智慧的闪电--世界发明史话_2-第27部分
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命中的机会也非常之少。
1938年，德国人奥托·哈恩和休特洛斯二人成功地使中子和铀原子发生
了碰撞。这项实验有着非常重大的意义，它不仅使铀原子简单地发生了分裂，
而且裂变后总的质量减少，同时放出能量。尤其重要的是铀原子裂变时，除
裂变碎片之外还射出2至3个中子，这个中子又可以引起下一个铀原子的裂
变，从而发生连锁反应。
1939年1月，用中子引起铀原子核裂变的消息传到费米的耳朵里，当时
他已逃亡到美国哥伦比亚大学，费米不愧是个天才科学家，他一听到这个消
息，马上就直观地设想了原子反应堆的可能性，开始为它的实现而努力。
费米组织了一支研究队伍，对建立原子反应堆问题进行彻底的研究。费
米与助手们一起，经常通宵不眠地进行理论计算，思考反应堆的形状设计，
有时还要亲自去解决石墨材料的采购问题。
1942年12月2日，费米的研究组人员全体集合在美国芝加哥大学足球
场的一个巨大石墨型反应堆前面。这时由费米发出信号，紧接着从那座埋没
在石墨之间的7吨铀燃料构成的巨大反应堆里，控制棒缓慢地被拔了出来，
随着计数器发出了咔嚓咔嚓的响声，到控制棒上升到一定程度，计数器的声
音响成了一片，这说明连锁反应开始了。这是人类第一次释放并控制了原子
能的时刻。
1954年苏联建成世界上第一座原子能发电站，利用浓缩铀作燃料，采用
石墨水冷堆，电输出功率为5000千瓦。1956年，英国也建成了原子能电站。
原子能电站的发展并非一帆风顺，不少人对核电站的放射性污染问题感
到忧虑和恐惧，因此出现了反核电运动。其实，在严格的科学管理之下，原
子能是安全的能源。原子能发电站周围的放射性水平，同天然本底的放射性
水平实际并没有多大差别。
1979年3月，美国三里岛原子能发电站，由于操作错误和设备失灵，造
成了原子能开发史上空前未有的严重事故。然而，由于反应堆的停堆系统、
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应急冷却系统和安全壳等安全措施发挥了作用，结果放射性外逸量微乎其
微，人和环境没有受到什么影响，充分说明现代科技的发展已能保证原子能
的安全利用。
威力巨大的武器——原子弹
（1945年）
原子弹的出现，与其他科学技术上的发明一样，有着自己的发生和发展
过程。
早在 19世纪初，人们就已经知道自然界的物质成千上万，性质千差万
别，它们都是由一些有限的基本元素组成的，而每种元素又是由许多化学性
质相同的微粒——原子组成的。
1896年，法国物理学家贝克勒尔和波兰出生的年轻科学家居里夫人，发
现自然界有一些元素的原子核能自发地放出一些肉眼看不见的射线，这些射
线可以使照相底片感光；元素在发出射线时，会释放出部分能量，同时它自
身就转变成具有另一种性质的新元素。于是他们把元素的这种性质叫做天然
放射性，把元素原子核的这种转变过程叫做核衰变。这不仅加深了人们对原
子结构复杂性的认识，而且使人们意识到在原子核内蕴藏着巨大的能量。
首先找到利用核能途径的人是费米。费米出生在意大利罗马一个铁路职
工家庭，年轻的时候曾在德国学习。他25岁就当上了罗马大学第一任理论物
理学教授，1938年底移居美国。
1934年，法国物理学家约里奥—居里夫妇宣布，他们用a粒子轰击铝、
硼的时候，产生了人工放射物质。费米得知这一消息后，决定试用中子产生
人工放射现象。费米按照元素周期表的顺序，从氢开始，用中子顺序轰击，
当试验第八号元素氟时，得到了人工放射性。在接下来的试验中，他又发现
在中子轰击铀时，产生了从未见过的新元素。1934年6月他宣布了这个发现，
但并没意识到在这个实验中可能引起了铀的裂变。
1934年10月，费米的助手发现，当用中子轰击金属银来产生人工放射
性时，有一种奇怪的现象，就是放在银附近的铝可能影响银的放射性。助手
把这个现象报告了费米。在费米指导下做了进一步的实验，确定在中子源和
