返回上一页 发布人:patent
我要发布信息
| 中外科学家发明家丛书：奥本海默 （五） | 发布于:2014/01/20 | |
| 五、主持曼哈顿计划 在最初几个星期内，各条战线都开展了工作。奥本海默从一个关键部门 走向另一个关键部门，去解决各种问题。他从一开始就决心保证科学家之间 尽可能自由地交换意见，现在洛斯阿拉莫斯与外界已完全隔绝了。他发现， 即使在实验室内部，在陆军以及由它任命的保安官员中对进行这种交流还存 在若干阻力；尽管在这种情况下，至少在这个区域内，或多或少还是可以保 证有一定自由的。不过，要想与洛斯阿拉莫斯以外的任何研究组织进行技术 讨论，陆军方面坚决不予同意。 格罗夫斯非常关切间谍活动所造成的危险，他已经发现，当曼哈顿计划 开展起来以后，计划的领导权不可避免地会转移到高级科学家，如奥本海默 手中，他决定以加强保安手段对计划实施领导。这样，奥本海默从一开始统 治处于一种非常微妙的地位：一方面，他是最机密的军事研究计划的负责人 之一；另一方面，他本人却仍未取得保安认可，没有涉密的权利。不仅如此， 负责曼哈顿计划的保安官员对他愈来愈不放心。奥本海默不断地受到保安部 门的审查。尽管连续不断地监视、审查和讯问最终都没有确凿的证据证明奥 本海默与苏联及共产党员保持联系，但一些人仍坚持认为奥本海默是一个危 险人物与不忠诚分子。 在4月15日实验室落成仪式上，一位年青物理学家塞思·内德迈尔提出 了一种完全不同的原子弹结构。这种结构不像枪式装置，他建议采用所谓“内 爆”式原理。将可裂变的物质加工成为空心球状，周围包以炸药。当炸药被 点燃后，它迫使空心球向中心“内爆”，形成一个超过临界质量的实心球， 从而引起核爆炸。这种压紧方式几乎可以在一瞬间就完成。因此它肯定会比 枪式装置的速度要快得多。尽管这一想法受到许多科学家的质疑，但奥本海 默却站出来支持这个建议，并且提出让内德迈尔进行这项研究工作，以便发 展他的新概念。 在洛斯阿拉莫斯实验室四周陡峭的峡谷中，内德迈尔进行着小规模的内 爆试验。由于他认为球形几何的内爆现象过于复杂，无法进行测量，所以决 定由圆柱形开始试验。他在一段又一段的厚壁金属管的周围包上炸药，外面 再装入惰层。当炸药爆炸后，观察冲击波压缩的金属管的变形，藉以研究爆 炸的效果。如果表面上的炸药不能对内产生一个完全对称的冲击波，那么这 个球体就会被炸药炸碎，还没有来得及产生核爆炸就飞散了 （即“提前起 爆”）。内德迈尔本人首先承认，通过这些试验只提出了内爆方法所面临的 许多问题，而没能提供任何解决办法。 奥本海默以一种偏爱的态度支持与鼓励内德迈尔进行这些试验。他认 为，内德迈尔的想法对路，富于首创精神和敏锐的思想。而且，在开始试验 的几个月中，内爆只是备用方案，这种情况还无碍大局。实验室的主要力量 放在改进“枪式”方面，而且早期的试验全部表明，这种方法看来是可行的。 1943年11月，回旋加速器小组证实了铀—235的一项重要性质，即当它 的原子裂变时，次级中子几乎在十亿分之一秒内全部放出，这样快的中子释 放速度，利用枪式制造原子弹，足以保证在炸弹本身被炸碎前就已发生了猛 烈的链式反应。这一实验表明，采用枪式结构肯定能制成铀弹。 此时，特勒通过计算指出，内爆具有另一种优点，即巨大的压力可以大 大减小临界质量，节省宝贵的可裂变金属，因而内德迈尔的实验受到更大的重视。1943年秋季，奥本海默决心促进内爆的研究工作，要求内德迈尔加快 进度。内德迈尔本来可以在奥本海默的支持取得充分的人力与物质支援来开 展工作，但由于内德迈尔缺乏领导才能，仅仅增聘6个人，实验工作与以前 一样进行缓慢。 从工厂生产出的少量钚样品中，科学家发现，除含有钚—239外，还有 微量的钚—24O存在。不久，科学家又证明，钚—240是一种α射线发射体， 也是产生本底中子的源。由钚—240产生的本底中子之多，使得钚弹在采用 枪式压拢时，无论如何其速度也不够快，达不到克服提前起爆的速度。在这 种情况下，只有等待内爆方法试验成功，才有可能制造出钚弹来。 奥本海默认识到：由于铀—235供应量有限，如果内爆试验不能成功， 那么到1945年7月只能制成一枚用枪式压拢的铀弹。所以，实现完全对称的 理想内爆过程是当务之急。奥本海默陷入进退两难的境地。他不得不承认自 己选错了人选。为了改变现状，他聘请哈佛大学的化学家兼炸药专家乔治·基 斯塔科夫斯基作顾问，负责协调内爆技术的全部研究工作，但基斯塔科夫斯 基发现他很难介入内德迈尔的工作，只好向奥本海默提出辞职请求。 