数理化通俗演义 作者:梁衡-第53章

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　　1941年12月7日，日本飞机突袭珍珠港，太平洋战争爆发，美国对日宣战，德、意和日是法西斯同盟，当然不能坐视不理，立即也向美宣战；美国随即又同德、意宣战。一场世界大战的链式反应马上升到“临界状态”。这时美国总统就更关心那个铀的链式反应有何进展。“铀顾问委员会”汇报了工作：总统命令集中一切必要的人力物力加速进行。



　　芝加哥大学的室内网球场现在完全成了一个军用场所，老远就岗哨层层，闲人不得靠近。汽车不断将一些黑色的砖块运到足球场的看台后面。这些黑砖就是石墨块。它柔软光滑，就是我们平常用的铅笔蕊。为了建造这个反应堆他们几乎徵调了全国可以找到的石墨，那些石墨商不知道为什么这个地方突然像水库出现了一个大漏斗一样，石墨流水般地被吸进这个无底洞里。事后他们才知道这个堆用的石墨足够为地球上的每一个人做一支铅笔！



　　再说网球场内现时已完全成了一个煤黑世界。二十个物理学家还有几个必要的帮工助手，现在早已统统变成了黑人。他们的脸上、脖子上、手上、鼻孔里全都是石墨细粉。石墨砖要用机器切削成一定规格，自然就粉末四扬。这时的地板上比任何打蜡的舞池都要光滑。这些物理学家们常常不小心摔一个跟斗，汗水在他们的脸上冲出一条条小沟。“冶金实验室”的学者们，要论外表，和一个井下的挖煤工人已完全没有两样。



　　铀块和石墨块一层层地往上叠放，共叠了五十七层，现在这个堆已经快顶住屋顶了。费米想到空气会吸收中子因而影响继续裂变，应设法使堆与空气隔绝。能干的助手安德森立即找来橡胶商，要定做一个六边形的橡胶“盒”，以便把整个反应堆全部罩进去。橡胶商从未承揽过这种加工品，瞪着大眼睛问：“干什么用的？”



　　“一个大氢气球。”



　　“气球怎么是六边形呢？”



　　“您不必多问，反正给您钱就是。不然，我去找别人定货。”



　　六边形“气球”拿来了，反应堆的最后安装就在这个大“气球”里进行，不过后来发现抽不掉空气也可正常反应，所以“气球”有一面始终没有封口。



　　1942年12月6日这个历史上有纪念意义的日子来到了。



　　这天一早那些浑身污黑的物理学家突然变得干干净净。反应堆的建造工作已经完成，现场也已打扫乾净，地板重又露出木纹。核反应堆马上就要开始点火，人类是否可以从原子内部得到可供使用的能量，就决定在今天上午。



　　科学家们大部分都撤离到反应堆对面的平台上。堆旁边只留一个人——韦尔，他手扶着从堆里伸出来的一根长棒，这是镉棒。反应的快慢将由他通过这个棒来控制。但是这还不保险，堆上又爬上去三个年轻人，他们自己称为“自杀小组”，准备在反应堆一旦失去控制就从上往下灌镉液，以“扑灭”这场原子火灾。



　　在现场观看实验的除这群亲手建造起反应堆的科学家外，还有冶金室的领导人康普顿教授，还有军方领导人格罗夫斯将军（军方去年八月就接管了铀计划，并把它改名为曼哈顿工程）。还有一个特殊人物，他是这里唯一与研究工作无关的的人——杜邦财团的代表格林沃尔特先生。战时，杜邦公司承担军方的许多生产任务，而前不久格罗夫斯将军又提出要他们以生产规模来建造一座反应堆。将军说反应堆里的铀裂变后会生成一种新元素，可用来生产原子弹。可是格林沃尔特这时还根本没有听说过反应堆这个词呢。他不敢冒险，与军方的谈判陷入僵局，这天他也被通知来到现场，好看看反应堆到底是怎么一回事。



