87如何固定氘原子

    陈慕武这次要在粒子加速器上做的是两个实验，分别是等在准备室之外的爱丁顿，想要看到结果的那个用氘原子核轰击氘原子核的实验；还有自己真正想要做的那个让氘原子核和氢原子核发生碰撞的实验。

    所以他这次选择把液氘汽化后所产生的氘气，充入了已经排空了氢气的粒子发生器当中，准备依葫芦画瓢，把氘气变成等离子体，然后再通过电压筛选，把带正电子原子核拍出来，当做两次实验当中的粒子来源。

    把氘气充入到粒子源里面，能够算得上是整个实验里最简单的一步。

    做完这项工作以后，陈慕武开始待在粒子加速器面前发呆，而爱丁顿则是待在实验准备室里，透过玻璃观察着里面正在发呆的陈慕武。

    过了好一会儿，在外面的爱丁顿都已经等得隐隐有些不耐烦，在里面穿着静电隔离服的陈慕武才终于有了下一步的动作。

    他没有去选择操纵面前的粒子加速器，而是关上了粒子源的阀门，然后走了出来。

    爱丁顿十分不解地问道：“什么情况，陈？”

    “陈慕武的脸上带着苦笑：“我觉得今天的实验，不出意外的话应该是做不成了。”

    “为什么？出了什么事情了吗？机器坏了？”

    刚才还是十分不解的爱丁顿，听到回答之后就立刻变成了十分震惊的状态。

    “也没什么大事，是我这里出了问题。我对实验的准备不足，把操作粒子加速器这件事想的太简单了。”

    “你不是粒子加速器的设计人吗？怎么连这台机器都不会用呢！那就快去找能够操作这台机器的人来，我们要做的这个实验背后的意义很伟大，一分一秒都耽误不得！”

    “爱丁顿教授，整个卡文迪许实验室最会操作这台机器的两个人，现在他们一个在美国，另一个不知道是在德国还是在苏连，一时半会儿都回不来。”

    看着爱丁顿眼睛上面那两条眉毛越拧越紧，表情也是越来越急切，陈慕武终于不再卖这个关子：

    “但就算他们回不来，这件事情我也能解决。因为出现的问题不是我不会使用这台加速器，——我当然会使用——，真实的原因是我们的实验材料准备不足。”

    爱丁顿被他说得越来越迷糊：“你说要氘气，英国空气公司连夜把液化好了的液氘送了过来。而这里又有现成的粒子加速器，还缺什么实验材料？还能缺什么实验材料？”

    “缺氘……”

    “缺氘？”

    听到陈慕武给出来的理由，爱丁顿终于要忍不住爆发了。

    就算陈慕武今天不想做实验，他但凡能选一个稍微合理一点儿的借口，都能把自己这个门外汉给糊弄过去。

    结果他居然说缺氘，明明英国空气公司送来的液化气罐，现在正摆在准备室的角落里！

    还有，如果没有氘气的话，那他刚刚往粒子源里充入的，又是什么东西？

    原来还挺喜欢陈慕武的，谁能想到他现在会变成这个样子了？

    “爱丁顿教授，等我说完！”

    趁着爱丁顿爆发之前，陈慕武赶快打断了他的施法吟唱。

    因为他深知爱丁顿身上有着两面性，既是一位儒雅随和的英国绅士，又是一个动手揍起人来毫不留情的莽撞大汉。

    如果对方一个控制不住，也像上次打《哲学杂志》编辑部的编辑那样，一个拳头砸在自己脸上，那陈慕武可就吃不了兜着走了。

    “我说的缺氘，并不是指缺的是液氘或者氘气，而是缺少了一种能够把氘原子固定在靶子上的方式。”

    韩昌黎公有言，“业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随”。

    陈慕武这次倒霉就倒霉在了“荒于嬉”上面。

    他确实带着赵忠尧和考克罗夫特一起制造出来了世界上第一台粒子加速器，也指导着他们通过利用被加速的氢原子核轰击金属靶，完成了人类历史上第一次核嬗变的实验。

    可是在那之后，陈慕武就开始当起了甩手掌柜，基本上他把粒子加速器这边的一切大事小情都交给了他们两个人。

    一段时间以来，陈慕武只知道卡文迪许实验室里的研究人员，在他们两个的帮助下，用这台粒子加速器做了很多轰击实验。

    他对这些实验都有了大体印象，所以前几天才能很快就从资料储存室里找到用被加速的质子轰击氢原子的云雾室轨迹照相底片，向爱丁顿展示这两个氢原子核撞在一起，也是不会产生氘原子核或者是氦－2核的。

