如何才能实现铀裂变的链式反应?
第一部分讲的是中子轰击铀导致裂变的内在机理,也就是说,中子轰击铀导致裂变的原因。现在我们来看看如何实现铀裂变的链式反应。
要实现铀的链式反应,必须满足以下条件:
1、首先中子有“剩余”,即轰击后产生的中子数比轰击前多(比如用一个中子轰击铀,轰击后会产生两个、三个甚至更多的中子)。幸运的是,用中子轰击铀符合这个条件。
2.其次,要求“过剩”中子进入下一次轰击状态,而不是“逃逸”(耗尽或被吸收)。当然,这是设计“反应堆”的主要目的。
3.裂变后产生的“过剩”中子,能量不如“快中子”,但比“慢中子”大。这导致两个问题:
答,要用铀235,而不是铀238,虽然铀238在自然界中占绝大多数,但铀235含量很少。这就要求人们使用大功率离心机提取铀235。否则没有办法进行下一步反应轰击;
b、让“过剩”中子减速,即让被轰击的中子“减速”。
中子“减速”必须用材料做“慢化剂”(有的叫减速剂,有的叫减速剂,总之名字不重要,目的是让中子减速)。
用作“主持人”的材料一般有两种:
一种是高纯度的石墨;
另一个是重水(D2O)。
当然,“慢化剂”和铀是交叉放置的,而不是像“混凝土”和小石头里变的沙子一样“混合”在一起。
4.冷却“反应堆”的方法是使用“冷却剂”,通常使用如下:
a、空气(这适用于低功率反应堆);
b、水(水虽然吸收中子,但吸收不多,对链式反应影响不大,关键水便宜);
c氦(认为氦最好,因为氦不吸收中子,但导热性差)。
5.让铀裂变的自发链式反应变得可控。不然做不好先爆。如果是,谁还敢做?
当初用来轰击铀的慢中子是用回旋加速器实现的。
其实我们经常听到的“大型对撞机”是一个超大的“回旋加速器”,它将粒子加速到一个非常高的速度,也就是当接近光速时,这些高能粒子发生碰撞,然后看是否能产生更小的粒子,从而确认它们是否是新粒子。虽然有些新粒子只是处于“中间状态”(即存在时间很短,甚至短到无法检测到),但它们会立即分解或与其他粒子结合。
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