注意到那些个高度和半径相差悬殊圆柱体，这就是离心机，有三个管子，分别进料，出贫料，出富集料。

这东西全称叫做逆流式离心机。

离心机和早年的气体扩散法是一致的，使用的都是分子动力学原理——含U235和含U238的UF6分子量不同，气体在相同条件下的分子运动特性不一致。在气体扩散法中，基于同一温度下分子平均动能一致的原理，区别了238UF6和235UF6的两种不同质量的六氟化铀分子的运动速度。在离心机中是气体的分压。　　不同高度的大气中，气体的成分是不同的，在底层二氧化碳和氪、氙的含量要高，大气层顶部最稀薄的基本上都是氢和氦了。离心机与此类似，利用离心机高速旋转的转筒形成压力，在一个以1300转/秒速度旋转的150mm内径圆筒里，对于UF6每1mm气压变化一倍。
实际上离心机并不是靠这个简单的压力差来进行分离，因为那不适合连续的适应各种富集度原料的生产。　　关键是使得气体会形成环流，就像在精馏设备里一样，重组分向一端，轻组分向另外一端流动，不同的是精馏是气体和液体两相之间，离心机内都是气体，动力是在巨大的压力差催动下的气体扩散。这是在离心机的每个横截面上形成一个筒壁向内部逆流过渡的近乎常数的丰度梯度。当轴向加长时，轴向上的梯度要比径向上高好几倍，当然设计时径向和轴向都要利用到。　　驱动环流的主要方法是加上一个温度梯度——由于巨大的加速度，只需要几度就足以形成有效的环流。
离心机内的气流是一个复杂的气体动力学问题，我们仅仅需要知道几个结论　　1.这看上去有些奇怪，分离效率取决于线速度，但是不取决于半径，圆筒内径大到一定程度就没用了　　2.轴向越长越好　　3.实际中，由于气体流速不能超过音速，线速度高到一定程度就没用了　　但实际，我们又受到圆筒共振的影响，转速高到一定程度以后，圆筒不能作的太长，必须使用更高强度的材料，一开始用合金钢，现在用碳纤维，而且要在结构上采取增加阻尼非均匀转子等措施防止高频共振的发生，成为超临界离心机。　　现在你明白这个东西有多么复杂了吧——在这里我还没有提超高速密封轴承和高速同步电机，承受巨大离心力的转动端盖，以及附加的阻尼系统。
离心机相对于气体扩散工厂具有能耗低的优势，缺点是级联数多维护量大，但是安理会五大流氓的核弹基本上都是从气体扩散厂来的，中国的气体扩散厂是苏联援建的，但是气体扩散工厂中最关键的一样东西没有给我们，那是个什么玩意呢，一层膜，镍的。　　气体扩散的原理比离心机要简单：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238UF6和235UF6)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。　　所以这个膜是最关键的，当然不简简单单就是层膜子，有支撑层和分离层，苏联人的膜是一个直径15mm，高550mm，壁厚0.15mm的管子，分离层厚0.01mm，孔径0.01μm。这层膜可以用上10年以上。

气体扩散法另外的要点是压缩机，UF6的声速很小，80m/s，压缩机工作在超音速状态，压缩之后还需要冷却，而且轴承必须密封，而且所有的管道都要镀上厚厚的镍防止腐蚀，并且高度密封，这种密封意味着所有管道抽成真空后要上百年才会回到半个大气压。　　气体扩散法需要大量的级联，并且消耗巨大的能量，在60年代美国建设的橡树岭，帕杜卡，朴茨茅斯气体扩散工厂的功率分别为1510MW,1940MW,1800MW。需要5又1/4个百万千瓦电厂供电。　　除了离心机和气体扩散法，还有几种其他的基于分子动力学的铀浓缩方法，例如联邦德国的喷嘴法，南非的涡流管法，这些大多没有离心机和气体扩散工厂来的规模大。　　实际上1克235UF6和140克的238UF6混合熵只有区区70焦耳，实际上气体扩散法分离所消耗的能量是这个值的一千万倍，离心机法虽然能耗不到气体扩散法的1/10，但是投资却不相上下，这是一个基于热力学第二定律的可怕悲剧。即使如此，浓缩铀所消耗的分离功与生产出来核燃料的发电量相比，仍然不到4%。但是为了更高的利润，核燃料公司和国防部/能源部需要一种更低能耗，更低成本的方法分离铀。

