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臨界質量

指数 臨界質量

臨界質量(Critical mass)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、物料型狀、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。 剛好可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。 恩里科·費米最先發現超臨界組合,不一定同時是超過即發臨界。他的發現開展了受控制的連鎖反應的研究,後來發展的核子反應堆及核能都是出於這一發現。.

20 关系: 原子弹半衰期同位素小男孩原子弹中子反射物料廣島质量錼的同位素胖子 (原子弹)核子核連鎖反應核武器指數增長

原子弹

原子弹又称裂变弹(Atomic bomb),是一种利用核原理制成的核武器。由美国最先研制成功,具有极强的破坏力,在爆炸的同时会放出强烈的核辐射,危害生物和非生物组织。第一个裂变(原子弹)试爆释放出的能量为约20,000吨TNT(见三位一体核试爆)的相同的当量。第一个热核(氢弹)试爆释放相同的能量为10,000,000吨TNT的当量。.

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半衰期

半衰期(Half-life)是指某種特定物質的浓度经过某种反应降低到剩下初始时一半所消耗的時間,半衰期是研究反应动力学的一个容易测定的重要参数,数学上可以证明,只有一级反应的半衰期是恒定的数值,且知悉一个一级反应的半衰期便可以计算出该反应的所有动力学参数,所以人们通常只关心一级反应的半衰期。常见的一级反应有:放射性核素的衰变、一级化学反应、药物在体内的吸收和代谢等。.

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同位素

同位素(Isotope)是某種特定化學元素之下的不同種類,同一種元素下的所有同位素都具有相同原子序數,質子數目相同,但中子數目卻不同。這些同位素在化學元素週期表中佔有同一個位置,因此得名。 例如氫元素中氘和氚,它們原子核中都有1個質子,但是它們的原子核中分別有0個中子、1個中子及2個中子,所以它們互為同位素。.

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小男孩原子弹

#重定向 小男孩原子彈.

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中子反射物料

#重定向 中子反射体.

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廣島

廣島可指:.

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质量

在日常生活中的“重量”常常被用來表示“質量”,但是在科学上,这两个词表示物质不同的属性(参见质量对重量)。 在物理上,质量通常指物质在以下的三个实验上证明等价的属性之一:.

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錼的同位素

錼的同位素.

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胖子 (原子弹)

胖子(英语:Fat Man)是第二次世界大戰時美國在日本長崎投擲的原子彈的名稱。1945年8月9日,即廣島首枚原子彈爆炸後3天,由查尔斯·斯威尼(Charles Sweeney)駕駛的B-29超級空中堡壘轟炸機「博克斯卡」(Bockscar)在長崎上空31,000英呎(9,000米)投下。在日本標準時間早上11時02分,在1,800呎(550米)高度爆炸。.

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鈾(Uranium)是一種銀白色金屬化學元素,屬於元素週期表中的錒系,化學符號為U,原子序為92。每個鈾原子有92個質子和92個電子,其中6個為價電子。鈾具有微放射性,其同位素都不稳定,并以鈾-238(146個中子)和鈾-235(143個中子)最为常见。鈾在天然放射性核素中原子量第二高,仅次于钚。其密度比鉛高出大約70%,比金和鎢低。天然的泥土、岩石和水中含有百萬分之一至百萬分之十左右的鈾。採礦工業從瀝青鈾礦等礦物中提取出鈾元素。 自然界中的鈾以三种同位素的形式存在:鈾-238(99.2739至99.2752%)、鈾-235(0.7198至0.7202%)、和微量的鈾-234(0.0050至0.0059%)。鈾在衰變的時候釋放出α粒子。鈾-238的半衰期為44.7億年,鈾-235的則為7.04億年,因此它们被用于估算地球的年齡。 鈾獨特的核子特性有很大的實用價值。鈾-235是唯一自发裂變的同位素。鈾-238在快速中子撞擊下能夠裂變,屬於增殖性材料,即能在核反應爐中經核嬗變成為可裂變的鈈-239。鈾-233也是一種用於核科技的可裂變同位素,可從自然釷元素製成。鈾-238自發裂變的機率极低,快中子撞擊可诱导其裂變;鈾-235和233可被慢中子撞击而裂变,如果其质量超过临界质量,就都能夠維持核連鎖反應,在核反应过程中的微小质量损失会转化成巨大的能量。这一特性使它们可用于生产核裂变武器与核能发电。耗尽后的鈾-235发电原料被称为貧鈾(含238U),可用做钢材添加剂,製造贫铀弹和裝甲。.

