第六十五回：憂蒼生科學家上書大總統，傳佳音航海者登上新大陸
——第一個原子反應堆的誕生上回說到西拉德等人請求愛因斯坦出面向羅斯福總統寫信，籲請美國政府加緊核武器研究，愛因斯坦一時拿不定主意。他說：“你們向美國官方提過這個建議沒有？”
“費米教授拜會過海軍上將，但是毫無結果。”
“為什麼？”
“因為我們現在也說不出具體的想法和有多大的把握，這一切只有幹起來才會知道。”
“那麼總統會不會以同樣的理由拒絕這個建議呢？”
“現在形勢與上次拜會時又有不同，幾個月過去了，德國方面的研究我們不得而知。也許他們已造出了這種新武器。”
“好吧，你們先代我起草一封信再說。”
8月2日一封仔細推敲過的信送來了：
總統閣下：
我讀到了費米和西拉德近來的研究手稿。這使我預計到，元素鈾在最近的將來，將成為一程新的、重要的能源。考慮到這一情勢，人們應該提高警惕。必要時，遂要求政府方面迅速採取行動，因此，我的義務是請您注意下列事實和建議。
近四個月來，由於法國的的約裡奧及美國的費米和西拉德的工作，用大量的鈾達到原子核鏈式反應似乎已成為可能。由此便可生成極其巨大的能量和大量新的類鐳元素。看來，這項成就的取得，已是指日可待了。
這種新的物理現象的發現也將會導致炸彈的製造。縱然把握不足，但可以想像，一種新型的極有威力的炸彈是可以這樣製造出來的。這種炸彈僅需一枚，用船運我載港口爆炸，就可以完全摧毀港口連同它周圍的部分地區。但這類炸彈也許遇於笨重，不便空運。
美國的鈾礦含鈾貧乏，且數量不多。加拿大及前捷克斯洛伐克有好鈾礦，而最重要的鈾資源則在比屬剛果。
有鑒於此，您也許將認為有必要讓政府與那批在美國從事鏈式反應研究的物理學家保持某種經常的接觸。對您來說，做到這一點的一個可取的辦法是，把這項工作委託給一位您完全信任的人，他不妨以非官方的身份出面。他的職責是：
一、溝通政府各部門，及時將進展情況告訴他們，並向政府提出行動建議，特別要注意確保美國的鈾礦供給。
二、為加速當前一直在大學預算範圍內進行的實驗工作，可由他組織願意為這項事業做出貢獻的私人提供資金，如果需要這樣的資金的話，並且，或許也可靠他取得具有必要設備的工業實驗室的合作。
我得知，德國如今對它佔領的捷克斯洛伐克的鈾礦所出產的鈾實際上已經禁售。竟然採取這一先發制人的行動，其原因大概無庸解釋。因為德國外交部國務秘書的兒子魏扎克被任命參與林柏凱撒掀•威廉研究所的工作，在該研究所裡，眼下正進行著若干美國對鈾進行過的研究。
忠誠於您的愛因斯坦
這封信於1939年10月11日交到羅斯福總統手裡。美國政府立即任命了一個“鈾顧問委員會”，陸軍、海軍也首批撥出6000美元的贈款，供科學家們購買實驗用材料。
實驗選擇在芝加哥大學進行。一是因為芝加哥位於美國腹地，敵機不易轟炸；二是學校已經放假，而且人們也不會想到在這裡進行這種實驗。實驗的代號是“冶金實驗室”，但是這裡面沒有一個冶金專家。實驗場地很費了一番周折，需要一間很大的房間，而大一點的房子都讓軍隊徵用了。最後他們選中了芝加哥大學足球場看台下面的一個室內網球場。它有30英尺寬，60英尺長，26英尺高，估計能擺開戰場。校長宣佈從今以後再不許任何人來足球場踢球，網球場自然更不能靠近了。人們只見一室科學家在看台後面搬運東西，進進出出，決想不到他們在幹一件將要裝入史冊的大事。這項工作由芝加哥大學的康普頓教授負責，費米具體指揮。
