有人预言，未来的汽车不会在偏远地区因不能及时加油而“瘫痪”，一粒豌豆大小的铀块可以给它“一生”的动力；一幢大楼用不着附带一个烟尘难耐的锅炉房，一块方糖大小的核燃料，可以在它寿命期内一直为它供热……
这绝非天方夜谭。核能的开发，给人类的生产、生活带来了以前难以想像的变化，而且向人们展示了神话般的美妙前景。
在美国内华达州有一个直径300多米、深100米的火山口般的大坑，这就是著名的“轿子”弹坑。它是人类轻松按动相当于10万吨TNT的核爆炸电钮，一举挖成的最大坑穴。用这种办法，可以进行大规模的开凿、挖掘、封堵等工程，而且能起到事半功倍的效果。
美国的一些地方，地下有着丰富的油页岩，这种油页岩和岩层紧紧夹在一起，根本抽不出油来，科学家想出了一种办法，他们在地下很深的地方用核炸弹炸出一口通到地面的“竖井”，往井底送入空气，再把破碎的油页岩点燃，把油液和油气抽到地面上来，于是得到了人们需要的石油和天然气。前苏联正好反其道而行之，他们用地下核爆炸封闭地下裂缝，堵塞天然气的出路，扑灭了一个油田燃烧了几天的大火，避免了更多的损失。核爆炸在地上是灾难，在地下则是功臣。
核能在舰船上的应用最先见于核潜艇。这种核动力潜艇不需要空气作助燃剂，无需浮出海面，可以在深海下连续航行几个月，甚至更长时间。它的续航力是常规潜艇的40倍，可以在大洋里绕地球潜航十几圈而不用更换燃料。1954年，美国率先建造了世界第一艘核动力潜艇“舡鱼”号，并第一次完成了北极冰下探险航行。以后，美国又相继建造了“飞鱼”、‘北极星”、“海神”、“三叉戟”等攻击核潜艇，其它国家也先后发展了核潜艇。核能的应用，总是在战争与和平两条轨道上同时发展。
在水上舰船方面，最早是前苏联于1959年建造的“列宁”号破冰船。这艘原子能破冰船曾创下在北极地区连续活动390天的历史最高纪录。1974年，又建成了“北极”号破冰船，它到达了前人没有到达过的北极点。美国1962年建造的“萨瓦娜”号核动力商船，仅三年就航行了45万海里，到过13个国家。现在，一些国家已有了核动力驱逐舰、核动力巡洋舰、万吨级的核动力航空母舰。核能在海洋中的优势和威力，越来越受到人们的青睐。
像人们利用太阳能而创造了太阳能电池一样，核能被开发出来以后，核电池便应运而生，并以它特有的优势独领风骚。
核电池是人们用半导体换能器把放射性物质放出的射线热能转变为电能制成的。这些用来制造核电池的放射性物质，衰变期长，放出的能量大，如1克镭在衰变中放出的能量，比1克木柴燃烧时放出的能量大60多万倍，其衰变期为1万年。因此核电池的能量大，体积小，可以长时间使用，不受温度、压力、磁场等的变化影响，可靠性强。
由于核电池有这些优点，它首先被用于宇宙空间探测和航空航天事业上。1961年，美国第一次在人造卫星上使用核电池为无线电发报机供电，开辟了核能在空间领域应用的道路，以后便在人造卫星、宇宙飞船和各种空间探测器上普遍地应用起来。
心脏病曾困扰着许多医生和病人。心脏起搏器发明后，挽救了不少人的生命。然而，更换同起搏器一起植入人体内的汞电池却成了一个令人头痛的问题。一般二至三年，病人就要被打开胸腔，更换一次电池，痛苦是可想而知的。1970年，两个法国医生为一名老妇人安置了第一台最少可使用10年的核能心脏起搏器，免除了这位患者更换电池的痛苦。现在，世界上已有成百上千人使用了这种带核电池的起搏器，重新走上了学习和工作岗位。
核能在医学上的应用已经成为一门集核技术、电子技术、计算机技术等现代技术与医学的新学科——核医学。它在早期诊断、成像诊断、放射治癌等方面都涌现了前所未有的可喜成果。
在当代著名的“绿色革命”中，核能也是一个不可缺少的角色。经过核能辐射的粮食和食品，可以有效地减少霉菌的侵害；利用核能辐射，还可以改良品种，使农作物具有高产、早熟、抗倒伏、抗病害、高蛋白含量等优良性状。印度曾经引进一种墨西哥培育的高产的索诺拉小麦，但它的颜色不受印度人的欢迎，如果进行遗传培植来变异，得用十几年时间。印度采用了核辐射技术，只用了三年时间，便培育出了琥珀色的品种，他们称之为“莎巴蒂·索诺拉”小麦。
除此之外，核能在检测技术、示踪技术、活化分析、材料加工以至生命科学中都有着广泛的应用。核能技术作为20世纪的一项重大科技成果，虽然才发展了半个世纪，但已显示了它的巨大生命力。它的发展将有着更加辉煌的前景。
