史上最大核弹已成历史,核武器如何影响了人类的“科技树”?

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核武器的研制,或许是人类前史上离“作死”最近的一次。

日前,俄罗斯国家原子能公司发布了一部长达30分钟的纪录片,初次揭秘人类史上威力最大的核弹“沙皇炸弹”试爆的细节。这是人类前史上所制作的一切类型的炸弹中,体积、分量、威力都最为强壮的一枚炸弹。

“沙皇炸弹”当量约为5000万吨TNT炸药,威力约等于3800枚广岛原子弹。其爆破时发生的蘑菇云宽度超40千米,高度约64千米,火球在1000公里外都能够看到,而爆破后听说连亚欧大陆板块都向南边推进了9毫米。

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(视频截图)

走运的是,威力如此巨大的核武器已经在前史中尘封。愈加走运的是,为了研制核武器而进行的许多核能相关凯发游戏研讨,不只带来了核电这种清洁动力,还深远地影响了人类的“科技树”。

核电与核裂变

核电的创造对人类动力开展史的奉献毋庸置疑。

1938年,3名科学家在柏林威廉二世化学研讨所里初次发现了核裂变现象。他们用镭和铍的混合物当作中子源,用白腊减缓了宣布的中子的速度,并让其照耀铀样本。

当中子炮击铀样本时,核裂变发生了。一个铀核吸收了一个中子,随后割裂成两个较轻的原子核,在这个过程中质量发生亏本,放出很多能量,并发生两个或三个新的中子。而在必定的条件下,新发生的中子会继续引起更多的铀原子核裂变,这便是链式裂变反响。

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这改动了当时人们对原子的认知:闻名物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)的理论假定,原子割裂的方法与水滴相同,更多人则遍及以为,用中子炮击铀原子会像削苹果相同,敲下铀原子的碎片,而铀原子根本坚持完好。

运用核裂变反响进行发电,不会像传统化石燃料相同发生有害和温室气体,动力功率也到达了新的高度:木材加热的功率一般为60%或更低,煤炭加热的功率在恰当操控下能够到达70-90%,而核能的功率是这些资源的8000倍。

核电的可继续性也满足优异:一个遭到杰出操控的核裂变反响能够继续发生24-36个月的能量,一个用于发电的核裂变工厂的规划寿命为30-50年,而地球的铀储藏最少够一切反响堆运用一个世纪。

依据世界核能协会的数据,到2018年1月,全球30个国家和地区共有440个核电机组,总装机容量为390吉瓦,发电量约占全球发电量的11%。

无处不在的放射性同位素

放射性同位素则是核武研讨的另一种技能“遗产”。虽然早在1935年,居里配偶就因发现了放射性同位素而取得诺贝尔奖,但由于核武器的研制活动,这种特别的原子才得以在人类的科技开展史上留下重要位置。

曼哈顿方案(Manhattan Project)是二战期间研制与制作原子弹的一项大型军事工程。扫除其军事意图,这项工程是科学史上的一大盛况——雇佣了超越13万人员,花费了将近20亿美金,超越90%的费用用于制作工厂和制作核裂变的原资料。

有赖于曼哈顿方案的巨大出资,核反响堆呈现了,放射性同位素被很多出产,而且广泛用于科研作业。

在二战之前,同位素能够从天然物质中别离,也可运用回旋加速器发生。但由于其十分稀缺,只要少数人才干将其用于研讨。

而据原子能委员会估量,橡树岭反响堆出产的碳-14的量,等于一千个回旋加速器的产值,而成本价格仅是回旋加速器的一万分之一。

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曼哈顿方案的民间继承者——原子能委员会(Atomic Energy Commission)降低了一些最广泛运用的同位素的价格,并向科学家进行正确处理放射性物质的训练。

他们在1948年发动了一个项目,为癌症的确诊、医治和研讨免费供给同位素,收件人只需付出运费即可。

普林斯顿大学的科学前史学家Angela Creager表明:“我以为,假如没有开展晋级,同位素永久不会有如此广泛的使用。(橡树岭)反响堆是政府制作的,也是曼哈顿项意图一部分。没有一个人会为了得到放射性同位素,而出资制作这种基础设备。乃至出产和运输成本也得到了政府的高度补助。”

时至今日,放射性同位素的使用广泛各个范畴:从绿色植物的光合效果,到仅需几百元的消费级基因检测,再到生态循环体系。

在医学范畴,放射性同位素能够用于确诊、医治:运用放射性同位素在不同安排器官的散布特色,选用核素造影的方法,能够显现反常病变部位;用钴60照耀能够医治肿瘤,用磷32能够医治皮肤病,用碘131则能够医治甲状腺疾病。

放射性同位素还能够作为示踪剂,在各个范畴许多科学研讨中发挥严重效果。这其间包含闻名的光合效果研讨:

1945年,加州大学伯克利分校的化学家Melvin Calvin将光合效果的绿藻暴露在符号有C-14的二氧化碳中,阐明晰光合效果将二氧化碳转化为碳水化合物的途径。

放射性磷-32让研讨人员能够勘探DNA的特性:

