揭秘原子弹制造：铀-235分离技术大起底！

揭秘原子弹制造：铀-235分离技术大起底！

引用

中国科学院

等

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来源

1.

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2.

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https://www.cnnpn.cn/article/26084.html

1945年8月6日，美国在日本广岛投下了一颗名为“小男孩”的原子弹，这颗炸弹释放出相当于1.5万吨TNT炸药的能量，瞬间摧毁了整个城市。这颗改变世界格局的原子弹，其核心秘密就是一种名为铀-235的稀有同位素。

原子弹的工作原理是利用铀、钚等可裂变物质的核裂变链式反应释放巨大能量。在自然界中，铀主要以两种同位素的形式存在：铀-238和铀-235。其中，铀-238占99.3%，而铀-235仅占0.7%。虽然两者化学性质相同，但只有铀-235能在中子轰击下发生裂变，释放出巨大的能量。因此，要制造原子弹，就必须从天然铀中分离出高纯度的铀-235。

铀-235的分离过程极其复杂，需要经过多个步骤：

1. 矿石加工：首先需要从铀矿石中提取铀。矿石经过破碎、分选、细磨等工序，再用酸浸出其中的铀。这个过程会产生一种鲜黄色的沉淀物，称为“黄饼”，含铀量约为75%。

2. 纯化：黄饼需要进一步纯化，去除可能吸收中子的杂质。这些杂质如果含量超过百万分之八硼当量，就会影响原子弹的爆炸效果。

3. 生成六氟化铀：纯化的铀氧化物与氢氟酸反应生成四氟化铀，再与氟气反应生成六氟化铀。六氟化铀在室温下是无色固体，但在65℃时会升华成气体，便于后续的同位素分离。

4. 同位素分离：这是整个过程中最困难的一步。由于铀-235和铀-238的质量仅相差1.3%，分离难度极大。主要的分离方法包括：

• 电磁分离法：利用质谱仪原理，通过磁场偏转不同质量的带电粒子。这种方法精度高但效率低，美国在曼哈顿计划中曾使用此方法，但每天只能生产几克铀-235。

• 离心分离法：利用高速旋转产生的离心力，使较重的铀-238向外甩，较轻的铀-235留在中心。这种方法效率较高，是现代铀浓缩的主要方法。

• 气体扩散法：利用六氟化铀气体通过多孔膜时，较轻的铀-235扩散速度稍快的原理进行分离。

曼哈顿计划：开创性的尝试

1942年，美国启动了著名的曼哈顿计划，目标是在德国之前研制出原子弹。计划负责人莱斯利·格罗夫斯将军选择了三种铀浓缩方法并行推进：

• 在田纳西州橡树岭建造电磁分离装置，每天仅能生产几克铀-235
• 建造气体扩散工厂，最终成功生产出足够的铀-235
• 尝试热扩散法，但效果不佳

中国的突破：从零到一

1964年，中国成功爆炸了第一颗原子弹，这背后是无数科研人员的辛勤付出。核物理学家王承书带领团队，克服苏联专家撤走带来的技术困境，通过优化扩散机组启动方案，提前113天生产出合格的高浓缩铀。

从二战时期的曼哈顿计划到中国第一颗原子弹的成功爆炸，铀-235的分离技术一直是核武器研制的关键。这种技术不仅复杂，而且要求极高，需要在多个学科领域取得突破。今天，虽然铀浓缩技术已经发展得更加成熟，但它仍然是衡量一个国家核技术实力的重要标志。