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大国重器:核武器研究与钅麦命名的来源

时间:2023-08-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:第一次世界大战期间,哈恩被征入伍。弗里德里希·威廉·斯特拉斯曼,1902年2月22日出生于德意志帝国的博帕德。1929年,他研究碘气态碳酸的溶解度,获得博士学位。在此之前,普朗克一直拒绝任何女性参加他的讲座。1912年,哈恩-迈特纳研究小组搬到新成立的位于柏林西南的威廉皇帝研究院。1926年,迈特纳在柏林大学成为德国第一位物理学女教授,承担了核物理研究计划。科学家将109号元素以迈特纳的同音字命名为——钅麦。

大国重器:核武器研究与钅麦命名的来源

诺贝尔理学奖,十分诱人。如果继续努力,恩里科·费米还可以获得一次诺贝尔物理学奖。费米已经走到“铀核裂变”的大门口,即将发现原子核会产生链式反应。如果再往前迈进一步,费米也许就能揭开“铀核裂变”的秘密,再次获得诺贝尔物理学奖。20 世纪重大发现——原子核的奥秘眼看就要揭开……可惜,他停住了脚步。

你停我不停,科学在前进。1938年11月,当费米接受诺贝尔物理学奖的时候,位于柏林的德国威廉皇帝化学研究所的3 位科学家正在进行最后的伟大实验。他们是谁呢?

奥托·哈恩,1879年3月8日出生于德国法兰克福一户犹太人家里。15 岁时,他开始对化学特别感兴趣,在洗衣房里用肥皂做简单的实验,目标是成为一位化学家。哈恩在马尔堡大学学习化学和矿物学,选修物理和哲学。1901年,哈恩在慕尼黑大学获得博士学位,论文为经典有机化学的一个命题。第一次世界大战期间,哈恩被征入伍。在完成了一年的兵役后,年轻的化学家回到马尔堡大学,作为特奥多尔教授的博士生导师助理。

“核化学之父”——奥托·哈恩

哈恩是德国著名化学家,核化学与放射化学的先驱。他因发现核裂变,获得1944年诺贝尔化学奖。哈恩是当时最重要的化学家,被誉为“核化学之父”。1951年诺贝尔化学奖获得者、美国化学家格伦·柏格评价道:哈恩是特殊天才,世界科学将永远感谢他。

弗里德里希·威廉·斯特拉斯曼,1902年2月22日出生于德意志帝国的博帕德。1920年,他考入汉诺威工业大学,开始化学研究。1929年,他研究碘气态碳酸溶解度,获得博士学位。他一面研究化学,一面研究哲学。

父母问:你到底是化学家还是哲学家?斯特拉斯曼说:化学让人们了解千变万化的世界,哲学教人们如何用聪明的方法了解化学和世界。1929年,斯特拉斯曼在威廉皇帝化学研究所开始学术生涯。他是哈恩的学生和助手。

1938年,斯特拉斯曼利用中子轰击铀,发生了核裂变,生成钡和氪元素。这是以前未知的现象,证明了原子确实存在核裂变。

1878年11月7日,在音乐之都奥地利维也纳的一个犹太律师家里,诞生了一个小女孩。她乖巧漂亮,还非常聪明,名叫莉泽·迈特纳。科学巨匠艾伯特·爱因斯坦将莉泽·迈特纳誉为“德国的居里夫人”。

当时,妇女不被允许参加公立大学的高等教育,但父母支持她上私立大学实现理想。1905年,迈特纳在维也纳大学进行物理学研究,获得物理学博士学位,论文是《热传导的不均匀体》。她是维也纳大学第二位获得博士学位的女人。

毕业了,迈特纳要放下博士的架子找份工作。“听说你是博士?迈特纳小姐。”“是的!先生。”“你对化学和煤气一定非常在行。请你到我们单位工作吧!高薪,相当高!”“你是什么单位?”“煤气灯厂,迈特纳小姐。”迈特纳拒绝到煤气灯厂工作。

1906年的莉泽·迈特纳

父亲的支持鼓励下,迈特纳去了柏林。德国著名物理学家普朗克让她去听他的讲座。这是普朗克一个不寻常的举动。在此之前,普朗克一直拒绝任何女性参加他的讲座。一年后,迈特纳成为普朗克的助理。这时,她认识了奥托·哈恩,以物理学家的身份与哈恩合作。

1912年,哈恩-迈特纳研究小组搬到新成立的位于柏林西南的威廉皇帝研究院。她工作没有工资,作为“客人”在哈恩的放射化学系学习。直到1913年,35 岁的迈特纳升为副教授。哈恩是一位化学家,而迈特纳是一位物理学家。他们密切合作,发现了几个新的同位素。1926年,迈特纳在柏林大学成为德国第一位物理学女教授,承担了核物理研究计划。

