第698章 揭秘曼哈頓計劃！鈾分離工廠！核反

  第698章 揭秘曼哈頓計劃！鈾分離工廠！核反應堆！設計和製造實驗室！

  曼哈頓計劃之所以能那麼快成功，並不是因為沒有遇到什麼研發困難。

  相反，奧本海默等人遇到了很多技術性方面的難題。

  但是這些問題在美國政府瘋狂砸錢，從4億美元追加到20億美元的情況下，就變得不難了。

  「錢能解決的問題都不是問題！」

  看本書最新章節，請訪問sto9.𝐜𝐨𝐦

  「有任何想法立刻去試！」

  科學家如果擁有無限的資源，確實能爆發出可怕的力量。

  從一張圖就能看出曼哈頓計劃的複雜和龐大。

  1942年9月，格羅夫斯上任之後，首先在美國田納西州橡樹嶺購買了第一塊土地⑤。

  這裡建成了曼哈頓計劃的核心工廠之一：鈾235分離工廠。

  對於武器級鈾而言，其純度必須達到90%以上，否則無法進行鏈式反應。

  而天然存在的鈾元素，其中鈾235的豐度只有7%。

  從7%到90%，這是何等恐怖的提純倍率！

  當時，科學家們一共提出了三種分離提純方法。

  第一種是路易斯的學生尤里提出的「氣體擴散法」：

  首先將鈾單質（包含三種同位素）變成氟化鈾氣體，然後讓這些氣體鑽過有很多細孔的板子。

  根據熱力學知識，當氟化鈾氣體通過細孔時，較輕的鈾235分子的擴散速度比較重的鈾238要快一點。

  因此，氣孔板一側的鈾235含量就會提高。

  按照這種方法，讓這些氣體分子連續通過5000道板子，鈾235的純度就能大大提高了。

  這種方法效率很高，一次性可以同時分離很多鈾。

  但缺點也很明顯，鈾235的純度很難達到90%，因為氣體的擴散是雜亂無章的，總會混雜鈾234/238。

  第二種是勞倫斯提出的「電磁分離法」：

  該方法原理很簡單，那就是將鈾單質置於回旋加速器之中。

  由於鈾235的質量和鈾234/238有細微的區別，因此，三種同位素的旋轉半徑不同。

  通過控制電磁場就能單獨分離出鈾235原子，並將其從加速器中引導出來。

  這種方法的優點就是鈾235的純度很高很高，甚至能達到95%以上。

  但是缺點也很明顯，那就是效率實在太低了。

  因為回旋加速器一次性不能添加太多材料，否則很容易出問題。

  這時，聰明的你肯定想到了：

  「那把兩種方法結合起來啊。」

  沒錯，當時的科學家發現這點後，首先用氣體分離法進行「粗濃縮」，然後把粗濃縮後的鈾再利用電磁分離法進行「細濃縮」。

  如此一來，不僅鈾分離的效率提高了，鈾235的純度也大幅提高，滿足原子彈的要求。

  第三種是艾貝爾森提出的熱擴散法。（原理和氣體擴散法類似，只不過改成熱驅動）

  當時，由於不知道哪一種方法好，美國政府當即拍板：

  「三種方法同時進行！」

  這三種方法，每一種都需要建造單獨的工廠，配備龐大的機器設備，而且耗資巨大。（見圖）

  美國的財力和決心可見一斑。

  於是，橡樹嶺鈾分離工廠就變成了一座超級龐大的工廠群，常規工人數量就超過8萬人。

  它也是曼哈頓計劃投資最多的部分。

  很快，隨著不斷試錯，最終熱擴散法被淘汰。

  鈾分離工廠決定採用氣體擴散和電磁分離混合法。

  而這兩種方法，每一個都是超級耗電大戶，兩者一起占據美國同年總用電量的1/6。

  曼哈頓計劃的三年時間內，橡樹嶺鈾分離工廠一共消耗了幾千噸鈾礦石，最終只分離出70多公斤的鈾235。

  原料問題搞定後，另一個問題迫在眉睫。

  「要如何用鈾實現可控核裂變呢？」

  原子彈本身雖然是不可控核裂變，但是研究它卻需要進行可控的實驗。

  而鈾235又如此珍貴，一點不能浪費。

  這時候，費米臨危受命。

  他負責在芝加哥大學建造核反應堆③。

  順便提一下，格羅夫斯非常尊敬這些科學家，甚至允許他們在自己的學校工作。