各位讀者，我們知道哈恩和邁特納已經證實中子能使鈾核裂變，並能放出能量。但只用少量的中子實行一次轟擊，生成的能量當然有限。費米現在需要大量的中子，大量的裂變，他推想，當鈾核受到一個中子轟擊而分裂開來時，它自己同時也會放出一個或幾個中子，這些中子再去轟擊其他的鈾核，又放出中子，於是裂變就可以不斷進行下去，不斷放出能量。——這叫鏈式反應。就是說哈恩是發明了一根火柴，能擦著火苗，但是立即就熄減了，而費米則要想法點燃一堆乾柴，讓它能持久地燃燒。
怎樣點燃呢？這就用得看費米發明的慢中子的辦法了。那個在魚池中的發現，雖然當年柯比諾教授曾要求申請專利，可是戰亂驟起，他們哪有心思去管這個。想不到這時派上了用場。當初的小小實驗是用石蠟和水來減慢中子，現在費米準備用石墨代替。將鈾塊和石墨塊間距堆放——這就名符其實地成了一個“堆”：原子能反應堆。只要用一個中子源(它相當於一根點火的火柴)一點燃，堆中就可以不斷地裂變、不斷地放出中子，實現鏈式反應了。
點燃之後又怎樣控制呢？一旦中子釋放過多，鈾核迅速裂變，這就是科學家所說的“臨界狀態”，將有爆炸的危險。這時的辦法就是趕快吸收中子，所謂控制就是控制中子的多少。世上的事物總是有矛就有盾，一物降一物。中子能將鈾核打開，有如此威力，可是專有一種物質能吃中子，這就是鎘。在石墨和鈾堆中插進一些鎘棒，只要調整鎘棒就可控制反應的強弱了。
簡單道理交待過後，我們再看費米他們是如何建造和控制這個堆的。
1941年12月7日，日本飛機突襲珍珠港，太平洋戰爭爆發，美國對日宣戰，德、意和日是法西斯同盟，當然不能坐視不理，立即也向美宣戰；美國隨即又同德、意宣戰。一場世界大戰的鏈式反應馬上升到“臨界狀態”。這時美國總統就更關心那個鈾的鏈式反應有何進展。“鈾顧問委員會”匯報了工作：總統命令集中一切必要的人力物力加速進行。
芝加哥大學的室內網球場現在完全成了一個軍用場所，老遠就崗哨層層，閒人不得靠近。汽車不斷將一些黑色的磚塊運到足球場的看台後面。這些黑磚就是石墨塊。它柔軟光滑，就是我們平常用的鉛筆蕊。為了建造這個反應堆他們幾乎徵調了全國可以找到的石墨，那些石墨商不知道為什麼這個地方突然像水庫出現了一個大漏斗一樣，石墨流水般地被吸進這個無底洞裡。事後他們才知道這個堆用的石墨足夠為地球上的每一個人做一支鉛筆！
再說網球場內現時已完全成了一個煤黑世界。二十個物理學家還有幾個必要的幫工助手，現在早已統統變成了黑人。他們的臉上、脖子上、手上、鼻孔裡全都是石墨細粉。石墨磚要用機器切削成一定規格，自然就粉末四揚。這時的地板上比任何打蠟的舞池都要光滑。這些物理學家們常常不小心摔一個觔斗，汗水在他們的臉上衝出一條條小溝。“冶金實驗室”的學者們，要論外表，和一個井下的挖煤工人已完全沒有兩樣。
鈾塊和石墨塊一層層地往上疊放，共疊了五十七層，現在這個堆已經快頂住屋頂了。費米想到空氣會吸收中子因而影響繼續裂變，應設法使堆與空氣隔絕。能幹的助手安德森立即找來橡膠商，要定做一個六邊形的橡膠“盒”，以便把整個反應堆全部罩進去。橡膠商從未承攬過這種加工品，瞪著大眼睛問：“幹什麼用的？”
“一個大氫氣球。”
“氣球怎麼是六邊形呢？”
