参考例文——核裂变
很快得到检验并证明是正确的第二个重大发现,是爱因斯坦的理论:能量与物质是同一事物的不同形式,该理论通常用E=mc²这个著名的公式来表示。其中,E代表能量,m代表质量,c代表光速。请注意,是物体的质量乘上光速的平方;换言之,光速自乘,这就意味着,每个原子的原子核里都储存着极其巨大的能量。于是,科学家们推断,如果重原子能够被分裂的话,这种能量就可以被释放出来,放射性元素自然衰变时情况就是这样。原子核分裂这一现象的科学术语是核裂变;裂变是表达分裂的另一个词。
1939年,就在第二次世界大战爆发前夕,人们认识到,一个铀原子可以被分裂成两个差不多相等的部分,这是一个关键的发现,因为它第一次指出了,包含在原子核中的能量能够以实际上可利用的形式被释放出来。
但是,必须在克服了许多困难之后,这个理论上的可能性才能变成现实。困难之一涉及到能利用的铀的种类。我们已经讲到过同位素,自然界里存在的铀主要是铀-235和铀-238这两种同位素的混合物。人们发现铀-235 容易裂变(即可以被分裂)。但是,它在天然铀中只占极小部分——不到全部铀储量的百分之一。在1939年之前, 只获得了极其少量的纯净铀-235,勉强够用来作实验。
从理论上讲,在1939年似乎就可能开始实现连锁反应。当一个铀-235原子被分裂时,它放射出两个或三个中子。而后,这些中子又撞击另外两三个原子,这些原子依次放射出更多的中子而使反应继续下去。然而,这些中子从原子核中射出对速度是极高的。而要原子核分裂中子必须运动得比较慢。因此,必须先找到某种物质,来把中子的速度减小到足以使反应继续下去的程度。
另一个问题牵涉到发生连锁反应所需裂变材料的临界质量。这是指为了防止放出的中子未撞击其他原子就逃到周围环境中,而必须使用的最起码的铀-235的量。请记住,原子的内都大部分都是空的。但当质量增加时,能够从中逃出的中子数就会减少。
再一个问题是控制,有必要找到一种能吸收中子的材料,以便使连锁反应停止,或使其保持在释放出的能量不致使系统熔化的水平上。
由于二战的紧迫性,所有这些问题都在很短的时期内即在1939年至1945年初得到了解决。实际上1945年初第一颗原子弹在新墨西哥州爆炸成功了。
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