原子弹离子交换树脂

A. 提取浓缩铀为何需要几千台离心机,感觉这样的方法

提纯浓缩铀－235含量的技术比较复杂, 现时用来提纯铀－235的主要方法有气体扩散法离子交换法、气体离心法、蒸馏法、电解法、电磁法、电流法等，其中以气体扩散法最成熟，制造第一颗原子弹用的铀核材料就是用这种方法制造出来的。六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。比如铀浓缩关键设备p-2离心机。 铀有两种同位素：U238和U235 其中U238占绝大多数，但只有U235才是裂变反应需要的 这两种同位素均匀的混合分布在一起，要进行裂变反应必须提高U235占的比重。经过提纯的铀就叫浓缩铀 其中核武器用的铀浓度比核电站的还要高 铀是存在於自然界中的一种稀有化学元素，具有放射性。铀主要含三种同位素，即铀238、铀235和铀234,其中只有铀235是可裂变核元素，在中子轰击下可发生链式核裂变反应，可用作原子弹的核装料和核电站反应堆的燃料。 在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中铀235的含量非常低，只有约0.7％。为满足核武器和核动力的需求，一些国家建造了铀浓缩厂，以天然铀矿做原料，运用同位素分离法（扩散法、离心法和激光法等）使天然铀的三种同位素分离，以提高铀235的丰度，提炼浓缩铀。 浓缩”术语的使用涉及旨在提高某一元素特定同位素丰度的同位素分离过程，例如从天然铀生产浓缩铀或从普通水生产重水。浓缩设施分离铀同位素的目的是提高铀-235相对于铀-238的相对丰度或浓度。这种设施的能力用分离功单位衡量。 若要在某些类型反应堆和武器中使用铀，就必须对其进行浓缩。这意味着必须提高易裂变铀-235的浓度，然后才能将其制成燃料。这种同位素的天然浓度是0.7％，而在大多数通用商业核电厂中，持续链式反应的浓度通常约为3.5％。用于武器和舰船推进的丰度通常约为93％。但舰船推进可以只需20％或更低的丰度。鉴于在丰度0.7％至2％之间需要与丰度2％至93％之间同样多的分离功，因此浓缩过程不是线性的。这意味着在能够随时获得商用浓缩铀的情况下，达到武器级的浓缩工作量可减少到不足一半，而铀的供料量可减少到20％以下。 在适用于提高铀-235浓度的技术中，有7项技术特别重要： 气体扩散法——这是商业开发的第一个浓缩方法。该工艺依靠不同质量的铀同位素在转化为气态时运动速率的差异。在每一个气体扩散级，当高压六氟化铀气体透过在级联中顺序安装的多孔镍膜时，其铀-235轻分子气体比铀-238分子的气体更快地通过多孔膜壁。这种泵送过程耗电量很大。已通过膜管的气体随后被泵送到下一级，而留在膜管中的气体则返回到较低级进行再循环。在每一级中，铀-235/铀-238浓度比仅略有增加。浓缩到反应堆级的铀-235丰度需要1000级以上。 气体离心法——在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。 气体动力学分离法——所谓贝克尔技术是将六氟化铀气体与氢或氦的混合气体经过压缩高速通过一个喷嘴，然后穿过一个曲面，这样便形成了可以从铀-238中分离铀-235同位素的离心力。气体动力学分离法为实现浓缩比度所需的级联虽然比气体扩散法要少，但该法仍需要大量电能，因此一般被认为在经济上不具竞争力。在一个与贝克尔法明显不同的气体动力学工艺中，六氟化铀与氢的混合气体在一个固定壁离心机中的涡流板上进行离心旋转。浓缩流和贫化流分别从布置上有些类似于转筒式离心机的管式离心机的两端流出。南非一个能力为25万分离功单位的铀-235最高丰度为5％的工业规模的气体动力学分离厂已运行了近10年，但也由于耗电过大，而在1995年关闭。 激光浓缩法——激光浓缩技术包括3级工艺：激发、电离和分离。有2种技术能够实现这种浓缩，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是将金属铀蒸发，然后以一定的波长应用激光束将铀-235原子激发到一个特定的激发态或电离态，但不能激发或电离铀-238原子。然后，电场对通向收集板的铀-235原子进行扫描。分子激光法也是依靠铀同位素在吸收光谱上存在的差异，并首先用红外线激光照射六氟化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光谱，从而导致原子能态的提高。然后再利用紫外线激光器分解这些分子，并分离出铀-235。该法似乎有可能生产出非常纯的铀-235和铀-238，但总体生产率和复合率仍有待证明。在此应当指出的是，分子激光法只能用于浓缩六氟化铀，但不适于“净化”高燃耗金属钚，而既能浓缩金属铀也能浓缩金属钚的原子激光法原则上也能“净化”高燃耗金属钚。因此，分子激光法比原子激光法在防扩散方面会更有利一些。 同位素电磁分离法——同位素电磁分离浓缩工艺是基于带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被分离的方法。通过形成低能离子的强电流束并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现同位素电磁分离。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。 化学分离法——这种浓缩形式开拓了这样的工艺，即这些同位素离子由于其质量不同，它们将以不同的速率穿过化学“膜”。有2种方法可以实现这种分离：一是由法国开发的溶剂萃取法，二是日本采用的离子交换法。法国的工艺是将萃取塔中2种不互溶的液体混和，由此产生类似于摇晃1瓶油水混合液的结果。日本的离子交换工艺则需要使用一种水溶液和一种精细粉状树脂来实现树脂对溶液的缓慢过滤。 等离子体分离法——在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发铀-235和铀-238离子中等离子体铀-235同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时，具有大轨道的铀-235离子会更多地沉积在平行板上，而其余的铀-235等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和法国。美国已于1982年放弃了这项开发计划。法国虽然在1990年前后停止了有关项目，但它目前仍将该项目用于稳定同位素分离。 迄今为止，只有气体扩散法和气体离心法达到了商业成熟程度。所有这7项技术均在不同程度上具有扩散敏感性，因为它们都能够在一项秘密计划中不惜代价地被用于从天然铀或低浓铀生产高浓铀。但是，由于这些技术的特征不同，因而将影响到其被探知的可能性。 http://www.lolong.com/c?in=0&id=3828338

