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化学元素中的钚与镅


实验室k / 2018-12-15

       非常幸运的是,制造原子弹是一件极其困难的事情。设想一下,如果容易制造,现在一定有更多集团已经拥有原子弹了。

钚的基本数据

       制造铀(92)原子弹之所以困难,是因为要将所需要的铀-235同位素与大量无用的铀-238同位素分开是一件费用极其高昂的事。昂贵到“如果不是一个发达国家的政府就无法承受”的地步。但是如果拥有了临界量的铀-235,制造炸弹就非常容易:只需造一门大炮,把一块亚临界量的铀射到另一块上,接着就是——轰隆!

       制造钚弹可能就容易一些,因为要得到足够量的钚不像铀那么困难。当然,这需要一个反应堆,但是和同位素分离比较,那简直就是儿戏。(事实上,就曾经有过一个孩子认真地尝试过:作为1995年的鹰级童子军计划,戴维·哈恩建造了一个增殖反应堆。当人们认识到它不仅仅是个模型的时候,戴维陷入了巨大的麻烦。有人认为他那微型的反应堆可能已经真正地运行过。)(戴维·哈恩(David Hahn)在还是个孩子的时候就对原子能着迷。他按照一本物理教科书中的蓝图,在底特律郊区自家庭院的一间棚屋里建造了一个微型核反应堆。他那无人监管的幼稚行动给邻近地区造成了巨大的环境问题。最终,美国环保署终结了他的实验,把他的反应堆埋入犹他州的放射性填埋场。)

       虽然得到钚相对容易些,但是一个非常幸运的巧合使得要把钚变成炸弹却极其困难。钚的分裂比铀-235要容易得多,以至于当两块亚临界量的钚互相接近的时候,在它们互相接触之前就开始反应,并在裂变发生之前把它们自己互相推开,使事情终归失败。虽然能在广大地区散播辐射,但它无法使目标城市熔化。

       要使钚弹能够使用,就必须使用炸药“透镜”,通过内爆,把临界质量组装成一个球体。这一工作必须接近完美,冲击波的任何不对称性都会使钚从侧面滑出。即使在今天,钚裂变炸弹也需要最高工艺水平的治金学、焰火制造术以及加工工艺。任何业余水平的钚弹都肯定最终失败。

       钚常常被称为最毒的元素。在洛斯阿拉莫斯(洛斯阿拉莫斯是美国新墨西哥州的一个小镇,美国核物理学国家实验室所在地。第一颗原子弹就在此誕生)(几乎全美国的钚都保存在此)的人们对此感到很受伤,他们发表了一篇文章,为他们认为是强加在钚头上的不公正的坏名声作辩护。好啊,他们要那样做,他们为什么不那样做?

       毫无疑问,私人拥有钚是绝对禁止的,但有一个小小的例外。现在,心脏起搏器用的是锂电池,但是有一些人(没人知道到底有多少人)还在使用由钚热电池驱动的起博器。如果你身上安装了一个这样的起博器,你可以拥有它直到死亡。按照法律,所有的钚都必须送归洛斯·阿拉莫斯(当然,这是指在美国),在那里它会受到严格的看护。

       虽然钚可能是所有元素中受到最高规格的管制和追踪的元素,但对于所有在核反应堆中创造出来的合成的放射性元素而言,情况并非总是如此。举个例说,镅。


       你可能会以为在钚(94)后面的人工合成放射性元素的半衰期都非常短,并且会是某种超级炸弹的材料,只有在秘密实验室工作的科学家才能得到它,大概只有发疯的科学家才会在某个巢穴中研究镅。但是,如果你自己只想少量拥有一些,那么你可以走进邻近的五金店、超市去购买一点。这样做绝不会有人盘问你的。

镅的基本数据

       理由并非在于镅比临近的其他元素更安全。事实上,从正常渠道可以得到的同位素镅-241显然比武器级的钚具有更强的放射性,并且毒性至少和钚一样大。区别只在于镅有一定的商业用途,并且只需要极微量即可。为此,从业公司要做好准备,准备为开发该项用途并接受所需监管付出额外的努力。

       电离烟雾探测器的心脏是一个很小的纽扣状的放射源,其结构和我们在第84号元素钋中讨论的抗静电刷中的金属箔很相似,但要小得多。探测器中的镅可以释放出稳定的阿尔法粒子流,该粒子流可使电离腔内空气局部电离成为导体,允许一定电流在两个电极之间的空气中通过。当烟雾粒子进入电离腔时,它们会与离子相结合而降低空气的导电性,使通过电离腔的电流强度减小。当电流强度低于预定值时,探测器就会发出火警报。

       我们是否要为每所房子中安装的烟雾探测器中的放射源担忧呢?实际上,电离烟雾探测器对通火灾的反应速度要比其他类型的探测器快得多,这无疑救了很多人的生命。并且,就像抗静电刷的情况一样,在烟雾探测器中的镅也被一层薄薄的金(79)很好地保护着。这虽然算不上是个好主意,但即使有人吞下了它也不会产生不良影响:金是一种贵金属、能抵抗胃酸的攻击,使“纽扣”完整无损地排泄出来。所以,因为担心镅的放射性而拒绝烟雾探测器是非常愚蠢的。

       随着镅我们来到了元素收藏家收藏柜的最后一排。它是最后一种不需要昂贵的执照就可合法拥有的元素(这种执照一般只有当你能证明你有合法的理由去拥有该元素的时候才发给你)。

       从镅以后,人们开始使用一种新的元素命名规则,这个规则一种延续到目前已经被命名的所有元素——用著名的科学家的名字或该元素的发现地为元素命名(镅(americium)是在1944年由物理学家和化学家西博格和同事在美国加利福尼亚大学伯克利分校通过用中子轰击钚-239产生的。该元素以美国(America)的名字命名)。

       迄今为止,得到这个殊荣的都是人类历史上最顶尖的科学家,第一个就是居里夫妇(Pierre Curie(1859-1906)和Marie Curie(1867-1934)夫妇是法国物理学家和化学家,放射性的发现者之一,并且是钋和镭的发现者)。


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