水也有輕重之分？制造核武器為何要重水？

水也有輕重之分嗎？當(dāng)然，平日里我們所喝的水就是“輕水”，而與之相對的則是“重水”。

什么是重水呢？顧名思義，就是比普通的水要重，我們?nèi)粘Ｋ嬘玫妮p水的分子質(zhì)量為18.0153，而重水的分子質(zhì)量為20.0275，可以看出，重水比輕水的質(zhì)量高出了約11%，這多出的質(zhì)量是哪來的呢？其實就是中子的質(zhì)量。在自然界中存在著各種各樣不同的元素，比如氫元素、氧元素、碳元素以及鐵元素等等，每一種元素都是由相應(yīng)的原子所組成的，而原子又是由原子核與電子所組成的，在原子核之中又存在著質(zhì)子和中子，其中質(zhì)子的數(shù)量就決定了元素的種類，比如擁有一個質(zhì)子的就是氫原子，而擁有兩個質(zhì)子的就是氦原子。

在自然界中除了有許多不同的元素之外，同一種元素還有著數(shù)種不同的同位素，而這就是由中子數(shù)量所決定的了。

比如氫擁有三種同位素，即氕、氘和氚，這三種同位素都擁有數(shù)量相同的質(zhì)子，也就是一個質(zhì)子，但氕的原子核中只有一個質(zhì)子，而沒有中子，氘有1個中子，而氚有2個中子。由2個氕原子與1個氧原子所組成的水分子的分子式就是我們熟悉的H2O，也就是最常見的最普通的輕水，而有2個氘原子與1個氧原子所組成的水分子的分子式則寫為D2O，這就是重水，因為重水比輕水多了2個中子，所以質(zhì)量自然也就要大一些了。

雖然只比輕水多了2個中子，但重水就不再是“生命之源”了，不僅不是生命之源，飲用重水還會導(dǎo)致死亡。

不過我們并不需要擔(dān)心，因為在自然界中，重水的比例是非常少的，它們混雜在輕水之中，但比例還不足0.02%。重水雖然不能喝，但卻有其它用途，比如原子彈的制造。原子彈是一種利用核裂變反應(yīng)而產(chǎn)生巨大破壞力的武器，其威力主要來自于內(nèi)部的“裝藥”，目前可用于原子彈裝藥的元素有兩種，即鈾235和钚239。無論是采用哪一種元素，都必須要進(jìn)行提純。以鈾235為例，它在鈾礦中的比例只有0.7%，其余都是鈾238，而要制造核武器，鈾235的濃度至少要提純到85%以上，這還只是理論上的最小值，實際制造原子彈的過程中所需的純度還要更高。

為了提高鈾235的濃度，就必須使用大量先進(jìn)的氣體離心機(jī)進(jìn)行反復(fù)濃縮，這對于很多國家而言都是一道難以逾越的門檻。

如果使用鈾235作為原子彈的裝藥，那么就用不上重水，但如果使用钚239，重水就是必不可少的。與鈾235不同，鈾235在自然界中是存在的，我們要做的就是設(shè)法將它與鈾238相分離，但钚239并不存在于自然界之中，它完全需要人工制取，怎么做呢？這就要從鈾238說起了，原子彈威力巨大是因為利用了“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”的原理。

所謂鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，簡單講就是鈾235吸收了中子之后會發(fā)生裂變，釋放能量并拋出2個中子，這2個中子又會被其它鈾235所吸收，牽一發(fā)而動全身。

但與鈾235混在一起的鈾238也會吸收中子，但它吸收了中子后不會裂變，會直接變?yōu)殁?39，鈾235裂變所產(chǎn)生的中子被鈾238悄無聲息的吃掉了，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)便不能達(dá)成。對于鈾235而言，鈾238是多余的，但在制取钚239方面，鈾238卻大有用處。鈾238吸收中子后會變?yōu)殁?39，鈾239不穩(wěn)定，會通過β衰變而成為镎239，镎239再一次衰變就可以生成钚239了。制取钚239需要用到原子反應(yīng)堆，而原子反應(yīng)堆根據(jù)所使用的冷卻劑不同，又可以分為輕水反應(yīng)堆和重水反應(yīng)堆。

輕水反應(yīng)堆和重水反應(yīng)堆都可以制取钚239，但是輕水反應(yīng)堆制取的钚239卻無法用來制造原子彈。

這是因為在輕水反應(yīng)堆中生成的钚239還混有大量的钚240。钚240是一種極不穩(wěn)定的元素，會時不時出現(xiàn)自發(fā)裂變，如果钚239之中混入的钚240太多，你我都知道將會發(fā)生什么，那就是不可預(yù)測的隨時自爆。所以钚239中的钚240含量超過19%就是必須填埋處理的廢材，7%到19%之間可以用作燃料，而要想用來制造原子彈，钚240的含量必須控制在7%以下，輕水反應(yīng)堆是絕對達(dá)不到的，所以想要制造原子彈就必須用重水反應(yīng)堆來制取钚239。為什么钚240含量超標(biāo)就一定要填埋，不能繼續(xù)提純？钚239和钚240之間只差了1個中子，這就好比一個牛群中有幾頭牛比其它牛少了一根牛毛，想把它們挑出來，根本不可能。

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