真•手搓核弹：Louis Slotin的光荣与代价

谨以此文致敬在世界反法西斯战争中做出贡献的科研工作者

今年是人类叩开原子时代大门的八十周年，也是广岛、长崎上空那两朵“蘑菇云”升起八十周年。每当人们谈起曼哈顿工程，谈起原子弹，脑海中总会浮现出奥本海默那深沉而坚毅的身影，还有费米、冯•诺依曼等一众科学巨匠的名字。

奥本海默是核武器“宏观设计者”的代表，他把物理学家、工程师、政治家、军方拉在一起以不可思议的效率完全了一项几乎不可能完成的任务。图片来源于网络

然而，在这星光璀璨的科学天团中，有一位青年科学家的故事同样扣人心弦且令人扼腕，他就是Louis Slotin。如果说在“二战”期间主持洛斯阿拉莫斯实验室的奥本海默是当之无愧的“原子弹之父”，那么把亲手打造世界上第一枚原子弹核心部件的Slotin称为原子弹的“接生员”也是恰如其分——那是一项险而精的工作，既荣耀也危险。

在伦敦学习期间（左）和毕业不久后（右）的Slotin。图片来源于网络

Slotin于1910年出生在加拿大温尼伯，他的父母是从帝俄（当时的俄罗斯帝国）移民到加拿大的犹太家庭。因而“战斗民族”的烙印在他身上体现得淋漓尽致，近乎鲁莽的勇敢伴随他的一生，也为他英年早逝的悲剧早早埋下了伏笔。在16岁就考进曼尼托巴大学的Slotin一向成绩优异，本科期间获得了学校颁发的物理和化学双料金质奖章，并在1933年获得地质学硕士学位。1936年，他在伦敦国王学院拿到物理化学博士学位，博士论文题目是《一些化学反应中不稳定分子的中间体研究》（“An Investigation into the Intermediate Formation of Unstable Molecules During Some Chemical Reactions”）。

Slotin在重达80吨的加速器上工作。图片来源于网络

回到北美后，申请加拿大国家研究局未果的Slotin，机缘巧合进入芝加哥大学担任研究助理，参与回旋加速器项目，从此迈进了核化学和放射化学的大门。这个在今天听起来仍十分“高大上”的项目，其实在当年预算捉襟见肘，Slotin工作头两年基本属于免费打工，还要靠家里接济度日。但这丝毫没有妨碍到Slotin的科研热情，他与生化系主任Earl Evans合作，使用从回旋加速器获得的碳-14和碳-11同位素做标记实验，证明动物细胞可以将二氧化碳固定并转化为有机物。在那个时代，将核物理技术应用于生命科学的跨界探索极具前瞻性。

在Earl Evans（左图中右侧）担任系主任的三十年间，芝加哥大学生物化学系得到了长足发展。他和Slotin的合作甚至比1961年诺贝尔化学奖得主Melvin Calvin用碳-14追踪光合作用的标记法还要早。图片来源：UChicago & Wikipedia

1942年，曼哈顿工程进入紧张阶段。积累了丰富放射化学经验的Slotin被召入芝加哥冶金实验室，与费米等物理学大师一起设计、搭建核反应堆。随后他被抽调至橡树岭国家实验室，参与钚元素的生产方法研究，之后又在1944年迁往洛斯阿拉莫斯的武器物理部，成为装配、测量、调试裂变组件的一线人员。

史上第一座核反应堆芝加哥1号堆Chicago Pile-1（左）的成功点火也有Slotin的付出，他很有可能在现场见证了这一历史时刻，但却注定缺席1946年芝加哥1号堆研究组四周年纪念的合影（右）。图片来源：Wikipedia & Wikipedia

Slotin承担了诸多临界测试（criticality tests），任务就是将铀或钚核与各种中子反射体、屏蔽体、衬料等逐步组合，摸索出最接近临界却不失控的临界质量和中子行为。如今这些数据随手可查，但在那个时候并无现成的参考，都是科研人员冒着巨大的风险一点一点用双手、用仪器测出来的。

物理学家费曼曾形象地把这种实验比作“搔弄睡龙的尾巴（tickling the tail of a sleeping dragon）”，因为每一次反射体靠近、每一次间隙缩小，都是向核心试探边界的行为，稍不留神就会引起链式裂变反应的失控。图片来源：Los Alamos National Laboratory

1945年“三位一体（Trinity）”试验前，Slotin迎来了人生的高光时刻。他亲手装配了代号为“小玩意（The Gadget）”的钚元素核心，而他最为珍视的个人纪念就是向军方交付这颗原子弹时领到的收据，代表着耗资二十亿美元（约相当于今天的三百六十亿美元）曼哈顿计划的结晶。如今“手搓核弹”只是个听起来多少有点无稽之谈的网络热梗，但恐怕没人能想到人类历史上的第一颗原子弹确确实实是“手搓”出来的。

也正是由于Slotin在组装原子弹过程中至关重要的贡献，他不仅得到了官方的认可，还被同事们打趣地册封为“美国首席军械师（Chief Armorer of the United States）”。不过让他颇感遗憾的是，由于加入美国国籍的手续还在办理过程中，作为加拿大公民的Slotin错失了前往提尼安岛基地参加对日原子弹轰炸的机会。图片来源于网络