切尔诺贝利的烟云
人类社会的发展往往是迂回曲折的，科学的发展往往也是这样。
在人类利用核能造福的同时，核能也可能给人类带来灾难。
事情发生在1986年4月21日凌晨，原苏联乌克兰共和国的一个小镇切尔诺贝利。
深夜1时23分，距这个小镇14千米的核电站第四号核反应堆由于技术性能不善和操作人员的失误，发生了可怕的爆炸。一柱放射性毒烟冲上1千米的高空，2名工人当场死亡，另有29人也因大面积烧伤和受到强辐射不久就死去。第二天，放射云飘出了原苏联边界，空气中剧毒的铯137含量为平常的1万倍。为“浇灭”这个剧烈起火、放射性四溢的反应堆，直升机紧急出动，从空中向“核锅炉”投下共5000多吨的硼、白云石、铅、沙和黏土。为避免温度已升到300O℃的反应堆核心烧穿地面进入地下，救险人员不得不掘通地道，用水泥紧急加固地基，又将液体氮泵入堆心下面，冻凝那里的土地。救险中，又有若干人员，包括直升机驾驶员，受到过量的放射性照射，虽经努力抢救（包括送到美国救治），但最终还是没有逃脱死亡的魔掌。在核烟云直接波及的地区——1000多平方千米肥沃的乌克兰农田因被污染而荒芜废弃；欧洲共同体禁止了从7个受污染最严重的东欧国家输入食品，使这些国家经济遭受了灾难性的打击；瑞典政府为赔偿那些被倒掉的毒奶，废弃的牧场和牲畜，花费近15亿美元；估计从此后70年内，在受到放射性灾害的地区将有千万人因为吸入铯－137等放射性物质而患癌死亡。
——这就是失控的裂变能造成的可怕后果。
它触及了使用裂变核能的最重要问题之一：放射性。原来铀核在裂变后，会产生具有很强放射性的“核废料”，它不但对人身有极强的毒性，而且能保持数百至数千年不消失。它的埋藏和处理，成了一个严重的问题。不过，现在科学家已经能够设计和建造安全性能十分可靠的核电站，在放射性废物的安全处理方面也有不少可行的办法。
安全的核电站
核电站设有四道安全门，保证核辐射物不外泄。
第一道“安全门是，核燃料芯块外表涂上三四层热解碳和碳化硅涂料，可阻止99％的放射性物质外逸。有的是把燃料经过处理，有的是放在陶瓷做的燃料棒内。
第二道“安全门是芯块组成的燃料棒外面再套上一个密封管。密封管是由耐高温，耐腐蚀材料制成的。密封管能使逃逸出来的1％－2％的放射物质被包覆住。
第三道“安全门”是由燃料棒组成的芯堆放在一个大容器内。容器直径有几米，壁厚20厘米，形状像热水瓶胆，由低合金钢制成的。万一燃料棒的密封管破裂了，泄漏出来的物质也不会跑到这个容器的外面去。
第四道“安全门”是有一个安全壳的厂房，把“一回路”设备包容在里面，安全壳没有窗户和多余的门，并且建设很坚固。这就保证了如果万一发生事故，放射物质也不向外泄漏，使危险只限于安全壳内。
放射性物质也不会由冷却物质泄漏出去。就以压水堆来说吧。反应堆和蒸气发生器所用的水，是“一回路”，而推动汽轮机转动的蒸气所用的水，是“二回路”。“一回路”和“二回路”是隔离的。另外，“二回路”的水循环使用，不外流。所以要把汽轮机用过的热水冷却，冷却用的水与“二回路”的用水是隔离的。所以核电站的放射性不会由冷却水泄漏出去。
核电站还有很完善的安全系统，它包括事故监视装置、安全保护线路和安全保护执行机构三大部分。事故监视装置对30项－40项重要参数进行监视，如果发现有出现事故的苗头，立即发出警告信号和让反应堆停止工作信号。安全保护线路根据监视装置的信号，根据预先设计的措施和方法，发出信号，驱使安全保护执行机构将反应堆关闭，使防止事故的系统投入工作。安全保护线路是采用两套甚至三套“保险线路”，以提高可靠性。
还有工程安全设施，假若压水堆的“一回路”管道破裂造成堆芯失水，紧急停堆系统会在2秒内关闭反应堆，并且开动安全注入系统，注入大量的水，水中含有吸收中子的吸收剂。
万一发生火灾，厂房安全壳的喷淋系统自动从顶部喷淋而下，水中含有氢氧化纳和硼酸，可以将蒸气和放射物除掉。在发生事故时，安全壳隔离系统，自动地把厂房安全壳与外部相通的管道关闭，使厂房安全壳与外部隔离起来。
为了使核电站更安全，现在更注意发展安全的新型反应堆。新一代核电站有三种类型。
（1）改良型：在现有反应堆类型基础上，增加安全措施，提高安全性，使可靠性更高。
