太平洋海战之126：核弹之祖

太平洋海战之126：核弹之祖

，芝加哥一号堆启动成功，这是人类制造的第一个自持续链式反应机构。数百吨的庞然大物，输出功率只有0.5瓦而已，手电筒都点不亮。但就这半瓦功率的庞然大物，成了所有核弹、核能的先祖。

1942年12月2日

有点像当年那占了几个房间的计算机

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西拉德（LeoSzilard）1898年生于匈牙利的一个犹太家庭，1916年进入大学后，学业因一战中断。战后匈牙利一片混乱，于是他在1919年前往德国，并将专业改成物理学。

1930年，西拉德入籍德国。希特勒上台后，西拉德意识到苗头不对，于1933年移居英国。也就在刚到英国的时候，他自己构想出了核裂变的链式反应---------这倒不是他的首创，1912年的时候就有一德国化学家提出了类似的构想，不过不是核而是分子级别的，那是个化学家。

意识到欧洲即将爆发大战，西拉德于1938年远走美国，同年12月，德国科学家哈恩发现核裂变。哈恩的论文发表后，西拉德做了相应的试验验证，也看到了裂变背后蕴藏着的极大危机。，深感忧惧的西拉德上书罗斯，这就是著名的“西拉德/爱因斯坦联名信”。这信由西拉德起草，爱因斯坦就签个名而已。

1939年8月2日

当然了，爱因斯坦的名不是随便签的。

曼哈顿计划超级庞大，这封信是第一步。

费米生于1901年，在17岁入学比萨高等师范学校（Scuola Normale Superiore di Pisa）的附加测试中，他用傅里叶分析法写出了长杆震动的偏微分方程。考官当场拍板“就他了”，而且预言费米将来必有大成。

这里有3个有意思的事：1、天才是无法用勤奋弥补的；2、数学是万物之源，没有数学功底的话就不可能有他将来的成就；3、那学校到现在也只有不到600人，其中本科/研究生各半，但百多年来得了3个诺奖，精华程度跟加州理工有一比。

1938年12月，费米因慢中子及发射性的研究获诺贝尔奖，拖家带口去瑞典领奖之后，远渡重洋直接去了纽约。原因，是当年早些时候墨索里尼颁布了种族法，这跟费米本人没关系，但他妻子Laura Capon是犹太人。

1939年初在纽约刚下船，费米就收到了N个大学的邀请，他选择在哥伦比亚大学落脚当了教授。

纳粹德国的科研能力在当时还是很强的，但将来必定衰落。想想看，费米、西拉德、爱因斯坦、玻恩等精英中的精英都跑了，纳粹怎么会有未来？这是纳粹必败的原因之一，另一个，就是西瓜圆不圆的问题。

扯的好像有点远。

1938年德国人发现裂变之后，居里等三位法国人进一步发现中子轰击铀核时，铀核裂变会产生更多的中子。也就是说，消耗一个中子，会产生两个或以上的中子，这让持续裂变即链式反应成为可能。

法国人实验数周之后，费米也进行了同样的实验，并提出一个中子再生因素K：K小于1，链式反应不能自持续；不加限制，K将以几何级数的方式增长，即K平方、K三次方…….这就是核弹；用石墨等吸收中子，将K控制在1.03~1.04的水平，链式反应就能自行维持，向外输出能量，即核反应堆。

当然这要配合临界质量，不再多说了。

在那封联名信之前几个月，费米也想到了核弹的问题，在海军部做了个裂变武器化的讲座。不过这东西实在太新颖太深奥太匪夷所思，凡夫俗子是没法理解的，所以海军部只拨了1500美刀给哥大，算是打发了费米。

相比之下，曼哈顿工程花的是20亿。

当然，费米也不是神，虽然他认为武器化是可能的，但他认为那只是一个方向，在可预见的未来不会实现，因为他觉得核弹会非常巨大比如几百吨，不具实战意义。直到1940年8月英国“不列颠科技代表团”访美进行科技交流，费米才被英国人点醒。

1941年9月，费米拿着4万美元拨款开建反应堆。他的做法很简单，就是将氧化铀放在20公分见方的铁皮罐里，四周围上高纯度的石墨块用作中子吸收，288个铁皮罐堆在一起之后，K值达到0.87。再经过一番改良，达到0.918，未能实现自持续。

