原子彈離子交換樹脂

A. 提取濃縮鈾為何需要幾千台離心機,感覺這樣的方法

提純濃縮鈾－235含量的技術比較復雜, 現時用來提純鈾－235的主要方法有氣體擴散法離子交換法、氣體離心法、蒸餾法、電解法、電磁法、電流法等，其中以氣體擴散法最成熟，製造第一顆原子彈用的鈾核材料就是用這種方法製造出來的。六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，並輸送到另一台離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。比如鈾濃縮關鍵設備p-2離心機。 鈾有兩種同位素：U238和U235 其中U238占絕大多數，但只有U235才是裂變反應需要的 這兩種同位素均勻的混合分布在一起，要進行裂變反應必須提高U235占的比重。經過提純的鈾就叫濃縮鈾 其中核武器用的鈾濃度比核電站的還要高 鈾是存在於自然界中的一種稀有化學元素，具有放射性。鈾主要含三種同位素，即鈾238、鈾235和鈾234,其中只有鈾235是可裂變核元素，在中子轟擊下可發生鏈式核裂變反應，可用作原子彈的核裝料和核電站反應堆的燃料。 在天然礦石中鈾的三種同位素共生，其中鈾235的含量非常低，只有約0.7％。為滿足核武器和核動力的需求，一些國家建造了鈾濃縮廠，以天然鈾礦做原料，運用同位素分離法（擴散法、離心法和激光法等）使天然鈾的三種同位素分離，以提高鈾235的豐度，提煉濃縮鈾。 濃縮」術語的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素豐度的同位素分離過程，例如從天然鈾生產濃縮鈾或從普通水生產重水。濃縮設施分離鈾同位素的目的是提高鈾-235相對於鈾-238的相對豐度或濃度。這種設施的能力用分離功單位衡量。 若要在某些類型反應堆和武器中使用鈾，就必須對其進行濃縮。這意味著必須提高易裂變鈾-235的濃度，然後才能將其製成燃料。這種同位素的天然濃度是0.7％，而在大多數通用商業核電廠中，持續鏈式反應的濃度通常約為3.5％。用於武器和艦船推進的豐度通常約為93％。但艦船推進可以只需20％或更低的豐度。鑒於在豐度0.7％至2％之間需要與豐度2％至93％之間同樣多的分離功，因此濃縮過程不是線性的。這意味著在能夠隨時獲得商用濃縮鈾的情況下，達到武器級的濃縮工作量可減少到不足一半，而鈾的供料量可減少到20％以下。 在適用於提高鈾-235濃度的技術中，有7項技術特別重要： 氣體擴散法——這是商業開發的第一個濃縮方法。該工藝依靠不同質量的鈾同位素在轉化為氣態時運動速率的差異。在每一個氣體擴散級，當高壓六氟化鈾氣體透過在級聯中順序安裝的多孔鎳膜時，其鈾-235輕分子氣體比鈾-238分子的氣體更快地通過多孔膜壁。這種泵送過程耗電量很大。已通過膜管的氣體隨後被泵送到下一級，而留在膜管中的氣體則返回到較低級進行再循環。在每一級中，鈾-235/鈾-238濃度比僅略有增加。濃縮到反應堆級的鈾-235豐度需要1000級以上。 氣體離心法——在這類工藝中，六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，並輸送到另一台離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。 氣體動力學分離法——所謂貝克爾技術是將六氟化鈾氣體與氫或氦的混合氣體經過壓縮高速通過一個噴嘴，然後穿過一個曲面，這樣便形成了可以從鈾-238中分離鈾-235同位素的離心力。氣體動力學分離法為實現濃縮比度所需的級聯雖然比氣體擴散法要少，但該法仍需要大量電能，因此一般被認為在經濟上不具競爭力。在一個與貝克爾法明顯不同的氣體動力學工藝中，六氟化鈾與氫的混合氣體在一個固定壁離心機中的渦流板上進行離心旋轉。濃縮流和貧化流分別從布置上有些類似於轉筒式離心機的管式離心機的兩端流出。南非一個能力為25萬分離功單位的鈾-235最高豐度為5％的工業規模的氣體動力學分離廠已運行了近10年，但也由於耗電過大，而在1995年關閉。 激光濃縮法——激光濃縮技術包括3級工藝：激發、電離和分離。有2種技術能夠實現這種濃縮，即「原子激光法」和「分子激光法」。原子激光法是將金屬鈾蒸發，然後以一定的波長應用激光束將鈾-235原子激發到一個特定的激發態或電離態，但不能激發或電離鈾-238原子。然後，電場對通向收集板的鈾-235原子進行掃描。分子激光法也是依靠鈾同位素在吸收光譜上存在的差異，並首先用紅外線激光照射六氟化鈾氣體分子。鈾-235原子吸收這種光譜，從而導致原子能態的提高。然後再利用紫外線激光器分解這些分子，並分離出鈾-235。該法似乎有可能生產出非常純的鈾-235和鈾-238，但總體生產率和復合率仍有待證明。在此應當指出的是，分子激光法只能用於濃縮六氟化鈾，但不適於「凈化」高燃耗金屬鈈，而既能濃縮金屬鈾也能濃縮金屬鈈的原子激光法原則上也能「凈化」高燃耗金屬鈈。因此，分子激光法比原子激光法在防擴散方面會更有利一些。 同位素電磁分離法——同位素電磁分離濃縮工藝是基於帶電原子在磁場作圓周運動時其質量不同的離子由於旋轉半徑不同而被分離的方法。通過形成低能離子的強電流束並使這些低能離子在穿過巨大的電磁體時所產生的磁場來實現同位素電磁分離。輕同位素由於其圓周運動的半徑與重同位素不同而被分離出來。這是在20世紀40年代初期使用的一項老技術。正如伊拉克在20世紀80年代曾嘗試的那樣，該技術與當代電子學結合能夠用於生產武器級材料。 化學分離法——這種濃縮形式開拓了這樣的工藝，即這些同位素離子由於其質量不同，它們將以不同的速率穿過化學「膜」。有2種方法可以實現這種分離：一是由法國開發的溶劑萃取法，二是日本採用的離子交換法。法國的工藝是將萃取塔中2種不互溶的液體混和，由此產生類似於搖晃1瓶油水混合液的結果。日本的離子交換工藝則需要使用一種水溶液和一種精細粉狀樹脂來實現樹脂對溶液的緩慢過濾。 等離子體分離法——在該法中，利用離子迴旋共振原理有選擇性地激發鈾-235和鈾-238離子中等離子體鈾-235同位素的能量。當等離子體通過一個由密式分隔的平行板組成的收集器時，具有大軌道的鈾-235離子會更多地沉積在平行板上，而其餘的鈾-235等離子體貧化離子則積聚在收集器的端板上。已知擁有實際的等離子體實驗計劃的國家只有美國和法國。美國已於1982年放棄了這項開發計劃。法國雖然在1990年前後停止了有關項目，但它目前仍將該項目用於穩定同位素分離。 迄今為止，只有氣體擴散法和氣體離心法達到了商業成熟程度。所有這7項技術均在不同程度上具有擴散敏感性，因為它們都能夠在一項秘密計劃中不惜代價地被用於從天然鈾或低濃鈾生產高濃鈾。但是，由於這些技術的特徵不同，因而將影響到其被探知的可能性。 http://www.lolong.com/c?in=0&id=3828338

