釋放核能（中）

張開遜

核裂變的發(fā)現正值第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，特別是納粹德國已經開始加緊進行鏈式反應的研究，這讓許多科學家預感到制造核武器的危險。1939年7月，流亡到美國的匈牙利物理學家西拉德和維格納（1902—1995）秘密找到愛因斯坦，希望借助他的名望給美國總統(tǒng)羅斯福（1882-1945）寫信，促使美國先于納粹德國造出核武器。1939年8月2日，愛因斯坦簽發(fā)了給美國總統(tǒng)羅斯福的信。1941年12月6日，美國政府做出制造核武器的決定。1942年9月，美國成立由三名官員和兩名科學家組成的委員會，主持制造核武器的龐大工程，代號“曼哈頓工程”。投入該項計劃的有2000多名文職人員、3000多名軍事人員，其中有1000多名科學家，包括大批受到納粹德國迫害逃往美國的歐洲著名物理學家、數學家和工程技術專家。

實現核爆炸，需要有一定數量的可以發(fā)生核裂變的材料。然而，在天然鈾中，鈾235只占0.7%，其余99.3%都是同位素鈾238，它吸收中子卻不發(fā)生裂變。1940年，美國物理學家麥克米倫（1907—1991）發(fā)現鈾238在俘獲一個中子后，會變成另一種新的元素镎239。同年，美國核化學家西伯格（1912—1999）發(fā)現镎原子核會釋放電子，而且它們中的大部分在幾天之后就變成了可以發(fā)生裂變反應的钚239。于是，制造核彈便有了兩種材料來源途徑，一種是從天然鈾中提純鈾235，另一種是把鈾238變成钚239。

為了研究鏈式反應實現的條件，嘗試利用天然鈾中的鈾238制造钚，1942年10月，由費米領導的一個科研小組在美國芝加哥大學建立了一座6米高的核反應裝置，它由石墨層和鈾層相間堆砌而成，人們稱它為核反應堆。反應堆中的石墨用于鈾原子核裂變時減慢中子的速度，以使它們有效地引發(fā)下一級核反應。反應堆中還插有許多鎘棒，用來吸收中子，以便控制核反應的強度。當鎘棒抽出時，核反應便即刻開始。1942年12月2日，這座反應堆開始運行，當時運行功率只有0.5瓦，10天后上升到200瓦。這是自古以來人類首次實現原子核自行發(fā)生持續(xù)的鏈式反應，開創(chuàng)了可控核能釋放的歷史。

1945年7月，美國制造出三顆原子彈，其中一顆是鈾彈，兩顆是钚彈。制造鈾彈所需要的鈾235裂變物質，是用強大的磁場從天然鈾原料中一個原子一個原子挑揀出來的；钚239是用原子反應堆產生中子照射不能裂變的鈾238，慢慢制造出來的。美國在田納西州橡樹嶺建造生產核裂變材料的工廠，當時制造這些材料的用電量曾達到全美國當時用電量的1/3。為了獲得分離鈾235所需要的磁場，美國政府曾經向國庫借了幾噸白銀，制造產生磁場的線圈。按照1940年的購買力計算，曼哈頓工程共耗資30億美元。

同年7月16日凌晨5點30分，美國在其新墨西哥州沙漠進行第一次核爆炸試驗——引爆了一顆钚彈。爆炸之前，這顆原子彈安放在豎立的鋼架上，人們穿著厚厚的防護服，戴著深黑的護目眼鏡，躲在16千米之外的掩體里觀看。原子彈的主要設計者費米也在掩體里以焦慮的目光注視即將爆炸的核彈。他喃喃地說：“它爆炸的時候會不會引燃地球的大氣呢？”

