铀

铀

纯度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩铀，U-235纯度大于80%的铀为高浓缩铀，其中纯度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。获得铀是非常复杂的系列工艺，要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程，而浓缩分离是其中最后的流程，需要很高的科技水平。获得1公斤武器级U-235需要200吨铀矿石。由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际社会严禁扩散的敏感技术。目前除了几个核大国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌

金属铀

握了铀浓缩技术。

提炼浓缩铀方法主要有气体扩散法和气体离心法。

气体扩散法: 使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子

(238UF6)的大。这样,通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。

第二次世界大战结束后，美国的实践证明，气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法，是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战，是比较各种方法的基本点。美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上，比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量惊人，成本很高。

气体离心法: 气体离心分离机是其中的关键设备。铀原料放置于离心机中央反应室内，离心机以7-8万转/分钟的速度旋转。较重的U-238原子逐渐靠近离心机的边缘，而较轻的U-235则保留在离心机中心部位。结晶

U-235被称为“富铀”（浓缩铀），其余的“贫铀”则被丢弃。仅靠单个离心机一次分离是远远不够的，必须通过更多离心机加工，才可以分离提纯。这些离心机以“级联配置”联接一体。因而，“级联配置”成为核物质用途的又一重要线索。铀在一级离心机提纯后，会转送到下一级离心机继续提纯，级级相连。由于核电站所需铀浓缩较低，其离心机级联层次较少，因而看起来会比较短。而用作核武器的铀浓度要达到90%以上，其离心机层次更多，级联配置自然显得又细又长。

美国等国家通常把拥有该设备作为判断一个国家是否进行核武器研究的标准。核电站核反应堆只需3%~5%的U-235，而要生产核武器，U-235浓

度至少要达到90%。如果发现某个国家的U-235浓度达到90%，这就是企图制造核武器的铁证。

编辑本段原子弹

使用常规炸药有规律的安放在铀的周围，然后使用电子雷管使这些炸药精确的

原子弹蘑菇云

同时爆炸，产生的巨大压力将铀压到一起，并被压缩，达到临界条件，发生爆炸。或者将两块总质量超过临界质量的铀块合到一起，也会发生猛烈的爆炸。

临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料，受核子的性质（如裂变横切面）、物理性质、物料形状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响，而会有不同的临界质量。

刚好可能以产生连锁反应的组合，称为已达临界点。比这样更多质量的组合，核反应的速率会以指数增长，称为超临界。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应，这种临界被称为即发临界，是超临界的一种。即发临界组合会产生核爆炸。如果组合比临界点小，裂变会随时间减少，称之为次临界。

核子武器在引爆以前必须维持在次临界。以铀核弹为例，可以把铀分成数大块，每块质量维持在临界以下。引爆时把铀块迅速结合。投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上，造成足够的质量。这种设计称为“枪式”。钚核弹不能以这种方法引爆。第一枚钚原子弹胖子是内爆式钚弹。处于低临界的球形钚，被放置在空心的球状炸药内。周围接上了三十二枚同时起爆的雷管。雷管接通起爆后，产生强大的内推压力，挤压球形钚。当钚的密度增加至超临界状况，引发起核子连锁反应，造成核爆。胖子不能使用“小男孩”铀弹一类的“枪式”起爆。因为钚的自发中子比铀多很多。如果好像枪式铀弹一样将数块钚结合，连锁反应会在裂变物料刚刚到达超临界时立即开始；产生的能量会把

其余大量尚未进行裂变的材料炸开，造成释放能量大为下降的“提前起爆”（Fizzle）。理论上要以“枪式”起爆钚弹并非不可能，但是炸弹可能需要长达十九英尺，这种设计超越当时B-29的载负能力所以不可取。

由于内爆式钚弹是一种崭新的设计，因此美国在使用前，先在1945年7月16日新墨西哥州试爆了另一枚同一模式，称为“小玩意”（Gadget）的原子弹。结果试验非常成功，得到的当量达二万公吨，比原先预计高出二至四倍。