发现了慢中子和铀的关系 突发的洞察力使玻尔发现了慢中子和铀235 之间的特殊关系齐拉特找费米的当 天,玻尔和费米约好,要在普林斯顿教职员中心的拿骚俱乐部请乔治·普拉切克一 起吃晚饭。乔治·普拉切克是一位波希米亚的理论物理学家,是一个受纳粹迫害的 流亡者,从欧洲来美国不久。玻尔和费米要从普拉切克那里了解欧洲的近况。 他们边吃边聊,话题逐渐转向裂变。 玻尔说:“现在好了,我们可以不必为那些讨厌的铀后元素伤脑筋了。” 普拉切克却不同意玻尔的见解,道:“现在,其实情况比以前还要混乱不清。” 于是,他开始具体说明混乱的根源。我们的丹麦诺贝尔奖桂冠获得者注意地倾 听着。 乔治·普拉切克以钍和铀的裂变问题解释了他所断言的“混乱”。 奥托·弗里希做了钍的裂变实验。但是,由于手段所限,他还一时闹不清这种 裂变究竟是快中子造成的,还是慢中子造成的。在美国,地磁研究部的科学家们证 实了弗里希的发现。利用他们的那台500 万伏的范德格拉夫起电机,他们可以产生 几种具有不同能量的中子。这是弗里希的单一中子源所做不到的。他们有一个发现 :无论快中子还是慢中子,钍都能发生裂变,但铀只有在慢中子轰击下才发生裂变。 根据这一现象,普拉切克质问:“为什么铀和钍会对慢中子产生不同的反应呢?” 最后,他直接地对准了玻尔,“如果你的液滴模型对核裂变有普遍指导意义的话, 那么,你怎样解释这个差别呢?” 显然,玻尔突然洞察到了这个差别,并且一下子找到了造成这种差别的原因。 极有可能是为了不失去刚刚初步领会到的东西,他无视礼貌地把椅子向后推开,站 起身来,走出房间,走出了俱乐部。 费米匆匆地向普拉切克告别,赶紧跟上了玻尔。 玻尔在前,一言不发地走着,沉浸在深思之中。费米紧紧地不声不响地跟着, 注意不去打断玻尔的思路。 两个人沉默地穿过普林斯顿大学积满白雪的校园,一直走到了法因堂。这是一 幢新哥特式的砖建筑物,高级研究院当时就设在这里。他们走进爱因斯坦借给玻尔 的宽大的办公室。办公室里有一个壁炉,一块大黑板。一块东方地毯增加了地面的 温暖。 一走进办公室,玻尔就冲到黑板前面对费米说:“好,现在你听着:我一切都 清楚了。” 接着,他又一句话也不说地在黑板上连续画了三幅曲线图。在画图的过程中, 由于情绪激动,他一连弄断了好几支粉笔。 玻尔清楚了什么呢?他画着图向费米讲了些什么呢? 他清楚了费米发现的慢中子与铀235 之间的关系,用图表和大量的数据,向费 米说明,铀的两种同位素中,只有铀235 经慢中子轰击才发生裂变。玻尔解释说, 本来,铀235 只要遇到中子的激发就会发生裂变。而铀238 的特性掩盖了铀235 的 这种普遍性,最后让人看到,好像只有慢中子才会使它裂变。这是由于,铀238 有 一种“习性”:专“吃”快中子,而“吃”下去可以把中子“消化”掉,自己并不 发生裂变。铀238 却“吃”不下慢中子。这样,慢中子成为剩余之物。铀238 和铀 235 是共处一体的,数量上,铀238 占有绝对优势。就是说,进入天然铀的中子, 凡是快的,都被铀238 “吃掉”了,铀235 只好“吃”那些剩余之物——慢中子。 这样,表现出来的,就是铀238 不在任何中子的轰击下发生裂变,而铀235 只有在 慢中子的轰击下发生裂变。 听玻尔讲完之后,费米立即意识到,这是一个重大发现。 费米知道,铀,是铀238 和铀235 混在一起存在的,两者数量上的比例是140 ∶1 。玻尔的理论告诉他,人们通常讲的“铀的裂变”,实际上就是铀235 的裂变, 换句话说,是铀极小一部分的裂变。 他记起了当天与齐拉特争执的问题,现在,他的认识大大前进了一步,他看到, 自己发现的“慢中子效应”,成为裂变和链式反应的先导,自己“功不可没”,没 有这一发现,也许人们就无法发现裂变、认识链式反应的问题,这已经被近年核物 理学的发展史所证实。而且,“慢中子”依然有用,依然有大用,原子反应堆所追 求的就是“慢中子。但是,要真正把握裂变现象,把握链式反应,还必须靠对铀235 品质的认识。在认识慢中子的基础上,玻尔让人认识了铀235 的这种品质,并指明 了“慢中子”与铀235 的特殊关系,这才使人们的认识趋向全面,而这种新认识不 可避免地导致:要真正实现链式反应,第一步需要把铀235 从铀的同位素中提取出 来;第二步,寻求第二代中子。 想到这里,费米惊叹玻尔突发的洞察力,是这种洞察力在思考普拉切克的质问 时,有了这样的重大发现。 费米敦请玻尔尽快把这一重大发现整理发表,玻尔接受了。 我们还记得,一月份玻尔为了保护他的欧洲的同事们的优先权,在三天内写出 了一篇700 字的文章。现在,急于把铀235 在裂变中的特殊角色的消息传播出去, 他写出一篇1800字的文章,用时只有两天。这次,文章虽然写得很快,但运笔仔细、 认真。 文章的题目是《铀和钍蜕变中的共振和核裂变现象》,2 月7 日寄交给《物理 评论》杂志。