最终人们看上了激光，试图利用激光极高的单色性，利用U235和U238微小的光谱特性差异来进行同位素分离，但是茶几的尺寸并没有小多少。　　用激光进行分离的主要方向是三个：基于光物理的原子多步共振光电离法，和基于光化学的分子/多分子红外紫外多步共振光分解法。　　原子光电离法，把熔融的铀用电子枪轰击，使之蒸发，然后用特殊光谱的激光器系统（基于铜蒸汽激光器和可调谐燃料激光器）使铀的蒸汽电离，然后用电磁场收集电离的铀，可以一次分离出反应堆用的3～5%U235丰度的铀。但是激光的效率不高，不太能持久工作，而且熔融金属不是个很容易打交道的东西，铀蒸汽更是有腐蚀性，但是整个系统几乎没有运动的部件，已经很不错了，虽然处理量小，但是处理速度快，产量可以满足需求。但是对于要造核武器的小国家，还是太麻烦了。　　基于光化学的分子/多分子红外紫外多步共振光分解法，这两种方法都是基于用精密的红外激光器给UF6分子提供化学反应所需的能量，然后将其中235UF6分解。　　但是由于多普勒效应，需要用惰性气体载气经过超音速的喷嘴进行深冷，然后用一束激光激发235UF6，再用另外一种激光将235UF6解离。

激光比原子法要求更高。　　由于种种技术原因以及冷战结束后，毛子庞大核武库里流出的用浓缩铀稀释的低浓铀，和转移的核武器产能，现在浓缩铀市场很不景气，甚至连铀矿都卖不贵，激光还在实验室里悲剧着。

钚，94号元素，放射性元素，是核工业的重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变物质，世界上第二毒的物质。 　　它开启了核时代的潜力及其令人恐惧的特性。在冷战时期，钚的主要作用在于为形成核威慑基础的热核武器提供扳机。随着核能的发展，钚还成为在寻求几乎无限电能中的一个必要组成部分。

1940年3月，以西博格博士（Glenn Seaborg）为首的研究小组在加州大学伯克利分校用60英寸回旋加速器加速的氘核轰击铀238，获得了钚239（第106号元素后来以西博格命名，第97和98号元素分别以伯克利和加利福尼亚命名）。1941年3月5日，钚被人工制备并分离出来，量仅仅只有0.25μg，为了制取钚，1942年底人们在芝加哥大学那个著名的网球场，建设了第一座反应堆CP-1，当年12月2日，反应堆临界（自持链式反应），人类第一次实现了受控核能的释放，这一成果使得杜邦公司最终一1美元的利润承担曼哈顿工程里的钚生产。1943年11月，橡树岭，实验堆X10达到临界，生产出以克计的钚供材料研究，在此之前科学家使用的是嵌在有机玻璃里的不到50μg的钚。 　　但是即使是微克级别的样品以及使得科学家意识到钚是这个星球上最最复杂的金属，钚拥有七种金相结构，并且在很窄的温度范围内，也就是说，只要一点刺激，钚金属的密度变化可高达25%。它可以像玻璃一样脆，也可以拥有像铝一样的延展性，当钚凝固时，它的体积会膨胀——就如水冻成冰；钚是活泼的金属，新加工钚的银光闪闪的表面会在数分钟内失去光泽，钚的粉末剧毒而且极易自燃，钚在空气中的强烈反应和在溶液中的强还原反应将在环境和化学过程中形成多级化合物和螯合物。钚会通过放射性衰变而发生变化，使其晶格遭到破坏，并生成氦，镅，铀，镎和其它杂质，并且释放出热。


铀在自然界至少存在着三种同位素形式，质量数分别为234（0.0055%），235（0.720%）和238（99.274%），括号里是天然铀的质量分数。能直接用于裂变能的，主要是铀-235。在自然界只有U235一种易裂变核素，其他的两种钚239和铀233都是由可转换的核材料铀238和钍232而来。对于铀233由于不可避免的在转换过程中产生带有强γ射线字体的铀232，所以无论核武器还是核电一直没有得到广泛使用。U238吸收一个中子，再经过两次β衰变，可以得到钚239。其实对于U238，足够快(能量足够高，1.1MeV)的中子也可以可以引起裂变，但是无论对于反应堆还是核武器这都不够，能量越低的中子与裂变物质作用截面大，泄漏的也越少，在反应堆里我们可以将中子慢化，而在核武器里我们需要高纯度的易裂变的U235或者钚239.

这个中子从哪里来，在所有的中子源中，可以稳定，大通量的中子源只有反应堆，而且U235在U238在天然铀里头都有，只要我们建设使用天然铀达到临界的反应堆，让燃料在其中停留恰当的时间接受辐照我们就可以得到钚。 　　注意三点：反应堆，使用天然铀，合适的燃烧程度。 　　重水和石墨的意义 　　虽然反应堆的技术很复杂，但反应堆对于很多国家而言已经不是什么门槛了，核电站是人类第三大的电能来源，生产堆和动力堆的原理都是一致的。不过能够建设基于动力堆的核电站的国家不代表可以拥有生产堆，因为烧天然铀的生产堆使用的慢化剂是特殊的：重水或者核级石墨。这两种物质除了慢化能力之外，中子吸收很少，相比之下轻水堆里的普通水虽然慢化能力很强，但是由于吸收中子，铀235富集度要达到3%才可以达到临界。同样符合要求的还有铍，只是太昂贵而被放弃，铍在核工业中同样重要，它是核武器的中子反射层和主要的中子源成分之一。