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鈽(Plutonium,--)是原子序数94、元素符號為Pu的放射性超鈾元素。它屬於錒系金屬,外表呈銀白色,接觸空氣後容易腐蝕、氧化,在表面生成無光澤的二氧化鈽。鈽有六种同素異形體和四種氧化態,易和碳、鹵素、氮、矽起化學反應。鈽暴露在潮濕的空氣中時會產生氧化物和氫化物,其體積最大可膨脹70%,屑狀的钚能自燃。它也是一种放射性毒物,会於骨髓中富集。因此,操作、處理鈽元素具有一定的危險性。 鈽是天然存在於自然界中質量最重的原子。它最穩定的同位素是鈽-244,半衰期約為八千萬年,足夠使鈽以微量存在於自然環境中。 鈽最重要的同位素是鈽-239,半衰期為2.41萬年,常被用來製造核子武器。鈽-239和鈽-241都易于裂變,即它們的原子核可以在慢速熱中子撞擊下產生核分裂,釋出能量、伽馬射線以及中子輻射,從而形成核連鎖反應,並應用在核武器與核反應爐上。 鈽-238的半衰期為88年,並放出α粒子。它是放射性同位素熱電機的熱量來源,常用於驅動太空船。 鈽-240自發裂變的比率很高,容易造成中子通量激增,因而影響了鈽作為核武及反應器燃料的適用性。 分離鈽同位素的過程成本極高又耗時費力,因此鈽的特定同位素時幾乎都是以特殊反應合成。 1940年,格倫·西奧多·西博格和埃德溫·麥克米倫首度在柏克萊加州大學實驗室,以氘撞擊鈾-238而合成鈽元素。麥克米倫將這個新元素取名Pluto(意為冥王星),西博格便開玩笑提議定其元素符號為Pu(音類似英語中表嫌惡時的口語「pew」)。科學家隨後在自然界中發現了微量的鈽。二次大戰時曼哈頓計劃則首度將製造微量鈽元素列為主要任務之一,曼哈頓計劃後來成功研製出第一個原子彈。1945年7月的第一次核試驗「三一试验」,以及第二次、投於長崎市的「胖子原子彈」,都使用了鈽製作內核部分。關於鈽元素的人體輻射實驗研究並在未經受試者同意之下進行,二次大戰期間及戰後都有數次核試驗相關意外,其中有的甚至造成傷亡。核能發電廠核廢料的清除,以及冷戰期間所打造的核武建設在核武裁減後的廢用,都延伸出日後核武擴散以及環境等問題。非陸上核試驗也會釋出殘餘的原子塵,現已依《部分禁止核試驗條約》明令禁止。.

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锎(Californium,--)是一種放射性金屬元素,符號為Cf,原子序為98。鉲屬於錒系元素,是第六種人工合成的超鈾元素。鉲是產量能以肉眼可見的元素中原子量第二高的(最高的是鑀),也是自然界能自行產生的元素中質量数最高的,所有比鉲更重的元素皆必須通過人工合成才能產生。伯克利加州大學於1950年以α粒子(氦-4離子)撞擊鋦,首次人工合成鉲元素,因此該元素是以美國加利福尼亞州及加州大學命名的。 鉲擁有三種晶體結構,分別存在於正常氣壓900 °C以下、正常氣壓900 °C以上與高壓下(48 GPa)。在室溫下,鉲金屬塊會在空氣中緩慢地失去光澤。鉲的化合物主要由能夠形成3個化學鍵的鉲(III)形成。目前已知的20個鉲的同位素中,鉲-251是最為穩定的,其半衰期為898年,而鉲-252是最常被使用的同位素,半衰期約為2.64年,該同位素主要在美國的橡樹嶺國家實驗室及俄羅斯的合成。由於大部分鉲同位素的半衰期都很短,所以地殼中不存在大量的鉲元素。地球大約在45億年前形成,而在地球中自然放射的中子不足以從較穩定的元素產生出大量的鉲。 鉲是少數具有實際用途的超鈾元素之一,利用某些鉲同位素是強中子射源的特性,鉲能夠用於啟動核反應爐,還可以使用在中子衍射技術和中對材料進行研究。另外,鉲可用来合成质量数更高的元素,例如以鈣-48離子撞擊鉲-249可合成第118號元素Og。但在處理鉲的時候,也因此必須考慮到放射性的問題。當鉲累積在動物的骨骼組織時,將破壞紅血球的形成,影响造血功能。.