（2）革新型：采用先进堆型，简化设备（设备越多可靠性就越低），增加安全系统，提高使用寿命。例如现在很多反应堆都采取措施，保证在操作人员出现错误时，也不会造成事故。日本研究出一种“自动恢复”反应堆，它有自我检查能力，发现有故障苗头，就命令机器人去排除故障，进行修理，值班人员在不知不觉中，事故苗头就已经被消除了。日本还开发一种“小型高速增殖堆”，在使用寿命30年内，不用更换燃料，这本身就可以提高安全性。
（3）“革命型”：采用的反应堆，从根本上就不会发生严重事故。比如，人们设想一种“傻瓜堆”，不论人们如何操作，都不会有大事故。这种反应堆目前只是处在概念阶段。
未来的核电站安全目标是，事故率可忽略，比如说一座反应堆工作一年的平均事故概率小于千万分之一。
人造小太阳
你知道太阳为什么会不停地发出巨大的光和热吗？原来太阳上也在进行原子核反应哩。
早在1938年，科学家贝特就指出，在太阳的炽热的核心里，正在发生核聚变反应，即在不断地由许多质子合成原子核的反应。
我们在前面已经讲过原子核的裂变反应，这里说的却是原子核的聚变反应，这是怎么回事呢？
前面讲过，像铀这样的重元素，它在裂变时，会有质量亏损，这些亏损的质量会变成巨大的能量，这就是裂变能。原子弹和原子发电站都是利用这种原理工作的。
我们现在来看轻元素，如氢和氦。氢原子核是由1个质子组成的。氦原子核则是由2个质子和2个中子组成的。根据计算，氦原子的质量应该是4031872“原子质量单位”。但是，科学家阿斯顿在用他的仪器实测氦原子质量时，却只有4001507“原子质量单位”。这就是说，氦原子质量的理论值与实际值亏了030365“原子质量单位”。
氘核和氘核的聚合反应又是产生了质量亏损。根据物质守恒定律，这些质量亏损是化成了原子的结合能，原子核就是靠这种结合能把质子和中子“粘”在一起。这种结合能在科学上就叫聚变能。由此可见，原子核裂变可以施放出能量，同样，原子核聚合也可以施放出能量。这种聚变能就是聚变反应的产物。
在太阳的核心里，正在发生4个质子合成一个氦核的反应，所以它会发出巨大的聚变能，光和热就是聚变能产生的。
聚变反应的燃料一般是轻元素，如氦、氢及其同位素等。一个氢同位素氘核和一个氢同位素氚核互相碰撞，发生聚变反应，可生成一个氦核。聚变时同时释放出很大的能量，这种能量比裂变反应时发出的能量还要大。生成1克氦核的聚变反应，释放出来的能量就大约与燃烧12吨煤相当，这要比同样重量的核燃料裂变反应产生的能量大好几倍。
根据这个道理，科学家准备用人工的方法来重现太阳核心的反应，也就是人工制造“小太阳”。
不过，实行原子核的聚变反应有一个条件，必须加温，使原子核以极高的速度运动，才有可能叫它们聚在一起。不过，一旦聚变反应发生，就不必再加温了，它自己产生的能量就可以维持反应的要求了。这就像一般燃料，只要点着，它就不必老加温，自己就可以燃烧起来一样。正因为这个原因，人们才把原子核的聚变反应称作热核反应。比如为了使两个氘核或氢核发生聚变，就必须使它们充分靠近，近到只有十万分之一厘米的距离，要做到这一点，必须具有几千万摄氏度到两亿摄氏度的高温才行。因此，要实现聚变反应，获取这种反应的高能量，首先要付出高的温度。
1952年，美国首先用人工方法实现了核聚变，这就是氢弹爆炸。氢弹原来就是用氢等轻元素作原料，用高温来促使这些元素的核聚变的产物。那么，氢弹里的高温是怎么得到的呢？是用原子弹爆炸得到的。也就是说，一颗氢弹里其实还藏有一个小小的原子弹。这个小小的原子弹就像普通炸弹里的雷管，它先爆炸，产生几百至几千万摄氏度的高温。在这种温度的“引燃”下，氢弹里的重氢发生核聚变，变成了氦核。在一瞬间，产生比原子弹还大的爆炸能量。1952年11月1日，美国在太平洋一个小岛爆炸的一枚叫“麦克”的氢弹几乎把这个小岛削平了。
后来，人们又制造了威力更大的氢弹。这种氢弹里装的聚变原料是氢化锂或氘化锂，其中的“引爆”原子弹有多个普通的铀弹，或钚弹。1千克氘化锂的爆炸能力相当于5万吨烈性炸药梯恩梯。我国于1969年6月17日也爆炸成功了第一颗氢弹。这颗氢弹里面装的核“炸药”就是氢化锂和氘化锂。
还有一种更厉害的氢弹叫钴弹。它是在氢弹外面包上一层金属钴。当氢弹爆炸时，释放出中子，撞击钴核，产生钴同位素。这种钴同位素放射性极强，杀伤力极大。它产生的烟尘所到之处，一切生命都会死亡。