“您不必多問，反正給您錢就是。不然，我去找別人定貨。”
六邊形“氣球”拿來了，反應堆的最後安裝就在這個大“氣球”裡進行，不過後來發現抽不掉空氣也可正常反應，所以“氣球”有一面始終沒有封口。
1942年12月6日這個歷史上有紀念意義的日子來到了。
這天一早那些渾身污黑的物理學家突然變得乾乾淨淨。反應堆的建造工作已經完成，現場也已打掃乾淨，地板重又露出木紋。核反應堆馬上就要開始點火，人類是否可以從原子內部得到可供使用的能量，就決定在今天上午。
科學家們大部分都撤離到反應堆對面的平台上。堆旁邊只留一個人——韋爾，他手扶著從堆裡伸出來的一根長棒，這是鎘棒。反應的快慢將由他通過這個棒來控制。但是這還不保險，堆上又爬上去三個年輕人，他們自己稱為“自殺小組”，準備在反應堆一旦失去控制就從上往下灌鎘液，以“撲滅”這場原子火災。
在現場觀看實驗的除這群親手建造起反應堆的科學家外，還有冶金室的領導人康普頓教授，還有軍方領導人格羅夫斯將軍(軍方去年八月就接管了鈾計劃，並把它改名為曼哈頓工程)。還有一個特殊人物，他是這裡唯一與研究工作無關的的人——杜邦財團的代表格林沃爾特先生。戰時，杜邦公司承擔軍方的許多生產任務，而前不久格羅夫斯將軍又提出要他們以生產規模來建造一座反應堆。將軍說反應堆裡的鈾裂變後會生成一種新元素，可用來生產原子彈。可是格林沃爾特這時還根本沒有聽說過反應堆這個詞呢。他不敢冒險，與軍方的談判陷入僵局，這天他也被通知來到現場，好看看反應堆到底是怎麼一回事。
費米擔任現場指揮。他說：“現在我們將抽出鎘棒，鏈式反應就會自動進行，蓋革計故器會用聲音報告反應的強弱，而這支描筆在紙上自動抽出一條指示輻射強度的曲線。好，韋爾，開始吧！”
韋爾將鎘棒抽出一尺，計數器開始喀嚓昨嚓地響動，描筆打出一條向上的曲線。
“再抽一尺！”
計數器的聲音響得更急，大家都屏息靜氣，有的人額頭上已經滲出汗珠。大廳裡靜得就是有根針落地也會匡然有聲，這時計數器一聲聲地響著，像錘子敲在人的心上。誰知道這個堆會不會突然像一顆大炸彈那樣爆炸呢？
費米宣佈：“現在反應堆已進入正常的鏈式反應。”
堆頂上的“自殺小組”更加警惕，準備好的鎘液已經提在手中，現在正是最緊要的關頭。全體人員都注視著各種記錄儀，這樣共28分鐘之久。費米將手舉在空中又向下一劈說：“停止！”
試驗成功了。大家互相握手、擁抱、祝賀。而威格納(就是勸愛因斯坦上書總統的那個匈牙利物理學家)突然拿出一瓶基安提酒。原來今天上班時他就悄悄在大衣口袋裡塞了一瓶酒，他想一定能夠成功。威格納將酒分倒上許多紙杯裡，在場的人每人一杯。喝完後大家又在酒瓶的硬紙護殼上簽了名，然後就去忙著收拾現場，整理數據。格林沃爾特也立即握著格羅夫斯將軍的手說：“太精確了，簡直像一隻瑞士手錶，我們公司同意生產了，馬上就簽字！”
正當各人都在忙自己的事情的時候，誰也沒有注意，有一叫沃特姆伯格的青年物理學家將那個有大家簽名的空酒瓶收了起來，這是一件最好的紀念品。十年後的又一個12月2日，芝加哥大學舉行反應堆實驗十週年慶祝會。沃特姆伯格當時正在外地，他特意將這只空酒瓶寄給慶祝大會。但是他又怕酒瓶會打碎，於是就加了保價費一千美元。一隻空酒瓶竟值千元，這件事立即成了轟動報紙的新聞。而專營基安提酒的商人因此卻大賺其錢。芝加哥大學的這個足球場的看台後面，若干年後掛了一塊金屬匾，上面刻著這樣幾行大字：“人類在這裡實現了第一次鏈式反應，從而開闢了在受控制條件下釋放原子能的道路。”這裡因此聞名，成了一個旅遊者的參觀點。這是後話。
