核裂變的反應過程

2021-02-15 第八感覺

上篇講了核裂變產生的原子能只是表面上看起來能量放大了,其實質並不是這樣的,這樣並不能做成傳說中的永動機。

核裂變釋放出巨大的能量,大家最熟悉的莫過於二戰時期發明的「原子彈」。

讓人值得深思的是:

在盟軍已經扭轉戰局,掌控全局,捷報頻傳之時,盟軍研發出來了「原子彈」;

在法西斯節節敗退,只有「招架之功,沒有還手之力」之時,「原子彈」還只處於「設想」階段。更可悲的是德國還以為自己這方面領先於盟國。

海森伯當時還想以「原子彈」作為「籌碼」和盟軍談判,結果,海森伯被告知:盟軍對他的原子彈設計根本沒有興趣,海森伯只能作為原子彈設計的二流專家。

這充分說明:盟軍的勝利,不單單是軍事上的勝利,更重要的是科技上的勝利。二戰不光是物質和財富的爭奪,更是科技人才和尖端實驗設備的爭奪。

二戰時的好多高科技,已經深入人們現在的生產和生活。

在公眾號「第八感覺」裡之前的文章《黃帝是如何利用科技之戰「一統天下」的?》中有類似的詳細講解。有興趣的可以前去翻閱,這裡不再重述。

實驗室裡的核裂變的反應的過程一般是這樣的:

先用加速器把含有一個質子和中子的氘核加速,當達到某一速度值時,去轟擊「靶子」,簡單說就是用高速帶點粒子去打靶。撞擊後,會釋放出來「中子」,再用「中子」去轟擊鈾(或鈽)板,就會引起鈾(或鈽)元素的核裂變。

調控氘核的速度,就可以控制產生中子的能量,進而控制轟擊鈾元素的力度。就好比打桌球一樣,控制杆的方向和力度,就能控制第一個球的速度和方向,進而控制第一個球撞擊要打球(第二個球)的速度和方向。

鈾元素核裂變時還能產生更多的中子,更多的中子又去轟擊更多別的鈾元素,就形成了一觸即發的「鏈式反應」,無窮無盡也。

就如同秦嬴政當時的設想,自己是秦始皇,然後他的後代一直都是皇帝,可謂是「萬古長青」。令秦嬴政沒想到的是:到了秦二世,就終止了。

所以,鈾元素的「鏈式反應」,一定要可控,不然,還沒扔出去,就把自己先炸了。

要產生「鏈式反應」,就要讓中子「增生」,增生速度越快越容易達到臨界值。

經過多次研究和試驗後,發現石墨是很好的中子吸收體和反射體,前提是石墨的純度要高。當時德國就因為沒有注意到石墨的純度,差點放棄石墨作為中子吸收體和反射體,幸好盟軍提前採用高純度石墨完成了鏈式反應。

也就是儘可能的減少中子的「逃逸」,增加中子的利用率。就像人類一樣,雖然一胎只生一個(當然,也有雙胞胎,甚至多胞胎,這只是少數),但人的數量還是在迅速增加,究其原因是:人的成活率高。其它哺乳動物雖然一胎多個,甚至一年好多胎,數量也不見增加的原因是:成活率太低。生得多,活下來的少。石墨就相當於讓活下來的多,也就是儘可能多的提高中子的利用率。

如果中子增生過快,就會提前產生大量的能量,導致提前爆炸,因此,試驗只是看鏈式反應的原理是否正確,並不是為了製造原子彈,因此,當中子暴增時,就要減緩中子的產生速度,一般用鎘來吸收中子。

經過多次試驗,發現鈾板間隔距離為260毫米時,為中子增生的極大值。

當然,工業用的核裂變一般是用重水,石墨,鈾板。

在實驗室裡,發生一個很奇怪的現象,那就是:

用慢中子和快中子轟擊鈾板,都出現了大的鈾裂變概率,這真是摁倒葫蘆瓢又起,一波未平一波又起,預知詳情,請看下篇。

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