为什么非要用铀235和钚来做原子弹?

寒风


原因有三方面,一是自然界中存在或是获取较为方便。铀235自然界中就存在,铀矿之中含量0.72%(已经很高了好吗),而铀矿中极大量没用的铀238(千分之993)和有用的铀235(千分之7)混杂在一起

要费力两者就需要几万台离心机上百万次离心才能得到纯度90%以上的铀235(武器级铀)

生产每一公斤武器级铀需要消耗铀矿石200吨(然而并不影响铀235成为成产最容易的武器级核原料)

而钚239虽然是人工核素,但生产较为方便,产量可观。

一般可以使用提炼铀235的副产物铀238和少量铀235通过快中子反应炉产出钚239

(老毛子家的增殖炉,有用核燃料越烧越多~)

二是他俩临界质量小~做原子弹的材料从理论上来讲,受到其原子核受到快中子撞击可以稳定裂变就OK了,换个说法就是核燃料最小起爆质量。铀235是52千克,钚239只有10千克,特别容易达到小型化,所以各国才花大力气让铀通过快堆变成钚239。而钚242临界质量75~100千克,镅243更过分临界质量达到了180-280千克,裂变材料还是核心部件,也就是图里的蓝圈部分

若是那这俩做裂变材料,为了压缩这俩大爷,核弹里面普通炸药量将大大增加,核弹体积也要大大增加,到时候洲际导弹被更重的弹头压成了粗粗小短腿,轰炸机被尺寸更大的核弹撑成了大肚皮,

这到底是人性的缺失还是道德的沦丧?

三是他们半衰期较长

铀235半衰期长达704,000,000年,钚239也长达24,110年,而虽然有些核素临界质量也小,也可以人工核反应获得,但半衰期太短了。比如钚241有14.3年,锎252才2.6年,想想要是用90%的锎252造原子弹,今年造完,大后年锎含量才45%,原子弹变脏弹,惊不惊喜意不意外?


疯狗的轻武


最初选择铀是碰巧而已。

1934年,33岁的罗马大学教授费米在约里奥居里夫妇的实验基础上,改用中子来轰击元素,连续轰击了铝、铅、铀、铂等二十多种元素,很遗憾,轰击大多数元素都没有发生裂变反应,只有铀释放出了新的粒子,费米意识到中子和铀发生了核反应并且产生了新的元素。

图释:诺奖得主,美国原子能之父——美籍意大利物理学家费米

当时核物理理论远没有现在的发展的这么好,铀235可以说是通过轰击不同种的材料精心挑选出来的。

自1945年7月16日美国第一颗原子弹实验成功,到现在已经过去了70多年,现在看来被轰击的其它元素也有的可以发生裂变,只是中子的能量不够,发生裂变的概率很低,检测技术也相对落后,并没有检测到而已,但是目前原子弹的材料依然是铀235和钚239。主要的原因如下:

一、其他材料造的原子弹轰炸机带不动。

铀235和钚239的容易发生核反应,用专业术语表达就是核反应截面大,反应截面的含义是核反应发生的概率,铀235和钚239同属于易裂变核素,钚的反应截面更大,钚发生核反应时放出的能量更多。

图释:中子轰击铀235动图演示

如果选用其他的材料,临界体积将非常大,这样造出来的原子弹连战略轰炸机和巡航导弹都无法带动,不符合实战中要求的小型化、精准化,那只能是花拳绣腿,不实用。

图释:钚239

二、铀235和钚239相对容易获取。

前段时间回答过怎么样提炼铀235,读者评论难度堪比提炼黄金,其实比提炼黄金更难,但这已经算相对容易的了,铀235在铀同位素中占0.72%。

目前发现的易裂变元素就这么几种:铀235、铀233,钚239,铀233,这三种核素只有铀235是天然存在的,其它两种是人工核素均为人工核素,铀233需要钍232俘获中子后再经过两次β衰变生成,钚239需要铀238俘获中子后再经过两次β衰变生成,这两者都需要反应堆才能合成,钚弹威力更大,我国第一座生产钚的反应堆建在酒泉基地。