1942年12月2日試驗成功的核反應堆生成的動力是很小的，它剛能點亮一隻小電燈，幾天之後也才可以點亮四盞家用電燈。但是這不要緊，只要追出第一步就不愁走不完萬里路，只要摸清原理就會暢行無阻。瓦特初發明的蒸汽機只能為煤礦排水，但是以後它幾乎用於所有的工業、交通，關鍵是它開闢了一條新路——將熱能轉變為機械能；法拉第最初用磁鐵和線圈做實驗時只能使電流計的指針微微偏動，但他也開闢了一條新路——使磁變電，於是帶來了一個電氣時代；現在費米的原子反應堆雖然功率還很小，但是他也開出了一條新路——使原子核能轉變成熱能或其他能。這驗證了愛因斯坦的偉大理論，E＝mc2，質能是可以互變的。
自從費米那個只能點亮一個燈泡的反應堆問世以來，各種反應堆立即發展起來，有專門提供動力的動力堆，有用於科學實驗的研究堆，有生產核燃料的增殖堆，新能源展示出廣闊的前景。以核能發電來說，一座功率為一百萬千瓦的大型火力發電站，每年要燒二百萬噸煤。為此電廠得有運煤專線，一輛火車得運上千個來回。而同樣功率的核電站，只要六部卡車一次就能把全年的燃料運來。而且這樣可以省出大量的煤去作化工原料。用蓄電池發動的潛水艇，只能在水下潛行幾天，然後再浮出水面充電。可是，換成核動力可以十年不換燃料。
反應堆除提供大量能源外，還可以用來製造同位素。我們把各種元素放在反應堆的管子裡，經過中子照射就變成了新的放射性同位素。這些同位素由於它們的放射性表現出來的穿透作用、能量、螢光效應、特殊生理效應等等，它們在工業、農業、醫學、生物學、考古學、宇宙探索等許多領域都有重要作用。比如害蟲常會鑽到種籽、土壤、樹皮裡面，一般化學殺蟲劑無能為力，這時用穿透力很強的，射線一照射，便使它斷子絕孫。還有金店內部在鑄造、焊接時會出現極小的砂眼、裂縫，肉眼是絕對不能發現的。這時只要用γ射線拍一張片子就會清清楚楚地顯示出來。如同人們對力學、光學、電學的探索一樣，對原子內部的探索已經給人類帶來了受益無窮的好處。
讓我們現在再回到費米的這個反應堆邊來。正當大家在一片興奮、激動中忙著收拾現場時，康普頓教授突然想起應該給美國政府方面打個電話，報告這一喜訊。他立即給負責這一工作的科南教授掛了一個長途電話。當他拿起話筒時才想到這個絕密的大事怎麼能在電話裡說呢？對方已經在問話了：“喂，您是康普頓教授嗎？”
康普頓靈機一動回答道：“是的，我是康普頓。科南教授，我想您一定很願意知道，那位意大利航海家已經登了新大陸了。”
“是這樣嗎？”對方聽懂了，高興地大喊起來。“當地的居民對他友好嗎？”
“很友好，每個人都安全登陸，並且感到愉快。”
這是一個很聰明的，在科學史上留下的一次著名的電話。意大利人哥倫布1492年發現新大陸，過了450年後，正好是中間兩位數倒換一下，另一個意大利人費米在原子世界裡又發現了一塊新大陸。
康普頓教授遠處在興奮之中，這時格羅夫斯將軍走過來，他伸出一隻大手說：“祝賀您，康普頓教授，但是既然試驗已經成功，我們的下一步計劃就該立即實施了吧？”
格羅夫斯說的下一個計劃是什麼？且聽下回分解。