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B. 何炳林的成就与贡献

何炳林同志曾一度把研究方向确定为农药，后考虑到新中国必将大力发展原子能事业，并得知美国将与此相关的离子交换树脂列为战略物资，于是将研究方向转为离子交换树脂。何炳林研究组在南开大学成功合成出当时世界上已有的全部离子交换树脂品种，被誉为“离子交换树脂之父”。他在南开大学主持建立了我国第一家专门生产离子交换树脂的化工厂，其主要产品用于国防工业提取国家急需的核燃料——铀，为我国原子能事业发展和第一颗原子弹成功爆炸做出了重大贡献。
何炳林同志长期致力于我国高分子化学学科建设、教学改革、学术创新工作。他注重相关学科的交叉融合和优秀人才的培养引进，创建的南开大学高分子学科成为首批国家重点学科，并建立了国家重点实验室，在全国产生了重要影响。他注重基础研究与应用研究相结合，科学研究为经济建设服务，研究成果对国家直接和间接贡献逾30亿元。
1958年、1959年，毛泽东、周恩来先后来到南开大学视察何炳林的实验室和车间，对他的开拓奉献精神和杰出贡献给予高度评价。何炳林同志曾先后荣获国防科工委“献身国防科学技术事业”荣誉奖章、国家自然科学二等奖、教育部科技进步一等奖、国家发明奖、杜邦科技创新奖、何梁何利科学与技术进步奖、国家优秀教学成果一等奖、日本高分子学会国际奖、天津市科技重大成就奖等30余项重要奖励，为国家和天津市的科技进步与经济建设做出了杰出贡献。曾被评为全国劳动模范。
何炳林同志献身教育、科技事业，培养了600余名本科生、100余名硕士生、60余名博士生、15名博士后。2005年，何炳林、陈茹玉院士共同捐出40万元积蓄，分别在高分子化学研究所和元素有机化学研究所设立奖学基金，奖励优秀学生，资助贫困生。

