原子彈是誰研究出來的?
作者:化工綜合網發布時間:2022-03-07分類:催化劑及助劑瀏覽:87
真正的原子彈之父,是愛因斯坦的學生——西拉德。他依靠自己的才華、勇氣、直覺和運氣,使得美國的原子彈提前研制成功。
西拉德的童年跟愛因斯坦類似,都是數學天才,也都熱愛物理。但不同的是,西拉德偏重于實踐,而愛因斯坦在理論上擁有極高的建樹。
愛因斯坦和西拉德
1900年,西拉德出生在布達佩斯的一個中產家庭。第一次世界大戰爆發后,被迫應征入伍。一開始,西拉德被允許繼續讀書,但后來不得不扛槍上戰場。不過,就在被送往戰場之前,他突然得了西班牙流感,只能住院治療。后來,他所在的部隊在戰斗中幾乎全軍覆沒,而西拉德則因為流感幸免于難。
1919年,匈牙利局勢動蕩。在西拉德看來,留在匈牙利一定沒有什么前途,于是,他就到了柏林繼續讀書。
他先是去了柏林工業大學,但后來因為迷上了物理,就轉去柏林洪堡大學(當時叫威廉大學)。這所大學是德國最頂尖的高校,先后有57名校友獲得過諾貝爾獎。師資力量當然也是頂尖的,眾多優秀的科學家都在那里擔任教授,其中就包括愛因斯坦。
西拉德是個非常愛思考的人。在柏林期間,他發明了許多新技術,包括用于直線加速器、回旋加速器以及電子顯微鏡的技術專利。他還和老師愛因斯坦,一起發明了著名的“愛因斯坦-西拉德冰箱”。不過,很多東西只是停留在理論層面,沒有進一步去實現,所以他從沒有拿過諾貝爾獎,反倒是使用他技術的人得了不少諾獎。
愛因斯坦-西拉德冰箱
鋪墊了這么多,高潮就要來了。
1933年9月12日早上,西拉德在《泰晤士報》上看到一篇文章。文章描述了盧瑟福(原子核物理學之父)發表的關于使用“質子”來分解原子核的一個結論——
實驗證明,雖然在使用高速“質子”轟擊原子核的時候,原子核破裂會產生遠遠高于“質子”本身的能量,但要使“質子”達到所需要的速度,外部輸入的能量就會大于原子核破裂所釋放的能量。因此,這項研究沒有任何經濟意義。
這聽起來好像沒有問題,如果輸出大于輸入,那不就變成永動機了嗎?這不符合能量守恒。
但是,西拉德沒有這么想,直覺告訴他——原子核破裂后的能量是不是可以繼續用來轟擊其它原子核呢?讓我想想……
連鎖反應
西拉德的這個反應并不是沒有根據,因為他知道,1932年英國物理學家查德威克已經證實了原子核中存在“中子”(“中子”的概念由盧瑟福提出)。他隱約感覺到“中子”可以派上用場,但一時也沒想明白該怎么辦。
靈感,只會留給愛思考的人。西拉德看完報紙,走在馬路上,邊走邊思考。就在等一個紅綠燈的時候,他猛然想到了一個答案——
“質子”帶正電,在穿透原子的過程中會損失很多能量,但“中子”不帶電,在與原子核碰撞之前都沒有能量損失。如果用一個“中子”去轟擊另一個帶有2個“中子”的原子核,那么就會有2個中子以相同的速度飛出來,然后這2個中子又分別轟擊另外2個原子……如此的連鎖反應就不再需要外力,其輸入只是用于加速第一個“中子”的能量,但輸出將會是無比巨大的!如果能夠控制連鎖反應速度,那么將會持續產生大量能量,這個能量完全可以用來發電;相反,如果反應在瞬間完成,那么就將爆發出難以想象的巨大能量!
很快,西拉德的又一個技術專利誕生了。
西拉德的“中子反應堆”專利圖片
現在,基本上稍有物理知識的人都知道,這就是裂變反應。但在當時,還沒人知道。直到1942年,美國的物理學家才真正驗證了西拉德的這個技術。而這個技術,也最終為第一顆原子彈爆炸鋪平了道路。
不得不說,西拉德的這個想法有很多運氣的成分,假如他沒有聽說發現“中子”的實驗,或者說沒有看到報紙上的文章,又或者他在等紅燈的時候,沒有想到用“中子”去替換“質子”,那恐怕原子彈的爆炸還要等好多年。但很明顯,運氣總會留給準備好了的人。
原理已經設計好了,現在只差材料了。
1938年1月2日,西拉德移民到了美國,因為他已經感覺到,歐洲的下一場戰爭即將到來。
之前的技術專利,西拉德都是點到為止,但這一次,他決定要搞出點明堂出來。所以,到了美國后,西拉德馬不停蹄地找人一起做研究。他先后與4所大學的核物理學家一起合作,尋找那個能夠引發連鎖反應的材料,但都無果而終。
1938年12月,德國兩位化學家——哈恩(核化學之父)和斯特拉斯曼在實驗中發現,鈾被“中子”轟擊時會發生裂變。西拉德得知后,立即意識到,鈾很可能就是他要找的那個能夠維持連鎖反應的元素!