图释:人工合成钚239核反应示意图

因此选择了钚239和铀235,今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普


也不一定是非得用铀235做原子弹,还可以用钚-239。

用其他放射性元素恐怕就不是最好的选择了。

先简单的说一下什么叫核裂变吧。

核裂变就是一个较大的原子弹啪唧一下子碎了,成了两个较小的原子。就和家里摔盘子是一样的。

铀235是一个基本稳定的元素,半衰期长达703,800,000年。但是当一个中子高速的击中铀235的原子核后,这枚铀235的原子就会变成了一个铀的同位素——铀236。这是自然界不可能存在的元素,因为铀-235在捕获一个中子后原子处于激发态,绝大部分的铀-236会立刻裂变成氪92和钡141。同时会释放出3个中子完成裂变的过程 292+141+1+1+1=236等式成立。

在裂变过程中放出的三个中子会继续击中其他铀235的原子核使反应次数成指数级增长。

在自然界的各种元素中铀235和钚239的原子最容易被中子打碎并放出大量中子。原因是由于这些元素的原子核在各种能量级别的中子命中后都可以发生裂变,有的原子核被中子击中只会产生+1的同位素,有的原子核被中子击中后会裂变但是不继续放出中子。而真正可以引发链式反应碎裂并放出中子的元素并不多。铀235和钚239以及钚241都是不多的元素中的一份子。

因此各种原子弹会大量的选用铀235作为其主要的核材料。同时由于铀235在天然气铀矿中含量高达0.72%因此通过离心机或激光富集还是相对比较好收集的。


对于其他的放射性元素不是裂变钚放出中子就是被中子击中只能增加原子量,那么就很难形成核爆炸了。做原子弹当然也就钚选这种材料了。


军武数据库


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哈灬哈66096005


小学毕业不懂这些,太高级了


作一晚泥工


主要是因为“裂变截面”的原因。中子入射到原子核上的时候,不是一定会发生裂变核反应的,大部分中子都是“被散射”了,只有很少一部分中子才被原子核吸收了。但吸收之后,也不是全部裂变,可能是只放出γ射线。这些核反应,都是有固定“几率”的,核物理学上把这些“几率”称为“核反应截面”。当然,这些“核反应截面”的数值,其实是很小的。一个中子入射到一平方厘米的面积上,只放有一个原子核时,截面的数值一般只有10的负24次方的量级,称为一个“巴恩”。

这样,要想发生链式裂变反应,就需要选择那些能够发生“中子诱发裂变反应”,而且“裂变截面大”的那些核素作为核燃料。那么,钚-239的裂变截面最大,达到了七百多个“巴恩”,其次是铀-235,达到了五百六十多个“巴恩”,再次是铀-233,达到了五百二十多个“巴恩”。其它核素的裂变截面就很小了,例如铀-238,在快中子入射下,裂变截面才十几个“巴恩”,而钍-232,才几个“巴恩”。所以都不能作为裂变核燃料。

当然,这些核素都是放射性的,所以,还要挑那些半衰期足够长的核素。例如镎-238,中子诱发裂变截面达到了1800多个“巴恩”,比钚-239要大多了。但它的半衰期只有两天多,很快就会衰变殆尽,就无法作为核燃料了。而钚-239的半衰期为两万四千多年,铀-233为十五万九千年,铀-235就更长了。所以,只有这三种核素可以作为核燃料。


手机用户58903279720


我也不是学理科的学哲学经济的,完全是个人感兴趣,搜集了一些二手资料。主要是是从三方面因素来考量,一是锕系元素的半衰变性,二是可获得性,三是裂变链式反应的过程的可延续性,既热能点裂变截面系统规律,也就是裂变截面大小。

