在美國(guó)于1941年12月參戰(zhàn)時(shí),我女兒雷蒂西婭(蒂塔)(Letitia,昵稱(chēng)Tita)5歲,兒子詹姆斯(杰米)(James,昵稱(chēng)Jamie)3歲,尚未出生的女兒艾莉森(Alison)還在媽媽的肚子里。珍妮特和我與兩個(gè)年幼的孩子在普林斯頓的新家只住了2年。當(dāng)時(shí)我完全投身于研究,包括我與費(fèi)曼合作的有關(guān)電動(dòng)力學(xué)的新定律的研究。這時(shí)搬家實(shí)在不是時(shí)候,但我們并未猶豫或?yàn)榇她e齬。我已經(jīng)做好了投身戰(zhàn)時(shí)研究工作的準(zhǔn)備,愿意去祖國(guó)需要我去的任何地方。我的幾位普林斯頓同事,尤其是那些具有實(shí)驗(yàn)電子學(xué)專(zhuān)長(zhǎng)的專(zhuān)家,都去了麻省理工學(xué)院從事雷達(dá)研究。由于我一直在搞裂變研究,因此阿瑟·康普頓(Arthur Compton)邀請(qǐng)我去為核子計(jì)劃做貢獻(xiàn)是意料中的事兒,很快我就前往芝加哥大學(xué)。
1941年后半年,12月7日珍珠港事變之前,美國(guó)的裂變研究散布在各個(gè)地方,主要有紐約的哥倫比亞大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、普林斯頓大學(xué)和芝加哥大學(xué)。華盛頓全面主管科學(xué)研究與發(fā)展部(OSRD)的頭兒是萬(wàn)尼瓦爾·布什(Vannevar Bush)。(這并不是說(shuō)他直接負(fù)責(zé)每個(gè)物理學(xué)家的工作——我們都受聘于各自的研究機(jī)構(gòu)——而是指他管控支撐研究工作的政府下?lián)芙?jīng)費(fèi)的分配。)布什在OSRD機(jī)構(gòu)下設(shè)立了一個(gè)稱(chēng)為S-1的負(fù)責(zé)核研究的辦公室,任命了一些人(主要來(lái)自哥倫比亞大學(xué))來(lái)負(fù)責(zé)具體協(xié)調(diào)各項(xiàng)研究工作。
珍珠港事變后不久,布什認(rèn)為有必要加強(qiáng)協(xié)調(diào)以加速計(jì)劃實(shí)施。他將核研究分成三大塊,分別指定三位著名的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo),這三位都是諾貝爾獎(jiǎng)得主(而且位于國(guó)內(nèi)不同地區(qū)),其中加州伯克利的厄內(nèi)斯特·勞倫斯(Ernest Law-rence)負(fù)責(zé)鈾235與鈾238的電磁分離以及對(duì)钚的研究。勞倫斯是這兩項(xiàng)任務(wù)的最佳人選。1932年,他發(fā)明了回旋加速器,進(jìn)行電磁分離所需的設(shè)備與這項(xiàng)發(fā)明在原理上類(lèi)似,而且他的研究院里的西博格等人也于近期發(fā)現(xiàn)了钚。哥倫比亞大學(xué)的哈羅德·尤里(Harold Urey)負(fù)責(zé)重水研究和同位素分離的其他方法。他也是相當(dāng)合適的人選。尤里是一位化學(xué)家,早先發(fā)現(xiàn)重水并知曉如何分離同位素。最后,芝加哥大學(xué)的康普頓負(fù)責(zé)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)研究和初期階段的核彈理論研究。
1946年,擔(dān)任密蘇里州圣路易斯華盛頓大學(xué)校長(zhǎng)時(shí)的阿瑟·康普頓
(Hagley Museum and Library提供)
