1. 首頁 > 云知道 > >

為什么鈾235其他元素不行,核彈為什么要用鈾

云知道核彈

【為什么鈾235其他元素不行,核彈為什么要用鈾】鈾是元素周期表中的第92號元素，是自然界中最重的天然元素 。為什么核反應堆的核燃料都是鈾，而且還是鈾-235？不會是豐富的鈾-238吧？云室觀察放射性元素的衰變，為什么是鈾 。就鈾而言，鈾的幾種同位素如233234234、238都不合格，只有235合適 。
核彈為什么要用鈾，而不是其他元素？
核彈當然可以用其它元素，而且已經用了 。當然，也不能瞎用，需要裂變同位素才行 。比如二戰時期的胖子原子彈，它是枚钚239核彈，一炮就把長崎給糊了 。后來氫彈被開發出來，它使用了氘化鋰6 。氘化鋰6是鋰6和氘反應生成的物質，人們通過原子彈當做裂變扳機，鋰6會在劇烈的反應中產生氚，氚與氘產生熱核反應，核聚變就形成了 。
氘即重氫，氚即超重氫 。所以，本質上核彈的原理并不是難以闡述——中子射向原子核并被吸收，導致不穩定和裂變，繼而爆發連鎖反應 。人們只是借助中子對原子核進行轟擊，使之發生反應并釋放出巨大的能量罷了 。中子與靶核碰撞時，產生了兩個原子核，每個原子核的質量約為初始目標原子核的一半也會產生兩到三個中子，但產物質量之和小于初始質量根據方程式E=mc2，將0.1%的初始質量轉換為能量，然后新產生的中子繼續轟擊其它靶核，產生連鎖反應并產生能量 。
如今各國使用的核電站，與核彈技術某種程度上是一致的，區別僅在于規模的大小和對核反應的控制上 。人們需要核反應的熱量，但不需要真的種出一顆大蘑菇，所以核反應堆與核彈不同，前者給快中子減速受控，能燒個水就行了，后者則給中子加速以獲得更大更徹底的裂變能量 。可控核聚變的反應堆又與今天的裂變堆不一樣，正在研發中的聚變堆相當復雜，主要使用托馬克磁場環流器，以磁場約束等離子體，高功率激光陣列為驅動器進行聚變發電 。
聚變反應與裂變反應的作用也是相反的當暴露在極高的溫度和壓力下時，一些輕原子核可以聚變在一起形成較重的原子核，并在過程中釋放能量 。人們之所以看上了氘氚這倆氫同位素做聚變材料，主要就是相對便宜好獲得，通過電解水就能取得氘重水不能電解，所以把水電解掉，剩下的就是重水 。再利用反應堆靶向照射氟化鋰碳酸鋰鋰鎂鋰鋁等金屬，通過熔融即可提取氚，再輔以富集技術，便能得到豐都較高的氚 。
有人看科幻小說中常說海水中到處都是氘氚，這么說沒大錯，因為重水氧化氘確實是從水中提取的，而地球上最多的就是海水 。氘氚之外的其它物質當然也可以核聚變，比如用氦3，這種物質不產生中子，因此可控性簡直完美 。問題是，地球上壓根就沒啥氦3，僅有幾百公斤，月球上倒是有不少，只要把月壤加熱到700度就能制取 。
因為不會放出中子，也就沒了中子射流，核爆炸時那種亂七八糟的強環境輻射也就不存在了 。再回到原子彈的問題上，原子彈是裂變核武器，通過中子轟擊原子核，造成原子核的分裂并釋放出巨大的能量 。原子反應背后是什么呢？是核力，核力是一種相互作用的作用力，它們之間的作用原理其實人類還不太明白，專門的學科涉及到量子場和唯象理論 。
簡單的說，存在一種把原子黏在一起的力，核力越強大，原子的凝聚性就越強 。這也是人們為什么選擇鈾235的原因——鈾原子很大，因此它們的凝聚性相對較差，這可以讓中子加速沖擊原子核更簡單，而且也更容易在短時間內百萬分之一秒內產生大規模的幾何式裂變反應，釋放出更多的能量 。前面說的除了鈾235之外的另一種原子彈材料钚239，它與鈾又有點不同 。

推薦閱讀