王洪鵬 劉樹勇

20世紀30年代，納粹上臺不久便開始積極備戰(zhàn)，意在吞并歐洲，稱霸世界。納粹上臺后，許多猶太裔科學家被迫離開歐洲，而且納粹的勢力擴張到哪里，哪里的猶太裔人士就不得不離開，否則就要受到迫害。這樣的情況迫使愛因斯坦、馬克斯·玻恩、尼耳斯·玻爾、厄耳文·薛定諤和恩里科·費米等科學大家先后離開了歐洲大陸。對于這樣的情況，法國物理學家保羅·郎之萬曾惋惜地嘆道：“這是一個重要事件，其重要程度就如同把梵蒂岡從羅馬搬到新大陸去一樣?！敶锢韺W之父’遷到了美國，現(xiàn)在美國就成了物理學的中心了?！?/p>

科學中心所處的國家和地區(qū)都曾是“群星燦爛”?？茖W中心的轉移對于整個歐洲來說，損失是不可估量的。

核裂變的“偶然”發(fā)現(xiàn)

20世紀30年代初，歐洲的科研實力還很強大，特別是在中子發(fā)現(xiàn)之后，人們不僅對原子的結構有了深入的認識，而且科學家還擁有了一個“利器”——借助中子分析物質的結構。

莉斯·邁特納與奧托·哈恩

意大利物理學家恩里科·費米也像許多科學家一樣，認識到利用中子作為“炮彈”轟擊原子核可能會產生（人工放射性的）新元素。1934年3月，費米小組按照原子序數(shù)的順序轟擊了當時已發(fā)現(xiàn)的所有核素，并發(fā)現(xiàn)了一系列具有放射性的元素。當用中子轟擊當時所知的最重的元素——鈾時，得到了放射性產物。他們發(fā)現(xiàn)這種放射性產物不屬于從鉛到鈾的那些重元素，和用中子轟擊其他重元素的結果不一樣。這實際上是中子轟擊重原子核產生核裂變的最早證據(jù)。然而，費米小組的研究人員并沒有想到中子轟擊重核會使后者分裂成幾塊碎片。

當時，與費米小組的研究方向一致的還有位于德國柏林的莉斯·邁特納和奧托·哈恩的小組。奧地利女物理學家莉斯·邁特納一直密切關注費米小組的研究進展，她與哈恩也開始尋找“超鈾元素”。1938年7月，為躲避德國納粹的迫

害，身為猶太人的邁特納不得不逃離德國，來到了瑞典。3個月后，哈恩寫信給邁特納，告訴她在實驗產物中發(fā)現(xiàn)了第88號元素鐳。但是，邁特納不相信產物中會有鐳，她在回信中告誡他們要仔細分析實驗產物。哈恩和助手對實驗產物重新進行了檢驗，確定為第56號元素鋇。哈恩對此更加大惑不解，為什么在產物中會含有鋇呢？

1938年12月，哈恩寫信給邁特納，詳細介紹了實驗的細節(jié)。此時，圣誕節(jié)臨近，邁特納的侄子弗里施從丹麥趕到瑞典看望她。弗里施看到了哈恩的來信，二人對這個問題進行深入探討，他們聯(lián)想到尼耳斯·玻爾的“液滴模型”：如果原子核被看成一個帶電液滴，核子由于核力被束縛在一起，重核中質子間的庫侖力幾乎可與核力相抗衡，因此俘獲中子后的鈾核是不穩(wěn)定的，會分裂成兩塊大致相等的核。邁特納指出，除了第56號元素鋇外，還應有第36號元素氪。邁特納還根據(jù)愛因斯坦的質能方程，利用核分裂前后的質量虧損計算出了該反應釋放出的能量約為200電子伏。邁特納和弗里施從物理理論的角度對實驗結果給出了較為合理的解釋。弗里施回到丹麥后迅速開展實驗工作，最終觀測到了核反應過程中所釋放出的巨大能量，為他們的理論解釋提供了有力的證據(jù)。

由于中子轟擊鈾核發(fā)生分裂的過程同生物學中的細胞分裂非常相似，弗里施將這一新型核反應過程形象地稱為“核裂變”。核裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)標志著原子能時代的到來，為人類利用核能開辟了道路，是科學發(fā)展史上的一個重要里程碑。

核裂變發(fā)現(xiàn)的重要性表現(xiàn)在：在原子核中存在大量的能量——原子核能。不過在20世紀30年代，人們對此尚沒有足夠的認識，甚至包括愛因斯坦、玻爾、盧瑟福等著名科學家都否認了人類能利用核能的可能性。這種“預言”或“斷言”都稍許推遲了人們利用核能的時間，甚至挫傷了一些人獲取核能的信心。另一方面，核裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)表明，德國的科研實力不可小覷，而這種實力對增強法西斯的力量也會產生巨大作用。

納粹的野心

德國科學家是全世界最早開始研制原子彈的，但他們未能獲得成功。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，德國作戰(zhàn)部就加強了核裂變的研究。作戰(zhàn)部的庫爾特·迪布納請來理論物理學家埃里奇·巴奇，組織召開了兩次秘密會議，邀請了海森堡、哈恩和哈特克等科學家參加。他們共同擬定了研制核武器的方案。在具體的工作中，由海森堡負責理論研究工作，巴奇負責測量氘（氫的同位素）的核反應截面（以確定重水可否作為減速劑以及它的效用），哈特克負責同位素分離的工作。作戰(zhàn)部還接手了1937年成立的威廉物理研究院，并負責提供研究費用。

