主题：【原创】魔鬼面具下的天使－浅谈核武器 -- 大鹏翔宇

“原子弹是什么做的？”我问。

“废话，当然是原子做的。”（对这句话的正确性我无话可说）

“造原子弹首先要有铀和钚。”我很真诚的说。

“吹牛吧，我家里也有油和布，怎么造不出原子弹？”

对牛弹琴，也是，怎么能期望四年级的小学生懂同位素和链式反应，而对自己的同学讲这些玩意，本身也不是什么明智的举动（还好有了西西河）。

那么到底什么是铀？

先让我们来看看门大爷的元素周期表

铀，原子序数92，有三种同位素铀238（146个中子）铀235（143个中子）和铀234（142个中子），是一种带有银白色光泽的金属，比铜稍软，具有很好的延展性，很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。铀的比重很大，每立方厘米约重19克，与黄金相当。

自然界中铀元素多以化合物形式存在，但并不稀有，在地壳中的含量大于汞，银等金属。

在广西发现的中国第一块铀矿石，现存核工业北京地质研究院。

用于制造原子弹的同位素铀235，在自然界中的含量很低，仅占铀元素总量的0.72％，而作为原子弹装药的浓缩铀，要求铀235的含量必须达到90％以上，因此称为武器级浓缩铀（3％为燃料级浓缩铀，80％为高浓缩铀）。

浓缩铀的生产是一个时间极为漫长，工艺极其复杂，耗资甚为巨大的工业过程，需要极高的科技和工业水平，一般来讲，获得１公斤武器级的浓缩铀２３５至少需要２００吨高品位铀矿石，而一颗原子弹需要的铀矿石则需要用万吨作计量单位。

首先，铀矿石要经过“水冶工艺”，把矿石加工成含铀60～70％的重铀酸铵，俗称黄饼，然后用硝酸将重铀酸铵溶解，得到硝酸铀酰溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂)，经加热脱硝，转变成三氧化铀，再还原成二氧化铀。二氧化铀是一种棕黑色粉末，很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。将二氧化铀与无水氟化氢反应，得到四氟化铀；再用氟气与四氟化铀反应可得到六氟化铀气体，接下来就是进行同位素分离即铀235的浓缩。

同位素分离的方法有气体扩散法，离子交换法，气体离心法，蒸馏法，电解法，电磁分离法，电流法，热扩散法等等。“小男孩”原子弹所使用的60公斤浓缩铀是用电磁分离法生产的，建设电磁分离工厂花费了约3亿美元(不包括制造磁铁的导电线圈使用的白银)。现在军用浓缩铀的浓缩方法分两个流派，原子激光法（纯度高）和气体离心法（能耗小）。目前除了几个核大国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌握了铀浓缩技术。由于浓缩铀通常采用气体离心法，因此是否拥有气体离心分离机常常被作为判断一个国家是否能进行核武器研究的标准。

浓缩铀

什么又是钚呢？

让我们从元素周期表中铀的位置向后看两位，现在我们看到的就是钚，原子序数94，存在多种同位素，其中两种在自然界中以极微量存在，其余皆为人工合成（1940年在回旋加速器中发现钚238，第二年发现钚239）。用于制造原子弹的钚239来源于吸收了快中子的同位素铀238，这一反应是在核反应堆内进行的：燃料棒中的铀238吸收裂变反应产生的中子变为铀239，然后经过两次负β衰变（每次1个中子变为质子，同时放出1个电子和1个中微子）核内质子数由92升至94，成为钚239。

纯钚是银白色金属，熔点640℃，沸点 3234℃。在干燥的空气中，表面的氧化膜起保护作用，氧化缓慢，但有水气存在下氧化膜被破坏，容易被氧化。钚溶于盐酸、磷酸，但不溶于硝酸和浓硫酸。钚的氧化态为＋3、＋4、＋5、＋6、＋7，以＋4价化合物最稳定。钚的氯化物、硝酸盐、硫酸盐易溶于水，氧化物、氢氧化物、草酸盐碳酸盐不溶于水。钚有剧毒，其毒性要比砒霜大4.86亿倍：一片阿斯匹林大小的钚，足以毒死2亿人！

第一颗爆炸的原子弹和“胖子”原子弹用的几十千克钚239，是用3座石墨水冷型铀反应堆及与之配套的化学分离工厂用催化剂提纯法生产的。现在的钚239多采用快中子增殖反应堆进行生产，因为没有减速剂，这种反应堆中使用的冷却剂是导热性强的液态金属钠，因此有足够量的快中子能够轰击铀238产生铀239，同时堆芯之外专设一个由铀238组成的增殖层来生产钚239。

燃料棒

理论上一个铀235原子裂变产生的快中子能使1.2－1.6个铀238原子变成钚239，而实际生产中平均每消耗一个铀235原子，只能得到0.8个由铀238衰变的钚239原子。因为生产出来的核燃料比投入的还多，这种反应堆被称为增殖反应堆。

对其他反应堆使用过的燃料棒进行溶剂萃取和离子交换纯化也可以提取钚239，这就是为什么伊朗和朝鲜对使用过的燃料棒进行加工意味着他们可能搞核武器（但他们也可能只想要更好的核燃料），钚的提取过程会产生放射性废料和潜在的高辐射暴露, 因此1977年美国总统卡特宣布停止了美国的核燃料再生作业。

目前,只有印度、俄罗斯、日本等少数国家在实施快中子增殖反应堆的计划，而美英法德等国已经宣布关闭了本国的快中子增殖反应堆（实际上改联合研制了，法国的超凤凰堆已经运行了，这是下一代的发展方向）。中国第一座生产钚的反应堆建在甘肃酒泉原子能联合企业内，由我国自主设计和制造，1966年底该反应堆投入稳定运行。

好了，现在我们有了原料浓缩铀235和钚239，那么怎么才能制造一场核爆炸？

土鳖扛铁牛