C. 怎样提取铀235

有离心法、气体扩散法和激光法，而气体离心分离机则是提炼浓缩铀通常采用的气体离心法的关键设备。

天然矿石中铀的3种同位素共生，其中铀-235的含量非常低，只有约0.7%。

只有把其他同位素分离出去，不断提高铀235的浓度，这一加工过程称为铀浓缩。

气体离心分离机是一个庞大的系统，通过每分钟2万转以上的高速离心机，其他同位素可从天然铀矿石中分离出去，剩余的铀235的浓度可达到95%以上。美国当年在日本广岛投放的原子弹是通过劳伦斯法分离制成的。

(3)原子弹离子交换树脂扩展阅读

铀235的应用：

1、氢弹

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(235U) 或钚239(239Pu)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(2H，氘)或超重氢(3H，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。

2、原子弹

铀-235是原子弹的主要装药。要获得高加浓度的铀-235并不是一件轻而易举的事，这是因为，天然铀-235的含量很小，大约140个铀原子中只含有1个铀-235原子，而其余139个都是铀-238原子。

尤其是铀-235和铀-238是同一种元素的同位素，它们的化学性质几乎没有差别，而且它们之间的相对质量差也很小。因此，用普通的化学方法无法将它们分离；采用分离氢元素同位素的方法也无济于事。

