第896章 鈾元素的終極提純

科技巫師 第896章 鈾元素的終極提純

提前說明：本章涉及到的相關知識，大部分來自于中國工程物理研究院官網、對外公開資料。

李察閱讀，目光在書頁上移動。

“鈾235提純的第一種方法，是電磁分離法，利用質譜儀的原理進行同位素分離。

其中質譜儀是實驗室用來分析帶電粒子質量的一種儀器，能夠讓質量不同而帶電量相同的粒子，進入磁場發生偏轉的半徑不同，從而分離。

詳細解釋的話，那就是粒子以速度v進入磁場(假設朝上)，帶正電荷粒子運動所產生的磁場磁力線沿運動方向的左邊朝上、右邊朝下。因而運動帶電粒子左邊的磁場被加強，右邊的磁場被減弱，形成一個磁場梯度，產生一個從左向右推的磁壓力。

這個力與速度方向垂直，雖然不能改變運動帶電粒子速度值的大小，但是卻能改變粒子運動的方向，形成一個向心力。

又因為磁場是均勻的，對運動帶電粒子產生的磁壓力處處相等，所以使運動的帶電粒子在磁場中作勻速圓周運動。

按照電磁學公式，可知，磁場的作用力等于qBv，向心加速度等于v2/R。

所以，能導出：v2/R→v。

公式中，q為粒子電量，v為粒子運動速度，M為粒子質量，B為磁感應強度，R為粒子作圓周運動的偏轉半徑。

又因為粒子電量q、磁感應強度B都是確定的，由此運動粒子的動量與偏轉半徑成正比。

帶相同電荷q而質量不同的離子，通過相同的加速電壓U，獲得的電勢能是相等的，且等于進入磁場時的動能為：1/2)Mv2。

BR，兩式消去v，即得。

對于質量等于(＋DM)的粒子，(＋DM)＝qB2(RDR)2/2U。

由此可得出DM/＝2DR/，即質量的相對偏差，是半徑相對偏差的2倍。

由于入射粒子的質量不同，它們經過相同電壓加速后獲得的能量相等，但動量不同。進入磁場后，動量大的彎曲半徑大，動量小的彎曲半徑小。

如果同一種動量的離子進入磁場的角度存在偏斜，導致它們共同聚焦在的范圍。那么的范圍與入射角的關系，經過計算可得到如下公式：DR/R≈0.5q2。

當q小于50時，R的相對誤差是4/1000，可能引起的質量偏差為8/1000。而鈾的相對質量差等于13/1000，從而讓質譜分離法的用于實際……”

李察讀完，挑了挑眉毛。

這顯然是一種很淺顯易懂的方法，原理就是：質量不同而帶電量相同的粒子，經過相同電壓加速后動量不同，從而導致進入磁場發生偏轉的半徑不同。

舉個例子的話，這就像是軌道上行駛的火車，在一個彎道處，速度適宜的火車能夠正常通過。而速度過快的火車，則因為受力不平衡，會帶著車廂直接沖出軌道，導致出軌。

用這種方法，鈾235便是速度合適的火車，鈾238則是速度過快的火車，讓兩者得以分離，從而得到高純度的鈾235。

這種方法技術含量是相對較低的，因此地球上，1938年德國化學家哈恩和斯特拉斯曼發現核裂變，邁特納和弗里施提出了核裂變的理論解釋。僅僅過了兩年，也就是1940年4月，明尼蘇達大學的尼爾，就用質譜儀制造出微量的濃縮鈾235。

之后1942年，地球上首次制造核武器的曼哈頓計劃開始，勞倫斯等人，開始利用電磁型同位素分離器進行提純鈾235。

這是一種經過論證的方法，是完全可行的。

不過，它也有一個小小的問題。

那就是投入太大。

在地球上的曼哈頓計劃中，為了用這種方法提純鈾235，特意在橡樹嶺建造一座超級電磁裝置。投入人力近25000人，分離器超過1100臺，光是繞制線圈用的銀就有15000噸之巨。