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锫(--;Berkelium)是一種放射性化學元素,符號為Bk,原子序為97,屬於錒系元素和超鈾元素。位於美國加州伯克利的勞倫斯伯克利國家實驗室在1949年12月發現錇元素,因此錇以伯克利(Berkeley)命名。錇是繼鎿、鈈、鋦和鎇後第五個被發現的超鈾元素。 最常見的錇同位素是錇-249,主要經高通量核反應爐產生。目前製造該同位素的有美國田納西州的橡樹嶺國家實驗室和俄羅斯季米特洛夫格勒的核反應器研究所。第二重要的同位素錇-247要用高能量α粒子向鋦-244進行撞擊而產生。 從1967年至今,在美國生產的錇元素僅僅超過1克。除在科學研究中用來合成更重的超鈾元素和超錒系元素外,錇沒有實際的用途。2009年,在進行250天的輻射後,橡樹嶺國家實驗室製成了22毫克的錇-249,並在其後的90天內對該樣本進行了純化處理。純化後的錇元素同年被送到俄羅斯聯合核研究所,以鈣-48離子向其撞擊150天後,合成了Ts(117號元素)。 錇是一種柔軟的銀白色放射性金屬。錇-249同位素輻射的是低能電子,所以相對安全。不過,其半衰期為330天,衰變後會產生鉲-249,而該同位素會釋放高能量的α粒子,十分危險。這種衰變的現象在研究錇元素及其化合物屬性時尤其重要,因為不斷生成的鉲不但會污染化學樣本,還會釋放輻射,破壞樣本的結構。.

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鋦(Curium)是一種放射性超鈾元素,符號為Cm,原子序為96,屬於錒系元素,以研究放射性的科學家瑪莉·居禮(Marie Curie)和其丈夫皮埃爾·居禮命名。伯克利加州大學的格倫·西奧多·西博格等人在1944年7月首次專門合成鋦元素。發現起初被列為機密,到1945年11月才公佈於世。大部分的鋦是在核反應爐中通過對鈾或鈈進行中子撞擊產生的。每噸用盡的核燃料中含有大約20克鋦。 鋦是一種銀白色的堅硬高密度金屬,熔點和沸點是錒系元素中較高的。鋦在標準溫度和壓力下具順磁性,並在冷卻後變為反鐵磁性;許多鋦化合物也具有磁性的轉變。鋦在化合物中的氧化態通常為+3和+4,而在溶液中主要呈+3態。鋦很容易被氧化,而形成的氧化物是鋦最常見的形態。鋦可以和各種有機化合物形成螢光配合物,但不出現在任何細菌或古菌中。當攝入人體之後,鋦會累積在骨骼、肺部和肝臟中,並可致癌。 鋦的所有已知同位素都具有放射性,並具有較小的臨界質量(維持核連鎖反應所需的最低質量)。這些同位素主要放射α粒子,輻射釋放的熱量可以在放射性同位素熱電機中用來產生電力。然而由於量的稀少,以及製造費用的昂貴,鋦難以用來發電。鋦被用於製造更重的錒系元素,及在心律調節器中作為能源的238Pu放射性同位素。它也作為α粒子射源,被用在α粒子X射線光譜儀中。許多火星探測任務都使用該光譜儀來分析火星表面岩石的結構和成份,羅塞塔號的菲萊登陸器(Philae Lander)也用它來探測楚留莫夫-格拉希門克彗星的表面。.

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錼(Neptunium,--)是一種化學元素,符號為Np,原子序為93。錼是首個超鈾元素,屬於錒系金屬。錼具有放射性,其最穩定的同位素237Np是核反應爐和鈈生產過程的副產品,能夠用於製造中子探測儀。由於核嬗變反應,鈾礦當中存在著微量錼元素。.

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鋂(Americium,--)是一種放射性超鈾元素,符號為Am,原子序為95。鋂屬於錒系元素,在元素週期表中位於鑭系元素銪之下。鋂是以發現所在的美洲大陸(America)命名的。 位於伯克利加州大學由格倫·西奧多·西博格領導的團隊在1944年首次合成了鋂元素。雖然鋂是第三個超鈾元素,但它卻是繼鋦以後第四個被發現的超鈾元素。這項發現最初被列爲機密,直到1945年才公諸於世。大部分的鋂都是在核反應爐中以中子撞擊鈾或鈈而形成的:一噸乏核燃料含有大約100克鋂。鋂元素主要用在商業電離煙霧探測器和儀表中,或用作中子源。有人提出用242mAm同位素製造核電池和太空船的核推進燃料,但因該同核異構體的稀少和昂貴而尚待實現。 鋂是一種質軟的放射性金屬,外表呈銀白色。鋂的同位素中最常見的有241Am和243Am。在化合物中,特別是溶液中,鋂的氧化態通常是+3。鋂還有+2到+7之間的其他氧化態,可通過測量吸收光譜分辨出來。由於輻射變晶效應,鋂固體和鋂化合物的晶體結構本身含有缺陷。這些缺陷隨時間而增加,因此其物質屬性會進行變化。.

