每一個(gè)領(lǐng)域都有它自己的傳奇故事。這些故事經(jīng)過(guò)反復(fù)演繹最終披上了神話的色彩。關(guān)于恩里科·費(fèi)米如何在芝加哥大學(xué)斯塔格運(yùn)動(dòng)場(chǎng)看臺(tái)底下的網(wǎng)球室內(nèi)建立世界上第一個(gè)自持鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)堆的故事就是此類傳奇之一。他的“芝加哥1號(hào)堆”(CP-1)在1942年12月2日下年3時(shí)25分第一次實(shí)現(xiàn)了自持鈾裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
如今,凡是到芝加哥觀光的游客,都可以在芝加哥大學(xué)校園里一座古堡式的灰色外墻上看到一塊金屬匾額,上面寫著:“1942年12月2日,人類在這里實(shí)現(xiàn)了第一次自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng),從而開辟了受控釋放核能的道路。”
在介紹元素锿(99)的時(shí)候已經(jīng)描述過(guò),當(dāng)一個(gè)中子擊中一個(gè)重原子核并使它發(fā)生裂變時(shí),一個(gè)鏈?zhǔn)胶朔磻?yīng)就開始了。這個(gè)反應(yīng)會(huì)釋放出更多的中子,它們繼續(xù)使更多的原子核發(fā)生裂變。然而,在這個(gè)簡(jiǎn)單的算術(shù)和在一塊鈾(92)里的真正持續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)之間還橫亙著許多問題。
鈾裂變后發(fā)射出來(lái)的中子具有極高的速度,而鈾原子核只能被速度慢得多的中子擊中才會(huì)發(fā)生裂變。而且,除非鈾塊非常大,否則中子極可能在擊中任何東西之前就已逃逸了。所以,雖然每個(gè)鈾原子核裂變能釋放出2個(gè)或3個(gè)中子,但這些中子大多數(shù)不會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的裂變,也就是說(shuō)中子增殖率遠(yuǎn)低于1。為了解決這個(gè)問題,可以使用大量的鈾,或者使用一種特別敏感的同位素,也可以使用能夠讓中子慢下來(lái)的減速劑,當(dāng)然也可以將上面提到的方法結(jié)合起來(lái)。
在建造CP-1時(shí),共使用了6噸金屬鈾,46噸氧化鈾,1000多噸高純度的石墨(它是極好的減速劑)。這些材料交替組成了一個(gè)寬9米,長(zhǎng)近10米,高為6.5米的巨大的矩形堆。費(fèi)米經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算,認(rèn)為這個(gè)反應(yīng)堆的中子增殖率會(huì)大于1,鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以持續(xù)不斷地進(jìn)行下去。
為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可控,反應(yīng)堆中插入了包有鎘(48)皮的木棒(即控制棒)。由于鎘可以吸收中子,所以通過(guò)調(diào)節(jié)控制棒的插入深度就可以調(diào)整中子的增殖率,使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行或停止。為了保險(xiǎn)起見,費(fèi)米還專門安排了一個(gè)人手里拿著斧頭,準(zhǔn)備在反應(yīng)失控時(shí)砍斷掛著備用的緊急控制棒的繩子。
反應(yīng)堆建成后,費(fèi)米的團(tuán)隊(duì)慢慢地拉出控制棒,小心地監(jiān)測(cè)從反應(yīng)堆發(fā)射出的中子數(shù)。經(jīng)過(guò)一次又ー次的實(shí)驗(yàn),證實(shí)將控制棒插回反應(yīng)堆以后中子數(shù)確實(shí)降了下來(lái)。12月2日下午3時(shí)25分,反應(yīng)堆中的中子增殖率達(dá)到了1.0006并成功運(yùn)行了28分鐘。這個(gè)反應(yīng)堆最初的功率只有0.5瓦,但它已足夠讓恩里科·費(fèi)米在原子能的傳奇中得到永生。
當(dāng)然,所有這些事和元素鐨完全無(wú)關(guān),它就像余下的18個(gè)元素一樣,沒有任何實(shí)際用途。