如何提取钚239原子?
原子弹的另一个重要装药是钚-239。钚239是由反应堆产生的。在反应堆中,铀238吸收一个中子,不经裂变变成铀239。铀239衰变为镎239,镎239衰变为钚239。因为钚和铀是不同的元素,虽然只有一小部分铀转化为钚,但钚和铀的分离要比铀同位素之间的分离容易得多,所以用化学方法提取纯钚比较方便。
铀-233也是原子弹的一种装药。它是由反应堆中钍-232的中子轰击产生的,然后经历两次β衰变。从上面可以看出,后两种电荷是由电抗器产生的。它们是由铀-235裂变时释放的中子产生的,也就是说,它们是以消耗铀-235为代价而产生的,它们与铀-235根本分不开。从这个意义上说,铀235可以称之为“核火”,因为没有铀235,就没有反应堆,没有原子弹,就没有今天原子能的大规模利用。
有了核电荷,只要其体积或质量超过一定临界值,原子弹就能爆炸。只是原子弹还有一个问题,就是怎么做:不需要爆炸的时候,就不爆炸;需要爆炸的时候,可以马上爆炸。这可以通过控制临界质量或临界尺寸来实现。
原则上,最简单的原子弹采用所谓的炮式结构。两个铀块,都小于临界质量,相隔一定距离,不会引起爆炸。当它们结合在一起时,大于临界质量,立即爆炸。但如果把它们慢慢放在一起,连锁反应产生的能量就足以在开始后不久把它们吹走,连锁反应就会停止,原子弹的爆炸威力和核装药的利用率就会很小,有点类似于反应堆发生超临界事故爆炸的情况。所以,关键的问题是要让它们非常快地契合在一起。
铀的一部分放在一端,另一部分放在“枪膛”里。在烈性炸药的帮助下,它们非常迅速地完全结合在一起,产生超临界的高效爆炸。为了减少中子损失,在核电荷外面有中子反射层;为了延缓核电荷的散射,原子弹有一个坚固的外壳。