康普頓當(dāng)時(shí)49歲,是3人中最年長(zhǎng)的。他在1923年進(jìn)行的X射線散射實(shí)驗(yàn)漂亮地解答了自1905年以來(lái)物理學(xué)界一直爭(zhēng)論不休的一個(gè)問(wèn)題:愛(ài)因斯坦提出的電磁能量量子(即我們今天所稱(chēng)的光子)是否真的是一種粒子?康普頓給出的證據(jù)提供了明確的肯定答案。今天我們知道,這種能量量子和電子或正電子或夸克(一種存在于質(zhì)子和中子內(nèi)部的亞核子粒子)一樣都是粒子??灯疹D是那種少有的能將精深的專(zhuān)業(yè)特長(zhǎng)與嫻熟的行政管理技巧結(jié)合起來(lái)的科學(xué)家。作為一位來(lái)自中西部的門(mén)諾派教徒,所有與他共事的人都非常敬重他。布什選他作為負(fù)責(zé)人是再恰當(dāng)不過(guò)的了。
康普頓的第一個(gè)動(dòng)作就是加強(qiáng)芝加哥的理論研究。除了我之外,他還邀請(qǐng)了我在普林斯頓的同事威格納加入他新命名的“冶金實(shí)驗(yàn)室”,還邀請(qǐng)了當(dāng)時(shí)已在哥倫比亞大學(xué)的特勒等人(特勒后來(lái)又去了洛斯阿拉莫斯)。統(tǒng)觀我的一生,似乎命中注定要與匈牙利人共事并經(jīng)常得到他們的指引。和威格納一樣,特勒也成為我終生的朋友。
剛開(kāi)始時(shí),康普頓打算將實(shí)驗(yàn)工作留在哥倫比亞大學(xué),那里費(fèi)米的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)創(chuàng)立了一個(gè)良好的開(kāi)端。哥倫比亞大學(xué)的部分人員也已開(kāi)始在紐約地區(qū)尋找建造第一座反應(yīng)堆的地點(diǎn)。但1942年1月底,正好在我準(zhǔn)備要搬去芝加哥時(shí),康普頓決定他負(fù)責(zé)的所有工作都必須得到加強(qiáng)。于是,費(fèi)米雖不情愿但毫無(wú)怨言地將他那一攤搬到了芝加哥。西拉德等人也從紐約搬了過(guò)來(lái)。在1942年的前幾個(gè)月里,冶金實(shí)驗(yàn)室(我們后來(lái)稱(chēng)它為Met Lab)匯聚了一個(gè)高效的工作團(tuán)隊(duì),反應(yīng)堆設(shè)計(jì)所需的理論和工程技術(shù)人員應(yīng)有盡有。我從一開(kāi)始就投身于產(chǎn)钚的反應(yīng)堆設(shè)計(jì),費(fèi)米則負(fù)責(zé)建在芝加哥的第一座小型低功率反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和建造,這座反應(yīng)堆主要是用來(lái)進(jìn)行各種原理性測(cè)試。
我是1月底一個(gè)人乘坐從紐約開(kāi)往芝加哥的客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)前往芝加哥的。我們不能確定是否能在芝加哥找到房子。珍妮特已經(jīng)有7個(gè)月的身孕,她希望留在巴爾的摩父母身邊。她父親羅伯特·赫格納(Robert Hegner)是約翰霍普金斯大學(xué)衛(wèi)生與公共健康學(xué)院研究寄生蟲(chóng)的專(zhuān)家,以研究瘧疾著稱(chēng)于世,那時(shí)正病勢(shì)沉重。3月7日,就在她爸過(guò)世的兩天前,珍妮特和兩個(gè)孩子搬到了巴爾的摩。她繼續(xù)留下來(lái)陪她母親,雷蒂西婭與杰米則搬到3英里(1英里=1.61千米,下同)外的我父母那里,由我母親負(fù)責(zé)照顧。我們的小女兒艾莉森于3月31日,冬末的一個(gè)刮著暴風(fēng)雪的日子出生。我父親原先計(jì)劃開(kāi)車(chē)送珍妮特去醫(yī)院,但臨了卻打電話告訴她車(chē)子開(kāi)不出來(lái)了。好在珍妮特在她母親陪同下搭乘僅有的公交車(chē)及時(shí)趕到了醫(yī)院。當(dāng)幾天之后我趕回來(lái)探望時(shí),所有的忙亂興奮都已成為過(guò)去。
