每一個領域都有它自己的傳奇故事。這些故事經(jīng)過反復演繹最終披上了神話的色彩。關于恩里科·費米如何在芝加哥大學斯塔格運動場看臺底下的網(wǎng)球室內(nèi)建立世界上第一個自持鏈式核反應堆的故事就是此類傳奇之一。他的“芝加哥1號堆”(CP-1)在1942年12月2日下年3時25分第一次實現(xiàn)了自持鈾裂變鏈式反應。
如今,凡是到芝加哥觀光的游客,都可以在芝加哥大學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,人類在這里實現(xiàn)了第一次自持鏈式反應,從而開辟了受控釋放核能的道路。”
在介紹元素锿(99)的時候已經(jīng)描述過,當一個中子擊中一個重原子核并使它發(fā)生裂變時,一個鏈式核反應就開始了。這個反應會釋放出更多的中子,它們繼續(xù)使更多的原子核發(fā)生裂變。然而,在這個簡單的算術和在一塊鈾(92)里的真正持續(xù)的鏈式反應之間還橫亙著許多問題。
鈾裂變后發(fā)射出來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,雖然每個鈾原子核裂變能釋放出2個或3個中子,但這些中子大多數(shù)不會導致進一步的裂變,也就是說中子增殖率遠低于1。為了解決這個問題,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的減速劑,當然也可以將上面提到的方法結(jié)合起來。
在建造CP-1時,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寬9米,長近10米,高為6.5米的巨大的矩形堆。費米經(jīng)過仔細計算,認為這個反應堆的中子增殖率會大于1,鏈式反應可以持續(xù)不斷地進行下去。
為了使鏈式反應可控,反應堆中插入了包有鎘(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,使鏈式反應進行或停止。為了保險起見,費米還專門安排了一個人手里拿著斧頭,準備在反應失控時砍斷掛著備用的緊急控制棒的繩子。
反應堆建成后,費米的團隊慢慢地拉出控制棒,小心地監(jiān)測從反應堆發(fā)射出的中子數(shù)。經(jīng)過一次又ー次的實驗,證實將控制棒插回反應堆以后中子數(shù)確實降了下來。12月2日下午3時25分,反應堆中的中子增殖率達到了1.0006并成功運行了28分鐘。這個反應堆最初的功率只有0.5瓦,但它已足夠讓恩里科·費米在原子能的傳奇中得到永生。
當然,所有這些事和元素鐨完全無關,它就像余下的18個元素一樣,沒有任何實際用途。