氢弹，实际上是战争之“神”。能不能变战争之“神”为和平的使者呢？也就是说，能不能让原子核的聚变反应也变得可以控制，使它像原子能发电站那样，慢慢释放出能量来，为人类造福呢？
这种可以控制的热核反应，科学家叫它受控热核反应。从1952年氢弹爆炸之时起，就有许多国家在秘密研究这个问题。我国也已经有了自己的受控热核反应试验装置。
要使热核反应得到控制，必须保证参加反应的热核材料得到充分的约束。由于裂变反应堆的燃料是固体，反应温度只有几百摄氏度到两千多摄氏度，可以装在壳体中，用控制棒让它慢慢反应，这样做困难不是很大；而聚变反应是在几千万摄氏度的高温下进行，这时所有的物质都被电离，变成了等离子体，控制起来就十分麻烦，因为至今还没有一种材料可在几千万摄氏度高温下不化，所以找到不化的容器来装核燃料就成了难题。后来，科学家找到一种“磁约束”的办法。据说，已经建成的大型磁约束受控热核反应装置，这种装置可以在6千万摄氏度高温度下，约束核聚变反应。当然，这并不是说热核反应完全可以控制了。但是，和平利用热核反应的前景还是很美好的。有人预计，热核反应的实际应用，即热核发电站的运行，大约在下世纪可以实现。
据计算，建成一座可控热核聚变反应发电站的投资是烧煤的火力发电站的6倍，是裂变反应核发电站的4倍。一座功率为150万千瓦的可控热核发电厂，光要使用的钢材就要5万吨，仅此一项，就相当于同功率火力发电厂的全部投资。看来，建成热核发电站的任务是艰巨的，但是它产生的能量却是无可比拟的，人类一定会在地球上造出许多可以控制的“小太阳”，而不需要像神话中的盗火神普罗米修斯那样，去天上“盗火”。
原子反应堆
美国芝加哥大学的校园里，有一座废弃不用的运动场。在运动场西看台的前面外墙上，挂着一块镂花金属匾，上面用英文写着：
“1942年12月2日，人类在此实现了第一次自持链式反应，从而开始了受控的核能释放。”
这就是原子时代的出生证明。
人类制成的第一座原子反应堆，就是在这个运动场看台下面的网球场中建造起来。
那是1942年11月，美国芝加哥大学校园里一片冷清。由于美国卷入了第二次世界大战，学生们各奔东西，校园一时失去了昔日欢乐喧闹的气氛。
细心的人们却惊异地发现，在校园体育馆的室内网球场入口处，挂着一块醒目的牌子，上面写着“冶金技术研究所”，禁止外人人内。
其实，这里来了一批举足轻重的人物，为首的是意大利物理学家恩里科·费米，他带领一批物理学家，在这里研制原子反应堆。
早在1939年1月，国际理论物理学年会上，费米得知德国的物理学家哈恩发现了铀核裂变现象。
当时，费米十分震惊，他似乎已预感到它的重大价值：铀核俘获一个中子后，会分裂成两个大致相等的部分。这样，如果铀核每次裂变放出一个以上中子，将又会引起下一次裂变。如此循环，就有可能发生链式反应。
继而，费米又计算出铀核分裂可能释放出令人难以想像的巨大能量。
接着，费米继续进行着他的实验。运用先进的回旋加速器，证实了链式反应的可能性，而且反应速度极快，前后两次反应的时间间隔仅为五十万亿分之一秒。
而对如此的成就，费米激动不已。他认为一旦能够人为地控制铀核裂变的速率，链式反应自动持续下去，它将会在极短的时间内释放出巨大能量！人类将会开辟出新的能源！
只是，促使铀核裂变要形成链式反应的关键在于中子。然而，在绝大多数情况下，中子释放速度极快，很难被铀核“俘获”。
要解决这一问题的关键，是找到一种减速剂，使中子被释放出来之后运动速度变慢，让铀核俘获，从而导致下一次裂变。
几经大量的实验和探索，费米等人终于找到了理想的减速剂——纯石墨。
实验得到了根本性的突破后，费米带领一批物理学家在芝加哥大学的网球场内，要建造世界上第一座原子反应堆。
根据设计要求，反应堆长近10米，宽9米，高65米，总重量1400吨，一层石墨一层铀，总共57层，其中有56吨天然金属铀和氧化铀。看上去，反应堆就像偏球形的“炉灶”。
在这个“炉灶”里，还插着一根特制的镉棒。它能吸收中子，只要调节它的深入尺寸，就可以控制裂变反应速率。
为了预防事故的发生，科学家们采取了几套预防措施，将反应堆内控制棒分3组：一组是电动的自动控制棒；另一组是用绳子拴着一个重物的紧急安全棒，当发生意外故障时，立即砍断这根绳子，使安全棒迅速掉人堆内；最后一组是一根控制棒，移动这根棒可以使链式裂变反应开始发生、加速或停止。
1942年12月2日，原子反应堆试运转，大家都在紧张地为此准备着。
