為什麼非要用鈾和钚來做原子彈?其它放射性元素不行嗎…


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為什麼非要用鈾和钚來做原子彈?其它放射性元素不行嗎?

理論上其它一些放射性元素也是可以的,比如現在已經進行過實驗的鈾233,還有镎237和一些镅的同位素。

但是,幾乎沒有一個比鈾235和钚239更適合的了。

如果使用一個核材料製作核彈,那麼它必須符合一個條件,那就是引發核裂變的鍊式反應。

簡單的說就是,核材料在裂變中釋放的中子,至少能在另一個原子核中產生核裂變,這樣我們就只要提供一個原始的中子就好了。

但是,如果中子失去的速度比它們由裂變形成的速度快,鍊式反應將不能自我維持。在鍊式反應正好可以自我維持的時候,這個時候被稱作臨界質量。

其實,非放射性現在不能成為核材料也可以歸結為這一點,因為這些元素的臨界質量是無限大的。

其它核材料不好製作原子彈(或者沒有達到武器級別)的第一個問題就在這裡,因為許多放射性元素的臨界質量非常大,如果作為原子彈材料,你可以想像它的體積有多大。

鈾235的臨界質量是52kg,而钚239的臨界質量只有10kg,之所以鈾233被證明是武器級核材料,很大一部分原因也是它的臨界質量只有15kg。

還有一點,不同同位素是有著不同的臨界質量的,而且很多放射性元素的同位素臨界質量也是無限大的,比如鈾238。

從這裡也不難發現,元素是否放射性和是否作為核材料是兩碼事,而達到武器級別又是另一回事,本質原因是裂變和衰變涉及到原子核的基本力是不同的。

當考慮臨界質量的時候,其實我們現在已知的放射性元素中,就已經沒有幾個符合武器級別的了。

雖然少,但還是有的。

之所以鈾235和钚239成為最普遍的核武器材料還有其它兩個重要原因——相對好獲取和半衰期足夠長。

上面這個表格里是臨界質量相對小的核材料,你不難發現,其中一些半衰期是很短的,有一些一年都不到。

這種情況是不利於儲存的,今年造好的原子彈,明年它的原材料就變成了不能引起鍊式反應的其它元素。

另外一點是相對容易提取,這個也很好理解。

大部分放射性元素都是人工合成的,而人工合成的元素都有一些相似的問題,就是製造不容易,提取很難,但是消失卻很快。

比如我們前面所說的镎和镅就都是人工合成的,镎的大部分同位素都是半衰期極短——幾天的那種。

镎237的半衰期是很長了(上面表格里的第四個,半衰期2,144,000年),但是獲取它是個大難題,現在它應該都沒有成為交易品被明碼標價。

镅的一些同位素是有明碼標價的,但很貴很貴,我查到镅241的單價是每克1500美元左右。要製作原子彈的話,光這些核材料的成本估計就是百八十億。

而鈾235就不一樣了,它是天然存在的,在天然鈾礦中大約有0.7%的鈾235,而其它幾乎都是鈾238。

看著好像不多,但這個成本已經比那些人工合成的要低許多了。

钚239是在核反應堆中通過鈾238吸收中子而人工生成的,它獲取的成本也相對較低,所以它也是不錯的材料。