鈾濃縮是如何制造炸彈的(Uranium Enriched to Make Bombs)？

濃縮鈾是同位素U-235含量很高的鈾，只占天然鈾的0.72%。正常鈾被稱為U-238，其中的數字表示其原子核中的核子（質子和中子）的數量。U-235的質子和中子數量不均，使其稍微不穩定，易受熱中子裂變（分裂）的影響。使裂變過程作為連鎖反...

濃縮鈾是同位素U-235含量很高的鈾，只占天然鈾的0.72%。正常鈾被稱為U-238，其中的數字表示其原子核中的核子（質子和中子）的數量。U-235的質子和中子數量不均，使其稍微不穩定，易受熱中子裂變（分裂）的影響。使裂變過程作為連鎖反應進行是核能和核武器的基礎。

濃縮鈾用于制造原子彈，例如第二次世界大戰期間美軍在廣島投下的鈾，由于鈾235的化學性質與普通鈾相同，而且只有1.26%輕，因此將兩者分離是一個相當大的挑戰。這一過程通常相當耗費能源，成本高昂，這就是為什么到目前為止只有少數國家能夠實現工業規模。要制造反應堆級鈾，鈾235的含量必須達到3-4%，而武器級鈾必須含有90%或更多的鈾235。至少有九種鈾分離技術，盡管有些方法確實比其他方法更有效。二戰期間，美國研究人員首次進行同位素分離時，使用了一系列技術。第一階段是熱擴散。通過引入一個較薄的溫度梯度，科學家可以將較輕的U-235粒子引到一個熱區域，更重的U-238分子向較冷的區域移動。這只是為下一階段電磁同位素分離準備原料。電磁同位素分離包括使鈾汽化，然后使其電離，產生帶正電荷的離子。電離的鈾被強磁場加速彎曲字段較輕的U-235原子偏折稍大，而U-238原子偏折較小。通過多次重復這個過程，鈾可以被濃縮。這種技術被用于制造摧毀廣島的小男孩炸彈的一些濃縮鈾。冷戰期間，電磁同位素分離被放棄，取而代之的是氣體擴散濃縮技術。這種方法使六氟化鈾氣體通過一個半透膜，使兩種同位素彼此之間略有分離。與先前的技術一樣，這一過程需要多次進行才能分離出大量的鈾235。現代的濃縮技術使用離心分離機。較輕的鈾-235原子稍微優先地被推向離心機的外壁，將它們集中在可以提取的地方。和其他技術一樣，用這種方法凈化鈾的整個系統使用許多離心機，被稱為離心級聯。Zippe離心機是傳統離心機的一個更先進的變體，它利用熱量和離心力分離同位素。其他鈾分離技術包括空氣動力學過程、激光分離的各種方法、等離子體分離和利用兩種同位素在氧化/還原反應中的價態變化傾向的細微差別的化學技術。