重水（heavy water）（氧化氘）是由氘和氧组成的化合物。分子式D2O，分子量20.0275，比普通水（H2O）的分子量18.0153高出约11％，因此叫做重水。在天然水中，重水的含量约占0.015％。 　　重水的工业分离能力是受到国际原子能机构的严格监督的，生产重水的主要几种方法：化学交换法，精馏法，电解法所需的设备都是严格管制的。重水分离的成本很高，几乎相对于同样质量的茅台酒，所以重水生产堆中的重水必须防止泄漏和稀释。重水吸收中子会产生有放射性的氚，辐射还会分解重水产生氘和氧，为了减少辐射和防止混合气体爆炸需要专门的设备分离氚和复合氘与氧。 　　同样核级石墨也是极为特殊的石墨，要求其中的杂质极小，因为杂质会吸收宝贵的中子，影响反应堆的后备反应性，甚至不能临界，主要吸收中子的杂质折合成硼当量不能超过万分之五。而且石墨晶格上的原子在快中子的轰击下会被击出造成结构损伤并在石墨中淀积能量，石墨生产堆需要进行退火。如果退火不当，石墨的温度会飙升至1000℃，烧毁堆内元件，反应堆报废，英国人的windscalel1号堆就是例子。

燃耗 　　除却反应堆本身，另一个重要的问题是核燃料在反应堆中接受辐照和燃烧的程度。当停留的时间过长是，钚的总产量上升，但是Pu的另一种同位素Pu240会产生，钚240的衰变方式中包括自发裂变，背景中子高，会造成核武器的早炸，达不到设计当量或者仅仅成为脏弹，而分离钚239和钚240，其难度比分离U235和U238更大。


　在反应堆中一般使用燃耗（每吨燃料释放的能量，单位MW·d/t，实际上约等于消耗的铀质量（克）的1.05倍）来表示核反应消耗燃料的程度。对于生产堆燃耗大约为200到400MWd/t，而动力堆高达数十万MWd/t，使用天然铀的重水堆电厂的平均燃耗也在7000MWd/t以上。实际上，除了燃耗的限制，为了减少共振吸收导致的Pu240的产生，生产堆的温度比较低，基本不能指望用来经济的发电，如果发电热效率只有可怜的20%，比动力堆的一半强一点。通常生产堆中的转化率只有0.8左右，也就是每消耗1个U235原子核，生成0.8个钚239原子核。其间还消耗了1.6-2个U238原子核。 　　由于反应堆中子通量和反应堆功率的关系，生产堆的热功率和其生产能力是成正比的，一个热功率为40兆瓦的重水堆，如果设备利用率为50%～70%，可生产6.6～10.5千克武器级钚。生产堆可以通过辐照锂6靶件生产氚，但是降低钚的生产能力，从反应消耗的中子来看，1mol中子可以产生239克钚或者3克氚。

由于燃料燃耗低，所以需要进行频繁的装料卸料，这是国际原子能机构监视的重点之一。至于动力堆，由于其燃耗很深，生产出的反应堆级钚含有大量的钚240和钚241，设计成核武器的难度要难得多，对于没有核爆经验的国家而已很难达成，他们不可能获得相关的模拟所需的数据。小日本出于能源需求囤积的反应堆级钚有几百吨，但是仅能用于增值堆装料，或者混合入浓缩铀中作为普通反应堆的装料，用来造核武器它必须另开工厂，或者将铀浓缩工厂的级联设备重新级联来进行浓缩铀。 　　后处理 　　生产堆建设运行之后，生产出合适燃耗的燃料元件，这些元件初始放射性极强，经过半年左右的冷却之后，其中短寿命的裂变产物衰变，放射性降低，再对其进行后处理。后处理是一个复杂的放射化学过程，一般采用普雷克斯流程，铝壳或者锆壳的燃料元件脱壳之后溶解在硝酸之中，然后进行调价调酸，利用磷酸三丁酯 (TBP)对铀、钚和裂变产物的萃取能力的差别，通过多级萃取可使铀、钚和裂变产物相分离。又利用TBP对三价钚萃取能力很小，利用这一性质可以分离铀、钚。为了提高铀钚的回收率，需要多个萃取循环。