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B. 何炳林的成就與貢獻

何炳林同志曾一度把研究方向確定為農葯，後考慮到新中國必將大力發展原子能事業，並得知美國將與此相關的離子交換樹脂列為戰略物資，於是將研究方向轉為離子交換樹脂。何炳林研究組在南開大學成功合成出當時世界上已有的全部離子交換樹脂品種，被譽為「離子交換樹脂之父」。他在南開大學主持建立了我國第一家專門生產離子交換樹脂的化工廠，其主要產品用於國防工業提取國家急需的核燃料——鈾，為我國原子能事業發展和第一顆原子彈成功爆炸做出了重大貢獻。
何炳林同志長期致力於我國高分子化學學科建設、教學改革、學術創新工作。他注重相關學科的交叉融合和優秀人才的培養引進，創建的南開大學高分子學科成為首批國家重點學科，並建立了國家重點實驗室，在全國產生了重要影響。他注重基礎研究與應用研究相結合，科學研究為經濟建設服務，研究成果對國家直接和間接貢獻逾30億元。
1958年、1959年，毛澤東、周恩來先後來到南開大學視察何炳林的實驗室和車間，對他的開拓奉獻精神和傑出貢獻給予高度評價。何炳林同志曾先後榮獲國防科工委「獻身國防科學技術事業」榮譽獎章、國家自然科學二等獎、教育部科技進步一等獎、國家發明獎、杜邦科技創新獎、何梁何利科學與技術進步獎、國家優秀教學成果一等獎、日本高分子學會國際獎、天津市科技重大成就獎等30餘項重要獎勵，為國家和天津市的科技進步與經濟建設做出了傑出貢獻。曾被評為全國勞動模範。
何炳林同志獻身教育、科技事業，培養了600餘名本科生、100餘名碩士生、60餘名博士生、15名博士後。2005年，何炳林、陳茹玉院士共同捐出40萬元積蓄，分別在高分子化學研究所和元素有機化學研究所設立獎學基金，獎勵優秀學生，資助貧困生。

