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为核武提炼燃料 揭开铀离心分离机的面纱(组图

  3月29日,伊朗的一纸声明再度吸引了世界的目光:伊朗已经停止建造铀浓缩离心分离机。但是,伊朗预计不会销毁其已经拥有的离心分离机。此前两周,美国能源部在田纳西州的橡树岭国家实验室展示了从利比亚收回的据称可用来制造核武器的装备。展品中同样包括用于提炼浓缩铀的离心分离机的铝制部件。一时间,离心分离机成了世界关注的焦点:它究竟是一种什么东西?谁发明的?

  铀浓缩离心分离机是吉尔诺特·兹普博士发明的。整个发明过程没有突破性进展,没有兴奋的欢呼,也没有灵光一闪。它的发明进度十分缓慢,但最终吉尔诺特·兹普博士和他的同事们催生了这个小巧、精密,用于收集铀元素中最稀有的U-235同位素的仪器。

  这正是这个仪器揭开了核时代的帷幕:到20世纪60年代,兹普型离心分离机已经成为替反应堆以及核武器提供燃料的最简单的方法。他的这项发明为城市带来了更多的照明,同时让城市处于随时被毁灭的威胁中。现在全世界的铀离心分离机已经多达数百万台,是各国重兵保护的对象,它们正在一道道铁丝网的包围中高速运转着。

  如果一个发明家有任何遗憾的话,他一般是不会向别人提及这样的遗憾的。但最近在接受《纽约时报》记者采访时,兹普用极富哲理的语言对他的团队的发明进行了评价。他说,决定他的发明对人类是有利还是有害的权力,掌握在那些正在利用它的发明的国家的手里。

  在慕尼黑进行的一次电话中,吉尔诺特·兹普表示:“你既可以用厨房里的菜刀削马铃薯,也可以用它杀死你的邻居。确保铀离心分离机为人类的利益服务,这是政府的责任。”兹普今年已经86岁高龄,有时还会出来工作,有时也去参加一些国际会议。

  这项发明的给人类带来了利益在那里明摆着:利用兹普型离心机生产的铀燃料的核反应堆产生的电量占全世界总电量的16%。随着人们越来越担心全球温室效应和石油危机,在接下来的几十年中,核反应堆提供的电能所占的比例还会上升。但是最近关于兹普博士的发明的新闻都是集中在它的非法传播所带来的危害上。专家警告说,它可能会使核武器落到手中,或者落到那些对持同情态度的国家手里。

  今年2月,巴基斯坦的核专家卡迪尔汗承认,他经营着一个巨大的黑市,至少为三个国家提供了兹普型离心分离机。这似乎是原扩散史上发生的的最糟糕的事情。当某些国家在为他们揭露了这一走私网络而兴奋不已的时候,民间的专家指出,这次非法交易的核心部分是离心机的秘密设计图纸,有些国家或组织仍希望搞到这种机器,它被非法利用的危险远没有结束。

  总部设在华盛顿的武器控制组织“科技和国际安全研究会”的主席大卫·布莱特说:“它很小,你可以用它秘密制造你所需要的东西而不被别人发现。”如果兹普型离心机的未来和它的过去一样令人惊讶的话,这个世界可能会因此而忐忑不安。

  离心机的制造过程充满了曲折和汗水。美国佛吉尼亚大学的离心机专家休斯顿·伍德说:“那是一项非常艰苦的工作,很多难题必须解决。”兹普博士出生在奥地利,也是在奥地利长大的。30年代的时候,他到维也纳大学学习物理。之后他为德国的纳粹空军服务,担任飞行教师,研究雷达和飞机推进器。1945年,苏联人把他关进了一座专门用来囚禁技术人员的监狱里。

  莫斯科当时正急切希望在核武器方面赶上华盛顿。核武器中最难的其实不是设计问题,而是如何获取燃料。这项工作集中在铀的同位素上。同位素是质子数相同而中子数不同的一类元素。比较普通的铀的同位素是U-238,有146个中子,在自然的铀元素中占有99.3%的比重。U-238比铀的另一种同位素U-235稍微重一点,U-235比U-238少三个中子,在自然界的铀元素中仅占0.7%的比重。

  但是U-235的价值却要高得多,因为它很容易分裂,在分裂过程中能够释放出巨大的原子能。当天然铀中U-235的含量被强化到5%时候,它就能为核反应堆提供燃料,当然在90%的情况下,是为提供燃料。

  苏联人让兹普博士和其他的德国战俘来研制离心机以获取稀有的同位素U-235。美国人也曾经尝试过,不过最后转向了用其他方法来获取U-235。美国人的方法占地很大,很复杂,而且成本高。苏联人认识到,铀离心分离机必须几百个、几千个连在一起工作才有效率。这样每台机器可以增加少量U-235的产量,集中起来,慢慢的增加U-235的含量。而且这些机器必须持续不断的运转好几年,才能实现经济、高效的目的。

  在工业上离心分离机是一个很普通的机器。其工作原理就是利用高速的旋转,把混合在一起的物质分开。比如,从血浆中分离出血球。尽管这听起来很不可思议,但是他们的原理其实就这么简单。滚筒式洗衣机也是一台分离机,它旋转所产生的人造重力能够把水(重)和衣服(轻)分开。一台好的洗衣机大约每秒钟旋转15圈。U-235和U-238的差别是很细微的,苏联人为了能把U-235分离出来所需要的离心机的转速大约是洗衣机的100倍,接近了声音的速度。

