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1 # 雛菊西瓜Peterpan
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2 # 嵐海之婪
核武器常用的核燃料是鈾。把鈾從礦石中提煉出來比較容易。礦石中體檢出來的鈾主要是鈾238,而核武器使用的是鈾235,在鈾中的含量只有0.71%.
鈾235只比鈾238少三個中子,化學性質一樣,所以使用化學方法分離鈾235和鈾238就不可行了。
由於鈾235比鈾238少三個中子,鈾235比鈾238輕1%,理論上可以用離心機分離,但是單個鈾原子重量輕,本身差異又小,所以一個離心機只能粗粗的把放進去的鈾原子分兩堆,取輕的那堆放第二個離心機,最後要得到武器級鈾需要幾千個離心機協同工作。這幾千個離心機要質量穩定,配合默契,還要躲著別的國家,別被發現,有這個能力的國家不多。中國也才在2010年左右才做到用離心機批次生產鈾235.
伊朗如果有能力生產原子彈那麼美國也不會做出一副要開戰的準備,那些被打的國家沒有一個是有核武器的,有核武器他又打過哪個?雖然原子彈的原理很簡單,然而從理論變成實物跨著好幾個地月距離,在核燃料武器級提純這個步驟幾乎可以卡死全世界90%的國家,靠洗衣機是得不到高純度濃縮鈾的,所以原子彈真的不是隨隨便便就能搞出來的。下圖為用於濃縮鈾的離心機工廠
原子彈包括以鈾-235為裝藥的“鈾彈”和以鈽-239為裝藥的“鈽彈”,當年投擲在廣島的“小男孩”就是槍爆式鈾彈,而投擲在長崎的“胖子”為內爆式鈽彈,他們的裝藥濃度都在93%以上。如果是鈾彈,那麼需要直接將鈾提純到武器級,也就是93%以上,如果是鈽彈那麼需要用重水堆產生鈽-239再進行後處理。拿到鈾礦石之後首先要進行篩選和破碎,之後是的步驟是鈾礦→重鈾酸銨→純淨鈾氧化物(黃餅),純淨鈾氧化物→硝酸鈾→三氧化鈾→二氧化鈾→四氟化鈾→六氟化鈾,為什麼要生成六氟化鈾呢?因為鈾的提純需要在氣態下進行,而六氟化鈾常溫下為固態,只需要加熱到54.7度就可以直接昇華為氣態,固氣轉換方便且要求低,無論是運輸還是提純都比較方便。下圖為“黃餅”,鈾氧化物的含量達到80%以上,是製備濃縮鈾的一種中間產物
然而生成六氟化鈾只是鈾濃縮的開始,因為這裡面只有大概0.7%左右是鈾-235,剩下的都是沒用的鈾-238。目前對鈾濃縮主要有2種方式:氣體離心法和氣體擴散法
氣體離心法是大家比較熟悉的,就是用離心機不斷的“甩”,將質量較大的六氟化鈾(鈾-238)“甩”到相對較外的位置,而質量相對較小的六氟化鈾(鈾-235)留在較中心的位置,這樣就可以分離出含“鈾-235”的六氟化鈾。這種方法耗能比較小,整體效率相對較高,目前世界上大多數都是採用氣體離心發進行鈾濃縮
但是如果只是提純核電站用3%-5%的濃度還好說,但是如果想要提純90%的武器級濃度那麼是難上加難,因為這種級別的濃度對離心機要求極高,而且還需要多級串聯逐級分離,如果單機功率不夠那麼串聯後也分離不出高濃度的鈾-235。上萬臺高效能離心機24小時連軸轉可能一個月才能分離出1枚鈾彈所需要的35-40公斤濃縮鈾。而且這種級別的離心機不是誰都能買到,它屬於管制品,技術只掌握在少數幾個國家。伊朗目前的離心機技術可能是趁蘇聯解體時的加盟共和國手中拿到的,自己之後也發展了幾個型號的離心機,但是推測也只能達到提純20%水平,距離核武器90%級別的相差非常巨大。下圖為伊朗媒體曝光的中國產IR4和IR6離心機
再一種就是氣體擴散法,也是成熟的一種濃縮鈾技術。簡單來說因為同溫度下質量越大的氣體分子跑的越慢,鈾-235質量相對鈾-238要小,這樣可以更快的透過擴散膜,這樣就可以將鈾-235純度提高一點。
但是氣體擴散法效率比較低,一般要經過1200-1500次才能將濃度提升至5%左右,提純到90%級別的是要花費很多的時間。而且氣體擴散法耗能極大,甚至要專門配套發電廠保障電力供應。下圖為美國橡樹嶺的氣體擴散工廠,電力需求量是氣體離心法的將近10倍。對伊朗來說這和負擔非常大,美國在冷戰期間核燃料提純使用了國家發電量的7%
而伊朗目前沒有可用的成熟重水堆,只能發展“鈾彈”。但是就伊朗現有的提純水平還不太可能直接發展可用原子彈,而且即便總裝出原子彈也要進行試爆得出爆炸資料,否則並不能論證自己的核武器技術。