进入核能时代

核能是20世纪的一项伟大发现。1942年12月2日，在意大利著名科学家费米（图1-12）的领导下，几十位科学家在美国芝加哥大学成功启动了世界上第一座核反应堆，标志着人类从此进入了核能时代。当核能进入人们的生产和生活后，一种通过原子核变化而产生的新能源从此诞生。

（图1-12）费米

反应堆是人们长期科学实践的结晶。1934年，费米用中子轰击铀，发现了一系列半衰期不同的同位素。1938年，德国一位化学家用中子轰击铀时，发现铀受到中子轰击后的一种主要产物是质量约为铀原子一半的钡。瑞典物理学家于1939年初阐明了铀原子核的裂变现象。由于铀235裂变后会释放出大量的能量和中子，费米等人认为，铀的裂变有可能形成一种链式反应而自行维持下去，并可能是个巨大的能源。

为了论证实现链式反应的实际条件，美国决定建造一座可控的链式反应装置——原子反应堆。1941年12月，费米来到芝加哥，领导美国一批物理学家在芝加哥大学斯塔格运动场的西看台下，开始建造世界上第一座原子反应堆。

要实现自行维持下去的链式反应，有两个中心环节：一是为了有效地激发核反应，需要用“慢中子技术”将快中子慢化（减速）。在美国，费米等人主要用石墨作减速剂。二是必须严格控制裂变反应速率。因为，万一链式反应进行得太快，整个装置就有可能爆炸，带来灾难性后果，所以必须采取措施防止太多的中子放出。为了能够准确地控制中子的产生，并因此而控制链式反应的速度，反应堆应配备可以移动的镉棒。镉能够吸收中子并使它们变得无害，而且不允许不需要的核反应发生。

1942年11月，一切准备就绪，费米带领两个科学家小组，开始昼夜不停地营建反应堆。这个反应堆是由石墨层和铀层相间堆砌而成，共计57层，堆高6米，呈扁球形。堆的中间有许多小孔，内插镉棒，镉棒深入的尺寸可以调节。12月l日，最后一层终于全都铺好。

12月2日凌晨，所有参与这项秘密计划的人员都聚集在第一座反应堆旁，在费米的指挥下各就各位。为了防止反应堆爆炸，采取了广泛的安全措施——由电动机操纵的第一组镉棒在反应堆开始工作时由指挥台直接控制；第二组镉棒在反应开始时，可以用手抽出；第三组当遇到意外时，可使其滑入反应堆。万一这些措施都不顶事，还有一个三人小组随时准备把大量的镉盐溶液放出，倾泻在反应堆上。

下午二点钟，镇定自若的费米，指挥工作人员撤出了一根又一根镉棒，最后只剩下一根了。过了一会儿，这最后一根镉棒也抽出了一部分，顿时，中子释放频率达到相当高的程度，在场的人都觉得心惊肉跳，只有费米一人一边迅速拉着计算尺，一边发出命令“把镉棒再撤出6英寸”……一分钟又一分钟过去了。下午三点三十五分，根据各种仪表的指示，费米郑重地宣布：“现在已是链式反应!”由于极度兴奋，他的声音都颤抖了。从此，原子能时代开始了!

科学小链接

费米轶事

费米在比萨大学读书时，教授们还在讲授牛顿经典力学和电磁学，对新兴的量子理论知之不多。费米却已经在钻研量子理论方面颇有心得，所以教授们有了疑难问题时，还要经常向身为学生的费米请教。