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第二部分在哥伦比亚大学的演讲

主席先生，佩格拉姆校长，其他工作人员，女士们，先生们：

在哥伦比亚大学200周年校庆之际，我们都会很自然地回忆起这所大学在早期实验和筹备原子能研究中起的关键作用。

我很幸运，至少能在这一研究进展的初期协助普平实验室（Pupin Laboratories）工作。在意大利，我遇到了一些困难，我将永远感谢哥伦比亚大学在最适宜的时期为我在物理系提供一个职位。此外，正如我所说的，这使我得到了一个非常珍贵的机会，使我亲自经历将要提到的一系列事件。

事实上，在初来的第一个月，即1939年1月所发生的事我仍然记得很清楚。一开始我就在普平实验室工作，因为事情进展得很快。那一时期，玻尔在普林斯顿大学作了一个报告。我记得有一天下午，威里斯·兰姆（Willis Lamb）从他那里回来，非常兴奋地说起玻尔泄露出一条爆炸性的新闻，这就是核裂变的发现。大家都知道，这是哈恩与斯特拉斯曼（Fritz Strassmann）的研究成果，而其初期的解释则来自迈特纳与弗里什（Otto Frisch），那时他们两人在瑞典。

接着，就在这个月的后期，在华盛顿的卡内基研究所（Carnegie Institute）召开了一次会，我与哥伦比亚大学的几个人都参加了。在会上第一次非正式地讨论了新发现的裂变现象及它可能具有的重要性，还不大认真地猜测它有可能成为发电的能源，这只是一种猜测。如果裂变可以将核的结构彻底搞乱，有一些中子蒸发就不见得不可能。如果有些中子被蒸发了，那它们就有可能不止一个。比如说，为了便于讨论，蒸发了两个。果真如此，那每一个可能会引起裂变，那人们当然会想到链式反应机器的制造。

这就是那次所讨论的内容之一。此外，会议还对释放核能可能性掀起了—股小小的兴奋浪潮。这时，包括普平实验室在内的许多实验室，都像患了热症那样，竞相开始这一课题的实验研究。我记得就在我离开华盛顿的时候，接到了邓宁的电报，说他已经完成了—项实验，在实验中发现了核裂变的碎片。同时在美国大约有6个地方实现了同一个实验，在欧洲也有三四个实验室获得了同样的成果。事实上以前我几乎没有想到会这样。

就这样，在哥伦比亚开始了漫长而又艰巨的工作，目的是要进一步证实过去提出过的有关发射中子的模糊设想，并试图确定在裂变发生时，是否真有中子放射出来；如果有，到底有多少。事情很明显，在这种反应中，中子的数目极为重要，因为多一点点或少一点点，就有可能使情况完全不同，也就是链式反应是否可能实现。

在哥伦比亚，这一研究分成两组进行，一组是津恩和西拉德（Leo Szilard），另一组是安德森和我，我们用不同的方法独立进行研究，当然也没有中止过联系，不断地向对方报告自己的成果。与此同时，在法国以约里奥和哈尔班（Hans von Halban）为首的一个研究小组也做着相同的工作。这3个小组得到了同一个结论——我认为约里奥可能比我们哥伦比亚早几周——这就是，尽管定量的测量还非常不确定和不十分可靠，但是可以完全肯定有中子辐射，而且相当丰富。

与这一研究相关的是，保密习惯像瘟疫一样首先在我们当中传播开了。也许与人们的一般信念相反，保密习惯没有在大众之间蔓延，也没有在保安部门的工作人员之间蔓延，却在我们物理学工作者之间蔓延开了。对物理学工作者来说，这是一个相当怪诞的观念，对这种观念负主要责任的应是西拉德。

我不知道在座的当中有多少人认识西拉德，但一定有很多人认识他，他是一个特别的人、特别聪明和才华横溢的人（笑声），我认为这是一个毫不过分的说法（笑声）。看起来，至少给我这样的印象是他很喜欢做出令人惊异的事。

令许多物理学家吃惊的是，西拉德提议，鉴于当时（1939年初）战争已经迫近的形势，指出原子能的危险性，原子武器有可能成为纳粹征服世界的主要武器，因而物理学工作者有责任改变那种把有意义的成果尽快刊登在《物理评论》或者其他杂志的传统。西拉德认为，应该先把结果保留下来，弄清楚这些结果有潜在的危险呢，还是有潜在的好处，然后再考虑发表的事情。

西拉德向许多人谈了这些想法，说服他们去参加一个什么组织——我不知道是否应该称它为保密协会。无论如何，应该联合在一起，在一个相当有限的范围内，私下里传播出这些信息，而不去公开发表。他把这种想法也电告给约里奥，但是他没有从约里奥那里得到满意的反应，而且约里奥还发表了自己的研究结果，这些结果与当时已经发表的结果多少有一些相近。因此，在裂变中，中子以一定的丰度被发射出来，其数量级可能是1个、2个或3个，这已经是众所周知的事了。到那时，对大多数物理学家来说完成链式反应的可能性已经不成问题了。

