科學(xué)家“用雙手掰開核彈”的真相

張汀

1946年，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后不久，美國物理學(xué)家路易斯·斯洛庭站在洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的一張矮桌前，凝視著他面前的這個(gè)物體。他的左手大拇指緊摳住鈹半球頂部的一個(gè)洞，其他手指撐住半球側(cè)而，小心翼翼地將球懸在桌子最左邊。他右手拿著一把平頭螺絲起子，將尖端刃部楔入半球頂?shù)挠疫吘壱苑乐蛊渫耆]合。透過右側(cè)的空隙，幾乎可以捕捉到半球里頭金屬閃爍的光芒，瞥見那顆被定為美國下一個(gè)核武器之一的重達(dá)14磅的钚球。

斯洛庭開始緩慢地放低半球，同時(shí)小心翼翼地用螺絲起子控制開口。此前他曾多次操作過這個(gè)步驟，但這次卻出現(xiàn)了不同。當(dāng)他的左手放松對(duì)半球的控制時(shí)，右手突然抖了一下，螺絲起子滑了出來，這下沒有任何東西阻止兩個(gè)半球完全接觸了。

屋內(nèi)的藍(lán)色光芒意味著球體已經(jīng)閉合，斯洛庭感覺全身皮膚炙熱難耐。為避免發(fā)生更大的災(zāi)禍，他很快用力將兩塊钚掰開，但是損傷已經(jīng)造成了。九天后。他死于醫(yī)院。

“好比在巨龍尾巴上瘙癢”

在球體閉合的半秒內(nèi)，钚已經(jīng)超過臨界點(diǎn)，引發(fā)了核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并釋放出致死劑量的伽馬射線，導(dǎo)致斯洛庭的細(xì)胞受到無法修復(fù)的傷害。事故期間。另有七人在實(shí)驗(yàn)室里，其中三人因急性放射病入院治療。這一切不過是因?yàn)橐话崖萁z起子錯(cuò)位了幾分之一英寸。時(shí)間不過幾分之一秒。實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的微小錯(cuò)誤卻導(dǎo)致了致命的危險(xiǎn)。著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼稱這種當(dāng)時(shí)很常見的實(shí)驗(yàn)手法“好比在巨龍尾巴上瘙癢”。

這個(gè)奪走了路易斯-斯洛廷生命的惡魔核心，就是14磅重的钚，它一開始在華盛頓州漢福德工廠以鈾238（一種相對(duì)穩(wěn)定的同位素）棒的形式存在。這些鈾棒被插入一個(gè)核反應(yīng)堆，用中子、微小不帶電的亞原子粒子撞擊，研究者希望有些粒子能卡在鈾原子上，使它們的原子序數(shù)增加到239。與鈾-238不同的是（半衰期為45億年），鈾-239非常不穩(wěn)定（半衰期23分鐘）；它會(huì)迅速衰變?yōu)轱?39（半衰期2，4天），然后轉(zhuǎn)化成钚-239（半衰期24000年）。再后來，惡魔核心里的钚被提純，作為鹽硝酸钚被送至洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室。

事實(shí)證明，對(duì)于洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室里的冶金學(xué)家而言，從鹽硝酸钚到做成成品反應(yīng)堆心是一個(gè)主要挑戰(zhàn)。當(dāng)他們制造惡魔核心的時(shí)候（指第三個(gè)钚核心，在美國引爆的第一顆原子彈和投放在廣島、長崎的原子彈之后），他們走了許多彎路。他們首先要促使钚鹽與金屬鈣反應(yīng)轉(zhuǎn)化為钚金屬，這是一個(gè)相對(duì)簡單的程序。然而，冶金學(xué)家并沒有這樣做：早期的研究發(fā)現(xiàn)，這種方式產(chǎn)生的钚是非常脆弱的，每一次嘗試將其制成所需的形態(tài)都會(huì)破裂。為了解決這個(gè)問題，冶金學(xué)家嘗試將钚與其他各種金屬混合，測試它們能否作為合金來改善可加工性，最終他們發(fā)現(xiàn)鎵是理想的選擇。將钚鎵合金熱壓成兩個(gè)半球，然后涂上一層薄鎳以保護(hù)金屬钚不生銹；將這兩個(gè)半球連接在一起就完成了惡魔核心的制造。