隨后的3年半里,我們一家經(jīng)常搬遷,居無(wú)定所。我在芝加哥大學(xué)周邊挨家挨戶(hù)地尋找,總算找到了一所在1942年夏季出租的房子。珍妮特和三個(gè)孩子于6月抵達(dá)。那個(gè)夏天我們過(guò)得相當(dāng)辛苦,杰米染上風(fēng)濕熱,過(guò)了幾個(gè)月才復(fù)原;珍妮特由于產(chǎn)下艾莉森后感染并發(fā)癥而不得不經(jīng)常出入醫(yī)院。9月,我們搬入一間“普爾曼公寓”,但也只住了半年。1943年3月,我們?nèi)矣职峄貣|部,特拉華州的威爾明頓,這樣我總算能較有效地?fù)?dān)當(dāng)好康普頓指派給我的工作——派駐杜邦公司的首席科學(xué)家。到1944年夏天,我們?nèi)矣植坏貌话岬矫绹?guó)的另一端——華盛頓州的里奇蘭,我們得在此度過(guò)戰(zhàn)爭(zhēng)的最后一年,因?yàn)槲业迷跐h福德附近的產(chǎn)钚的反應(yīng)堆上工作。
冶金實(shí)驗(yàn)室的管理結(jié)構(gòu)顯得松散而不正規(guī),我雖然被正式指派到威格納小組,但我并不真正對(duì)他負(fù)責(zé)??灯疹D可能認(rèn)為我喜歡不受組織結(jié)構(gòu)約束的工作環(huán)境。實(shí)際上他是讓我單干。當(dāng)然,我會(huì)經(jīng)常性地和我的科學(xué)家同事交流,但除了康普頓之外,我們彼此間并沒(méi)有上下級(jí)的關(guān)系,我也沒(méi)有感受到管理層的存在。在計(jì)算方面我得益最多的是來(lái)自一位同事的妻子蒙克太太(Mrs.Ardis Munk)。她用的是一臺(tái)手搖的機(jī)械計(jì)算機(jī),那是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)。
我從來(lái)不喜歡與芝加哥的科學(xué)家同事閑談,為此我在大家眼里可能會(huì)顯得有些不好接近。我通常謝絕和大家一道去附近餐廳用午餐的邀請(qǐng),有這一小時(shí),我還不如暫時(shí)放下戰(zhàn)勤工作,一邊吃著三明治一邊做些我稱(chēng)之為“普林斯頓工作”的研究呢。
甚至在珍珠港事變之前和我搬到芝加哥之前,威格納就已經(jīng)非常認(rèn)同西拉德關(guān)于開(kāi)展核子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的積極態(tài)度。這兩位匈牙利人簡(jiǎn)直是一個(gè)模子倒出來(lái)的,他們合作得非常好,對(duì)于加快裂變武器研制的重要性的認(rèn)識(shí)完全一致。西拉德未婚且時(shí)常失業(yè),輾轉(zhuǎn)于多個(gè)實(shí)驗(yàn)室之間,大家都認(rèn)為他是一個(gè)既聰明又難處的怪人。他似乎也喜歡閑云野鶴般的生活。在他搬到芝加哥之前(差不多和我來(lái)芝加哥之前的同一期間),他住在紐約哥倫比亞大學(xué)南邊的皇冠大酒店。他與常人的作息時(shí)間迥異,而且據(jù)說(shuō)睡前要花上一個(gè)小時(shí)來(lái)洗澡。有一則傳聞?wù)f他解手后經(jīng)常不沖馬桶而是讓清潔工代勞,因?yàn)樗恍加H自做這種事兒。我欽佩西拉德的智慧和他的熱情,但是我得承認(rèn)我和其他人一樣無(wú)法忍受他的怪癖。
西拉德經(jīng)常和威格納見(jiàn)面,有時(shí)候在紐約,有時(shí)候在普林斯頓。在西拉德在學(xué)界和商界之間來(lái)回穿梭,一邊推動(dòng)核彈研制一邊為第一座反應(yīng)堆尋找成噸的純化石墨的同時(shí),威格納開(kāi)始了計(jì)算工作。他在數(shù)學(xué)和物理學(xué)上有著過(guò)人的才華,是一位工作井然有序、講究方法的工作者,那時(shí)他39歲。
