1900：游走在欧洲的物理学霸 第1372节

　　当时，科学家们一共提出了三种分离提纯方法。

　　第一种是路易斯的学生尤里提出的“气体扩散法”：

　　首先将铀单质（包含三种同位素）变成氟化铀气体，然后让这些气体钻过有很多细孔的板子。

　　根据热力学知识，当氟化铀气体通过细孔时，较轻的铀235分子的扩散速度比较重的铀238要快一点。

　　因此，气孔板一侧的铀235含量就会提高。

　　按照这种方法，让这些气体分子连续通过5000道板子，铀235的纯度就能大大提高了。

　　这种方法效率很高，一次性可以同时分离很多铀。

　　但缺点也很明显，铀235的纯度很难达到90%，因为气体的扩散是杂乱无章的，总会混杂铀234/238。

　　第二种是劳伦斯提出的“电磁分离法”：

　　该方法原理很简单，那就是将铀单质置于回旋加速器之中。

　　由于铀235的质量和铀234/238有细微的区别，因此，三种同位素的旋转半径不同。

　　通过控制电磁场就能单独分离出铀235原子，并将其从加速器中引导出来。

　　这种方法的优点就是铀235的纯度很高很高，甚至能达到95%以上。

　　但是缺点也很明显，那就是效率实在太低了。

　　因为回旋加速器一次性不能添加太多材料，否则很容易出问题。

　　这时，聪明的你肯定想到了：

　　“那把两种方法结合起来啊。”

　　没错，当时的科学家发现这点后，首先用气体分离法进行“粗浓缩”，然后把粗浓缩后的铀再利用电磁分离法进行“细浓缩”。

　　如此一来，不仅铀分离的效率提高了，铀235的纯度也大幅提高，满足原子弹的要求。

　　第三种是艾贝尔森提出的热扩散法。（原理和气体扩散法类似，只不过改成热驱动）

　　当时，由于不知道哪一种方法好，美国政府当即拍板：

　　“三种方法同时进行！”

　　这三种方法，每一种都需要建造单独的工厂，配备庞大的机器设备，而且耗资巨大。（见图）

　　美国的财力和决心可见一斑。

　　于是，橡树岭铀分离工厂就变成了一座超级庞大的工厂群，常规工人数量就超过8万人。

　　它也是曼哈顿计划投资最多的部分。

　　很快，随着不断试错，最终热扩散法被淘汰。

　　铀分离工厂决定采用气体扩散和电磁分离混合法。

　　而这两种方法，每一个都是超级耗电大户，两者一起占据美国同年总用电量的1/6。

　　曼哈顿计划的三年时间内，橡树岭铀分离工厂一共消耗了几千吨铀矿石，最终只分离出70多公斤的铀235。

　　原料问题搞定后，另一个问题迫在眉睫。

　　“要如何用铀实现可控核裂变呢？”

　　原子弹本身虽然是不可控核裂变，但是研究它却需要进行可控的实验。

　　而铀235又如此珍贵，一点不能浪费。

　　这时候，费米临危受命。

　　他负责在芝加哥大学建造核反应堆③。

　　顺便提一下，格罗夫斯非常尊敬这些科学家，甚至允许他们在自己的学校工作。

　　因此你会发现，格罗夫斯领导的行政总部在东海岸的曼哈顿①，奥本海默领导的科学总部却在西海岸的伯克利②。

　　而费米领导的核反应堆又在中部的芝加哥。

　　三地交流起来很不方便，但是格罗夫斯依然同意了。

　　而这一切，只因为奥本海默的一句话：

　　“我们更喜欢在学校的氛围。”

　　费米在芝加哥大学率领包括西拉德在内的几十名顶级科学家，开始了可控核反应堆的建造。

　　而康普顿则负责项目的监管，对外宣称这个项目就是普通的科研项目。

　　当时，康普顿在得知费米想直接在芝加哥大学内部建造核反应堆时，尿都吓出来了。

　　“费老弟，万一控制不住，整个芝加哥都会灰飞烟灭。”

　　然而，费米只是霸气地说道：

　　“我不会让它发生的。”

　　核反应堆的建造也不是一帆风顺的。

　　要进行可控的核链式反应，那就必须能控制中子的速度。

　　还记得费米之前发现：水中的氢可以减慢中子速度吗？

　　费米认为如果用重水，效果可能会更好。

　　大佬提出要求了，美国政府当即斥资2600万美元，在加拿大境内建造重水生产工厂⑦。

　　然而，费米用重水试验后，发现效果并没有想象中那么好。

　　于是，他再次提出：用石墨试试。

　　对此，美国政府毫无怨言，之前的重水工厂就当打水漂了。

　　石墨这东西就不那么珍贵了，私营大企业敞开供应。

　　很快，研究终于取得突破！（核反应堆不能描述太多细节哈）

　　1942年12月2日下午3点25分。

　　当中子计数器发出一声轻微的震颤声，人类历史上第一台可控核反应堆诞生了！

　　这台核反应堆由4万个石墨块包裹着1万9千片铀材料构成，连防护系统都没有，费米等人完全是冒着生命危险。

　　它最初的输出功率只有0.5瓦特，甚至连一个灯泡都点不起来。

　　但是它却代表着人类正式开启了原子能时代，迈入新的历史阶段！

　　这台反应堆后来被称为“芝加哥一号堆（Chicago Pile-1）”，简称为“CP-1”。

　　费米团队的成功，鼓舞了曼哈顿计划的所有科学家。

　　这时候，格罗夫斯找到奥本海默，真诚地说道：

　　“现在铀材料有了，核反应堆的原理也搞定了，可以开始设计和制造原子弹了。”

　　“但是这些工作总不能在大学内部进行吧。”

　　奥本海默想想也对，确实需要建造一个专门的实验室来研究。

　　1943年3月，美国新墨西哥州的一片沙漠中，洛斯阿拉莫斯实验室正式建成④。

　　格罗夫斯亲自到场坐镇，带领3000名全副武装的士兵保护实验室的安全。

　　洛斯阿拉莫斯实验室的保密性要求极高。

　　整个实验室位于山谷之中，与世隔绝，只有一条小路能够进出。

　　每个工厂和居住区都有代号，往来的任何邮件都要受到严格审查。

　　实验室内的每一个研究人员的祖上三代都被查了个底朝天。

　　哪怕是在此工作的普通工人，也要经过严格的筛选。

　　每个人只能了解自己职责范围内的一点事情，不知道自己到底在干什么，工作有什么意义。

　　有位工人曾回忆道：

　　“我的工作就是打开阀门。”

　　“当数字从0移动到100时，就要打开一次；当数字从100又回到0时，再打开另一个阀门。”

　　“一整天就过去了。”

　　“第二天继续如此。”

　　而且任何人不允许提问或者异议，否则直接被带走隔离审查。

　　格罗夫斯把这种严格的要求同样带到了橡树岭铀分离工厂。

　　比如气体扩散分离装置中，有一个关键器件叫滤镜。

　　当时有一大批女工专门负责加工滤镜的原材料。

　　奇怪的是，这些女工每个人一旦来了例假，就必须立即上报，绝对不能隐瞒。

　　例假期间的女工会被安排到另外的小组去工作，等结束后再回来。

　　女工们虽然很好奇，但没有谁敢问为什么，只能老老实实照做。

　　原来，女性在例假期间，排汗量会增多，所以手中的汗珠容易污染滤镜原材料，导致纯度不够。