核反应堆铀棒 第一座人造核反应堆如何重塑科学和社会

第一座人造核反应堆如何重塑科学和社会  

75年前，在芝加哥大学足球场的看台下，科学家们朝着利用核裂变连锁反应的力量迈出了第一步。他们的研究开创了原子时代，并真正拉开了曼哈顿计划向一种无法想象的威力的武器的竞赛序幕。后来，正是同样的技术将刺激核电站的建设，而这些核电站现在提供了美国20%的能源。从医学到艺术，分裂原子的可怕和可怕的潜力几乎没有让我们生活的方方面面没有受到影响。

这个故事始于1938年底，当时化学家奥托·哈恩、弗里茨·斯特拉斯曼和丽斯·梅特纳的工作导致了一个发现，这个原子的名字来源于希腊语，意思是“不可分割”把事实分开。哈恩和斯特拉斯曼与定居瑞典斯德哥尔摩的纳粹德国犹太难民梅特纳进行了远程合作，在柏林大学用微小的中子轰击了大量不稳定的铀原子。令他们惊讶的是，他们发现这个过程可以产生钡，一种比铀轻得多的元素。这表明铀原子核有可能分裂成质量较小、化学性质不同的组分。

这三位研究人员立刻知道他们正在研究一些重要的东西。改变元素的特性曾经是炼金术士的幻想：现在，这是科学现实。但在当时，他们对他们的发现将引发的许多科学和文化革命只有一点线索。

的理论工作由梅特纳和她的侄子奥托·弗里希在这一初步发现的基础上进行了迅速的扩展，1939年1月发表在《自然》杂志上的一篇论文不仅概述了裂变的机制，而且还概述了其惊人的能量输出。随着重铀核的爆发，从不稳定的高能态向稳定的低能态过渡，它们释放出大量的能量更重要的是，裂开的原子吐出的杂散中子本身能够引发附近其他原子核的裂变。

在哥伦比亚大学的一个美国小组迅速复制柏林的结果后，很明显原子分裂的力量不是玩笑。鉴于当时令人担忧的地缘政治气候，急于利用这项新技术具有重大意义。世界本身就像一个处于自我毁灭边缘的不稳定原子。在美国，富兰克林·罗斯福总统越来越关注海外有魅力的暴君的崛起，

这个庞大的反应堆就建在斯塔格斯油田的看台下。（芝加哥大学）

对于一些化学家和物理学家来说，形势更为严峻。芝加哥大学物理教授埃里克·艾萨克斯说：“科学家们（包括阿尔伯特·爱因斯坦和匈牙利物理学家利奥·斯齐拉德）中的一些人是来自法西斯欧洲的难民，他们知道什么是可能的。”。“他们认识阿道夫·希特勒，和他们在美国的同事和同龄人一起，他们很快意识到，既然我们有了裂变，以邪恶的方式使用这种能量肯定是有可能的。

特别可怕的是将一系列裂变反应串在一起以产生足够的能量来带来真正的破坏。1939年8月，这种担忧促使爱因斯坦和斯泽尔德会面并起草了一封信给罗斯福，提醒他德国制造核弹的危险，并劝说他在美国开始一项深入的国内研究计划，像李斯·梅特纳一样，由于反犹情绪高涨，他放弃了在德国的教授职位，赞同这一严肃的信息，确保它能给总统留下深刻的印象。

一个月后，希特勒的军队进军波兰，引发了第二次世界大战。正如艾萨克斯所描述的那样，一个不情愿的罗斯福很快就改变了斯扎德的思维方式，并看到了盟国击败德国获得核武器的必要性。为了达到这个目的，他正式宣布特德得到了一群忠诚的、极具天赋的核研究人员的帮助。“我已经召集了一个委员会，”罗斯福在给爱因斯坦的一封后续信中写道，“彻底调查你关于铀元素的建议的可能性。”

“爱因斯坦的信花了一点时间才适应，”艾萨克斯说，“但一旦它做到了，资金就开始了。1941年，芝加哥大学物理系主任阿瑟·霍利·康普顿（Arthur Holly Compton）在芝加哥大学召集了一支由化学家、物理学家、冶金学家组成的梦幻团队。包括恩里科·费米，包括西拉，就在校园里。这就是他们做实验的地方。

