铀浓缩是如何制造炸弹的(Uranium Enriched to Make Bombs)？

浓缩铀是同位素U-235含量很高的铀，只占天然铀的0.72%。正常铀被称为U-238，其中的数字表示其原子核中的核子（质子和中子）的数量。U-235的质子和中子数量不均，使其稍微不稳定，易受热中子裂变（分裂）的影响。使裂变过程作为连锁反...

浓缩铀是同位素U-235含量很高的铀，只占天然铀的0.72%。正常铀被称为U-238，其中的数字表示其原子核中的核子（质子和中子）的数量。U-235的质子和中子数量不均，使其稍微不稳定，易受热中子裂变（分裂）的影响。使裂变过程作为连锁反应进行是核能和核武器的基础。

浓缩铀用于制造原子弹，例如第二次世界大战期间美军在广岛投下的铀，由于铀235的化学性质与普通铀相同，而且只有1.26%轻，因此将两者分离是一个相当大的挑战。这一过程通常相当耗费能源，成本高昂，这就是为什么到目前为止只有少数国家能够实现工业规模。要制造反应堆级铀，铀235的含量必须达到3-4%，而武器级铀必须含有90%或更多的铀235。至少有九种铀分离技术，尽管有些方法确实比其他方法更有效。二战期间，美国研究人员首次进行同位素分离时，使用了一系列技术。第一阶段是热扩散。通过引入一个较薄的温度梯度，科学家可以将较轻的U-235粒子引到一个热区域，更重的U-238分子向较冷的区域移动。这只是为下一阶段电磁同位素分离准备原料。电磁同位素分离包括使铀汽化，然后使其电离，产生带正电荷的离子。电离的铀被强磁场加速弯曲字段较轻的U-235原子偏折稍大，而U-238原子偏折较小。通过多次重复这个过程，铀可以被浓缩。这种技术被用于制造摧毁广岛的小男孩炸弹的一些浓缩铀。冷战期间，电磁同位素分离被放弃，取而代之的是气体扩散浓缩技术。这种方法使六氟化铀气体通过一个半透膜，使两种同位素彼此之间略有分离。与先前的技术一样，这一过程需要多次进行才能分离出大量的铀235。现代的浓缩技术使用离心分离机。较轻的铀-235原子稍微优先地被推向离心机的外壁，将它们集中在可以提取的地方。和其他技术一样，用这种方法净化铀的整个系统使用许多离心机，被称为离心级联。Zippe离心机是传统离心机的一个更先进的变体，它利用热量和离心力分离同位素。其他铀分离技术包括空气动力学过程、激光分离的各种方法、等离子体分离和利用两种同位素在氧化/还原反应中的价态变化倾向的细微差别的化学技术。