费米抬起手腕看了一下表，9时45分。他大声喊道：“大家注意，现在启动反应堆。”
此时此刻，在场的所有人员的注意力都集中在“炉灶”上，等候费米的命令。
15分钟后，费米下达命令：“抽出控制棒！”
当把镉棒慢慢地向外抽出一些时，只听得计数器“咔咔咔”的声响越来越快——铀核裂变开始了！只是声音不稳。
到了下午3时20分，费米再次下命令：“再把控制棒往外抽一英尺！”
3分钟后，计数器的“咔咔”声终于变成了稳定的响声。反应堆达到临界点，人类历史上第一次核的链式反应开始自持地进行了……
它以小于05瓦的功率运行28分钟。
费米主持的世界上第一座核反应堆的成功运转，标志着人类进入了原子能时代。
这一反应堆，人们还叫它“芝加哥一号”反应堆。
其实，在反应堆里，铀原子受到慢中子的轰击，发生核裂变，产生大量的能量，可以用来发电，产生高温，这就是核电；当能量集中、短时间突然释放出来时，就产生大爆炸，这就是原子弹。
原子弹爆炸
最简单的原子连锁反应，是在原子弹中发生的反应。那么，原子弹是如何爆炸的呢？
在原子弹中，有两块或更多的同位素微块。每一块的重量小于临界质量，但是，如果把它们加起来则大于临界质量。它们又相处在一个安全的距离。
在它们的背面放着微小的普通炸药块，在规定的时刻，炸药块爆炸。这使同位素微块彼此间互相射击。于是，形成了临界质量，原子弹就爆炸了！
实际上，这里发生着剧烈的裂变，速度是相当快的。
首先，出现1个裂变。
其次，两个中子引起了2个裂变。
继而，每个引起2个裂变，因此，出现4个、8个、16个、32个、64个……
看起来这个速度不是很快。但是，如果连续地以2来乘的话，那增长的速度是十分惊人！
例如，在第10“代”裂变时就有512个。到了第20“代”则为524288个裂变。第80“代”，超过了1，2089×1024.所有这一切都是发生在不到1秒钟的极短时间内。
这样，原子弹就爆炸了。
纳粹德国在行动
20世纪20年代，美国的一些优秀青年，如拉比、奥本海默等纷纷到了英国、德国和丹麦等欧洲国家，求教于当时世界上一些著名的物理学家，如卢瑟福、玻尔、玻恩、海森堡等，在他们的指导下，学习与原子和原子核有关的现代物理学。待学成之后，他们怀着振兴美国物理学研究的雄心，带着最新的量子力学、原子物理和核物理知识回到自己的故乡。这些新知识和新发明就像16世纪西班牙航海家抢来的金子一样稀奇与珍贵，给自己的祖国带来巨大而又令人吃惊的利益。
1932年是一个不寻常的年份，在那一年的2月，发现了中子；11月，罗斯福当选为美国总统；次年的1月，希特勒当上了德国政府的首脑。30年代，希特勒的反犹太和反现代科学的政策，给美国送来了一大批欧洲优秀的物理学家，如弗兰克、费米、维格纳等，使美国的现代物理学，特别是核物理学的研究队伍日益壮大。
1939年1月，玻尔应邀去普林斯顿高级研究院访问。弗里施在他临行前仓促从瑞典赶回来，告诉他铀可能裂变成了两块。玻尔把这一消息带到了美国，立即引起了轰动。当时弗里施正在丹麦做实验，以证实他们的解释。玻尔的儿子奥格通过电话给玻尔通报了弗里施已经看到裂变碎片产生的大电流信号的消息。
玻尔立即和普林斯顿的惠勒合作研究核裂变的机制。他们提出并在理论上证明，只有铀-235才会在吸收中子后发生裂变。玻尔怀疑铀-238吸收中子后会变成一种更重的元素，这个元素也可能会产生裂变。玻尔还提醒，铀-235在裂变时可能会产生两个以上的次级中子。他们的文章在1939年9月公开发表。
核裂变的实验立即在美国的很多实验室被重复和证实。随之而来的是对裂变过程的进一步研究和对裂变生成元素的鉴定，许多科学家不久就分别独立地证实了法国约里奥·居里小组的发现：铀元素在裂变时能产生多于一个的次级中子。这一发现使物理学家们想到了原子核的链式反应：一个中子引起一个铀原子核裂变，而裂变产生的更多中子又引起更多的裂变，因而形成连锁反应。原子核在这个反应过程中，释放出巨大的能量。
当核物理研究发生突变时，希特勒发动的战争也发生了跃变。1939年3月6日，德国军队开进了捷克斯洛伐克。物理学家们不仅看到战争的变化，也看到原子核裂变释放的巨大能量可能会对战争产生的影响。当世界上最大的铀供应国捷克斯洛伐克落入德国人的手中时，他们不能不为此担忧。因此，他们立即以自己的方式作出了反应，西拉德就是其中最为重要的一位。