　　费米担任现场指挥。他说：“现在我们将抽出镉棒，链式反应就会自动进行，盖革计故器会用声音报告反应的强弱，而这支描笔在纸上自动抽出一条指示辐射强度的曲线。好，韦尔，开始吧！”



　　韦尔将镉棒抽出一尺，计数器开始喀嚓昨嚓地响动，描笔打出一条向上的曲线。



　　“再抽一尺！”



　　计数器的声音响得更急，大家都屏息静气，有的人额头上已经渗出汗珠。大厅里静得就是有根针落地也会匡然有声，这时计数器一声声地响着，像锤子敲在人的心上。谁知道这个堆会不会突然像一颗大炸弹那样爆炸呢？



　　费米宣布：“现在反应堆已进入正常的链式反应。”



　　堆顶上的“自杀小组”更加警惕，准备好的镉液已经提在手中，现在正是最紧要的关头。全体人员都注视着各种记录仪，这样共28分钟之久。费米将手举在空中又向下一劈说：“停止！”



　　试验成功了。大家互相握手、拥抱、祝贺。而威格纳（就是劝爱因斯坦上书总统的那个匈牙利物理学家）突然拿出一瓶基安提酒。原来今天上班时他就悄悄在大衣口袋里塞了一瓶酒，他想一定能够成功。威格纳将酒分倒上许多纸杯里，在场的人每人一杯。喝完后大家又在酒瓶的硬纸护壳上签了名，然后就去忙着收拾现场，整理数据。格林沃尔特也立即握着格罗夫斯将军的手说：“太精确了，简直像一只瑞士手表，我们公司同意生产了，马上就签字！”



　　正当各人都在忙自己的事情的时候，谁也没有注意，有一叫沃特姆伯格的青年物理学家将那个有大家签名的空酒瓶收了起来，这是一件最好的纪念品。十年后的又一个12月2日，芝加哥大学举行反应堆实验十周年庆祝会。沃特姆伯格当时正在外地，他特意将这只空酒瓶寄给庆祝大会。但是他又怕酒瓶会打碎，于是就加了保价费一千美元。一只空酒瓶竟值千元，这件事立即成了轰动报纸的新闻。而专营基安提酒的商人因此却大赚其钱。芝加哥大学的这个足球场的看台后面，若干年后挂了一块金属匾，上面刻着这样几行大字：“人类在这里实现了第一次链式反应，从而开辟了在受控制条件下释放原子能的道路。”这里因此闻名，成了一个旅游者的参观点。这是后话。



　　1942年12月2日试验成功的核反应堆生成的动力是很小的，它刚能点亮一只小电灯，几天之后也才可以点亮四盏家用电灯。但是这不要紧，只要追出第一步就不愁走不完万里路，只要摸清原理就会畅行无阻。瓦特初发明的蒸汽机只能为煤矿排水，但是以后它几乎用于所有的工业、交通，关键是它开辟了一条新路——将热能转变为机械能；法拉第最初用磁铁和线圈做实验时只能使电流计的指针微微偏动，但他也开辟了一条新路——使磁变电，于是带来了一个电气时代；现在费米的原子反应堆虽然功率还很小，但是他也开出了一条新路——使原子核能转变成热能或其他能。这验证了爱因斯坦的伟大理论，E＝mc2，质能是可以互变的。



　　自从费米那个只能点亮一个灯泡的反应堆问世以来，各种反应堆立即发展起来，有专门提供动力的动力堆，有用于科学实验的研究堆，有生产核燃料的增殖堆，新能源展示出广阔的前景。以核能发电来说，一座功率为一百万千瓦的大型火力发电站，每年要烧二百万吨煤。为此电厂得有运煤专线，一辆火车得运上千个来回。而同样功率的核电站，只要六部卡车一次就能把全年的燃料运来。而且这样可以省出大量的煤去作化工原料。用蓄电池发动的潜水艇，只能在水下潜行几天，然后再浮出水面充电。可是，换成核动力可以十年不换燃料。