威格納的計(jì)算與裂變反應(yīng)的增值性有關(guān),即如果一個(gè)中子引發(fā)一次裂變事例,那么平均而言多少個(gè)中子(或中子碎片)將最終會(huì)引發(fā)多少次其他的裂變事例?答案不僅僅在于詢(xún)問(wèn)發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)或隨后會(huì)有多少個(gè)中子被釋放出來(lái)。我們那時(shí)已經(jīng)知道這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于l。費(fèi)米等人力圖從實(shí)驗(yàn)上給出答案。關(guān)鍵問(wèn)題是這些中子被放出來(lái)之后會(huì)發(fā)生什么。部分中子會(huì)逃逸出反應(yīng)堆,部分中子會(huì)被各種核——尤其是鈾238——吸收而不再引起裂變,還有部分中子則會(huì)引起進(jìn)一步的裂變反應(yīng)。反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是要盡量減少損失和吸收,以便進(jìn)一步使裂變最大化。使中子得到快速慢化是使倍增因子保持大于1的關(guān)鍵所在,因?yàn)槁凶幼钜滓l(fā)鈾235裂變。因此反應(yīng)堆必須包含能夠使中子慢化的材料。費(fèi)米直接就稱(chēng)這種材料為“減速物”(slower downer)。我對(duì)這個(gè)術(shù)語(yǔ)大不以為然,于是只好提出一個(gè)不同的術(shù)語(yǔ)。我選擇用“慢化劑”(modera-tor),這個(gè)詞一直沿用至今。
在裂變研究的最初時(shí)期,或許就在玻爾和我于1939年夏天完成我們有關(guān)裂變理論的論文之時(shí),美國(guó)和法國(guó)的幾位科學(xué)家各自獨(dú)立地認(rèn)識(shí)到反應(yīng)堆必須設(shè)計(jì)成柵格狀。而慢化劑和鈾燃料則應(yīng)當(dāng)做成塊狀而不是類(lèi)似于做面包那樣以碎末形式混合在一塊兒。但當(dāng)時(shí)沒(méi)人確切知道這個(gè)塊狀物體該有多大,它們之間該如何排列。威格納試圖找出答案。
但在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持的情形下,他也只能計(jì)算到某個(gè)程度。除了要知道平均每次裂變事件會(huì)有多少中子釋放出來(lái)之外,他還需要知道中子在穿過(guò)燃料和慢化劑時(shí)慢化過(guò)程的細(xì)節(jié),需要知道中子被慢化劑吸收因而不能用來(lái)引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的概率。為了回答這些問(wèn)題,威格納讓普林斯頓的回旋加速器小組忙得不亦樂(lè)乎。該小組的頭兒米爾頓·懷特(Milton White)對(duì)于讓他主持所需的實(shí)驗(yàn)感到非常高興(雖然那時(shí)美國(guó)還沒(méi)有參戰(zhàn),但鈾研究的重要性已是昭然若揭)。懷特小組里有一位相當(dāng)活躍的年輕人叫做愛(ài)德華·克羅伊茨(Edward Creutz),就是后來(lái)成為洛斯阿拉莫斯一個(gè)小組的頭兒,戰(zhàn)后去匹茲堡卡內(nèi)基理工學(xué)院當(dāng)教授的那位??肆_伊茨是一位很好共事的人。只要能把工作做好,叫他掃地他都干。鑒于他的能力和熱情肯干的態(tài)度,我后來(lái)將他推薦給了弗里德里克·德霍夫曼(Frederic De Hoffmann),讓他到通用原子公司(通用集團(tuán)的子公司之一)擔(dān)任高級(jí)職位,他就在那里成功設(shè)計(jì)并建造出一種簡(jiǎn)單而且具有商用前景的核反應(yīng)堆。
鑒于懷特和克羅伊茨等人所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,我們中那些整天考慮反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的人得出結(jié)論:石墨狀的碳可以用作慢化劑,如果能夠確保這種石墨有足夠高的純度的話。我們知道“重水”(D2O)——就是普通的“輕”水分子(H2O)中的氫被氘取代所形成的水——的效果會(huì)更好,但成本更高。那時(shí)候美國(guó)確實(shí)有幾升重水可用,但每升的成本超過(guò)2500美元。所幸的是德國(guó)科學(xué)家得出的是不同的結(jié)論。他們認(rèn)為石墨吸收中子之后會(huì)變得不再適合作慢化劑,因此他們將注意力轉(zhuǎn)向如何能夠取得大量的重水上。
