生活中的yank 知识 原子弹是谁研究出来的?

原子弹是谁研究出来的?

真正的原子弹之父,是爱因斯坦的学生——西拉德。他依靠自己的才华、勇气、直觉和运气,使得美国的原子弹提前研制成功。

西拉德的童年跟爱因斯坦类似,都是数学天才,也都热爱物理。但不同的是,西拉德偏重于实践,而爱因斯坦在理论上拥有极高的建树。

爱因斯坦和西拉德

1900年,西拉德出生在布达佩斯的一个中产家庭。第一次世界大战爆发后,被迫应征入伍。一开始,西拉德被允许继续读书,但后来不得不扛枪上战场。不过,就在被送往战场之前,他突然得了西班牙流感,只能住院治疗。后来,他所在的部队在战斗中几乎全军覆没,而西拉德则因为流感幸免于难。

1919年,匈牙利局势动荡。在西拉德看来,留在匈牙利一定没有什么前途,于是,他就到了柏林继续读书。

他先是去了柏林工业大学,但后来因为迷上了物理,就转去柏林洪堡大学(当时叫威廉大学)。这所大学是德国最顶尖的高校,先后有57名校友获得过诺贝尔奖。师资力量当然也是顶尖的,众多优秀的科学家都在那里担任教授,其中就包括爱因斯坦。

西拉德是个非常爱思考的人。在柏林期间,他发明了许多新技术,包括用于直线加速器、回旋加速器以及电子显微镜的技术专利。他还和老师爱因斯坦,一起发明了著名的“爱因斯坦-西拉德冰箱”。不过,很多东西只是停留在理论层面,没有进一步去实现,所以他从没有拿过诺贝尔奖,反倒是使用他技术的人得了不少诺奖。

爱因斯坦-西拉德冰箱

铺垫了这么多,高潮就要来了。

1933年9月12日早上,西拉德在《泰晤士报》上看到一篇文章。文章描述了卢瑟福(原子核物理学之父)发表的关于使用“质子”来分解原子核的一个结论——

实验证明,虽然在使用高速“质子”轰击原子核的时候,原子核破裂会产生远远高于“质子”本身的能量,但要使“质子”达到所需要的速度,外部输入的能量就会大于原子核破裂所释放的能量。因此,这项研究没有任何经济意义。

这听起来好像没有问题,如果输出大于输入,那不就变成永动机了吗?这不符合能量守恒。

但是,西拉德没有这么想,直觉告诉他——原子核破裂后的能量是不是可以继续用来轰击其它原子核呢?让我想想……

连锁反应

西拉德的这个反应并不是没有根据,因为他知道,1932年英国物理学家查德威克已经证实了原子核中存在“中子”(“中子”的概念由卢瑟福提出)。他隐约感觉到“中子”可以派上用场,但一时也没想明白该怎么办。

灵感,只会留给爱思考的人。西拉德看完报纸,走在马路上,边走边思考。就在等一个红绿灯的时候,他猛然想到了一个答案——

“质子”带正电,在穿透原子的过程中会损失很多能量,但“中子”不带电,在与原子核碰撞之前都没有能量损失。如果用一个“中子”去轰击另一个带有2个“中子”的原子核,那么就会有2个中子以相同的速度飞出来,然后这2个中子又分别轰击另外2个原子……如此的连锁反应就不再需要外力,其输入只是用于加速第一个“中子”的能量,但输出将会是无比巨大的!如果能够控制连锁反应速度,那么将会持续产生大量能量,这个能量完全可以用来发电;相反,如果反应在瞬间完成,那么就将爆发出难以想象的巨大能量!

很快,西拉德的又一个技术专利诞生了。

西拉德的“中子反应堆”专利图片

现在,基本上稍有物理知识的人都知道,这就是裂变反应。但在当时,还没人知道。直到1942年,美国的物理学家才真正验证了西拉德的这个技术。而这个技术,也最终为第一颗原子弹爆炸铺平了道路。

不得不说,西拉德的这个想法有很多运气的成分,假如他没有听说发现“中子”的实验,或者说没有看到报纸上的文章,又或者他在等红灯的时候,没有想到用“中子”去替换“质子”,那恐怕原子弹的爆炸还要等好多年。但很明显,运气总会留给准备好了的人。

原理已经设计好了,现在只差材料了。


1938年1月2日,西拉德移民到了美国,因为他已经感觉到,欧洲的下一场战争即将到来。

之前的技术专利,西拉德都是点到为止,但这一次,他决定要搞出点明堂出来。所以,到了美国后,西拉德马不停蹄地找人一起做研究。他先后与4所大学的核物理学家一起合作,寻找那个能够引发连锁反应的材料,但都无果而终。

1938年12月,德国两位化学家——哈恩(核化学之父)和斯特拉斯曼在实验中发现,铀被“中子”轰击时会发生裂变。西拉德得知后,立即意识到,铀很可能就是他要找的那个能够维持连锁反应的元素!

