“超鈾元素(rnurni elemen)?”
對於實驗室同事來說,元素elemen一詞自然是耳熟能詳;但rnurni無疑是個新詞,引得大家一片議論。
當孫元起把這個詞寫到黑板上的時候,大家發現詞意並不難理解:rn,這個詞頭表示跨越、超過的意思,比如rnlin、rnrin等;urni,在化學上是“鈾的”。兩個單詞合起來,就是“超鈾的”意思。
可超鈾元素是什麽?
鈾是自然界中能夠找到的最重的元素,自從1789年德國化學家克拉普羅特把它從瀝青鈾礦中分離出來後,化學家一直在嚐試發現比它更重的元素。一百二十年過去了,化學家們發現了更多的元素,甚至確定了鈾的原子序數是92,卻依然沒有發現比它更重的元素。
超鈾元素?世界上存在原子序數超過鈾的元素麽?大家心裏都有這樣的疑問。
“是的,超鈾元素。”孫元起很肯定地說,“鈾是自然界中能夠找到的最重元素,這是毋庸置疑的。超過鈾的元素因為大多數都不穩定,半衰期很短,所以在自然界基本上約等於不存在。要想發現和製取它們,隻有通過人工核反應。”
關於超鈾元素的提出,孫元起糾結了很長時間,因為製備超鈾元素一般有兩條途徑:
第一條途徑比較好實現,就是加速氘核來轟擊鈾238,從而獲得了鈈239。鈈是原子序數為94的元素,這樣一來,超鈾元素的概念就得以證實。可是鈈239裂變速度快、臨界質量小、半衰期長,部分核性能比鈾235還好,加上鈾238在自然界儲量又高,使得鈈239一度成為早期核武器中最重要的核裝料。二戰末期投放在長崎市和廣島市的原子彈,都是使用鈈239製作的內核部分。當然,有利就有弊,鈈239的毒性非常大,生產成本也高,需要建造複雜的生產堆和後處理廠,才能實現工業化生產。
第二條途徑最為人所熟知,即用中子轟擊鈾。用中子來轟擊一種元素時,經常會使被轟擊元素轉變為原子序數比它大1的元素。這樣一來,超鈾元素就可以源源不斷地被發現。但這裏麵卻存在這兩個問題。
首先現在還沒有發現中子。中子倒不難發現,尤其是現在粒子加速器被發明之後,隻要用它來加速α粒子,然後轟擊鈹、硼或鋰這些較輕的元素,就可以獲得中子。盡管單獨存在的中子不穩定,平均壽命隻有大約16分鍾,卻足以用來做很多事了,比如加速後轟擊鈾。
其次是一旦用中子轟擊鈾,除了出現新元素之外,最有可能出現的現象就是核裂變核裂變既是一個極複雜的核過程,又具有重大的實用價值,一旦公開,就會引發全世界的關注。當年鈾核裂變的假說一經提出,世界上所有的物理實驗室立刻沸騰起來,迅速對這一現象展開了緊張的研究。在不到一年的時間裏,發表的有關核裂變的科學論文就達到了一百多篇,這在物理學史上是沒有前例的。既然大家全神貫注研究核裂變,那鏈式反應必然要被發現,核武器也就呼之欲出了。
當然,從發現鏈式反應到實現可控鏈式反應,可不是一蹴而就的,用它來製造核武器更是難於上青天。因為最初,所有在實驗室進行的研究工作都是利用鈾235來實現可控鏈式反應。鈾235是一種稀有的同位素,在天然鈾中的含量隻有0.7。要實現核爆炸,可能需要幾公斤到幾十公斤純度90以上的鈾235。在1940年之前,人類從未獲得過哪怕是超微量的純鈾235,要生產出以“公斤”計的這東西來,不啻是天方夜譚
這兩方麵的利弊,孫元起權衡已久。此時提出“超鈾元素”的概念,卻是心中已經拿定主意:“之前,我們用氘核照射鉬,發現了第一種人造元素锝。同理,如果我們用氘核照射鈾,會不會產生新的元素呢?我想,答案應該是肯定的
“在發現锝元素之後,肯定也有很多人想過用氘核照射鈾,但迄今沒有任何結果報告出來。為什麽呢?這裏麵的原因大家都能想到,首先是鈾很珍貴,普通人沒有能力來做這個實驗;其次,用氘核照射鈾之前,必須用大型粒子加速器來加速,才可能獲得的結果。這樣的加速器,眼下隻有我們元素實驗室才有,這就給了我們一個機會,相信隻要大家克服樣本質量小、分離難度大等難關,一定會有所發現”
為什麽泄露第一種方法呢?孫元起有自己的考慮:
在發現核裂變之前,鈈的某些特性並不會引起研究者太大的關注。再者,提純鈈239實現工業化生產,需要建造複雜的生產堆和後處理廠,至少孫元起手頭暫時沒有這種研究能力和工業基礎,所以必須給足元素實驗室足夠的甜頭,然後用“研究已知元素的製備方法”的合理借口,讓他們先走一步,才能間接地實現自己的目的。即便元素實驗室不上鉤,自己也可以借鑒他們實驗中分離鈈的技術。這些技術,總不至於對實驗室主任也保密吧?
元素實驗室每年都很熱忱地邀請孫元起到美國工作,然而孫元起每年為實驗室所做的實際工作極為有限,隻是指點幾句、評判一下,走個過場。這些話,在信件裏麵其實都可以說清,但實驗室依然每年支付大量薪酬,並邀請孫元起過來。或許,正如故事
1/2
是 由】.
