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神秘的曼哈顿工程(2)
http://www.100md.com 2015年7月1日 《百科知识》 2015年第13期
神秘的曼哈顿工程

     不过问题又来了,应先生产铀-235,还是钚-239呢?其实,无论生产哪一个,都需要建造核反应堆,以获得必要的数据。1942年11月,来自意大利的物理学家恩里科·费米看上了芝加哥大学体育场看台下的一个小球场,他与西拉德在这里主持建成了世界上第一座核反应堆。其中使用的裂变材料是铀-235,减速剂是石墨。

    在实验工作不断取得进展的同时,为了获得铀-235或钚-239,美国人先在田纳西州的克林顿镇建立中间试验工厂的核反应堆,以从工艺上保证钚的生产和分离。为了生产足量的钚,又在华盛顿州靠近哥伦比亚河的汉福德地区建立了一座秘密的原子城。汉福德地区后来又建成了3座大型核反应堆,曾有6万人在这座原子城中工作。

    铀-235的生产基地是田纳西州的橡树岭。在这里分离和浓缩铀-235要借助3种方法,即电磁分离法、气体扩散法和热扩散法。从工艺上讲,在橡树岭是3种方法齐头并进。在工厂建设过程中,有40万人参加,仅仅在两周内,运到橡树岭的物资就有128个车皮。在工厂的设备中要大量使用铜材,但正值二战,铜的供应难以保证。所以,为了“曼哈顿工程”,美国政府决定使用国库中的白银,以弥补铜材的短缺。在工程中使用的白银就达31.4万吨,可见美国对原子弹研制的重视。在橡树岭工程中,建造第一个工厂就花了3亿多美元,而建造另两个工厂也是花费巨大。在生产过程中,还要消耗大量的电力,这也是一大笔开销。但这仅仅是“曼哈顿工程”的开始,在有了核裂变材料之后,还要装配成原子弹,然而此时谁也不知道该如何完成这个任务。
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    任用奥本海默

    为了能装配成原子弹,1943年,美国在西部新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯建立了实验室。在实验室中要进行原子弹的爆炸研究、原子弹的结构设计和弹体的具体制造以及炸弹的总装配。但是,确定实验室的主任一职由谁来担任颇费周折。在实验室建立之初,一些人对奥本海默担任负责人很不以为然。主要的反对意见是,奥本海默缺乏领导一个大型实验室的经验,更何况他的头上并没有诺贝尔奖的光环。最后,“曼哈顿工程”总负责人格罗夫斯力排众议,坚持推荐奥本海默。这样,在1943年7月,不惑之年的奥本海默被任命为洛斯阿拉莫斯实验室主任。

    奥本海默是一位著名的理论物理学家。他23岁就在德国哥廷根大学跟随马克斯·玻恩获得了博士学位。他因与丹麦物理学家玻尔发明了处理分子的“奥本海默-玻尔方法”而闻名。1941年10月,物理学家康普顿组织了一个原子武器研讨会,奥本海默在会上提出了制造一枚原子弹所需要的铀-235的量。1942年秋,奥本海默向格罗夫斯建议,把美国、英国和加拿大的原子物理学家集中起来,加强协作,使理论研究、实验研究及工程技术的开发结合起来。这样,科学家的作用将会极大地发挥出来,并且还有利于保密。奥本海默的这个建议得到格罗夫斯的支持,并且最终促成了洛斯阿拉莫斯实验室的建立。奥本海默
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    实验室建立后,临时从4所大学调来4台粒子加速器,后来又新建了3台粒子加速器、2座小型核反应堆。在奥本海默的领导下,科学家的才能被充分调动起来,特别是英国物理学家把钚装料原子弹的内爆原理解决之后,使原子弹的最后装配取得了突破。在克服了理论、方法、材料以及技术工艺上的种种难题后,到1945年7月,他们造出了3颗原子弹。一颗原子弹的核装料是铀-235,被称为“小男孩”,另外两颗原子弹的核装料是钚-239,被称为“胖子”。奥本海默认为,铀装料的原子弹似乎没有什么问题,可以不经过试爆就投入实战,只是它的威力有多大,尚无把握。对于钚装料的原子弹,能否投入实战是需要试爆的,因为它的内爆原理比较复杂,需要安排试爆。为此,奥本海默将这次试爆命名为“三位一体”。他们还找到一块试验场地,由于这个地方极度缺水,因而被称为“死亡地带”。在奥本海默心里,这里马上就要成为名副其实的“死亡地带”了。

    未来的爆炸点也正在施工,主要任务是在混凝土的基座上竖起一座高达30多米的铁塔。由于要把原子弹安放在塔顶,所以塔中安装了一台价值2万美元的电动绞车。不过,爆炸试验前的工作并不顺利,主要是一些设备没能按时送达。为此,相关负责人把原定于1945年7月6日的试爆时间推至7月16日。
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    7月13日,密封在盒子中的原子弹部件被运到一个房间之中,人们把原子弹的部件与起爆装置组装在一起。第二天,高能炸药运到现场。正是这个炸药装置将要把两个半球状的钚部件挤压成一个球形,并使之在瞬间产生链式的核裂变。

    链接3:

    “曼哈顿工程”中的诺贝尔奖“光环”

    对于铀和钚的分离以及相关的基础物理研究工作,美国国防研究发展局相应地成立了3个单位,并由3位科学家负责。这3位科学家都获得过诺贝尔奖。H·C·尤里由于发现氘而获得1934年诺贝尔化学奖,他负责扩散法和离心法的研发;E·O·劳伦斯由于发明回旋加速器而获得1939年诺贝尔物理学奖,他负责电磁分离法的研发;A·H·康普顿由于发现X射线的散射效应(也被称为“康普顿效应”)而获得1927年诺贝尔物理学奖,他负责链式反应的基本物理研究。

    热胀冷缩的“考验”

    当专家们都到达现场后,他们进入了组装原子弹的房间中。大家看到一个棕色的纸包,打开纸包后就看到两个钚半球,在表面镀上了镍层,看上去闪闪发光。另外,还有作为起爆装置的放射性铍和一个反射器圆塞筒。专家们的工作是把这几样东西拼接在一起。

    俗话说“好事多磨”。工作人员先把高能炸药放在一块垫木上,再将装着钚的圆塞筒插进高能炸药中心的深孔之内,但他们吃惊地发现,这个圆塞筒无法插进深孔之内。这是为什么呢?好像造物主有意要考考这些科学家的智慧。, 百拇医药(王洪鹏 刘树勇)
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