制造原子弹的核心原料:铀-235,到底有多难获取

制造原子弹的核心原料:铀-235,到底有多难获取

2007年,铀粒在通过位于哈萨克斯坦乌斯季卡缅诺戈尔斯克的乌尔巴冶金厂内的一个炉子后在托盘中冷却。

特朗普决定退出伊核协议,世界各地的人们都在怀疑中东国家是否会投入精力来制造核武器。

我们假设伊朗的领导层决定制造原子弹,原子弹的主要原料铀,研究人员如何大量获取。

铀浓缩是建设核武器的关键步骤之一。只有某种类型的铀在核反应堆和炸弹中工作。将这种类型的铀从常见品种中分离出来需要大量的工程技术,挑战不在于如何分离铀,而在于构建和运行任务所需的设备。

就像每个元素的原子一样,都出现在自然界中,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%,为核反应堆和核弹提供能量,而99%的天然铀是同位素铀-238,不能作为核能燃料。

它们分离的关键是铀-235的原子重量比铀-238的原子稍小。

为了分离铀矿石中存在的微量铀-235 ,工程师们首先使用化学反应将铀转化为气体。

然后,将气体放入离心管,一个差不多一人高的圆柱形管子。每根管都以极高的速度旋转,将较重的铀-238气体分子拉入离心管的中心,使较轻的铀-235气体分子更靠近管的边缘,在那里它们将被分离出去。

每次气体,都只能少量的除去铀-238气体,因此这些管串联使用。每个离心机抽出一点铀-238,然后将稍微精炼的气体混合物通过下一个管,然后不断重复,直到成千上万次旋转后,剩余在管内的气体几乎全部是铀-235了。

在通过许多离心步骤分离出气态铀-235后,工程师使用另一种化学反应将气体铀转换回固态金属。这种金属可以塑造,被用于反应堆或炸弹。

由于每一步都只能对铀气体混合物进行少量净化,因此各国只能负担运行效率最高的离心机。否则,即使生产少量的纯铀-235,成本也会变得非常昂贵。

设计和制造这些离心管需要许多国家的投资和技术水平,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,离心管必须是完美的圆柱形以最大限度地提高效率。

我们以美国在广岛投下的炸弹为例,美国需要137磅(62公斤)的铀-235来。

在世界上最大的建筑物中分离出137磅重的铀矿石,并使用了全国电力的10%,在1944年花费了2万人建造该机构,12,000人操作该设施,花费超过5亿美元。,2018年的这一数字约为72亿美元。

中国当年在如此艰苦的环境下完成原子弹的制造,我难以想象当时的研究人员付出了多大的努力,他们是值得永远尊敬的。


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