科技史笔记·原子之能（全彩）

一部知识性、可读性极强的科技史科普读物。作者从科学原理和技术应用两条主线出发，按照时间轴为读者梳理出科技史阶梯式发展的演进路径。为了帮助读者更好地理解相对深奥的科学公式和原理，作者引用了大量历史文献中的科技图片，并绘制了大量原理示意图。本书知识性、故事性叙述方式，能让读者在阅读中学习到硬核的物理学，尤其是核能的科普知识，能够更加深刻理解众多名不见经传的科学家为推动科技进步付出的艰辛努力和科技史里程碑事件的前因后果。

张皓 清华大学硕士毕业 高级工程师。目前就职于中交路桥建设有限公司，对科学技术发展史兴趣浓厚，查阅翻译了大量关于科技发展史的相关研究文献资料，撰写了大量的研究笔记。

1.这本书是一个理工男对于科学技术史的细节和发展逻辑的追问。

2.在学校的课本中，知识往往以结论的形式给出，这种方式富有效率，但却难以引起共鸣，以至于我们对“革命”、“伟大”等字眼视而不见。正如每一个精彩故事的高潮都有漫长的铺垫，一个理论或者技术的诞生也是如此。

3.只有补完缺失的细节，看到“完成品”之前无数的“半成品”甚至“废品”，我们才能进入探索者的内心，感受困惑、挫败、顿悟以及喜悦，并真正理解发现的伟大意义。而踏上这个心路历程的最好方法，莫过于追问。

4.本书正文中每个章节主题都是以追问的方式展开。

前言

著名物理学家费曼曾说，假如由于某种大灾难所有的科学知识都丢失了，只能给人类的下一代留下一句话，那么他相信这句话应该是：“所有的物体都是由原子构成的。”

理解了这句话之后，世界便不再是眼中的寻常模样——物质世界无论多么丰富多彩，都是由像积木一样的原子砖块搭建而成的，而宏观系统各种复杂现象的背后是微观粒子运动所遵循的简单机制。简单机制所造就的复杂性超过了人类最无边的想象，结构在原子的演化中形成，而生命在原子的“浓汤”中诞生。

在原子身上不仅闪现着人类对于物质世界最深刻的洞察，也蕴藏着人类迄今为止所能掌握的最强大的力量，值得我们一探究竟。

本书将带领读者进行一次探寻原子之能的“穿越”之旅。

在这趟旅程中，我们将会遇到一些幸运的时刻。我们将走入伦琴的实验室，发现黑暗中通电的真空管旁那块发光的荧光板；我们会回到那个著名的阴天的日子，冲洗出贝克勒尔抽屉中被铀盐曝光的照相底片；我们还会跟盖革和马斯登一起，完成卢瑟福随口布置的实验作业，解读α粒子大角度偏转背后所蕴含的惊人真相。

不过，有幸运就有霉运。我们将伴随居里夫人的女儿两次与诺贝尔奖擦肩而过，体会她的失落与感悟；我们也会出席费米那场“超铀元素”的乌龙颁奖典礼，看到他的窘迫和豁达。

在这趟旅程中，我们将会看到执着的价值。我们会遇到一位转型的理论物理学家，他白手起家，潜心实验十余年后终于拨开真空管中的迷雾，第一次为我们揭示出原子的构成；我们会结识一位踏入新领域的留学生，她四年如一日辛勤工作，开发出“阳离子行军法”，从成吨的沥青铀矿中提炼出新的放射性元素，为核物理研究开辟了新路；我们还会在战俘营看到一个做实验的怪人，他秉承师志，十年苦寻“中性双子”，终于拿到了解锁核能的第一把钥匙。

在这趟旅程中，我们将见识伟大理论的锋芒。我们会看到爱因斯坦用相对论的一个“小推论”成功解释了放射性巨大能量的来源，平息了 “外部说”与“内部说”之争；我们将和查德威克一起聆听伽莫夫用量子力学解释α衰变时的势垒穿透难题，理解微观世界的特立独行；我们还会看到玻尔在用量子力学破解“孪生兄弟”铀-238和铀-235在裂变反应截面上的巨大差异，为核裂变应用指明了方向。

在这趟旅程中，我们也会看到大师们的误判。居里夫人曾相信放射性物质的能量来源于外部，庞加莱甚至因此怀疑过能量守恒原理；费米没认出裂变产物，还以为自己制造出了“超铀元素”；卢瑟福宣称从原子中获得能源是痴人说梦，而玻尔断言要得到原子弹所需要的浓缩铀，除非把整个美国变成一座工厂。

在这趟旅程中，我们将目睹大科学的诞生。我们将拜会考克饶夫和沃尔顿，还有劳伦斯，考察“一直一曲”两种粒子加速器方案；我们会跟随芝加哥1号反应堆的设计和建设过程，见证人类第一次实现自持的裂变链式反应。