爆炸發(fā)生的時候，天空中出現了異常明亮的閃光，在300千米之外可以看到；爆炸的聲音在160千米之外可以聽到。人們看見一個火球翻騰升起，直到3千米高空才熄滅，隨后一朵蘑菇云升起，高達12千米。安放原子彈的鋼架全部氣化消失；爆炸中心處被炸出一個直徑400米的大坑；直徑800米范圍內，砂石熔化成黃綠色玻璃狀物體。在距離爆炸中心800米的地方，原先嵌在堅實的混凝土基座中的一個70米高、40噸重的鋼塔，爆炸時被沖擊波推倒、扭曲、撕裂；在爆炸中心半徑1600米范圍內，所有動植物全部死亡。當天空出現明亮閃光的時候，掩體中有幾個人由于過度興奮忘記戴護目鏡，以致3秒鐘之后永久地失明了。4小時之后，監(jiān)測爆炸威力的儀器數據計算的結果是，它相當于2萬噸TNT炸藥。

當初，愛因斯坦和西拉德建議美國研制原子彈，為的是避免納粹德國搶先研制出原子彈為人類帶來災難。1945年5月8日，納粹德國宣告無條件投降后，西拉德于同年7月聯(lián)合60多位科學家將請愿書緊急送交白宮，希望美國不要使用原子彈。請愿書中寫道：“一旦它們（原子彈）作為戰(zhàn)爭工具被使用，那么想要長期阻止原子彈的引誘就很困難了。”然而，這種努力無濟于事，美國總統(tǒng)杜魯門（1884-1972）下令向日本投擲試驗剩余的兩顆原子彈（當時美國總統(tǒng)羅斯福已經去世）。

1945年8月6日，美國空軍的飛機向日本廣島投下第一枚原子彈，摧毀了城市70%的建筑，炸死118661人。這是一枚鈾彈，威力相當于1.3萬噸TNT炸藥。當時，一批從事核科學研究的德國物理學家，包括最早發(fā)現核裂變的哈恩等人已被盟軍抓獲，關押在英國劍橋附近的一個小鎮(zhèn)監(jiān)獄，英國人一直在監(jiān)聽他們的談話。據解密的監(jiān)聽記錄披露，這一天的白天，無線電廣播電臺報道了廣島的核爆炸，關押在監(jiān)獄中的這些科學家都不相信是原子彈爆炸，認為美國人不可能制造出來。晚間，廣播電臺報道了關于這次爆炸的更多細節(jié)，他們不再懷疑是核武器，但猜測“大概美國人扔下了一個失控的原子反應堆”。

8月8日，日本核物理學家西名奉日本天皇之命到爆炸現場考察，發(fā)現距爆炸中心200米范圍之內，所有瓦片的表面都被燒熔了0.1毫米。在廣島原子彈死難者紀念館中，至今可見一段由幾塊巖石砌成的臺階的一部分，其中一塊石條上有屁股大小的一個影子——這是距爆炸中心280米處的一家銀行正門的臺階，當時有一個男子正坐在這里等他的朋友。

在第一顆原子彈在廣島爆炸之后三天，亦即8月9日，美國空軍的飛機向日本長崎扔下另一顆原子彈，這是一顆钚彈，也是當時美國人手中的最后一顆原子彈，其威力相當于2萬噸TNT炸藥，它摧毀了長崎60%的建筑，死亡7.4萬人，重傷7.5萬人。

1945年8月15日，日本宣布無條件投降。第二次世界大戰(zhàn)宣告結束。

當初，核武器以維護和平的姿態(tài)出現在人類活動的舞臺，但旋即成為野心家爭奪世界霸權的手段，美國和蘇聯(lián)之間開始了瘋狂的核軍備競賽。

就在美國于極其保密的情況下研制原子彈的時候，蘇聯(lián)也開始了原子彈的研制。1949年8月29日，蘇聯(lián)爆炸了第一顆原子彈。美國感到自身失去了核武器的優(yōu)勢，便決定立即開始研制另一種更具毀滅性的武器——氫彈。

制造氫彈的原理，是讓氫原子核在高溫下“聚合”成重核釋放能量，從而產生巨大的破壞力。同樣質量的核聚變物質，其產生的能量比核裂變大4倍。

制造氫彈的構想，源于人們對太陽的研究。早在20世紀20年代，科學家已經認識到太陽產生強大的光和熱，是由于構成太陽的物質發(fā)生核聚變而不停地釋放能量。這種在高NT進行的聚合反應稱為“熱核反應”，早在太陽形成時已經出現。1937年，出生在法國的美國物理學家貝特（1906—2005）提出，太陽中進行的熱核反應是氫聚合成氦，氫變成氦時質量會減少，這部分減少的質量轉化為能量。

