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钚239

钚-239(239Pu)裂变速度快,临界密度小,要用三米厚的水泥才能挡住核辐射。有些核性能比铀-235(235U)好,是核武器重要的核装料。

钚-239的毒性大,生产成本高,要建造复杂的生产堆和后处理厂,才能实现工业化生产。它是通过反应堆中产生的快中子轰击铀-238人工生产的。中子来源于用于天然铀作成的元件中的铀-235。铀-235裂变中子产额为2-3个,这些中子经慢化后会再次引起铀-235裂变。维持这种裂变反应只需一个次级中子就够了,其余的除被慢化剂等吸收掉外的快中子,即可使天然铀的铀-238转化为钚-239了。所以,生产堆中的核燃料元件,既是燃料,又是生产钚-239的原料。钚-239是从乏燃料元件中分离出来的。实际上,生产堆的作用,就是烧掉一部分天然铀中的铀-235来换取钚-239,平均烧掉一个铀-235原子,得到0.8个钚-239原子。

元素半衰期

钚-239:2.41万年,常被用作制造核子武器。

钚-238:88年,并放出α粒子。

钚-240自发裂变的比率很高,容易造成中子通量激增。

自然界中仅铀矿中含有痕量。可用钡蒸气还原三氟化钚而制得。

主要用于生产易裂变材料或其他材料,或用来进行工业规模辐照。它包括产钚堆、产氚堆和产钚产氚两用堆、同位素生产堆及大规模辐照堆。如果不是特别指明,通常是指产钚堆。我国第一座生产堆建在酒泉原子能联合企业内,它是依靠我国自己的力量建设成功的,1966年底该堆投入稳定运行。

利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量,产生爆炸作用,并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235(U) 或钚239(Pu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,通常称为原子弹;主要利用重氢(H,氘)或超重氢(H,氚)等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。

二战中投于长崎市的原子弹,就使用了钚制作内核部分。

天然铀制成的核燃料元件,在生产堆进行燃烧和辐照后,生成钚-239。把它分离出来需送到专用的后处理厂来分离加工,需要把没有“烧”尽的铀分离出来再利用,还需要把钚-239同其他裂变产物分离开。

后处理方法分为湿法和干法两种。干法尚处于研究开发阶段,目前主要应用湿法。湿法又分为沉淀法、溶剂萃取法,离子交换法三种。其中沉淀法已属陈旧,目前主要应用溶剂萃取法,也称普雷克斯(Purex)流程。其基本原理是利用铀、钚以及裂变产物的不同价态在有机溶剂中有不同的分离系数,将它们一一分开。

钚-239分离出来后,还需要纯化,去除微量杂质,才能作为核武器的装料。我国依靠自己的科技力量,于60年代中期独立开发了萃取法工艺流程,并建成了中间试验厂和大型后处理厂。生产堆的乏燃料经后处理,铀与钚进行分离后,铀-235还有一定的含量,经纯化工序后,再经转换,为扩散厂提供原料。


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