银之间的铝板，可以增加银在中子照射以后产生的放射性。铝是重物质，费
米提出把铝换成石蜡，重新做实验。没想到，在中子源和银中间放置石蜡以
后，竟使银的放射强度提高了100倍。
怎样解释这种现象呢？费米提出慢中子效应：中子通过含有大量氢的物
质的时候，和氢原子核——质子发生碰撞，速度变慢了，更容易被银原子核
所俘获，所以产生的人工放射性更强。由于发现了中子效应，费米获得1938
年诺贝尔物理奖金。
在费米发现用中子轰击铀可以产生超铀元素后，在巴黎的约里奥—居里
夫妇和柏林的哈恩、梅特纳都认真研究了这个问题。
1938年秋天，哈恩和斯特拉斯曼精确分析了中子轰击铀以后的产物，发
现有钡存在，钡的原子量大约是铀的一半，这说明铀原子核在中子轰击下分
裂成两半。哈恩把实验情况写信告诉了梅特纳。梅特纳立刻从数学上进行分
析。她认为：每裂变一个原子可以放出大约两亿电子伏的能量。
裂变反应的发现震惊了科学界，因为它说明铀分裂的时候可以放出两个
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中子，而这两个中子又可能引起两个铀核分裂，这样就能够从一个铀核裂变
引起二、四、八、十六……铀核裂变。这是连锁反应，它将释放出无比巨大
的能量。
裂变反应正好是在第二次世界大战的导火线已经点燃的时刻发现的。移
居美国的匈牙利物理学家西拉德等人，意识到可能利用核裂变制成有空前破
坏力的原子弹。1939年7月，他在拜访了罗斯福总统的好友和私人顾问、经
济学家萨克斯以后，又和爱因斯坦会晤，请爱因斯坦在给罗斯福的信上签名，
信由萨克斯交给罗斯福。这封信阐述了研制原子弹对美国安全的重要性。罗
斯福被这封信打动了，决定支持研制原子弹的工作。
1941年12月，美国政府决定大量拨款和充分利用科技力量研制原子弹。
1942年，成立了美、英、加三国共同研制原子弹的委员会。同年8月，美国
制定了研制原子弹的“曼哈顿计划”。
“曼哈顿计划”大致有三方面的内容：生产钚，生产浓缩铀—235，研制
炸弹。这三方面的工作由几支研究力量来完成。
第一支研究力量由康普顿领导的芝加哥大学冶金实验室和杜邦公司组
成，主要任务是生产足够数量的钚。
第二支研究力量由劳伦斯领导的加利福尼亚实验室和几家公司组成，任
务是用电磁法分离浓缩铀—235。
第三支研究力量由尤里博士领导的哥伦比亚大学的代用合金实验室和几
家公司组成，任务是用扩散方法生产浓缩铀—235。
第四支研究力量是由奥本海默领导的洛斯·阿拉莫斯实验室，它的主要
任务是一得到足够的裂变材料，立刻制成实战用的原子弹。
1942年，关于怎样设计原子弹，它究竟应该有多大，谁都不知道。在研
制过程中，设计出了两种炸弹型式：
一种是“枪式”原子弹。它主要是通过增加核装药的数量达到超临界状
态的。1945年美国投在日本的第一颗原子弹就是枪式原子弹。它的外形是个
细长体，TNT当量约为2万吨，核装药为铀—235，有效利用率为2％左右。
因此，理论上只要裂变一公斤铀—235就够用，但实际上却用了50多公斤。
虽然枪式原子弹效率低，但构造简单，容易制造。
一种是“收聚式”原子弹。它是利用炸药的爆轰，形成一个向中心收缩
聚拢的球面形状的压力波，从各个方向均匀地压缩核装药，并且越到中心压
力越大，核装药受到强烈的压缩，密度大大增高，能够实现高度超临界现状，
使比较多的核装药发生裂变反应，从而提高了它的有效利用率。美国投到日
本的第二颗原子弹就是“收聚式”原子弹。
原子弹在第二次世界大战末期首次用于实战。1945年的8月6日和9日，
美国分别将一颗取名“小男孩”的铀弹和一颗取名“胖子”的钚弹投到日本
的广岛和长崎，给这两个城市和居民造成巨大破坏和伤亡，引起了世界各国
的重视。1949年8月29日，苏联也进行了第一次核试验。此后，美苏两国
展开了长时期的核军备竞赛。
世界上第一台电子计算机
（1945年）
说起电子计算机的历史，世界上公认中国的算盘是最早的手动计算机。