　　反应堆除提供大量能源外，还可以用来制造同位素。我们把各种元素放在反应堆的管子里，经过中子照射就变成了新的放射性同位素。这些同位素由于它们的放射性表现出来的穿透作用、能量、荧光效应、特殊生理效应等等，它们在工业、农业、医学、生物学、考古学、宇宙探索等许多领域都有重要作用。比如害虫常会钻到种籽、土壤、树皮里面，一般化学杀虫剂无能为力，这时用穿透力很强的，射线一照射，便使它断子绝孙。还有金店内部在铸造、焊接时会出现极小的砂眼、裂缝，肉眼是绝对不能发现的。这时只要用γ射线拍一张片子就会清清楚楚地显示出来。如同人们对力学、光学、电学的探索一样，对原子内部的探索已经给人类带来了受益无穷的好处。



　　让我们现在再回到费米的这个反应堆边来。正当大家在一片兴奋、激动中忙着收拾现场时，康普顿教授突然想起应该给美国政府方面打个电话，报告这一喜讯。他立即给负责这一工作的科南教授挂了一个长途电话。当他拿起话筒时才想到这个绝密的大事怎么能在电话里说呢？对方已经在问话了：“喂，您是康普顿教授吗？”



　　康普顿灵机一动回答道：“是的，我是康普顿。科南教授，我想您一定很愿意知道，那位意大利航海家已经登了新大陆了。”



　　“是这样吗？”对方听懂了，高兴地大喊起来。“当地的居民对他友好吗？”



　　“很友好，每个人都安全登陆，并且感到愉快。”



　　这是一个很聪明的，在科学史上留下的一次著名的电话。意大利人哥伦布1492年发现新大陆，过了450年后，正好是中间两位数倒换一下，另一个意大利人费米在原子世界里又发现了一块新大陆。



　　康普顿教授远处在兴奋之中，这时格罗夫斯将军走过来，他伸出一只大手说：“祝贺您，康普顿教授，但是既然试验已经成功，我们的下一步计划就该立即实施了吧？”



　　格罗夫斯说的下一个计划是什么？且听下回分解。
　　　　　　　　　　　　


　　
　



　　　　　　　　　　　



　　　　　　　　　　　　




第六十六回
苦干三年　两颗炸弹制成功，悔恨万分　一纸建议致惨祸

——原子弹的爆炸　　上回说到费米领导的原子反应堆顺利实现了链式反应，在场的格罗夫斯将军立即要科学家们投入下一个计划。——这下一个计划就是制造原子弹。



　　各位读者，容我们在这里先将原子弹原理与结构简单交待几笔。



　　其实，就原理来说它和反应堆没有多少区别，只不过反应的速度不同。那反应堆专门有镉棒吸收中子，唯恐这个不听话的中子乱冲乱撞，使铀燃料骤燃爆炸，这叫可控链式反应；而原子弹正相反，唯恐铀燃料裂变太慢，不能爆炸，所以并不要镉棒之类的东西来吸收中子，让它去冲，去撞，越快越好，这叫不控制的链式反应。



　　为了实现快速裂变，原子弹里只能用铀－235同位素，它很容易捕获中子。同时，炸药外面又有一道中子反射层，裂变生成的自由中子无法逃出去，就一个变三，三个变九，成倍增长。每一个核裂变所需的时间还不到一亿分之一秒，整个原子弹的爆炸也就只有几百万分之一秒。就在这瞬间，原子弹放出极强的光辐射、冲击波、中子流和γ射线辐射及放射性污染碎片。这些东西都可以杀人或摧毁建筑物。那平时被禁锢在原子核里的能量突然间被释放出来，如黄河决堤，如兽笼大开，不可抗拒的灾难便突然而至。



　　这些洪水猛兽在它未被放出来以前是怎样压缩在一个小天地里的呢？原子弹的结构说来也简单。它里面装着两块铀－235或钚－239原子炸药，另外还有一些普通炸药作为引爆之用。外面裹了一层中子反射屏，再裹一层弹壳，这就是一颗足以毁灭一个中等城市的原子弹了。



