上回說到西拉德等人請求愛因斯坦出麵向羅斯福總統寫信,籲請美國政府加緊核武器研究,愛因斯坦一時拿不定主意。他說:“你們向美國官方提過這個建議沒有?”
“費米教授拜會過海軍上將,但是毫無結果。”
“為什麽?”
“因為我們現在也說不出具體的想法和有多大的把握,這一切隻有幹起來才會知道。”
“那麽總統會不會以同樣的理由拒絕這個建議呢?”
“現在形勢與上次拜會時又有不同,幾個月過去了,德國方麵的研究我們不得而知,也許他們已造出了這種新武器。”
“好吧,你們先代我起草一封信再說。”
8月2日,一封經過仔細推敲的信送來了。
總統閣下:
我讀到了費米和西拉德近來的研究手稿,這使我預計到,元素鈾在最近的將來,將成為一種新的、重要的能源。考慮到這一情勢,人們應該提高警惕。必要時,還要求政府方麵迅速采取行動,因此,我的義務是請您注意下列事實和建議。
近四個月來,由於法國的約裏奧及美國的費米和西拉德的工作,用大量的鈾達到原子核鏈式反應似乎已成為可能,由此便可產生極其巨大的能量和大量新的類鐳元素。看來,這項成就的取得,已是指日可待了。
這種新的物理現象的發現也將會導致炸彈的製造。縱然把握不足,但可以想象,一種新型的極有威力的炸彈是可以這樣製造出來的。這種炸彈僅需一枚,用船運載到港**炸,就可以完全摧毀港口連同它周圍的部分地區。但這類炸彈也許過於笨重,不便空運。
美國的鈾礦含鈾貧乏,且數量不多。加拿大及前捷克斯洛伐克有好鈾礦,而最重要的鈾資源則在比屬剛果。
有鑒於此,您也許將認為有必要讓政府與那批在美國從事鏈式反應研究的物理學家保持某種經常的接觸。對您來說,做到這一點的一個可取的辦法是,把這項工作委托給一位您完全信任的人,他不妨以非官方的身份出麵。他的職責是:
一、溝通政府各部門,及時將進展情況告許他們,並向政府提出行動建議,特別要注意確保美國的鈾礦供給。
二、為加速目前一直在大學預算範圍內進行的實驗工作,可由他組織願意為這項事業做出貢獻的私人提供資金,如果需要這樣的資金的話,並且,或許也可靠他取得具有必要設備的工業實驗室的合作。
我得知,德國如今對它占領的捷克斯洛伐克的鈾礦所出產的鈾實際上已經禁售。竟然采取這一先發製人的行動,其原因大概毋庸解釋。因為德國外交部國務秘書的兒子魏紮克被任命參與柏林凱撒·威廉研究所的工作,在該研究所裏,眼下正進行著若幹美國對鈾進行過的研究。
忠誠於您的愛因斯坦
這封信於1939年10月11日交到羅斯福總統手裏。美國政府立即任命了一個“鈾顧問委員會”,陸軍、海軍也首批撥出六千美元的款項,供科學家們購買實驗用材料。
核反應堆
各位讀者,我們知道哈恩和邁特納已經證實中子能使鈾核裂變,並能放出能量。但隻用少量的中子進行一次轟擊,產生的能量當然有限。費米現在需要大量的中子,大量的裂變,他推想,當鈾核受到一個中子轟擊而分裂開來時,它自己同時也會放出一個或幾個中子,這些中子再去轟擊其他的鈾核,又放出中子,於是裂變就可以不斷進行下去,不斷放出能量,這叫“鏈式反應”。這就是說哈恩是發明了一根火柴,能擦著火苗,但是立即就熄滅了,而費米則要想法點燃一堆幹柴,讓它能持久地燃燒。
鈾原子核裂變示意圖
怎樣點燃呢?這就用得著費米發明的慢中子的辦法了。那個在魚池中的發現,雖然當年柯比諾教授曾要求申請專利,可是戰亂驟起,他們哪兒有心思去管這個。想不到這時派上了用場。當初的小小實驗是用石蠟和水來減慢中子,現在費米準備用石墨代替。將鈾塊和石墨塊間相隔堆放,這就名副其實地成了一個“堆”——原子能反應堆。隻要將一個中子源(它相當於一根點火的火柴)一點燃,堆中就可以不斷地裂變,不斷地放出中子,實現鏈式反應了。