1952年,Alfred Hershey和Martha Chase在他们的部分作业中运用了来自橡树岭的磷酸化-32,以证明构成基因的是DNA,而不是蛋白质。

研讨人员还能运用它来研讨生态体系循环和气候科学:

20世纪40年代中期,生态学家G. Evelyn Hutchinson向康涅狄格州林斯利塘的地表水中释放了微量的放射性磷-32,以研讨在几周的时间内,养分物是怎么在水、泥、藻类和植物中循环的。

首要根据华盛顿州汉福德反响堆邻近的另一项研讨运用放射性同位素提醒了放射性污染物是怎么在动物和植物中集合的。

密歇根大学的前史学家Paul Edwards也指出,气候科学和核武器实验有着长时间而令人惊奇的密切关系。追寻放射性碳在大气、海洋和生物圈中的循环,关于了解人为气候变化至关重要。

世界顶尖的科研设备

核武器研讨所遗留下来的最闻名的科研设备无疑是美国的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)。

橡树岭实验室开始是作为美国曼哈顿方案的一部分,以出产和别离铀和钚为首要意图制作的,现在已经成为全球顶尖的科研院所,在中子科学、杂乱生物体系、动力、先进资料、国家安全和高性能核算等范畴都久负盛名。

美国的超级核算机Titan、Summit诞生于这儿,它们能够被用于核算杂乱的气候变化,猜测新药物的规划,勘探地下油田,还能协助自动驾驶技能的开发。

曼哈顿方案的另一些要害地址包含新墨西哥州洛斯阿拉莫斯实验室(Los Alamos laboratory)和汉福德(Hanford)的国家实验室,前者从前制作了世界首颗原子弹和氢弹,后者则树立了世界上第一个以钚运作(出产钚)的核反响堆。

现在,洛斯阿拉莫斯实验室从事包含黑洞、云核算和气候变化等各种课题的基础研讨,还运用基因组学来确诊新冠病毒病例。它由动力部与加利福尼亚大学联合办理,共有1.2万名雇员,每年经费预算高达21亿美元。

在汉福德基地的基础上则树立了西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory),现在具有4000多名科学家,是美国动力部最重要的化学、环境科学和数据分析实验室。PNNL最大的单个用户设备是环境分子科学实验室,其每年具有约4000万美元的预算。2015年,该实验室参加了重力波的勘探。

阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory,简称 ANL)也是从曼哈顿方案的一部分、芝加哥大学的冶金实验室的基础上开展而来,后来成为了民用核能项意图所在地。它在Argonne West(现在的爱达荷国家实验室)制作了世界上第一个动力反响堆——实验性增殖反响堆。

数年来,阿贡的研讨不断扩大,包含了基础科学、科学设备、动力资源方案、环境办理、国家安全、工业技能开发等许多范畴。1990年以来,阿贡曾与600多家公司、很多的联邦政府部门以及其他安排一道作业。

前阿贡实验室主任 Robert Rosner表明,这些实验室除了研讨基础科学和使用科学之外,还保留了一种商业上并不遍及的研讨形式:将不同范畴的科学家、工程师和其他专家整合在一起的。

“整合团队是国家实验室背面的隐秘,”他说,“大学传统上做不到这一点。咱们有物理系,化学系,还有数学系。”

他说,很少有商业企业能够负担得起这些实验室那样的研制费用,“问问你自己,AT&T或Verizon这类的公司,他们有大型的基础研讨实验室吗?”

除了实验室等研讨机构之外,《全面禁止核实验公约》安排在全球树立的一个由数百个监测站组成的世界监测体系(InternationalMonitoringSystem,IMS)也算得上是核武器研讨的“遗产”之一。

该网络原先被用于追寻核武器实验放射性尘土,现在也能够被用于追寻日本福岛核电站事端后空气中的放射性走漏,监测地震、海洋中由天然和人为事情所引起的声波、大气中的低频声波等。

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(图:IMS的地震与放射性核素监测站散布)

许多人称核武器为人类史上最糟糕的创造,连闻名科学家爱因斯坦都曾在他1950年出书的作品《Out of My Later Years》中表达懊悔:“假如我早知道德国人工不出原子弹,我连一根手指都不会动。”

(1939年,当听闻纳粹德国正在研讨原子弹时,爱因斯坦写信给美国总统罗斯福,要求他发动一项研讨原子弹的政府方案,这便是“曼哈顿方案”的来源。)

但科学本无罪,消灭地球仍是谋福全人类,都取决于运用它的人。即使是从前用于开发风险核武器的科技,现在也已经在现代科学中“遍地开花”,从太空探究到医疗健康、环境保护,处处可见它们的身影。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://www.sciencedaily.com/releases/2012/07/120713091631.htm

https://www.insidescience.org/manhattan-project-legacy/radioisotopes

https://vittana.org/14-advantages-and-disadvantages-of-nuclear-fission

https://wonderfulengineering.com/north-koreas-nuclear-tests/

https://www.iaea.org/newscenter/news/pioneering-nuclear-science-discovery-nuclear-fission

https://www.stripes.com/news/from-the-manhattan-project-a-legacy-of-discovery-and-a-national-burden-1.640214

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