按道理来说,反应堆既然能实现链式反应,那么只要使它的中子增殖系数k大于1,不加控制,链式反应的规模将越来越大,则最终会发生爆炸。
也就是说,反应堆也可以成为一颗“原子弹”,实际上也是这样,若增殖系数k大于1而不加控制的话,反应堆确实会发生爆炸,所谓反应堆超临界事故就是属于这样一种情况。
反应堆重达几百吨、几千吨,无法作为武器使用。而且在这种情况下,裂变物质的利用率很低,爆炸威力也不大。要制造原子弹,首先要减小临界质量,同时要提高爆炸威力。
这就要求原子弹必须利用快中子裂变体系,装药必须是高浓度的裂变物质,同时要求装药量大大超过临界质量,以使增殖系数k远远大于1。
原子弹的装药,能大量得到、并可以用作原子弹装药的还只限于铀235、钚239和铀233三种裂变物质。
铀235是原子弹的主要装药,要获得高加浓度的铀235并不是一件轻而易举的事,这是因为,天然铀235的含量很小,大约140个铀原子中只含有1个铀235原子,而其余139个都是铀238原子。
尤其是铀235和铀238是同一种元素的同位素,它们的化学性质几乎没有差别,而且它们之间的相对质量差也很小。
用普通的化学方法无法将它们分离,采用分离轻元素同位素的方法也无济于事。
赵卫东知道要成功制造原弹,最关键就是铀浓缩方法。
他知道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,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56.4c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,油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。
赵卫东知道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。
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。
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