哈恩和斯特拉斯曼当年使用的桌子

此时的西拉德,刚到美国不久,没有稳定的工作,囊中也是羞涩。所以他只能软磨硬泡跟人借了2000美金(约合现在的15万美金),还借了实验器材和场地,来继续他的核连锁反应梦想。

很快,西拉德在哥伦比亚大学进行的实验就开始了。最初的简单实验非常顺利,他在示波器上看到了大量亮点——毫无疑问,这就是轰击产生的大量中子!看到这一幕,他留下了这样的内心独白。

“从今天开始,整个世界将面临悲伤!”

不过,这次实验还没有达到真正的连锁反应,因为用的铀比较少,连锁轰击很快就停止了。西拉德希望使用500磅(227公斤)铀做一次更大的试验,为了让轰击更充分,他需要减缓快中子的速度。已知氢可以慢化中子,所以西拉德就使用了水。但没想到,水确实减慢了中子的速度,但同时也吸收了大量中子。试验失败了。

思来想去,西拉德计划采用一个新的方案:

石墨(碳)或者氘不会吸收中子,但也能够慢化中子,因此,可以使用这两种材料作为慢化剂。他算了一下,大概需要5吨铀,50吨石墨或者几吨重水。

然而,这个量级的材料,很难找到,而且要花费大量的资金。以西拉德窘迫的状况,是绝对搞不定的。

于是,他打算上书罗斯福,告诉他这个实验一旦成功就可以制造威力极其强大的核武器,而此时德国的研究也在快马加鞭,如果不尽快采取行动,一旦让德国取得先机,那么后果将会极其严重。

战后,盟军拆除德国的反应堆

西拉德也知道,单凭自己的力量并不足以引起总统的重视,这时他想到了爱因斯坦。以爱因斯坦在美国的影响力,相信总统会认真对待他的请愿信。

1939年10月,在爱因斯坦的帮助下,西拉德终于见到了罗斯福,请愿信也被美国军方认真考虑了。正是这封信,最终促成了美国后来的“曼哈顿计划”。

爱因斯坦署名的请愿信

1939年10月21日,西拉德说服美国陆军和海军,向其提供了6000美元的资金,以便购买实验材料。

此时,幸运之神再次光顾。

西拉德在与石墨生产厂家讨论的时候,意外发现石墨中含有一种杂质——硼。而硼是一种“中子”吸收剂,如果将这种石墨用于裂变反应,那么结果必然会是失败。而那时,也一定会得出一个错误的结论——石墨不能用于核裂变。而这个结论,德国的同行们认为是正确的,因为他们忽略了硼……

1941年12月6日,美国国防研究委员会决定全力生产原子弹。第2天,珍珠港事件爆发,研制原子弹的任务变得迫在眉睫。

1942年8月,罗斯福正式批准实施“曼哈顿计划”。西拉德也加入其中,在芝加哥大学的冶金实验室,他的主要工作是与费米等人一起研制核反应堆。

芝加哥大学的核反应堆(艺术作品)

之后,“曼哈顿计划”偏离了西拉德的意愿。他是一名和平主义者,反对将原子弹用于战争,他希望仅仅依靠原子弹的威慑力来迫使德国和日本投降,而且他还预见到了与苏联的核军备竞赛。于是,西拉德联合了众多参与“曼哈顿计划”的科学家一起,再次提交了一份请愿书。

只是,这一次,幸运女神没有降临。他的请愿书被忽略了,甚至还为此受到了报复。

1945年7月16日,世界上第一次核爆炸

广岛原子弹爆炸前后对比

1945年8月6日和9日,美国在日本广岛和长崎引爆了2枚原子弹。两次爆炸造成129000至226000人丧生,其中大多数是平民。

1959年,西拉德获得了“原子和平奖”。5年之后,因心脏病发作去世。


众所周知,美国物理学家奥本海默主导了“曼哈顿计划”,在很多场合,他被称之为“原子弹之父”。但其实,奥本海默更偏向原子弹研制工程,而在理论和技术层面,西拉德的作用更加重要。所以,西拉德才是真正的“原子弹之父”。

可能,这项荣誉只能给美国人吧,毕竟西拉德直到1943年才成为美国公民。

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