1933年,阿道夫·希特勒上台,迈特纳正担任德国化学研究所代理所长。虽然,她是奥地利公民,应当受到保护,但所有犹太科学家,包括她的侄子弗里斯、哈伯等许多知名人物,不是被解雇,就是被迫辞职。他们中的大多数人从德国移民出走。迈特纳的反应是:什么都不说,埋头工作。1946年,她承认:“这不仅是愚蠢的,也是非常错误的。我没有马上离开。”

希特勒强迫奥地利和德国合并后,迈特纳的情况变得令人绝望。1938年7月初,奥托·哈恩说:“迈特纳小姐,希特勒心狠手辣,不会放过一个犹太人。你还是逃跑吧!”在离开德国前,哈恩送给她一枚熠熠生辉的钻石戒指。“钻戒,干什么?”“这是我从我母亲那儿继承来的。万一遇到麻烦,钻石戒指可以用来贿赂边防军,拿着吧!”(www.xing528.com)

科学家,是研究科学的专家,但道德和人格上并不一定是好人。在德国化学研究所里,有一名研究有机化学的科学家叫库尔特赫斯。他是一个受人尊重的化学家,但也是一个狂热的纳粹分子。在最危急的时候,他向德国当局告密:“迈特纳要逃跑了。”盖世太保冲进化学研究所,德国伟大的核物理学家——迈特纳不见了。

胜利大逃亡。当时,迈特纳被迫在德国与荷兰的边境流浪,前方就是荷兰。荷兰物理学家德克·科斯特说服德国移民局官员,批准迈特纳前往荷兰。1938年7月13日,迈特纳幸运地逃脱了魔爪,到达安全地带——荷兰。在荷兰物理学家阿德里安·福克的安排下,迈特纳最终到达瑞典斯德哥尔摩。迈特纳后来回忆说:“我离开德国的时候,钱包里只有10 马克,穷得叮当响。”

1913年,哈恩与迈特纳在化学实验室

1948年的莉泽·迈特纳

如果献身科学,就要牺牲自己。莉泽·迈特纳一生孤独,没有结婚。那枚钻石戒指,迈特纳舍不得行贿,由她侄子的妻子戴着炫耀。迈特纳贡献巨大,但没有获得诺贝尔奖。科学家将109号元素以迈特纳的同音字命名为——钅麦。迈特纳说:科学,就是追求真理。我只是一个小原子。

1930年代,一个跨学科、跨种族、跨国家和跨宗教的科学团队出现了。当时,英国的欧内斯特·卢瑟福,法国的约里奥·居里夫妇,意大利的恩里科·费米,德国的哈恩和迈特纳都有一个共同的目标:核物理学。他们从不同的学科、角度、技术研究核物理学。科学家们认为:这项研究可能获得诺贝尔奖,甚至不怀疑这项研究将制造出核武器,就看谁捷足先登。

1938年11月初,哈恩和斯特拉斯曼用一种慢中子轰击铀-235 原子核时,竟发生了一种奇异情况。哈恩描述道:原子核反应迅速而强烈,释放出很高的能量。最令人惊奇的是原子核分裂成更小、更多和更轻的原子序数,速度飞快,十分壮观震撼。原子核的这种奇异变化,过去从未发现过。在经过多次验证后,他俩终于肯定:这种反应就是铀-235 的原子分裂。

德国慕尼黑博物馆:核裂变的实验装置

1938年12月初,哈恩把发现原子分裂的报告寄往德国《自然科学》杂志。12月19日,哈恩写信给迈特纳讨论原子分裂。1939年1月6日,哈恩的论文发表。1月13日,迈特纳和她的侄子罗伯特·弗里斯第一个证实了哈恩的原子分裂实验。

一天,迈特纳和侄子弗里斯讨论原子分裂的名称。聪明的弗里斯说:“原子分裂的过程与细胞的生物裂变一样。原子分裂应该称为核裂变。”2月11日,他俩发表文章,提出了一个影响科学界的新概念——核裂变。

核裂变的意义重大。它不仅是一个中子可以打破一个重核,更重要的是中子打破重核的过程中同时发生链式核裂变。人工制造核裂变是人类科学史上的一项伟大创举,开创了人类利用原子能的新纪元,具有划时代的深远的历史意义。

知识卡

核裂变

核裂变(Nuclear Fission),又称核分裂,是指核反应或放射性衰变,由一个原子核分裂成更多、更小和更轻原子核的过程。核裂变常常裂变不完全,会产生核污染,如放射伽马射线,危害人类。

核裂变很像燃放焰火,瞬间爆裂,火花四溅

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