首先一个铀238的半衰期经4.468*109年,铀235的半衰期7*108年,钚244半衰期是8.2×107年,碘的半衰期为8天,最小的钋216:0.16秒,从数字看出并非裂变截面越大越好,时间过短也不具有适用性。

从统计意义上讲,半衰期是指一个时间段T,在T这段时间内,一种元素的一种不稳定同位素原子发生衰变的概率为50%。“50%的概率”是一个统计概念,仅对大量重复事件有意义。当原子数量“巨大”时,在T时间内,将会有50%的原子发生衰变,从数量上讲就是有“一半的原子”发生衰变。在下一个T时间内,剩下未衰变的原子又会有50%发生衰变,以此类推。但当原子的个数不再“巨大”时,例如只剩下20个原子还未衰变时,那么“50%的概率”将不再有意义,这时,经过T时间后,发生衰变的原子个数不一定是10个(20×50%)。

经过核浓缩后浓度大于90的高浓缩铀才能被当成制造武器的主要原料。再者铀的自然储备直接决定了能否开采足够数量用以作为核能原料的主要来源,作为锕系元素自然界储量非常微小,除了铀元素外铀只需要提纯,几乎其他的都需要实验室人工合成,钚元素可以通过铀235元素中子撞击铀238裂变反应后获钚239,比较著名的作为核电站的快中子增值核电站。

以一个核燃料循环的过程为例,热能点裂变截面系统规律的影响,直接影响最后裂变反应堆的延续,时间过快铀不能够完全释放能量和释放中子,需要经过重水反应来减慢反应速度。

世界对核能的利用都属于高度关注的地步,我国也对核能进行保护式的利用,但我国由于储量上仅仅占了世界第十位所以不具有开发利用核能的先决条件,技术上又不具有先天优势,所以仅仅在少数地区开发和利用核能,由于美国以及世界各国对核的担忧,开发核能仅仅代表几个大国的意愿不具有普遍代表性。

希望自学没有误人子弟。


小沈与小黑殿下


因斯坦的质能方程揭示了质量和能量的关系,理论上来说任何微小的质量都对应着巨大的能量,但实际应用和理论总会有一些差别 二战时期的原子弹与现在的核电站都是利用重核裂变的原理来释放能量的,美国当初投在广岛的“小男孩”就是一颗以铀235为裂变原料的原子弹,第二次投在长崎的“胖子”是以钚239为裂变原料的原子弹。



早期的原子弹之所以要选择铀和钚作为裂变燃料就是因为它们需要的温度和压力都是当时的技术条件能达到的,铀235为原料的原子弹爆炸方法非常简单,只需要将总质量16.9公斤以上的两块铀235以高速撞到一起就能触发不可控的链式反应,也就是原子弹爆炸。


钚239为原料的原子弹需要的质量比铀弹少而且威力还比铀弹大,抛开战争因素不谈,和平年代的核电站主要目的是让链式反应可控且平稳的运行下去,同时还需要释放可观的能量,不然就亏本了。

现在我们能做到的只有可控核裂变,能量释放更为可观而且无污染的可控核聚变还在实验阶段,暂时无法投入商用,而铀和钚的半衰期长且稳定性强,尽管核废料的污染性仍然无法解决,但核能最为人类安全系数最高的能源,还是被各国所青睐。 现在有些国家已经开始尝试用钍元素实施可控核裂变了,毕竟它的含量足够丰富而且要比铀元素更加安全


许大胖


因为铀233,铀235,钚239是易裂变核素,可以用慢中子诱发核裂变的链式反应,应用于核能领域和制造核武器。其它人造超铀元素也可以制造微型反应堆及微型核武器,热核武器的微型扳机,强中子源。如镅245,锎252等人造超铀元素,它们可以用于氢弹,中子弹的微型扳机,微型原子弹。


天授大业-告成


这个图很有创意


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