1942年，流亡到美國的匈牙利物理學家泰勒（1886—1975）曾提出利用原子彈爆炸產生的高溫，使氫的同位素氘和氚發(fā)生熱核反應制造氫彈。氘和氚的化學性質與氫相同，但其原子核結構不一樣。氫原子核中只有1個質子，而氘原子核中有1個質子和1個中子，氚原子核中有1個質子和2個中子。當發(fā)生熱核反應時，氘和氚聚合成氦釋放能量。泰勒打算用人造的太陽制造毀滅性武器。

在蘇聯(lián)第一顆原子彈爆炸4個月之后，美國總統(tǒng)杜魯門簽發(fā)了制造氫彈的命令。1952年，由泰勒領導的科研小組制成第一顆氫彈，他們采用液態(tài)氘作熱核燃料，里面有一枚原子彈，還有一枚使原子彈起爆的普通炸彈。由于液態(tài)氘需要零下200攝氏度以下的低溫，因而連同制冷設備，這枚氫彈共重65噸。當年11月1日清晨，在太平洋馬紹爾群島附近的一個小島，美國進行了氫彈爆炸試驗，結果在海底炸出一個直徑約2000米、深50米的大坑，爆炸時火球圓頂直徑大約6.5千米。而當蘑菇云升起的時候，人們從遠處的飛機上看到這個小島已經消失。這枚氫彈的爆炸力相當于1300萬噸TNT炸藥，大約是1945年投在廣島的原子彈威力的1000倍。

1953年8月12日，蘇聯(lián)在北極圈內的一個島上爆炸其研制的第一枚氫彈。這枚氫彈與美國剛剛爆炸的氫彈不同，它不用液體氘作燃料，而是采用氘和鋰的固體化合物。當原子彈起爆時，裂變產生的大量中子使鋰核變成氦和氚；在極高的溫度下，氘和氚發(fā)生熱核反應，放出大量中子；這些決速中子又使外層的鈾238裂變產生更大的能量。這種氫彈連續(xù)發(fā)生三次核反應，裂變聚變一裂變，其產生的破壞力巨大，并且造成嚴重的裂變產物——放射性污染。由于不再采用液氘，無需制冷，大大地減輕了重量，因而這種“干式”氫彈可由飛機裝載投放。這枚氫彈的總設計師是年僅32歲的青年物理學家薩哈羅夫（1921—1990）。至此，美國氫彈領先的優(yōu)勢僅維持了9個月。

1954年3月1日，美國在太平洋的比基尼島試爆了威力相當于1000萬噸TNT炸藥的“干式”氫彈。

1955年7月15日，52位諾貝爾獎獲得者在歐洲聚會發(fā)表《宣言》，表達對人類深深的憂慮。因這次會議地點在邁瑙，這份《宣告》又稱為《邁瑙宣言》。

《宣言》寫道：“我們愉快地貢獻一生為科學服務。我們相信，科學是通向人類幸福生活之路。但是，我們懷著驚恐的心情看到，也正是這個科學在向人類提供自殺的手段。軍事上利用現有的武器可導致放射性物質的擴散，這種擴散將成為整個民族死亡的原因。這種死亡不僅威脅交戰(zhàn)國家的人民，同樣威脅中立國家的人民。如果大國之間爆發(fā)戰(zhàn)爭，誰能擔保戰(zhàn)爭不會轉變?yōu)槭馑赖牟贰Ｃ懊涟l(fā)動總體戰(zhàn)爭的國家將加速本身的滅亡，并將給整個世界造成威脅?！?/p>

