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如何才能实现铀裂变的链式反应?

上篇讲了中子轰击铀产生裂变的内在机制,也就是说中子轰击铀产生裂变的原因。现在再来看看如何实现铀裂变的链式反应。

要实现铀的链式反应,必须具备以下条件:

1、首先就要中子有“富余”,也就是轰击后产生的中子数要多于轰击前的中子数(比方说,用一个中子去轰击铀,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、其次呢,就是要求“富余”的中子进入下一次的轰击状态,而不是“逃跑”(跑出去或被吸收)。当然,这就是设计“反应堆”的主要目的所在。

3、裂变后产生“富余”的中子虽然比不上“快中子”能量大,但比“慢中子”能量大。这就导致了两方面的问题:

a、要用铀235,而不是用铀238,尽管自然界中铀238占绝大多数,铀235含量极少。这就要求人们必须用大功率的离心机来提取铀235。否则,没办法进行下一步反应轰击;

b、让“富余”中子的速度降下来,也就是让轰击出来的中子“慢化”。

中子“慢化”就必须用材料做“慢化剂”(有的叫减速物或别的,总之,名称不要紧,目的就是让中子减速)。

作为“慢化剂”的材料一般有两种:

一种是很高纯度的石墨;

另一种是重水(D2O)。

当然了,“慢化剂”和铀是交叉放置的,而不是像“混凝土”里变的沙子和小石头一样,一锅粥的“搅和”在一起。

4、“反应堆”冷却下来的办法是用“冷却剂”,常用的有这么几种:

a、空气(这适合低功率的反应堆);

b、水(尽管水会吸收中子,但吸收量不大,对链式反应影响不大,关键水廉价);

c、氦气(大家认为氦是最好的原因是氦不吸收中子,但其导热性差)。

5、让铀裂变的自发链式反应变成可控的自发链式反应。否则的话,还没做好自己就先爆炸了,如果这样谁还敢做?

刚开始轰击铀用的慢中子就是靠“回旋加速器”来实现的。

其实,大家经常听到的“大型对撞机”就是特大号的“回旋加速器”,把微粒子加速到很高的速度,也就是接近光速时,让这些高能量的微粒子进行对撞,然后,看能不能生成更小的微粒子,以便确认是不是新的微粒子。尽管有些新的微粒子只是“中间态”(也就是存在时间很短,甚至短到没办法检测),马上就会分解或和别的微粒子结合。

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