C. 怎樣提取鈾235

有離心法、氣體擴散法和激光法，而氣體離心分離機則是提煉濃縮鈾通常採用的氣體離心法的關鍵設備。

天然礦石中鈾的3種同位素共生，其中鈾-235的含量非常低，只有約0.7%。

只有把其他同位素分離出去，不斷提高鈾235的濃度，這一加工過程稱為鈾濃縮。

氣體離心分離機是一個龐大的系統，通過每分鍾2萬轉以上的高速離心機，其他同位素可從天然鈾礦石中分離出去，剩餘的鈾235的濃度可達到95%以上。美國當年在日本廣島投放的原子彈是通過勞倫斯法分離製成的。

(3)原子彈離子交換樹脂擴展閱讀

鈾235的應用：

1、氫彈

利用能自持進行核裂變或聚變反應釋放的能量，產生爆炸作用，並具有大規模殺傷破壞效應的武器的總稱。

其中主要利用鈾235(235U) 或鈈239(239Pu)等重原子核的裂變鏈式反應原理製成的裂變武器,通常稱為原子彈；主要利用重氫(2H，氘)或超重氫(3H，氚)等輕原子核的熱核反應原理製成的熱核武器或聚變武器，通常稱為氫彈。

2、原子彈

鈾-235是原子彈的主要裝葯。要獲得高加濃度的鈾-235並不是一件輕而易舉的事，這是因為，天然鈾-235的含量很小，大約140個鈾原子中只含有1個鈾-235原子，而其餘139個都是鈾-238原子。

尤其是鈾-235和鈾-238是同一種元素的同位素，它們的化學性質幾乎沒有差別，而且它們之間的相對質量差也很小。因此，用普通的化學方法無法將它們分離；採用分離氫元素同位素的方法也無濟於事。

