什么是重水?制造原子弹为何要重水?只有钚弹才需要

五先生杂谈 2024-10-17 17:16:36

重水曾经被用来制造类似“水门”这样的能源,而如今这种东西却被应用到更高的领域。

这种高度精密的混合物是什么?

为什么要用它来制造能量并引爆原子弹?

有人说只有钚弹才需要重水,这是为什么呢?

重水的基本信息。

重水是一种和普通水非常相似的液体,普通水中含有H2O,而重水中则是D2O。

我们都知道普通水中由于氢元素的存在,会有氢键形成,不同的氢元素之间通过相互偶极相互吸引形成稳定的水分子。

而当氢被氘取代后,虽然氘和氢的物理和化学性质相差不大,但它的质量却是氢的两倍,这就导致H-O-H三体分子在空间中的形态会发生一些变化。

因为H-O-H是一个不对称的三体分子,中间的氧元素会倾向于带负电,而带有重氢的两个氢分子则会带正电。

这样就可以形成两对相互吸引的氢键,形成比普通水更加稳定的结构。

所以重水的沸点和普通水有所不同,重水的沸点为101℃,而普通水的沸点为100℃。

重水从理论上来说并没有什么稀奇的,它的密度只是比普通水稍微大了一点点,所以它的名称也叫做“重水”。

重水也浓缩自普通水中,因此重水和普通水的分离难度是非常高的。

通常情况下纯度很高的重水也会略微透明起来,它的化学性质和普通水一样,对绝大多数物质有一定的溶解度,并且非常难被其他物质溶解。

重水也是和普通水一样,非常的惰性,所以生活中分解重水的方法几乎没有。

重水在历史上也曾被用来制备氢弹,甚至还有日本为了研究核武器还专门购买了一批重水。

重水在当时也被应用到日本的冶金行业,用来制造碳酸氢铵。

重水还被应用到加拿大的电站中,带来了极其丰富的能量。

这种能源被称之为“水门”,而作为这种能源的重水在当时和黄金一样昂贵。

然而在这种昂贵的能源被应用到电站中来制造电力以及在海湾战争期间,重水作为一种贵重物质却被作为抗氧化剂来进行消炎的药物被使用。

为什么重水被用在原子弹中。

然而重水的主要作用还是帮助人们探究原子的结构,而大自然中的重水因为含量极少,所以把重水提纯到可以用来生产原子弹的程度还是相当的不容易。

然而纯净重水只占到了重水总量的3%,这些高价的重水也在人们的使用中变得越来越少。

随着重水的稀少,其价格也几乎是涨涨不休,一般的价格也达到了2400万元/吨,价比黄金还要贵。

重水售价的上涨也让一些反对核武器的人赚了不少钱,有人称之为“反核产业”。

在原子弹的制作过程中,重水可以用来使中子可以更多的被裂变,并且中子还可以催化反应,所以只要中子继续被释放,那么反应也是可以一直持续下去的。

重水被用来制造原子弹,是因为重水在这个过程中扮演了一个重要的作用。

原子弹中的反应是靠中子的大量释放和大量的铀或者钚的裂变来释放能量。

然而冷中子的释放速率非常的慢,并且能量也很低,所以它很容易被原子核吸收。

所以在原子弹爆炸的过程中,就需要一种物质来中和这个缺陷。

而重水就扮演了一个催化剂的作用,引爆原子弹后,位于原子弹内部的铀或者钚发生裂变,释放了大量的高能中子,但是它们大都是高能量的热中子,并且通过中子裂变会释放出大量的高能量的热中子。

而这些热中子很容易就和周围的原子核进行高速碰撞,然后被吸收,所以这些热中子就不能被大量的铀和钚吸收,因此能量不能得到释放。

这个时候就需要重水来担任辐射带的角色,它可以中和掉热中子中的能量,并且使高能量的热中子按照冷中子的速率释放出来。

重水是一个“不耽误事”的好中子吸收体,而且在放出中子后也不会产生任何的影响。

钚弹如何制造。

理论上来说只需要在原子弹设备中加入一些重水,并且作为中子的裂变媒介,实际上钚弹所需要的重水是比较多的,因为钚弹可是绝对的“高成本”。

随着重水的透支,生产起来也变得非常的困难。

使用普通的工业生产线,那也基本上是一年生产出来碗口大的量,而且这还是全球范围的产能。

因此在制造钚弹的过程中,重水就成了重中之重。

钚弹的原理和原子弹基本上一样,只是钚弹主要是利用钚和中子的反应来加速放出中子。

但是钚是一种短缺的资源,所以生产钚弹的关键还是要靠铀或者钚先放出一些反应来制造。

通常情况下钚弹的主要制造成本是耗费巨大的原子弹,然后再将碎片中提取出来的钚用来制作钚弹。

而用来制造钚弹的重水,虽然重水在原子弹试验中已经使用的非常少了,但是在制造原子弹和氢弹的过程中,重水一直作为一种重要的媒介来起着作用。

在1950年之前,世界上并没有人设计过比较合适的原子弹试验方案,而印度人提出的将重水放入到原子弹中这种方法,却非常的简单粗暴,重水放入到原子弹中直接就能发挥作用。

这也是印度人最后能够制造出原子弹的重要原因,重水可以中和放出的热中子,而其他普通的原子弹制造材料就不能发挥作用。

结语

重水从那时候简直就是印度人的通行证,直到1966年印度进行第一次核试验,这也是世界上第一次有国家的原子弹试验失败的案例,印度的重水存量也随之大大减少。

而随着国际上的对核武器的协议越来越严格,国家也不在研究新的核武器,重水也不再是被重视起来被采购的重要原因。

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