武器核查人員如何判斷一個國家在制造核武器還是在建設核電站?美國《大眾科學》雜志網站日前載文指出,區別核武、核電的關鍵要素,是看鈾濃縮的情況。
據《大眾科學》報道,很多人認為伊朗核計劃的目的是制造核武器,而伊朗稱所有核設施只有一個目的——利用核能發電。那么,武器核查人員如何才能了解真相?其考察重點是一個國家對鈾的供給和處理方式。
僅僅1磅(約453.6克)重的核燃料產生的能量,就相當于燃燒300萬磅(約136萬公斤)煤炭。在利用核燃料能量之前,必須對鈾進行“濃縮”(提純),提高不穩定同位素——鈾235(U-235)的濃度,這樣在核裂變過程中,就會釋放出巨大能量。最常見的鈾濃縮設備是氣體離心機。氣體離心機可以提醒武器核查員,核設施內是否存在“不良企圖”。
核電站核反應堆只需3%至5%的U-235,而要生產核武器,U-235濃度至少要達到90%。如果發現某個國家的U-235濃度達到90%,這就是企圖制造核武器的鐵證。
要看穿一個國家是在研制核彈還是在合理利用核能,離心機的布局非常關鍵,通常布局為三角形層疊,用途不同則布局各異,由此,武器核查員便可“窺一斑而知全豹”。核武器需要高純度濃縮鈾,所以這個三角形會又長又細;制造核電需要更多核燃料,因此堆疊的形狀就相對粗短。
如何制造核燃料
步驟1:鈾開采
鈾是地球上最豐富的核材料之一,鈾礦主要分布在加拿大、澳大利亞和哈薩克斯坦。礦石被濃縮成“鈾粉末”(核反應燃料重鈾酸銨或重鈾酸鈉的俗稱)并與氟結合形成六氟化鈾(UF6)氣體或結晶。
步驟2:鈾分離
鈾原料放置于離心機中央反應室內,高達4層樓以上的離心機以10萬轉/分鐘的速度旋轉。如此高速旋轉產生的壓力,會達到48.5萬Gs(重力加速度)。較重的U-238原子逐漸靠近離心機的邊緣,而較輕的U-235則保留在離心機中心部位。結晶U-235被稱為“富鈾”(濃縮鈾),其余的“貧鈾”則被丟棄。
步驟3:鈾提純
U-238和U-235的重量差距極小。研究人員以1克重的紙夾舉例,稱U-238和U-235的重量差距約為紙夾重量的5千萬億分之一,因此,僅靠單個離心機一次分離是遠遠不夠的,必須通過更多離心機加工,才可以分離提純。這些離心機以“級聯配置”連接成一體。因而,“級聯配置”成為核物質用途的又一重要線索。鈾在一級離心機提純后,會轉送到下一級離心機繼續提純,級級相連。由于核電站所需鈾濃度較低,其離心機級聯層次較少,因而看起來會比較短。而用作核武器的鈾濃度要達到90%以上,其離心機層次更多,級聯配置自然顯得又細又長。
步驟4:壓縮并使用
低濃縮核燃料被壓縮為固態氧化鈾燃料顆粒,然后放進管道,在核電廠反應堆核心中產生蒸汽,進而使渦輪機運轉。高濃縮鈾被壓縮處理成金屬塊,成為核武器的核心(即核彈頭)。
有關核武器的問答
問:全世界有多少鈾濃縮設施?
答:大約20個,還有一些正在建設。
問:钚的利用情況如何?
答:钚也可以轉化為核燃料,但比較稀少,必須通過貧鈾或自然鈾人工合成。有些國家擁有“钚武器”。
問:除了離心機,武器核查人員還有什么線索?
答:檢查人員還可以檢查進出核電站的核原料數量是否一致,以此判定核原料是否被挪作他用。另外,檢查人員也可以對附近河流和植物進行相關測試,以判定是否存在用于核武器級濃度的核物質。(陳希)
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