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1 # 核能大白
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2 # 無數贊中迷失自我
濃縮鈾 (Enriched Uranium),指經過同位素提煉後,鈾235含量超過90%的鈾金屬,濃縮鈾根據鈾235含量的不同,可以分為高濃縮鈾(HEU)(20%以上),低濃縮鈾(LEU)(2%-20%)和微濃縮鈾(SEU)(0.9%-2%)。鈾235含量超過85%則被稱為武器級濃縮鈾,直接用於製造原子彈。
提純濃縮鈾-235含量的技術比較複雜,因為元素的各種同位素如同“孿生姐妹”,無論在物理性質和化學性質上都十分相似,採用通常的各種物理提純方法或者化學提純方法收效都甚微,代價卻很高,所以研發核武所需的高濃度濃縮鈾時間非常漫長。
從上世紀50年底起,美英等西方國家就一直企圖顛覆伊朗政權,但是伊朗依然頑強的生存下來。出於提提防歐美等國的狼子野心和對地區爭霸中佔據有利位置,伊朗對核武器的研發一直未放棄過。
美國也明白,如果讓伊朗擁有核武器,不僅對自己在中東的僕從國是一個災難,更讓自己徹底失去中東這個戰略要地,所以美歐等國一直透過各種手段禁止伊朗擁有核武器,首先就是要禁止伊朗得到生產核武器的必要原料--濃縮鈾。
伊朗聲稱只是生產用於和平用途的低濃度的鈾,但是明眼人都看得出伊朗的企圖,所以圍繞著伊朗鈾濃縮的制裁與反制裁這麼多年來不斷上演。
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3 # 皇家橡樹1972
世界上第一顆實戰原子彈“小男孩”就是使用的U235 為核裝藥,投擲在廣島後當量1.3萬噸當量,並且U235也是製造原子彈的最基礎核材料。
原材料的U235(鈾235)相對容易獲得,目前世界上最先進的提煉U235方式就是“離心法”,目前伊朗多次想啟封核設施,說清楚些:就是要啟封提純U235的“核材料離心機”。
這張圖片是U235“離心法”的生產示意圖,由於U235的原子要比U238小那麼一點點,在高速離心力的作用下U238會沉積到離心機的底部,而U235會透過“鎳基合金薄膜”的細微孔洞後被提取出來。
幾萬臺“高速離心機”一同工作一段時間以後,就會積攢得到足夠製造核彈的U235,再經過冶煉和加一些抗氧化金屬(U235是極易氧化的金屬需要鈦、鎳這樣的抗氧化金屬製成合金)就得到了純度在90%以上的“核裝藥”。 圖片上是低濃縮鈾,主要用於核電站燃燒棒的製造,鈾235 的提煉是耗能和漫長的!幾萬臺“離心機”一天都提取量或許只有幾十克,離製造原子彈所需的重量還有很長的距離!即便是積攢了夠數了的鈾235還需要將其冶煉合金化→機械加工成核部件,有了核材料也只是完成製造原子彈的40%左右的工程量,還有很多的事情要做,比如:多次進行轟爆實驗,以檢驗核材料能否在同一時間向心擠壓,形成鏈式反應(核裂變),這個實驗需要做近萬次才行…所以,原子不是輕易就能製造出來的。
從目前的核理論和核原件製造工藝來說,製造2萬噸級別的核彈需要32㎏左右的鈾235,實際上廣島原子彈用了60㎏左右(鈽只需要11㎏左右長崎原子彈用了25㎏左右)也就是說:使用鈾235製造出來的原子彈當量越大,鈾的使用量就會越多!並且其他“雜七雜八”的裝置和零部件也會越多,如果用鈾235製造一枚100萬噸級別的核彈,那麼最後的武器重量會在2噸以上,這樣大的重量顯然不利於火箭類載荷工具,只能由大型轟炸機去投擲!
鈾離心機長滴就是木箱裡的那個樣子。
雖然“鈾彈”隨著當量的擴大使用量會很多,但是它的整體制造工藝相對簡單,畢竟它是所以核彈的基礎,邁過出這一步國家整體性的安全就會得到極大的保障!所以,認為自己有能力製造原子彈的國家才“趨之若鶩”。
但是,原子彈屬於低水平的核彈,核技術水平高的國家已經摒棄了原子彈,較大量的使用鈽製造核武器,也只有鈽彈才能製造出來氫彈,而氫彈是核武器小型化、微型化的基礎。
氫彈可以減少“鈾核材料”的使用量,鈾235在新型氫彈裡的使用量僅幾公斤,上面圖片裡是美軍“戰斧”巡航導彈所使用的W80 型氫彈頭當量200萬噸,重量才131公斤!更重要的是它的體積很小長度為72釐米、直徑30釐米,要是完全使用鈾235來製造重量起碼在2噸左右!
總體來說,“原子彈”製造工藝要比“氫彈”簡單了許多,從核材料獲得上也相對容易一些,“氫彈”的難度是理論上和製造工藝上,目前“五常”都已經將核彈頭氫彈化,而伊朗和已經核爆過的印巴也有一定量的鈽239儲備,但是沒理論、沒工藝,只能製造低水平的“U235彈”。
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4 # 軍武吐槽君
鈾濃縮屬於製造原子彈的必備過程,因為原子彈的裝藥不管是鈾235還是鈽239都需要丰度不同的鈾235作為基礎工程。不過兩手抓,兩手都要硬,伊朗除了重啟鈾濃縮活動外,往往還會以開啟Arak重水反應堆(鈽彈的必備條件)迴應美國的制裁,而要論原因,就有必要說一說原子彈的構造原理以及提取武器級核燃料的過程了。(伊朗核協議)
原子彈都是透過核材料的鏈式核反應釋放能量的,而根據核裝藥的不同主要分為鈾彈(鈾235)和鈽彈(鈽239)兩種。(鈾彈和鈽彈)
鈾彈的主要材料就是丰度達到90%以上的鈾235,而天然礦石中鈾235與它的哥哥鈾238從來都是相愛相殺的伴生在一起,其中鈾235的含量只有約0.7%左右,因此就需要使用同位素分離法進行鈾濃縮,從鈾礦石中提煉丰度更高的濃縮鈾。(鈾濃縮的氣體離心法)
鈾濃縮有很多不同的方法,最初五常使用的大多為氣體擴散法,不過這個方法因為效率太低、成本太高已經被淘汰。而最新的也有諸如鐳射濃縮法、溶劑萃取法、等離子體分離法等高大上黑科技,但是真正能夠達到商業化而且效率較高的目前只有氣體離心法,而伊朗正是使用的氣體離心法進行鈾濃縮活動。這種方法最顯著的特徵就是需要成千上萬臺相互串聯的離心機對鈾礦石進行一步步的分離提純,但即使使用離心法,要將鈾礦石提純至武器級鈾仍然需要消耗大量電力,而且需要花費數年時間,伊朗耗費了大量心血,目前也只得到幾十公斤丰度20%的濃縮鈾,可見提純鈾235之艱難!伊朗境內一共有兩座濃縮鈾工廠,分別為Fordo和Natanz,但是進行鈾濃縮活動不一定就是製造核武器,因為即使民用核電站所需要的鈾棒也要求濃度在3.5%左右,如果要壓制伊朗的鈾濃縮活動,最直接的措施就是減少甚至銷燬離心機,這也是伊核協議中經常提到的條款。(鈾濃縮與核彈和核電站的關係)
如果鈾彈走不通,那麼還可以發現鈽彈,鈽彈所需要的材料是丰度在93%以上的鈽239,鈽239這種東西屬於核電站中的鈾棒燃燒以後衰變產生的垃圾。理論上只要擁有核電站的國家就能夠囤積足夠數量的鈽239,然而很不幸的是世界上大多數國家核電站使用的都是輕水反應堆,輕水反應堆燃燒後雖然能夠產生鈽239,但是也會伴生出大量鈽240,而在現實中鈽239和鈽240的分離比鈾235的提純難度更大。說句題外話,日本境核心電站使用的都是輕水反應堆,即使積累了再多鈽材料也是造不出原子彈的。
而相比輕水反應堆來說,重水反應堆產生的鈽240則要少的多,提純鈽239的難度也就低的多,所以要提供武器級鈽239,最好的方法就是建造重水反應堆。伊朗人在德黑蘭附近建造了Arak重水反應堆,目的就是在鈾彈之路走不通的時候開啟鈽彈程序,使用鈾濃縮工廠丰度在20%左右的核燃料棒進入重水反應堆燃燒生成鈽239,然後製造鈽彈,整個過程行雲流水,一氣呵成。既避免了國際社會對高濃度鈾235的警惕,又變相達成了自己的原子彈計劃,可謂是美滋滋!(伊朗 Arak重水反應堆)
然而很不幸的是,美國作為世界上核武器經驗最豐富的國家,早就認識到了這一點,在2015年簽訂的伊核協議中,明確要求除了削減離心機數量,最重要的就是改造並停止Arak重水反應堆執行,使其無法用作生產鈽239的機器!隨著特朗普重啟制裁,未來伊朗很有可能以增加離心機數量和重啟Arak重水反應堆作為迴應,我們拭目以待!(特朗普宣佈重啟伊朗制裁)
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鈾是做鈾型原子彈的材料。天然鈾中易裂變材料鈾235的濃度只有千分之7。而要做鈾型核武器,其濃度至少要達到百分之九十以上,國際上濃度高於百分之二十的鈾是不允許買賣的。所以要進行鈾濃縮,提高鈾235的濃度。要做核武器,鈾濃縮是關鍵步驟。
鈾濃縮主要的方法有擴散法和離心機。擴散法簡單講就是將鈾材料氣體化,然後進行吹掃,由於鈾235和鈾238質量數不同,就會分離開。離心機的原理就不用多說了。離心機相對比較高效,不過其製造難度大。