反應(yīng)堆中需要①中子源——點火的火種；②鈾——燃料；③還必須有使裂變中子減速的東西。

不管是用天然的鈾礦作為燃料，還是用經(jīng)過提煉后的鈾作為燃料，都不可能是純粹的鈾235，都有鈾238混在其中。

為了說明在反應(yīng)堆中必須有中子減速器，用下圖來示意。引起鈾235裂變的可以是慢中子，也可以是快中子，裂變后放出的卻是快中子；而引起鈾238裂變的是快中子，裂變后放出的是更慢的中子。要使慢中子加速是不可能的，只有讓快中子減速，減速成慢中子一舉兩得，既能使旁邊的鈾235裂變，又避免被鈾238吸收裂變成更慢中子，或被鈾238共振吸收放射γ射線而失去中子，致使鏈式反應(yīng)終止。

兩種鈾裂變示意圖

怎樣使中子慢化呢？開始他們用重水來減速中子，但重水的需要量起碼要幾噸，生產(chǎn)重水比較困難，至少要數(shù)月才能生產(chǎn)出來。費米與西拉德經(jīng)過研究得出結(jié)論，處在石墨狀態(tài)的碳可以被選為鏈式反應(yīng)堆減速劑，只要石墨吸收中子的吸收率不太大就行。

石墨就是碳分子，中子碰到碳分子時，一種效果是使中子的速度減小，另一種效果是中子被碳吸收了，其中百分之幾被吸收就是吸收率，做反應(yīng)堆是希望中子被慢化而不是被吸收，當然希望吸收率越小越好。費米與安德森馬上弄到一些石墨，測量了它對中子的吸收率，發(fā)現(xiàn)它的吸收率足夠小，而且石墨越純吸收率越小。這樣既能用來減速又不會大量吸收中子，用來作為減速劑是合適的。

這時，西拉德非常努力地要求公司供應(yīng)他們最純的氧化鈾與石墨。1941年夏季，他的愿望實現(xiàn)了，拿到了成噸的氧化鈾與石墨，用錫紙包裹的，10厘米高、10厘米寬、30厘米長的石墨非常漂亮。

要讓“裂變爐”燃燒起來，就要讓爐中的火苗有一定的強度，也就是讓反應(yīng)堆中的中子數(shù)不多不少，恰到好處。

恰到好處？為什么不是越多越好呢？

恰到好處就是既能讓爐子中的燃料慢慢地燃燒，又不能讓所有的燃料猛然一起著火，一起著火，那爐子就要爆炸，就成了原子彈了。

為了解決這個問題，科學家們費盡周折。

從1939年的秋天到1941年的夏季，對鏈式反應(yīng)的各個方面進行了大量的實驗與理論工作，這些工作幾乎都是在費米的領(lǐng)導(dǎo)下完成的。安德森致力于鈾的共振吸收問題，為了避免中子被內(nèi)部的鈾238大量地吞噬掉，需要研究到底要把鈾分割成多大的塊才合適。這方面的理論工作是由維格納領(lǐng)導(dǎo)下的普林斯頓大學研究組與費米密切合作完成的。

他們把氧化鈾分割成小塊，就是要達到讓鈾分裂時放出的中子很快能離開鈾與減速物質(zhì)碰撞而減速，減速后又回到鈾中去的目的。到底鈾塊要多大？減速物質(zhì)要多大？才能既避免鈾238的共振吸收，又能使鈾235繼續(xù)裂變。

當一個中子引起裂變時，所放出的中子中能引起第二次裂變的數(shù)目，稱為增值系數(shù)，用符號“k”來表示。只要“k”能夠大于1，說明鏈式反應(yīng)就能成功了。要達到“k”大于1，要試驗到底把鈾分割成多大的小塊？放多少石墨？如何放置？氧化鈾與石墨的純度是否夠？等一系列問題。為了避免中子從邊緣上逃出堆外，反應(yīng)堆應(yīng)該做得越大越好。但堆做得大材料也費，而且在試驗?zāi)芊駥崿F(xiàn)鏈式反應(yīng)時，目的是要看什么情況下“k”能大于1，并不要真的出現(xiàn)鏈式反應(yīng)，要是實驗時真的出現(xiàn)鏈式反應(yīng)而又沒有做好控制措施，那會發(fā)生什么情況呢？

那反應(yīng)堆會爆炸了！