製造原子彈的鈾到底是什麽？揭秘二戰前的風雲往事

有一個新聞非常轟動，新聞中說，核工業北京地質研究院院長李子穎帶領的研究團隊採用光電能譜方法，對產於我國典型熱液型鈾礦床中瀝青鈾礦的成分和價態進行了系統的研究，發現瀝青鈾礦中鈾不僅有四價和六價形式，還以金屬鈾（零價）形式存在。

為什麽這個新聞會引起轟動呢？

因為大家都知道，鈾是可以製造原子彈的。但為什麽原子彈那麽難造，原因就在於自然界的鈾礦中存在的鈾一般都是化合物，提煉起來非常困難，而純淨的金屬鈾的存在簡直就是“放在一起就可以直接爆炸成為原子彈”，非常有意思。

關於鈾可以製造原子彈的事情，說起來還真有一段風雲往事。

偶然發現原子核的分裂秘密

1938年的聖誕節，比以往時候來得要冷一些。

德國的哈恩教授與他的助手斯特拉斯曼在柏林的威廉皇家化學研究所裡，正在拿一個中子源轟擊92號鈾元素，在他們的工作計劃中，他們希望在轟擊的產物中能找到大量的88號元素——也就是居裡夫人發現的那個鐳元素。

可是，事情似乎正在變得不可控，他們發現大量的92號鈾元素正在分裂為差不多質量的2部分，比如說56號元素鋇就產生的特別多一些。但是，這情況是以前從來沒有預料到的，所以哈恩覺得很困惑。

對於原子核的分裂，則有點類似於整數分拆，如果沒有強相互作用的束縛，那麽整個原子核系統可以任意分裂：

比如4=1+1+1+1=2+1+1=3+1=2+2，一共是5種可能。

鈾原子核的分裂，也像整數分拆，有很多可能。這背後有一定的規律，但這種規律是隱藏的，而且看上去像是隨機的。

在那個時候，哈恩作為一個化學家，對這個規律有點吃不準。他很希望別的實驗組也能夠做類似的實驗，大家相互驗證一下實驗結果。

於是，他就寫信給當時已經被迫離開德國的女物理學家邁特納。哈恩把實驗的過程與結果全部和盤托出，告訴了邁特納，他希望邁特納也能做一下相同的實驗，然後再提供一下相應的看法。

這種事情，邁特納也是第一次聽說，於是她把自己的外甥弗裡茲（Otto Frisch）找來，一起討論這個事情。兩人最後想到，可以用玻爾的液滴模型來解釋這個現象。

液滴模型的大概意思就是說，原子核就好像是一個小水滴，依靠表面張力保持一個近似球形的形狀，但是，水滴是會變形的，也是會破碎的。

在鈾原子核的內部存在一對矛盾——那就是正電荷之間的庫侖的排斥作用，以及強相互作用的吸引力這一對矛盾。（什麽意思？能寫得詳細些嗎）在正常的情況下，這一對矛盾力處於平衡狀態，但當外來中子闖入的時候，平衡就有可能被打破。

這就好像是一個氣球，裡面已經不能再充多一點空氣，如果有新的空氣充進來，氣球就會爆炸。

這個液滴模型很好的解釋了原子核為什麽會在中子的撞擊下被破碎。但是，邁特納與她的外甥畢竟是學物理的，比哈恩這樣的化學家走得更遠一些，他們計算了一下鈾原子核分裂為2個碎片的質量，發現2個碎片的質量之和小於原來的質量，這當然就意味著質量損失，而根據愛因斯坦的E=Mc2這個公式，損失的質量會全部轉化為能量，這是相當可觀的。

原子核時代的到來

當時的國際形勢已經很明顯，德國正在準備入侵波蘭，準備第二次世界大戰。

在這種情況下，邁特納與她外甥就把這個關於原子核裂變的消息轉告給了正要登船去美國的玻爾，讓這物理大師把這個消息轉告給在美國的愛因斯坦，評估一下這個事情是不是可以用在炸彈的製作上。

作為物理人，大家都懂的，這原子核裂變會放出能量，而且，還有一個細節也是很重要的，那就是每次裂變的時候，會有多餘的自由中子射出來，這就是類似以前湯生研究放電的時候所謂的雪崩效應一樣，中子越來越多的話，反應會越來越激烈——當然前提是你有足夠多的鈾。

比方說，一個中子轟擊鈾後，假設會發出2個中子，那麽2個中子去轟擊鈾，會發出4個中子……

那麽碰撞n次以後，中子的個數就有個了，這樣的話，如果有大量的鈾，能發出十分巨大的能量。

這被稱為鏈式反應，或者說自持反應。

哈恩也沒有閑著，自己寫了一個文章，把這個事情在學術界全部公開了。他這樣一喊，消息既然已經走漏出去，馬上就有新的物理組跟進研究，其中居裡夫人的女兒，約裡奧·居裡（曾是錢三強先生的研究生導師）的小組也驗證了這些現象，並且也寫了一篇文章發表在《自然》雜誌上，文章的題目是“一個慢中子轟擊鈾核引起的快中子的發射”。

於是，在1939年，一些聰明人都可以看出來，人類已經從電與光的時代，進入了一個原子核能量的新時代。這一切是在1939年發生的。從1925年海森堡建立原子核外電子運動與光譜學，到1939年，這14年可以被認為是一個過渡時期。

現在，這個過渡時期終於結束了。

1939年4月24日，也就是在居裡的文章發表後兩天，德國漢堡大學就有教授給德國軍事部領導寫信，要求研究核爆炸裝置的可行性，並且說：“第一個擁有核爆炸裝置的國家，一定會具有其他國家無法超越的軍事實力。”

巧用資源“曲線救亡”

但是，鈾元素具有2種不同質量的同位素，就好像雙胞胎一樣，就是重量稍有區別，一個是235amu，一個是238amu。

而且，鈾238在中子的轟擊下是不會發生裂變的（就是分成質量差不多相等的2小塊），因此，它不可能被用來做原子彈。可是，地球上的鈾礦石中，99%以上的含量是鈾238，鈾235少得可憐。

事情沒有那麽簡單，科學家馬上發現，鈾238不是不堪一用的廢物，在中子的轟擊下，它可以變成93號元素，然後再轉變為94號元素。94號元素是鈈元素，與鈾235一樣是可以裂變的，因此鈾238也可以做原子彈的原材料。

因此，這是一次“曲線救國”的故事——相當於你花100元錢買來了鈾238，用中子轟擊一下，它們變成了原子彈的原材料，價值就會翻n番，變成100萬，因此，鈾238可以成為原子彈生產的原材料。