    但如果要是更进一步地问起那些实验具体是怎么做的，陈慕武就开始变得不知情了。

    他也是刚刚站在粒子加速器前，才发现了这么一个严峻的问题。

    之前在粒子加速器上做靶子的，无论是金属元素还是非金属的晶体，由这些东西制作成的靶子，都是固体。

    可他这次要当做靶的是氘，在常温常压下一向都是以气体的形式存在，又该如何才能把它固定在靶位上呢？

    陈慕武在实验室里站了半天，也没能想出来这个问题的解决办法。

    他只好离开了安装有粒子加速器的那间屋子，脱下静电隔离服重新回到实验准备室里，和爱丁顿详细解释了自己遇到的问题和苦恼。

    就算陈慕武说的有理有据，可脾气上来了的爱丁顿仍然有些不依不饶。

    “你之前不是和我解释，因为氢分子中有两个电子，所以电荷量到最后还是能守恒的。那个不就是用的氢气吗，怎么换成氘之后就不可以了？”

    “教授，那可能是当时我考虑不周，以为氢气就可以当做靶子，完全没往粒子加速器的深处想。”

    爱丁顿竟然想到了氢气，他也就同样想到了几天前，陈慕武给他找出来的那张云雾室照相底片。

    “陈，还是那一次，伱不是还给我找到了一个用质子轰击氢原子核的照片吗？他们又是怎么做出来的实验呢？”

    “这个……我也说不太清楚。”

    被抓包的陈慕武很尴尬。

    爱丁顿生气归生气，只是现在这个情况他也不好发泄，毕竟实验要紧。

    当初如果不是陈慕武在对那个《泰晤士报》记者提出来，太阳当中的核聚变可以有新的形式存在，他到现在还是对这个想法持一个悲观态度。

    而且现在陈博士的两个助手都不在剑桥，想要在粒子加速器上操作进行这个实验，还非得是他不可。

    心中当然还有些气愤，不过爱丁顿很快就调整了过来，轻声安慰陈慕武道：“那我们就去翻翻他们的论文吧，说不定能找到解决的办法。”