是纪念CP-1的四合院的鸟瞰图。在其中心（或核心）是亨利摩尔的球根雕塑“核能”。周围的黑色卷须组成了一个临时装置，名为“核门槛”，由奥格里季亚克普里林格建筑师。（芝加哥大学）

梦想小组的目标是在受控环境中产生一系列自我维持的裂变事件：换句话说，核连锁反应。哈恩和斯特拉斯曼在几个孤立的原子中观察到了裂变。现在康普顿、费米和斯扎德想把数十亿的裂变串在一起，一个反应释放的中子触发下几个反应。这种效应将成倍增长，其能量输出也将成倍增长。

要进行这项实验，他们必须创造出世界上第一座人造核反应堆，一个由石墨砖和木头组成的方形装置，长约60英尺，宽约30英尺，高约30英尺。在装置内部，镉控制棒吸收了裂变反应产生的多余中子，防止了灾难性的失控。在大学Stagg场看台下面的壁龛里，反应堆在一个月的时间内设计和制造成功地引发了核连锁反应，而芝加哥全明星科学小组的工作“KDSPE”“KDSPs”构成了曼哈顿项目在轴心前发展核弹的关键性的第一步。这一目标将在1945年实现，当时美国在广岛和长崎投下原子弹，以致命和挑衅性的方式结束战争。（据报道，爱因斯坦在听到这个消息后曾说：“我有祸了”）然而，芝加哥第一号反应堆（绰号CP-1）的突破，对美国来说，这不仅仅是朝着增强军事力量迈出的一步。它展示了人类挖掘原子核燃料的能力。

CP-1实验最明显的遗产之一是核能工业的发展，物理学家恩里科·费米在秘密的芝加哥研究机构工作过之后，在这方面发挥了重要作用。艾萨克斯说：“从长远来看，费米对武器真的没有兴趣。“他当然在曼哈顿项目上做过工作，他全心投入，但战争结束后，他继续建造核反应堆，并认为这些反应堆将用于民用和发电。”

亨利摩尔的“核能”从侧面看。背景中隐约可见乔和里卡曼苏埃托图书馆的圆顶。（芝加哥大学）

Isaacs指出，用CP-1演示的受控裂变也为将核技术融入医学（如x射线、CT扫描和其他诊断工具，以及癌症治疗）和农业（Isaacs引用了一个正在进行的香蕉基因多样化努力的例子）铺平了道路通过战术性的基因辐射）。然而，CP-1的一个最大规模的影响是对科学实践本身的影响。

“如果你想想战争之后发生的事情，”Isaacs说，“最先产生的一些东西是资助这个国家研究的联邦机构：原子能委员会，现在被称为能源，几年后，国家卫生和科学研究院基金会。“这些机构是在CP-1和曼哈顿项目取得成功之后成立的，更广泛地说，这为公众对科学和技术的重新信任铺平了道路。”由于CP-1的努力，

“Prestige”“dream team”的科学合作也变得突出起来。例如，伊萨克斯认为，现在的校际癌症研究是曼哈顿项目模式的自然延伸：把来自全国各地最聪明的人聚集在一起，让奇迹发生。多亏了互联网，现代的研究人员经常用数字而不是物理的方式分享数据和假设，但是芝加哥堆1天的快速射击、目标导向的构思和原型设计非常活跃和完善。

Stagg Field于1957年关闭，曾经保护世界上第一个人造核反应堆的看台立即拆掉。该遗址现在是一个简陋的灰色四合院，周围环绕着大学研究设施和图书馆。在这个开放空间的中心，一座刻有圆形外壳的青铜雕塑纪念原子的突破。它的形状可以解释为一个防护罩或蘑菇云的顶部。这幅名为“核能”的作品是由抽象雕塑家亨利·摩尔特别委托创作的。

“它在溶解吗”，芝加哥大学艺术史系主任克里斯汀·梅林对摩尔的神秘雕塑提出了这样的问题，“它在进化吗？“在我们现在占领的核世界里，这些问题似乎注定要永远困扰着我们。”