卢鹤绂与原子弹

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1、卢鹤绂与原子弹卢永亮今年6月7日，是我国著名核物理学家、教育家卢鹤绂先生96周年诞辰之际。为了纪念这位为我国核物理事业作出杰出贡献的科学家，本刊特约上海格物研究所所长、卢鹤绂先生之子卢永亮撰文回忆其父亲参与研制我国第一颗原子弹的前期培训工作及科研生平。除了“容变弛豫方程”被世界公认为“卢鹤绂不可逆性方程”和其主编的第一本在中国全面介绍热核反应的《受控热核反应》专著等工作为同行熟知外，文中还披露了他对原子弹的一些鲜为人知的看法和其行事准则，以便读者对卢鹤绂先生有一个更为全面的了解。——编者1936年，卢鹤绂从燕京大学理学院物理系毕业后，经物理系

2、主任班·维廉推荐留学美国明尼苏达大学，主修物理、副修数学。求学期间，卢鹤绂得到多位名师指点，如《物理评论》主编、《近代物理评论》创刊人泰特讲授理论物理，系主任俄瑞克森讲授原子物理实验，希尔和巴丁讲授量子力学。第一个披露原子弹秘密的人1937年，卢鹤绂用自己制造的聚焦型质谱仪研究热盐离子源的发射性能，他在带状薄钛片上焊上小白金盘，将含锂矿石粉末置于盘中通过电流加热钛片，进行粉末释放锂离子的实验。几经周折，终于发现热离子发射的同位素效应，还因此发明了时间积分法，在世界上第一次精确地测定了锂6、锂7的丰度比为12：29，从而纠正了当时一些学者所测定

3、的结果。这一测定数值日后被选定为国际同位素表上的定值，沿用至今。1938年，卢鹤绂在美国《物理评论》杂志发表文章“锂离子的低温热源”，介绍他研究热盐离子发射同位素效应的成果，公布了他测定的锂7、锂6的天然丰度值，引起了国际物理学界的关注。对此，美国一家报纸上在头版位置标示“中国人在称原子的重量！”1939年，在指导导师尼尔和郎包教授的指导下，卢鹤绂提出扇状磁场对入射的带电粒子有聚焦作用这一普适原理，并据此发明了新型600聚焦高强质普仪，用以大规模分离微克量级的硼10和硼11，核实各自的原子核反应。其后，在此基础上又制备了同位素靶。卢鹤绂之所以

4、研究这一课题，其目的在于解决制造原子弹所需铀235的难题。1941年，卢鹤绂的博士毕业论文“新型高强度质普仪及在分离硼同位素上的应用”获得通过，取得哲学博士学位。他的这一论文被美国政府列为涉及制造第一批原子弹及原子反应堆的绝密资料，数年后才以摘要形式准予公布。1942年4月，卢鹤绂撰写“重原子核内之潜能及其应用”论文，预言了大规模利用原子能的可能性，指出1公斤铀235全裂变产生的原子能相当于2500吨优质煤燃烧时释放的全部能量。他在这篇论文的结语中称：“就现世而论，此种浓度之能源必将有其特殊之用途。”当卢鹤绂把这篇论文寄到重庆中国科学社投稿《

5、科学》杂志，由于该刊已停刊，直到1944年2月复刊后才登载。这是第一次在国内全面介绍核裂变的实验发现和理论认识及其大规模利用的可能性。原子弹也称“裂变弹”，是利用重元素原子核裂变反应在瞬间释放出巨大能量起杀伤破坏作用的爆炸性武器。1938年12月，在德国柏林威廉大帝化学研究所，两位科学家奥托·哈恩和施特拉斯曼发现，用中子对铀原子核进行人工轰击，可以使铀原子核发生裂变。由此，他们联想到爱因斯坦质能方程E=mc2(能量等于质量乘光速平方)，并观察到一个铀原子核发生裂变可以释放出200兆电子伏特的能量。这是一项惊人的发现，向人类展示了原子核内部存在

6、的巨大能量以及开发这种能量的可能性。但更为惊人的是，1939年初，科学家又发现了链式反应可以释放出巨大能量。1937年7月，匈牙利物理学家西拉德和维格纳拜访了爱因斯坦，提出让爱因斯坦出面写信给美国总统罗斯福，敦促他下令研制原子弹，以便赶在纳粹德国之前。8月2日信件发出，罗斯福采纳了他们的建议，但没有引起美国军界足够的重视，直至1942年9月，美国成立了由3名军政官员和2名科学家组成的军事政策委员会，领导代号为“曼哈顿计划”的原子弹制造工程。1945年7月16日，美国在新墨西哥州的荒漠上试爆了第一颗原子弹，其威力相当于2万吨级的TNT。1945

7、年8月6日～9日，美国空军分别在日本广岛和长崎投下了两颗原子弹。至此，卢鹤绂预言的“浓厚之能源”的“特殊之用途”应验了。其时，卢鹤绂任教于贵州湄潭浙江大学。1946年，他写了“原子能与原子弹”载于1947年第29卷第一期《科学》杂志上，第一次在国内阐述重核裂变所释放能量可供大规模利用的原理，以及原子堆和原子弹的发明经过。1947年1月，卢鹤绂在上海《科学》杂志发表“重核二分之欠对称”的研究简报。其后不久，他又在《科学世界》和《原子核论丛》发表了“从铀之分裂谈到原子弹”一文，更加全面地介绍了发现裂变的经过，对裂变现象的理论认识及原子堆、原子弹的

8、发明经过也作了介绍。同年，卢鹤绂在美国《物理月刊》第15卷上发表了“关于原子弹的物理学”一文，在世界上首次估算铀235原子弹费米型链式裂变反应堆临界大小的简易方法的