鈽:世界最危險元素的歷史

書評書訊 06/01/2007

鈽(Plutonium)的歷史既輝煌又悲哀,端看你從什麼角度解讀。一九四五年八月九日摧毀大半長崎市區的武器,就是以鈽為核心。鈽只有軍事用途。

對於因為儲備了大批含鈽炸彈而感到安全無虞的人來說,取得這種元素實在值得慶賀。相反的,對於那些認為廣島原爆巨災根本不必在長崎重演的人來說,鈽這種元素,象徵了二十世紀下半美、蘇的軍備競賽。如今它更代表了一個國家的軍力等級。

伯恩斯坦在《鈽》這本書中表示,所有與這個元素有關的事物都極其複雜,這包括鈽本身以及它的歷史。

一九四一年,席柏格(Glenn Seaborg)與歐亞哲(Arthur Wahl)發現鈽的經過,只是這個長篇故事中的一個片段。在這個長篇故事中,又有許多可以各自獨立的故事。

舉例來說,地層並沒有鈽,鈽是經過鈾的放射性衰變,再從錼演變而成。因此,這本書得從鈾開始講起。

接下來,是元素週期表還有要如何將這些元素擺在適當位置的故事,特別是鑭系元素(週期表上,在鑭之後,原子序從五十八到七十一的元素)與錒系元素(在錒之後,原子序從九十到一○三的元素)。

此外,作者也談到放射現象的故事(少不了發現X光的故事)以及費米(Enrico Fermi)以慢中子撞擊鈾核的始末。

當然,還有核分裂的故事,多種不同的元素與同位素,使故事更加曲折。洛斯阿拉莫斯實驗室(Los Alamos )與原子彈的研發,則是介紹鈽元素來歷的時候,不可遺漏的部分。

最後,鈽元素本身所引發的種種複雜問題,以及這些問題該如何解決,說故事的人都得著墨。要把細節全都放進一本小書裡面,挑戰極高,但伯恩斯坦不畏艱鉅。
這種多面向的敘述方式,讓作者有機會透過歷史資料與有趣人物的簡要介紹,教育讀者。

一九○三年,發現放射現象的貝克勒爾(Henri Becquerel)在他獲頒諾貝爾獎的演說中提到,放射現象所產生的能量,可能牽涉了放射物質裡面原子的變化。
兩年之後,愛因斯坦發現減少的質量會變成能量,這也是他著名的「能量等於質量乘以光速的平方」這個方程式。

一九三四年,諾達克(Ida Noddack)批評了費米,諾達克表示,在他的中子撞擊實驗中,他發現了核分裂現象。

費米一九三八年的諾貝爾獎演說內容有誤,他以為自己發現了超鈾元素。諾貝爾獎遴選委員會在判定誰是核分裂發現者以決定誰該獲獎時,對於誰幹了什麼以及他是何時完成的,都做了不少錯誤假設,麥特納( Lise Meitner)也因此無緣分享這個榮耀。

豪特曼(Fritz Houtermans)的故事非常有趣,但是鮮為人知。一九四一年,豪特曼寫了一篇論文,他在文中提到鈾二三八吸收一個中子的情況,他的結論是,這個過程可能會在產生錼之後,接著產生鈽。

他又表示,鈽應該是可分裂的。也許他從自己的直覺得出了結論,他竟然兩度(從祖國德國)去函同盟國陣營,表示德國「即將」生產鈽元素。他這麼做的動機值得詳加探討,但是伯恩斯坦只說,豪特曼想要「警告同盟國」。無論如何,豪特曼都錯了,德國人並沒有製成鈽。

一九四三年初, 洛斯阿拉莫斯實驗室 (曼哈頓計畫的基地)漸漸成形。

一九四四年,這裡開始有鈽元素。大家很快發現,原來這個元素牽扯的問題相當複雜。查克里森(William Zachariasen)發現鈽有六種不同的結晶結構(同素異形體)。這些同素異形體當中的一種必須變成適合炸彈使用的金屬,換言之,這種金屬必須相當穩定,沒有可能影響連鎖反應順利完成的同位素。

冶金學家史密斯( Cyril Stanley Smith)運氣很好,即便沒有實際數據,他也有敏銳的直覺,懂得選用鎵去形成一種含有鈽元素同素異形體的合金,以確保其穩定性。

當時,學者還不清楚同素異形體能否回復到爆炸之前的狀況。研究人員必須從無到有研發出一種能把兩種次臨界狀態的鈽合在一起的技術,這樣才能產生臨界質量,引發足以導致核爆炸的連鎖反應,因為投在廣島市的鈾炸彈所用的引爆裝置並不適用。

處理鈽對於研究人員來說,相當棘手。伯恩斯坦提到,也許是這些物理學家擔心德國人的研究進度超前,才願意熬夜工作。

這本書並不容易讀。伯恩斯坦常會跳脫全書主軸,附帶補充一些插曲,讀者不得不同時消化許多資料。這些插曲讓鈽元素的故事更多采多姿,卻會讓讀者分心。所幸伯恩斯坦筆鋒爽利,這本書可謂成績斐然。

鈽:世界最危險元素的歷史
Plutonium: A History of the World’s Most Dangerous Element
作者:伯恩斯坦( Jeremy Bernstein)
出版社:Joseph Henry Press,2007年258頁
定價:16.99英鎊/27.95美元

【知識通訊評論月刊五十六期】2007.06.01

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