費米：核能時代的揭幕者

夏點

核能俗稱原子能，是原子核發(fā)生變化時釋放的能量，威力巨大。國際原子能機(jī)構(gòu)對和平利用、開發(fā)核能的活動積極扶持，并且為核安全和環(huán)保確立了相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)—— 人類已經(jīng)進(jìn)入全新的核能時代。核能的應(yīng)用成為緩和世界能源危機(jī)的一種經(jīng)濟(jì)有效的措施。美國物理學(xué)家恩利克·費米領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計了世界上第一座核反應(yīng)堆，成為核能時代的揭幕者。這一切，他是怎樣做到的呢？

從小樹立遠(yuǎn)大志向

1901年9月29日，費米出生在意大利的首都羅馬。上中學(xué)時，費米對物理產(chǎn)生了強(qiáng)烈的興趣四處尋找相關(guān)的書籍閱讀，也就是從那時起，他立下要當(dāng)一個物理學(xué)家的志向。

21歲那年，費米取得比薩大學(xué)博士學(xué)位，之后前往德國，在量子力學(xué)奠基人之一玻恩的指導(dǎo)下從事了2年的量子研究，次年又到荷蘭萊頓實驗室做研究工作。幾年后，他又成為意大利皇家科學(xué)院院士，并發(fā)展了量子統(tǒng)計學(xué)。成功面前，費米并不滿足，時刻想著更深的研究。

1939年初，德國物理學(xué)家哈恩發(fā)現(xiàn)了鈾核裂變這種物理現(xiàn)象。費米對此極其好奇，他想：“鈾核俘虜一個中子，然后發(fā)生裂變時會釋放巨大能量，如果這些能量又能引起下一次裂變。那么，如此循環(huán)下去，能不能產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)呢？如果能，它所帶來的結(jié)果又會怎樣？”

懷著激動的心情，費米采用當(dāng)時非常先進(jìn)的回旋加速器，證實了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不僅有可能，而且速度快得驚人——前后兩次反應(yīng)時間間隔僅五十萬億分之一秒。

領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計世界第一座核反應(yīng)堆

“一旦能夠人為地控制鈾核裂變反應(yīng)進(jìn)行的快慢速度，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自動持續(xù)下去，那么，它將在極短的時間內(nèi)釋放出巨大的能量！這種能量將是人類找到的一種全新的能源！”費米為這個設(shè)想興奮不已。

但是，怎樣才能實現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)？

費米知道，促使鈾核裂變并形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的關(guān)鍵在于中子。在絕大多數(shù)情況下，中子釋放速度太快，很難被鈾核“俘虜”，為此費米明確了下一步的研究方向——尋找減速劑。經(jīng)過大量的實驗，費米終于找到了理想的減速劑——純石墨。

1942年，費米帶著一批物理學(xué)家，開始建造世界上第一座核反應(yīng)堆。反應(yīng)堆的直徑為7米，一層石墨一層鈾，總共57層，整個反應(yīng)堆高6米。乍一看，反應(yīng)堆就像個扁球形的“爐灶”。

如果照這樣做下去，反應(yīng)堆很快就會建成，但那個關(guān)鍵性的問題——如何控制反應(yīng)堆的快慢速度還沒有解決。快慢速度控制不好，反應(yīng)堆不但反應(yīng)不好，而且還有可能造成大的危害和輻射。

那么，要怎樣控制反應(yīng)堆的快慢速度呢？費米冥思苦想。終于，他想到了能吸收中子的鎘。

經(jīng)過反復(fù)的實驗，費米找到了一種控制反應(yīng)堆快慢速度的好方法：在這個“爐灶”里，插一根特制的鎘棒。由于它能吸收中子，所以只要調(diào)節(jié)它的深入尺寸，就能夠控制裂變反應(yīng)速度。

反應(yīng)堆的反應(yīng)要保證能量的產(chǎn)生又不出安全事故，關(guān)鍵在于鎘棒的掌握，所以費米又廢寢忘食地工作了幾天，終于計算出了鎘棒的抽取時間。

1942年12月2日，核反應(yīng)堆開始運轉(zhuǎn)——人類終于打開了奇妙的原子能寶庫的大門，利用原子能的時代從此開始了。

值得一提的是，費米的成就遠(yuǎn)不止于此。1949年，費米揭示宇宙線中原粒子的加速機(jī)制，研究了л介子、?子和核子的相互作用，提出宇宙線起源理論。同年，他又與楊振寧合作，提出基本粒子的第一個復(fù)合模型（費米-楊振寧模型）。費米的成績斐然，在現(xiàn)代物理學(xué)家中是屈指可數(shù)的。人們?yōu)榱思o(jì)念這一位科學(xué)偉人，把100號化學(xué)元素命名為與之同音的“鐨”。

（責(zé)任編校：賀年青）