水也有轻重之分？制造核武器为何要重水？

来源：互联网 2024-11-10 22:18:09 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们

水也有轻重之分吗？当然，平日里我们所喝的水就是“轻水”，而与之相对的则是“重水”。

什么是重水呢？顾名思义，就是比普通的水要重，我们日常所饮用的轻水的分子质量为18.0153，而重水的分子质量为20.0275，可以看出，重水比轻水的质量高出了约11%，这多出的质量是哪来的呢？其实就是中子的质量。在自然界中存在着各种各样不同的元素，比如氢元素、氧元素、碳元素以及铁元素等等，每一种元素都是由相应的原子所组成的，而原子又是由原子核与电子所组成的，在原子核之中又存在着质子和中子，其中质子的数量就决定了元素的种类，比如拥有一个质子的就是氢原子，而拥有两个质子的就是氦原子。

在自然界中除了有许多不同的元素之外，同一种元素还有着数种不同的同位素，而这就是由中子数量所决定的了。

比如氢拥有三种同位素，即氕、氘和氚，这三种同位素都拥有数量相同的质子，也就是一个质子，但氕的原子核中只有一个质子，而没有中子，氘有1个中子，而氚有2个中子。由2个氕原子与1个氧原子所组成的水分子的分子式就是我们熟悉的H2O，也就是最常见的最普通的轻水，而有2个氘原子与1个氧原子所组成的水分子的分子式则写为D2O，这就是重水，因为重水比轻水多了2个中子，所以质量自然也就要大一些了。

虽然只比轻水多了2个中子，但重水就不再是“生命之源”了，不仅不是生命之源，饮用重水还会导致死亡。

不过我们并不需要担心，因为在自然界中，重水的比例是非常少的，它们混杂在轻水之中，但比例还不足0.02%。重水虽然不能喝，但却有其它用途，比如原子弹的制造。原子弹是一种利用核裂变反应而产生巨大破坏力的武器，其威力主要来自于内部的“装药”，目前可用于原子弹装药的元素有两种，即铀235和钚239。无论是采用哪一种元素，都必须要进行提纯。以铀235为例，它在铀矿中的比例只有0.7%，其余都是铀238，而要制造核武器，铀235的浓度至少要提纯到85%以上，这还只是理论上的最小值，实际制造原子弹的过程中所需的纯度还要更高。

为了提高铀235的浓度，就必须使用大量先进的气体离心机进行反复浓缩，这对于很多国家而言都是一道难以逾越的门槛。

如果使用铀235作为原子弹的装药，那么就用不上重水，但如果使用钚239，重水就是必不可少的。与铀235不同，铀235在自然界中是存在的，我们要做的就是设法将它与铀238相分离，但钚239并不存在于自然界之中，它完全需要人工制取，怎么做呢？这就要从铀238说起了，原子弹威力巨大是因为利用了“链式反应”的原理。

所谓链式反应，简单讲就是铀235吸收了中子之后会发生裂变，释放能量并抛出2个中子，这2个中子又会被其它铀235所吸收，牵一发而动全身。

但与铀235混在一起的铀238也会吸收中子，但它吸收了中子后不会裂变，会直接变为铀239，铀235裂变所产生的中子被铀238悄无声息的吃掉了，链式反应便不能达成。对于铀235而言，铀238是多余的，但在制取钚239方面，铀238却大有用处。铀238吸收中子后会变为铀239，铀239不稳定，会通过β衰变而成为镎239，镎239再一次衰变就可以生成钚239了。制取钚239需要用到原子反应堆，而原子反应堆根据所使用的冷却剂不同，又可以分为轻水反应堆和重水反应堆。

轻水反应堆和重水反应堆都可以制取钚239，但是轻水反应堆制取的钚239却无法用来制造原子弹。

这是因为在轻水反应堆中生成的钚239还混有大量的钚240。钚240是一种极不稳定的元素，会时不时出现自发裂变，如果钚239之中混入的钚240太多，你我都知道将会发生什么，那就是不可预测的随时自爆。所以钚239中的钚240含量超过19%就是必须填埋处理的废材，7%到19%之间可以用作燃料，而要想用来制造原子弹，钚240的含量必须控制在7%以下，轻水反应堆是绝对达不到的，所以想要制造原子弹就必须用重水反应堆来制取钚239。为什么钚240含量超标就一定要填埋，不能继续提纯？钚239和钚240之间只差了1个中子，这就好比一个牛群中有几头牛比其它牛少了一根牛毛，想把它们挑出来，根本不可能。

更多内容请关注公众号：sunmonarch

以上内容由办公区教程网摘抄自中国科普网可供大家参考！

标签：科学原子弹重水重水反应堆

上一篇：【建军节】听军歌嘹亮，少年航天局致敬中国军人下一篇：科技是核心战斗力！习近平这样谈科技强军

水也有轻重之分？制造核武器为何要重水？

热门文章

标签列表