格羅夫斯將軍在得知重水對(duì)于德國(guó)人的潛在重要性后,一接手主管曼哈頓計(jì)劃便立即采取行動(dòng):要求盟軍摧毀位于挪威維摩爾克(Vemork)的重水工廠。當(dāng)時(shí)英國(guó)已將維摩爾克列入特種部隊(duì)的攻擊目標(biāo)之一,接到命令后迅速將預(yù)定攻擊日期提前。1942年11月的首次攻擊由于天氣惡劣招致付出了34條生命的代價(jià)最后還是以失敗告終。1943年3月,他們?cè)俅伟l(fā)起攻擊,這次僅有6名挪威人跳傘空降挪威,并成功地與上年10月跳傘幸存的4名挪威同胞會(huì)合。這個(gè)小型突襲隊(duì)取得了令人驚喜的成功——他們將工廠基本摧毀卻無(wú)一陣亡。重水生產(chǎn)因此被拖后了差不多一年。
我們的法國(guó)同行也深知重水的重要性。1940年,法國(guó)軍情二局的阿利耶(Allier)中尉設(shè)法從挪威獲取了185升重水,當(dāng)時(shí)世界上大部分重水都在這兒了。他為自己和這26罐重水訂了分別飛往阿姆斯特丹和蘇格蘭兩條航線的機(jī)票。結(jié)果飛往阿姆斯特丹的班機(jī)被德國(guó)空軍攔截,迫降在漢堡后接受搜查。他則攜帶重水搭乘另一班飛機(jī)前往蘇格蘭,隨后又經(jīng)由海陸運(yùn)輸,將這批珍貴物品護(hù)送到了巴黎。但在此長(zhǎng)待并不安全,于是物理學(xué)家漢斯·馮·哈爾班(Hans von Halban)決定將它轉(zhuǎn)移出境。他讓妻子與一歲的女兒坐在汽車(chē)前座,后座上是居里夫人的1克重的鐳,重水則放在前后座中間作為屏蔽,然后將車(chē)開(kāi)到法國(guó)南部。他和他的小組成員幾乎立刻接到指示將這一護(hù)送工作移交給英國(guó)方面。在從波爾多港出發(fā)進(jìn)行越洋航行時(shí),重水罐被用繩索固定在木制平臺(tái)上,這樣萬(wàn)一船在航行時(shí)沉沒(méi),重水仍可以漂浮在水面上。1943年,法國(guó)科學(xué)家和他們的185升重水(仍是盟軍手中最大一批存貨)終于到達(dá)加拿大的蒙特利爾。這時(shí)位于英屬哥倫比亞的特雷爾(Trail)的重水生產(chǎn)廠已經(jīng)有能力進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。1944年,這個(gè)廠生產(chǎn)了大約6噸的重水,而成本只有1941年的1%。
德國(guó)對(duì)石墨的誤判是造成他們核彈研制計(jì)劃滯后的原因之一。到歐戰(zhàn)結(jié)束,即費(fèi)米型反應(yīng)堆達(dá)到臨界的兩年半后,德國(guó)也沒(méi)能建成一座可運(yùn)行的反應(yīng)堆,更談不上搞清楚如何制造核彈了。
我必須承認(rèn)我自己也有一次誤判。珍珠港事變前的那幾個(gè)月,我們利用法恩樓茶室里的一臺(tái)收音機(jī)收聽(tīng)?wèi)?zhàn)況并討論戰(zhàn)爭(zhēng)的進(jìn)展。我得出的結(jié)論是,由德國(guó)統(tǒng)治歐洲可能是確保歐洲長(zhǎng)期和平的最佳途徑。我那時(shí)是德國(guó)物理學(xué)會(huì)的會(huì)員并在德國(guó)物理學(xué)界擁有相當(dāng)多的朋友,我羨慕德國(guó)的強(qiáng)盛和高效。我不能借口自己那時(shí)年輕,不諳世事。事實(shí)上,我從學(xué)生時(shí)代起就對(duì)歷史和國(guó)際事務(wù)具有濃厚的興趣。1934年到1935年間,我在哥本哈根認(rèn)識(shí)了好些德國(guó)的猶太裔科學(xué)家,也知道他們將希特勒的德國(guó)看成是極大的威脅。我從愛(ài)因斯坦、特勒、威格納和其他流亡人士的言談中得知,納粹的種族歧視逼使他們移居美國(guó)。其中一位流亡人士,即我在普林斯頓的同事瓦倫丁·巴格曼(Valentine Bargmann),就曾因?yàn)槲议喿x德國(guó)物理學(xué)會(huì)寄給會(huì)員的德國(guó)宣傳材料而對(duì)我進(jìn)行譴責(zé)。
