核武器基本原理核材料有關(guān)問題

1下次課堂討論目前伊朗核問題的主要議題是什么？各方主要觀點是什么？第七講：核武器基本原理-2

--核材料有關(guān)問題《科學(xué)技術(shù)與國際安全》課程號：407003333鈾的同位素鈾235：0.7%，半衰期7億年(壽命，一半沒有了），吸收任何能量中子都裂變，低能中子裂變概率大，是裂變核武器中的有效成分；鈾238：99.3%，半衰期45億年，吸收低能中子變成钚239，吸收高能中子發(fā)生裂變。問題：如果時間倒流，鈾235的含量會如何變化？（過去鈾235很多)12.7億年前鈾235的豐度是2%。鈾238經(jīng)過改造可以變成钚239，钚239也可以當(dāng)作核材料，制作核武器。12.7億年，伊朗不要以鈾濃縮為借口，因為鈾235很豐富（半衰期的緣故）核燃料循環(huán)-前段鈾礦勘探和開采→鈾礦石或礦石溶液鈾（產(chǎn)物）提取→黃餅(yellowcake,U3O8八氧化三鈾）（二氧化鈾，陶瓷狀）轉(zhuǎn)化(conversion)（鈾，核燃料輻射很小，可以拿在手里)路徑1：→UO2（天然鈾燃料）路徑2：→UF6（六氟化鈾氣體）→濃縮→轉(zhuǎn)化成鈾氧化物（或金屬鈾）燃料制備(fuelfabrication)5鈾濃縮----提升鈾235的含量）化學(xué)方法對分離鈾235無用，因為鈾235和鈾238化學(xué)性質(zhì)相似）7鈾的濃縮如何提高鈾235的含量： 離心法、擴散法、激光同位素分離。鈾235含量高的稱為濃縮鈾，一些商用反應(yīng)堆要求鈾235濃度大于2%；剩余的鈾238含量高的物質(zhì)稱為貧鈾。貧鈾彈算核武器嗎？不算武器級鈾指鈾235濃度大于20%，不過體積太大（核武器國家通常為90%，可以縮小體積）。伊朗核問題是什么？（見下一頁）濃縮鈾：鈾235含量大于自然界含量0.7%。高濃縮鈾：U235含量類似10%常用穿甲彈材料為金屬：鎢、鉛貧鈾硬度大，密度也比鎢，鉛大，利用貧鈾的金屬性能，穿甲性能好貧鈾穿甲彈撞擊時迅速氣化，后又迅速凝結(jié)，成金屬小顆粒（微米級甚至納米級，化學(xué)毒性就會顯現(xiàn)出來，對人體有危害）穿甲彈轟炸，后步兵沖鋒，對步兵有危害9離心機

centrifugemachineUF6輸入U235較多U238較多U235+U23810離心機的并聯(lián)與串聯(lián)

低濃縮鈾與高濃縮鈾的生產(chǎn)產(chǎn)品一產(chǎn)量高產(chǎn)品二濃縮度高離心機級聯(lián)

cascade1112反應(yīng)堆中的臨界U235nnU235U235U235nnU238冷卻劑U238結(jié)構(gòu)材料U238γγγγγ俘獲俘獲俘獲俘獲俘獲nnnnnn13反應(yīng)堆工作原理中子慢化提高U235產(chǎn)生裂變的機會：慢化劑；改變反應(yīng)區(qū)構(gòu)型，以維持臨界狀態(tài)（中子數(shù)量不變化）：控制棒、氣泡；將熱量導(dǎo)出：以維持熱平衡（傳熱的方法，重水沸點高于100度、沸水加壓；或者用金屬鈉，不過沸水可以漏出來，鈉不可以，鈉在空氣中會自然）；天然反應(yīng)堆：想象天然反應(yīng)堆出現(xiàn)的情形14钚的生產(chǎn)反應(yīng)堆中產(chǎn)生钚： 反應(yīng)堆中鈾238經(jīng)過中子輻照產(chǎn)生钚239。繼續(xù)輻照生成钚240、241。

238U+n(裂變中子)→…→239Pu239Pu+n(裂變中子)→240Pu…241Pu钚的后處理(reprocessing)： 將反應(yīng)堆廢料作后處理（化學(xué)分離）生產(chǎn)钚（以及沒燒完的鈾）。15钚240、241帶來的問題钚240、241具有高的自發(fā)裂變率。反應(yīng)堆中輻照時間越長，钚240、241含量越高。輻照時間少，钚240、241含量低的钚材料適合做核武器。武器級钚：钚239含量大于80%-97%生產(chǎn)武器級钚（主要特征是什么）（1）及時更換燃料棒；（2）后處理提取钚。16核裝置類型與核材料濃縮鈾既可用作內(nèi)爆法核武器，又可用作槍法核武器；钚只能用作內(nèi)爆法核武器；槍法核武器設(shè)計較為簡單直觀一些，可以不需要核爆炸試驗；內(nèi)爆法核武器設(shè)計較為復(fù)雜一些，往往需要核爆炸試驗來驗證設(shè)計問題：朝鮮核武器是什么類型的？是否需要核試驗？內(nèi)爆法核武器17分析1：反應(yīng)堆級的钚

與核武器制造

反應(yīng)堆級的钚（含钚240、241高的钚）給核武器制造帶來的問題？問題自發(fā)裂變產(chǎn)生的中子使核武器早點火自發(fā)裂變產(chǎn)生的熱使得核武器不好維護18分析2、怎樣分析日本的钚的用途？用作核武器：反應(yīng)堆級钚用作核武器的技術(shù)問題：早