　　我们回头再说那位格罗夫斯将军，此人本是美军工程兵负责人，身材魁梧，办事干练。他被授权组织曼哈顿工程，试制原子武器。那天反应堆试验一成功，他就立即将康普顿教授请去说：“教授先生，您知道国家现在最需要的是什么？是打赢这场战争。所以现在要立即让那个反应堆变成一个原子弹；时间，最多三年。”



　　“将军，您不是开玩笑吧。虽然对原子弹的构造、原理我们都有把握，可是原料奇缺，铀和钚到哪里去找？就算找到一点铀，其中铀－238和铀－235的比例是140：1，而铀－238是不能生成链式反应的。只说将铀－238提纯出来就要多大的工程啊。”



　　格罗夫斯神秘地一笑说：“工程的事，我这个工程兵头子自会考虑，现在要和您商量的是人，要挑选一批科学家把他们送到那里去。”



　　康普顿当然知道这个“那里”的含意。便再不说什么了。



　　难怪格罗夫斯胸有成竹，原来他早做了工程上的准备，在远离大城市的地方买了三块人迹罕至的土地，转眼之间就建起三座城市。不过这城市在美国地图上却找不见，它的居民对外只有一个邮政代号。第一座城市在橡树岭，它是专门分离铀－235的。根据铀－235和铀－238之间这么微小的一点重量差，科学家想了两个办法，一是将金属铀气化，它们扩散时轻的快重的慢，自然就会分开；二是让气化的金属铀通过强磁场，它们会出现不同的偏转，也可分开。但是只前一种办法他们就建造了几千英里长的管道，所耗的电相当于一座纽约市的用电；而后一种办法所用的电磁铁就有一个中等舰船那样大。磁铁外面要绕线圈，战争期间铜太缺了，导线就用银子做，竟用了15；000吨白银，只此一般就知美国政府为了这颗原子弹花了多少血本。　第二个秘密城市是专门用来生产钚的。铀－238虽不能裂变，但是它吸收一个中子后就变成铀－239，铀－239是放射性的，它很快放出一个负电荷的β粒子，本身就多了一个正电荷，于是原子序数由92变成了93。各位读者，前面我们说费米他们认为自己曾发现了93号元素，原来正是这个道理。因为在铀裂变过程中是会有少量93号元素出现的，现在我们叫它为“镎”。镎衰变得很快，变成94号元素钚，钚像铀－235一样可以裂变，是制原子弹的好材料。这第二个城市就是专来实现这个转变的。它在华盛顿州的西部，沿哥伦比亚河畔竟占地1000平方英里，有专用铁路350英里，有人口6万。但是这样一座城市悄悄的就像不存在一样。保密成了这里居民的一个共同的性格。食堂里挂着“先想好了再开口”、“勿谈工作”等标语，所以几千人的食堂除了嚼食物的声音，竟没有人说一句话。



　　这第三座秘密城市就是格罗夫斯说的“那里”。它是原子弹的组装和实验地点。



　　1942年11月，在新墨西哥州西北部一座荒凉的沙丘上站着两个人，一个高大魁梧的将军和一个文静的书生。他们极目察看着这一带的地形，山丘顶是一个平台，台地的西边伸来一条绿色曲线，那是吉美兹山脉，而东边突然降落，接着就是一片浩瀚无垠的沙漠。附近只有稀稀疏疏的几个居民点，台地上有几间破旧的石头房子。他们目光对视一下向石房子走去。房子前面有十几个孩子正在踢球，原来这是一所乡村学校。校长出来迎接他们，那位将军说：“对不起，校长先生，您恐怕要搬个地方，这座学校军队买下了！”这位将军就是格罗夫斯，而那位书生便是物理学家奥本海默，原子弹研制的负责人，现在的头衔是研究室主任。不久以费米为首的那一批科学家便在芝加哥失踪了。



　　1944年夏季的一天，费米的夫人突然接到一个电话，告诉她将有人送去三张火车票，她带上孩子到指定