如今,事情過(guò)去了50多年,我很難追憶起我那時(shí)的心態(tài)。我曾無(wú)視朋友的恐懼,認(rèn)為文明人不可能將惡毒的輿論攻擊變成慘無(wú)人道的行動(dòng)。我的父母認(rèn)為我對(duì)德國(guó)的同情態(tài)度有辱家門(mén)。我的這種同情態(tài)度即使在美國(guó)參戰(zhàn)之后也沒(méi)有即刻轉(zhuǎn)變,而是在我逐漸看到更多的事實(shí)后才逐漸淡去的。甚至在我竭盡全力協(xié)助戰(zhàn)勝德國(guó)時(shí),我仍然傾向于相信人性本善,說(shuō)德國(guó)人施暴就像說(shuō)美國(guó)人會(huì)實(shí)施暴行一樣不可思議。戰(zhàn)爭(zhēng)行將結(jié)束時(shí)我看到了更多的真相,但直到1947年我參觀了奧斯維辛集中營(yíng),我才真正徹底地認(rèn)識(shí)到德國(guó)人的野蠻暴行。
盡管最后我看清了暴政統(tǒng)治下人性會(huì)沉淪到無(wú)底深淵,但我永遠(yuǎn)不會(huì)放棄我對(duì)世界各國(guó)的科學(xué)家同行的同志般友情,包括德國(guó)的科學(xué)家。1935年初,我第一次在哥本哈根認(rèn)識(shí)了海森伯——后來(lái)成為戰(zhàn)時(shí)德國(guó)鈾研究計(jì)劃的領(lǐng)導(dǎo)者的那個(gè)人。當(dāng)時(shí)我23歲,正信心滿(mǎn)滿(mǎn)盼望著成為優(yōu)秀的理論物理學(xué)家;他33歲,已經(jīng)因差不多10年前提出的量子力學(xué)而名揚(yáng)天下?,F(xiàn)在,以他的名字命名的原理——海森伯不確定性原理——已成為理解小尺度世界里單個(gè)事件的不可預(yù)知性的基本原理。那時(shí)候,有好幾次,海森伯和我一道漫步在春日的陽(yáng)光里邊走邊談。他不是一個(gè)容易了解的人。他有點(diǎn)內(nèi)向,甚至可說(shuō)是郁郁寡歡,我想他就像被允許到戶(hù)外與鄰居家小伙伴一起玩耍的小孩兒,知道自己不久就得回家。
在海森伯于1939年離開(kāi)密歇根大學(xué)的暑期學(xué)校去參加“巴伐利亞的阿爾卑斯山區(qū)機(jī)槍射擊訓(xùn)練”之后,我們?cè)俣纫?jiàn)面已是12年后了。1951年夏天,我和太太正在哥本哈根靠近河岸的一家普通餐廳用餐時(shí),看到一位男士獨(dú)自走進(jìn)餐廳。他在侍應(yīng)生的引導(dǎo)下在一張桌前坐下?!澳鞘呛I蔽覍?duì)珍妮特說(shuō)道,“我們邀請(qǐng)他坐過(guò)來(lái)吧?!彼@然同意。海森伯似乎對(duì)受到邀請(qǐng)感到很高興。整個(gè)晚餐,我們談了最近的一些事情,但絕口不提鈾或反應(yīng)堆或核彈。他告訴我們,就在德國(guó)在盟軍的進(jìn)攻下行將崩潰時(shí),他沒(méi)打招呼就離開(kāi)了實(shí)驗(yàn)室,蹬著自行車(chē)趕往慕尼黑與太太和孩子們會(huì)合,看著戰(zhàn)爭(zhēng)在混亂中結(jié)束。半路上他碰到一名哨兵,那位軍人受命對(duì)擅離職守的人就地正法。海森伯遞過(guò)一根香煙并說(shuō)服他讓自己過(guò)去?!耙桓銦煋Q回我一條命?!彼f(shuō)道。隨后我邀請(qǐng)他到普林斯頓,那時(shí)候我的部分同事仍對(duì)他耿耿于懷。海森伯1976年去世,享年74歲,走時(shí)只有少數(shù)幾個(gè)朋友為他送行。對(duì)于他在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期的動(dòng)機(jī),我和其他人一樣感到不確定。