專業角度揭示「科學家徒手掰開原子彈事件」細節,避免以訛傳訛

2021-01-15 老張侃侃談歷史123

1。一些報導規避了難懂的專業細節

「聽說有個科學家徒手分開挨得很近的兩塊高濃縮鈾,避免了一次核爆。說是那個科學家因為高輻射因此死了。真相細節到底如何?」

有著上述疑問的不止一人。

「科學家徒手掰開原子彈,科學家捨己救人」 的故事流傳甚廣,隨便就可找出幾篇相關的文章:《雙手掰開原子彈的人》(福州晚報)、《雙手掰開原子彈的人》(中國科學網)等。

這些故事的主人公,不管是叫「斯羅達」、「斯洛達」還是「斯羅廷」、「斯洛廷」,其實對應的都是同一個人——加拿大物理學家Louis Alexander Slotin,此人確實參加了曼哈頓計劃,也確實如那個故事中一樣經歷了一次意外臨界事故,但那些敘述的故事多少還是有點誇張。

由於該項試驗所涉及的專業性太強,那些媒體更多地考慮到受眾的接受度,規避了深奧的技術細節的解釋,不實和誇張描述的嫌疑也就在所難免了。

2。斯洛廷做核試驗的目的

1946年,二戰已經結束,原子彈成功實戰為太平洋戰爭畫上了句號。儘管二戰結束了,可是對核武器的研製來說,也僅僅邁出了第一步。所以,參加了曼哈頓計劃工作的一些科學家對核武器的研究並沒有停止。

原子彈的小型化和高爆性是科學家追求的目標,而彈藥的臨界質量是最重要的參數之一。臨界質量(臨界體積)是一個變數,與材料的種類、濃度、溫度、壓強、幾何形狀、中子反射屏蔽等等因素有關,對於臨界質量而言,只有更好,沒有最好。

如果忽略臨界質量這一參數,一味地增加藥量,反正臨界質量就包含其中,這不是科學的態度,也違背研製原子彈的小型化和高爆性的初衷。

當時斯洛廷是用的鈽核素做的試驗,長崎的「胖子」就是用的鈽做彈藥。

據資料,當時的水平用高濃度的鈾20kg左右、高濃度的鈽(超級鈾)7kg左右即可超出臨界質量,換言之,就能夠造出原子彈。

原子彈的原理就是利用高濃度的鈾、鈽等核素在達到臨界質量,利用中子點火,極短時間發生核鏈式裂變,極短時間釋放出大量的核能。

上面提到,臨界質量是一個變量。與多種因素有關。

斯洛廷所做的試驗就是在更多的因素確定的情況下,測試鈽臨界質量與鈹制半球殼反射中子的關係。

比如,鈹制半球殼全部用來反射中子時,對逃逸的中子反射能力最強,鈽的鏈式反應還能夠發生,說明鈽核素的臨界質量還有減小的空間。

斯洛廷就是通過試驗找出鈽核素能夠發生連鎖反應的臨界質量,或者說最小臨界質量。

當然原子彈的創新改進計算數據在先,但是最重要的環節還是試驗。

3。斯洛廷做核試驗失誤的細節

1946年5月21 日,斯洛廷與七位同事在實驗室進行一項有關鈽核原子彈的實驗。按照程序,這是該核爆之前的最後一次測試檢查,目的是通過演示讓大家確認該核心確實具有達到臨界的能力。

(斯洛廷在洛斯阿拉莫斯的檔案照片。)

(事後對斯洛廷臨界事故的模型再現。)

實驗中要把兩塊鈹制半球殼套在鈽核心的外面。核心是鈽,兩塊鈹制半球殼用於逃逸中子的放射,把這些中子放射回去,去再次撞擊鈽核引發鏈式裂變。

中子數目少時,難於撞擊到鈽核,這是由原子的結構決定的。

原子夠小了,原子核更小,它的體積只佔原子體積的幾千億分之一。所以,在試驗中,如果中子槍射出的中子數量少,中子擊中鈽核的機率很小;要麼被鈹核俘獲,要麼穿過電子云脫靶。把脫靶的中子再次反射回去撞擊鈽核,觀察鏈式反應情況。這就是斯洛廷正在做的工作。

只有精細,才有精確。

斯洛廷用左手拇指從上方勾住一個鈹制半球殼(理解成鍋蓋),並用右手持螺絲刀頂住上半球殼以維持上下兩個鈹半球殼間的空隙(改變鍋蓋的角度,從而調節鍋蓋反射面積的大小;用螺絲刀維持空隙本身就是違規操作;估計鏈式反應剛剛進行之瞬間,有儀表指示或者左手通過溫度感知)。

15 時 20 分左右,右手的螺絲刀滑落,引發左手掌握著的鈹半球殼迅速下落套住鈽核心(把鍋給蓋上了),導致系統瞬間臨界( 本應該是量變的過程。鍋蓋的作用就相當於調節開關,如果精力不分散,是能夠回到非臨界)。

在場的科學家感受到「一股熱浪」,並看到鈽核心周圍的空氣被電離而發出「藍色螢光」。在場的所有人都受到了強烈的輻射(主要是核反應產生的中子和γ射線)。

此時,斯洛廷左手感到被燒傷的劇痛,條件反射式地向上抽左手,將鈹制半球殼拉起並摔落在地(由此演繹出科學家徒手掰開原子彈的故事)。

據測算,斯洛廷所受的輻射劑量相等於在原子彈爆發時距彈1463米時所受的輻射量。

斯洛廷當天就被送入醫院救治,還有志願者為其獻血,但由於受輻照劑量過大,斯洛廷最終還是於九天後的 1946年5 月 30 日逝世。七位生還者中的三人數年後死於可能與被輻射曝曬相關的死因。

當時的專家說,該事故是完全可以避免的,斯洛廷作為一名高級物理學家,並沒有使用正式步驟,危害自己及實驗室眾人。

斯洛廷逝世後,洛斯阿拉莫斯當地的報紙刊發了一首紀念他的頌詩,表彰他在危難關頭捨己救人的崇高品質。

1955 年德斯達·馬斯塔斯的小說《事故》用文學化的方式描繪了一位核科學家在受到致命輻照後逐漸逝去的日子,其原型就是斯洛廷。1989 年的電影《胖子與小男孩》則將斯洛廷的故事搬上了大銀幕。另外,一顆發現於 1995 年的小行星在 2002 年時被正式定名為「12423 斯洛廷星」。

4。 網友對斯洛廷「臨界事故」解讀:

(1)該試驗的中子源提供的中子肯定是最限量的,絕不是中子束。若有一定數量的中子,蓋上「鍋蓋」(鈹制半球殼)之時,就能夠觸發核爆。

(2)觸發核爆可不是那樣簡單。若那樣的舉手之勞就觸發核爆,科學家研製起爆炸藥、雷管等豈不是畫蛇添足!

(3)「鍋蓋」其實是被觸發瞬間的裂變的能量給爆出去的!正是給爆出去,切斷了鏈式裂變的條件。

(4)不懂的別說什麼還要中子轟擊,超過臨界就起爆。

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