都知道核武器的原理,卻還是造不出核武器,其實技術壁壘在這里

核武器是人类所制造的一种极具破坏性的攻击性武器。

从1945年世界上第一颗原子弹问世,距今已有70多个年头了,核武器的制造原理也早已不是什么秘密了。但对于大多数的国家而言,制造核武器仍然是一件极为困难的事情。是什么成为了阻止核武器扩散的关键技术壁垒呢?

核武器的原理简单来讲就是“链式反应”,何为链式反应呢?我们知道制造核武器的关键原料是铀235,这是一种独特的元素,当铀235吸收了低能中子之后,便会发生裂变,从而释放巨大的能量。而一个铀235在裂变的过程中会释放出2个中子,而这2个中子又会被其它的铀235吸收,促成其它铀235的裂变发生,这种牵一发而动全身的传递过程就是链式反应了。

问题是在自然界之中,铀235并不是单独存在的,它总是和铀238在一起。

通常我们所说的铀矿之中铀235的含量只有0.7%,其它全都是铀238,这有什么问题呢?铀235与铀238的区别在于,铀235有92个质子和143个中子,当它吸收中子之后便会产生裂变反应。而铀238有92个质子和146个中子,它吸收中子之后不会裂变,会直接变成有92个质子和147个中子所组成的铀239,就这样,中子被它不声不响的吃下去了。

所以当铀235和铀238在一起的时候,即使铀235发生裂变,释放的中子也会被铀238吃掉,所以自然也就不会继续产生链式反应。所以就必须要将铀235与铀238分开,可是两者无论是物理性质还是化学性质都极度相似,想要分离,难度可想而知。

如果说铀235与铀238有什么区别的话,那么就是铀235比铀238轻,不过只轻那么一点点。

要将铀235与铀238分离,也就必须要借助于二者的这一点点区别。而要利用两者重量上的差别将其分离,首先就必须要将二者变为气体,问题来了。铀单质的沸点可以达到4131摄氏度,别说很难将其气化,就是气化了,如此高温,用什么容器进行分离呢?所以不行,必须要将其变为一种沸点低的化合物,这种化合物要满足两个条件,一是沸点低,二是少有同位素。

因为如果同位素过多,在进行分离之后,无法确定那些更氢的气体是铀235,因为也有可能是更轻的其它同位素。所以最终选定了氟,最终确定的铀化合物气体就是六氟化铀。六氟化铀的沸点只有56摄氏度,而氟在自然界中也只有唯一的同位素,可谓理想选择。

制造六氟化铀就是核武器制造过程中的第一个技术壁垒。

六氟化铀有剧毒,哪怕是一点点水蒸气都能生成致命的氢氟酸,且腐蚀性极强,大多数金属都承受不住,另外它性质活跃,即使在极低的温度下都可以和氢发生爆炸。在历史上,为了能够分离出氟单质,多少科学家都在分离过程中或完成后失去了生命。仅这一点就成为了很多国家难以逾越的难题。

如果我们成功拥有了六氟化铀,那么马上就会遭遇第二道技术壁垒。要利用六氟化铀气体分离铀235和铀238有两种方法,一种是气体扩散法,一种是气体离心法。所谓气体扩散法,就是让六氟化铀气体通过管子进入到一个低压容器中,由于质量轻的气体会比质量重的气体扩散快,所以铀235会比铀238先出来,收集先出来的气体,然后反复这一过程,就能使铀235的纯度越来越高。

相比气体扩散法而言,使用气体离心法进行铀235的浓缩更为高效也更为常见。

气体离心法就是将六氟化铀气体放入离心机之中,在离心机的高速旋转过程中,质量轻的气体会集中到中间上部位置,而质量重的气体会被甩到外层下部,收集中心上部气体,再反复使用离心机进行浓缩,就得到了纯度越来越高的铀235。

铀浓缩的方法听起来好像不算太难,但制造这些离心机却充满了各种技术难题,进行铀浓缩的离心机要产生百万倍重力的离心力,每秒钟的转速可以达到数千转,而制造离心机的金属既要经得住六氟化铀的腐蚀,又?得承受得了高速转动,这就不是一般国家可以搞得定的。位于美国俄亥俄派克顿的浓缩铀工厂拥有6万台先进的气体离心机,也只能将铀235浓缩到30%的水平,而要制造核武器,至少要把它浓缩到80%以上才行。