92 U 鈾 變局
2024-10-02 07:45:47
作者: [英] 凱薩琳·哈卡普
元素周期表就像是一本書。從氫開始,沿著一行從左向右移動,新的特性不斷出現。在這個過程中會有一些驚喜,但是故事的進展總體上是可以預測的。然後,正當你已經習慣了這種節奏,你到達了鈾。在這部元素長篇小說的第92個章節,你在這個周期性故事末尾遇到了重要轉折。
從歷史的視角來看,鈾的故事是完美的。它一開始只是一個額外的背景板,使場景看起來更有意思。當時的古羅馬人用氧化鈾礦作為陶瓷的黃色釉料,雖然他們根本不知道它到底是什麼。中世紀時,工匠用波西米亞瀝青鈾礦里的提取物製作黃色玻璃。
1789年,鈾元素終於被揭開面紗。在眾多元素里,它有了名氣,但依然是一個小眾元素。德國化學家馬丁·海因里希·克拉普洛特認為自己從瀝青鈾礦里分離出了一種新的金屬,並以天王星(Uranus)之名將其命名為鈾(Uranium)。事實上,他分離出的是氧化鈾。1841年,法國化學家尤金-梅爾奇奧爾·佩利戈特首次分離出了純金屬鈾。這種金屬的強度很高,但遇到其他更迷人或更有用的元素時,就相形見絀了。1869年,門捷列夫開始在他的元素周期表中排列當時所有已知的元素,鈾是一個熟悉卻不顯眼的成員。最引人注目的是它位於元素序列的末位,是元素周期表的句號,沒有人對它抱有更高的期望。但是後來,一切都變了。
1896年,法國物理學家亨利·貝克勒爾發現了鈾的另一面。一份樣品被隨手丟在一疊照相底片上,雖然沒有暴露在陽光下,底片卻曝光了。原來,鈾無時無刻不在釋放出一些「看不見的射線」,可以穿過覆蓋的金屬板,導致底片曝光。就這樣,貝克勒爾發現了放射性。元素的故事還遠未結束,相反,它即將迎來一個急轉彎。
在貝克勒爾發現放射性後的幾十年裡,科學家們拆開了原子,發現了其中的組成部分:決定元素的質子,讓質子留在原子核里的中子,以及圍繞原子核旋轉的電子,它們共同構成了一個平衡的原子。重原子,即含有大量質子或不穩定數目中子的原子,會噴射出多餘的質子或中子,並伴隨著大量的能量。這就是貝克勒爾觀察到的放射性現象。有些人開始想到,既然重原子能發射出粒子變成較輕的原子,也許較輕的原子可以接受粒子變成較重的原子。
1938年,義大利物理學家恩里科·費米試圖挑戰元素周期表的極限,他用亞原子粒子轟擊鈾原子核,看看它們是否會粘在一起。他聲稱自己發現了94號元素,並因此獲得了諾貝爾獎,但他錯了。其實費米發現了更重要的東西,他的鈾原子並沒有吸收這些粒子,而是被撞得粉碎,同時釋放出驚人的能量。這正是人類利用原子能的關鍵!
1940年,伯克利大學的一個研究小組發現了第94號元素,同樣是以鈾為起點,但是他們採用了一種改進後的方法。這種名為鈽的新元素在當時受到了特別關注,因為它是製造原子彈的完美材料。問題是如何才能製造出足夠多的核武器呢?答案又是鈾。
理論上,將足夠多的鈾聚集在一個小空間會引發連鎖反應。當一個鈾原子衰變時,它噴射出的粒子可能會被另一個鈾原子吸收,導致它衰變並噴射出更多的粒子,反應不斷延續。從理論上講,鈾可以生成鈽,研究團隊所需要的只是試驗所需的空間和足夠的鈾。
鈾以及各種研究資源被匯總到一起,並投入到臨時發起的尖端研究工作中。第一座核反應堆建在芝加哥市中心一個足球場地下的壁球場內。從此,世界變得再也不一樣了,原子能時代帶來了核戰爭的威脅,也帶來了從核電站獲得廉價能源的希望。鈾現在是搶手貨,它改變了我們看待元素周期表和世界的方式,也給我們帶來了一個無人能預見的劇情轉折。