按照某些觀察家的說(shuō)法,他可能故意延緩了德國(guó)發(fā)展原子彈的研究計(jì)劃。但目前更為可信的觀點(diǎn)認(rèn)為,他和他的德國(guó)同行之所以沒(méi)有要求動(dòng)用大規(guī)模資源來(lái)推進(jìn)核彈計(jì)劃,是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為實(shí)施這一計(jì)劃所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)結(jié)束戰(zhàn)爭(zhēng)所需的時(shí)間,他們不知道盟軍正在制造核彈。
在裂變研究的早期歲月,一般都認(rèn)為制造核彈需要用稀有的鈾235,盡管我們都知道要從化學(xué)性質(zhì)相同的鈾238中分離出鈾235是極其困難的事兒。1939年3月16日,在威格納的大辦公室召開(kāi)的一次會(huì)議上,玻爾、威格納、西拉德和我討論了制造核彈的可能性。這距玻爾回應(yīng)普拉切克早餐上提出的問(wèn)題從而想到用慢中子作用鈾235來(lái)引發(fā)裂變的設(shè)想才過(guò)去幾周。因此會(huì)上我們認(rèn)為制造核彈的可能性取決于能否得到足夠的高純度鈾235。玻爾很清楚實(shí)施這項(xiàng)任務(wù)的高昂成本,感嘆道:“是的,造一枚核彈是可能的,但那得動(dòng)員全國(guó)的力量來(lái)做?!?/p>
在我和玻爾合作研究其他同位素在慢中子作用下發(fā)生裂變的可能性后的第二年,有幾個(gè)人已經(jīng)看出用钚來(lái)制造核彈的可能性,這樣就可以繞過(guò)從鈾238中分離出鈾235的困難局面。美國(guó)的特納(此前我已提及)和德國(guó)的馮·魏茨扎克(Karl Friedrick von Weizs憊cker)都看出了這種可能性,要說(shuō)明的是,這是在钚還沒(méi)有被命名,更沒(méi)人看到過(guò)的情形下做出的預(yù)見(jiàn)!雖然玻爾和我曾預(yù)言钚具有裂變的可能性,但我們沒(méi)有立刻建議用它來(lái)制造核武器。但到1941年末,采用钚的方案開(kāi)始得到認(rèn)真考慮。(但當(dāng)時(shí)無(wú)論是康普頓,還是其他人都沒(méi)有勇氣或那么急迫地建議將鈾分離計(jì)劃停下來(lái),全力投入到對(duì)钚的開(kāi)發(fā)上。)
1942年1月我前往芝加哥的任務(wù),就是要設(shè)計(jì)一種能夠制造以千克計(jì)——最終以噸計(jì)——的钚的反應(yīng)堆。這距西博格小組發(fā)現(xiàn)钚還不到一年。當(dāng)钚還僅以微克計(jì)以供研究之用時(shí),建造漢福德反應(yīng)堆的宏大工程已經(jīng)上馬。
用石墨作慢化劑解決了如何慢化中子的問(wèn)題,但還存在另一個(gè)問(wèn)題:如何冷卻反應(yīng)堆?這個(gè)問(wèn)題也是我到芝加哥后的頭幾個(gè)月里首先需要解決的問(wèn)題之一。費(fèi)米的低功率堆不存在這個(gè)問(wèn)題。他那個(gè)裝置設(shè)在一所壁球館那么大的房間里,用室內(nèi)空氣循環(huán)進(jìn)行冷卻就足夠了。這個(gè)人類(lèi)歷史上的第一座反應(yīng)堆的用途是驗(yàn)證鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的可行性,而不是用來(lái)輸出功率或制造新的同位素。而我們計(jì)劃中的這座產(chǎn)钚的反應(yīng)堆則需要持續(xù)泵入氣體或液體來(lái)帶走熱量。