對於實驗室同事來說,元素elemen一詞自然是耳熟能詳;但rnurni無疑是個新詞,引得大家一片議論。
當孫元起把這個詞寫到黑板上的時候,大家發現詞意並不難理解:rn,這個詞頭表示跨越、超過的意思,比如rnlin、rnrin等;urni,在化學上是“鈾的”。兩個單詞合起來,就是“超鈾的”意思。
可超鈾元素是什麽?
鈾是自然界中能夠找到的最重的元素,自從1789年德國化學家克拉普羅特把它從瀝青鈾礦中分離出來後,化學家一直在嚐試發現比它更重的元素。一百二十年過去了,化學家們發現了更多的元素,甚至確定了鈾的原子序數是92,卻依然沒有發現比它更重的元素。
超鈾元素?世界上存在原子序數超過鈾的元素麽?大家心裏都有這樣的疑問。
“是的,超鈾元素。”孫元起很肯定地說,“鈾是自然界中能夠找到的最重元素,這是毋庸置疑的。超過鈾的元素因為大多數都不穩定,半衰期很短,所以在自然界基本上約等於不存在。要想發現和製取它們,隻有通過人工核反應。”
關於超鈾元素的提出,孫元起糾結了很長時間,因為製備超鈾元素一般有兩條途徑:
第一條途徑比較好實現,就是加速氘核來轟擊鈾238,從而獲得了鈈239。鈈是原子序數為94的元素,這樣一來,超鈾元素的概念就得以證實。可是鈈239裂變速度快、臨界質量小、半衰期長,部分核性能比鈾235還好,加上鈾238在自然界儲量又高,使得鈈239一度成為早期核武器中最重要的核裝料。二戰末期投放在長崎市和廣島市的原子彈,都是使用鈈239製作的內核部分。當然,有利就有弊,鈈239的毒性非常大,生產成本也高,需要建造複雜的生產堆和後處理廠,才能實現工業化生產。
第二條途徑最為人所熟知,即用中子轟擊鈾。用中子來轟擊一種元素時,經常會使被轟擊元素轉變為原子序數比它大1的元素。這樣一來,超鈾元素就可以源源不斷地被發現。但這裏麵卻存在這兩個問題。
首先現在還沒有發現中子。中子倒不難發現,尤其是現在粒子加速器被發明之後,隻要用它來加速α粒子,然後轟擊鈹、硼或鋰這些較輕的元素,就可以獲得中子。盡管單獨存在的中子不穩定,平均壽命隻有大約16分鍾,卻足以用來做很多事了,比如加速後轟擊鈾。
其次是一旦用中子轟擊鈾,除了出現新元素之外,最有可能出現的現象就是核裂變核裂變既是一個極複雜的核過程,又具有重大的實用價值,一旦公開,就會引發全世界的關注。當年鈾核裂變的假說一經提出,世界上所有的物理實驗室立刻沸騰起來,迅速對這一現象展開了緊張的研究。在不到一年的時間裏,發表的有關核裂變的科學論文就達到了一百多篇,這在物理學史上是沒有前例的。既然大家全神貫注研究核裂變,那鏈式反應必然要被發現,核武器也就呼之欲出了。
當然,從發現鏈式反應到實現可控鏈式反應,可不是一蹴而就的,用它來製造核武器更是難於上青天。因為最初,所有在實驗室進行的研究工作都是利用鈾235來實現可控鏈式反應。鈾235是一種稀有的同位素,在天然鈾中的含量隻有0.7。要實現核爆炸,可能需要幾公斤到幾十公斤純度90以上的鈾235。在1940年之前,人類從未獲得過哪怕是超微量的純鈾235,要生產出以“公斤”計的這東西來,不啻是天方夜譚
這兩方麵的利弊,孫元起權衡已久。此時提出“超鈾元素”的概念,卻是心中已經拿定主意:“之前,我們用氘核照射鉬,發現了第一種人造元素锝。同理,如果我們用氘核照射鈾,會不會產生新的元素呢?我想,答案應該是肯定的
“在發現锝元素之後,肯定也有很多人想過用氘核照射鈾,但迄今沒有任何結果報告出來。為什麽呢?這裏麵的原因大家都能想到,首先是鈾很珍貴,普通人沒有能力來做這個實驗;其次,用氘核照射鈾之前,必須用大型粒子加速器來加速,才可能獲得的結果。這樣的加速器,眼下隻有我們元素實驗室才有,這就給了我們一個機會,相信隻要大家克服樣本質量小、分離難度大等難關,一定會有所發現”
為什麽泄露第一種方法呢?孫元起有自己的考慮:
在發現核裂變之前,鈈的某些特性並不會引起研究者太大的關注。再者,提純鈈239實現工業化生產,需要建造複雜的生產堆和後處理廠,至少孫元起手頭暫時沒有這種研究能力和工業基礎,所以必須給足元素實驗室足夠的甜頭,然後用“研究已知元素的製備方法”的合理借口,讓他們先走一步,才能間接地實現自己的目的。即便元素實驗室不上鉤,自己也可以借鑒他們實驗中分離鈈的技術。這些技術,總不至於對實驗室主任也保密吧?
元素實驗室每年都很熱忱地邀請孫元起到美國工作,然而孫元起每年為實驗室所做的實際工作極為有限,隻是指點幾句、評判一下,走個過場。這些話,在信件裏麵其實都可以說清,但實驗室依然每年支付大量薪酬,並邀請孫元起過來。或許,正如故事
1/2
是 由】.