D. 鈾濃縮的製造方法

氣體擴散法
氣體擴散法是先把黃餅轉化為六氟化鈾氣體，鈾235分子氣體比鈾238分子氣體質量輕，能夠更快地通過擴散膜，從而達到分離的效果。每通過一次擴散膜，鈾235與鈾238的濃度比略有增加，因此需要設置多級擴散膜，已通過擴散膜的氣體隨後被泵送到下一級，而留在擴散膜中的氣體則返回到較低級進行再循環。要達到核電廠反應堆的使用要求，鈾235的豐度需要1000級以上。製造第一顆原子彈用的核材料就是用這種方法製造出來的。氣體擴散法的缺點是分離系數小，工廠規模大，耗電量和成本很高。氣體擴散技術已迄今64 年，使用此技術的工廠陸續退出歷史舞台。
氣體離心法
氣體離心法——在這類工藝中，六氟化鈾氣體被壓縮通過一系列高速旋轉的圓筒，或離心機。鈾-238同位素重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更容易在圓筒的近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，並輸送到另一台離心機進一步分離。隨著氣體穿過一系列離心機，其鈾-235同位素分子被逐漸富集。與氣體擴散法相比，氣體離心法所需的電能要小很多，因此該法已被大多數新濃縮廠所採用。
氣體動力學分離法
所謂貝克爾技術是將六氟化鈾氣體與氫或氦的混合氣體經過壓縮高速通過一個噴嘴，然後穿過一個曲面，這樣便形成了可以從鈾-238中分離鈾-235同位素的離心力。氣體動力學分離法為實現濃縮比度所需的級聯雖然比氣體擴散法要少，但該法仍需要大量電能，因此一般被認為在經濟上不具競爭力。在一個與貝克爾法明顯不同的氣體動力學工藝中，六氟化鈾與氫的混合氣體在一個固定壁離心機中的渦流板上進行離心旋轉。濃縮流和貧化流分別從布置上有些類似於轉筒式離心機的管式離心機的兩端流出。南非一個能力為25萬分離功單位的鈾-235最高豐度為5%的工業規模的氣體動力學分離廠已運行了近10年，但也由於耗電過大，而在1995年關閉。
激光濃縮法
激光濃縮技術包括3級工藝：激發、電離和分離。有2種技術能夠實現這種濃縮，即「原子激光法」和「分子激光法」。原子激光法是將金屬鈾蒸發，然後以一定的波長應用激光束將鈾-235原子激發到一個特定的激發態或電離態，但不能激發或電離鈾-238原子。然後，電場對通向收集板的鈾-235原子進行掃描。分子激光法也是依靠鈾同位素在吸收光譜上存在的差異，並首先用紅外線激光照射六氟化鈾氣體分子。鈾-235原子吸收這種光譜，從而導致原子能態的提高。然後再利用紫外線激光器分解這些分子，並分離出鈾-235。該法似乎有可能生產出非常純的鈾-235和鈾-238，但總體生產率和復合率仍有待證明。在此應當指出的是，分子激光法只能用於濃縮六氟化鈾，但不適於「凈化」高燃耗金屬鈈，而既能濃縮金屬鈾也能濃縮金屬鈈的原子激光法原則上也能「凈化」高燃耗金屬鈈。因此，分子激光法比原子激光法在防擴散方面會更有利一些。
同位素電磁分離法
同位素電磁分離濃縮工藝是基於帶電原子在磁場作圓周運動時其質量不同的離子由於旋轉半徑不同而被分離的方法。通過形成低能離子的強電流束並使這些低能離子在穿過巨大的電磁體時所產生的磁場來實現同位素電磁分離。輕同位素由於其圓周運動的半徑與重同位素不同而被分離出來。這是在20世紀40年代初期使用的一項老技術。正如伊拉克在20世紀80年代曾嘗試的那樣，該技術與當代電子學結合能夠用於生產武器級材料。
化學分離法
這種濃縮形式開拓了這樣的工藝，即這些同位素離子由於其質量不同，它們將以不同的速率穿過化學「膜」。有2種方法可以實現這種分離：一是由法國開發的溶劑萃取法，二是日本採用的離子交換法。法國的工藝是將萃取塔中2種不互溶的液體混和，由此產生類似於搖晃1瓶油水混合液的結果。日本的離子交換工藝則需要使用一種水溶液和一種精細粉狀樹脂來實現樹脂對溶液的緩慢過濾。
等離子體分離法
在該法中，利用離子迴旋共振原理有選擇性地激發鈾-235和鈾-238離子中等離子體鈾-235同位素的能量。當等離子體通過一個由密式分隔的平行板組成的收集器時，具有大軌道的鈾-235離子會更多地沉積在平行板上，而其餘的鈾-235等離子體貧化離子則積聚在收集器的端板上。已知擁有實際的等離子體實驗計劃的國家只有美國和法國。美國已於1982年放棄了這項開發計劃。法國雖然在1990年前後停止了有關項目，但它目前仍將該項目用於穩定同位素分離。
迄今為止，只有氣體擴散法和氣體離心法達到了商業成熟程度。所有這7項技術均在不同程度上具有擴散敏感性，因為它們都能夠在一項秘密計劃中不惜代價地被用於從天然鈾或低濃鈾生產高濃鈾。但是，由於這些技術的特徵不同，因而將影響到其被探知的可能性。

E. 20世紀人類都幹了些什麼科學成就方面的事情

1、相對論：
1905年,20世紀最偉大的科學天才愛因斯坦在他26歲時創立了狹義相對論,在理論上為原子能的應用開辟了道路。

1915年，愛因斯坦又創立了廣義相對論,深刻揭示了時間、空間和物質、運動之間的內在聯系.它成為現代物理學的基礎理論之一。

2、量子力學：1900年,普朗克創立了量子論,提出能量並非無限可分、能量的變化是不連續的新觀念.

20年代末量子力學的建立,是繼1905年—1915年相對論建立後對經典物理學的又一次革命性突破,它成功地揭示了微觀物質世界的基本規律；

加速了原子物理學和固態物理學的發展，為核物理學和粒子物理學准備了理論基礎。因此量子力學可以說是20世紀最多產的科學理論，迄今仍具有強大的生命力。

20世紀中後期5大科學成就0年代以來,物質基本結構、規范場、宇宙大爆炸、遺傳物質分子雙螺旋結構、大地構造板塊學說以及資訊理論、控制論、系統論等理論的創建,使人類的視野進一步拓展到更為宇觀、宏觀和微觀的領域,成為人類文明進步的巨大推動力。

3、電子計算機的誕生：是20世紀最重大的科技成就，它對人類的生產和生活方式產生了深刻的影響。在發展的50多年時間里；

它極大地增強了人類認識世界、改造世界的能力，深入並影響到社會和生活的各個領域，計算機科學己成為新技術的帶頭學科和先導技術，成為新的生產力的代表。現在，計算機的發展與應用水平已成為衡量一個國家現代化水平的重要標志。