在哥伦比亚，由玻尔与惠勒提议进行了一项更重要的研究，这就是核裂变的理论依据问题。铀有两个同位素，即大丰度的铀238与小丰度的铀235。在自然条件下，铀是两种同位素的混合。铀235占有0.7%。大部分热中子裂变由它来完成。应当讨论清楚的是，在铀238中有偶数个中子，在铀235中有奇数个中子，按玻尔与惠勒对结合能的说法，似乎铀235更容易裂变。

很显然，最重要的是实验事实。这项课题由在哥伦比亚大学的邓宁和布思（Eugene T. Booth）以及尼尔（Alfred O. Nier）联合研究。尼尔负责质谱分析仪，以期得到微量的但尽可能多的铀235，而邓宁及布思则利用这些微量的铀235，研究是否它在裂变中具有比普通铀还大的截面。

现在已经是众所周知的事，即这个实验证实了玻尔和惠勒的理论预言，这说明任何试图建造一个发展核能的机器，其关键是要有铀235，因为那时的认识没有现在这样明确。

制造一座链式反应堆的最基本条件是，每一次裂变中是否都能产生一定数量的中子，而这些中子之中又有哪些能再次引起裂变。如果一个普通的裂变反应都能产生一个以上的后续裂变，反应就能持续进行，否则将会终止。

如果选取纯同位素铀235，中子的损失必然很小，只要裂变中每次都能产生一个多余的中子，堆起足够的铀就足以使铀235发生持续的裂变反应。但是，如果每克铀235掺杂140克铀238时，竞争将会激烈起来，因为这种燃料的惰性（ballast）会随时准备抢走裂变中产生的并不富裕的中子。因此，必须从更加丰富的铀238中离析出同位素铀235。

现在，我们的实验室中，都或多或少地有一些同位素，如铁56、铀235或铀238，虽然它们不像—般化学元素那样普遍，但只要对橡树岭实验室施加一点压力，也并不难找到（笑声）。然而在那时，离析出同位素几乎是—件不敢想象的事。氘是一个例外，在那时就已经可以得到氘了。在两种同位素中，氢1和氢2的质量比为1与2之比，这个比值较大，但是铀的两个同位素质量比为235比238，其差异刚刚超过百分之一。由于差异如此之小，所以离析出大量的铀235不是一件轻而易举的事。

在早期，即1939年年底，原子能工程面临两个问题急待解决。首先是需要离析大量的（比如几千克或几十千克甚至上百千克）铀235。谁也不确切知道到底该有多少，只知道一个大概的数量级。在那时要分离出这么多的铀235，简直是不可思议，而且还要用这种同位素来实现链式反应，完全排除数量更大的铀238！另一个学术观点认为，也许应该把希望寄托在还需要更多的中子上。必须构思出更为精巧的设计方案，不分离同位素而使链式反应更有效地发生。解决这些问题恐怕超出了当时人们的能力。

我个人已经与中子打了多年的交道，特别是慢中子，所以我与第二小组利用没有经过分离的铀，尽全力进行研究。在早期，开始研究如何分裂铀同位素的有邓宁、布思，他们与尤利教授有密切的联系；与此同时，西拉德、津恩、安德森和我进行了另一个方向的工作，做了大量的测试。

直到现在我也没能充分意识到，当时的测试条件为什么那么差。现在我却注意到，我目前做的π介子物理测量条件也非常差劲，可能是我们不会玩弄诡计。当然，我们那时拥有的设备的功能比现在差多了。现在的实验中的中子源是核反应堆，比当时应用的镭铍源或回旋加速器简便得多。

我们很快就得出结论，为了充分利用天然铀，我们必须应用慢中子，所以必须有减速剂。开始使用水，后来很快就废弃不用了，因为它把中子减速得太快，吸收中子也很厉害。后来想到了石墨，它的减速作用比水差，吸收中子的性能小一些，因此更加合适。

到了1939年的秋天，当时爱因斯坦给罗斯福总统写了一封著名的信，谈到了当时物理学的状况，他向总统说明了这种情况意味着什么、酝酿着什么问题，他认为政府有义务关心和帮助物理学的发展。事实上，几个月之后，这种帮助的资金达到了6000美元，用这笔钱我们购买了以当时胃口还不甚大的物理学家看来相当多的一大批石墨（笑声）。

就这样，在普平实验大楼的物理学家们，像煤矿工人那样干了起来（笑声）。在晚上，当这些物理学家拖着疲惫的身体回家时，他们的妻子简直不知道发生了什么事。只有我们知道，那只不过是因为空气充满了烟尘罢了（笑声）。

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