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老和山下的小学僧:核弹打工记:核电的爱恨纠葛|2023-11-05

氢弹从良不易,原子弹却早早找好了工作,生了一堆娃娃。各位肯定被新闻里那一堆名字困扰过,什么快中子堆、热中子堆、轻水堆、重水堆……今天挨个给大家报仇!

 

        开篇先扒衣服。“核动力”外表光鲜亮丽,扒了衣服,基本原理和瓦特蒸汽机一模一样。你还别惊讶,“核”仅仅只是个热源,暖宝宝而已,除了发热什么都不干,把这个热量导出来“烧开水”,形成蒸汽后推动转轮,再带动发电机,就是所谓“核动力”。

        大跌眼镜的同学先扶一下眼镜,我们把“核动力”分两部分:暖宝宝部分和烧开水部分。后面的“烧开水”技术比较成熟,暂不细说;重点说一说与“核”有关的暖宝宝部分。

 

        今天的故事,就围绕“暖宝宝发热”展开。

        “拧原子核”要挑最小的氢,这回“掰原子核”当然挑最大的铀。拧原子核那么费劲,这掰原子核可就简单多了,铀核分裂释放能量,自然界但凡涉及能量变化,大多以“热量”和“辐射”的形式释放。这就是“发热”的来源。

        不过,光“发热”是不够的,要随心所欲的发热才行。原理也简单:控制铀浓度和分裂速度,就可以控制发热的速度。

 

        第一个概念出来了:浓缩。

        利用化学手段把铀提纯,化学反应电子说了算,中子是不屑管的,所以化学提纯的铀是由99.3%的铀238(238U)和0.7%的铀235(235U)组成(即235U丰度为0.7%)。想要再分开,就只能靠两者重量的微小差异了,最成熟的办法就是离心机。


先把铀弄成六氟化铀气体,然后放到圆筒里旋转。不同重量的气体分子就会出现分层,重的往边上挤,轻的留中间,再用导管分别抽走,放到下一个筒继续转,这样多折腾几次,浓度就慢慢提高了。那得折腾多少次?自个儿数数伊朗的铀浓缩设备吧,还遭过黑客攻击呢!这离心机可是大流氓严格控制的设备。

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        用于发电的235U丰度为3%~5%左右,舰船动力10%~20%,武器级90%以上,而天然铀仅0.7%。认为击中反应堆就会引起核爆炸的,罚抄原子弹原理一百遍!非武器级铀,为了更好的控制发热和后期废料的处理,会添加其他物质,比如兔子的“铀钼合金”就很不错,含铀10%。

        能自主造原子弹的国家,浓缩铀技术肯定不在话下。

        第二个概念:分裂速度。

        原子核分裂是原子的头等大事,质子和中子得商量着来,电子靠边站。235U有143个中子,238U有146个中子,于是他们商量出了不同的结果:235U分裂快能量多,放出的中子也快;238U分裂慢能量少,放出的中子也慢。掰原子核首选235U,就这么愉快地决定了!

        世人皆知,235U会自发分裂,用中子轰击分裂的更快,中子哪里来?掰开一个原子核就会产生2~3个中子,子子孙孙无穷尽也!简直完美!

 

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