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核子

在化學和物理學裏,核子(nucleon)是組成原子核的粒子。每個原子核都擁有至少一個核子,每個原子又是由原子核與圍繞原子核的一個或多個電子所組成。核子共有兩種:中子和質子。任意原子同位素的質量數就是其核子的總數。因此有時人們也會稱這個數字為「核子數」。 在1960年代之前,核子被認為是基本粒子,不是由更小的部份組成的。今天我們知道核子是複合粒子,由三個夸克經強相互作用綑綁在一起組成。兩個或多個核子之間的交互作用稱為核力,最終這也是強交互作用引起的。(在發現夸克之前,「強交互作用」一詞只用於核子間的交互作用。) 核子研究屬於粒子物理學和核物理學的交叉領域。粒子物理學,特別是量子色動力學,提供了解釋夸克及強交互作用屬性的公式。這些公式用定量方法解釋夸克是如何結合成為中子和質子(以及所有其他的強子)。然而,當多個核子組合為一個原子核(核素)時,這些基礎方程式變得非常難直接求解,必須使用核物理學的方法。核物理學利用近似法和模型來研究多個核子之間的交互作用,例如用核殼層模型。這些模型能夠準確解釋核素的屬性,比如哪些核素會進行核衰變等。 質子和中子都是重子和費米子。質子和中子特別相似,除了中子不帶有電荷以外,中子的質量比質子僅僅高0.1%,它們的質量非常相近,因此它們可以視為同樣核子的兩種狀態,共同組成了一個同位旋二重態(),在抽象的同位旋空間做旋轉變換,就可以從中子變換為質子,或從質子變換為中子。這兩個幾乎相同的核子都感受到相等的強相互作用,這意味著強相互作用對於同位旋空間旋轉變換具有不變性。按照諾特定理,對於強相互作用,同位旋守恆。.

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核連鎖反應

核連鎖反應是當發生一個核反應,兩個或以上的周邊核反應被觸動,從而帶動其他核反應以指數形式增長。 在臨界質量的核裂變燃料發生的不受控核連鎖反應可釋放出巨大能量,也是核武的概念,而連鎖反應可通過控制,成為日常所需的能源。 唯一已知的自然核連鎖反應堆位於西非加彭共和國的奧克洛(Oklo),該處有一個長達20億年歷史的古老核反應堆。.

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核武器

--,也叫--或原子武器,簡稱核武,是利用核反应的光热辐射、電磁脈衝、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染,来阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。主要包括核分裂武器(第一代核武,通常稱為原子弹)和核融合武器(亦稱為氫彈,分为两級及三級式)。亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素,以增大辐射强度扩大污染,或加強中子放射以殺傷人員(如中子弹)。 除此以外,核武器還可以根據用途而細分為戰略核武器及戰術核武器,前者是一般意義上的核武器範疇,為大當量的核武器和遠射程,後者則屬於小當量和近射程。其中,後者可用於戰爭前線。戰術核武器的概念以及發展相對戰略核武器為遲緩,是在第二次世界大战以後多年才逐步形成的,而戰術核武器需要對核能技術的要求亦較高以及複雜,其前提是要擁有戰略核武器。 有紀錄的核武器的研發始於第二次世界大戰前夕,由納粹德國率先提出方案,美國方面的計畫則晚了數個月。但由於當時錯誤的實驗方向與發展,令希特勒認為開發核武器的費用將會過於龐大,加上原先德國有興趣的是核子反應所能提供的能源而並非核武,因此放棄開發核武器。 當1945年納粹德國投降後,大量的德國科學家分散至各國持續研究,進一步幫助了西方國家與蘇聯在核能方面的技術發展。.

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指數增長

指数增长(包括指数衰减)指一个函数的增长率与其函数值成比例。在定义域为离散的且等差的情况下,也称作几何增长或几何衰减(函数值是一个等比数列)。 指数增长模型也称作马尔萨斯增长模型。.

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