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“超铀元素(rnurni elemen)?”
对于实验室同事来说,元素elemen一词自然是耳熟能详;但rnurni无疑是个新词,引得大家一片议论。
当孙元起把这个词写到黑板上的时候,大家发现词意并不难理解:rn,这个词头表示跨越、超过的意思,比如rnlin、rnrin等;urni,在化学上是“铀的”。两个单词合起来,就是“超铀的”意思。
可超铀元素是什么?
铀是自然界中能够找到的最重的元素,自从1789年德国化学家克拉普罗特把它从沥青铀矿中分离出来后,化学家一直在尝试发现比它更重的元素。一百二十年过去了,化学家们发现了更多的元素,甚至确定了铀的原子序数是92,却依然没有发现比它更重的元素。
超铀元素?世界上存在原子序数超过铀的元素么?大家心里都有这样的疑问。
“是的,超铀元素。”孙元起很肯定地说,“铀是自然界中能够找到的最重元素,这是毋庸置疑的。超过铀的元素因为大多数都不稳定,半衰期很短,所以在自然界基本上约等于不存在。要想发现和制取它们,只有通过人工核反应。”
关于超铀元素的提出,孙元起纠结了很长时间,因为制备超铀元素一般有两条途径:
第一条途径比较好实现,就是加速氘核来轰击铀238,从而获得了钚239。钚是原子序数为94的元素,这样一来,超铀元素的概念就得以证实。可是钚239裂变速度快、临界质量小、半衰期长,部分核性能比铀235还好,加上铀238在自然界储量又高,使得钚239一度成为早期核武器中最重要的核装料。二战末期投放在长崎市和广岛市的原子弹,都是使用钚239制作的内核部分。当然,有利就有弊,钚239的毒性非常大,生产成本也高,需要建造复杂的生产堆和后处理厂,才能实现工业化生产。
第二条途径最为人所熟知,即用中子轰击铀。用中子来轰击一种元素时,经常会使被轰击元素转变为原子序数比它大1的元素。这样一来,超铀元素就可以源源不断地被发现。但这里面却存在这两个问题。
首先现在还没有发现中子。中子倒不难发现,尤其是现在粒子加速器被发明之后,只要用它来加速α粒子,然后轰击铍、硼或锂这些较轻的元素,就可以获得中子。尽管单独存在的中子不稳定,平均寿命只有大约16分钟,却足以用来做很多事了,比如加速后轰击铀。
其次是一旦用中子轰击铀,除了出现新元素之外,最有可能出现的现象就是核裂变核裂变既是一个极复杂的核过程,又具有重大的实用价值,一旦公开,就会引发全世界的关注。当年铀核裂变的假说一经提出,世界上所有的物理实验室立刻沸腾起来,迅速对这一现象展开了紧张的研究。在不到一年的时间里,发表的有关核裂变的科学论文就达到了一百多篇,这在物理学史上是没有前例的。既然大家全神贯注研究核裂变,那链式反应必然要被发现,核武器也就呼之欲出了。
当然,从发现链式反应到实现可控链式反应,可不是一蹴而就的,用它来制造核武器更是难于上青天。因为最初,所有在实验室进行的研究工作都是利用铀235来实现可控链式反应。铀235是一种稀有的同位素,在天然铀中的含量只有0.7。要实现核爆炸,可能需要几公斤到几十公斤纯度90以上的铀235。在1940年之前,人类从未获得过哪怕是超微量的纯铀235,要生产出以“公斤”计的这东西来,不啻是天方夜谭
这两方面的利弊,孙元起权衡已久。此时提出“超铀元素”的概念,却是心中已经拿定主意:“之前,我们用氘核照射钼,发现了第一种人造元素锝。同理,如果我们用氘核照射铀,会不会产生新的元素呢?我想,答案应该是肯定的
“在发现锝元素之后,肯定也有很多人想过用氘核照射铀,但迄今没有任何结果报告出来。为什么呢?这里面的原因大家都能想到,首先是铀很珍贵,普通人没有能力来做这个实验;其次,用氘核照射铀之前,必须用大型粒子加速器来加速,才可能获得的结果。这样的加速器,眼下只有我们元素实验室才有,这就给了我们一个机会,相信只要大家克服样本质量小、分离难度大等难关,一定会有所发现”
为什么泄露第一种方法呢?孙元起有自己的考虑:
在发现核裂变之前,钚的某些特性并不会引起研究者太大的关注。再者,提纯钚239实现工业化生产,需要建造复杂的生产堆和后处理厂,至少孙元起手头暂时没有这种研究能力和工业基础,所以必须给足元素实验室足够的甜头,然后用“研究已知元素的制备方法”的合理借口,让他们先走一步,才能间接地实现自己的目的。即便元素实验室不上钩,自己也可以借鉴他们实验中分离钚的技术。这些技术,总不至于对实验室主任也保密吧?
元素实验室每年都很热忱地邀请孙元起到美国工作,然而孙元起每年为实验室所做的实际工作极为有限,只是指点几句、评判一下,走个过场。这些话,在信件里面其实都可以说清,但实验室依然每年支付大量薪酬,并邀请孙元起过来。或许,正如故事
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