　由于整个过程是在溶液中进行的，除了对放射性的防护采取遥控设备和封闭热室之外，还需要防止由于水的存在导致临界，临界意味着极强的放射性污染和危险，甚至导致人员伤亡。所有的管道和容器都要从几何形状上进行限制，并且增加吸收中子的材料。这些防止临界的设计和所使用萃取设备同样是严格管制的。 　　就后处理技术本身而言，有助于提高对铀资源的利用率，减少核废料数量，但是高放废液的储存是比较困难的问题。 　　在核燃料的溶解过程中，某些惰性气体会不可避免的进入大气，其他国家和国际原子能机构通过对其中同位素的微量差别可以估算其燃耗，然后就可以判断是否是出于钚生产目的进行的后处理。 　　获得钚盐之后钚被还原为金属，最后钚以钚镓（3%左右）合金形成常温下稳定的δ相，这种合金加工性能类似纯铝，用于核武器。钚一般在干燥惰性气体气氛中进行储存和加工，加工过程中，对剧毒的钚粉尘和防止自燃的防护是极为必要的。钚一旦进入人体很难排除，以内照射的形式造成严重的辐射损伤，或者导致癌症。

钚的临界质量要小于铀，对于一个裸的金属球，武器级铀235的临界质量为52.25千克,武器级钚239为16.45千克。实际上使用中子反射层和内爆压缩，核武器所需的钚大约在2～4kg，但是钚239中钚240的存在不可避免，钚弹必须使用复杂的内爆设计。为了提高核材料利用率,产生更大的爆炸威力，并且放宽对钚239中钚240的限制（美国军用核武器的限制是小于6%）往往采用高浓缩铀和武器钚的混合弹芯。钚的放射性强于铀，所以钚芯的老化是一个比较严重的问题，一公斤钚-239每50年产生0.2升氦以及其他副产物，所以钚弹芯的核弹储存时间较长之后要进行可靠性评估甚至重新翻新。
如果说核材料生产是一个国家工业能力的考验的话，核武器的设计是对理论物理学家们的挑战。到目前为止在所有的有核武器的国家里头除却安理会五大流氓之外，只有以色列，巴基斯坦，印度，朝鲜。以色列的核弹是和南非搞得，甚至有传言合伙在印度洋进行过核爆试验，后来南非放弃了。印度的核计划很早，1974年和平核爆炸，1998年五次核试验，宣传掌握氢弹，但是从地震波的数据普遍认为只是一个1万吨左右的裂变装置和一个5万吨的增强裂变装置而不是真正的两级氢弹。巴基斯坦为了对抗印度，依赖沙特的大量资金援助和中国的技术支持获得原子弹。朝鲜两次核爆，第二次成功。所以到现在掌握两级氢弹的依然只有安理会五大流氓。

原子弹（裂变核武器）是使用化学炸药，把在临界质量以下的铀-235或钚挤压成超越临界质量的一块，然后在中子照射下产生不受控的连锁反应，释放大量能量。起爆的方式可分为枪式和内爆式。美国第一枚投掷在日本广岛的核武小男孩即为枪式起爆的铀弹。第二枚投掷在长崎的胖子为内爆式起爆的钚弹。 　　枪法的局限性很大，消耗材料多，而且只适合高浓缩铀，内爆法要更加先进，可以设计成更大的当量，并且容易发展出助爆加强型原子弹，或者作为氢弹的初级枪法的小男孩，42：58比例分开的60kg浓缩铀分成子弹和靶子两部分，子弹在直径18厘米的枪管中加速撞击靶子，然后到达临界，中子源在靶子的底部。 　　虽然原子弹的设计已经扩散，卡迪尔汗的扩散网至少包括朝鲜，伊朗和利比亚。DF-2上那个著名的1.5万吨当量的铀内爆弹设计图的副本的副本的副本被利比亚交给IAEA的时候，设计图装在（巴基斯坦首都的一家洗衣店的）洗衣袋里。但是，关于内爆系统的设计，没有什么值得可信的公开资料。以下的内容均是基于《中华人民共和国核两用品及相关技术出口管制条例》所作出的推断 　　核材料的加工 　　很明显，核材料的大小和形状，取决于一系列基于核物理和流体力学的计算结果，由于临界质量的原则，肯定存在一个质量的下限。关于加工精度，可以从对加工设备的要求可以看出。 　　1）加工件大于35毫米，工精度优于0.006毫米，，至少两个不同方向控制加工旋转轴的机床，加工精度达到0.004毫米多轴球形磨床。 　　2）0.2微米/0.00025度以上的精度的测量器材

炸药透镜的设计和模拟 　　内爆的关键在于使用不同爆速的高能炸药的配合或者空腔配合的的设计，是多点同时起爆的爆轰波同时到达裂变材料的球状表面（我们在这里单单讨论空心球的设计）。 　　这些高能炸药包括黑索金、奥克托金，三氨基三硝基苯，六硝基芪这类密度大于1.8g/cm3爆速超过8km/s的高能炸药。 　　通过特殊设计的开关装置和脉冲电容器，多点同时起爆爆炸桥型电雷管，在一个信号之下以小于2.5微秒时间差起爆超过5000mm2的炸药面

