世界上第一座原子反应堆是意大利人研制成功的吗?原子弹青霉素和雷达,并列为第二次世界大战中的三大发明。研制原子弹的关键是原子反应堆,世界上第一座原子反应堆是意大利人费米研制成功的。
1901年,费米出生在意大利罗马一个铁路职工的家庭,年轻时靠奖学金在德国哥廷根大学学习物理,他的导师是当时有名的物理学家玻恩。大学毕业后不久,年仅25岁的费米就当上了罗马大学第一个理论物理学教授。这时,希特勒上台了,犹太人在欧洲各国面临着法西斯纳粹的疯狂迫害。而费米的妻子正是一个犹太人,为了逃避纳粹的魔掌,他们夫妇在1938年逃到了美国。
早在1934年10月,费米的助手就发现,当用中子轰击金属银的时候,放在银附近的铅会影响银的放射性。助手把这个现象告诉了费米。费米对这个现象很感兴趣,于是他亲自进行实验。没想到,当他在中子源和银中间放置石蜡以后,竟使银的放射性强度提高了100倍。费米提出了一种理论来解释这一现象,他认为:中子通过含有大量氢的物质的时候,和氢原子核发生碰撞,速度变慢了,因此就更容易被银的原子核所俘获,使银产生的人工放射性更强。这个理论称为“慢中子效应”,以后费米又用实验证实他的观点,因而在1938年获得了诺贝尔物理奖。
当时,世界上各个大国、强国,都在加紧研制原子弹,可美国的罗斯福总统却犹豫不决。美国在这方面的研究落后于其他一些先进国家。1939年春天,费米亲自访问了美国海军部,报告关于他的核裂变的研究情况,可是美国海军部没有引起重视。这一年的夏天,从匈牙利移居美国的物理学家西拉德得知纳粹德国正在加紧研制原子弹,就让爱因斯坦给罗斯福总统写信,又请罗斯福的好朋友经济学家萨克斯去说服总统。罗斯福最后决定支持研制原子弹。于是在1942年,美国政府制订了研制原子弹的“曼哈顿计划”,而建造原子反应堆,就是“曼哈顿计划”的核心部分。
我们现在要讲的故事,发生在1942年。地点是美国的芝加哥大学体育场看台下的一个室内网球场内。
在太平洋战争爆发的第二年,突然就在这比赛场的入口处挂上了一个牌子,上面写着“冶金技术研究所”,并且还出了一张布告,宣布禁止学生出入。
在这所研究所的工厂里有几个满脸灰尘的人们,他们正在认真地砌着一座砖灶,其中有一个长着黑头发的小个子,大家都叫他“火夫”。
12月2日,他们已经砌成了50层的石墨砖的砖灶。在炉灶里还插着一根棒,灶底放着-个怪机器,他们把它叫做“中子发生器”。外边还有一个叫“盖革计数器”的东西,这个计数器均匀地发出“咔、咔、咔……”的响声。一个人一面在听着计数器的响声,一面默默数着。炉台上站着4个人,手中各提着一个装着东西的大桶。炉灶四周还有一圈保护墙。
只见那个名叫火夫的人大声喊道:“注意啦,现在开始实验了!”紧接着他一下从炉子里拉出了那根棒。这时所能看到的,是全体人员的紧张神色,所能听到的,是那个计数器中传出的连珠炮似的“咔咔咔……咔咔咔”的响声。在这既没有火,也看不到内部的炉前,人们只是望着那唯一的计数器,听着它传出的响声。他们的呼吸,他们的情感好像跟着响声在起伏……刹那间,或许在他们觉得已经是很久的时间里,每张紧张的脸上都出现了微笑,这是得意的笑容呵!火夫又大声喊道:“成功了!”手中的棒又插回炉灶,而且又继续插下备用的几根。虽然正值冬季,但人们的脸上却挂着滴滴汗珠。火夫激动地当众宣布:请各位记住,现在的时间是1942年12月2日下午3时30分。人们高兴得互相拥抱。这是人类经过多年奋斗,终于揭开原子秘密的第一次实验。
这个被称为火夫的人就是费米。他正领导着一项将要改变人类命运的科学研究。
