二战德国研究核弹德国二战为什么没造出核弹( 三 ) _生活百科

原子弹的理论基础是，重原子核在裂变成多个较轻原子核时会释放出巨大的能量，这个就是著名的质能公式 E=mc2 向我们揭示的自然规律。

用中子撞击重原子核，就可以针对性地触发这个过程。对于核裂变的原料，最重要的就是元素周期表上的第 92 号元素——铀。天然铀含有两种同位素，

文章插图

最主要的成份叫做铀 238，也就是说它是由 92 个质子和 146 个中子组成，加起来是 238 个，因此被叫做铀 238 。
这种天然的铀矿含有一种同位素，叫做铀 235 ，它比铀 238 少了 3 个中子。能够产生核裂变的就是这种铀 235 。但是铀 235 的含量仅仅只占到天然铀矿的 0.7% 。

所以，对于核武器来说，必须通过物理过程对铀 235 进行“浓缩”，通常要把浓度提高到约 93% 。

铀 235 原子核在裂变时，就会释放出中子，但是这些释放出来的中子，它们的动能是不同的，有些动能大，有些动能?。渲杏幸恍┲凶拥亩芸梢源锏缴踔脸?1 兆电子伏特，这些中子的运动速度相当于光速的 5% 或更高，这些中子就被称为快中子，它们是引发原子弹中链式反应的“子弹” 。

文章插图
每一个铀原子裂变时，平均释放出 2.5 个快中子，每个快中子又可以再次撞击其他原子核。如果可裂变材料的体积超过一个临界大小，使得大多数快中子在飞出材料之前就能撞上另外一个铀原子，就可能引发链式反应，这个最小体积对应的质量就叫做“临界质量” 。

中子的速度越慢，就越容易撞上其他铀原子，就好像你过马路的时候，走得越慢，就越容易被来往的车辆撞上。所以，在核反应堆中，为了控制反应速度，会用到“减速剂”，通常是重水，来降低中子速度，与周围环境达到热平衡，这些被降低了速度的中子叫做热中子。

一部分中子被铀-238 捕获，进而产生一种新元素——钚，它比铀 235 更容易裂变，并需要更低的临界质量。钚作为反应堆的副产品，生产成本也低很多。

但是，原子弹不是核反应堆，它的工作原理与反应堆有着根本的不同。最重要的是，它不能含有减速剂。（敲黑板）

原因在于，原子弹要能成为一颗炸弹，就必须在瞬间达到数百万摄氏度的高温，才能产生巨大的能量释放。但是，当一个核反应堆的温度高于约 3000°C时，整个反应堆就会变成气态并开始膨胀；随着原料密度降低，链式反应就会立即中断。

文章插图

因此，加热过程必须在原子明显分散之前完成。而反应堆中的热中子无法实现这一点，因为它们的速度已经跟周围的热运动一样了，无法达到在瞬间产生高温的目的。

因此，铀 235 衰变成的中子必须在原子弹中直接且不减速地撞击其他原子核，但核材料随着高温膨胀是不可避免的。所以，这个过程不可能让全部可用核燃料发生裂变。

1 千克铀 235 含有 10·24（次方）个原子核。如果每两个中子引发一次新的裂变，则需要整整 80 代中子，才能让所有原子核发生裂变，因为10·24（次方） = 2·80（次方）。一个快中子平均要走 17 厘米路程才会引发下一次裂变，这段路程用时 10 纳秒。

二战德国研究核弹 德国二战为什么没造出核弹( 三 )

二战德国研究核弹德国二战为什么没造出核弹( 三 )