費米：核能時代的揭幕者

夏點

核能俗稱原子能，是原子核發生變化時釋放的能量，威力巨大。國際原子能機構對和平利用、開發核能的活動積極扶持，并且為核安全和環保確立了相應的國際標準—— 人類已經進入全新的核能時代。核能的應用成為緩和世界能源危機的一種經濟有效的措施。美國物理學家恩利克·費米領導設計了世界上第一座核反應堆，成為核能時代的揭幕者。這一切，他是怎樣做到的呢？

從小樹立遠大志向

1901年9月29日，費米出生在意大利的首都羅馬。上中學時，費米對物理產生了強烈的興趣四處尋找相關的書籍閱讀，也就是從那時起，他立下要當一個物理學家的志向。

21歲那年，費米取得比薩大學博士學位，之后前往德國，在量子力學奠基人之一玻恩的指導下從事了2年的量子研究，次年又到荷蘭萊頓實驗室做研究工作。幾年后，他又成為意大利皇家科學院院士，并發展了量子統計學。成功面前，費米并不滿足，時刻想著更深的研究。

1939年初，德國物理學家哈恩發現了鈾核裂變這種物理現象。費米對此極其好奇，他想：“鈾核俘虜一個中子，然后發生裂變時會釋放巨大能量，如果這些能量又能引起下一次裂變。那么，如此循環下去，能不能產生鏈式反應呢？如果能，它所帶來的結果又會怎樣？”

懷著激動的心情，費米采用當時非常先進的回旋加速器，證實了鏈式反應不僅有可能，而且速度快得驚人——前后兩次反應時間間隔僅五十萬億分之一秒。

領導設計世界第一座核反應堆

“一旦能夠人為地控制鈾核裂變反應進行的快慢速度，使鏈式反應自動持續下去，那么，它將在極短的時間內釋放出巨大的能量！這種能量將是人類找到的一種全新的能源！”費米為這個設想興奮不已。

但是，怎樣才能實現鏈式反應？

費米知道，促使鈾核裂變并形成鏈式反應的關鍵在于中子。在絕大多數情況下，中子釋放速度太快，很難被鈾核“俘虜”，為此費米明確了下一步的研究方向——尋找減速劑。經過大量的實驗，費米終于找到了理想的減速劑——純石墨。

1942年，費米帶著一批物理學家，開始建造世界上第一座核反應堆。反應堆的直徑為7米，一層石墨一層鈾，總共57層，整個反應堆高6米。乍一看，反應堆就像個扁球形的“爐灶”。

如果照這樣做下去，反應堆很快就會建成，但那個關鍵性的問題——如何控制反應堆的快慢速度還沒有解決。快慢速度控制不好，反應堆不但反應不好，而且還有可能造成大的危害和輻射。

那么，要怎樣控制反應堆的快慢速度呢？費米冥思苦想。終于，他想到了能吸收中子的鎘。

經過反復的實驗，費米找到了一種控制反應堆快慢速度的好方法：在這個“爐灶”里，插一根特制的鎘棒。由于它能吸收中子，所以只要調節它的深入尺寸，就能夠控制裂變反應速度。

反應堆的反應要保證能量的產生又不出安全事故，關鍵在于鎘棒的掌握，所以費米又廢寢忘食地工作了幾天，終于計算出了鎘棒的抽取時間。

1942年12月2日，核反應堆開始運轉——人類終于打開了奇妙的原子能寶庫的大門，利用原子能的時代從此開始了。

值得一提的是，費米的成就遠不止于此。1949年，費米揭示宇宙線中原粒子的加速機制，研究了л介子、?子和核子的相互作用，提出宇宙線起源理論。同年，他又與楊振寧合作，提出基本粒子的第一個復合模型（費米-楊振寧模型）。費米的成績斐然，在現代物理學家中是屈指可數的。人們為了紀念這一位科學偉人，把100號化學元素命名為與之同音的“鐨”。

（責任編校：賀年青）