　炸药通过空腔或者不同炸药配合使爆轰波到达材料表面。 　　人类第一颗爆炸的原子弹“小玩意”和落在长崎的“胖子”设计相似，使用是正十二面体的炸药块，使用黑索金为基的B炸药。这些炸药和U238反射层一起装在12块五边形球壳上，用螺栓组合为球体。使用6.2kg的钚装药，B炸药总重量超过了2260千克，使用钋210-铍中子源。有估计说“胖子”设计中20%的当量直接来自铀238惰层/反射层的次级裂变。

原子弹为减少临界质量通常采用铍或者铀238中子反射层，所使用的中子源包括钋-铍中子源，氘铀中子源等等。 　　中国的596使用的是氘化铀源，比钋-铍中子源先进，钋-铍中子源的半衰期比较短。 　　中国的浓缩铀生产得到苏联的大力帮助，包括兰州气体扩散厂，但是仍然有些关键技术如分离膜是自己开发的。钚生产堆刚刚开始土建，苏联就撤走专家，后来整个钚生产和加工都是自己摸索的。苏联援助的重水实验堆和加速器，球形磨床都对中国的核计划起了不小的作用，但是核武器的原理和设计基本是独立自主的研发的（苏联曾经计划给样弹但是取消了）。苏联人帮助我们建设了几个重要的核工厂（虽然不少是半吊子），也给了一部分核原件的图纸，最重要的是帮助我们培养了大量人才。但是苏联给予中国援助的时候是不彻底和限制的，比如说铀的样品，从来没有给过六氟化铀，我们用了山寨加玩命的方法完成了小试和中试，为此还有人伤亡。

　氢弹的这种构型和原理是极为复杂的，甚至超过了原子弹的开发，至今只有安理会的五家，这五家中有两家被怀疑是通过间谍等其他手段获取氢弹的秘密的，苏联有可能窃取了美国的资料，法国则受到了英国的指导，并且有可能从中国核试验的尘埃里获得提醒。 　　核聚变的发现是在1922年，早于核裂变，但是科学家在原子弹研究的同时就已经意识到了超级炸弹只有用原子弹才能点燃。 　　1946年4月：爱德华·泰勒在洛斯阿拉莫斯实验室主持会议，回顾二战期间关于热核武器的理论研究工作成果。形成了超级炸弹的经典构形。 　　1949年8月29日：苏联成功试爆第一颗原子弹。 　　1949年10月：美国原子能委员会下属的总顾问委员会召开会议，会议报告中委员们一致反对建造超级炸弹。 　　1950年1月：克劳斯·福克斯(Klaus Fuchs)在伦敦承认曾向苏联透露核武器情报。 　　1950年1月：杜鲁门总统下令继续开发“超级炸弹”。 　　1950年3月：杜鲁门总统下令全速研制“超级炸弹”。 　　1950年3月至年底，超级炸弹的经典构形被证实无法使用。

　经典“超级炸弹”的构形就是用一颗大当量原子弹点燃液态氘（装在一个圆柱形容器里），然后以热能的形式把能量传递给剩下的氘。但是原子弹制造的高温无法点燃氘-氘聚变，所以加入了氚。斯坦尼斯垃夫·乌拉姆在1950年计算得出氚用量必须要十分大，极大地降低了超级炸弹的经济性。（能制造1千克氚的反应堆可以用等量的中子生产70千克的钚）由于氘核聚变的反应截面太小，能量无法有效传递至冷区以产生链式聚变反应；产生的能量将小于逃逸的能量。 　　1951年3月： 　　泰勒和乌拉姆写成《On Heterocatalytic Detonations I》，提出“流体力学透镜和辐射镜”的概念；泰勒-乌拉姆构形诞生：初级爆轰产生的冲击波和辐射能都可以用来压缩次级中的热核燃料，提高了能量的效率，不再需要大量的氚。（乌拉姆先想出用裂变弹产生的冲击波来压缩，后来他去找泰勒讨论这个方案，后者想出可以用辐射来压缩） 　　1951年5月8日：美国进行了世界上第一次热核聚变核试验，代号George。当时共考虑了3种辐射传能机制，eorge试验最后选中的那种——很幸运地——对发展泰勒-乌拉姆构形起了很大的作用。

　George是一次热核物理学试验，使用的是一个纯实验性的装置设计方案，并不适合于武器应用。试验装置叫“圆筒（Cylinder）”，由一个浓缩铀核心组件组成；该核心组件将会用一个特殊的圆柱型内爆系统来进行内爆压缩。内爆压缩成的一个管道把热辐射引导至一个装有液态氘-氚混合物的氧化铍小室里。热辐射不仅将小室内的热核燃料加热至聚变温度，还在氧化铍外壁上产生压力，向内挤压氘-氚混合物，加速了燃烧的过程。热辐射将在冲击波前锋之前到达氧化铍小室，使聚变反应可以在裂变火球膨胀吞噬整个装置前发生。与裂变反应相比，聚变反应产生的当量小得可以忽视。重283吨的整套诊断仪器设备通过测量聚变等离子火球发出的热X射线和高能聚变中子，可以对聚变反应的燃烧过程进行观测。 　　幸运地是，George核试验为辐射内爆压缩提供了有益的数据，辐射内爆压缩是两个月前刚刚研究出的泰勒-乌拉姆构形的一个关键部分。

