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。

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    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(假设朝上),带正电荷粒子运动所产生的磁场磁力线沿运动方向的左🝾🐴🄄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🉳🋕🙋=🔅♲M🊍🎿🖶v2/R→qBR=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=(1/2)🕮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(M+DM)的粒子🆉🍭🋕,(M+DM)=🌽🄣⚽qB2(R+🟆🚵🗯DR)2/2U。

    由此可得出D🅪M/M=2D🊍🎿🖶R/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≈0.5q🔉2。

    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,19🌽🄣⚽38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。