
原子弹的制造并不直接使用重水,而是利用重水反应堆产生的钚-239作为裂变材料。重水(D₂O)在核反应堆中的作用是作为中子减速剂,这是因为重水中的氧原子核与中子相互作用,减缓了中子的速度。这种减速对于维持链式反应至关重要,因为高速中子很容易被铀-235核反射出去,而减速后中子更可能被铀-235核俘获,引发核裂变。
重水反应堆的一个优点是它们对燃料的选择不挑剔,即便是低丰度的铀燃料也能在其中发电。然而,这也是重水反应堆的一个潜在风险,因为它们容易产生超重水(T₂O),其中的氚元素可以用于制造氢弹,尽管如此,重水反应堆产生的氚量通常远远超出制造氢弹的实际需求,而且超重水的存在也会带来放射性污染的安全隐患。
在二战期间,纳粹德国确实利用了挪威的重水工厂进行核武器研究,但重水工厂的生产能力非常有限,远远无法满足制造原子弹的需求。实际上,制造一枚原子弹所需的钚-239产量远超过挪威重水工厂的能力。
重水在核武器生产中的另一个用途是制造氚,氚是氢的同位素,用于氢弹中。在反应堆中,重水与锂反应生成氘化锂,然后通过辐射使氘转化为氚。这种方法比直接在重水中产生氚气效率更高。
此外,在早期原子弹设计中,增加氘含量可以减缓爆炸产生的中子速度,提高核材料的利用率。例如,MK12核弹的核心就是一个氘钚组合,其尺寸仅为传统钚弹的40%,提高了钚的利用率。
总结来说,重水在核工业中的角色非常关键,它不仅是核武器制造过程中的重要组成部分,还贯穿了整个核武器的生产流程。