    离开粒子加速器实验室的时候，爱丁顿不再像来的时候那样欢欣雀跃。

    去往卡文迪许实验室的路上，两个人相顾无言。

    陈慕武很快就从资料室里面找到了前不久发表的利用质子轰击一系列元素的论文，也在论文里找到了轰击氢原子核的那部分。

    果然就像他站在粒子加速器前参禅的时候领悟出来的道理一样，他们在实验当中加入到粒子加速器当中去的，也不是由氢分子组成的氢气，而是把氢原子固定到了晶体当中。

    看到这个思路后，陈慕武才当了一回事后诸葛亮。

    他在心中暗自抱怨，自己早就应该想到这一点。

    小居里夫妇为了检验铍射线究竟是不是伽马射线，就是利用了富含氢原子的石蜡块，为的就是能够增大铍射线和石蜡中氢原子碰撞的概率，更容易把质子从石蜡当中给打出来。

    他自己前两天也用到了这个办法，为什么今天就把这个方式给忘记了呢？

    当然，在那篇用质子轰击氢原子的论文当中，并没有使用石蜡，而是选择了无机化合物，比如氯化铵NHCl或者亚硫酸铵（NH）SO。

    对于陈慕武来说，这倒是个一个不错的选项。

    因为石蜡当中虽然富含氢原子，可那些原子都是只含有一个质子的氕，陈慕武根本就找不到富含有大量氘原子的石蜡。

    而无机化合物就不一样了，虽然同样不能在天然矿物中找到富含有大量氘原子的氘代氯化铵NDCl或者氘代亚硫酸铵（ND）SO。

    但是现在已经有了最关键的材料液氘，这些无机化合物完全可以在实验室里小规模的合成。

    看过论文之后的陈慕武，向爱丁顿说出了自己的想法：想要做那个氘核轰击氘原子的实验，就必须先要找个化学实验室，利用氘气制备一部分氘代氯化铵NDCl。

    陈慕武最终选择的是氘代氯化铵而不是氘代亚硫酸铵，不是因为前者在那篇论文当中的排名更靠前，而是因为制作起来更加方便。

    氮气N和氘气D的体积一比三，在五百度左右的高温下，利用铁触媒进行催化，就可以变成氘代氨气ND。

    工业上合成氨用的就是这个办法，在实验室中复刻虽然费时费力，但终究还是能把氘代氨气给合成出来的。

    有了氘代氨气之后，就该轮到制作另外一种材料，也就是氯化氘了。

    这个制作起来比氘代氨气更加简单，只需要让氘气在氯气当中燃烧，产生苍白色的火焰，直到集气瓶当中的黄绿色渐渐消失，就是产生了氯化氘气体。

    然后把氘代氨气和氯化氘混合，就能产生大量白烟，也就是氘代氯化铵的固体粉末。

    陈慕武两辈子都没怎么接触到过化学实验，这些浅显知识还是通过他仅存的高中记忆回想起来的。

    还有什么氢气燃烧之前需要验纯，收集一试管气体管口向下靠近点燃的酒精灯，尖锐的爆鸣声就是不纯，微弱的噗噗声就是纯净。

    知识是没忘记，但是动起手来有多大的把握，他却说不准。

    陈慕武又觉得氘代氨气和氯化氘混合之后，收集生成的烟雾状氘代氯化铵产物似乎很困难。

    不如把这两种气体都通入到水里面，变成氘代氨水和氘代盐酸，再把两种溶液混合起来，应该就能得到氘代氯化铵的水溶液了吧。

    在水溶液的基础上对氘代氯化铵进行结晶，应该比起收集那些燃烧后形成的固体粉末来要容易一些。

    但是如果制作水溶液的话，就又要面临一个问题。

    前面从氨气的合成，到燃烧获得氯化氢，他都在一直确保着里面所有用到的氢原子都是氘。

    同理，制作水溶液时所需要的水，如果使用的是普通的蒸馏水HO的话，氘代铵根在水中会发生水解，ND可以被离子化氘离子D和氘代氨ND，同时释放能量。

    而氘离子又能和水中微弱电离的氢氧根OH结合，变成半重水HDO。

    有氘原子通过水解进入到了水中，就有同样数量的氢原子进入到了铵根里。

    这么一来，从氘代氯化铵水溶液中结晶出来的晶体，很有可能并不是纯的NDCl，而是NDHCl，里面会被掺杂上一些氕原子。

    假如为了保持纯粹，那么制作水溶液的时候就不能使用普通的蒸馏水，而是应该用重水DO了。

    可是重水卡文迪许实验室里没有，他们只有英国空气公司送来的液氘。

    早知道买什么液氘，就应该直接买重水。

    不管是电解重水还是往重水里面扔一块钾，都能很轻松地制取出氘气来。

    但这也就是想想而已，虽然因为陈慕武提前发现了氘，之后不久又发现了重水，世界上的第一家重水工厂此时也已经开始建造，但是是现在还没有生产重水的能力

    瞻前顾后了半天，陈慕武最终决定还是就选择普通的蒸馏水，而不是再去考虑什么重不重水的问题。

    甚至连氯化氘他有不打算自己制备，而是大大方方地使用现成的盐酸。

    反正都已经用上普通的蒸馏水了，那么产出的氯化铵分子中有到底有一个氢原子还是两个氢原子都无所谓。

    他只要保证能够用氮气和氘气产生氘代氨气，让最终生成的氯化铵晶体含有氘，成功地把气态的氘气固定成为固态的氘原子，适合放到粒子加速器里当靶子，那么一切就万事大吉。

    更何况他不仅要用氘原子轰击氘原子，还要轰击氢原子。

    这个靶子上两种氢的同位素都有，说不定还能取得一石二鸟的效果。

    (本章完)