理论的威力

物理学是一门实验必须与理论密切结合的科学，没有理论指导下的实验是盲目的实验，没有实验验证的理论是不可靠的理论，在进行反应堆试验中也是如此。

反应堆就是一个“铀炉子”。要做反应堆就有着这样的一些问题需要解决：第一，到底用什么原料比较好，能不能用天然铀？第二，如何保证中子不损失？第三，如何控制反应堆？保证在实验中不会有发生爆炸的危险。

尼尔斯·玻尔

天然铀有两种同位素，铀238与铀235，在铀矿中，主要是铀238，铀235含量比较少，仅占总量的0.7%。裂变发现时，尼尔斯.波尔正动身去美国，他意识到发现核裂变是个重大的事件，他在去美国的轮船上就开始考虑核裂变的理论问题，到美国后就找过去与自己一起工作过的惠勒研究裂变的理论，他预言慢中子引起裂变的是铀235而不是铀238，他与惠勒于1939年在《物理评论》上发表的论文，是这段期间在核物理理论方面的权威性的文章。

为什么铀235比铀238容易裂变？

玻尔与惠勒用液滴模型来计算核裂变，也就是说把铀核看成一个液滴。当然计算是很复杂的，没有办法在这里讲清楚。但可以这样简单地来理解：第一，两种铀具有相同的质子，可铀238比铀235多了三个中子，使得质子之间的平均距离要略大一些，库伦排斥力就略小一些，因而就不容易裂变一些；第二，铀235吸收一个中子后成铀236，中子成为偶数，中子配成了对子，配成对的中子结合能低，要放出能量，这能量附加到使液滴形变振动中去，使核更容易裂变。而铀238吸收一个中子后成为铀239，中子找不到配对的另一个中子，也不会放出配对的能量来附加到形变振动中去。

玻尔并不是凭空想出来的。惠勒在纪念发现核裂变50周年的纪念会上就说了这样一个故事：哈恩在发现了核裂变后，接着用各种速度的中子去轰击铀，试验发现，用快中子与慢中子使铀裂变的效果好，而中等速度的中子效果差。当时有一个物理学家普赖泽克不相信原子核会分裂，有一天吃饭时就拿哈恩的实验结果问玻尔，有什么理由中等速度的中子使铀裂变的效果会差？玻尔当时没有回答，他思考着离开餐厅，一句话也不说地经过普林斯顿大学的校园。等到惠勒与普赖泽克再见到玻尔时，玻尔的伟大的思想已经萌发了。他解释了哈恩的实验结果，因为天然铀中有铀238与铀235两种，快中子可以使铀238裂变，虽然使每一个铀238裂变的概率不大，但因铀238成分多，故而效果显著；慢中子使铀235裂变，虽然铀235成分少，但每个铀235发生裂变的概率大，因而效果也就显著；而中等速度的中子，容易被铀238共振吸收。所谓共振吸收，即铀238吸收了中子后只放出γ射线而不发生裂变。有了这思想后，玻尔与惠勒再从物理理论上作了上述的解释。

既然快中子可以使铀238裂变，那用铀238是否也能发生链式反应？

不行，哈恩做实验时是使用镭铍中子源发出的中子，这中子的能量一般在1兆电子伏以上，需要不同能量的慢中子时，只要让中子通过慢化材料让其慢化就是了。铀238裂变发出的中子，平均能量也只有1兆电子伏左右，裂变出的中子很容易经几次碰撞后慢化，因而不再能引起铀238的裂变，也就不能发生链式反应。因而要做成链式反应的反应堆，必须靠铀235。