  兹普博士回忆说:“每个人都在嘲笑我,并且说:‘这是不可能成功的。我是一个年轻人,我不知道如何做才能成功,但是我决心尽我最大的努力。”在60名左右的专家中,兹普博士很快就被任命为研究组的首席研究员,因为他那天才般的创意似乎能把这个机器研制出来。研究组的主要领导是马克斯·斯坦伯克,他是一名物理学家,也是德国西门子公司的前任主管。

  整体上的思路是很清晰的,尽管在具体方法上还不是很明朗:在一个空间中安放一个高速滚筒。用气态的铀充满这个空间。在滚筒的底部利用一个规则变动的磁场(这和电动机很相似),来使这个滚筒高速旋转,这样比较重的U-238就会向着筒壁方向飘去,而U-235则会中间地带聚集起来。在底部稍微加热,这些气态的混合物就会产生这样的效果:U-238向下沉,而U-235则会向上飘,这样就能收集到所需要的同位素了。

  为了实现这个目标远大的计划,整个团队必须努力工作来打败旋转过程的主要敌人--摩擦力。摩擦力能够让转速减慢,损坏甚至毁掉整套设备,而这些机器原本需要毫无瑕疵地工作好多年。抽光滚筒里的空气,用一个磁力轴承把滚筒的顶部固定好,这样就可以减少所必需的物理支撑。

  或许最重要的是,整个团队把这个滚筒的底部安装在了一个针状的轴承上。这是整套系统中唯一的一个物理接触点。设计人员花费了数年的时间不停地试验和修改,最后终于把这个复杂的设备研制出来了。

  1956年,兹普博士被释放了出来,回到了维也纳。1957年,他前往阿姆斯特丹参加一个会议,惊讶地发现西方世界比他们团队的研究成果落后了很多年。他决定分享他所知道的一切。尽管苏联禁止他带走任何笔记和报告,但正如他回忆时所说:“这一切都装在我的脑子里呢。”

  兹普博士来到了美国,在美国政府的干预下,他在佛吉尼亚大学建立了一个研究所。他要在那里再现他在苏联研制的离心机。华盛顿方面邀请他参加美国的秘密核能实验室,并且答应为他改变国籍。他谢绝了。在苏联的那段日子,给他的印象太深刻了。事实上,他更希望能够利用他的发明为和平事业服务,为商用的核能反应堆提供铀。

  1960年,兹普又回到了欧洲,在工业界大显身手,尤其是为西德服务。他参加了欧洲战后摆脱美国的核独立运动。“科技和国际安全研究会”的埃尔伯特把兹普与罗伯特·奥本海默博士相提并论:“兹普博士很象奥本海默。”奥本海默是美国计划的领导者,他把一群固执的核专家们团结在一起,为美国创造了核奇迹。

  60年代,兹普博士和他的同事们设法使离心机工作得更有效率。他们把滚筒的材料由铝变成了一种叫做“马氏钢”的超硬合金。这样滚筒可以旋转得更快,加快U-235的积累速度,而不必担心会把滚筒转裂。研究人员还设法使滚筒的工作时间延长,这样可以增加U-235的收集量。不夜城娱乐。他们在连接处设置了一个叫做风箱的特殊装置,这样在旋转速度加快时,可以使分离机的工作时间更加长久,兹普博士说:“工作时间可以延长十倍以上。”

  在70年代,制造核原料的欧洲企业Urenco公司采纳了兹普博士的设计,但这家公司对这项具有潜在致命性的技术的安全防范措施却非常松。巴基斯坦核专家卡迪尔汗在替Urenco公司担任顾问期间,偷走了这项设计。他利用这些设计在巴基斯坦建造了离心机来为核武器生产燃料,而且根据最近刚刚揭露出来的消息,他后来又把离心机的设计图和机器卖给了伊朗、利比亚等国。兹普说:“这是一个令人非常难过的消息。”

  兹普个子不高,喜欢打蝴蝶结和开飞机,开飞机一直开到80岁。现在他主要住在维也纳和慕尼黑。他说他仍在做技术顾问,包括有关离心机的问题。对那些负责任的公司而言,“如果他们需要的话,我会帮助他们的。”至于离心机的未来,很多专家表示要谨慎的乐观。新型号很难制造,也不容易复制,尤其是非法的制造和复制。美国仍在继续追踪卡迪尔汗的走私网络,坚持非把这个网络捣毁不可。

  但兹普认为,即使他的设计仍会秘密扩散,前景也是很乐观的。在冷战期间,拥有原子武器的国家相互制约他们的行为就是一个最好的例子。因为他们知道,这些可怕的破坏性武器的作用是相互的。他说:“当时,美国不敢向朝鲜和越南投的原因是它害怕苏联的核报复。”他补充说,现在一些小国家希望拥有核武器并不是想侵略他国,也不是为了恐怖目的,而是为了防御敌人的入侵。他表示:“让我们祈祷吧,那些足够聪明的人,不要再一次在人类身上使用核武器!”

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