製造原子彈的核心原料:鈾-235,到底有多難獲取

製造原子彈的核心原料:鈾-235,到底有多難獲取

2007年,鈾粒在通過位於哈薩克斯坦烏斯季卡緬諾戈爾斯克的烏爾巴冶金廠內的一個爐子後在托盤中冷卻。

特朗普決定退出伊核協議,世界各地的人們都在懷疑中東國家是否會投入精力來製造核武器。

我們假設伊朗的領導層決定製造原子彈,原子彈的主要原料鈾,研究人員如何大量獲取。

鈾濃縮是建設核武器的關鍵步驟之一。只有某種類型的鈾在核反應堆和炸彈中工作。將這種類型的鈾從常見品種中分離出來需要大量的工程技術,挑戰不在於如何分離鈾,而在於構建和運行任務所需的設備。

就像每個元素的原子一樣,都出現在自然界中,稱為同位素。(每個同位素在其原子核中有不同數量的中子)。鈾-235是一種同位素,其含量不到全天然鈾的1%,為核反應堆和核彈提供能量,而99%的天然鈾是同位素鈾-238,不能作為核能燃料。

它們分離的關鍵是鈾-235的原子重量比鈾-238的原子稍小。

為了分離鈾礦石中存在的微量鈾-235 ,工程師們首先使用化學反應將鈾轉化為氣體。

然後,將氣體放入離心管,一個差不多一人高的圓柱形管子。每根管都以極高的速度旋轉,將較重的鈾-238氣體分子拉入離心管的中心,使較輕的鈾-235氣體分子更靠近管的邊緣,在那裡它們將被分離出去。

每次氣體,都只能少量的除去鈾-238氣體,因此這些管串聯使用。每個離心機抽出一點鈾-238,然後將稍微精煉的氣體混合物通過下一個管,然後不斷重複,直到成千上萬次旋轉後,剩餘在管內的氣體幾乎全部是鈾-235了。

在通過許多離心步驟分離出氣態鈾-235後,工程師使用另一種化學反應將氣體鈾轉換回固態金屬。這種金屬可以塑造,被用於反應堆或炸彈。

由於每一步都只能對鈾氣體混合物進行少量淨化,因此各國只能負擔運行效率最高的離心機。否則,即使生產少量的純鈾-235,成本也會變得非常昂貴。

設計和製造這些離心管需要許多國家的投資和技術水平,這些管子需要特殊類型的鋼或複合材料以承受極端的旋轉壓力,離心管必須是完美的圓柱形以最大限度地提高效率。

我們以美國在廣島投下的炸彈為例,美國需要137磅(62公斤)的鈾-235來。

在世界上最大的建築物中分離出137磅重的鈾礦石,並使用了全國電力的10%,在1944年花費了2萬人建造該機構,12,000人操作該設施,花費超過5億美元。,2018年的這一數字約為72億美元。

中國當年在如此艱苦的環境下完成原子彈的製造,我難以想象當時的研究人員付出了多大的努力,他們是值得永遠尊敬的。


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