1951年9月：泰勒同洛斯阿拉莫斯实验室中的其他人就全当量热核试验的日期产生了争执，前者的意见是1952年5-7月，后者是1952年11月。 　　1952年5月：汉斯·贝特写成《关于热核武器研究史的备忘录》：乌拉姆想出“要压缩热核材料”、George试验所选用的传能机制、泰勒对George试验数据的外推是一系列恰好发生的“意外”，泰勒-乌拉姆构形的发现属于“事故”；难以想象苏联氢弹计划也是走同样的发展路线。 　　1952年11月1日：美国进行了世界上第一次热核装置试验（“Mike”） 　　1953年8月21日：前苏联人爆炸了使用氘化锂的RDS-6S装置，实际是使用千层饼结构的助爆加强原子弹。


1954年4月25日：美国进行使用固体热核燃料的核武器试验 　　1955年11月6日：前苏联首次进行了从图―16飞机上投掷氢弹的试验。美国直到1956年5月21日进行了同类试验。 　　英国（1957年5月），法国（1858年8月）也拥有了氢弹。中国于1966年12月28日成功地进行了氢弹原理试验，1967年9月17日由飞机空投的300万吨氢弹试验获得成功。 　　助爆加强原子弹实际上就是在原子弹中心放置氘氚气体或者氘氚化锂，核爆炸的高温会点燃少量的氘和氚，氘氚反应释放的中子使得裂变材料的利用率更高，从而提高比威力和当量。但是和开始的超级炸弹一样，只有少量的氘和氚被点燃，无法做到很高的当量。 　　泰勒-乌拉姆构形，苏联人称之为泽多维奇萨哈罗夫构型，是两级氢弹的基础，目前已知的要点包括热核材料在被点燃前先会被压缩，初级（裂变）能量是通过热X射线传导至次级（聚变）的，初级与次级是分离开的两个结构。这个物理模型是相当复杂的，需要计算机计算验证之后才能进入工程设计。 　　关于“两级热核武器”的所有图纸都是保密的,结果是我们看到的都是“构想图”只有一个例外:绿色和平组织提供了(公认)唯一的几张“官方的”核武器结构图。自然无法证明其真伪。


由外形判断是美国巡航导弹上的热核弹头W80。 　　翻译后的设计图


  

内爆部分设计

裂变燃料钚239，氘/氚助爆设计；接下来就是中子反射层（铀238、铍）、惰层&裂变层（铀238）。 　　对X射线透明的铍作为中子反射层，但是它重量轻必须加入一层铀238加强内爆压缩和约束的效果（惰层）。采用铀238做惰层,还可发生次级裂变，增加释放裂变能”。 　　最新的核武器已经不采用这种多点起爆的方式了，而是简单的两点起爆，这对设计要求更高。 　　关于次级的设计和X射线如何传到至次级，只有试探性的分析，这里就不详细讲了。有可能是这样的，助爆初级释放的X射线经过内部结构的调整后有U238内衬包壳反射至次级，初级和次级之间对X射线透明但对中子不透明，中子经过反射和聚焦之后再进入次级的火花塞。次级受火花塞裂变和初级X射线压缩包裹聚苯乙烯的那种金属层或者外容器导致聚变。聚苯乙烯变成等离子体后，对X射线透明，对其确切功能还是存在争论的。

关于苏联核武器是否独立发展存在着不少疑问，按照KKTT（六千）的说法：“苏联分级辐射内爆技术来自间谍并非只有西方人这么说；相反，这说法前面说的斯蒂尔曼在和俄国核科学家聊天时，俄国科学家给斯蒂尔曼的暗示。当然，有可能斯蒂尔曼误解或者故意扭曲了俄国人当时的意思；但是这个说法已经见诸很多公开出版物，却不见俄国方面出来澄清，指出斯蒂尔曼的回忆有误。而且前面也有网友指出了，被称为苏联氢弹之父的萨哈洛夫在回忆录里，对如何突破分级辐射内爆技术也是闪烁其辞，只是模糊地说当时“有一位同事想出了这个点子”，却没有提这人姓名。俄国科学家现在也没有哪位站出来公开说，辐射内爆的构思是我提出的，我是俄国氢弹之父。所以综合来看，我认为苏联氢弹来自间谍基本可以肯定。当然，您对这个观点有异议，也无妨，大家各自保留意见就行。 ”

