生產原子彈為什麼要用重水?

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首先我們要知道什麼是重水?

重水(氧化氘)是由氘和氧組成的化合物。分子式D2O,分子量20.0275,比普通水(H2O)的分子量18.0153高出約11%,因此叫做重水。

它的作用 :

1、重水主要用作核反應堆的慢化劑和冷卻劑,用量可達上百噸。 重水分解產生的氘是熱核燃料。

2、重水還可做示蹤物質。

3、電解重水可以得到重氫,重氫是制氫彈的原料。

為什麼要用重水?

一、它可以作為中子減速劑:某些核子反應堆使用重水來減慢中子的速度,讓它們有機會與鈾反應。輕水亦可以作減速劑,但因為輕水會吸收中子,因此輕水式反應堆必須使用濃縮鈾,而不能使用普通鈾,否則將不能達到臨界質量。

二、重水反應堆不單可以使用普通鈾,而且會把鈾238轉化成為可製作核彈的鈈。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鮮都是以這樣方法制造核燃料。為了防止核子武器擴散,重水的生產和出售在很多國家都受到限制。


東方鐵鷹


重水因為其分子質量大於普通水(輕水)約11%,因此被稱為重水,在天然水中,重水的比重只佔到約0.02%,重水的分子式為D2O,由一個氧原子核兩個重氫原子組成,它和輕水的化學性質基本一致,但是物理性質卻不盡相同,比如其沸點和冰點略高,沸點為101.42℃,冰點為3.8℃,並且純度高的重水被人飲用後,致死率能夠達到60%以上,因此不能作為人體飲用水!
(重水結成的冰由於密度較大,會沉入水中)

不過由於水中的氫原子能夠對中子進行散射慢化,減少裂變反應劇烈程度,所以重水和輕水雖然不盡相同,但是都常被用於核反應堆的堆芯慢化劑。如果說生產原子彈為什麼要使用重水,其實這和核反應堆有著莫大的關係,而這一切都得從原子彈的構成說起。

原子彈是通過物質的核裂變釋放能量而產生破壞的殺傷性武器,而目前能夠產生自發性裂變的材料只有鈾和鈈兩種元素,根據這兩種核裝藥的不同,原子彈被分為鈾彈和鈈(bu)彈。鈾彈是由鈾235填充,而鈾235主要是從鈾礦石中提取,經過離心機鈾濃縮後成為丰度在90%以上武器級鈾,這樣才能成為製造原子彈的材料,而在這些步驟當中,沒有任何一個環節需要使用原子反應堆,因此也就不需要重水的參與。



(鈾彈和鈈彈)

而相比鈾彈而言,鈈彈則需要丰度在93%以上的鈈239作為原料,鈈239在自然界中是不存在的,因此只能通過人工干預的方式來批量製造,而這個人工方法就是通過原子反應堆生成,因為原子反應堆中低丰度的鈾燃料棒中擁有大量的鈾238,鈾238在吸收快中子後會生成鈾239,而鈾239經過衰變後則會生成鈈239。

而原子反應堆根據所使用的冷卻劑不同分為輕水反應堆、重水反應堆,這兩種反應堆雖然都可以生成鈈239,但是不同的是輕水反應堆中生成的鈈中含有大量的鈈240,而鈈240的自發裂變的比率相當高,一旦鈈239中混入的鈈240數量太多,就容易導致中子數量激增而產生爆炸,妥妥的定時炸彈。


(鈈239的生成過程)

事實上國際上將反應堆中鈾235燃燒後生成的乏燃料分為三個種類:鈈240含量超過19%的稱之為廢材級別的反應堆級鈈,只能進行填埋處理,沒有什麼利用價值。而鈈240含量在7%到19%的則稱之為燃料級鈈,可以在快中子反應堆中繼續使用。鈈240含量少於7%的稱之為武器級鈈,可以用於製造原子彈。只有武器級鈈才能夠在提純取雜之後得到丰度在93%的真正可以製造原子彈的鈈原料,因此如果要製造鈈彈,必須做的一件事就是建造重水反應堆!