利奥·西拉德，匈牙利物理学家，生于1898年。他在青年时代就饱受政治动荡之苦。在希特勒掌握政权以后，西拉德先到了维也纳，在那里呆了6个星期，又到英国去了。西拉德具有惊人的才能，他能根据今天的事实，用演绎法来预测明天的事变，他认识到，奥地利迟早是要被纳粹占领的。
1933年秋，在英国物理协会年会上，卢瑟福爵土在发言中指出，凡是谈论大规模地取得原子能的人，都是“胡说八道”。西拉德后来回忆说：“他的讲话使我考虑了这个问题。1933年10月，我的脑海里出现一个想法，就是说，如果能找到一种元素，它吸收一个中子并发射出另外两个，那么就可以实现链式反应，首先我觉得铍可以是这种元素，后来又觉得是某些其他元素，包括铀在内。但是由于种种原因，我没有进行临界试验。”
早在1935年，西拉德就向许多原子科学家提出了这个问题：他们是否认为应该理智地、起码是暂时地停止发表他们的工作结果，并且要考虑到他们的研究有着严重的、甚至是危险的后果。他所询问的科学家之中，大多数拒绝了他的建议。在当时，原子堡垒被攻下来的希望似乎是没有可能的，而西拉德却已经在谈论如何处理战利品了。由于这一“过早的担心”，他所得到的声誉是“荒唐”，即，没有做第一步和第二步，而竟考虑做第三步和第四步的事情了。
1939年4月末到7月末，西拉德和他的朋友们一直苦思，怎样以最好的方式让美国政府了解原子研究工作的巨大意义，以及它们对军事技术可能产生的影响。
1939年3月，费米请求哥伦比亚大学研究生院主任皮格勒姆给美国海军军械部部长、海军上将胡珀写一封信，请求他同意利用费米在华盛顿美国哲学学会作报告的机会，与费米见一次面。3月17日，费米拿着皮格勒姆的介绍信去见胡珀。皮格勒姆在信中以用于学术讨论的谨慎口气写道：“铀可能成为一种每磅可以释放出比通常炸药大100万倍的能量的爆炸物。我自己的感觉是，这种可能性是很小的。”在会见中，费米同胡珀讨论了制造原子弹的可能性，但是，费米的话对这位海军上将并没有产生多大的影响。胡珀只是礼节性地会见了他，希望费米能及时地把他们的研究结果转告海军。
费米在给海军科学家作报告时，提到了用慢中子实现可控核反应和用快中子实现核爆炸的可能性，他说：“然而，不可能对目前存在的实验数据作出任何精确的预言。”费米的报告引起了海军实验室一些在为潜艇寻找新动力的科学家的兴趣，他们也开始了铀分离和核裂变方面的工作。但是，海军不愿意提供用于核研究的经费。这种态度，无疑是给费米等科学家们的头上泼了一瓢冷水。
正当西拉德等人为怎样引起政府机构对核裂变的注意而伤脑筋时，他们得到了秘密报告说，“第三帝国”正在德国政府支持下顺利进行制造原子弹的工作。由此可见，他们的最坏设想已经得到证实了。
通过秘密渠道传到美国物理学家那里的最新消息说，德国人已经采取了坚决行动，他们突然禁止从他们所占领的捷克斯洛伐克出口铀矿石。欧洲另一个有储备铀的国家是比利时，它是由刚果的铀矿产地中得到这种金属的。现在，西拉德正在想方设法来保护这种具有重要战略意义的金属，不让希特勒夺去。可是，美国政府还一直没有认识到铀会有什么军事价值，这种稀有金属当时几乎全部用来制造钟表盘上的发光字码和用于陶瓷工业。
形势越来越明朗了，德国正在从事制造原子弹的工作。西拉德这时意识到，必须得到美国政府的支持，以遏制德国的核计划。
美国的核计划
铀委员会在给罗斯福的第一份报告中指出：由于核研究的军事特别是海军应用，“我们相信这个研究是值得政府给予直接财政支持的。”费米和西拉德等人因此而得到了美国政府的一部分拨款。他们利用这笔资金签订了购买材料的合同，将不断缓慢到来的氧化铀和石墨堆在一起，研究反应堆中材料的排列方式，各种中子吸收、逃离现象，用实验和外延的办法测量、推断和提高反应堆的中子增殖系数。
美国在战争时期制定科研和防务政策的任务主要落在大学校长们的肩上。一方面，这是因为华盛顿的政府办公室里没有人真正深入了解，并能指挥起美国的科学研究；另一方面，军事科研部门缺乏优秀人才。
罗斯福总统看到了这个弱点，他曾在科学家的聚会上讲话，希望科学家能成为保卫美国安全的一支重要力量。美国东海岸的一些大学校长也认为，国家科学院应对战争做一些事情，他们推荐华盛顿卡耐基大学校长布什出面与罗斯福总统商谈有关国防科研的问题。
