为什么钚是合成的?

时间:2022-08-17 10:20:17   作者:
在地球上的自然环境中,钚是一种非常小的微量元素,只在加蓬的奥克罗铀矿石中发现。这是因为钚的同位素——钚-244只有8000万年的半衰期。事实上,钚的天然痕迹是如此之小,直到科学家们用粒子加速器轰击铀人为地形成钚之后才被发现。在科学家们了解了如何用铀来合成钚之后,他们在1943年开始设计一个石墨慢化反应堆X-10,以比使用粒子加速器便宜得多的成本来合成这种金属。X-10原型机证明了数学和工程学的作用,建造了六个更大的钚生产反应堆,为第一个核装置核心提供材料,1945年7月16日在新墨西哥州的阿拉莫戈多试验场引爆。

为什么钚是合成的

我们所知道的最简单的钚合成形式是钚239。如果做得仔细,它可以在极少污染的情况下制造出像Gadget装置和1945年的长崎原子弹那样的武器核心,而迄今为止制造的钚-239的绝大多数都是在民用反应堆中形成的。因为这种材料会在动力反应堆中停留3年或更长时间,所以钚有两种命运。在民用反应堆中,大约三分之二的钚会像铀-235燃料一样发生裂变并产生能量。

剩下的钚239的40%左右不会裂变,而是捕获一个中子,转化为钚240。然后大约四分之一的钚-240继续捕获另一个中子,因为它不能很好地裂变并形成钚-241。这使得反应堆燃料中的钚变成了不同同位素的混合物,这使得使用这种材料制造炸弹变得非常困难,尽管它可以作为动力反应堆的燃料。当专家们谈论钚时,他们通常会小心地区分用于发电的反应堆级钚和用于制造武器的接近纯钚-239的武器级钚。
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