当时，进行这类似实验的有好几个学校，比如普林斯顿跟芝加哥大学。为了不做重复工作，几家被迫合并或取消，只留一家专攻，1942年2月芝加哥大学的冶金实验室成立，专干这事。

实验室由康普顿负责，就是那个发现了电磁粒子性从而在1927年获得诺奖的康普顿。

费米从纽约带着团队去了芝加哥。

芝加哥人口密集是美国数得着的大城市，考虑到反应堆潜在的危险性，本来是准备建在郊外的。但那场地的清场/建设进度大幅落后，金属铀都炼出来了，那建筑都还没影。

不得已，堆址就选在芝加哥大学废弃的体育场的看台下，一个叫Stagg Field的地方。那是个半地下的建筑，体育场废弃之后就用来打壁球之类的，具体尺寸是高宽长。

8米

9米

18米

危险性方面，虽然铀核从吸收中子到裂变的时间极短，只能以纳秒计，但裂变之后放出中子的时间比较慢，是以毫秒计的。而且，费米认为链式反应单纯依赖于快中子，石墨可以减速，此外，从功率峰值到堆芯熔化要好几分钟的时间，这时间足够将中子吸收剂扔堆里。

康普顿想了想也有道理，就独自担起风险同意了。要汇报给校长的话，校长哈钦斯（Robert Hutchins）是教育哲学学家兼写小说的，对这个一窍不通，唯一可能的回复就是“否”。

，天下第一堆开工。

1942年11月16日

最原始的堆，当然是最原始的材料，总共就几种：截面10X的木条，长短不等；截面11X见方，长度的石墨块，上面钻两洞；压成柱状氧化铀跟金属铀棒一起做燃料；金属镉棒吸收中子；一桶镉盐一根麻绳一把斧头。

15厘米

11厘米

42厘米

然后就一层层地往上码。

木条做支撑，石墨减速，氧化铀金属铀插石墨孔里当燃料，同时镉棒也插孔里当控制棒吸收中子。一天两班倒，一班码两层，就这样一直码了57层。

当然，费米之类的不干这粗活，最多监工而已，搬砖的都是雇那些高中辍学准备在入伍前挣点零花钱的小伙子。

成品是一个占地大约见方，高度的东西，这是一个真正的“堆”，核反应“堆”就是这样来的。不过这只是木架的外形尺寸，里面真正的石墨堆是个椭圆截面。

8米

6米

这堆东西，用了45000块共计360吨石墨；45吨氧化铀、5.4吨金属铀共计19000条。

早上，50多名科学家聚在这房间的看台上，观礼启动仪式。

12月2日

点火当然不是打火机，是用放射性的铍252做中子源。抽取镉棒的控制系统将诸棒拉着缓缓升起，反应堆K值逐渐升高，然后…….意外发生，镉棒行程不足碰到什么东西掉下来了，实验终止。

小意外而已，下午2点再战，这次成功了。3点25分，盯着中子通量探测器的费米宣布反应堆达到临界质量-------与K值配合的一个参数。

费米要测试堆的控制系统，于是反应堆的测试继续，但大约半小时后中子数量过多引发警报，测试终止。整个过程中，自持续的链式反应进行了4.5分钟，输出功率约0.5瓦。（其他时间还是由中子源提供中子）

最后，那斧头是干啥用的呢？

整个控制系统是用麻绳吊着，然后麻绳通过滑轮栓在墙上。整个测试，从头到尾都有一家伙扛着斧头待命，势头不对的话，立马砍断麻绳，控制系统直接带着镉棒落下，终止测试。那桶镉盐也是差不多的作用。

当天，康普顿给国家防务研究委员会主席柯南特（James Bryant Conant）打电话汇报成功的消息，用的是暗语。

“意大利领航员抵达新大陆”

“土著反应如何？”

“非常友好”

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最后的题外话就是科学与技术不要混淆了。科学是指万有引力热力学定律链式反应等等，这些论文是公开发表没有国界的；技术，是怎么用这些理论来做打桩机、发动机、核弹，能不能做出来、做的好不好，那就各凭本事。

技术不但有国界，还有专利。

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