涨知识:核武器中的浓缩铀是怎样做出来的

现在,唐纳德·特朗普(Donald Trump)总统已经把美国从与伊朗的核协议中拉了出来,全世界的人们都在想,中东国家是否会把自己的精力投入到制造核武器上。但是,如果真的要制造原子弹,那么研究人员将如何获得足够的浓缩铀,该怎么做呢?

本文仅为科普!

铀浓缩是建设核武器的关键步骤之一。只有某种类型的铀才能在核反应堆和炸弹中工作。将这种类型的铀从更常见的品种中分离出来需要大量的工程技术,尽管完善这项技术需要数十年的时间。但是,真正的挑战不在于如何分离铀,而在于构建和运行浓缩铀任务所需的设备。

涨知识:核武器中的浓缩铀是怎样做出来的


2007年,哈萨克斯坦乌斯-卡姆诺戈尔斯克的乌尔巴冶炼厂,冷却中的铀颗粒。

铀原子,就像每个元素的原子一样,都存在于自然界中,称为同位素。 (每个同位素在其原子核中有不同数量的中子)。铀-235是一种同位素,其含量不到全天然铀的1%,可以为核反应堆和核弹提供燃料,而同位素铀-238占天然铀的99%,但没有核能利用价值。

怎样将1%的铀-235分离出来呢?它们分离的关键是:铀-235的原子重量比铀-238的原子稍小。

为了分离天然铀矿石中存在的微量铀-235,工程师们首先要使用化学反应将铀转化为气体。然后,将气体放入离心管 —一个一人高或更大尺寸的圆柱形管。每根管都以极高的速度在其轴上旋转,将较重的铀-238气体分子拉入管的中心,使较轻的铀-235气体分子更靠近管的边缘,在那里铀-235气体分子可以被吸出。

每次气体在离心机中旋转时,只有少量的铀-238气体被从混合物中除去,因此这些管需要串联使用。每个离心机抽出一点铀-238,然后让稍微精炼的气体混合物通过下一个管,直到成千上万次旋转后,剩余在管内的气体就几乎全部是铀-235气体分子。

在通过许多离心步骤分离出气态铀-235后,工程师会使用另一种化学反应将气体铀转换回固态金属。这种金属便可以塑造成用于反应堆或原子弹的浓缩铀原料了。

由于每一步都只是对铀气体混合物进行少量净化,因此浓缩过程基本只会选用运行效率最高的离心机。否则,即使生产少量的纯铀-235也会变得非常昂贵。

而设计和制造这些离心管,已经超出许多国家能承受的经费和技术水平。 这些管子需要特殊类型的钢或复合材料,以承受极端的旋转压力,必须制造完美的圆柱形,以最大限度地提高效率。制造过程需要特殊的机器,而机器本身几乎与离心管一样难以制造。


分享到:


相關文章: