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原子弹的由来 精选

已有 6219 次阅读 2021-7-12 17:15 |系统分类:科研笔记

根据人类社会发展的跨越指数曲线预测,随着科技的进步,人类社会的发展会以指数形式加速发展,这一发展模式也能在世界战争历史中表现出来。


纵观世界战争史,第二次世界大战是一场以科技取胜的战争。在这场战争中,出现了精妙绝伦的德国密码和日本密码,恩尼格玛密码机也横空出世;雷达技术的发展,让战机战舰在进入敌军视野前就能被侦察到;第二次世界大战还诞生了一项新科学——运筹学,这门科学将数学和物理技术应用在了战场,例如利用统计学推算深水炸弹分布的准确位置。不过,在这些科技中最引人关注的,还是一种超级武器被投入战场。我们用小说家的语言描述:“这就是原子弹,它利用了宇宙的基本力量。那力量,是太阳能量的源泉,现被人类释放了出来,用以对抗那些将战火点燃在远东的人......“。


原子弹的原理是核裂变,是指使用中子源诱发铀和钚原子核发生裂变,产生两个中等质量的核并释放出2-3个中子的过程。裂变时产生的能量可以由裂变前后原子核的结合能之差计算,也可以根据爱因斯坦质能关系通过质量亏损得到,一次裂变能够释放大约210 MeV的能量。一个裂变过程中产生的中子会引发进一步的裂变,从而能够形成链式反应,释放巨大的能量。



链式裂变反应示意图


链式反应的概念首先来自一个年轻的匈牙利物理学家——利奥·西拉德(Leo Szilard)。当时,他住在伦敦罗素广场(Russel Square)的帝国酒店,在毗邻南安普顿街(Southampton Row)的广场角落里等待红绿灯,他一边等待一边思索着卢瑟福发表的观点。突然,似乎是绿灯的亮起提醒了他,一个想法闪过脑海。


“我突然想到,”他后来说,“如果我们能找到某种能被中子分裂的元素,这个元素在吸收一个中子后能释放出两个中子,只要这一元素聚集起来的质量足够大就能维持核裂变的链式反应。”如同从银行账户里获得利息一样,你投入一个中子,然后能得到两个中子,投入两个就能得到四个——以此类推。只要加以控制,这个过程就能自发地持续进行。当然,它也可能会失控,每次裂变反应都会成倍增加下一次的反应速度。


一开始,这种观点遭到了卢瑟福的否定。卢瑟福认为撞击原子核的过程本身需要消耗大量能量,所以,即使核裂变过程释放了能量,似乎也没太大的用处。与那个年代的理论物理学家不同,西拉德于1934年3月12日将自己的理论送去了专利局并获取了专利。


西拉德拿出了神灯,却无法将精灵从魔瓶里放出。放出精灵的责任则落到了奥地利物理学家莉泽·迈特纳(Lise Meitner)和德国化学家奥托·哈恩(Otto Hahn)的团队身上。1938年,迈特纳与哈恩发现并解释了核裂变现象,使西拉德的构想成为可能。1939年西拉德协助阿尔伯特·爱因斯坦致信美国总统富兰克林·罗斯福(史称“爱因斯坦—西拉德之信”),促成了美国的曼哈顿计划。


1945年8月6日凌晨2点45分,B-29轰炸机“胜利号(Victor)82”起飞。6.5个小时后,在31000英尺(9448米)的高空,“小男孩”铀弹从艾诺拉·盖伊号投放到了广岛市(Hiroshima)。炸弹爆炸了,其核心温度约为6000万摄氏度,远高于太阳的表面温度。初始闪光让一些人直接汽化了,而在大约半英里内直接暴露于核弹的所有人都被烧成了炭灰。随即而来的是冲击波,这道冲击波与初始闪光攻击夺走了约70000人的生命,将约70000幢建筑物夷为平地。

 

爆炸结束后,死亡并未停止,辐射病几乎能达到最初直接死亡总人数的2倍。因此,在次年,即造成了超过10万的死亡人口数,而广岛市总人口仅有35万人。尽管核弹的爆炸威力吓人,但它真正让人害怕之处是:无声、无形、致命的放射性。


这种武器的威力像极了英国科幻小说家赫伯特·乔治·威尔斯在他的1913年出版的小说《解放全世界》中所构想的“原子弹”。书中,威尔斯描述了一种想象出来的武器,这种武器能够利用那些被固锁在原子内的能量,在战争中造成哀鸿遍野、惨绝人寰的大毁灭。



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