——我退休后的化学情结

◇ 一中支部 陈洪娣

2008年3月15日，我在一中退休教师会上作了一次科普讲座，内容是《核武器》。在我讲座过程中气氛很好，没有一个人讲话或出去方便，听得频频点头，可以说鸦雀无声。这说明退休老师人老心不老，求知欲望仍然心切；另外表明老同事对我友好、真诚支持，使我顺利完成任务，达到我宣传科学知识的目的。 我作这次科普讲座，不是哪个组织布置的任务，而是完全出于本身的意愿，是毛遂自荐。原因有三：其一，因为我教高中化学几十年，最不满意的一节课是《同位素》，因为那时没有核武器的实际知识，上这节课等于给学生喝白开水。那个时代核武器知识是绝对保密的，出于政治警觉，那时没有一个人会提及原子弹方面的知识。而我渴望了解原子弹实际知识的欲望一直埋在心底里，直到改革开放后，科技事业蓬勃发展，进入网络信息时代后，过去认为要保密的普通科技知识，现在可以公开，一般性的科技知识在网上可以查阅到，为普及科学知识大开了绿灯。我和爱人老何原本爱好学习科学知识，退休后仍坚持学习新知识，1995年后教育界开始学电脑、用电脑，我们羡慕得不得了，很想看看摸摸，但又没有机会接触到，直到2000年我们购买了一台电脑，同时买了许多电脑书，开始一边看书，一边学电脑、玩电脑，接着用电脑。随着使用电脑的时间延长，我们先后购买了数码相机、扫描仪、刻录机、打印机、u盘等等，并应用自如。网上知识丰富多彩，包罗万象，使我们大开眼界，尤其是梦寐以求的核武器实际知识填补了我头脑里的知识空白，我如获至宝，心想若能和同事们分享那多么好啊！ 其二，平时看报纸时，尤其是小报，发现有关核武器方面的知识往往有错误，如我国有核武器、原子弹，人体中含氢元素最多，这种氢原子是制造氢弹的原料等等，还有对放射性物质、放射线、核辐射等出现概念性错误，这与过去对尖端科技知识全面封闭有关，有些人仅仅知道一点名词或一知半解而已，针对这些我曾想，假如有人能在某些场合宣讲一下核武器的基本知识那该多好！其三，我们学校里有几个老师和我一样对核武器很感兴趣，知道我懂得一点后，提出来要我在会上讲讲核武器方面的知识。他们那种虚心好学的精神和对我的信赖，让我深受感动。我就静静的思考了一下：我自退休10多年以来，积极参加集体组织的娱乐活动、体育活动，听外界人士来作的时政报告、卫生讲座等。有关科普知识的讲座使我茅塞顿开，深受教益。于是我想，我是一个化学教师，宣传科学知识也是份内事，况且对一贯来关心、帮助过我的友好同事，作一点科技知识回报，亦称得上一份有意义的礼物。另外我们一中退休教师中人才济济，我来开个头，抛砖引玉，说不定今后会有更多的退休教师走上舞台，交流各自在退休后学到的心得体会，互相学习，共同提高。这样的活动会更贴近退休生活的实际，并且丰富多彩，是值得提倡的。所以在一中我就开了一个科普讲座 在2007年春节里，我足不出户，认真备课，除了从网上查看核武器资料外，还认真学习了新编高等无机化学教材，还看了相关二次大战的资料，因为原子弹是和第二次世界大战相伴而生的，还查阅了相关科学家如居里夫人、爱因斯坦、王滏昌等等科学家的生平事迹和风骨的资料，有许多资料虽然不一定用到它，但趁机多学习一点对我个人也是得益匪浅的，另外我当了一辈子教师，懂得一个道理，要给人家一碗水必须要有一桶水的准备，这是对听者负责任的态度，也是维护个人尊严的诀窍。我花了约一个月时间完成近万字的初稿，要是按原稿讲需三个多小时。资料链接 今天我就把学到的一些关于《核武器》的基本知识和盟内同志交流一下： 核武器包括原子弹（第一代）、氢弹（第二代）、中子弹（第三代）厖 当原子核发生裂变或聚变时能释放出巨大能量，制造成武器将产生强大的杀伤力，所以称之为核武器。 从理论上分析核武器杀伤威力的本质 物质由分子组成，分子由原子组成（有些物质直接由原子组成，如金属、懒性气体等）。原子由原子核和核外电子组成。电子在原子核外作高速运动。电子的质量很小，小到可以忽略不计。原子核内有质子和中子（叫核子）。原子的质量是原子核的质量，也就是质子和中子的质量,中子、质子越多，则原子的质量越大。所以如金属有轻金属和重金属之分，钠、镁、铝等等为轻金属;铜、铅、金、铀等等为重金属。 原子核的特点：体积小、密度大，核能巨大。 原子核在自然界里自发性的裂变叫衰变，如花岗岩里含有铀、钍、镭、锕、钾-40等自然放射性物质。它们的原子核不稳定，半衰期有长有短。