科技巫师

    提前说明:本章涉及到的相关知识，大部分来自于中国工程物理研究院官网、对外公开资料。

    ……

    李察阅读，目光在书页上移动。

    “铀235提纯的第一种方法，是电磁分离法，利用质谱仪的原理进行同位素分离。

    其中质谱仪是实验室用来分析带电粒子质量的一种仪器，能够让质量不同而带电量相同的粒子，进入磁场发生偏转的半径不同，从而分离。

    详细解释的话，那就是粒子以速度v进入磁场，带正电荷粒子运动所产生的磁场磁力线沿运动方向的左边朝上、右边朝下。因而运动带电粒子左边的磁场被加强，右边的磁场被减弱，形成一个磁场梯度，产生一个从左向右推的磁压力。

    这个力与速度方向垂直，虽然不能改变运动带电粒子速度值的大小，但是却能改变粒子运动的方向，形成一个向心力。

    又因为磁场是均匀的，对运动带电粒子产生的磁压力处处相等，所以使运动的带电粒子在磁场中作匀速圆周运动。

    按照电磁学公式，可知，磁场的作用力等于qbv，向心加速度等于v2/r。

    所以，能导出: qbv=mv2/rqbr=mv。

    公式中，q为粒子电量，v为粒子运动速度，m为粒子质量，b为磁感应强度，r为粒子作圆周运动的偏转半径。

    又因为粒子电量q、磁感应强度b都是确定的，由此运动粒子的动量与偏转半径成正比。

    带相同电荷q而质量不同的离子，通过相同的加速电压u，获得的电势能是相等的，且等于进入磁场时的动能为:qu=mv2。

    前面已知粒子的动量mv=qbr，两式消去v，即得m＝qb2r2/2u。

    对于质量等于的粒子，＝qb22/2u。

    由此可得出dm/m＝2dr/r，即质量的相对偏差，是半径相对偏差的2倍。

    由于入射粒子的质量不同，它们经过相同电压加速后获得的能量相等，但动量不同。进入磁场后，动量大的弯曲半径大，动量小的弯曲半径小。

    如果同一种动量的离子进入磁场的角度存在偏斜，导致它们共同聚焦在d的范围。那么d的范围与入射角的关系，经过计算可得到如下公式:dr/r≈0.5q2。

    当q小于50 时，r的相对误差是4/1000，可能引起的质量偏差为8/1000。而铀235与铀238的相对质量差等于13/1000，从而让质谱分离法的用于实际……”

    李察读完，挑了挑眉毛。

    这显然是一种很浅显易懂的方法，原理就是:质量不同而带电量相同的粒子，经过相同电压加速后动量不同，从而导致进入磁场发生偏转的半径不同。

    举个例子的话，这就像是轨道上行驶的火车，在一个弯道处，速度适宜的火车能够正常通过。而速度过快的火车，则因为受力不平衡，会带着车厢直接冲出轨道，导致出轨。

    用这种方法，铀235便是速度合适的火车，铀238则是速度过快的火车，让两者得以分离，从而得到高纯度的铀235。

    这种方法技术含量是相对较低的，因此地球上，1938年德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现核裂变，迈特纳和弗里施提出了核裂变的理论解释。仅仅过了两年，也就是1940年4月，明尼苏达大学的尼尔，就用质谱仪制造出微量的浓缩铀235。

    之后1942年，地球上首次制造核武器的曼哈顿计划开始，劳伦斯等人，开始利用电磁型同位素分离器进行提纯铀235。

    这是一种经过论证的方法，是完全可行的。

    不过，它也有一个小小的问题。

    那就是投入太大。

    在地球上的曼哈顿计划中，为了用这种方法提纯铀235，特意在橡树岭建造一座超级电磁装置。投入人力近25000人，分离器超过1100台，光是绕制线圈用的银就有15000吨之巨。

    15000吨！

    而得到的结果，只是每天仅仅生产几克铀235，用了数年时间，得到的铀235数量，才刚刚能够制造一枚原子弹而已。

    李察