原子放射線影片心得

97    493702499   吳宜娜

 

鏈式反應 能自持進行的原子裂變反應叫鏈式反應。在裂變裝置(核彈頭或反應堆)中,要實現自持核反應,必須用裂變核釋放出的中子去轟擊其它重核引起裂變,新的裂變又釋放出新的中子,新的中子又去轟擊其它重核引起裂變,依此不斷進行。如鈾235的核吸收一個中子后發生裂變,平均能放出2.56個中子,239平均能放出2.9~3.0個中子。在被釋放出的中子群中,一部分被沒有裂變的原子核所俘獲,引起進一步裂變,未被俘獲的中子從物質中逃逸。假如每次裂變能有一個以上的中子保留下來繼續參与裂變反應(即被其它原子核俘獲),那么下一“代”所能取得的裂變數就要比前一代的多,也才能形成自持鏈式反應。也就是說,為了在核爆炸中取得高效率,在核裝置的設計上要盡量減少中子從裂變系統中逃逸,同時要盡力避免裂變材料中摻入能吸收中子的雜質。

裂變材料 是指能裂變反應并大量釋放原子能的物質。許多重原子核都能被分裂,但其中衹有一小部分是易裂變的,即在慢中子(能量較低的中子)或快中子(高能中子)的轟擊下能發生裂變。由于核裂變所產生中子的能量範圍很寬,如果僅靠俘獲快中子時才能裂變的原子核,通常不能實現自持鏈式反應。從實用觀點來說,裂變武器衹能用易裂變材料(即在慢中子轟擊下也能發生裂變)來制造。目前世界各國的原子彈全都采用鈾235和239,或者是它們的某种組合。

鈾 自然界的鈾主要由兩种同位素鈾235和鈾238組成,其中主要含量是鈾238(約占99.3),鈾235含量极少(約占0.7)。理論上,鈾235的濃度在6~10才能制成鈾彈。也就是必須把天然鈾礦經篩選、粉碎、酸性浸析成礦漿、提煉獲取鈾的氧化物、進一步處理變成四氟化鈾或六氟化鈾,隨后進行鈾的濃縮。美國在二戰中耗資10多億美元建造了濃縮鈾的气体擴散厂,通過泵使六氟化鈾气体撞擊上面設有數百萬個小孔的障礙物,由于鈾235和鈾238原子質量有輕微不同,含有鈾235原子的分子比含有鈾238的分子以稍微大一點的速率滲出,最終的產品是武器級鈾。目前各國使用的核武器的鈾235濃度為93.5。60年代末,武器級鈾每磅(0.45千克)需5500萬美元,而天然鈾每磅才12美元。

 自然界中的蘊藏量极少,也不能自然產生,衹能用中子轟擊鈾238而得到
239。大量生產239需要高密度中子源轟擊鈾238,而中子源由核反應堆中的連鎖
反應提供。二戰中,美國建立了多處核反應堆每年生產大量239。理論上,239
含量為6~10就可以用來制造原子彈。目前各國使用的核彈頭239純度約為93.5
。鈾235和239的基本區別是鈾是天然的,由采礦濃縮而得﹔而239要用人
工方法在原子反應堆中得到。制造相同當量的鈾彈比彈的用量要多,盡管239比鈾235要貴,但239裂變彈可獲得較高的當量-重量比,可使武器重量更輕、
体積更小。据報道,美國大部分原子彈都含有鈾235和239兩种材料。

臨界質量 為維持鏈式反應所需要的裂變材料的最小質量稱為臨界質量。少量的裂變材料不能維持鏈式反應(絕大多數中子逃逸了)。臨界質量的大小取決于裂變材料的种類、結构密度、几何形狀以及核裝置中有無中子反射層結构等。在固態物質形狀中,球形的体積与表面積的比值最大,從單位球形裂變材料中逃逸出來的中子數最少,因此球形是臨界質量最小的一种形狀。如采用裸球,鈾235和239的臨界質量分別為52和10千克(鈾235的密度小于239)。  降低臨界質量有多种方法:一是用中子反射層作為包殼材料把裂變材料包起來,以使一部分向外逃逸的中子反射回裂變材料中,增加了中子數量以轟擊重核。中子反射層可使裂變材料臨界質量減小到原來的1/3到1/2,也就是在正常密度下,鈾235和239的臨界質量可分別減至13~15和5~10千克,這就為減小核彈頭体積和重量乃至制造原子炮彈提供了方便。二是壓縮核材料,增加其密度。臨界質量近似与密度平方的倒數成正比。三是巧妙的結构設計以使裂變材料發揮最大作用。

 

   

 

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