科學家“用雙手掰開核彈”的真相

張汀

1946年，第二次世界大戰結束后不久，美國物理學家路易斯·斯洛庭站在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的一張矮桌前，凝視著他面前的這個物體。他的左手大拇指緊摳住鈹半球頂部的一個洞，其他手指撐住半球側而，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的右邊緣以防止其完全閉合。透過右側的空隙，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核武器之一的重達14磅的钚球。

斯洛庭開始緩慢地放低半球，同時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步驟，但這次卻出現了不同。當他的左手放松對半球的控制時，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半球完全接觸了。

屋內的藍色光芒意味著球體已經閉合，斯洛庭感覺全身皮膚炙熱難耐。為避免發生更大的災禍，他很快用力將兩塊钚掰開，但是損傷已經造成了。九天后。他死于醫院。

“好比在巨龍尾巴上瘙癢”

在球體閉合的半秒內，钚已經超過臨界點，引發了核鏈式反應并釋放出致死劑量的伽馬射線，導致斯洛庭的細胞受到無法修復的傷害。事故期間。另有七人在實驗室里，其中三人因急性放射病入院治療。這一切不過是因為一把螺絲起子錯位了幾分之一英寸。時間不過幾分之一秒。實驗中出現的微小錯誤卻導致了致命的危險。著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼稱這種當時很常見的實驗手法“好比在巨龍尾巴上瘙癢”。

這個奪走了路易斯-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（一種相對穩定的同位素）棒的形式存在。這些鈾棒被插入一個核反應堆，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，使它們的原子序數增加到239。與鈾-238不同的是（半衰期為45億年），鈾-239非常不穩定（半衰期23分鐘）；它會迅速衰變為镎239（半衰期2，4天），然后轉化成钚-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驗室。

事實證明，對于洛斯阿拉莫斯實驗室里的冶金學家而言，從鹽硝酸钚到做成成品反應堆心是一個主要挑戰。當他們制造惡魔核心的時候（指第三個钚核心，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轉化為钚金屬，這是一個相對簡單的程序。然而，冶金學家并沒有這樣做：早期的研究發現，這種方式產生的钚是非常脆弱的，每一次嘗試將其制成所需的形態都會破裂。為了解決這個問題，冶金學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，最終他們發現鎵是理想的選擇。將钚鎵合金熱壓成兩個半球，然后涂上一層薄鎳以保護金屬钚不生銹；將這兩個半球連接在一起就完成了惡魔核心的制造。

當時第二次世界大戰將于何時及以什么方式結束，仍然未知，因此當時洛斯阿拉莫斯的科學家們不知疲倦地完成反應堆心。正當他們準備將它運去原子彈工廠進行最后安裝時，日本投降了，那是1945年8月15日。這一事態發展給美國核計劃留下一個問題：該如何處理這第三顆核彈的反應堆心？很幸運，它不需要被投入到戰爭中。

機會落到了“十字路口行動”上，這是一個確定核武器對軍艦的影響的測試計劃。然而，既然已經沒有了戰時壓力，科學家們意識到有必要對他們的創造進行更多的測試。

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

1946年導致路易斯·斯洛庭喪命的實驗提出了這些問題。眾所周知，用中子撞擊钚核心可以提供它需要的推動力，而且還已知钚會將中子作為自然衰變的一部分發射出去。由銨制成的半球是絕佳的中子發射器，用它覆蓋部分反應堆心就能夠產生足夠的中子轟擊核心使其接近臨界點，同時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生危險的連鎖反應。

他不是第一個

實際上，斯洛庭是第二個被惡魔核心殺死的科學家。另一位洛斯阿拉莫斯物理學家哈利·達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驗。在核心周圍布置磚塊時，他不小心將一個磚塊掉在半球頂部，從而產生了到達臨界點所需的少量能量。像斯洛庭一樣，達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間內已經釋放了致命輻射量。達格利安在醫院茍延殘喘了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新的核彈頭中。而它曾經的存在仍是一個重要教訓：即使尚未被安裝到武器上，钚也能構成直接危險。只是一塊操作失誤的磚頭或一個錯位的螺絲起子，就輕易奪走了兩名科學家的生命。

斯洛庭去世后，洛斯阿拉莫斯在關鍵性實驗中禁止手動操縱核反應堆心。這當然是最好的。然而，費曼認為這個測試好比在巨龍尾巴上瘙癢，這種嘲諷確證了一點：不可估量的破壞隨時可能發生。