大約與此同時，德國多所大學的物理學家紛紛給德國教育部寫信，指出核能的重大應用價值。由此可見，當時已有許多物理學家意識到核能的價值。應該說，德國的核物理研究開局不錯，但是，這種“不錯”對世界和平無疑是災難性的。

不能讓德國人獲得重水

重水是20世紀30年代末才發(fā)現(xiàn)的一種新型特異水。在20世紀40年代初的核研究中，人們認識到，可用石墨和重水作為反應堆中的減速劑。費米在芝加哥大學建造的核反應堆使用的是石墨，但是德國科學家喜歡使用重水。當時，哈特克估計，生產1噸重水要消耗10萬噸煤。當時正值二戰(zhàn)，這樣的核反應堆代價太高了。不過，如果必須采用重水，可向北歐的挪威進口。當時世界上唯一生產重水的工廠位于挪威的尤里坎地區(qū)。

德國政府派出德國著名的化工企業(yè)——法本聯(lián)合公司的代表，與挪威的重水工廠商談購買重水事宜。當時工廠只有50加侖（約189升）重水，這位德國的代表愿意出價12萬美元;同時還提出一個計劃，此后每月還要購入若干

重水。但挪威人要求德國人說明這些重水的用途，德國人并不愿意講出來，而倔強的挪威人堅決不賣，也不接受以后的訂貨。

與此同時，法國人也知道重水的戰(zhàn)略價值，他們向法國軍備部長做了匯報。當這位部長得知德國人要高價購買挪威人的重水，就決定由法國人購買下來，為此派人到挪威商談購買事宜，這時已經是1940年3月中旬了。

最終，法國人出價150萬法郎購得這些重水的一半。據(jù)說，另一半原本是留給德國人的，但是，當挪威人聽說這些重水可用于軍事目的，就將這些重水的另一半無償?shù)厮徒o了法國人。隨后，挪威人把這些重水裝入26個鐵罐子運到了巴黎。

研究減速劑的“歧途”

德國人未得到這批重水，這對德國的核研究影響極大。不過，這批重水運到法國不久（1940年6月），巴黎淪陷，法國也宣布投降。然而，當?shù)聡说竭_巴黎去接收這些重水時發(fā)現(xiàn)，這26罐重水已經被運到英國去了，所以納粹再次失算。

對于石墨用作減速劑的想法，德國物理學家布雷利也是比較重視的。他進行了嚴格的計算，發(fā)現(xiàn)石墨是一種理想的減速劑。不過，這個信息被反法西斯組織了解到，他們?yōu)榇诉M行了秘密的破壞活動。他們在石墨中混入了一些像二硫化鐵和鈣之類的雜質。用這樣的石墨制造核反應堆的減速劑，自然不能得到真實的實驗數(shù)據(jù)。此時，身在美國的費米的核反應堆使用的減速劑也是石墨。好在費米有很強的保密意識，他對同伴說，他們的實驗數(shù)據(jù)應該保密，不能外傳，所以德國人并未分享到這樣的研究成果。

還有一位奧地利物理學家豪格曼斯也對阻止納粹的核彈研究做出了貢獻。他曾在一家私人實驗室進行鈾研究工作。他的研究之一就是利用慢中子轟擊鈾-238，以得到钚-239（可用于核彈制造）。為此，他在1941年8月寫出了一份長達39頁的報告，但是這份報告被鎖入保險柜，德國作戰(zhàn)部并未得到。

由此可見，通向原子彈的3條研究途徑中，第一條是利用钚-239的道路被堵住了;第二條是利用石墨作為核反應堆減速劑的道路被堵住了;第三條是利用重水作為核反應堆減速劑的道路也暫時被堵住了，但還并未完全堵住。

終未得逞的原子彈計劃

1940年4月9日，德軍入侵挪威。德軍控制了挪威最有價值的工廠——諾斯克水力發(fā)電廠，可以向該廠索取重水。海森堡還在萊比錫建起利用重水作為減速劑的核反應堆（簡稱為重水堆），并于1942年取得了很大的進展。為此，在挪威的重水廠也把年產量從1.5噸提高到5噸。借此，德國人加快了研究的腳步。針對這種情況，英國人從1942年10月開始了一項旨在摧毀挪威重水廠的“行動燕子”計劃。1943年2月中旬，6名受英國指派的挪威突擊隊員到達重水廠附近，他們潛入重水廠，炸壞了工廠的電解設備。不過，只用了半年，德國人就恢復了生產。同年11月，英美空軍一同實施空襲，他們利用140架B-17轟炸機徹底炸毀了重水廠。但納粹并不死心，他們試圖把重水廠的一些設備拆下來和39筒重水一起運回德國。1944年2月，英國得知這一情報之后，通知了在挪威尤里坎地區(qū)活動的一名受過訓練的突擊隊員（也只有這一名突擊隊員）。這位名叫霍克里德的隊員勇敢地承擔起這一重任。他找來幾名助手協(xié)助他施行爆破任務，并把一個鬧鐘改裝成定時器。

霍克里德了解到，這些設備裝上火車后警戒是十分嚴格的。他只得在輪渡時下手，即航行在湖面的時候炸毀它。當輪渡航行在湖面之前，他們混入船中把鬧鐘定時器捆綁在支撐船體的鋼梁上，同時還捆上4個啟爆器，并在底層鋼板上放好炸藥包。當船行到接近深水區(qū)時，炸藥包被啟爆，39筒重水沉到了湖底。這第3條道路被徹底堵住了。這樣，德國研制原子彈的企圖基本上被打消了，原子彈之夢也隨之破滅。

【責任編輯】張小萌