科普

铀浓缩方法

为了获得高加浓度的 铀235，早期， 科学家们曾用多种方法来攻此难关。

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原子弹

最后“ 气体扩散法”终于获得了成功。铀235原子约比铀238原子轻1.3%，如果让这两种原子处于气体状态，铀235原子就会比铀238原子运动得稍快一点，这两种原子就可稍稍得到分离。气体扩散法所依据的，就是铀235原子和铀238原子之间这一微小的质量差异。这种方法首先要求将铀转变为气体化合物。六氟化铀是唯一合适的一种气体化合物。这种化合物在常温常压下是固体，但很容易挥发，在56.4℃即升华成气体。铀235的六氟化铀分子与铀238的六氟化铀分子相比，两者质量相差不到百分之一，但事实证明，这个差异已足以使它们分离了。

六氟化铀气体在加压下被迫通过一个多孔隔膜。含有铀235的分子通过多孔隔膜稍快一点，所以每通过一个多孔隔膜，铀235的含量就会稍增加一点，但是增加的程度是十分微小的。要获得几乎纯的铀235，就需要让六氟化铀气体数千次地通过多孔隔膜。

气体扩散法投资很高，耗电量很大，但这种方法仍是实现工业应用的唯一方法。为了寻找更好的 铀同位素分离方法，许多国家做了大量的研究工作，已取得了一定的成绩。例如离心法已向工业生产过渡， 喷嘴法等已处于中间工厂试验阶段，而新兴的冠醚化学分离法和 激光分离法等则更有吸引力。可以相信，今后一定会有更多更好的分离 铀同位素的方法付诸实用， 气体扩散法的垄断地位必将结束。

原子弹的另一种重要装药是钚239。钚239是通过反应堆生产的。 在反应堆内，铀238吸收一个中子，不发生裂变而变成铀239，铀239衰变成 镎239， 镎239衰变成钚239。由于钚与铀是不同的元素，因此虽然只有很少一部分铀转变成了钚，但钚与铀之间的分离，比起铀同位素间的分离来却要容易得多，因而可以比较方便地用化学方法提取纯 钚。

铀233也是原子弹的一种装药，它是通过钍232在反应堆内经中子轰击，生成钍233，再相继经两次β衰变而制得。

从上面可以看到，后两种装药是通过反应堆生产的。它们是依靠铀235裂变时放出的中子生成的，也就是说，它们的生成是以消耗铀235为代价的，丝毫也离不开铀235。从这个意义上来说，完全可以把铀235称作“核火种”，因为没有铀235就没有反应堆，就没有原子弹，就没有大规模的 原子能利用。

有了核装药，只要使它们的体积或质量超过一定的临界值，就可以实现原子弹爆炸了。只是这里还有一个原子弹的引发问题，也就是如何做到：不需要它爆炸时，它就不爆炸；需要它爆炸时，它就能立即爆炸。这可以通过临界质量或临界尺寸的控制来实现。从原理上讲，最简单的原子弹采用的是所谓枪式结构。两块均小于临界质量的铀块，相隔一定的距离，不会引起爆炸，当它们合在一起时，就大于临界质量，立刻发生爆炸。但是若将它们慢慢地合在一起，那么链式反应刚开始不久，所产生的能量就足以将它们本身吹散，而使链式反应停息，原子弹的爆炸威力和核装药的利用率就很小，这与 反应堆超临界事故爆炸时的情况有些相似。因此关键问题是要使它们能够极迅速地合在一起。

这可以象旁图所示的那样，将一部分铀放在一端，而将另一部分铀放在“炮筒”内，借助于烈性炸药，极迅速地将它们完全合在一起，造成超临界，产生高效率的爆炸。为了减少中子损失，核装药的外面有一层中子反射层；为了延迟核装药的飞散，原子弹具有坚固的外壳。