重水主要用途,在原子弹和氢弹的制造过程中,重水起了什么作用?

1、在原子弹和氢弹的制造过程中,重水起了什么作用?重水是氢的同位素氘(D)和氧原子组成的水,原子弹有铀弹和钚弹之分,重水主要的作用是在核反应堆中用作中子减速剂,而钚元素是核反应堆的副产物 。
重水
我们知道 , 氢元素一共有三种同位素,分别是氕(H)、氘(D)、氚(T) 。
其中氕与氧结合成的水称之为轻水,也就是我们平常见到的普通水,氘与氧结合成的水称之为重水,氚对应的是超重水,重水在自然界中的丰度约0.02%,超重水不到十亿分之一 。
重水和普通水在外观上一模一样,无色无味且透明 , 化学性质也一样,但是由于氘核比氕核多一个中子,所以重水的密度(标况1.105g/mL)比普通水大 , 冰点(3.82℃)和沸点(101.42℃)也比普通水略高 。
核反应堆
在核电厂中,我们通过控制链式核反应来实现核能的持续输出,重水反应堆使用天然铀作为燃料 , 天然铀中铀-238占比99.27%,铀-235占比0.714%,铀-234占比 0.016% 。
其中铀-238又称作贫铀,铀-238可以发生裂变 , 条件是快中子(动能R1MeV)撞击,但是铀-238裂变之后释放的是慢中子,慢中子无法使铀-238裂变 , 所以铀-238无法进行链式反应,犹如浸了水的木头 。
铀-235在接收慢中子撞击后发生裂变,裂变会生成三个慢中子 , 生成的慢中子继续撞击周围的铀-235,从而引发链式反应,于是铀-235就如浸了油的木头,点燃后会越烧越旺,铀-235是自然界唯一能够发生可控裂变的同位素,也是铀原子弹的主要材料 。
重水的一个特点,就是对快中子有良好的减速作用,所以在重水反应堆中,重水充当了减速剂,同时还具备冷却剂作用 。
钚[bù]
钚元素属于人造元素,其中钚-239也可以进行链式反应,而且临界质量比铀-235更低,前者大约是50公斤,后者大约是10公斤,钚-239裂变的速度更快,所以用钚-239制造原子效果更佳 。
在反应堆中,铀-238虽然无法进行裂变反应,但是铀-238在吸收快中子后会首先转变为铀-239,然后立刻衰变为钚-239 , 钚239的半衰期为2.41万年,无论在热(慢)中子反应堆还是快中子反应堆中,都有钚-239生成 。
此时我们把钚-239从核废料中提取出来 , 就可以作为钚原子弹的燃料,比如美国1945年投放到日本长崎的原子弹“胖子”,就是一颗钚弹,而广岛原子弹是铀弹 。
氢弹
人类目前制造的氢弹 , 是让氘和氚进行聚变,其中氘的提取就需要用到重水,由于氚在自然界中的含量极低 , 导致超重水的提纯成本非常高,一般制造氚不用超重水,而是使用氟化锂接收中子来产生氚核 。