人工放射元素有钚、锔、钔等。 放射线有：α射线（氦核粒子流）、 β射线（电子流）、 γ射线（波长小于0.1纳米的电磁波）、n射线（中子粒子流）等。 放射线对人类有害，但也有许多用途：如医院里为某些病人放射治疗。利用放射性原理制造报警器；农作物上如为防止土豆发芽，培育抗台风的稻谷和防治病虫害等等。 核反应分两类： 1、重原子核裂变 如原子弹的原料铀—235（核内有92个质子和143个中子，两数相加等于235），它是一种重金属。但并不是所有重金属都可用来生产原子弹的。条件是：a、原子核内核子之间的结合力不能过大，过大时中子击不开它们；b、粒子间的结合能要大，即核能要大，核能就是原子能。到目前为止，自然界存在的只有铀-235符合条件制造原子弹。 2、轻原子核聚变 轻原子核聚变，到目前为止也只有氢的同位素重氢（氘）和超重氢(氚)的原子核可以聚合。 核反应和化学反应的区别： 核反应和化学反应相同的是都生成新的物质。不同的有： a、核反应和化学反应的原理不同。核反应是原子核发生分裂或原子核发生聚合；化学反应是分子里的原子重新组合成新物质的分子，原子核不变，反应前后原子种类和原子个数也没变； b、核能和化学能相差巨大，如一公斤烈性炸药三硝基甲苯（tnt）做成密度为1.6克/立方厘火米，瞬间爆炸温度达3080度，而原子弹闪光爆炸达15000度。 c、杀伤威力不同 d、化学反应遵守物质不灭定律；核反应会发生质能转变。 e、制造难度不同。 铀—235原子弹及其核反应： 原子弹有二种，即铀-235原子弹和钚-239原子弹。因此原料有铀或钚，它们都是第七周期第三副族的锕系元素。铀是自然界里天然存在的，钚自然界不存在。 铀—235原子弹在“扳机”，即引爆剂三硝基甲苯（tnt）的引爆下，原子核发生分裂，释放能量、产生中子，中子轰击其它铀原子核，使之裂变再产生中子，中子再去轰击别的铀原子，一旦分裂开始进行，即持续至全部物质分裂完毕，此过程称之为“链锁反应”。当然此过程仅在瞬间完成。 铀-235是自然界中存在的易于发生裂变的唯一原子，每当一个中子轰击一个铀-235原子核时，裂变成一个钡原子和二个氪原子，放出2-3个中子，连续下去形成连锁反应，释放出惊人的能量。闪光爆炸15000度（钢水1500度，铝水900度）。铀-235的裂变时还有别的物质生成。在此恕不一一赘述。 如果1千克铀-235完全裂变，可释放出约2万吨tnt当量的能量（1克铀裂变时的爆炸威力相当于20吨tnt炸药的能量）。 分离浓缩铀—235（分离同位素） 铀是典型的活泼金属，在空气中易氧化成氧化物。铀在铀矿里以盐类存在，用化学方法从盐类里提取天然铀，但天然铀有三种同位素，即铀—235、铀—238、铀—234。其中可用于制造原子弹的铀-235只占0.7%。而铀—238却占到99.3%，它是极不易裂变的。制造原子弹的铀-235又必须达到90%以上，所以就涉及到难度非常大的同位素分离问题。同位素因为化学性质相同，不能用化学方法分离；它们的质量数相近，只差约1%，又不能用物理方法分开。所以制造原子弹最大的难关就是同位素的浓缩分离。不过浓缩分离方面的难度正是防止核扩散的有利因素。当时美国总统罗斯福决定，不管花多少费用也要进行分离铀-235的研究，直到成功为止。在美国科学家的反复试验研究下最终分离成功，并且获得一套最有竞争力的铀同位素分离技术。 用钚-239制造原子弹 钚—239 表示原子核内的质子数94，中子数145，两数相加239。

当时的情况是，一方面从天然铀中分离铀-235的技术处在摸索之中，短时期内能否取得突破没有反握；另一方面发现中子的速度减慢到一定程度时，铀-238俘获中子的能力非常强，俘获一个中子成铀—239（核内质子数仍是92，但中子数是146） ，后者再经过两次β衰变便成钚-239。 钚—239（核内质子数94，中子数146）。钚—239 类似于铀-235，当中子轰击钚-239时，易发生裂变，并释放出巨大能量和2-3个中子（每个反应）。因此美国为了要赶在德国之前制造出原子弹，，采取两条腿走路的方法，一方面抓紧研究从天然铀中分离铀-235的技术，另方面积极开展利用铀-238生产钚-239的研究。1942年在美国的意大利科学家费米发明了原子反应堆解决了这一技术难题。在反应堆内生产出钚-239，将它作为原子弹的装料。在日本长崎使用，威力比铀-235原子弹还要大。