15000噸！

而得到的結果，只是每天僅僅生產幾克鈾235，用了數年時間，得到的鈾235數量，才剛剛能夠制造一枚原子彈而已。

李察抿嘴。

他現在可沒有數萬人的手下，也沒有一萬五千噸白銀，真的想要用這個方法生產，他得先解決前置條件。

如果這是唯一的方法，他也許真的要考慮提前創建私人勢力了，不過還好，這并不是唯一的方法，他還有其他的選擇。

繼續往下看。

“鈾235提純的第二種方法，是氣體擴散法。

顧名思義，這個方法應用的原理，是常見得氣體擴散。

舉一個例子，在臥室一角灑一滴香水，香水分子會快速擴散，不一會整個房間都能聞到香水得氣味。

而把一滴香水替換成一滴醋，在相同條件下，撒在臥室得同一角落，想要整個房間都能聞到醋味，所需要得時間要更長。

這是因為，醋分子要比香水分子重，因此擴散速度慢。

相對應的，在一個氣球中裝滿氫氣（相對分子質量為2）和氮氣（相對分子質量為28，是氫氣得14倍）。當氣球漏氣時，氫氣要比氮氣泄漏得更快，因為氫氣分子小，重量更輕。

把氣體擴散法用于鈾元素中，就可以根據相同得遠離來分離鈾這兩種同位素。

具體操作得話，可以這么進行：把六氟化鈾置于64.)以上的環境中，六氟化鈾會升華成氣體。然后把氣體狀態的六氟化鈾向著多孔得薄膜壓送，根據氣體擴散原理，含有鈾235得六氟化鈾氣體分子，會比含有鈾238得六氟化鈾氣體分子更快速的通過薄膜，其擴散速率會和它的氣體分子量平方根成反比。

這樣，把多孔膜的孔徑設置成一個氣體分子與其他氣體分子發生兩次碰撞之間所走過的平均距離小時，就得到了氣體擴散得最佳條件。讓輕分子比重分子速度快，更容易通過膜孔。

通過數據收集，可以確定，在氣體加料連續進行的狀態下，把多孔膜的孔徑控制在0.02微米以下，把六氟化鈾維持在85℃。這樣擴散通過膜的氣體（濃縮流），會比加料氣體（入料）中的鈾235濃縮大約0.2的含量……”

閱讀完第二個方法后，李察思考。

這第二個方法的原理也很簡單易懂，不過是氣體擴散涉及到的分子移動速率差異罷了。只要能抓住這一點，就能讓鈾235的含量不斷提升。

唯一的問題是，按照數據顯示，每一次經過多孔膜，鈾235濃度提升的程度，僅僅為0.2左右。

這樣要想讓鈾235的含量提升成一定的高度，提升到能夠真正制造核武器的水平，需要把眾多分離級串聯起來。

而且單單一級、兩級串聯，是沒有多少效果的，需要幾千級的串聯才行。

實際上，地球上曼哈頓計劃中，就采取過這種方法。為此，專門在橡樹嶺建造了龐大無比的工廠，組裝了高達幾千級的分離設備。

這樣以來，規模顯然是巨大的，和第一個方法的規模不相上下，另外為了保證擴散氣體沿著同一方向不斷擴散下去，還需要強大的動力。

為此，整個國家得電力都要向著氣體擴散工廠傾斜。

可以這么說，無論是第一個方法，還是第二個方法，真的要投入實際運行，都需要一個非凡的現代國家大部分國力的支持。

正因此，能夠自行研制、生產核武器的國家，才算是地球上最強大的力量代表、絕對實力的象征。正因此，這樣的國家才會被敬畏，才無法被忽視。

而這些對于現在的李察來說，有點難以做到。

抿了抿嘴，繼續向下看。

“鈾235提純的第三種方法，是離心分離法……”

“鈾235提純的第四種方法，是噴嘴分離法……”

“鈾235提純的第五種方法，是……”

“鈾235……”

快速瀏覽過大部分的內容，李察搖了搖頭。

提純鈾235的方法的確有不少，差不多都是依據鈾的細微質量差別做文章。這些方法和第一種、第二種方法相比，都是類似的，對人力、物力各方面要求都很高。

要想用這種方法，他需要先創建一個龐大的私人勢力。

但在他心中，現在并沒有到創建私人勢力的時候。

眉頭微微皺起，李察耐著性子繼續向下讀，最終在書籍的一頁停下來。

“提純鈾235的第九種方法，是激光分離法。

這是一種比較先進的方法，其原理的出發點為要同位素因為質量不同，其能級也不同，導致由低能級激發至高能級時的吸收光譜存在一定的差異。

這樣以來，選擇不同波長的激光，只激發其中一種同位素，就可以利用激發態的同位素與非激發態同位素間在物理、化學性質上的差異，采用適當方法將其分離。

鈾原子以及其化合物分子，經過試驗已經確定，是符合這種方法的。試驗中，用一臺激光器激發含鈾235的六氟化鈾氣體分子，可以在不影響含鈾238六氟化鈾分子的基礎上，讓含鈾235分子變化。之后使用第二臺激光器，分解已激發的分子生成五氟化鈾，接著讓它以白色粉末形式回收……