4、太空梭：是一架機翼短粗的飛行器，是運載火箭、宇宙飛船和飛機巧妙結合的產物。對於使用一次就報銷的運載工具來說，太空梭可以重復使用100次，在技術上是一個重大飛躍，為人類定期航行太空創造了條件。

太空梭的研製成功被認為是20世紀科學技術最傑出成就之一。

5、高分子材料：是20世紀人類科學技術的重要進步成果之一，自20世紀30年代中期離子交換樹脂問世以來不僅有大量的功能高分子材料實現了大規模生產，形成了若干產業，而且在許多工業領域獲得了廣泛應用。這些領域包括化工、制葯、醫學、環保、石油鑽采與加工、建築與裝飾、光電信息等。

其中，生物醫用高分子材料是一類可對有機體組織進行修復、替代與再生，特殊功能作用的合成高分子材料。高分子材料在醫學上的應用，是醫學上的一場革命。

它使治療更加迅速，更加便利，也更加准確，使患者減少了肉體上的痛苦和精神上的折磨，它的研究與開發，對人類的健康生活和社會發展具有重大意義。

F. 原子彈的製造過程是什麼

首先，粉碎鈾礦石，然後加入硫酸，礦石中的鈾和硫酸反應，生成可溶的UO2和硫酸鈾醯離子[UO2(SO4)x；浸取時常加入氧化劑（常用二氧化錳、氯酸鈉），以保持適宜的氧化還原電勢（約450毫伏），使四價鈾氧化成六價，以提高鈾的浸出率。\r\n含碳酸鹽的鈾礦石主要用鹼法浸取，常用的浸取劑為碳酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液，在鼓入空氣的條件下，礦石中的鈾與碳酸鈉生成碳酸鈾醯鈉Na4[UO2(CO3)3]，溶於浸取液。\r\n \r\n礦石浸取後所得到的酸性或鹼性礦漿（包括含鈾溶液、部分雜質及固體礦渣）中的溶液和礦渣須經分離。根據需要也可進行粗獷分級，以除去+200~40目的粗砂，得到細泥礦漿。常用的固液分離設備有過濾機、沉降槽（濃密機）；分級設備有螺旋分級機、水力旋流器。中國還採用流態化塔進行分級和洗滌。\r\n \r\n後的浸取液中八氧化三鈾的含量大致為500~1000毫克/升。對於含鈾濃度低的浸取液採用離子交換法提取鈾較為合宜。離子交換法一般採用強鹼性陰離子交換樹脂吸附鈾。按吸附液含固量的多少，吸附可分為清液吸附、混濁液吸附和礦漿吸附。當樹脂吸咐飽和後，經水洗，再用淋洗劑（硫酸－氯化鈉、硫酸－氯化銨、硝酸－硝酸鈉、硝酸－硝酸銨、稀硫酸或稀硝酸）將鈾從樹脂上淋洗下來。\r\n \r\n氣體擴散法：使待分離的氣體混合物流入裝有擴散膜（分離膜）的裝置來得到富集和貧化的兩股流的同位素分離方法。基本原理是：在分子間的相互碰撞忽略不計的情況下，氣體混合物中質量不同的氣體分子 (例如235UF6和238UF6)的平均熱運動速率與其質量二次方根成反比。當氣體通過擴散膜時，速率大的輕分子(235UF6)通過的幾率比速率小的重分子(238UF6)的大。這樣，通過膜以後，輕分子的含量就會提高，從而達到同位素分離的目的。\r\n\r\n使用常規炸葯有規律地安放在鈾的周圍，然後使用電子雷管使這些炸葯精確的同時爆炸，產生的巨大壓力將鈾壓到一起，並被壓縮，達到臨界條件，發生爆炸。或者將兩塊總質量超過臨界質量的鈾塊合到一起，也會發生猛烈的爆炸。\r\n \r\n臨界質量是指維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量。不同的可裂變材料，受核子的性質（如裂變橫切面）、物理性質、物料形狀、純度、是否被中子反射物料包圍、是否有中子吸收物料等等因素影響，而會有不同的臨界質量。\r\n \r\n剛好可能以產生連鎖反應的組合，稱為已達臨界點。比這樣更多質量的組合，核反應的速率會以指數增長，稱為超臨界。如果組合能夠在沒有延遲放出中子之下進行連鎖反應，這種臨界被稱為即發臨界，是超臨界的一種。即發臨界組合會產生核爆炸。如果組合比臨界點小，裂變會隨時間減少，稱之為次臨界。