  因此你會發現，格羅夫斯領導的行政總部在東海岸的曼哈頓①，奧本海默領導的科學總部卻在西海岸的伯克利②。

  而費米領導的核反應堆又在中部的芝加哥。

  三地交流起來很不方便，但是格羅夫斯依然同意了。

  而這一切，只因為奧本海默的一句話：

  「我們更喜歡在學校的氛圍。」

  費米在芝加哥大學率領包括西拉德在內的幾十名頂級科學家，開始了可控核反應堆的建造。

  而康普頓則負責項目的監管，對外宣稱這個項目就是普通的科研項目。

  當時，康普頓在得知費米想直接在芝加哥大學內部建造核反應堆時，尿都嚇出來了。

  「費老弟，萬一控制不住，整個芝加哥都會灰飛煙滅。」

  然而，費米只是霸氣地說道：

  「我不會讓它發生的。」

  核反應堆的建造也不是一帆風順的。

  要進行可控的核鏈式反應，那就必須能控制中子的速度。

  還記得費米之前發現：水中的氫可以減慢中子速度嗎？

  費米認為如果用重水，效果可能會更好。

  大佬提出要求了，美國政府當即斥資2600萬美元，在加拿大境內建造重水生產工廠⑦。

  然而，費米用重水試驗後，發現效果並沒有想像中那麼好。

  於是，他再次提出：用石墨試試。

  對此，美國政府毫無怨言，之前的重水工廠就當打水漂了。

  石墨這東西就不那麼珍貴了，私營大企業敞開供應。

  很快，研究終於取得突破！（核反應堆不能描述太多細節哈）

  1942年12月2日下午3點25分。

  當中子計數器發出一聲輕微的震顫聲，人類歷史上第一台可控核反應堆誕生了！

  這台核反應堆由4萬個石墨塊包裹著1萬9千片鈾材料構成，連防護系統都沒有，費米等人完全是冒著生命危險。

  它最初的輸出功率只有5瓦特，甚至連一個燈泡都點不起來。

  但是它卻代表著人類正式開啟了原子能時代，邁入新的歷史階段！

  這台反應堆後來被稱為「芝加哥一號堆（Chicago Pile-1）」，簡稱為「CP-1」。

  費米糰隊的成功，鼓舞了曼哈頓計劃的所有科學家。

  這時候，格羅夫斯找到奧本海默，真誠地說道：

  「現在鈾材料有了，核反應堆的原理也搞定了，可以開始設計和製造原子彈了。」

  「但是這些工作總不能在大學內部進行吧。」

  奧本海默想想也對，確實需要建造一個專門的實驗室來研究。

  1943年3月，美國新墨西哥州的一片沙漠中，洛斯阿拉莫斯實驗室正式建成④。

  格羅夫斯親自到場坐鎮，帶領3000名全副武裝的士兵保護實驗室的安全。

  洛斯阿拉莫斯實驗室的保密性要求極高。

  整個實驗室位於山谷之中，與世隔絕，只有一條小路能夠進出。

  每個工廠和居住區都有代號，往來的任何郵件都要受到嚴格審查。

  實驗室內的每一個研究人員的祖上三代都被查了個底朝天。

  哪怕是在此工作的普通工人，也要經過嚴格的篩選。

  每個人只能了解自己職責範圍內的一點事情，不知道自己到底在幹什麼，工作有什麼意義。

  有位工人曾回憶道：

  「我的工作就是打開閥門。」

  「當數字從0移動到100時，就要打開一次；當數字從100又回到0時，再打開另一個閥門。」

  「一整天就過去了。」

  「第二天繼續如此。」

  而且任何人不允許提問或者異議，否則直接被帶走隔離審查。

  格羅夫斯把這種嚴格的要求同樣帶到了橡樹嶺鈾分離工廠。

  比如氣體擴散分離裝置中，有一個關鍵器件叫濾鏡。

  當時有一大批女工專門負責加工濾鏡的原材料。

  奇怪的是，這些女工每個人一旦來了例假，就必須立即上報，絕對不能隱瞞。

  例假期間的女工會被安排到另外的小組去工作，等結束後再回來。

  女工們雖然很好奇，但沒有誰敢問為什麼，只能老老實實照做。

  原來，女性在例假期間，排汗量會增多，所以手中的汗珠容易污染濾鏡原材料，導致純度不夠。

  這就是曼哈頓計劃的保密性和嚴格性。

  真實歷史上，一共只有12個人了解曼哈頓計劃的全貌。