實際上，采用原子蒸汽激光同位素分離工藝，也可以直接操作鈾金屬。具體情況為，用聚焦電子束在真空環境中把鈾金屬錠局部加熱到3000℃，使鈾金屬汽化成鈾的原子狀態。

之后選用激光器，讓鈾蒸汽中的鈾235原子被激光電離，鈾238原子則不受影響。電子之后，用電磁法收集鈾235，能夠大幅提升純度……”

讀完這個方法，李察眼睛微微亮起。

他能看出，激光分離法和之前的方法相比，是有突出優點的。

首先第一點，就是分離系數大，方法簡便。

第二點則是耗電少，按照方法中一些數據的推算，激光分離法需要的電量，可能不足擴散法的十分之一。

要知道當初地球上，曼哈頓計劃為了采用氣體擴散法，差不多消耗了1700兆瓦電量，難度太大。降低到十分之一，還能勉強考慮。

第三點則是裝置的體積比較小，投入的人力物力都不需要太多。當初曼哈頓計劃采用氣體擴散法，分離級達到幾千，工廠占地240000平方米。而激光分離法，只需要簡單的一級就夠了，設備所需要的面積也大大減小。

綜合來講，激光分離法，是目前最佳的選擇。

不過李察沒有過早的下結論，再次讀下去，一直讀完整本書，才點頭自言自語道：“還是激光分離法比較容易實施啊，這樣的話……就試試吧。”

說完，李察拿著書站起身來，向著房間外走去。

被李察坐著的烏龜石像，這時恢復了生命。爬行著，跟隨著李察一塊，穿過數道橡木門，返回了原處，一點點站定。

李察拿著書籍正要走出圖書館的大門，偏頭看向烏龜石像，正看到烏龜石像也看過來。

李察眨了一下眼睛，道：“蘇瑪，我遇到的問題已經解決了，現在我要離開了。”

“很高興聽到你這么說，我的創造者。”烏龜石像吐聲，腦袋微動，“同時，我期待著下一次見到你。”

“會的。”李察微笑，拿著書籍走出了圖書館。

圖書館內，烏龜石像微動的腦袋停下，整個身體僵住，恢復了原來一動不動的狀態，變成了真正的石像。

圖書館外，李察走在鋪著青石的小路上，欣賞著風景。走了一會，輕輕一點地面，整個人高速飛起，直沖天際。

很快，李察沖出了大氣，離開了星球，來到了空無一物的外太空。

環視四周，李察像是閱兵一樣，審視著一顆顆的星辰，進行一些調整。

看到有些地方星辰過于密集，揮手控制星辰分散，看到有些地方星辰過于稀疏，揮手讓其余地方的星辰移動過去。

之后李察看到附近有一星辰黯淡無光，整體呈現赤紅色，體積正不斷擴大，準備吞噬環繞它的數顆行星。這標志這顆恒星壽命即將耗盡，已經脫離了主序星行列，向著紅巨星轉變。

目光投過去，很快李察就了解到了這顆恒星的星系，記錄的都是一些具有時效性的信息。對于他來說，已經完全沒有意義了，屬于要被清理、給其余知識騰空間的存在。

沒有猶豫，李察一揮手就把整個星系揉成了一團，接著丟向遠處的黑洞——那里相當于是記憶宮殿中的回收站。

看著星系被黑洞吞噬，爆發出強烈的輻射，李察扭頭又對著其余地方開始調整。

最終確定整個記憶宇宙沒有什么大問題，能夠保持很長時間的移動，李察滿意點點頭，帶著手中的書離開了這里。

“坍縮！”

李察出聲道，整個宇宙猛地向著他收縮來，擠壓成一個奇點，接著轟然爆炸，釋放出耀眼無比的光。

那光，是現實中的照明。

現實世界，伊甸園主實驗室的小床上，李察緩緩睜開眼。

此時他手中空無一物，并沒有帶出任何書籍，但相關的知識卻是已經轉移到了他的大腦淺層記憶。

“激光分離法么，開始吧。”

李察道，眼睛眨了眨，站起身走了出去。