此外，有一件事在同事中被传为传奇：1945年冬季，橡树岭核反应堆（Clinton Pile）还在运行时，有一台故障仪器急需修理。Slotin既没等反应堆停堆也没有携带辐射剂量计，就直接潜入近两米深的水下，在反应堆仍在运转时完成修复。事后估计他这次行动受到的辐射量已经足可以引起轻度辐射病。正如前文提到的，一贯对风险的轻视断送了Slotin本应一片光明的科研前途。

在 Slotin出事之前不久，已经有人在类似实验中牺牲——那就是他的助理兼好友Harry Daghlian。1945年8月21日，Daghlian在洛斯阿拉莫斯用钨合金砖块做中子反射实验，把这些砖块围绕钚镓合金裂变核心堆砌。他希望逐块靠近核心，以观察何时达到临界。但Daghlian不慎将一块砖掉入裂变核附近，反射增强导致瞬间突破临界状态，使得他遭受了大剂量的中子辐射以及伽马射线等伤害。Daghlian在受伤后坚持治疗了25天，最终还是因急性辐射病去世。

Daghlian（左及右图中坐者）与Slotin（右图右二）等同事在为“三位一体（Trinity）”试验做准备工作。图片来源：Wikipedia & Wikipedia

然而，人类历史上第一场致命的临界事故并未彻底改变洛斯阿拉莫斯的实验文化，尤其是对自己手艺颇为自负的Slotin，在临界实验操作上仍旧靠人手、靠目测、靠直觉，即便在他花了大量时间陪护临终的Daghlian之后也毫无改变。其实在战争结束之际，Slotin已经有了重返课堂、继续进行生物物理和放射生物学研究的打算。但由于他是为数不多掌握裂变核心装配技术的人员，Slotin需要确保有人接班才能卸下这一高危角色，回归学术岗位。不过命运无情，他未能走出那扇回归之门——那次螺丝刀滑落的事故，把他的生命轨迹永远定格在洛斯阿拉莫斯的危险实验室里。

1946年5月21日，Slotin正在给自己指定的接替者 Alvin Graves和其他几位同事演示临界测试操作。他用的正是那颗已被称为 “恶魔核（demon core）”的钚核心（正是Daghlian也曾使用的同一个核心）。他把两个铍半球作为中子反射体，分别置于上、下包围那颗钚核。Slotin本应在两半球之间留有支撑垫片以防它们贴合，但这次他仅仅是用螺丝刀插在两半球之间，用刀柄维持微小间隙。照片为场景重现。图片来源：Wikipedia

他左手抓着上半球，右手拿螺丝刀慢慢保持间隙。当那把螺丝刀突然滑出时，铍半球瞬间紧贴，反射中子效率猛增，钚核进入瞬时临界状态。高强度的电离辐射让空气中闪过一阵蓝光，在场人员感到一股热浪。Slotin反应过来后第一时间用手把两半球劈开，遏止了链式反应的进一步加剧。

然而，那一刻已经决定了悲剧的走向。Slotin的左手受重度辐射，他自己成为了最直接的屏障。其他同事得以幸免更大的辐射剂量，但他自己却不幸被严重照射。事后测算，他受到约21西弗的辐射，相等于在原子弹爆心一千米处所受的辐射量，远超致死阈值。在接下来的日子，他身体状况迅速恶化：腹泻、呕吐、皮肤起泡、脱水、器官衰竭、意识混乱，最终于 1946年5月30日在Daghlian曾住过的同一间病房去世，距事故仅仅过去 9 天。

事故现场的草图表明除Slotin外的其他现场人员也都受到了不同程度的辐射伤害，多人死于辐射引起或加剧的疾病。图片来源：Wikipedia

Slotin的死在洛斯阿拉莫斯和核研究界产生强烈反响。官方与同事普遍将其描述为“舍身护人”的英雄行为：他那一瞬间牺牲自己，救了在场的其他人。但也有声音指出，他本可以使用支撑件、遵守更安全的操作规程，而他这样“拿螺丝刀当限距器”的实验方式，从历史与科学伦理的角度看，是高风险且不负责任的做法。这或许是为了方便，也可能是为了速度，也可能是那种“我做过很多次”、“常在危险边缘却平安”的自信叠加惊险感。

Slotin和他亲手“接生”的原子弹。图片来源：US National Park Service

在纪念原子时代八十年的这一年，我们应当看到的不仅是原子弹的巨大威力和原子能和平利用的广阔前景，也要记住那些在尘埃和阴影中摸索、试探、牺牲的科学家们。Louis Slotin的名字，不只是核事故档案中的一行注脚，他并不是简单的“牺牲者”，而是参与那段历史的人，是那条连接微观核素世界与威力巨大武器体系的纽带，是那种勇气、好奇与谨慎交错下的科学灵魂的化身。

参考资料：

Louis Slotin https://en.wikipedia.org/wiki/Louis_Slotin

Zeilig, Martin (August–September 1995). "Louis Slotin and 'The Invisible Killer'". The Beaver 75 (4): 20–27.

Jungk, Robert (1958). Brighter than a Thousand Suns. New York: Harcourt Brace.

Anderson, Herbert L., A. Novick, and P. Morrison. "Louis A. Slotin 1912-1946." Science 104, 2695 (1946): 182–183.

Evans Jr, E. A., and Louis Slotin. "Carbon dioxide utilization by pigeon liver." Journal of Biological Chemistry 141, 2 (1941): 439–450.

Evans Jr, E. A., Birgit Vennesland, and Louis Slotin. "The mechanism of carbon dioxide fixation in cell-free extracts of pigeon liver." Journal of Biological Chemistry 147, 3 (1943): 771–784.

（本文由SulfuriumUranide供稿）