50层的石墨砖砌成的原子反应堆,在砖缝中放着铀235和铀238,最初的铀的原子被中子发生器发生的中子轰击后,分裂出来的中子又对其他铀的原子进行轰击,这就是所谓的连锁反应,从而释放出大量的能量。在实验中他们在反应堆里插着一根镉棒,这是为了控制原子分裂,当火夫提出最后那根镉棒之后,原子就开始了轰击。在炉上的两个人手提的是装满镉的水桶,正反应堆四周砌有一圈镉、硼材料的墙,都是为了防止意外。
这一实验过程是眼睛看不见的,只能靠计数器来表达,成功或失败也只能从计数器中得知。
这以后,在研制原子弹的过程中,美国、德国、前苏联等国都先后建立了原子能反应堆,这也为和平利用原子能开辟了道路。在反应堆里,通过控制裂变材料的纯度、临界体积和中子吸收材料等办法,可以减缓和控制链反应发生的速度,使它不发生爆炸。利用可以控制的裂变反应过程放出的能量来发光,这就是原子能电站。1954年,前苏联建成了世界上第一个原子能电站。
所以,原子能反应堆的建成,事实上标志着人类进入了原子能的时代。而费米,正是带领人类进入这一时代的许多科学伟人之一。
第一座核反应堆的设计者费米
恩利克·费米,美国物理学家。1938年诺贝尔物理奖获得者。为了纪念费米,物理学界以费米作为长度单位之一。
费米生于罗马的一个铁路工人家庭,母亲是一位中学老师,菲米的童年和少年时期是在罗马度过的。1918年考入比萨大学高等师范学院。1922年以研究X射线的论文获得物理博士学位。不久后,他赴德国格丁根大学,成为玻恩的学生。1924年回到意大利,在佛罗伦萨大学任教。1926年起,任罗马大学理论物理学教授,由于他才华出众,很快出名,成为新成立的罗马大学物理研究所的核心人物。他的妻子是犹太人,由于受到意大利法西斯的迫害,1938年,费米借领诺贝尔奖金之际,携家移居美国。他先后在哥伦比亚大学和芝加哥大学任物理学教授。1942年,他来到新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯,从事研究工作。1945年7月16日,以费米为核心的科学家,在这里成功的试验了第一颗原子弹。1946年,他被授予梅里特国会勋章后回到芝加哥大学,任该校和物理研究所教授。1953年任美国物理学会会长。1954年11月28日由于胃癌,逝世于芝加哥,终年53岁。
1938年由于 “通过中子照射展示新的放射性元素的存在,以及通过慢中子核反应获得的新发现获得诺贝尔物理奖。但是就在这时他却在意大利遇到了麻烦。一是因为他的妻子是犹太人,意大利法西斯政府颁布出一套粗暴的反对犹太人的法律;二是因为费米强烈反对法西斯主义——墨索里尼独裁统治下的一种危险的态度。
1938年12月他前往斯德哥尔摩接受诺贝尔奖,此后就没有返回意大利,而是去了纽约。哥伦比亚大学主动为他提供职位,并为自己的师资队伍中增添了一位世界上最伟大的科学家而感到自豪和骄傲。
1944年费米加入美国籍。
在1939年初,据李泽·梅特纳、奥特·哈尔姆和弗里茨·斯特拉斯曼报导,中子被吸收后有时会引起铀原子裂变。这项报导发表后,和其他几位主要的物理学家一样,费米立即认识到一个裂变的铀原子可以释放出足够的中子来引起一项链式反应,而且还和另外几位物理学家一样,费米马上就预见到这样的链式反应可用于军事目的潜在性。
1939年3月,费米与美国海军界接触,希望引起他们对发展原子武器的兴趣。但是直到几个月后阿尔伯特·爱因斯坦就此课题给罗斯福总统写了一封信以后,美国政府才对原子能给予重视。
