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第8章 原子反应堆

美国芝加哥大学的校园里,有一座废弃不用的运动场。在运动场西看台的前面外墙上,挂着一块镂花金属匾,上面用英文写着:

“1942年12月2日,人类在此实现了第一次自持链式反应,从而开始了受控的核能释放。”

这就是原子时代的出生证明。

人类制成的第一座原子反应堆,就是在这个运动场看台下面的网球场中建造起来。

那是1942年11月,美国芝加哥大学校园里一片冷清。由于美国卷入了第二次世界大战,学生们各奔东西,校园一时失去了昔日欢乐喧闹的气氛。

细心的人们却惊异地发现,在校园体育馆的室内网球场入口处,挂着一块醒目的牌子,上面写着“冶金技术研究所”,禁止外人人内。

其实,这里来了一批举足轻重的人物,为首的是意大利物理学家恩里科·费米,他带领一批物理学家,在这里研制原子反应堆。

早在1939年1月,国际理论物理学年会上,费米得知德国的物理学家哈恩发现了铀核裂变现象。

当时,费米十分震惊,他似乎已预感到它的重大价值:铀核俘获一个中子后,会分裂成两个大致相等的部分。这样,如果铀核每次裂变放出一个以上中子,将又会引起下一次裂变。如此循环,就有可能发生链式反应。

继而,费米又计算出铀核分裂可能释放出令人难以想像的巨大能量。

接着,费米继续进行着他的实验。运用先进的回旋加速器,证实了链式反应的可能性,而且反应速度极快,前后两次反应的时间间隔仅为五十万亿分之一秒。

而对如此的成就,费米激动不已。他认为一旦能够人为地控制铀核裂变的速率,链式反应自动持续下去,它将会在极短的时间内释放出巨大能量!人类将会开辟出新的能源!

只是,促使铀核裂变要形成链式反应的关键在于中子。然而,在绝大多数情况下,中子释放速度极快,很难被铀核“俘获”。

要解决这一问题的关键,是找到一种减速剂,使中子被释放出来之后运动速度变慢,让铀核俘获,从而导致下一次裂变。

几经大量的实验和探索,费米等人终于找到了理想的减速剂——纯石墨。

实验得到了根本性的突破后,费米带领一批物理学家在芝加哥大学的网球场内,要建造世界上第一座原子反应堆。

根据设计要求,反应堆长近10米,宽9米,高65米,总重量1400吨,一层石墨一层铀,总共57层,其中有56吨天然金属铀和氧化铀。看上去,反应堆就像偏球形的“炉灶”。

在这个“炉灶”里,还插着一根特制的镉棒。它能吸收中子,只要调节它的深入尺寸,就可以控制裂变反应速率。

为了预防事故的发生,科学家们采取了几套预防措施,将反应堆内控制棒分3组:一组是电动的自动控制棒;另一组是用绳子拴着一个重物的紧急安全棒,当发生意外故障时,立即砍断这根绳子,使安全棒迅速掉人堆内;最后一组是一根控制棒,移动这根棒可以使链式裂变反应开始发生、加速或停止。

1942年12月2日,原子反应堆试运转,大家都在紧张地为此准备着。

费米抬起手腕看了一下表,9时45分。他大声喊道:“大家注意,现在启动反应堆。”

此时此刻,在场的所有人员的注意力都集中在“炉灶”上,等候费米的命令。

15分钟后,费米下达命令:“抽出控制棒!”

当把镉棒慢慢地向外抽出一些时,只听得计数器“咔咔咔”的声响越来越快——铀核裂变开始了!只是声音不稳。

到了下午3时20分,费米再次下命令:“再把控制棒往外抽一英尺!”

3分钟后,计数器的“咔咔”声终于变成了稳定的响声。反应堆达到临界点,人类历史上第一次核的链式反应开始自持地进行了……

它以小于05瓦的功率运行28分钟。

费米主持的世界上第一座核反应堆的成功运转,标志着人类进入了原子能时代。

这一反应堆,人们还叫它“芝加哥一号”反应堆。

其实,在反应堆里,铀原子受到慢中子的轰击,发生核裂变,产生大量的能量,可以用来发电,产生高温,这就是核电;当能量集中、短时间突然释放出来时,就产生大爆炸,这就是原子弹。

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