玻尔的美国之旅

爱因斯坦本人在将近35年前就说过,这个理论可以通过对放射性元素的进一步研究得到证实。尼尔斯·玻尔正计划去美国与爱因斯坦讨论其他问题,因为爱因斯坦在普林斯顿高等研究所找到了避难所。玻尔来到美国,但他与爱因斯坦讨论的主要议题是迈特纳和弗里施的报告。玻尔于1939年1月16日抵达普林斯顿大学。他与爱因斯坦和曾经是他学生的j·a·惠勒进行了交谈。从普林斯顿,这个消息通过口耳相传传播到邻近的物理学家,包括恩里科费米在哥伦比亚。费米和他的同事们立即开始寻找电离的强脉冲,这可以从裂变和随之而来的能量释放中得到。

尼尔斯·玻尔
尼尔斯·玻尔,丹麦物理学家

然而,在实验完成之前,费米离开了哥伦比亚,前往华盛顿特区的乔治华盛顿大学参加一个理论物理会议。在这里,费米和波尔交换了信息,并讨论了裂变问题。费米提到了在这个过程中可能会发射中子的可能性。在谈话中,他们对连锁反应可能性的想法开始明确起来。

会议结束前,美国的四个实验室(华盛顿卡内基研究所、哥伦比亚大学、约翰·霍普金斯大学和加利福尼亚大学)证实了Meitner和Frisch的推论。后来得知,弗里希和迈特纳在1月15日也做了类似的验证性实验。法国的弗雷德里克·约里奥·居里也证实了这一结果,并将其发表在1月30日的《法国科学杂志》上,政府建筑渲染的

1939年2月27日,加拿大出生的沃尔特·h·津恩和利奥西拉德两人都在哥伦比亚大学(Columbia University)工作,他们开始进行实验,以确定铀裂变释放的中子数。与此同时,费米和他的同事赫伯特·l·安德森和h·b·汉斯坦开始了他们对同一问题的调查。这些实验的结果同时发表在四月版的《科学》杂志上物理评论并且表明了连锁反应是可能的,因为铀在裂变时会释放出额外的中子。

利奥西拉德
利奥西拉德,物理学家

费米、津恩、西拉德、安德森和汉斯坦对中子发射的测量是迈向链式反应的重要步骤。

原子能研究所发现的钚进一步推动了有关铀反应堆的工作辐射实验室1940年3月,他在加利福尼亚的伯克利市参加了一场名为“加州大学伯克利分校”的活动。这种未知元素是由铀238捕获一个中子,并由此发射贝塔粒子连续两次改变原子结构而形成的。人们认为,钚和铀的稀有同位素U235会发生裂变。

与此同时,在哥伦比亚大学,费米、津恩和他们的同事正在确定铀链式反应堆的可行设计。除此之外,他们还必须找到一种合适的减速材料来减慢以相对较高速度运动的中子的速度。1941年7月,为了获得繁殖因子(称为“k”)的测量值,开始对铀进行实验,这是解决连锁反应问题的关键。如果能使这个因子充分大于1,就能使链式反应在大量实际尺寸的物质中发生。如果它小于1,链式反应就不会发生。

由于铀和慢化剂中的杂质会捕获中子,使它们无法进行进一步的反应,而且由于中子会“逸出”反应堆而不碰到铀235原子,因此不知道是否能得到大于单位的“k”值。

幸运的是,获得大于1的繁殖因子是一个复杂而困难的问题。如果希特勒的科学家们发现了控制中子的秘密,并获得了“k”的工作值,他们就已经在为纳粹制造原子弹的路上了。


现在是劳伦斯伯克利辐射实验室,由加州大学为美国能源部运作。


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