布什曾是一位电子专家，精通应用数学，曾经担任过麻省理工学院的副院长。布什于1940年6月初与罗斯福总统进行了会谈。6月27日，罗斯福下令成立国家防卫研究委员会，布什担任这个委员会的主席。它的主要任务是在美国科学院和美国政府之间建立联系，使美国的科学研究能在美国政府的支持下，独立地和更有效地为美国的防务服务。布里格斯的铀顾问委员会演变成它的一个下属委员会。布什对它进行了改组，把这个委员会的两名军事成员换成了5名科学家，强化了美国的核研究计划。仅哥伦比亚大学的核研究在1940年11月就得到了4万美元的额外支持，材料的供应也得到了明显的改善。
美国国家防卫研究委员会成立后，实际上只控制了与国家科学院有关的研究人员。当时军队拥有另两个平行机构：军事服务实验室和国家航空顾问委员会。为了将所有的科研能力统一起来，更有效地为战争服务，在布什的提议下，罗斯福总统于1941年6月28日下令成立政府科学研究发展办公室，布什被委派为这个办公室的主任，成为美国战时军事科研的最高协调人，原国家防卫研究委员会成为科学研究发展办公室的一个下属机构。布什在核研究方面的主要助手，哈佛大学校长、化学家科南特接任国家防卫研究委员会主席。布里格斯的铀委员会升级为科学研究发展办公室的一个分部，也称S-1委员会。这样，核研究就变成了美国战时几个最重要的军事研究项目之一。
在西拉德、费米等人积极地争取美国政府的支持，以军事应用为最终目的而从事核研究的同时，另一个纯学术研究性质的实验室却在无意中接近了原子弹研究的大门。
在加州大学伯克利分校的辐射实验室，回旋加速器的发明人、诺贝尔物理学奖金获得者劳伦斯，很热心于加速器技术的改进和更大加速器的建造。1940年，他从洛克菲勒基金会获得100多万美元的资助，以建造重达4900吨的回旋加速器。他的一些物理学界的朋友，如麦克米伦和艾贝尔森等人则利用劳伦斯的回旋加速器产生的高能粒子束做各种核实验。
1940年初，麦克米伦和艾贝尔森在实验中发现了玻尔预言过的第94号元素钚-239存在的迹象。钚-239是由铀-238吸收一个中子，并经过两次衰变后产生的，具有24000年的寿命，与铀有着非常不同的化学性质。他们的这一发现在当年6月号的《物理评论》上公开发表。
1941年2月，伯克利的化学家西博格用化学方法正式证实了钚-239的产生，并开始对它的性质进行系统测定。根据玻尔的预言，钚-239也是一种可裂变元素。英国核研究主持人之一的查德威克看到文章后，立即通过外交途径请求美国方面制止更多消息的泄露。1940年12月28日，英国另一名重要核物理学家考克饶夫通过英国驻美科技代表福勒转给劳伦斯一封信，提醒他注意钚的潜在军事应用价值。麦克米伦不久因雷达研究而返回麻省理工学院，在他的建议和劳伦斯的帮助下，费米当年在罗马的同事西格雷接替了麦克米伦，他们在1941年3月就证实了钚-239的可裂变性。
1941年初，美国很多物理学家对布里格斯的铀委员会的工作提出了意见。布什请美国国家科学院院士、芝加哥大学物理系主任康普顿组织一些“有资格判断核研究”的人对核计划作全面的考证。经过与布里格斯委员会成员讨论后，康普顿的委员会于5月17日递交了第一份报告。报告讨论了慢中子的军事用途，包括利用裂变产生放射性污染、反应堆作为潜艇动力，以及由高纯度的铀-235或其他可裂变元素装配原子弹。报告虽然提出了核动力未来的重要性，但对成功的时间特别是同位素的分离持不乐观的估计，没有能够对原子弹在当时战争中的作用提出肯定的建议。
劳伦斯是国家防卫研究委员会雷达小组的成员，在核物理学的朋友，特别是英国朋友的影响下，他对核研究的军事应用兴趣日增。劳伦斯提出把他的37英寸回旋加速器改装成分离铀同位素的质谱仪。1941年3月，他正式要求布什在财政上支持伯克利搞核研究。7月11日，他给康普顿的委员会递交了一份报告，在美国的核研究史上第一次具体地提出了原子弹的构造，“如果有大量的94号元素，快中子也可以产生链式反应，这个反应释放能量的速度将是爆炸性的，因而可视为一种‘超级炸弹’。”
布里格斯的铀委员会和康普顿的两个报告都未能就原子弹问题作出肯定的推荐。与美国相反，这时英国却对原子弹的前景提出了肯定和乐观的建议。它使布什、科南特以及其他一些美国物理学家感到困扰，认为有必要重新考察整个核研究。布什又一次改组了铀委员会，增加了一名重要的核物理学家，他让科南特找劳伦斯和康普顿会谈，希望劳伦斯为核研究做更多的事情，再次请求康普顿组织国家科学院的物理学家，全面考察核研究。
