第896章 铀元素的终极提纯(科普章节,不喜可跳订)(第1/2页)科技巫师

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    提前明:章涉及到的相关知识,大部分来自于中国工程物理研究院官、对外公开资料。

    李察阅读,目光在书页上移动。

    “铀35提纯的第一种法,是电磁分离法,利用质谱仪的原理进行同位素分离。

    其中质谱仪是实验室用来分析带电粒子质量的一种仪器,能够让质量不同而带电量相同的粒子,进入磁场发生偏转的半径不同,从而分离。

    详细解释的话,那就是粒子以速度进入磁场假设朝上,带正电荷粒子运动所产生的磁场磁力线沿运动向的左边朝上、右边朝下。因而运动带电粒子左边的磁场被加强,右边的磁场被减弱,形成一个磁场梯度,产生一个从左向右推的磁压力。

    这个力与速度向垂直,虽然不能改变运动带电粒子速度值的大,但是却能改变粒子运动的向,形成一个向心力。

    又因为磁场是均匀的,对运动带电粒子产生的磁压力处处相等,所以使运动的带电粒子在磁场中作匀速圆周运动。

    按照电磁公式,可知,磁场的作用力等于,向心加速度等于。

    所以,能导出:。

    公式中,为粒子电量,为粒子运动速度,为粒子质量,为磁感应强度,为粒子作圆周运动的偏转半径。

    又因为粒子电量、磁感应强度都是确定的,由此运动粒子的动量与偏转半径成正比。

    带相同电荷而质量不同的离子,通过相同的加速电压,获得的电势能是相等的,且等于进入磁场时的动能为:1。

    前面已知粒子的动量,两式消去,即得。

    对于质量等于的粒子,。

    由此可得出,即质量的相对偏差,是半径相对偏差的倍。

    由于入射粒子的质量不同,它们经过相同电压加速后获得的能量相等,但动量不同。进入磁场后,动量大的弯曲半径大,动量的弯曲半径。

    如果同一种动量的离子进入磁场的角度存在偏斜,导致它们共同聚焦在的范围。那么的范围与入射角的关系,经过计算可得到如下公式:5。

    当于5时,的相对误差是41,可能引起的质量偏差为81。而铀35与铀38的相对质量差等于131,从而让质谱分离法的用于实际”

    李察读完,挑了挑眉毛。

    这显然是一种很浅显易懂的法,原理就是:质量不同而带电量相同的粒子,经过相同电压加速后动量不同,从而导致进入磁场发生偏转的半径不同。

    举个例子的话,这就像是轨道上行驶的火车,在一个弯道处,速度适宜的火车能够正常通过。而速度过快的火车,则因为受力不平衡,会带着车厢直接冲出轨道,导致出轨。

    用这种法,铀35便是速度合适的火车,铀38则是速度过快的火车,让两者得以分离,从而得到高纯度的铀35。

    这种法技术含量是相对较低的,因此地球上,138年德国化家哈恩和斯特拉斯曼发现核裂变,迈特纳和弗里施提出了核裂变的理论解释。仅仅过了两年,也就是14年4月,明尼苏达大的尼尔,就用质谱仪制造出微量的浓缩铀35。

    之后14年,地球上首次制造核武器的曼哈顿计划开始,劳伦斯等人,开始利用电磁型同位素分离器进行提纯铀35。

    这是一种经过论证的法,是完可行的。

    不过,它也有一个的问题。

    那就是投入太大。

    在地球上的曼哈顿计划中,为了用这种法提纯铀35,特意在橡树岭建造一座超级电磁装置。投入人力近5人,分离器超过11台,光是绕制线圈用的银就有15吨之巨。

    15吨!

    而得到的结果,只是每天仅仅生产几克铀35,用了数年时间,得到的铀35数量,才刚刚能够制造一枚原子弹而已。

    李察抿嘴。

    他现在可没有数万人的手下,也没有一万五千吨白银,真的想要用这个法生产,他得先解决前置条件。

    如果这是唯一的法,他也许真的要考虑提前创建私人势力了,不过还好,这并不是唯一的法,他还有其他的选择。

    继续往下看。

    “铀35提纯的第二种法,是气体扩散法。

    顾名思义,这个法应用的原理,是常见得气体扩散。

    举一个例子,在卧室一角洒一滴香水,香水分子会快速扩散,不一会整个房间都能闻到香水得气味。

    而把一滴香水替换成一滴醋,在相同条件下,撒在卧室得同一角落,想要整个房间都能闻到醋味,所需要得时间要更长。

    这是因为,醋分子要比香水分子重,因此扩散速度慢。

    相对应的,在一个气球中装满氢气相对分子质量为和氮气相对分子质量为8,是氢气得14倍。当气球漏气时,氢气要比氮气泄漏得更快,因为氢气分子,重量更轻。

    把气体扩散法用于铀元素中,就可以根据相同得远离来分离铀35和铀35这两种同位素。

    具体操作得话,可以这么进行:把六氟化铀置于648338以上的环境中,六氟化铀会升华成气体。然后把气体状态的六氟化铀向着多孔得薄膜压送,根据气体扩散原理,含有铀35得六氟化铀气体分子,会比含有铀38得六氟化铀气体分子更快速的通过薄膜,其扩散速率会和它的气体分子量平根成反比。

    这样,把多孔膜的孔径设置成一个气体分子与其他气体分子发生两次碰撞之间所走过的平均距离时,就得到了气体扩散得最佳条件。让轻分子比重分子速度快,更容易通过膜孔。

    通过数据收集,可以确定,在气体加料连续进行的状态下,把多孔膜的孔径控制在微米以下,把六氟化铀维持在85。这样扩散通过膜的气体浓缩流,会比加料气体入料中的铀35浓缩大约的含量”

    阅读完第二个法后,李察思考。

    这第二个法的原理也很简单易懂,不过是气体扩散涉及到的分子移动速率差异罢了。只要能抓住这一点,就能让铀35的含量不断提升。

    唯一的问题是,按照数据显示,每一次经过多孔膜,铀35浓度提升的程度,仅仅为左右。

    这样要想让铀35的含量提升成一定的高度,提升到能够真正制造核武器的水平,需要把众多分离级串联起来。

    而且单单一级、两级串联,是没有多少效果的,需要几千级的串联才行。

    实际上,地球上曼哈顿计划中,就采取过这种法。为此,专门在橡树岭建造了庞大无比的工厂,组装了高达几千级的分离设备。

    这样以来,规模显然是巨大的,和第一个法的规模不相上下,另外为了保证扩散气体沿着同一向不断扩散下去,还需要强大的动力。

    为此,整个国家得电力都要向着气体扩散工厂倾斜。

    可以这么,无论是第一个法,还是第二个法,真的要投入实际运行,都需要一个非凡的现代国家大部分国力的支持。

    正因此,能够自行研制、生产核武器的国家,才算是


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