我和許多人想的一樣(我想大多數(shù)人也都如此),認(rèn)為氦應(yīng)當(dāng)是最好的冷卻劑。氦不會(huì)吸收中子,因此不會(huì)對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)形成干擾。我進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)(那是我這個(gè)搞理論的這一生中曾做過(guò)的少有的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)之一),但泵入的不是氦而是空氣,讓空氣高速流過(guò)石墨管道,觀察這種流動(dòng)會(huì)不會(huì)對(duì)管道的石墨壁造成侵蝕。結(jié)果表明,侵蝕可以忽略不計(jì),這種冷卻方式可以用氦氣來(lái)進(jìn)行。
但氦氣有一個(gè)明顯的缺陷——導(dǎo)熱性能較差。水的導(dǎo)熱性質(zhì)要好得多(而且也便宜得多)。威格納傾向于用水冷卻。他辯稱(chēng),水所吸收的中子數(shù)應(yīng)當(dāng)不會(huì)大到終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng),尤其是如果我們能獲得足夠數(shù)量的純鈾作為燃料時(shí)就更是如此。事實(shí)上,我們用來(lái)進(jìn)行研究的鈾的品質(zhì)在不斷提升,這也支持了威格納的看法。大約在1942年夏末,我們決定設(shè)計(jì)一座水冷式反應(yīng)堆。
但在我們這個(gè)決定之前,產(chǎn)钚反應(yīng)堆的預(yù)研工作已經(jīng)展開(kāi),康普頓已選定斯通與韋伯斯特公司(一家大型工程建設(shè)公司)開(kāi)始了設(shè)計(jì)工作。而斯通與韋伯斯特公司的總工程師與科學(xué)家之間相處得不是很融洽,在選用冷卻劑的問(wèn)題上也存在一些摩擦。他接到的設(shè)計(jì)指令是用氦進(jìn)行冷卻,而且他對(duì)討論采用其他替代方案沒(méi)有興趣。但他和我的關(guān)系不錯(cuò),因此我被認(rèn)為是與工程師打交道的合適人選。斯通與韋伯斯特公司參與計(jì)劃的時(shí)間并不長(zhǎng)。11月份,在格羅夫斯將軍(他于9月17日接任曼哈頓計(jì)劃負(fù)責(zé)人)的要求下,杜邦公司同意接手進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造并運(yùn)營(yíng)產(chǎn)钚工廠。大概是因?yàn)槲液退雇ㄅc韋伯斯特公司的工程師溝通良好的緣故,康普頓要我擔(dān)任與杜邦公司的協(xié)調(diào)人。這項(xiàng)任務(wù)成為我在戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束之前的主要職責(zé)。
1942年感恩節(jié)那天,費(fèi)米及其小組正準(zhǔn)備在大學(xué)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的西邊看臺(tái)下建設(shè)反應(yīng)堆,而我則在威爾明頓正與杜邦的同行圍桌而坐,討論產(chǎn)钚反應(yīng)堆的可能的著落地點(diǎn)。考慮中的地點(diǎn)有佛羅里達(dá)、南卡羅萊納和華盛頓州等地。這些地方均取水方便且足夠偏遠(yuǎn),能夠在發(fā)生事故時(shí)提供充分的安全保障。另一個(gè)必備條件是必須具有可靠的電力供應(yīng),以使反應(yīng)堆的循環(huán)冷卻水的運(yùn)轉(zhuǎn)得到保證。我還請(qǐng)求一位朋友調(diào)查了這些地區(qū)的雷電的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,因?yàn)槔纂娪锌赡茉斐蓴嚯??;谶@些數(shù)據(jù),我們排除了佛羅里達(dá)。我不記得當(dāng)時(shí)是出于什么考慮選擇了華盛頓州而沒(méi)選擇南卡羅萊納。后來(lái),沒(méi)過(guò)幾年,南卡羅萊納的薩凡納河便被選為另一座主要反應(yīng)堆的建造地點(diǎn),用來(lái)同時(shí)生產(chǎn)钚與氚。(氚是氫的最重的同位素,可用于熱核反應(yīng))。