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化学元素中的镄


实验室k / 2018-12-17

       每一个领域都有它自己的传奇故事。这些故事经过反复演绎最终披上了神话的色彩。关于恩里科·费米如何在芝加哥大学斯塔格运动场看台底下的网球室内建立世界上第一个自持链式核反应堆的故事就是此类传奇之一。他的“芝加哥1号堆”(CP-1)在1942年12月2日下年3时25分第一次实现了自持铀裂变链式反应。

镄的基本数据

       如今,凡是到芝加哥观光的游客,都可以在芝加哥大学校园里一座古堡式的灰色外墙上看到一块金属匾额,上面写着:“1942年12月2日,人类在这里实现了第一次自持链式反应,从而开辟了受控释放核能的道路。”

       在介绍元素锿(99)的时候已经描述过,当一个中子击中一个重原子核并使它发生裂变时,一个链式核反应就开始了。这个反应会释放出更多的中子,它们继续使更多的原子核发生裂变。然而,在这个简单的算术和在一块铀(92)里的真正持续的链式反应之间还横亘着许多问题。

       铀裂变后发射出来的中子具有极高的速度,而铀原子核只能被速度慢得多的中子击中才会发生裂变。而且,除非铀块非常大,否则中子极可能在击中任何东西之前就已逃逸了。所以,虽然每个铀原子核裂变能释放出2个或3个中子,但这些中子大多数不会导致进一步的裂变,也就是说中子增殖率远低于1。为了解决这个问题,可以使用大量的铀,或者使用一种特别敏感的同位素,也可以使用能够让中子慢下来的减速剂,当然也可以将上面提到的方法结合起来。

       在建造CP-1时,共使用了6吨金属铀,46吨氧化铀,1000多吨高纯度的石墨(它是极好的减速剂)。这些材料交替组成了一个宽9米,长近10米,高为6.5米的巨大的矩形堆。费米经过仔细计算,认为这个反应堆的中子增殖率会大于1,链式反应可以持续不断地进行下去。

       为了使链式反应可控,反应堆中插入了包有镉(48)皮的木棒(即控制棒)。由于镉可以吸收中子,所以通过调节控制棒的插入深度就可以调整中子的增殖率,使链式反应进行或停止。为了保险起见,费米还专门安排了一个人手里拿着斧头,准备在反应失控时砍断挂着备用的紧急控制棒的绳子。

       反应堆建成后,费米的团队慢慢地拉出控制棒,小心地监测从反应堆发射出的中子数。经过一次又ー次的实验,证实将控制棒插回反应堆以后中子数确实降了下来。12月2日下午3时25分,反应堆中的中子增殖率达到了1.0006并成功运行了28分钟。这个反应堆最初的功率只有0.5瓦,但它已足够让恩里科·费米在原子能的传奇中得到永生。

       当然,所有这些事和元素镄完全无关,它就像余下的18个元素一样,没有任何实际用途。


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