點燃之後又怎樣控製呢?一旦中子釋放過多,鈾核迅速裂變,這就是科學家所說的“臨界狀態”,將有爆炸的危險。這時的辦法就是趕快吸收中子,所謂控製就是控製中子的數量。世上的鈾原子核裂變表明,事物總是有矛就有盾,一物降一物。中子能將鈾核打開,有如此威力,可是專有一種物質能吃中子,這就是鎘。在石墨和鈾堆中插進一些鎘棒,隻要調整鎘棒就可以控製反應的強弱了。
1941年12月7日,日本飛機突襲珍珠港,太平洋戰爭爆發,美國對日宣戰,德、意和日是法西斯同盟,當然不能坐視不理,立即也向美宣戰;美國隨即又向德、意宣戰。一場世界大戰的鏈式反應馬上升到“臨界狀態”。這時,美國總統就更關心那個鈾的鏈式反應有何進展,“鈾顧問委員會”匯報了工作,總統命令集中一切必要的人力物力加速進行。
芝加哥大學的室內網球場現在完全成了一個軍用場所,老遠就崗哨層層,閑人不得靠近。汽車不斷將一些黑色的磚塊運到足球場的看台後麵。這些黑磚就是石墨塊。它柔軟光滑,就是我們平常用的鉛筆芯的原料。為了建造這個反應堆他們幾乎征調了全國可以找到的石墨,那些石墨商不知道為什麽這個地方突然像水庫出現了一個大漏鬥一樣,石墨流水般地被吸進這個無底洞裏。事後他們才知道這個堆用的石墨足夠為地球上的每一個人做一支鉛筆。
再說網球場內現時已完全成了一個“煤黑世界”。二十個物理學家,還有幾個必要的幫工助手,現在早已統統變成黑人。他們的臉上、脖子上、手上、鼻孔裏全都是石墨細粉。石墨磚要用機器切削成一定規格,自然就粉末四揚。這時的地板上比任何打蠟的舞池都要光滑,這些物理學家們常常不小心就會摔一個跟鬥,汗水在他們的臉上衝出一條條小溝。“冶金實驗室”的學者們,要論外表,和一個井下的挖煤工人已完全沒有兩樣。
鈾塊和石墨塊一層層地往上疊放,共疊了五十七層,現在這個堆已經快頂住屋頂了。費米想到空氣會吸引中子因而影響繼續裂變,應設法使堆與空氣隔絕。能幹的助手安德森立即找到橡膠商,要定做一個六邊形的橡膠布“盒”,以便把整個反應堆全都罩進去。橡膠商從未承攬過這種加工品,瞪著大眼睛問:“幹什麽用的?”
“一個大氫氣球。”
“氣球怎麽是六邊形呢?”
“您不必多問,反正給您錢就是。不然,我去找別人訂貨。”
六邊形“氣球”拿來了,反應堆的最後安裝就在這個大“氣球”裏進行,不過後來發現不抽掉空氣也可正常反應,所以“氣球”有一麵始終沒有封口。
1942年12月6日,這個曆史上有紀念意義的日子來到了。
這天一早,那些渾身汙黑的物理學家突然變得幹幹淨淨。反應堆的建造工作已經完成,現場也已打掃幹淨,地板重又露出木紋。核反應堆馬上就要開始點火,人類是否可以從原子內部得到可供使用的能量,就決定於今天上午。
科學家們大部分都撤離到反應堆對麵的平台上。堆旁邊隻留一個人——韋爾,他手扶著從堆裏伸出來的一根長棒,這是鎘棒。反應的快慢將由他通過這個棒來控製。但是這還不保險,堆上又爬上去三個年輕人,他們自己稱為“自殺小組”,準備在反應堆一旦失去控製就從上往下灌鎘液,以“撲滅”這場原子火災。
芝加哥大學
費米擔任現場指揮,他說:“現在我們將抽出鎘棒,鏈式反應就會自動進行,蓋革計數器會用聲音報告反應的強弱,而這支描筆將在紙上自動描出一條指示輻射強度的曲線。好,韋爾,開始吧!”
韋爾將鎘棒抽出一英尺,計數器開始哢嗒哢嗒地響起來,描筆畫出一條向上的曲線。
“再抽一英尺!”
計數器的聲音響得更急,大家都屏息靜氣,有的人額頭上已經滲出汗珠,大廳裏靜得就是有根針落地也會哐然有聲。這時計數器一聲聲地響著,像錘子敲在人的心上。誰知道這個堆會不會突然像一顆大炸彈那樣爆炸呢?
費米宣布:“現在反應堆已進入正常的鏈式反應。”
堆頂上的“自殺小組”更加警惕,準備好的鎘液已經提在手中,現在正是最緊要的關頭。全體人員都注視著各種記錄儀,這樣共二十八分鍾之久。費米將手舉在空中向下一劈說:“停止!”
