在伦敦帝国学院任教的汤姆逊多次参与英国的国防研究,对新技术的军事应用价值非常敏感。得知核裂变的消息后,他建议政府对铀矿石的生产和买卖进行监视和控制。他成立一个小组,用放射源产生的快中子轰击铀氧化物,但没有观察到铀裂变时产生的次级中子再次触发新裂变的现象。小组又转向慢中子的研究,但仍没有取得预期的结果。汤姆逊由此认为,原子能的研究是不值得进行下去的。他的这种观点,加深了英国政府对核研究的怀疑态度。
弗里希在核裂变的研究中曾做出了重要贡献,他是玻尔物理研究所的实验核物理专家,德国入侵丹麦后来到英国。还有德国的理论物理学家和数学家派尔斯,因对纳粹不满也来到英国。1940年2月初,他们合写了一份报告,在理论和技术上第一次讨论原子弹的问题。报告首先陈述了铀235的链式裂变反应的机制、反应条件、反应时间等问题。报告认为,在任何情况下,包含着中子缓冲剂氢的铀235不可能作为有效的超级炸弹。最后,报告讨论了在工业规模上分离铀235的可能性,认为纯铀235可以用作这种炸弹的材料。结论是,用重量不大的纯铀235确实能做成极有效的爆炸物。由于缺少实验数据,他们估计原子弹的最少临界质量是600克。对于原子弹的威力,报告认为5公斤铀235的威力,相当于几千吨硝化甘油炸药产生的爆炸力。关于原子弹的实际装置,他们认为处于亚临界状态的铀材料是很安全的,发明一种把几块亚临界的铀材料推合在一起的装置,是提高核爆炸效率的关键。
报告还提到了原子弹的放射性污染问题,认为对于生物来说,即使在爆炸发生很长时间后,还会有毁灭性的灾难。
这份报告极大改变了政府和科学界对原子弹的看法,大家都怀着极大的兴趣关注着这件可以被实现的超级武器。1940年4月,英国政府成立了一个负责核研究的专门委员会,该委员会隶属于空军,主席是汤姆逊,成员包括查德威克等一大批英国籍的核物理专家。委员会为自己起了一个“贸德”的代号,这其实是玻尔家中保姆的名字。
9月,又成立了一个技术委员会,把在英国的所有核物理专家都吸收进来。到了年底,他们通过实验和理论计算得出结论,自持式链式反应可以在氧化铀与重水组成的反应堆中进行。他们还估计了反应堆所需的重水数量,这远远超过了当时英国的生产能力。
科学家们在实验中发现,用金属铀要比用氧化铀效果好。当时英国不具备生产高纯度金属铀的技术,查德威克就请美国有关高校为英国提供这方面的技术,同时在伯明翰大学化学系投入力量,开始在实验室小规模生产。他还认为,核研究应该与工业界合作,为此,他设法将氧化铀的研究和生产任务交给了英国帝国化学工业,该公司不久就制订了这方面的商业生产计划。
在铀的同位素分离方面,弗里希在报告中曾提出用热平衡法,但这个方法效率很低,不能实际应用。恰在这时,受纳粹迫害逃到英国的西蒙教授发明了气体扩散法,这种方法费用省、生产量大,具有实际应用价值。
查德威克还邀请军队的武器专家对原子弹的触发和爆炸力等问题进行探索,专家们肯定了原子弹的威力,并认为引爆装置是可以解决的。
1941年7月,汤姆逊和查德威克为贸德委员会起草了两份报告,分别是《铀作为一种爆炸物的用途》和《铀作为一种动力的用途》。在前一份报告中,他们的结论是:有可能制造出一种有效的铀弹,威力相当于1800吨TNT炸药。它还会释放出放射性物质,长时间对人类生命有直接危害。
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