D. 铀浓缩的制造方法

气体扩散法
气体扩散法是先把黄饼转化为六氟化铀气体，铀235分子气体比铀238分子气体质量轻，能够更快地通过扩散膜，从而达到分离的效果。每通过一次扩散膜，铀235与铀238的浓度比略有增加，因此需要设置多级扩散膜，已通过扩散膜的气体随后被泵送到下一级，而留在扩散膜中的气体则返回到较低级进行再循环。要达到核电厂反应堆的使用要求，铀235的丰度需要1000级以上。制造第一颗原子弹用的核材料就是用这种方法制造出来的。气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量和成本很高。气体扩散技术已迄今64 年，使用此技术的工厂陆续退出历史舞台。
气体离心法
气体离心法——在这类工艺中，六氟化铀气体被压缩通过一系列高速旋转的圆筒，或离心机。铀-238同位素重分子气体比铀-235轻分子气体更容易在圆筒的近壁处得到富集。在近轴处富集的气体被导出，并输送到另一台离心机进一步分离。随着气体穿过一系列离心机，其铀-235同位素分子被逐渐富集。与气体扩散法相比，气体离心法所需的电能要小很多，因此该法已被大多数新浓缩厂所采用。
气体动力学分离法
所谓贝克尔技术是将六氟化铀气体与氢或氦的混合气体经过压缩高速通过一个喷嘴，然后穿过一个曲面，这样便形成了可以从铀-238中分离铀-235同位素的离心力。气体动力学分离法为实现浓缩比度所需的级联虽然比气体扩散法要少，但该法仍需要大量电能，因此一般被认为在经济上不具竞争力。在一个与贝克尔法明显不同的气体动力学工艺中，六氟化铀与氢的混合气体在一个固定壁离心机中的涡流板上进行离心旋转。浓缩流和贫化流分别从布置上有些类似于转筒式离心机的管式离心机的两端流出。南非一个能力为25万分离功单位的铀-235最高丰度为5%的工业规模的气体动力学分离厂已运行了近10年，但也由于耗电过大，而在1995年关闭。
激光浓缩法
激光浓缩技术包括3级工艺：激发、电离和分离。有2种技术能够实现这种浓缩，即“原子激光法”和“分子激光法”。原子激光法是将金属铀蒸发，然后以一定的波长应用激光束将铀-235原子激发到一个特定的激发态或电离态，但不能激发或电离铀-238原子。然后，电场对通向收集板的铀-235原子进行扫描。分子激光法也是依靠铀同位素在吸收光谱上存在的差异，并首先用红外线激光照射六氟化铀气体分子。铀-235原子吸收这种光谱，从而导致原子能态的提高。然后再利用紫外线激光器分解这些分子，并分离出铀-235。该法似乎有可能生产出非常纯的铀-235和铀-238，但总体生产率和复合率仍有待证明。在此应当指出的是，分子激光法只能用于浓缩六氟化铀，但不适于“净化”高燃耗金属钚，而既能浓缩金属铀也能浓缩金属钚的原子激光法原则上也能“净化”高燃耗金属钚。因此，分子激光法比原子激光法在防扩散方面会更有利一些。
同位素电磁分离法
同位素电磁分离浓缩工艺是基于带电原子在磁场作圆周运动时其质量不同的离子由于旋转半径不同而被分离的方法。通过形成低能离子的强电流束并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现同位素电磁分离。轻同位素由于其圆周运动的半径与重同位素不同而被分离出来。这是在20世纪40年代初期使用的一项老技术。正如伊拉克在20世纪80年代曾尝试的那样，该技术与当代电子学结合能够用于生产武器级材料。
化学分离法
这种浓缩形式开拓了这样的工艺，即这些同位素离子由于其质量不同，它们将以不同的速率穿过化学“膜”。有2种方法可以实现这种分离：一是由法国开发的溶剂萃取法，二是日本采用的离子交换法。法国的工艺是将萃取塔中2种不互溶的液体混和，由此产生类似于摇晃1瓶油水混合液的结果。日本的离子交换工艺则需要使用一种水溶液和一种精细粉状树脂来实现树脂对溶液的缓慢过滤。
等离子体分离法
在该法中，利用离子回旋共振原理有选择性地激发铀-235和铀-238离子中等离子体铀-235同位素的能量。当等离子体通过一个由密式分隔的平行板组成的收集器时，具有大轨道的铀-235离子会更多地沉积在平行板上，而其余的铀-235等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。已知拥有实际的等离子体实验计划的国家只有美国和法国。美国已于1982年放弃了这项开发计划。法国虽然在1990年前后停止了有关项目，但它目前仍将该项目用于稳定同位素分离。
迄今为止，只有气体扩散法和气体离心法达到了商业成熟程度。所有这7项技术均在不同程度上具有扩散敏感性，因为它们都能够在一项秘密计划中不惜代价地被用于从天然铀或低浓铀生产高浓铀。但是，由于这些技术的特征不同，因而将影响到其被探知的可能性。

E. 20世纪人类都干了些什么科学成就方面的事情

1、相对论：
1905年,20世纪最伟大的科学天才爱因斯坦在他26岁时创立了狭义相对论,在理论上为原子能的应用开辟了道路。

1915年，爱因斯坦又创立了广义相对论,深刻揭示了时间、空间和物质、运动之间的内在联系.它成为现代物理学的基础理论之一。

2、量子力学：1900年,普朗克创立了量子论,提出能量并非无限可分、能量的变化是不连续的新观念.

20年代末量子力学的建立,是继1905年—1915年相对论建立后对经典物理学的又一次革命性突破,它成功地揭示了微观物质世界的基本规律；

加速了原子物理学和固态物理学的发展，为核物理学和粒子物理学准备了理论基础。因此量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论，迄今仍具有强大的生命力。

20世纪中后期5大科学成就0年代以来,物质基本结构、规范场、宇宙大爆炸、遗传物质分子双螺旋结构、大地构造板块学说以及信息论、控制论、系统论等理论的创建,使人类的视野进一步拓展到更为宇观、宏观和微观的领域,成为人类文明进步的巨大推动力。