(儲存在水池底部的乏燃料棒)

那麼我們就不能將反應堆級鈈或者廢料級鈈中的鈈240去除然後得到丰度更高的鈈239嗎?可以,但是這個難度比提純鈾235更大,因為鈈239和鈈240只相差一箇中子,區別就是你比另一個人只多一根頭髮,如何將這二者識別並準確分離,目前以人類的技術幾乎無法實現。而我們常說日本儲存了多少噸反應堆乏燃料,其中有多少鈈239,可以製造多少顆原子彈,其實都不過是謠言而已,因為日本的核電站幾乎全部都是輕水反應堆,生成的乏燃料中含有大量的鈈240,如果日本真拿這個去造原子彈,沒等全部完工,估計自己就爆炸了。(福島核電站全部為沸水反應堆,屬於輕水堆的一種)


軍武吐槽君



重水是反應堆從天然鈾中提煉鈈的一種材料。因此,重水的生產一直受到監測,材料受到出口管制。此外,重水中氘對熱核武器的兩種成分氚和氘化鋰的生產至關重要。一個尋求大量重水的國家可能希望使用這種材料來中和緩化反應堆,並且可能計劃生產鈈。



氘在物理上與普通氫非常不同,大約是普通氫的兩倍。重水,是氫原子都被氘取代的水,氘是氫的同位素,含有一個質子和一箇中子。它自然存在於水中,但含量很少,不到5000分之一。重水是允許核反應堆以天然鈾為燃料運行的兩個主要緩和劑之一。另一種慢化劑是反應堆級石墨(含硼少於5 ppm,密度超過1.50克/立方厘米的石墨)。1942年建造的第一個核反應堆使用石墨作為慢化劑。第二次世界大戰期間,德國的努力集中使用重水來緩和使用天然鈾的反應堆。



重水對核擴散的重要性在於,它為生產武器用鈈提供了又一條途徑,完全繞過了鈾濃縮和所有相關的技術基礎設施。此外,重水慢化反應堆可以用來製造氚。

氘在元素氫中以大約0.015%的濃度自然產生。這種自然產生的同位素被濃縮,以“重水”的形式產生純氘重水被用作核材料生產反應堆的冷卻劑和緩和劑。重水可以使用硫化氫-水化學交換、水蒸餾或電解來製造。


軍機處留級大學士


首先應明白生產原子彈要用到重水是早期原子能反應堆技術所致,現已不用。

第一代反應堆是以石墨為中子減速劑的石墨堆。石墨可以把易於為U238捕獲的快中子減速為易於為U235捕獲的慢中子,從而引起U235的鏈式裂變反應。後來出現了以重水(D2O)為減速劑的重水堆,是為第二代原子能反應堆。這兩種堆都是沒有意識到其中隱含的增殖堆技術和U235提純困難,當時的U235混有較多U238的緣故。

由於當時已知U238捕獲一箇中子就會轉變為Pu239,而Pu239是可以進行鏈式裂變反應的,於是為了生產Pu239就必須用以重水為減速導熱劑的重水堆了。這其實是個彎路,但當時就是這麼認識的。現在這二種堆已逃汰。現在大規模應用的是幾種輕水(

H2O)堆,包括可以生產Pu239的增殖堆,以及用U235純度較高的高功率密度艦艇用堆。至此,當可明白製造原子彈或建造核裂變堆是可以不用重水的。現今重水主要用於獲取重氫D2,以研究聚變及聚變應用,如託卡馬克、氫彈和中子彈。重水的其他應用及危害,因資料很多,這裡就不重複了。


