核武器研究　铀俱乐部

1938年柏林的哈恩（Hahn）和他的助手斯特拉斯曼（Strassmann）发现在核反应中，有大量能量释放出来，紧接着，与哈恩合作多年，从德国逃出来的奥地利女物理学家梅特纳和她的外甥弗里施（Frisch）根据玻尔的“原子液滴模型”，提出了“核裂变”的思想。他们认为，重原子核经过裂变，可以变成两个较轻的核，同时伴随巨大能量的释放。弗里施把这一发现告诉了玻尔。1939年1月，玻尔前往美国，就在他与惠勒在普林斯顿研究核裂变理论时，在巴黎的约里奥·居里研究小组也证实了核裂变可以释放大量能量。这年4月份，他们还有一个更重要的发现，每次裂变所释放的能量有可能比所吸收的能量还多，这意味着核裂变有可能持续发生，核的链式反应在极短时间内将爆发出巨大的能量。

此时，无论是盟军方面，还是德国方面，物理研究者们都在向政府发出警告，核裂变，尤其是核的链式裂变意味着出现新武器的可能性。1939年，哥伦比亚大学物理系主任佩格拉姆（Pegram）与被他从意大利法西斯政权下解救来美的费米一起与美国海军接触，谈到了核裂变意味着核武器的前景，但他们当时对是否能实现核的链式裂变并没有把握。在8月份爱因斯坦写给罗斯福总统那封著名的信以后，罗斯福立即将西拉德（Szilard）、费米和佩格拉姆召集起来，商量应对核武器的对策。9月份，“二战”正式爆发，美国参战。几个月以后，从德国逃亡英国的弗里施和佩尔也提醒英国政府注意核裂变军事用途的危险。

1940年，德国军队以闪电方式占领了欧洲大部，英美联手建立了以曼哈顿工程为核心的核武器研制工程计划。

几乎与盟军方面同步，德国也加紧了核武器研究的步伐。在德国核工程中，具有影响力的是如下几个人，他们是迪布纳（Diebner）、埃索（Esau）、格拉赫（Gerlach）和舒曼（Schumann）。这几个人都是实验技术物理专业出身，都具有博士学位和物理教授头衔。迪布纳作为实验物理学家，在德国陆军武器部（Army Weapons Office）供职，“二战”期间由他操纵核武器研究。他曾企图把柏林达尔姆（Dahlem）的凯撒·威廉物理研究所收归到武器部统辖，虽然遭到研究所主任德拜的拒绝，但最终德拜调走，这个研究所还是控制在了迪布纳的手中。埃索也是实验物理学家，1937年担任帝国研究委员会（Reich Research Coucil）主任，同年又当上了帝国物理和技术研究所的主任，1942年，成为陆军军械部（Army Ordnance Office）核武器研究的全权代表。格拉赫曾接替帕邢担任都柏林大学物理教授，后来又成为慕尼黑大学维恩的继位者，1939年，成为索末菲物理研究所主任和索末菲教授的继承人。在德国核武器工程的研究中，他作为凯撒·威廉监理会的成员，参与核武器工程的监管。舒曼是经典作曲家罗伯特·舒曼（Robert Schumann）的孙子，1933—1945年期间，他在新成立的柏林大学物理系二部担任系主任，这个部门直属德国陆军军械部，所以他既是柏林大学物理学教授，同时又是德国纳粹军官和纳粹党党员。在1939至1942年期间，由他直接指挥核武器的技术研究。

1939年9月1日“二战”正式爆发，9月16日，柏林陆军武器部紧急召集了7个实验物理学家，召集人是陆军爆炸专家、核物理学家迪布纳和他的助手、物理学家巴奇（Bagge）。巴奇告诉在场的人，之所以把莱比锡的理论物理教授海森堡也叫来，是为了给他们的工作提供理论基础。9月26日，海森堡、哈恩、魏茨泽克和其他几个核物理学家共同来到陆军军械部，研究核裂变用于武器的前景。从此开始了德国的核武器工程，核俱乐部诞生，核俱乐部的工作完全在陆军武器部迪布纳的直接统辖之下。

战后，海森堡回忆说：“我像其他几个同事一样，被告知要将原子能用于爆炸研究。”但在另一次他又说道：“官方提出的口号是：我们必须把物理用于战争，而我们却把这个口号反过来，必须把军事用于物理。”［142］然而，实际情况却是将海森堡推向了反面。(https://www.daowen.com)

这次会议之后，海森堡奉命为核裂变工程提供方案。他埋头工作了3个多月，写出了两份秘密报告中的第一份，即有关理论部分。报告的题目是“铀裂变获得能量技术的可能性”（The Possibility of the Technical Acquisition of Energy from Uranium Fission）［143］。核链式裂变的发生是核武器制造的关键，但由于缺乏可靠的参考数据及实验资料，海森堡只能借助玻尔和惠勒最近在《物理评论》上发表的核裂变理论作为基础，设想核裂变在各种条件下，爆炸发生的可能性，以及可控核反应器技术上的可行性。在这份详细报告的结尾他得出结论：如果有足够多的铀同位素，持续性爆炸是可能的，其爆炸释放的能量将比TNT炸药猛烈得多。这篇报告使海森堡成为德国核裂变专家中的第一把手，并成为德国核武器工程的领导。

海森堡秘密报告的第二部分在1940年2月底完稿。这篇报告显示，他对德国核工程的前景并不乐观。他认为，在当时的德国浓缩和分离铀235同位素具有很大的困难，远远超出当时的技术水平。尽管化学元素的同位素彼此性质各异，但其质量却相差极小，致使其分离具有相当高的难度。德国著名同位素分离专家，诺贝尔奖得主古斯塔夫·赫兹（Gustav Hertz）曾通过改善的气体扩散法，实现了同位素的分离，但是在1935年，由于他的叔叔，著名的电磁波发现者赫兹（Hertz）具有犹太血统，被强迫解除柏林技术学院的物理系主任职位，而古斯塔夫·赫兹为了留在柏林，不得不潜藏在一个私人企业中，他的同位素浓缩与分离研究被迫中止，直到战争结束。

战后，在不少战争档案被解密后证实，铀俱乐部的大部分工作都是在海森堡的报告指导下进行的。如对铀材料的精确测量与数据研究，以改善理论的评估；研究核反应器的设计和相关的技术；临界反应堆的大小和形状设计等。除此之外，还有几项关键技术，如铀同位素的浓缩和分离技术，获得大量减速剂重水的技术，获得氧化铀的技术等［144］。核俱乐部的工作分成两部分，一部分由海森堡的莱比锡物理研究所承担，另一部分由德拜的凯撒·威廉物理研究所承担。德拜不久离开，由核俱乐部的迪布纳接替他的主任职务，此时这个研究所转移到了柏林郊区的一处秘密森林里。海森堡来往于柏林郊区和莱比锡之间，同时领导两处的工作。原来德拜手下的旧人与海森堡交往很密，包括魏茨泽克和他的助手，实验物理学家威尔茨（Wirtz）、菲斯科尔（Fischer）、鲍普（Bopp）和德拜的忠实技师格莱茨（Grets）等人，这些人成为德国当时核理论研究及核反应堆实验研究的主力军。在海森堡的领导下，莱比锡研究所由放射物理学家都佩尔（Döpel）和帕邢负责，帕邢为解决反应堆的控制及重水缓释技术提出了不少解决方案。

1940年，随着战争的扩大，铀俱乐部很快陷入资金困难。海森堡要求迪布纳制备出1000千克纯氧化铀，而实验物理学家哈泰克（Harteck）又需要300千克用于汉堡反应堆，可全德却只有150千克的纯氧化铀。重水也成了问题，这年1月，哈泰克实验室告急，他要求无论如何要解决他们的重水需求。直到这年5月，重水问题才得到缓解。5月3日，德军在进军丹麦和挪威时，占领了外默克（Vemork），这里有一座当时世界唯一的重水工厂，每月大约可以生产300升重水，足够德国反应堆的缓冲剂使用。但是直到1942年，无论是莱比锡还是柏林，都没有试验出成功的核裂变反应，中子源所放射出的中子大部分被缓冲剂所吸收，虽然偶尔有多重核反应发生，但链式反应从来没有出现过。此时，费米在芝加哥的研究组远远超过了德国，他们只用了几个月的时间，就建成了世界上第一个自持的链式反应堆。