核武器基本原理核材料有關問題

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

--核材料有關問題《科學技術與國際安全》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經過改造可以變成钚239，钚239也可以當作核材料，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（產物）提取→黃餅(yellowcake,U3O8八氧化三鈾）（二氧化鈾，陶瓷狀）轉化(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）化學方法對分離鈾235無用，因為鈾235和鈾238化學性質相似）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，一些商用反應堆要求鈾235濃度大于2%；剩余的鈾238含量高的物質稱為貧鈾。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，成金屬小顆粒（微米級甚至納米級，化學毒性就會顯現(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產品一產量高產品二濃縮度高離心機級聯(lián)

cascade1112反應堆中的臨界U235nnU235U235U235nnU238冷卻劑U238結構材料U238γγγγγ俘獲俘獲俘獲俘獲俘獲nnnnnn13反應堆工作原理中子慢化提高U235產生裂變的機會：慢化劑；改變反應區(qū)構型，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）；天然反應堆：想象天然反應堆出現(xiàn)的情形14钚的生產反應堆中產生钚： 反應堆中鈾238經過中子輻照產生钚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)： 將反應堆廢料作后處理（化學分離）生產钚（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爆法核武器，又可用作槍法核武器；钚只能用作內爆法核武器；槍法核武器設計較為簡單直觀一些，可以不需要核爆炸試驗；內爆法核武器設計較為復雜一些，往往需要核爆炸試驗來驗證設計問題：朝鮮核武器是什么類型的？是否需要核試驗？內爆法核武器17分析1：反應堆級的钚

與核武器制造

反應堆級的钚（含钚240、241高的钚）給核武器制造帶來的問題？問題自發(fā)裂變產生的中子使核武器早點火自發(fā)裂變產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：反應堆級钚用作核武器的技術問題：早