核武器基本原理核材料有关问题

1下次课堂讨论目前伊朗核问题的主要议题是什么？各方主要观点是什么？第七讲：核武器基本原理-2

--核材料有关问题《科学技术与国际安全》课程号：407003333铀的同位素铀235：0.7%，半衰期7亿年(寿命，一半没有了），吸收任何能量中子都裂变，低能中子裂变概率大，是裂变核武器中的有效成分；铀238：99.3%，半衰期45亿年，吸收低能中子变成钚239，吸收高能中子发生裂变。问题：如果时间倒流，铀235的含量会如何变化？（过去铀235很多)12.7亿年前铀235的丰度是2%。铀238经过改造可以变成钚239，钚239也可以当作核材料，制作核武器。12.7亿年，伊朗不要以铀浓缩为借口，因为铀235很丰富（半衰期的缘故）核燃料循环-前段铀矿勘探和开采→铀矿石或矿石溶液铀（产物）提取→黄饼(yellowcake,U3O8八氧化三铀）（二氧化铀，陶瓷状）转化(conversion)（铀，核燃料辐射很小，可以拿在手里)路径1：→UO2（天然铀燃料）路径2：→UF6（六氟化铀气体）→浓缩→转化成铀氧化物（或金属铀）燃料制备(fuelfabrication)5铀浓缩----提升铀235的含量）化学方法对分离铀235无用，因为铀235和铀238化学性质相似）7铀的浓缩如何提高铀235的含量： 离心法、扩散法、激光同位素分离。铀235含量高的称为浓缩铀，一些商用反应堆要求铀235浓度大于2%；剩余的铀238含量高的物质称为贫铀。贫铀弹算核武器吗？不算武器级铀指铀235浓度大于20%，不过体积太大（核武器国家通常为90%，可以缩小体积）。伊朗核问题是什么？（见下一页）浓缩铀：铀235含量大于自然界含量0.7%。高浓缩铀：U235含量类似10%常用穿甲弹材料为金属：钨、铅贫铀硬度大，密度也比钨，铅大，利用贫铀的金属性能，穿甲性能好贫铀穿甲弹撞击时迅速气化，后又迅速凝结，成金属小颗粒（微米级甚至纳米级，化学毒性就会显现出来，对人体有危害）穿甲弹轰炸，后步兵冲锋，对步兵有危害9离心机

centrifugemachineUF6输入U235较多U238较多U235+U23810离心机的并联与串联

低浓缩铀与高浓缩铀的生产产品一产量高产品二浓缩度高离心机级联

cascade1112反应堆中的临界U235nnU235U235U235nnU238冷却剂U238结构材料U238γγγγγ俘获俘获俘获俘获俘获nnnnnn13反应堆工作原理中子慢化提高U235产生裂变的机会：慢化剂；改变反应区构型，以维持临界状态（中子数量不变化）：控制棒、气泡；将热量导出：以维持热平衡（传热的方法，重水沸点高于100度、沸水加压；或者用金属钠，不过沸水可以漏出来，钠不可以，钠在空气中会自然）；天然反应堆：想象天然反应堆出现的情形14钚的生产反应堆中产生钚： 反应堆中铀238经过中子辐照产生钚239。继续辐照生成钚240、241。

238U+n(裂变中子)→…→239Pu239Pu+n(裂变中子)→240Pu…241Pu钚的后处理(reprocessing)： 将反应堆废料作后处理（化学分离）生产钚（以及没烧完的铀）。15钚240、241带来的问题钚240、241具有高的自发裂变率。反应堆中辐照时间越长，钚240、241含量越高。辐照时间少，钚240、241含量低的钚材料适合做核武器。武器级钚：钚239含量大于80%-97%生产武器级钚（主要特征是什么）（1）及时更换燃料棒；（2）后处理提取钚。16核装置类型与核材料浓缩铀既可用作内爆法核武器，又可用作枪法核武器；钚只能用作内爆法核武器；枪法核武器设计较为简单直观一些，可以不需要核爆炸试验；内爆法核武器设计较为复杂一些，往往需要核爆炸试验来验证设计问题：朝鲜核武器是什么类型的？是否需要核试验？内爆法核武器17分析1：反应堆级的钚

与核武器制造

反应堆级的钚（含钚240、241高的钚）给核武器制造带来的问题？问题自发裂变产生的中子使核武器早点火自发裂变产生的热使得核武器不好维护18分析2、怎样分析日本的钚的用途？用作核武器：反应堆级钚用作核武器的技术问题：早