哈恩和斯特拉斯曼當年使用的桌子
此時的西拉德,剛到美國不久,沒有穩定的工作,囊中也是羞澀。所以他只能軟磨硬泡跟人借了2000美金(約合現在的15萬美金),還借了實驗器材和場地,來繼續他的核連鎖反應夢想。
很快,西拉德在哥倫比亞大學進行的實驗就開始了。最初的簡單實驗非常順利,他在示波器上看到了大量亮點——毫無疑問,這就是轟擊產生的大量中子!看到這一幕,他留下了這樣的內心獨白。
“從今天開始,整個世界將面臨悲傷!”
不過,這次實驗還沒有達到真正的連鎖反應,因為用的鈾比較少,連鎖轟擊很快就停止了。西拉德希望使用500磅(227公斤)鈾做一次更大的試驗,為了讓轟擊更充分,他需要減緩快中子的速度。已知氫可以慢化中子,所以西拉德就使用了水。但沒想到,水確實減慢了中子的速度,但同時也吸收了大量中子。試驗失敗了。
思來想去,西拉德計劃采用一個新的方案:
石墨(碳)或者氘不會吸收中子,但也能夠慢化中子,因此,可以使用這兩種材料作為慢化劑。他算了一下,大概需要5噸鈾,50噸石墨或者幾噸重水。
然而,這個量級的材料,很難找到,而且要花費大量的資金。以西拉德窘迫的狀況,是絕對搞不定的。
于是,他打算上書羅斯福,告訴他這個實驗一旦成功就可以制造威力極其強大的核武器,而此時德國的研究也在快馬加鞭,如果不盡快采取行動,一旦讓德國取得先機,那么后果將會極其嚴重。
戰后,盟軍拆除德國的反應堆
西拉德也知道,單憑自己的力量并不足以引起總統的重視,這時他想到了愛因斯坦。以愛因斯坦在美國的影響力,相信總統會認真對待他的請愿信。
1939年10月,在愛因斯坦的幫助下,西拉德終于見到了羅斯福,請愿信也被美國軍方認真考慮了。正是這封信,最終促成了美國后來的“曼哈頓計劃”。
愛因斯坦署名的請愿信
1939年10月21日,西拉德說服美國陸軍和海軍,向其提供了6000美元的資金,以便購買實驗材料。
此時,幸運之神再次光顧。
西拉德在與石墨生產廠家討論的時候,意外發現石墨中含有一種雜質——硼。而硼是一種“中子”吸收劑,如果將這種石墨用于裂變反應,那么結果必然會是失敗。而那時,也一定會得出一個錯誤的結論——石墨不能用于核裂變。而這個結論,德國的同行們認為是正確的,因為他們忽略了硼……
1941年12月6日,美國國防研究委員會決定全力生產原子彈。第2天,珍珠港事件爆發,研制原子彈的任務變得迫在眉睫。
1942年8月,羅斯福正式批準實施“曼哈頓計劃”。西拉德也加入其中,在芝加哥大學的冶金實驗室,他的主要工作是與費米等人一起研制核反應堆。
芝加哥大學的核反應堆(藝術作品)
之后,“曼哈頓計劃”偏離了西拉德的意愿。他是一名和平主義者,反對將原子彈用于戰爭,他希望僅僅依靠原子彈的威懾力來迫使德國和日本投降,而且他還預見到了與蘇聯的核軍備競賽。于是,西拉德聯合了眾多參與“曼哈頓計劃”的科學家一起,再次提交了一份請愿書。
只是,這一次,幸運女神沒有降臨。他的請愿書被忽略了,甚至還為此受到了報復。
1945年7月16日,世界上第一次核爆炸
廣島原子彈爆炸前后對比
1945年8月6日和9日,美國在日本廣島和長崎引爆了2枚原子彈。兩次爆炸造成129000至226000人喪生,其中大多數是平民。
1959年,西拉德獲得了“原子和平獎”。5年之后,因心臟病發作去世。
眾所周知,美國物理學家奧本海默主導了“曼哈頓計劃”,在很多場合,他被稱之為“原子彈之父”。但其實,奧本海默更偏向原子彈研制工程,而在理論和技術層面,西拉德的作用更加重要。所以,西拉德才是真正的“原子彈之父”。
可能,這項榮譽只能給美國人吧,畢竟西拉德直到1943年才成為美國公民。
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