《宣言》簽名者包括核裂變研究的奠基人博特、哈恩、伊倫娜·居里、約里奧·居里和英國哲學家羅素（1872-1970）。其時，愛因斯坦和費米已經去世。

科學家在揭示了原子核的奧秘、發(fā)現了利用核能的方法之后，他們已無法控制這些科學成果的使用。

1961年，蘇聯(lián)又在北冰洋的新地島爆炸了一枚威力相當于6000萬噸TNT炸藥的氫彈。這是世界核試驗中最人的一：次爆炸，沖擊波繞地球三圈，頭一圈用了6個半小時，具有巨大破壞力的沖擊波的速度相當于聲音速度的5倍。

當氫彈破壞程度大到已經難以想象時，美國和蘇聯(lián)之間又開始了新一輪核武器競賽。從20世紀60年代開始，核彈裝上了火箭，速度與破壞力開始聯(lián)姻。

1963年，美國制造出爆炸力相當于1000萬噸TNT炸藥的核導彈，射程1.5萬千米，可以飛越半個地球，命中精度1500米。

與此同時，蘇聯(lián)制造出裝有3枚核彈頭的核導彈，每枚彈頭爆炸力相當于500萬噸TNT炸藥，合計爆炸力1500萬噸，每枚彈頭可以分別擊中各自的目標，命中精度650米；該國還生產了大批單一彈頭核導彈，其爆炸力為2500萬噸TNT炸藥。

20世紀80年代中期，美國又制造出每個帶有10～20枚核彈頭的導彈，每一枚核彈破壞力為30萬噸TNT炸藥，可以分別命中目標，命中精度150米。

在第二次世界大戰(zhàn)之后的50年間，美國生產了7萬枚核彈，蘇聯(lián)生產了5.5萬枚。它們的破壞力有的相當于1萬噸TNT炸藥，有的相當于數千萬噸，一般單枚爆炸力相當于50萬噸，相當于40顆當年投在廣島的核彈。在核軍備競賽最狂熱的時期，美蘇兩國每年分別生產1000多枚核彈。目前，一枚小型核導彈的破壞力，相當于第二次世界大戰(zhàn)中1000架飛機轟炸的效果。

第二次世界大戰(zhàn)期間，交戰(zhàn)各方使用的所有爆炸物總計約為1000萬噸，20世紀90年代，世界核武器的爆炸力超過其1000倍。若按全世界有60億人口計算，平均分攤到每個人的核爆炸力，相當于2噸以上TNT炸藥。到2007年初，俄羅斯核武庫擁有近1.55萬枚核彈頭，其中5670枚核彈處在戰(zhàn)斗值勤狀態(tài)；美國擁有9660枚核導彈，其中5735枚在役?；蛟S，人類與動物之間的最大區(qū)別是，動物知道自己需要什么，而且知道需要的程度，而人類卻不然。

任何人都難以想象如果發(fā)生核戰(zhàn)爭將是什么后果。蘇聯(lián)氫彈之父薩哈羅夫曾在他的后半生奔走呼號，反對核軍備競賽，因此被當局監(jiān)禁。他在一封告誡人們的信中說：“偶然事件、瘋狂或無控制的核升級，都可導致全面的熱核戰(zhàn)爭，這將使人類毀滅的危險變得越來越現實?！睈垡蛩固菇K生后悔他簽署了給羅斯福的信。第二次世界大戰(zhàn)之后，他奔走呼號，呼吁禁止制造和使用核武器。有一名記者曾問他：“你認為第三次世界大戰(zhàn)將會怎么打？”他回答說：“我不知道。但我知道第四次世界大戰(zhàn)怎樣打，用石頭和木棒。”因為核彈可能已使世界的物質資料、生產能力，以及人們可以享用的財富摧毀殆盡。

1999年1月4日，美國學者布洛克曼在他的網站向世界征詢答案：“你認為兩千年來對人類影響最大的發(fā)明是什么？為什么？”在不計其數的回答中，排在第二位的是“原子彈”，理由是“它能在幾秒鐘內使人類回到石器時期”。

失控的核裂變或熱核反應有巨大的破壞作用。然而，可控的核反應能夠非常有效地解決人類面臨的能源問題，即用人為的方法控制核反應的強度和規(guī)模，使原子核溫和持久地釋放能量，為人類提供所需能源。（未完待續(xù)）