日前一些沒有核彈的國家開始試圖製造核彈。大家應該聽過“開始濃縮鈾”的新聞報道吧。
◎原子的重量
原子是由電子雲和原子核構成的,其中發生化學反應的是電子雲。鈾原子共帶有92個電子組成的電子雲,因此所有的鈾原子都可以發生同樣的化學反應。
同樣是鈾原子,但存在原子核構造不完全相同的原子。具體來說是原子核的重量不同。鈾原子存在原子核的相對原子質量為235的235U和相對原子質量為238的238U。這兩個原子具有完全相同的化學反應性能,但核反應的反應性完全不同。較輕的235U能夠發生核裂變反應,可以用作原子彈的材料與核反應堆的燃料。而較重的238U不具備核反應性能。
◎濃縮
自然界中存在的鈾是這兩種鈾的混合物,但235U的比例非常少,僅僅有0.7%。這個濃度無論是用於原子彈還是用於核反應堆,235U的濃度都遠遠不夠。用於核反應堆的話,濃度需要達到3%~5%,用於原子彈的話,濃度需要達到93%以上。把0.7%的濃度提高到百分之幾甚至是百分之幾十的行為叫作鈾濃縮。
圖9-11 鈾的含量
那麽如何提高鈾的濃度呢?235U和238U的化學性質完全一樣,因此無法通過化學反應的方式進行分離,可采取的手段隻有通過重量進行分離。也就是說,使鈾與氣體氟(F2)發生化學反應,生成六氟化鈾(UF6)氣體,之後用離心機進行分離。當然分離一次是不夠的,需要經過幾個階段甚至幾十個階段的離心機分離。這就需要高性能的電機,並且會消耗巨大的電量。
通過上述方法將鈾濃縮後用來進行核能發電或者製作原子彈,這是目前世界的現狀[1]。
[1]日本雖然不進行核彈的開發,但日本的核能發電技術居世界領先水平。