息，都是太平洋无战事，美国还与日本签订了《美日谅解方案》。既然如此，他们并不急于赶路，而是想在里昂小住数日，以便领略这座中世纪古城的独特风貌。里昂，位于法国东南部，处在索恩河与罗讷河交汇处，有着2000多年的建城史，曾是勃艮第王国的都城，直到14世纪才被法兰克王国控制，是东方丝绸、香料、珠宝的集中贸易地，有欧洲丝绸之都之美誉，也是欧洲重要的文化与艺术中心。钱三强还听说，一个叫邓小平的四川人，担任过中共里昂支部书记。这里，值得他顺便浏览一番。
但刚到里昂，远方就传来了噩梦般的消息。如同他出国前夜遭遇“卢沟桥事变”，留学差点泡汤一样，这一次又是日本人打碎了他的回国梦。12月7日，日本偷袭美国夏威夷军事基地珍珠港，太平洋战争全面爆发，所有前往中国的交通线都被切断。更令人崩溃的是，法国当时被分为自由区和占领区，巴黎属于德国占领区，而里昂属于维希傀儡政府管辖的自由区，从里昂返回巴黎等于进入德国，必须由占领区当局发放入境签证。他们进不得、退不得，一时束手无策。
一天，张德禄告诉钱三强，前往北美的轮船尚能通行，他准备前往美国，问钱三强有没有改去美国的想法。但钱三强告诉对方，自己一门心思回国，为此想暂时住下来，等形势好转再设法启程。
里昂有一所利用庚子赔款创办的中法大学，主要为旅法勤工俭学的中国学生提供住所、学习法文，以便选择合适的专业留学。1941年冬，钱三强暂住在中法大学宿舍里，打听船的消息。谁知道一打听，根本没有回国的可能性。更严重的问题在于，囊中羞涩的钱三强，连学生食堂的饭菜都买不起，只能靠中国学生的救济和施舍过日子。
好在，里昂大学物理系有一个物理研究所。钱三强就主动找到了研究所负责人，借助约里奥弟子的身份，在研究所谋得了一份临时性研究工作。研究所里有一位比利时籍物理学教授，名叫M.莫朗。一天，他问钱三强，你有没有把放射性物质带出来。钱三强告诉他，自己只带了很少一点。莫朗很高兴，承诺帮他申请国家研究中心的经费，并安排他带一个大学生做毕业论文。
之后，钱三强成为研究所助理研究员，参加了新的核物理方面的理化物理实验室的组建，还指导两个物理系学生完成了毕业论文。这两个学生的课题分别是“α粒子在照相底板上的作用”“用电解法分解重水”。钱三强亲自做实验，对这两个课题做了大量研究。
钱三强在回忆文章中说：“里昂大学条件还算可以，图书馆很好。可是，能做什么实验呢？我带有一点钋α源，寿命虽不长，还可以用一二年。可是探测器
就不行了。想来想去，什么条件都不具备，制作云室、电离室、计数管、磁谱仪，都是几乎完全不可能的。那又怎么办呢？我想起来，照相底板恐怕是可以找到的，是不是就先研究一下α粒子在照相底板上的作用。……实验结果发现，钋的α离子能够在照相底板上留下八九个黑点。这已经有点像云室中的粒子径迹了。”
根据实验，钱三强完成了题为《用照相乳胶记录带电粒子》的实验报告，刊发于1943年6月的法国《物理手册》。他与“核乳胶”结缘，即始于此。
其间，他还自学了量子力学。
他一直记得居里夫人那段流传甚广的话：“我一直沉醉于世界的优美之中，我所热爱的科学也不断增加它崭新的远景。我认定科学本身就具有伟大的美。一位从事研究工作的科学家，不仅是一个技术人员，也是一个小孩，他好像沉醉于神话故事中那样，沉醉在大自然的景色当中。这种魅力，就是使我终生能够在实验室里埋头工作的主要原因了。”
因此，在里昂滞留期间，钱三强并未虚度光阴，而且做到了以苦为乐。