3、电子计算机的诞生：是20世纪最重大的科技成就，它对人类的生产和生活方式产生了深刻的影响。在发展的50多年时间里；

它极大地增强了人类认识世界、改造世界的能力，深入并影响到社会和生活的各个领域，计算机科学己成为新技术的带头学科和先导技术，成为新的生产力的代表。现在，计算机的发展与应用水平已成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。

4、航天飞机：是一架机翼短粗的飞行器，是运载火箭、宇宙飞船和飞机巧妙结合的产物。对于使用一次就报销的运载工具来说，航天飞机可以重复使用100次，在技术上是一个重大飞跃，为人类定期航行太空创造了条件。

航天飞机的研制成功被认为是20世纪科学技术最杰出成就之一。

5、高分子材料：是20世纪人类科学技术的重要进步成果之一，自20世纪30年代中期离子交换树脂问世以来不仅有大量的功能高分子材料实现了大规模生产，形成了若干产业，而且在许多工业领域获得了广泛应用。这些领域包括化工、制药、医学、环保、石油钻采与加工、建筑与装饰、光电信息等。

其中，生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生，特殊功能作用的合成高分子材料。高分子材料在医学上的应用，是医学上的一场革命。

它使治疗更加迅速，更加便利，也更加准确，使患者减少了肉体上的痛苦和精神上的折磨，它的研究与开发，对人类的健康生活和社会发展具有重大意义。

F. 原子弹的制造过程是什么

首先，粉碎铀矿石，然后加入硫酸，矿石中的铀和硫酸反应，生成可溶的UO2和硫酸铀酰离子[UO2(SO4)x；浸取时常加入氧化剂（常用二氧化锰、氯酸钠），以保持适宜的氧化还原电势（约450毫伏），使四价铀氧化成六价，以提高铀的浸出率。\r\n含碳酸盐的铀矿石主要用碱法浸取，常用的浸取剂为碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液，在鼓入空气的条件下，矿石中的铀与碳酸钠生成碳酸铀酰钠Na4[UO2(CO3)3]，溶于浸取液。\r\n \r\n矿石浸取后所得到的酸性或碱性矿浆（包括含铀溶液、部分杂质及固体矿渣）中的溶液和矿渣须经分离。根据需要也可进行粗犷分级，以除去+200~40目的粗砂，得到细泥矿浆。常用的固液分离设备有过滤机、沉降槽（浓密机）；分级设备有螺旋分级机、水力旋流器。中国还采用流态化塔进行分级和洗涤。\r\n \r\n后的浸取液中八氧化三铀的含量大致为500~1000毫克/升。对于含铀浓度低的浸取液采用离子交换法提取铀较为合宜。离子交换法一般采用强碱性阴离子交换树脂吸附铀。按吸附液含固量的多少，吸附可分为清液吸附、混浊液吸附和矿浆吸附。当树脂吸咐饱和后，经水洗，再用淋洗剂（硫酸－氯化钠、硫酸－氯化铵、硝酸－硝酸钠、硝酸－硝酸铵、稀硫酸或稀硝酸）将铀从树脂上淋洗下来。\r\n \r\n气体扩散法：使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。当气体通过扩散膜时，速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子(238UF6)的大。这样，通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。\r\n\r\n使用常规炸药有规律地安放在铀的周围，然后使用电子雷管使这些炸药精确的同时爆炸，产生的巨大压力将铀压到一起，并被压缩，达到临界条件，发生爆炸。或者将两块总质量超过临界质量的铀块合到一起，也会发生猛烈的爆炸。\r\n \r\n临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料，受核子的性质（如裂变横切面）、物理性质、物料形状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响，而会有不同的临界质量。\r\n \r\n刚好可能以产生连锁反应的组合，称为已达临界点。比这样更多质量的组合，核反应的速率会以指数增长，称为超临界。如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应，这种临界被称为即发临界，是超临界的一种。即发临界组合会产生核爆炸。如果组合比临界点小，裂变会随时间减少，称之为次临界。