很多人認(rèn)為生產(chǎn)原子彈主要是用重水反應(yīng)堆的副產(chǎn)品钚來制作钚核心原子彈。其實(shí)這是一種相對比較片面的想法。重水在核工業(yè)中的作用要比很多人想像的大得多。

先說下重水堆吧:重水反應(yīng)堆是利用重水(D?O)作為中子減速劑的一種反應(yīng)堆。其實(shí)是大家最應(yīng)該發(fā)展的一類反應(yīng)堆。在鈾235原子捕獲中子分裂后,可以產(chǎn)生的中子一般都會具備較大的能量,但是能量過大的中子可以直接將原子核打碎,但很難讓鈾原子核在分裂的同時放出額外的中子。這里就需要讓中子的速度在一個合適的速度窗口內(nèi)。重水在反應(yīng)堆內(nèi)就可以有效地作為一個中子減速劑。它的減速效果就比傳統(tǒng)的輕水(H?O)要好得多,可以有效地增加反應(yīng)堆的密度,800MW的反應(yīng)堆就可以輕而易舉的建立出來。而且重水堆并不挑剔燃料,最低豐度的0.13%的鈾燃料都可以在重水堆里面發(fā)電。
但是重水堆也有不好的地方,就是中子的速度對于鈾原子太合適了,容易讓鈾238捕獲,從而生成鈾239,鈾239經(jīng)過一系列的嬗變就會形成制造原子彈的材料钚239。
這也是很多人反對重水堆的一個原因。同時,重水堆還有一個產(chǎn)物就是超重水(T?O),這個反應(yīng)產(chǎn)物中的超重水中的氚雖然和氫彈中需要的氚是相通的,但是,利用重水反應(yīng)堆所能獲得的氚量太大,制造氫彈的實(shí)際氚需求很小,并沒有真正的意義。更多的超重水則會泄露到環(huán)境中造成放射性污染的安全隱患。
關(guān)于大家認(rèn)為“生產(chǎn)原子彈需要重水”的一個原因,主要是因?yàn)樵诙?zhàn)期間盟國炸毀了挪威的一個重水工廠的故事所了解到的。其實(shí)納粹德國的確是利用了挪威的重水工廠來進(jìn)行核武器相關(guān)的研究。但是如果用挪威重水工廠生產(chǎn)的重水來制造原子彈,則是完全不可能的事情。

原因是,挪威的這座重水工廠,日產(chǎn)量僅僅有4公斤。而一個重水反應(yīng)堆最少的重水需求量是15噸,這間工廠日夜不停地生產(chǎn)重水需要生產(chǎn)10多年才可以滿足一座可以制造钚-239重水反應(yīng)堆的需求。
其實(shí)在整個二戰(zhàn)期間納粹德國也就獲得了半噸重水。
那么重水在生產(chǎn)原子彈的過程中除了制造钚239還有什么其他的用途呢?主要在當(dāng)時的核工業(yè)中用來制造氚。在反應(yīng)堆中利用核燃料裂變產(chǎn)生的中子其實(shí)只有很小的幾率在重水中產(chǎn)生超重水。但在1930年代末期就已經(jīng)有了更高效的從重水中制造氚元素的方式。就是用重水和鋰反應(yīng)生成氘化鋰,然后將氘化鋰在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下輻照使氘轉(zhuǎn)化成氚。固體在輻照中的轉(zhuǎn)化效率是液體的重水(D?O)轉(zhuǎn)化效率的幾百倍。然后再通過氚化鋰與鹽酸的反應(yīng)生成超重水,最終再電解出氚氣。
這些氚氣混合了氘氣體后,在等離子狀態(tài)下加速就可以釋放出大量中子。這些中子恰恰是早期原子彈的核板機(jī)。
在早期核彈的設(shè)計(jì)中還有一種用到重水的地方,道理也和重水反應(yīng)堆類似。在核彈材料中增加氘的含量。這樣可以做到讓原子彈爆炸過程中所產(chǎn)生的快速中子減速,產(chǎn)生更多適合核材料原子所能捕獲的慢中子,從而擴(kuò)大核材料的利用率。例如早期的MK12核彈

直至后來钚的產(chǎn)量上來了,這種設(shè)計(jì)的核彈才逐漸退役。

二戰(zhàn)時期檢測濃縮鈾的氣相檢測儀
當(dāng)然了,少量的重水在核工業(yè)中還會用作氣相檢測劑,這個其實(shí)就很好玩了,你用離心機(jī)來濃縮鈾的時候,最終的產(chǎn)物到底是百分之多少濃度的鈾?誰知道呢?檢測這些鈾產(chǎn)物中鈾235的濃度就會利用一種氣相檢測儀的設(shè)備,這個設(shè)備中的溶劑就是重水。
所以說如果石油是工業(yè)的血液,那么重水就是核工業(yè)的血液。它們不僅僅是用來制造钚的,它們幾乎貫穿了整個核武器的生產(chǎn)流程。
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