科学家“用双手掰开核弹”的真相是什么？

2023-03-21由 海盗科普 提供

1946年，第二次世界大战结束后不久，美国物理学家路易斯·斯洛庭站在洛斯阿拉莫斯国家实验室的一张矮桌前，凝视着他面前的这个物体。他的左手大拇指紧抠住铍半球顶部的一个洞，其他手指撑住半球侧而，小心翼翼地将球悬在桌子最左边。他右手拿着一把平头螺丝起子，将尖端刃部楔入半球顶的右边缘以防止其完全闭合。透过右侧的空隙，几乎可以捕捉到半球里头金属闪烁的光芒，瞥见那颗被定为美国下一个核武器之一的重达14磅的钚球。

斯洛庭开始缓慢地放低半球，同时小心翼翼地用螺丝起子控制开口。此前他曾多次操作过这个步骤，但这次却出现了不同。当他的左手放松对半球的控制时，右手突然抖了一下，螺丝起子滑了出来，这下没有任何东西阻止两个半球完全接触了。

屋内的蓝色光芒意味着球体已经闭合，斯洛庭感觉全身皮肤炙热难耐。为避免发生更大的灾祸，他很快用力将两块钚掰开，但是损伤已经造成了。九天后。他死于医院。

在球体闭合的半秒内，钚已经超过临界点，引发了核链式反应并释放出致死剂量的伽马射线，导致斯洛庭的细胞受到无法修复的伤害。事故期间。另有七人在实验室里，其中三人因急性放射病入院治疗。这一切不过是因为一把螺丝起子错位了几分之一英寸。时间不过几分之一秒。实验中出现的微小错误却导致了致命的危险。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼称这种当时很常见的实验手法“好比在巨龙尾巴上瘙痒”。

这个夺走了路易斯-斯洛廷生命的恶魔核心，就是14磅重的钚，它一开始在华盛顿州汉福德工厂以铀238（一种相对稳定的同位素）棒的形式存在。这些铀棒被插入一个核反应堆，用中子、微小不带电的亚原子粒子撞击，研究者希望有些粒子能卡在铀原子上，使它们的原子序数增加到239。与铀-238不同的是（半衰期为45亿年），铀-239非常不稳定（半衰期23分钟）；它会迅速衰变为镎239（半衰期2，4天），然后转化成钚-239（半衰期24000年）。再后来，恶魔核心里的钚被提纯，作为盐硝酸钚被送至洛斯阿拉莫斯实验室。

事实证明，对于洛斯阿拉莫斯实验室里的冶金学家而言，从盐硝酸钚到做成成品反应堆心是一个主要挑战。当他们制造恶魔核心的时候（指第三个钚核心，在美国引爆的第一颗原子弹和投放在广岛、长崎的原子弹之后），他们走了许多弯路。他们首先要促使钚盐与金属钙反应转化为钚金属，这是一个相对简单的程序。然而，冶金学家并没有这样做：早期的研究发现，这种方式产生的钚是非常脆弱的，每一次尝试将其制成所需的形态都会破裂。为了解决这个问题，冶金学家尝试将钚与其他各种金属混合，测试它们能否作为合金来改善可加工性，最终他们发现镓是理想的选择。将钚镓合金热压成两个半球，然后涂上一层薄镍以保护金属钚不生锈；将这两个半球连接在一起就完成了恶魔核心的制造。

当时第二次世界大战将于何时及以什么方式结束，仍然未知，因此当时洛斯阿拉莫斯的科学家们不知疲倦地完成反应堆心。正当他们准备将它运去原子弹工厂进行最后安装时，日本投降了，那是1945年8月15日。这一事态发展给美国核计划留下一个问题：该如何处理这第三颗核弹的反应堆心？很幸运，它不需要被投入到战争中。

机会落到了“十字路口行动”上，这是一个确定核武器对军舰的影响的测试计划。然而，既然已经没有了战时压力，科学家们意识到有必要对他们的创造进行更多的测试。

这颗恶魔核心是作为大规模杀伤性武器而存在的，因此它的设计具有触发器。这意味着它处于“5美分”的配置，即只需要5%的钚发生裂变就可以使其超临界，继而导致辐射事故。换句话说，反应堆心总是濒临爆炸边缘。少量失控的中子就足以触发致命的连锁反应。科学家们知道反应堆心是不稳定的，而现在他们有机会去测试衡量它离爆炸的临界点到底有多远，以及不同的手法可以使之更加接近临界点。

1946年导致路易斯·斯洛庭丧命的实验提出了这些问题。众所周知，用中子撞击钚核心可以提供它需要的推动力，而且还已知钚会将中子作为自然衰变的一部分发射出去。由铵制成的半球是绝佳的中子发射器，用它覆盖部分反应堆心就能够产生足够的中子轰击核心使其接近临界点，同时仍有足够的渗漏空间供多余的中子逃逸。斯洛庭手滑掉下半球便是阻止了任何中子的逃逸，给了恶魔核心足够的能量发生危险的连锁反应。

实际上，斯洛庭是第二个被恶魔核心杀死的科学家。另一位洛斯阿拉莫斯物理学家哈利·达格利安曾在前一年尝试过用碳化钨砖代替铍半球的类似实验。在核心周围布置砖块时，他不小心将一个砖块掉在半球顶部，从而产生了到达临界点所需的少量能量。像斯洛庭一样，达格利安迅速将恶魔核心中的所有中子反射器移除，然而短短的超临界时间内已经释放了致命辐射量。达格利安在医院苟延残喘了25天，最终没能幸存。

这颗恶魔核心从来没有真正成为核武器。在斯洛庭事故后，它被熔化了，其钚元素被重新分配到几个新的核弹头中。而它曾经的存在仍是一个重要教训：即使尚未被安装到武器上，钚也能构成直接危险。只是一块操作失误的砖头或一个错位的螺丝起子，就轻易夺走了两名科学家的生命。

斯洛庭去世后，洛斯阿拉莫斯在关键性实验中禁止手动操纵核反应堆心。这当然是最好的。然而，费曼认为这个测试好比在巨龙尾巴上瘙痒，这种嘲讽确证了一点：不可估量的破坏随时可能发生。