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一般咱們就說的是核裂變的那種原子彈吧,就是炸日本那種。

這種原子彈需要的主要材料之一就是鈈239,但是製造這個東西,需要一些慢化劑。可以簡單的理解為不能在做這個玩意的時候爆炸,才需要重水或者其他東西來當做慢化劑。當然了,核電站裡的重水也是充當慢化劑的角色。

所以這裡才需要重水。當然沒有重水也能生產原子彈,用其他慢化劑也行,只不過步驟稍微麻煩一些。

如果是核聚變彈,也就是常說的氫彈,就需要重水裡面的重氫元素,也就是氫的同位素氘。氫彈主要用氘和氚兩種氫的同位素來進行聚變,釋放出巨大能量。

那為啥不用普通的氫呢?可以倒是可以,就是更麻煩一些,沒有這倆好使。比如太陽就不管你是什麼同位素,只要是氫甚至氦,老子都可以拿來聚變。

但是我們人類科技比較弱,沒有辦法產生那麼高的溫度和能量,智能用最容易聚變的元素來搞。所以才需要重氫。


蛋科夫斯基


不一定非要用,石墨也可以代替。

但是有了重水,製成鈈239的效率更高。

重水(heavy water)(氧化氘)是由氘和氧組成的化合物。分子式D2O,分子量20.0275,比普通水(H2O)的分子量18.0153高出約11%,因此叫做重水。在天然水中,重水的含量約佔0.015%。由於氘與氫的性質差別極小,因此重水和普通水也很相似。重水的離子積常數為1.6*10-15.作用1、重水主要用作核反應堆的慢化劑和冷卻劑,用量可達上百噸。 重水分解產生的氘是熱核燃料。2、重水還可做示蹤物質。3、電解重水可以得到重氫,重氫是制氫彈的原料。


刀v鋒


重水(或稱氘化水,化學式D2O或者2H2O)是水的一種,它的質量比一般水要重。普通的水(H2O)是由兩個只有質子的氫原子和一個氧16原子所組成,但在重水分子內的兩個氫同位素,比一般氫原子有各多一箇中子,因此造成重水分子的質量比一般水要重。在自然界中,重水的含量很少。

由於普通水和重水都是由相同數量的氫和氧原子組成,兩者的化學反應皆會接近相同。但在物理上,重水的溶點和沸點比普通水稍高,在一個大氣壓力下,重水的溶點是攝氏3.82度,沸點是攝氏101.4度。

密度方面,在攝氏20度和一個大氣壓力的環境下,重水的密度是1.105g/cm3。由於重水比普通水不容易被電解為氫和氧,以及與普通水相比,其含量稀少的關係,人們便以電解的方式來提煉純度更高的重水。因此,重水的價格也比較昂貴。

有另一種重水稱為半重水,HDO,它只有一個氫原子是多一箇中子的重氫。一般的半重水都並不純正,通常是50%HDO,25%的H2O 及 25%的D2O。

用途

使用核磁共振分析時倘若溶劑是水,而研究的對象是氫,可以使用重水作溶劑。

中子減速劑:某些核子反應堆使用重水來減慢中子的速度,讓它們有機會與鈾反應。輕水亦可以作減速劑,但因為輕水會吸收中子,因此輕水式反應堆必須使用濃縮鈾,而不能使用普通鈾,否則將不能達到臨界質量。重水反應堆不單可以使用普通鈾,而且會把鈾238轉化成為可製作核彈的鈈。印度、巴基斯坦、以色列、北朝鮮都是以這樣方法制造核燃料。為了防止核子武器擴散,重水的生產和出售在很多國家都受到限制。


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用重水即氧化氘作為慢化劑的核反應堆被稱為重水反應堆,或簡稱為重水堆現在的反應堆幾乎都利用熱中子,因此慢化劑是反應堆不可缺少的組成部分慢化劑與中子碰撞使中子亦即減少中子的數量的話,便失去了意義。所以,重水是非常優異的慢化劑,它與石墨並列是最常用的慢化劑。


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