試驗成功了!大家互相握手、擁抱、祝賀。而威格納(就是勸愛因斯坦上書總統的那位匈牙利物理學家)突然拿出一瓶基安提酒,原來今天上班時他就悄悄在大衣口袋裏塞了一瓶酒,他知道一定能夠成功。威格納將酒分倒在許多紙杯裏,在場的人每人一杯。喝完後大家又在酒瓶的硬紙護殼上簽了名,然後就去忙著收拾現場,整理數據。格林沃爾特也立即握著格羅夫斯將軍的手說:“太精確了,簡直像一隻瑞士手表,我們公司同意生產了,馬上就簽字!”
正當各人都在忙自己的事情的時候,誰也沒有注意,有一個叫沃特姆伯格的青年物理學家將那個有大家簽名的空酒瓶收了起來,這是一件最好的紀念品。十年後的又一個12月2日,芝加哥大學舉行反應堆實驗十周年慶祝會。沃特姆伯格當時正在外地,他特意將這隻空酒瓶寄給慶祝大會。但是他又怕酒瓶會打碎,於是就加了保價費一千美元。一隻空酒瓶竟值千元,這件事立即成了轟動報界的新聞,而專營基安提酒的商人也因此大賺其錢。芝加哥大學的這個足球場的看台後麵,若幹年後掛了一塊金屬牌,上麵刻著這樣一行字:
人類在這裏實現了第一次鏈式反應,從而開辟了在受控條件下釋放原子能的道路。
這裏也因此而聞名,成了一個旅遊者的參觀點。
1942年12月2日試驗成功的核反應堆產生的動力還是很小的,它剛能點亮一隻小電燈,幾天之後也才可以點亮四盞家用電燈。但是這不要緊,隻要邁出第一步就不愁走不完萬裏路,隻要摸清原理就會暢行無阻。瓦特最初發明的蒸汽機隻能為煤礦排水,但是以後它幾乎用於所有的工業、交通,關鍵是它開辟了一條新路——將熱能轉變為機械能;法拉第最初用磁鐵和線圈做實驗時隻能使電流計的指針微微偏動,但他也開辟了一條新路——使磁變電,於是帶來了一個電氣時代;現在費米的原子反應堆雖然功率還很小,但是他也開出了一條新路——使原子核能轉變成熱能或其他能,帶來了一個原子時代。這驗證了愛因斯坦的偉大理論,E=mc2,質能是可以互變的。
自從費米那個隻能點亮一個燈泡的反應堆問世以來,各種反應堆立即發展起來,有專門提供動力的動力堆,有用於科學實驗的研究堆,有生產核燃料的增殖堆,新能源展示出廣闊的前景。以核能發電來說,一座功率為一百萬千瓦的大型火力發電站,每年要燒三百萬噸煤,為此電廠得有運煤專線,一輛火車得運上千個來回;而同樣功率的核電站,隻要六輛卡車一次就能把全年的燃料運來,而且這樣可以省出大量的煤去做化工原料;用蓄電池發動的潛水艇,隻能在水下潛行幾天,然後再浮出水麵充電,可是,換成核動力可以十年不換燃料。
反應堆除提供大量能源外,還可以用來製造同位素。我們把各種元素放在反應堆的管子裏,經過中子照射就變成了新的放射性同位素。這些同位素由於它們的放射性表現出來的穿透作用、能量、熒光效應、特殊生理效應等等,它們在工業、農業、醫學、生物學、考古學、宇宙探索等許多領域都有重要作用。比如害蟲常會鑽到種子、土壤、樹皮裏麵,一般化學殺蟲劑無能為力,這時用穿透力很強的γ射線一照射,便使它斷子絕孫。還有金屬內部在鑄造、焊接時會出現極小的砂眼、裂縫,肉眼是絕對不能發現的,這時隻要用γ射線拍一張片子就會清清楚楚地顯示出來。如同人們對力學、光學、電學的探索一樣,對原子內部的探索已經給人類帶來了受益無窮的好處。
康普頓靈機一動回答道:“是的,我是康普頓。科南教授,我想您一定很願意知道,那位意大利航海家已經登上新大陸了。”
“真的嗎?”對方聽懂了,高興地大喊起來。“當地的居民對他友好嗎?”
“很友好,每個人都安全登陸,並且感到很愉快。”
這是一個很聰明的、在科學史上留名的一次著名的電話。意大利人哥倫布1492年發現新大陸,過了四百五十年後,正好是中間兩位數倒換一下,另一個意大利人費米在原子世界裏又發現了一塊新大陸。
康普頓教授還處在興奮之中,這時格羅夫斯將軍走過來,他伸出一隻大手說:“祝賀您,康普頓教授。既然試驗已經成功,我們的下一步計劃就該立即實施了吧?”
格羅夫斯說的下一個計劃是什麽?且聽下回分解。