當(dāng)時(shí)第二次世界大戰(zhàn)將于何時(shí)及以什么方式結(jié)束，仍然未知，因此當(dāng)時(shí)洛斯阿拉莫斯的科學(xué)家們不知疲倦地完成反應(yīng)堆心。正當(dāng)他們準(zhǔn)備將它運(yùn)去原子彈工廠進(jìn)行最后安裝時(shí)，日本投降了，那是1945年8月15日。這一事態(tài)發(fā)展給美國核計(jì)劃留下一個(gè)問題：該如何處理這第三顆核彈的反應(yīng)堆心？很幸運(yùn)，它不需要被投入到戰(zhàn)爭中。

機(jī)會(huì)落到了“十字路口行動(dòng)”上，這是一個(gè)確定核武器對(duì)軍艦的影響的測試計(jì)劃。然而，既然已經(jīng)沒有了戰(zhàn)時(shí)壓力，科學(xué)家們意識(shí)到有必要對(duì)他們的創(chuàng)造進(jìn)行更多的測試。

這顆惡魔核心是作為大規(guī)模殺傷性武器而存在的，因此它的設(shè)計(jì)具有觸發(fā)器。這意味著它處于“5美分”的配置，即只需要5%的钚發(fā)生裂變就可以使其超臨界，繼而導(dǎo)致輻射事故。換句話說，反應(yīng)堆心總是瀕臨爆炸邊緣。少量失控的中子就足以觸發(fā)致命的連鎖反應(yīng)。科學(xué)家們知道反應(yīng)堆心是不穩(wěn)定的，而現(xiàn)在他們有機(jī)會(huì)去測試衡量它離爆炸的臨界點(diǎn)到底有多遠(yuǎn)，以及不同的手法可以使之更加接近臨界點(diǎn)。

1946年導(dǎo)致路易斯·斯洛庭喪命的實(shí)驗(yàn)提出了這些問題。眾所周知，用中子撞擊钚核心可以提供它需要的推動(dòng)力，而且還已知钚會(huì)將中子作為自然衰變的一部分發(fā)射出去。由銨制成的半球是絕佳的中子發(fā)射器，用它覆蓋部分反應(yīng)堆心就能夠產(chǎn)生足夠的中子轟擊核心使其接近臨界點(diǎn)，同時(shí)仍有足夠的滲漏空間供多余的中子逃逸。斯洛庭手滑掉下半球便是阻止了任何中子的逃逸，給了惡魔核心足夠的能量發(fā)生危險(xiǎn)的連鎖反應(yīng)。

他不是第一個(gè)

實(shí)際上，斯洛庭是第二個(gè)被惡魔核心殺死的科學(xué)家。另一位洛斯阿拉莫斯物理學(xué)家哈利·達(dá)格利安曾在前一年嘗試過用碳化鎢磚代替鈹半球的類似實(shí)驗(yàn)。在核心周圍布置磚塊時(shí)，他不小心將一個(gè)磚塊掉在半球頂部，從而產(chǎn)生了到達(dá)臨界點(diǎn)所需的少量能量。像斯洛庭一樣，達(dá)格利安迅速將惡魔核心中的所有中子反射器移除，然而短短的超臨界時(shí)間內(nèi)已經(jīng)釋放了致命輻射量。達(dá)格利安在醫(yī)院茍延殘喘了25天，最終沒能幸存。

這顆惡魔核心從來沒有真正成為核武器。在斯洛庭事故后，它被熔化了，其钚元素被重新分配到幾個(gè)新的核彈頭中。而它曾經(jīng)的存在仍是一個(gè)重要教訓(xùn)：即使尚未被安裝到武器上，钚也能構(gòu)成直接危險(xiǎn)。只是一塊操作失誤的磚頭或一個(gè)錯(cuò)位的螺絲起子，就輕易奪走了兩名科學(xué)家的生命。

斯洛庭去世后，洛斯阿拉莫斯在關(guān)鍵性實(shí)驗(yàn)中禁止手動(dòng)操縱核反應(yīng)堆心。這當(dāng)然是最好的。然而，費(fèi)曼認(rèn)為這個(gè)測試好比在巨龍尾巴上瘙癢，這種嘲諷確證了一點(diǎn)：不可估量的破壞隨時(shí)可能發(fā)生。