很多人認為生產原子彈主要是用重水反應堆的副產品钚來制作钚核心原子彈。其實這是一種相對比較片面的想法。重水在核工業中的作用要比很多人想像的大得多。

先說下重水堆吧:重水反應堆是利用重水(D?O)作為中子減速劑的一種反應堆。其實是大家最應該發展的一類反應堆。在鈾235原子捕獲中子分裂后,可以產生的中子一般都會具備較大的能量,但是能量過大的中子可以直接將原子核打碎,但很難讓鈾原子核在分裂的同時放出額外的中子。這里就需要讓中子的速度在一個合適的速度窗口內。重水在反應堆內就可以有效地作為一個中子減速劑。它的減速效果就比傳統的輕水(H?O)要好得多,可以有效地增加反應堆的密度,800MW的反應堆就可以輕而易舉的建立出來。而且重水堆并不挑剔燃料,最低豐度的0.13%的鈾燃料都可以在重水堆里面發電。
但是重水堆也有不好的地方,就是中子的速度對于鈾原子太合適了,容易讓鈾238捕獲,從而生成鈾239,鈾239經過一系列的嬗變就會形成制造原子彈的材料钚239。
這也是很多人反對重水堆的一個原因。同時,重水堆還有一個產物就是超重水(T?O),這個反應產物中的超重水中的氚雖然和氫彈中需要的氚是相通的,但是,利用重水反應堆所能獲得的氚量太大,制造氫彈的實際氚需求很小,并沒有真正的意義。更多的超重水則會泄露到環境中造成放射性污染的安全隱患。
關于大家認為“生產原子彈需要重水”的一個原因,主要是因為在二戰期間盟國炸毀了挪威的一個重水工廠的故事所了解到的。其實納粹德國的確是利用了挪威的重水工廠來進行核武器相關的研究。但是如果用挪威重水工廠生產的重水來制造原子彈,則是完全不可能的事情。

原因是,挪威的這座重水工廠,日產量僅僅有4公斤。而一個重水反應堆最少的重水需求量是15噸,這間工廠日夜不停地生產重水需要生產10多年才可以滿足一座可以制造钚-239重水反應堆的需求。
其實在整個二戰期間納粹德國也就獲得了半噸重水。
那么重水在生產原子彈的過程中除了制造钚239還有什么其他的用途呢?主要在當時的核工業中用來制造氚。在反應堆中利用核燃料裂變產生的中子其實只有很小的幾率在重水中產生超重水。但在1930年代末期就已經有了更高效的從重水中制造氚元素的方式。就是用重水和鋰反應生成氘化鋰,然后將氘化鋰在適當的環境下輻照使氘轉化成氚。固體在輻照中的轉化效率是液體的重水(D?O)轉化效率的幾百倍。然后再通過氚化鋰與鹽酸的反應生成超重水,最終再電解出氚氣。
這些氚氣混合了氘氣體后,在等離子狀態下加速就可以釋放出大量中子。這些中子恰恰是早期原子彈的核板機。
在早期核彈的設計中還有一種用到重水的地方,道理也和重水反應堆類似。在核彈材料中增加氘的含量。這樣可以做到讓原子彈爆炸過程中所產生的快速中子減速,產生更多適合核材料原子所能捕獲的慢中子,從而擴大核材料的利用率。例如早期的MK12核彈

直至后來钚的產量上來了,這種設計的核彈才逐漸退役。

二戰時期檢測濃縮鈾的氣相檢測儀
當然了,少量的重水在核工業中還會用作氣相檢測劑,這個其實就很好玩了,你用離心機來濃縮鈾的時候,最終的產物到底是百分之多少濃度的鈾?誰知道呢?檢測這些鈾產物中鈾235的濃度就會利用一種氣相檢測儀的設備,這個設備中的溶劑就是重水。
所以說如果石油是工業的血液,那么重水就是核工業的血液。它們不僅僅是用來制造钚的,它們幾乎貫穿了整個核武器的生產流程。
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