元素周期表就像是一本书。从氢开始,沿着一行从左向右移动,新的特性不断出现。在这个过程中会有一些惊喜,但是故事的进展总体上是可以预测的。然后,正当你已经习惯了这种节奏,你到达了铀。在这部元素长篇小说的第92个章节,你在这个周期性故事末尾遇到了重要转折。
从历史的视角来看,铀的故事是完美的。它一开始只是一个额外的背景板,使场景看起来更有意思。当时的古罗马人用氧化铀矿作为陶瓷的黄色釉料,虽然他们根本不知道它到底是什么。中世纪时,工匠用波西米亚沥青铀矿里的提取物制作黄色玻璃。
1789年,铀元素终于被揭开面纱。在众多元素里,它有了名气,但依然是一个小众元素。德国化学家马丁·海因里希·克拉普洛特认为自己从沥青铀矿里分离出了一种新的金属,并以天王星(Uranus)之名将其命名为铀(Uranium)。事实上,他分离出的是氧化铀。1841年,法国化学家尤金-梅尔奇奥尔·佩利戈特首次分离出了纯金属铀。这种金属的强度很高,但遇到其他更迷人或更有用的元素时,就相形见绌了。1869年,门捷列夫开始在他的元素周期表中排列当时所有已知的元素,铀是一个熟悉却不显眼的成员。最引人注目的是它位于元素序列的末位,是元素周期表的句号,没有人对它抱有更高的期望。但是后来,一切都变了。
1896年,法国物理学家亨利·贝克勒尔发现了铀的另一面。一份样品被随手丢在一叠照相底片上,虽然没有暴露在阳光下,底片却曝光了。原来,铀无时无刻不在释放出一些“看不见的射线”,可以穿过覆盖的金属板,导致底片曝光。就这样,贝克勒尔发现了放射性。元素的故事还远未结束,相反,它即将迎来一个急转弯。
在贝克勒尔发现放射性后的几十年里,科学家们拆开了原子,发现了其中的组成部分:决定元素的质子,让质子留在原子核里的中子,以及围绕原子核旋转的电子,它们共同构成了一个平衡的原子。重原子,即含有大量质子或不稳定数目中子的原子,会喷射出多余的质子或中子,并伴随着大量的能量。这就是贝克勒尔观察到的放射性现象。有些人开始想到,既然重原子能发射出粒子变成较轻的原子,也许较轻的原子可以接受粒子变成较重的原子。
1938年,意大利物理学家恩里科·费米试图挑战元素周期表的极限,他用亚原子粒子轰击铀原子核,看看它们是否会粘在一起。他声称自己发现了94号元素,并因此获得了诺贝尔奖,但他错了。其实费米发现了更重要的东西,他的铀原子并没有吸收这些粒子,而是被撞得粉碎,同时释放出惊人的能量。这正是人类利用原子能的关键!
1940年,伯克利大学的一个研究小组发现了第94号元素,同样是以铀为起点,但是他们采用了一种改进后的方法。这种名为钚的新元素在当时受到了特别关注,因为它是制造原子弹的完美材料。问题是如何才能制造出足够多的核武器呢?答案又是铀。
理论上,将足够多的铀聚集在一个小空间会引发连锁反应。当一个铀原子衰变时,它喷射出的粒子可能会被另一个铀原子吸收,导致它衰变并喷射出更多的粒子,反应不断延续。从理论上讲,铀可以生成钚,研究团队所需要的只是试验所需的空间和足够的铀。
铀以及各种研究资源被汇总到一起,并投入到临时发起的尖端研究工作中。第一座核反应堆建在芝加哥市中心一个足球场地下的壁球场内。从此,世界变得再也不一样了,原子能时代带来了核战争的威胁,也带来了从核电站获得廉价能源的希望。铀现在是抢手货,它改变了我们看待元素周期表和世界的方式,也给我们带来了一个无人能预见的剧情转折。