那时候,同盟国的科学家虽然已经在讨论原子弹的可能,但是还没有正式开始进行制造的工作。后来由于同盟国在战事中一再失利,德国又开始禁止由他们占领的捷克铀矿区的铀矿出口,使得同盟国意识到,德国可能已经在认真进行原子弹计划。
不久,一位德国科学家傅吉出人意料地在德文科学期刊上,公开发表了一些德国核分裂研究的新近成果。这位科学家本来是故意突破当时德国尚未完全开始的信息封锁,让同盟国得知德国研究近况,但是同盟国科学家反倒因而误认为,如果德国能够发布这么多资料,那么他们真正的发展情况,恐怕还要更加先进,这就更加促使美国原子弹计划开始酝酿产生。
匈裔科学家齐拉于是决定采取一些行动。首先他认为要能控制比属刚果的铀矿,于是请求和比利时皇家熟识的爱因斯坦帮忙,爱因斯坦欣然同意。接着他和银行家沙克斯共同具名拟就一信,准备敦促罗斯福总统在美国进行原子弹计划,为了增加这封信的分量,他们也要求爱因斯坦共同具名,爱因斯坦同意了。这一封有爱因斯坦共同具名的信函,确实是促成原子弹计划的一个关键因素,而这件事到战后曾引起爱因斯坦相当的后悔。
美国政府一有了兴趣,建立一个模式原子反应堆就成了科学家的首要任务,以探明自持的链式反应是否确实可行。由于恩利克?费米是世界上主要的中子权威,且集理论与实验天才于一身,所以被选为世界第一台核反应堆攻关小组组长。他最初在哥伦比亚大学工作,随后又到芝加哥大学工作。
1941年底,费米在哥伦比亚大学主持建造了世界上第一座原子反应堆,实现了自持式链式反应,为制造原子弹迈出了决定性的一步。
1942年12月2日,在费米指导下设计和制造出来的核反应堆首次运转成功。这是原子时代的真正开端,因为这是人类第一次成功地进行了一次核链式反应。试验成功的消息以意味深长的预言形式一下子就传到了东方:意大利航海家进入了新世界。……随着这项实验的成功,即刻做出了全速开展曼哈顿工程计划。费米在这项工程中作为一位主要的科学顾问,继续发挥着重要的作用。费米的主要贡献在于他在发明核反应堆中所起的重要作用。十分显然,这项发明的主要功劳应归于费米。他最先对有关方面的基础理论做出了重大的贡献,随后又亲自指挥第一座核反应堆的设计和建造。
1953年被选为美国物理学会主席。还被德国海森堡大学、荷兰乌特勒支大学、美国华盛顿大学、哥伦比亚大学、耶鲁大学、哈佛大学、罗切斯特大学和拉克福德大学授予荣誉博士。
1954年,为纪念费米对核物理学的贡献,美国原子能委员会建立了“费米奖”,以表彰为和平利用核能作出贡献的各国科学家。
1955年8月,在瑞士日内瓦召开的和平利用原子能国际科学技术会议中,根据人工合成这个新元素者们的建议,将100号元素命名为fermium镄,以纪念20世纪中在原子和原子核科学中作出卓越贡献的著名物理学家费米。100号元素符号定为Fm。
费米是为数不多的兼具杰出的理论家和杰出的试验家天才的人。他在其生涯中写了250多篇科学论文。费米还在发明原子爆破方面是一个非常重要的人物,尽管别人在推动这项事业的发展上也起了同样重要的作用。
从1945年以来,原子武器从未用于战争。出于和平目的,大量的核反应堆建成用来产生能源。在未来,反应堆将成为更重要的能源来源。此外,一些反应堆被用来生产有用的放射性同位素,用在医学和科学研究上。反应堆还是钚的一个来源,这是制造原子武器的一种材料。人们对核反应堆可能对人类产生危害存有害怕心理,但没人抱怨它是个无意义的发明。不管是好还是坏,费米的工作对未来世界产生了巨大的影响。