至此为止，内德迈尔的研究工作还只限于改进炸药的形状、改变炸药的 品种以及改变雷管位置和数目。但所有这些努力都无法解决一个根本性的问 题：即由炸药表面的一个点状雷管引起的冲击波向四周传播时，正如投入水 中的一块石子激起的波浪，最后到达原子弹芯表面的冲击波前锋总是一个曲 面，不可能是平面波，从而无法保证必要的对称性。不仅如此，当几个雷管 同时点火以后，它们各自引起的发散型冲击波相互遭遇并产生干涉现象，使 整个炸药区内形成各种不规则的爆发点，从而将对称性完全破坏无遗。 内德迈尔只顾变换雷管与炸药的结构，根本没有抓住问题的关键。在这 种情况下，奥本海默于1944年夏季面临一个重大问题；他准备彻底改组洛斯 阿拉莫斯实验室。 这时正好有一个由詹姆斯·查德威克率领的英国代表团到达洛斯阿拉莫 斯。该团由12名左右的科学家组成。英国人一直坚持发展自己的原子弹，并 已进行了大量的研究工作。但后来发现英国确实没有力量来进行这样一种风 险很大而代价极高的计划。因此，根据英美双边协议，英国的研究小组全体 前来美国参加原子弹研究工作，研究成果将来双方分享。 奥本海默没有料到，英国科学家的到来，使得内爆对称性问题最终得到 了解决。 根据英国科学家的业务专长，奥本海默分派他们参加各个研究小组，其 中有几位参加了内爆式炸弹的研究。一位年轻的科学家詹姆斯·塔克提出一 种全新的方法解决这一问题。 实际上，类似内爆对称性的问题已在美国与英国穿甲弹的设计中解决 了。为了保证穿甲弹头炸药的全部爆炸力都集中在穿透铁甲的方向上，他们 发明了一种透镜状炸药，其中采用两种爆燃速度不同的成型炸药，按照与光 学透镜的聚光作用类似的原理，可以将爆炸的冲击波聚集到一起。这样，如 果在原子弹球形弹芯周围包上这种透镜形炸药，并使他们同时起爆，就有可 能产生出对称性很好的球面冲击波。 奥本海默立即接受了这一建议，并指示迅速进行实验。在以后的几个月 内，发展透镜形炸药的初步试验大部分都很成功；但科学家们也更深刻地认 识，要使这种设想方案变为一件真正的武器，必须进行浩繁的计算分析与极大量的试验。此时，IBM公司及时提供的一台雏形电子计算机，帮了奥本海 默的大忙。 8月初，内德迈尔报告了最近的实验结果，他在获得完全对称冲击波方 面毫无进展。于是奥本海默决定彻底改组洛斯阿拉莫斯实验室，以便迅速攻 克内爆这个关键。他又施展其口才说服基斯塔夫斯基，并向他许愿，保证提 供大量人力物力支持这项任务。基斯塔科夫斯基着于解决内爆结构在存在的 巨大困难。他立即扩充队伍，在短短4个月内，就有了600名得力人员。考 虑到基斯塔科夫斯基不擅长物理学方面的工作，奥本海默又成立了另一个新 的研制小组。 奥本海默还向格罗夫斯提出在内爆式原子弹使用前进行一次实弹试验， 但格罗夫斯他认为这种实弹试验会白白浪费宝贵的钚，影响他向军方提交第 一枚实用的原子弹的时间。奥本海默不得不去向陆军部长史汀生解释，如果 不经试验，而在实际使用时发现钚弹的内患是不行，会产生多么严重的灾难 性后果。后来有人建议制造一个大型钢罐，把原子弹放在其中引爆，如果发 生核爆炸，那么被炸碎的钚块仍然保存在这个钢罐内，可以回收。于是格罗 夫斯同意了奥本海默实弹试验的要求。他花费了50万美金造了一个大钢罐。 但后来因无法安装各种测量爆炸效能的仪器和人们都认为试验成功的把握已 很大，就没有使用这个大钢罐。 1944年秋季，内爆式和枪式结构所用的炸药试验达到了高潮。在试验地 四周的峡谷中不断响起一阵阵的爆炸声。 到1944年12月，科学家们试验了真正的枪式结构武器。通过试验表明， 采用枪式结构的铀弹毫无提前起爆的危险。因此，只需工厂能够生产出足够 数量的金属铀—235，这种实用原子弹立即可以制成并交付使用。然而工厂的 生产却落后于原定进度，而且面临巨大的技术困难。预计到1945年8月前， 不大可能生产出第一枚原子弹所需用的全部金属铀。 内爆式结构的试验也在全力以赴地进行着。直到12月14日，试验小组 改用了完全新的方法进行了一系列新的试验，这时才第一次看到了可能获得 对称性冲击波的迹象。 1944年，曼哈顿计划在全力以赴地进行着。而奥本海默也遇到前所未有 的困难，人力物力十分缺乏，他虽然得到了特种工程支队的大力支援，但仍 人手缺乏。其原因是工业界看到战争即将结束，军方开始放松了军事订货的 生产，从而为内爆试验带来更多的困难。奥本海默还无法支付高额工资，同 时，1944年漫长而严寒的冬季环境艰苦，有些人干脆辞职不干了。 |
||
