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核彈與核電都始自他的靈光一閃

核彈與核電都始自他的靈光一閃

核彈與核電都始自他的靈光一閃

上一篇提到1933 年希特勒上台後,身為猶太人的西拉德因為擔心受到納粹迫害,趕緊移居到英國。

9 月 12 日這天早晨,西拉德走在濕冷的倫敦街頭,泰晤士報上的一篇報導仍在他腦中盤旋。那是拉塞福對於核分裂的評論:

「在這過程中,是有可能獲得比質子所攜帶的還要多的能量,但平均而言,不用期望藉此獲取能量,用這方式製造能量又少又沒效率,那些想要用原子的轉變做為能量來源的人,無異於是在打月光的主意。」

拉塞福所說的「這過程」是指他的學生考克若夫 (John Cockcroft) 與沃爾頓 (Ernest Walton) 於 1932 年所作的實驗。他們兩人用粒子加速器將質子射向鋰原子,結果產生 α 粒子(由兩個質子及兩個中子組成,相當於氦的原子核),並伴隨著可觀的能量。

這是史上首度以人工方式製造核分裂,格外引起社會注意。特別是所產生的能量不禁讓人想起威爾斯 (H. G. Wells) 於 1914 年發表的科幻小說《獲得解放的世界》,裡面所預言的「原子彈」是否將會成真?拉塞福顯然對於此等幻想相當不以為然。

西拉德看過威爾斯這本科幻小說,本來他也不把裡面所寫的當真。但如今看到拉塞福身為原子物理的掌門人,竟這麼武斷地對物理的可能性嗤之以鼻,反倒激起他抗拒權威的性格,想要反駁拉塞福這番斷言。

他走到路口遇到紅燈停了下來,腦中思緒仍不斷翻騰。然後就在交通號誌轉為綠燈,他踏出人行道,橫越馬路時,宛如產生時空裂縫,前方出現一條通往未來之路,盡頭處死亡籠罩、哀號遍野……。

這或許只是小說中的末日場景在西拉德腦中具像化,重點是在這瞬間,他赫然明瞭這情景的確可能成真!因為他同時清楚看見如何產生巨大的原子能量——那就是核連鎖反應。

核分裂。圖片來源:維基共享資源 (Wikimedia Commons)

只要讓核反應產生兩個以上的中子(中子也是拉塞福的學生查德威克於 1932 年才剛發現),由於中子是電中性,很容易再進入周遭的原子核產生核反應,而射出更多中子,於是又產生更多核反應……。如此不斷倍增,就會釋放出巨大的能量。西拉德趕緊將核連鎖反應的機制申請專利,同時用鋇與銦的同位素做實驗,卻始終無法成功產生核連鎖反應。

1938 年底,德國科學家發現鈾的原子核吸收中子後,會裂解成兩個較輕的元素,並產生 200 MeV的能量。此時西拉德早已嗅到戰爭爆發的危險,又從英國搬到美國,落腳於哥倫比亞大學。他聽到這個消息後,馬上明瞭鈾就是他苦尋許久的元素。經過多次實驗後,西拉德於 1939 年初確認產生分裂的是鈾的同位素鈾235,而且每次分裂會產生2~3個中子。他構想的核連鎖反應終於可能付諸實現。

西拉德找了同在哥倫比亞大學的物理學家費米,一起合作設計核反應爐。他們利用水和石墨讓中子減速,以增加原子核補獲中子的機會;至今核電廠也都是採用這個設計。

由於鈾的核分裂是由德國科學家發現,西拉德擔心納粹會率先製造出原子彈,連忙擬了一封信並找愛因斯坦出面背書,力勸羅斯福總統下令研發原子彈,以免軸心國取得絕對優勢。於是美國啟動「曼哈頓計畫」,成功造出原子彈,並於 1945 年 8 月初投在廣島和長崎,西拉德當年在倫敦街口所見的煉獄幻象赫然成真……。

西拉德原本只希望以原子彈威嚇軸心國投降,而不是真的引爆。如今眼見自己造成無數傷亡,悔恨不已。他再次找上愛因斯坦連署,但這次是呼籲各國限制核武。西拉德自己在 1947 年就放棄物理,轉而研究分子生物學。1964 年 5 月 30 日,西拉德在睡夢中因心臟病過世,享年 66 歲。

西拉德 (Leo Szilard)。圖片來源:U.S. Department of Energy, Historian's Office。

按:西拉德的冥誕是 2 月 11 日。本文內容原發表於本月份工研院《工業材料》月刊之專欄。

  • 標題圖片:1970 法國在法屬玻里尼西亞穆魯羅阿環礁測試氫彈。圖片來源: atomicarchive.com

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