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算盘包含了现代计算机的基本功能：歌诀相当于控制运算的指令；拨动算盘
珠相当于计算的进行；算盘珠的位置表示计算结果，起贮存和记忆的作用。
1834年，英国数学家巴贝奇对计算机的发展作出了重要贡献。他提出用
穿孔卡片携带计算指令控制计算过程，设计了包括控制部分、运算部分和存
贮部分的机械式计算机。但由于缺少必要的技术基础，这种计算机没有造出
来。
1937年，美国人艾肯设计了和巴贝奇方案类似的计算机。艾肯是哈佛大
学物理系的研究生，他的设计得到了国际商业机器公司的支持。1939年，这
家公司派了4个有经验的工程师与年轻的艾肯合作。到 1944年，这台使用继
电器的机电式计算机研制成功并投入使用，每秒运算三次。
差不多和艾肯同时代，德国人也试制成功类似的计算机。这些计算机主
要元件是普通电话里的继电器。而继电器开关速度大约是百分之一秒，这就
大大限制了运算速度，注定了机电式计算机必然是短命的。
第二次世界大战促进了电子计算机的发展。在二战中，美国宾夕法尼亚
大学的莫尔电工学院同阿伯丁弹道研究实验室共同负责，给陆军提供弹道
表。这是一项十分困难的工作。每一张表都要计算几百条弹道，一个熟练的
计算员用台式计算机计算一条飞行时间为60秒的弹道，要花20个小时。显
然，已有的运算工具难以保证战争需要。
在此情况下，莫尔电工学院的莫希莱于1942年8月写了一份《高速电子
管计算机装置使用》的备忘录，实际上提出了第一台电子计算机的初步方案。
这个方案得到了军方代表格尔斯坦中尉的支持，还引起了研究生埃克特的兴
趣。经过格尔斯坦向军方申请，得到了15万美元的研制经费。
这样，研制小组正式成立并开始了工作。24岁的埃克特担任总工程师，
30多岁的莫希莱提供了计算机的总体设想，格尔斯坦则是个精明强干的组织
者。
1945年底，这台计算机研制成功，第一台电子计算机出世了。
这台计算机由控制、运算、存贮、输入、输出5部分组成，每秒钟运算
5000次，比原来的计算机快一千多倍。制作这台计算机，共用1。8万个电子
管，7万只电阻，10万只电容，重30吨，耗电140千瓦，占地170平米，差
不多有十间房子大小。它的实际造价约为48万美元。
在这台计算机制造过程中，科学家们就已考虑设计更先进的计算机了。
1944年夏季的一天，参加原子弹研制工作的冯·诺伊曼遇见了格尔斯坦，在
交谈中了解到计算机的研制工作。冯·诺伊曼很感兴趣，几天后，他专程赶
到莫尔，参加了对计算机的改进工作。
1944年8月到1945年6月，在冯·诺伊曼的领导下，研制小组制定了
新的改进方案。重大改进有三方面：一是把十进位制改成二进位制。二是利
用包含水银柱的特殊电路做存贮器。三是把程序外插变做程序内存。
按照这一新的设计，1949年英国首先研制出程序内存计算机，它有一个
可以贮存一千多个数据的存贮器。后来，美国也研制、生产和使用了程序内
存计算机。
程序内存的电子管计算机常称做第一代电子计算机。它结构复杂，价格
昂贵，调试困难，因此发展不快。
1956年，用晶体管制成了电子计算机，这是第二代电子计算机，其运算
速度成百倍地增长。60年代初，每秒运算几十万次的晶体管计算机问世。1964
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年，每秒二三百万次的大型晶体管计算机研制成功，并且成批生产。
60年代初期，集成电路取代了晶体管，出现了第三代计算机。60年代末
期，每秒千万次的大型计算机投入使用。到70年代，大规模集成电路在计算
机中取代集成电路，电子计算机进入了第四代。1978年每秒一亿五千万次的
巨型计算机已经在运行。
由于集成电路和大规模集成电路的发展，计算机出现了向小型化和微型
化发展的趋势。到1977年，全世界已有微机800万台。
目前计算机技术仍在发展之中，今后还会有什么新的突破，尚需拭目以
待。
晶体管的诞生
（1948年）
晶体管是在人们对半导体材料进行深入�
