制造原子弹的铀到底是个什么鬼？

　　最近有一个新闻非常轰动，新闻中说，核工业北京地质研究院院长李子颖带领的研究团队采用光电能谱方法，对产于我国典型热液型铀矿床中沥青铀矿的成分和价态进行了系统的研究，发现沥青铀矿中铀不仅有四价和六价形式，还以金属铀（零价）形式存在。
 

　　为什么这个新闻会引起轰动呢？
 

　　因为大家都知道，铀是可以制造原子弹的。但为什么原子弹那么难造，原因就在于自然界的铀矿中存在的铀一般都是化合物，提炼起来非常困难，而纯净的金属铀的存在简直就是“放在一起就可以直接爆炸成为原子弹”，非常有意思。
 

　　关于铀可以制造原子弹的事情，说起来还真有一段风云往事。
 

　　偶然发现原子核的分裂秘密

　　1938年的圣诞节，比以往时候来得要冷一些。
 

　　德国的哈恩教授与他的助手斯特拉斯曼在柏林的威廉皇家化学研究所里，正在拿一个中子源轰击92号铀元素，在他们的工作计划中，他们希望在轰击的产物中能找到大量的88号元素——也就是居里夫人发现的那个镭元素。
 

　　可是，事情似乎正在变得不可控，他们发现大量的92号铀元素正在分裂为差不多质量的2部分，比如说56号元素钡就产生的特别多一些。但是，这情况是以前从来没有预料到的，所以哈恩觉得很困惑。
 

　　对于原子核的分裂，则有点类似于整数分拆，如果没有强相互作用的束缚，那么整个原子核系统可以任意分裂：
 

　　比如4=1+1+1+1=2+1+1=3+1=2+2，一共是5种可能。
 

　　铀原子核的分裂，也像整数分拆，有很多可能。这背后有一定的规律，但这种规律是隐藏的，而且看上去像是随机的。
 

　　在那个时候，哈恩作为一个化学家，对这个规律有点吃不准。他很希望别的实验组也能够做类似的实验，大家相互验证一下实验结果。
 

　　于是，他就写信给当时已经被迫离开德国的女物理学家迈特纳。哈恩把实验的过程与结果全部和盘托出，告诉了迈特纳，他希望迈特纳也能做一下相同的实验，然后再提供一下相应的看法。
 

　　这种事情，迈特纳也是第一次听说，于是她把自己的外甥弗里兹（Otto Frisch）找来，一起讨论这个事情。两人最后想到，可以用玻尔的液滴模型来解释这个现象。
 

　　液滴模型的大概意思就是说，原子核就好像是一个小水滴，依靠表面张力保持一个近似球形的形状，但是，水滴是会变形的，也是会破碎的。

 

　　在铀原子核的内部存在一对矛盾——那就是正电荷之间的库仑的排斥作用，以及强相互作用的吸引力这一对矛盾。在正常的情况下，这一对矛盾力处于平衡状态，但当外来中子闯入的时候，平衡就有可能被打破。
 

　　这就好像是一个气球，里面已经不能再充多一点空气，如果有新的空气充进来，气球就会爆炸。
 

　　这个液滴模型很好的解释了原子核为什么会在中子的撞击下被破碎。但是，迈特纳与她的外甥毕竟是学物理的，比哈恩这样的化学家走得更远一些，他们计算了一下铀原子核分裂为2个碎片的质量，发现2个碎片的质量之和小于原来的质量，这当然就意味着质量损失，而根据爱因斯坦的E=Mc2这个公式，损失的质量会全部转化为能量，这是相当可观的。