建立原子反应堆

20世纪物理学界，几乎无人不知无人不晓费米的名字。他的名字，就像他所从事和领导的原子反应堆一样，在科学史上占有相当重要的地位。费米一生的重要成就，都是在和他人的合作中取得的。他习惯于平等地同其他的研究生和合作者广泛深入地讨论研究科学问题。这些都取决于费米博学的头脑、多样的才能、准确的判断和敏捷的思维，这充分体现了当今科学技术发展的一大特点——越来越需要不同学科的科学家通力合作，而不仅仅是靠科学家个人单枪匹马，孤军奋战。

费米一生最伟大的成就是他成功地领导创建了世界上第一个原子反应堆。在美国芝加哥大学校园里一座古老建筑的前面，外墙上挂着一块镂花金属匾，上面记载着费米及其合作者的历史功绩：

“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核能释放。”

由于费米这项划时代的伟大成就，才使得科学家们于1945年成功地爆破了世界上第一颗原子弹，才使我们今天和平开发利用原子能。

恩里克·费米于1901年9月29日出生于意大利罗马的一个铁路职员家庭，他是这个家庭里3个孩子中最小的一个，瘦小的身体，模样不吸引人。但他从小养成了勤奋读书刻苦用功的习惯，他继承了意大利人有信心、热衷于求知和渴望成功的优秀特点。费米尤其爱好数学和物理，于1918年报考了意大利人才辈出的比萨大学的高等师范学院物理系，并于1922年以优异的成就毕业，回到了故乡罗马。

经过使几年的艰苦奋斗，费米在担任教授的罗马大学，形成了以他为首的物理学新学派——罗马学派，并于1937年利用中子照射发现新的放射性元素，获得了1938年度诺贝尔物理学奖。由于法西斯党人的反犹太人法令，费米一家受到株连，他不得不于1939年1月2日移居到美国。1941年美国政府正决定全力以赴实行研制原子弹的曼哈顿计划，需要科学的头脑，而研制原子弹首先要实现原子反应堆的运转。当时此计划还比较遥远，多数人没有信心，只有费米那种典型的意大利人的坚强性格才坚信一定能够成功。费米当时在哥伦比亚大学物理学家小组，他从1939年开始原子反应堆的研究。

当时科学发展的状况是：1934年春天，法国物理学家小居里夫妇用高速的α粒子轰击金属铝，竟把它变成了硅-30，又变成了磷-30，即一种自然界没有的人造同位素。这是近30年来关于人工实现核反应的第一次突破。1939年，德国物理学家哈恩等轰击铀时，他们发现铀产生的放射性元素不止一种。其实那并不是排在铀之后的第93号新元素，而是铀核被打破而形成的大致相等的两半，即铀核裂变。这就意味着有可能用铀来作为一种爆炸物，每磅将释放出比以往所知道的任何爆炸物多100万倍的能量。现在面临的困难有两个：一是铀裂变过程中所释放的中子太快，不能作为有效的原子弹去引发铀裂变；二是由于中子大多数在它们有机会起作用而使铀裂变之前，就逃逸到空气中或被物质所吸收掉了。要想达到链式反应形成裂变，就必须使中子慢化，并大幅度减少它们的逸失。1934年，费米在罗马学派时即已做过用水和碳对中子减速，而且现在他拥有了一个优秀的科学家小组，包括西拉德、波恩、安德森和他自己。

费米决定进行水下铀裂变的研究。可是经过多次实验后发现，无论是水还是全体氢化物质，均不适合做减速剂，氢吸收的中子太多，它会使链式反应成为不可能。费米和西拉德建议用碳作为减速剂，而且把铀块和非常纯的石墨分层叠加起来，形成一个堆——原子反应堆。

1941年底，费米这个科学家小组的工作正式纳入由康普顿博士领导的“曼哈顿计划”，并将所有设备和资料都转移到了芝加哥。费米、西拉德和安德森等人各显神通，分工负责，设计了一个全新的原子反应堆，外形是一个正方形支架支撑着的26英尺的圆球体。球体从五个方面固定好，留下形成第六面的一扇吊门，他们就在里面开始组装反应堆。一块高大的石墨墙壁在球体里很快形成了。

1942年12月2日早晨，康普顿博士亲临现场。参加反应堆工作的40多位科学家都登上了芝加哥大学体育场被站台的阳台。3个年轻人站在堆顶，随时准备向失去控制的反应堆里灌注镉液来扑灭“中子”。另一位青年物理学家韦尔站在地面上的一根镉棒旁，随时听令。被人们友好地笑称为“海军上将”的费米手里拿着一个袖珍计算尺，首先命令大家把所有的镉棒都抽出来，韦尔的镉棒只抽出一半（13英尺）。这时，计数器响得更快，指示辐射强度曲线的描笔已经画出一条愈来愈高的曲线，然后平延开来。描笔随着大家的目光上升，最后停在费米设想的位置上。一切都这样顺利。

一向以谨慎、自信和果敢著称的费米于午后又率领他的团队同伴继续实验。下午3点20分，费米让韦尔将他的镉棒再往外抽出1英尺，反应堆达到了临界点，人类历史上第一个链式反应堆开始自持地进行了。各种仪器正常工作，到了3点48分，所有的科学家都围拢在费米身边，一位曾经和西拉德、爱因斯坦一起提请罗斯福总统注意铀裂变重要意义的匈牙利物理学家威格勒，向费米献上了一瓶红葡萄酒。大家都喝了一点，又在这瓶酒的硬纸壳上签了名，接着分散开，整理测量结果和仪器上所积累的数据。康普顿博士把这一成功的消息用电话告诉了在哈佛大学科学研究和发展总署负责人科南特博士，并称费米是新的意大利航海家，成功地登上了新大陆。

1492年，意大利航海家哥伦布发现了美洲大陆，1942年，费米成功地主持了世界上第一个原子反应堆的运转。两位伟大的人，成就都如此辉煌，1492与1942当中的两个数字互换位置，它们象征发现和成功的深远意义的相同的、空前的。前者使人类看到了一个新的地理世界，后者把人类带进了一个崭新的原子能时代。

费米的成功，给我们以下几点有益的启示。

1.当一个科学家试图取得成就时，外部环境是多么重要。费米当时所在的美国，正处在太平洋战争爆发的前夜。爱因斯坦向罗斯福总统递交了制造原子弹的信件。1941年12月，日本偷袭珍珠港，不久，美国便对德国、日本宣战。美国急需杀伤性更强大的武器，研制原子弹的任务势在必行。同时，美国政府比较重视科学家的作用，加上费米那卓越的组织领导才能和科学家的头脑，由他来领导原子反应堆的工作是再合适不过的。因此费米成功了。

2.科学方法的结晶。费米以前所取得的很多成就，也是同其他优秀科学家合作取得的，这并不是说费米本人的智力和知识结构欠缺，而是他所领导的从事的研究工作决定了他一定要采取合作的方法。当然，费米所起的作用是至关重要的，正因为费米有这样合作的经历和成就（他曾经利用中子照射发现新的放射性元素而获得过1938年度诺贝尔物理学奖），他完全有能力担当这一伟大的历史重任。