3月6日,一个疑问终于有了答案,原来真正的原因是核武器!
但对于这个问题的核心“核武器”,估计大家都有一个疑问,这个高中时都学过的核武器原理,为什么全球那么多先进国家,有那么多顶尖的科学家都造不出来,为何会这样?
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核武器的原理是什么,遍地都是核电站却造不出核弹?核武器的基本原理有两种,一种是原子弹,另一种则是氢弹,而各位经常听说的脏弹或者中子弹以及三相弹的,这些又是这些核武器中延伸出来的概念,个中原理差别不大 。
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原子弹的原理:重核裂变
原子弹中常用的核装药为铀-235或者钚-239,前者是自然界中天然存在,可以在铀矿中提取,后者则只能在重水反应堆中制造,不过两者的同一个特点是裂变时都能释放巨大的能像,其裂变过程与条件如下:
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裂变后两者的质量亏损比差不多,所以同等质量的铀和钚裂变的能量也差了不大,另外有个重大的区别是铀-235的临界质量要比钚-239大得多 。
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链式反应是裂变武器爆炸必须经历的过程,如裂变过程中会产生多余的3个中子,其会撞击其他原子核继续发生裂变,这就是链式反应,一直到中子再也无法撞击到可以裂变的铀-235原子核,裂变过程结束 。
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原子弹就被引爆了,其原理就是这么简单 。
氢弹的原理:重核裂变的极端条件引爆氢弹
氢弹的原理就是用原子弹爆炸的高温和高压引爆氘氚核聚变材料,使其聚变成氦并且释放出巨大的能量,其过程如下:
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上图是T-U构型的氢弹在引爆时的过程,位于顶部的原子弹首先爆炸,极端的环境让核聚变装药达到了聚变条件,将会发生如下聚变过程:
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相同质量的氢核聚变是重核裂变8倍以上,这也是氢弹的威力要比原子弹高得多的原因 。
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核电站利用的就是重核裂变原理,将核燃料放在反应堆内,然后用中子发生器对其照射产生裂变,然后用减速剂来降低中子能级,使它更容易撞击到铀-235原子核,再用水来吸收掉产生的热量,烧开水输出蒸汽推动蒸汽轮机带动发电机,这就是一个核电站的原理 。
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如果功率太大,那么用中子吸收材料制成的棒插入核反应堆,多余的中子被吸收,那么功率就降低了,如果全部吸收那么就停堆了,这就是可以控制核反应堆启动、停止以及改变输出功率等等 。
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全世界已经有31个国家拥有核电站,总共有433座核反应堆,正在建设的还有65座,未来计划的还有158座,这个数量是不是非常惊人?
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能造核反应堆为什么不能造原子弹?
虽然原子弹和核反应堆用的都是中子引发链式反应,但原子弹和核反应堆完全是两条路子,原子弹为了提高爆炸威力使用了快中子裂变体系,其需要高浓度的裂变材料作为装药 。
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而核反应堆则是为了彻底使用核燃料,因此使用的是慢中子,所以在核反应堆中会有所谓的减速剂,其实这就是用来减速中子的,比如早期的石墨堆,减速中子的就是石墨(切尔诺贝利核事故的反应堆就是石墨堆),还有重水堆,用的是重水作为减速剂,还有则是轻水堆,直接使用处理过的水作为减速剂 。
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减速后的中子效率更高,因此可以用比较低浓度的核燃料,比如轻水堆可以低至20%浓度,而重水堆甚至可以直接烧铀矿石 。所以能造核反应堆并不表示就能造出原子弹,不过有几种情况倒是可能制造原子弹的核材料,下文会做个简单讲解 。
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