  甚至於連後來新上任的杜魯門總統都不知道這個計劃具體幹什麼。

  加州大學校長看見奧本海默去了那裡，還以為對方在研究「死光」武器呢。

  總之，鈾分離工廠、芝加哥一號堆等這些都是前置工作。

  最終的目的就是要在洛斯阿拉莫斯實驗室設計和製造原子彈。

  奧本海默成為實驗室主任。

  CP-1也從芝加哥轉移到實驗室，並且被重新改進優化為CP-2，滿足實驗所需。

  剛開始，奧本海默信心十足，霸氣地說道：

  「我只需要6名物理學家和100多名技術工程師，就能造出原子彈。」

  然而，原子彈的難度還是超越了他的想像。

  很快，研究團隊就超過了1000人，當時美國幾乎所有物理學家都參與進來了。

  實驗室中最重要最核心的就是理論部，費曼、費米、玻爾、泰勒、馮·諾依曼等大佬都在這裡。

  該部門負責研究和計算原子彈的爆炸原理，部門主任為37歲的貝特。

  貝特是索末菲的博士生，因為猶太血統被迫從德國逃到美國。

  他在量子力學、核物理、粒子物理、天體物理領域都有突破性貢獻，獲得1967年的物理諾獎。（非常牛逼的一個人，但是他的牛逼不好寫，過於專業）

  理論部的第一項任務，就是計算鈾235的臨界質量。

  所謂的臨界質量，就是指能維持鏈式反應所需的最小裂變材料的質量。

  因為如果鈾的質量很小，意味著體積也很小，那麼中子就很容易穿透材料，跑到外面去，導致裂變停止。

  因此，原子彈內的鈾材料質量必須超過臨界質量。

  此外，鈾材料的形狀、純度等性質，都會影響臨界質量的數值。

  而要想做成原子彈，鈾材料肯定會經過各種結構設計，因此臨界質量也會發生輕微的變化。

  所以，理論部的物理學家們就計算了一種最簡單的情況：完美球形鈾材料。

  海森堡當時憑藉自己一己之力算錯了。

  但是理論部有十幾位超級大佬，幾十位大佬，算錯的可能性為零。

  最後得出結果為50公斤。

  就算因為最後的結構設計不同，導致臨界質量變化，也不過是增減幾公斤而已。

  看到這個結果，奧本海默等人頓時心涼了半截。

  根據橡樹嶺鈾分離工廠傳來的數據，三年之內，他們只能提純70多公斤的鈾235。

  換言之，鈾材料只夠製造出一枚原子彈！

  那還怎麼試爆呢？

  不試又怎麼能確定理論和設計正確呢？

  萬一投了一個啞彈，那估計會被櫻族給笑死。

  就在眾人一籌莫展、焦頭爛額之際，西博格（不是西拉德哈）忽然想到自己曾創造的94號元素鈽。

  「鈽239同樣能發生核裂變。」

  「為何不用它試試？」

  眾人大喜。

  經過計算，鈽239的臨界質量只有區區5公斤。

  而且製造鈽239的工藝很成熟，所用的原材料正是之前鈾分離工廠不需要的鈾238。

  中子照射鈾238即可得到鈽239。

  很快，西博格按照費米的經驗，帶領團隊製造出鈽反應堆，驗證了鈽鏈式反應的機理。

  接著，美國政府大筆一揮，耗資9億美元，在華盛頓州漢福特城又建造了一個鈽239製造工廠⑥。

  順便提一下，後來橡樹嶺鈾分離工廠也開始提純鈽239。

  根據漢福特城工廠的進度反饋，鈽239的量足夠製造出2枚原子彈的。

  至此，奧本海默等人終於放下心來。

  緊接著，理論部要攻克第二項任務，也是最關鍵的任務：

  「原子彈的結構到底怎麼設計？」

  如果不考慮任何因素，左手拿一塊30公斤的鈾235，右手也拿一塊30公斤的鈾235。

  雙手只要一合併，核鏈式反應就啟動了。（因為空氣中也存在游離中子，可能引發核反應。）

  這種方式估計是恐怖分子最愛。

  但是要想製造成原子彈這種可控的武器，那麼要考慮的東西就複雜了。

  隨著大佬們的深入研究和計算，這時，出現了兩種截然不同的設計方法。

  奧本海默思考後，大手一揮：

  「理論部劃分為兩個小組，同時研究這兩種設計原理！」

  （還有更新耶）