第698章 揭秘曼哈顿计划!铀分离工厂!核反
曼哈顿计划之所以能那么快成功,并不是因为没有遇到什么研发困难。
相反,奥本海默等人遇到了很多技术性方面的难题。
但是这些问题在美国政府疯狂砸钱,从4亿美元追加到20亿美元的情况下,就变得不难了。
“钱能解决的问题都不是问题!”
“有任何想法立刻去试!”
科学家如果拥有无限的资源,确实能爆发出可怕的力量。
从一张图就能看出曼哈顿计划的复杂和庞大。
1942年9月,格罗夫斯上任之后,首先在美国田纳西州橡树岭购买了第一块土地5。
这里建成了曼哈顿计划的核心工厂之一:铀235分离工厂。
对于武器级铀而言,其纯度必须达到90%以上,否则无法进行链式反应。
而天然存在的铀元素,其中铀235的丰度只有0.7%。
从0.7%到90%,这是何等恐怖的提纯倍率!
当时,科学家们一共提出了三种分离提纯方法。
第一种是路易斯的学生尤里提出的“气体扩散法”:
首先将铀单质(包含三种同位素)变成氟化铀气体,然后让这些气体钻过有很多细孔的板子。
根据热力学知识,当氟化铀气体通过细孔时,较轻的铀235分子的扩散速度比较重的铀238要快一点。
因此,气孔板一侧的铀235含量就会提高。
按照这种方法,让这些气体分子连续通过5000道板子,铀235的纯度就能大大提高了。
这种方法效率很高,一次性可以同时分离很多铀。
但缺点也很明显,铀235的纯度很难达到90%,因为气体的扩散是杂乱无章的,总会混杂铀234/238。
第二种是劳伦斯提出的“电磁分离法”:
该方法原理很简单,那就是将铀单质置于回旋加速器之中。
由于铀235的质量和铀234/238有细微的区别,因此,三种同位素的旋转半径不同。
通过控制电磁场就能单独分离出铀235原子,并将其从加速器中引导出来。
这种方法的优点就是铀235的纯度很高很高,甚至能达到95%以上。
但是缺点也很明显,那就是效率实在太低了。
因为回旋加速器一次性不能添加太多材料,否则很容易出问题。
这时,聪明的你肯定想到了:
“那把两种方法结合起来啊。”
没错,当时的科学家发现这点后,首先用气体分离法进行“粗浓缩”,然后把粗浓缩后的铀再利用电磁分离法进行“细浓缩”。
如此一来,不仅铀分离的效率提高了,铀235的纯度也大幅提高,满足原子弹的要求。
第三种是艾贝尔森提出的热扩散法。(原理和气体扩散法类似,只不过改成热驱动)
当时,由于不知道哪一种方法好,美国政府当即拍板:
“三种方法同时进行!”
这三种方法,每一种都需要建造单独的工厂,配备庞大的机器设备,而且耗资巨大。(见图)
美国的财力和决心可见一斑。
于是,橡树岭铀分离工厂就变成了一座超级庞大的工厂群,常规工人数量就超过8万人。
它也是曼哈顿计划投资最多的部分。
很快,随着不断试错,最终热扩散法被淘汰。
铀分离工厂决定采用气体扩散和电磁分离混合法。
而这两种方法,每一个都是超级耗电大户,两者一起占据美国同年总用电量的1/6。
曼哈顿计划的三年时间内,橡树岭铀分离工厂一共消耗了几千吨铀矿石,最终只分离出70多公斤的铀235。
原料问题搞定后,另一个问题迫在眉睫。
“要如何用铀实现可控核裂变呢”
原子弹本身虽然是不可控核裂变,但是研究它却需要进行可控的实验。
而铀235又如此珍贵,一点不能浪费。
这时候,费米临危受命。
他负责在芝加哥大学建造核反应堆3。
顺便提一下,格罗夫斯非常尊敬这些科学家,甚至允许他们在自己的学校工作。
因此你会发现,格罗夫斯领导的行政总部在东海岸的曼哈顿1,奥本海默领导的科学总部却在西海岸的伯克利2。