1941年11月6日，康普顿正式提交了他的委员会的第三个报告，其中写道：“全力以赴研制原子弹，对于国家和自由世界的安全是必不可少的……必须认真考虑到，在几年之内，报告描述的原子弹或类似的铀裂变装置的使用，将决定军事上的优势。只要将足够质量的铀-235材料很快地合在一起，就可以产生具有超级摧毁力的裂变炸弹。”报告估计原子弹的临界质量为2～100公斤。由于原子弹爆炸时，核反应不能完全进行到底，1公斤铀-235爆炸时能产生相当于300吨TNT炸药产生的爆炸力。如果全力以赴的话，原子弹成功的时间为3～4年。
布什接到康普顿的报告后，立即报告罗斯福总统。罗斯福的回答是，如果原子弹是可行的，我们必须首先造出来！
S-1委员会的中心任务是，研究美国能否在战争结束之前造出原子弹。卡耐基大学核研究小组已经证明，快中子在铀中引起核裂变时，80％以上的裂变原于核是铀-235.加州大学伯克利分校的奥本海默根据最新的实验数据，估计原子弹的临界质量为25～5公斤。
原子弹的另一个关键问题是，能否在短期内获得足够的裂变材料。质量不同的同位素不能用化学方法分离，而且由于铀同位素质量大，而质量差小，分离它们是很困难的。当时美国的科学家已经在研究4种不同的铀同位素分离方法：
(1)扩散法。它利用克劳修斯热平衡原理，把质量不同的同位素分离，美国海军实验室很热心于这一方法。这种方法的缺点是效率太低。
(2)离心法。它利用不同质量的气体在旋转时所受的离心力不同而将同位素分离。原则上它可有很高的效率，哥伦比亚大学的尤里和弗吉尼亚大学的皮姆斯在这方面已经做了很多工作，主要涉及到材料和离心泵的问题。
(3)气体扩散法。它利用不同质量的气体穿过一些多孔膜时的透过系数不一样，从而把同位素分离。哥伦比亚大学的邓宁估计，如果让天然铀的氟化物气体通过5000层膜，氟化铀中的铀-235含量可以达到原子弹材料的要求。
(4)电磁分离法。它利用不同质量的带电粒子在磁场中的偏转不同，从而把铀同位素分离。1941年夏，劳伦斯从实验上突破了这一障碍，为铀同位素的大规模电磁分离开辟了道路。
另一种裂变材料钚-239的生产，首先要取决于自持式链式反应堆的建造成功，以及钚-239从铀中的化学分离。费米在哥伦比亚大学用石墨作缓冲剂的“晶格式”指数实验反应堆的中子增殖系数，已达到09以上，物理学家们认为这个系数可随材料纯度的提高而增大。另外一种用重水作缓冲剂的反应堆的研究也在进行，核工厂所需要的原料供应没有遇到很大的困难。
1941年初，在北美洲大概存放有2000吨氧化铀，美国和加拿大的铀矿每月能提供几百吨铀产品。S-1委员会估计，最小的原子弹只需不到10公斤的铀-235，提炼每公斤铀-235需要的氧化铀将少于1吨。一个反应堆也只需要几百吨氧化铀。因此，氧化铀的供应是不成问题的。同时，S-1委员会还筹划为反应堆的研制购买大量的石墨和重水。
1941年12月6日，布什把康普顿等人召到华盛顿，并正式传达了罗斯福总统“全力以赴研制原子弹”的命令。科南特在S-1委员会的会议上宣布，他将作为布什在S-1委员会的私人代表，协调核计划的进展。他同意在4种铀同位素分离方法上同时努力，确保为原子弹研制提供核材料。会议确定了各项具体工程计划的负责人：标准石油公司研究部主任默弗里被委任主管一切与研究有关的工程计划问题；尤里负责铀同位素气体分离的研究；劳伦斯负责铀的电磁分离；康普顿负责反应堆的研制，钚的分离、生产以及快中子和原子弹本身的理论研究。
早在1940年，康普顿就开始在芝加哥大学物理系组织自己的核研究小组；逐步使芝加哥成为美国核研究情报交流中心。他在接到S-1委员会的指示后，立即把芝加哥的核研究小组进行改组，升级成代号为“金属计划”的大研究计划，使其有权调动全美国的核研究力量。康普顿还在物理系建立了一个专门从事核研究的实验室，代号为“金属实验室”，一大批杰出的物理学家应邀到该实验室工作。
美国的核研究计划从此形成了。于是，人类历史上最大的武器——政治联姻将在未来的几年内实现，原子外交时代将悄然降临人间。人类，包括总统、主席、首相和国王们，都不得不在思维中出现“原子”的影子，它让所有的人不得安生，特别是在漫长的“冷战”时期。
