首先說一點就是其實,钚彈和鈾彈機理都是一樣的。并沒有太大的區(qū)別,都是利用中子打中重元素的原子核后引發(fā)核裂變。當這個核裂變所釋放出來的中子可以繼續(xù)持續(xù)引發(fā)其他原子的裂變就形成了鏈式反應。
目前已知有四種元素同位素可以作為核彈的材料,分別是鈾-235、钚-239、鋦-247以及锎-251。
對于钚彈藥來說,實際上和鈾彈相比優(yōu)勢并不是很大。
如果排個序來說,最好引爆的核材料是锎-251,其次是鋦-247,然后才是鈾-235,最后才是钚-239。
就鈾和钚咱們可以舉個例子,如果利用槍式起爆(最簡單的起爆方式),我們可以將一枚鈾彈控制在3米的長度上,通過炸藥加速鈾塊使之超過臨界值。
但是如果是同樣原理制造一枚钚核心的槍式原子彈,我們則需要利用長達15米的距離加速钚塊到極限速度才可能引發(fā)核爆炸。
至于鋦-247和锎251也是可以制造核彈的核心的,但是這兩種元素同位素并不適合制造核武器,其原因在于——太貴!目前鋦的價格為1克2000美金,主要會以電鍍的形式鍍膜在一些高端的煙霧傳感器上,每個傳感器也就用幾微克就夠了。
至于锎(上面是顯微鏡下拍攝的圖片)的價格大約是一微克10美元的價格,一般的計算來說,锎-251的臨界值大約是5公斤,這么一個核心的價格則是:500億美元!這枚核心的價格恐怕就超過了要毀滅的目標的價值。
所以說用鈾-235和钚-239其最主要的原因在于——便宜。
鈾235貴不貴?也貴也不貴,這種同位素在鈾礦煉制的金屬鈾中的含量大約是0.7%。每年全球的金屬鈾產(chǎn)量在5.5-6.5萬噸。在其中直接乘以0.7%就可以算出每年可以弄出來的鈾-235的最大數(shù)值了。
通過高速旋轉(zhuǎn)離心機可以將鈾-235逐漸的分離出來。
但是有一點得注意——鈾-235的濃縮機的轉(zhuǎn)速高達每分鐘7萬轉(zhuǎn),制造武器級鈾235需要將鈾濃縮到90%以上。這就是一個十分耗能的過程了。鈾-235貴其實是貴在了“電費”上。
而核反應堆中如果想用來發(fā)電,那么鈾-235的濃度僅僅需要3-5%就夠了。
更有意思的是——在反應堆中,原來金屬鈾中的鈾238通過反應堆中中子的照射最終會生成一部分钚-239。
由于钚和鈾是不同的元素,那么就可以用簡單的化學方法進行分離了,這樣就跨過了濃縮鈾這個過程。
所以說實際上喲于多少鈾-235就能弄出多少钚239來,而且钚-239的獲取掠過了大部分的離心機濃縮過程——這樣钚-239就比鈾-235更便宜許多了。
還有一點得注意的 是早期的原子彈中的钚會參雜進去一些钚-240,這是一種自發(fā)的中子源,自發(fā)中子輻射是钚-239的幾萬倍。如果用做武器的钚金屬中含有太多的钚-240那么钚彈會迅速的老化失去爆炸的能力。
但是現(xiàn)在 可以用技術(shù)手段降低钚金屬內(nèi)钚-240的濃度到1%以下。
因此在現(xiàn)在看,钚彈是最經(jīng)濟實惠的原子彈材料。
钚彈優(yōu)勢——便宜
钚彈缺點——無