在这趟旅程中，我们会参观历史上最著名的工程——曼哈顿计划。我们将看到人工元素钚的生产，感受“核物理炼金术”的神奇，同时也会了解“冥王星”原子如何造就了一场危机；我们能好奇地翻开《洛斯阿拉莫斯入门手册》，看看这本“原子弹制造从入门到精通”到底写了些什么；我们会进入规模庞大的电磁分离工厂和气体扩散工厂，看看分离铀-238和铀-235这对“孪生兄弟”究竟需要动用什么样的装置；我们还会走入核试验场，看看两种原子弹是如何组装的，并见证它们骇人的威力。

在这趟旅程的最后，我们会返回和平年代，参与一座特殊核反应堆的建造过程，并乘坐它驱动的潜艇潜航北极冰盖，完成一次不可思议的旅程。最终我们将看到科学家和工程师铸剑为犁，将潜艇的动力之心装入电站，供能给千家万户，实现核能的和平应用。

第1章
原子的破碎
1．1 白炽发光改变了世界，“老前辈”气体放电为何依然是“奇技淫巧”？
1．2 从绝缘到导电，气体在真空管中的转变为何难住剑桥教授？
1．3 看不见的射线，伦琴是如何获得第一个诺贝尔奖发现的？
1．4 粒子与波的争论，JJ．汤姆逊是如何验证阴极射线本质的？
1．5 第一个基本粒子登场，为何唯有电子可以解释真空管中的一切？
第2章
衰变之谜
2．1 偶然中的必然，一次阴天是如何成就放射性的发现的？
2．2 两摘诺贝尔奖，居里夫人具体做了什么工作？
2．3 铀射线并不单纯，新西兰小伙是如何用实验巧分三种成分的？
2．4 元素嬗变，半衰期为何被称为“原子身份证”？
2．5 “小推论”终结大危机，放射性的巨大能量到底来自何处？
2．6 “卢瑟福实验”并非卢瑟福操刀，幕后英雄究竟是谁？
2．7 “李子布丁”模型也能解释大角度散射，为何原子必须有核？
第3章
第一把钥匙
3．1 皇帝的新衣，卢瑟福凭什么大胆预言原子核中存在中性粒子？
3．2 枯燥中的浪漫，早期的核物理实验竟然是用肉眼观测的！
3．3 新理论的威力，量子力学是如何破解势垒穿透难题的？
3．4 不可能完成的任务，盖革计数器是如何助力搜寻神秘中子的？
3．5 第一把钥匙，居里夫人的女儿为何错失诺贝尔奖？查德威克又是如何证明中子存在的？
3．6 人造原子，为何核物理需要粒子加速器？
3．7 一直一曲，大科学初次登场表现如何？
3．8 另辟蹊径，“新炮弹”是如何帮助费米成为核物理“教皇”的？
第4章
第二把钥匙
4．1 “超铀元素”，铀核裂变为何让顶尖学者理解不了？
4．2 液滴模型，迈特纳是如何用经典理论解释最新核反应的？
4．3 百万倍煤炭，核物理大师为何不看好原子能？
4．4 第二把钥匙，为什么说链式反应是利用原子能的关键？
4．5 铀-238和铀-235，“孪生兄弟”为何脾气迥异？
4．6 没有巧妙解法的难题，同位素的分离为何这么难？
第5章
反应堆的诞生
5．1 临界质量，自持链式反应是如何从可能到可行的？
5．2 真超铀元素，“冥王星”原子是怎么被制造出来的？
5．3 中子慢化，如何利用天然铀进行链式反应？
5．4 反应堆为什么叫“堆”，它又是如何做到可控的？
5．5 核物理炼金术，反应堆一开始并非用于发电，它的真正产品是什么？
第6章
原子弹的制造
6．1 自发裂变，枪式装配为何不适用于钚弹？
6．2 炸药透镜，内爆法是如何拯救钚弹危机的？
6．3 从回旋加速器到“跑道”，电磁分离工厂竟然使用国库白银做导线！
6．4 曼哈顿计划造价第一高，气体扩散工厂是如何实现铀浓缩的？
6．5 原子弹制造的“21条军规”，《洛斯阿拉莫斯入门手册》到底写了什么？
6．6 核火球有多亮？蘑菇云又是怎么形成的？
第7章
铸剑为犁
7．1 加压止沸，第一座压水堆是为谁量身打造的？
7．2 从潜艇到电站，压水堆都有哪些不可或缺的组件？
7．3 核能究竟是什么能，“压水堆”“重水堆”等反应堆的名字又是怎么起的？
后记