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核武器中的「彈藥」鈾究竟是什麼樣子?又是如何提煉製造的?

小故事:60年代,一個美國文科大學生在上核擴散理論課時與教授發生爭執,說他可以單憑公開的科普資料來造出核彈。教授不信,就把這個當作對學生的考試,說給你一個月時間寫出設計方案,不能爆就不及格。結果學生贏了,他根據公開資料設計了一個「槍式核彈」,其可行性得到當時軍方核專家的認可。

咱們先看一下什麼是槍式核彈?

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投到廣島的原子彈「小男孩」的內部構造

這是典型的槍式原子彈, A、B為兩塊鈾。兩塊鈾合為一體時就會出現核爆炸,B後面為引爆用的普通炸藥,用於把B鈾塊推過去。

類似於下面這個樣子

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A、B鈾到底是什麼樣子?下面是一塊武器級鈾金屬,從退役的槍式原子彈中拆出。

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鈾是如何提煉製造的?

鈾是具有緻密而有延展性的銀白色放射性金屬。鈾通常被人們認為是一種稀有金屬。

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核燃料進入核反應堆前要經歷鈾礦開採、提取、精製、轉化、濃縮、燃料元(組)件製造等過程的加工。

鈾礦石

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鈾礦開採

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鈾提煉

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分離

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下一步是濃縮。分離濃縮想必大家都清楚,就是通過氣體離心機完成。

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布滿離心機的濃縮鈾工廠

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下面這個是裝黃餅的桶,可以看看工作人員有什麼特別防護沒有。

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下圖為核電站中使用的核燃料,它是由上面的黃餅繼續提純後得來的,戴著一副手套後,你依然可以用手捧著它們。

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最後看一看鈾的爆炸威力

1千克鈾235全部裂變後放出的能量,接近2萬噸TNT炸藥!如果用火車拉,足足需要340多節車廂,火車長達5.2千米!

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如果這些中子撞擊到另外的原子核,引發一次,甚至更多次新的裂變,像鏈條一樣傳遞下去,就是鏈式反應。

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可如果大多數中子還沒撞上原子核,就飛到外面了,裂變反應的規模就沒法變大,也就沒法形成核爆炸。

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如果把這塊鈾材料加厚加大,裂變產生的新中子,就能在飛出去前,有足夠機會撞上原子核,結果一次裂變變成兩次,然後變成四次、八次……這就形成了核爆炸。一微秒內,這個數量就能超過2億億億次!基本上一千克鈾裡面的原子核都能被撞裂。

因此把核材料積累到一定數量,就能產生核爆炸,這個質量就叫做臨界質量。最簡單的原子彈,就是把兩塊都不夠臨界質量的核材料,猛地合到一起。也就是我們文章開始講到的「槍式原子彈」,最簡單的原子彈。

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