三相弹，钴弹与中子弹

前面提到过助爆原子弹，助爆原子弹和氢弹的区别主要在于一下几点，氢弹是两级设计，热核材料在爆炸时首先被初级的X射线辐射压缩，然后才被次级加热聚变，聚变当量可以做的很大，百万吨级是小意思。 　　助爆原子弹虽然也发生少量的聚变，但是热核材料没有收到压缩，因为在裂变材料中央的热核材料本身对于爆炸产生的X射线几乎是透明的，主要是靠高温产生少量的聚变，当量的增加主要靠这少量聚变产生的高能中子轰击裂变材料，也就是说提高当量除了提高比威力外主要还是靠裂变，所以对于生产成本极高的武器级浓缩铀和钚而言并不经济，而且小型化不如两级氢弹。 　　氢弹的当量要大必须做到，次级要尽可能束缚住尽可能多的热核材料，这样聚变的辐射聚焦材料也就是次级惰层必须加厚。但是氢弹的热核反应同样会释放高能中子，这些中子的能量甚至高到直接裂变铀238，铀238只是核工业中的副产品，成本很低，如果把铀238作为氢弹的外壳和次级惰层可以利用这些中子，并且廉价得提高当量。这就是三相弹（裂变聚变裂变，由于缩写是3个F所以叫三相弹）。

三相弹的麻烦是裂变的能量所占比例大幅上升，裂变碎片和惰层的感生辐射大大增加了放射性沉降，为了使核武器的放射性沉降
减小，相对更加干净就要求用其他材料替换铀238，当然这种材料的感生辐射要限制。美国人试验过铅和钨。实际上只要达到以聚变能量释放为主的话，那么就是一颗干净的氢弹了。 　　不过如果换成钴作为氢弹的外壳，氢弹会更脏，由于自然钴主要是原子量59的同位素，在吸收一个中子之后会变成高度伽玛放射性的钴60，要知道工业上使用钴60时防护要求极为严格，3克钴60要半吨铅进行屏蔽，而一颗钴弹会用到以吨计的钴，造成的放射性污染比三相弹还要严重的多，而且钴60的半衰期并不短，至少比大部分的裂变碎片元素长，结果辐射难以清除，这是真正的为末日准备的武器。 　　在规划的核大战中，实际上使用战术核武器的需求并不需要百万吨级那么大的当量，但是要求更加干净。低当量的干净核武器，实际上可以减少辐射外壳的厚度，让更多的中子释放出来，连初级的裂变材料都不轰击，并且减少热核材料的约束时间。 　　铬和镍可能被用为“X射线反射镜”，它们可以让中子逃逸出去。

1千吨级别“干净”氢弹辐射外壳的厚度是1百万吨级别的十分之一。这就是中子弹当量要小的原因。中子弹的当量于是被限定在1千吨到1万吨TNT左右。与钴弹不同，中子弹使用加强早期辐射杀伤来减少了放射性沉降，但是还是有辐射的，高能中子会造成感生辐射，但是这取决于环境中的各种原子特性本身，比起钚和裂变碎片的沉降要好得多。 　　对于本质上依然是一颗两级的氢弹的中子弹而言，初级的当量不能太小，否则初级将无法点燃次级。进一步来说，初级当量小时，能量大多以冲击波释放，X射线在初级当量中占的比例也会很低，而次级主要是靠X射线来压缩的，冲击波会在热核燃料被加热之前就把它们炸飞。实际上如果初级的当量太大，氢弹次级也无法点燃，就是因为辐射外壳没有设计成能约束住过高能量的X射线，次级来不及聚变就解体了

但是对于初级这样的原子弹要内爆压缩钚弹芯，基本的一系列重量是不能减少的，当量降低到一定程度，重量就难以继续减轻了。所以，如果能提高初级的比威力，中子弹的特性就可以增强。所以中子弹的初级必须采用助爆技术，使用更多的助爆材料（特别是氚），当然也需要提高常规炸药的爆轰效率。但是没有必要增加钚的用量。所以中子弹意味着研制一种低当量的高比威力扳机，还有相对来说比较薄的次级。 　　中子弹的效应，并不简单的意味着中子流的杀伤半径简单的大于热辐射和冲击波的杀伤半径，否则任何两千吨当量以下的核武器都可以叫“中子弹”，甚至包括纯裂变武器。中子弹的关键是使用运用聚变中子，聚变中子的能量要比裂变武器的中子高一个数量级，高能中子有更长的寿命和更大的穿透距离，其杀伤效果比同当量的纯裂变武器高的多。W-79八英寸中子炮弹（当量2千吨左右）能量释放分布70-75%聚变+25-30%裂变，而同当量的纯裂变弹能量释放分布是34%冲击波+22%热辐射+40%早期核辐射+4%放射性沉降[早期核辐射能量比同当量纯裂变弹大10倍。

但是中子弹初级的估计要比氢弹更大一些，美国B61核航弹推测的非气体助爆初级的最低当量在300吨当量左右，而根据典型中子弹的分析，中子弹的初级在500吨左右。W-70 Mod 3长矛导弹的中子弹头（两个当量：大大低于1千吨、略高于1千吨）60%聚变+40%裂变，W-79八英寸中子炮弹（两个当量：大大低于1千吨、1千吨）50%聚变+50%裂变。 　　核武器本质上仍然只用于末日的毁灭，即使是战术核武器也只会在战略核弹的蘑菇云升起之后才会被用来对抗装甲铁流或者航母舰队。对于弹道导弹而且核武器的比威力要进一步的提高，并且对形状进行优化以适应再入载具的头锥。还要考虑到核弹头的反导导弹的拦截，针对电磁脉冲和中子进行加固。最典型的小型化技术，就是美国当年的考克斯报告里污蔑中国偷的那种，非球对称气体助爆初级。


当然也可买低级点的，国家允许个人持有235U浓度低的铀，多数超铀元素禁止个人持有，金属铀一般作为醋酸铀酰和醋酸铀酰锌出售。不过放射性弱爆，一张纸就能挡住放射出的阿尔法粒子。钍一般作ThO2和Th(NO3)4出售，同样放射性弱爆了

现在没多少工厂生产醋酸铀酰锌...除非能淘到老试剂
也可用化学方法提炼，相信化学的力量是无穷的！
首先要采用“水冶工艺”，把矿石加工成含铀60～70％的化学浓缩物（重铀酸铵)，再作进一步的加工精制。 铀水冶得到的化学浓缩物(重铀酸氨)呈黄色，俗称黄饼子，但它仍含有大量的杂质，不能直接应用，需要作进一步的纯化。 为此先用硝酸将重铀酸铵溶解，得到硝酸铀酰溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂)，以达到所要求的纯度标准。 纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝，转变成三氧化铀，再还原成二氧化铀。二氧化铀是一种棕黑色粉末，很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。 为制取金属铀，需要先将二氧化铀与无水氟化氢反应，得到四氟化铀；最后用金属钙(或镁)还原四氟化铀，即得到最终产品金属铀。如欲制取六氟化铀以进行铀同位素分离，则可用氟气与四氟化铀反应。 金属铀和二氧化铀都能做核燃料。 总体来说，提取铀元素是一个还原和纯化的过程。

提炼铀有多种方法，就不细说了，只是复杂

【摘要】：正 美国学者认为,世界海洋水中含铀200亿t。溶于海水中的铀在未来将具有巨大的经济意义。海水中铀的浓度可达3.34mg/L。从方法上说,提取海水中铀的最大困难在于选择对铀高度敏感的吸附剂。英国专家首先企图使用含官能团的对铀敏感的专门树脂作为吸附剂。然而在实际使用过程中这种树脂很快就失去了吸附性能。因此又选择了钛的氢氧化物来代替上述树脂。这种氢氧化物在海水中很少见到,对铀有相当高的吸附性。每克钛可吸附大约0.25mg

【摘要】：正 铀是核燃料的必需元素。发展核能离不开核燃料,在具有开采价值的铀矿中,铀所含能量与地球上石油资源的能量相当。海水中铀的蕴藏总量可达40亿吨,但其浓度只有3—3.3ppb;另外,某些矿床、矿砂中含有低品位的铀,其量也极少。要把这些稀少的铀收集或提取到手,诸方法中尚以借助微生物是行之有效的。日本,西德等国家发现某些绿藻和细菌有积蓄铀的能力。

【法国《核电》1982年1月12日报道】最近,人们获悉台湾建成的亚洲第一座从磷酸中提取铀的工厂,已成功地运行了半年。据台湾核能研究所称,这座由台湾省设计和建造的工厂每年应从120,000吨的稀磷酸中提取十几吨铀。据该研究所说,台湾现有的3座核电站1981年的供电量占台湾耗电量的19％。根据合同,台湾省(正在订购第4座核电站)每年至少进口200吨铀。

【摘要】：本文初步研究了用油包水乳状型液膜从人工配制的硫酸铀酰溶液中提取铀。试验了膜相萃取剂浓度、膜内相试剂浓度、膜外相铀、硫酸根浓度、pH、温度以及某些无机盐对液膜提取铀的影响。结果表明:湾膜法具有提取效率高和萃取剂用量低的优点。例如,膜相含1％三脂肪胺的乳状液自pH1.5、总硫酸根0.2M和铀浓度为500毫克/升的料液中提取铀时,其提取后余液中铀浓度为0.52毫克/升。当外相原始铀浓度为20毫克/升时,液膜法一段提取后余液中的铀浓度降至≤0.05毫克/升。 本文还叙述了用液膜法从两种含铀矿坑水中提取铀的初步研究结果。原始铀浓度为17.8毫克/升的矿坑水,经液膜法一段提取后余液的铀浓度可降至小于0.05毫克/升。 本研究结果表明了用乳状型液膜从硫酸铀酰稀溶液中及含铀矿坑水中提取铀的可能性。 【作者单位】：北京铀矿选冶研究所

作者百度ID：赞颂帝
完毕。

世界和平万岁！

没有面粉，做不成面条啊 [s:274]