伊朗离心机进展颇丰，但距离武器级提纯仍然遥远
最近伊朗原子能组织宣称已经开始提炼丰度4.5%的浓缩铀，已经突破了伊朗核协议规定的3.67%。甚至该组织还宣称下一步可以进一步制取20%丰度的浓缩铀。伊朗之所以现在这么有底气，也是因为国产的离心机有了不小的进步。从内贾德执政时期，伊朗就用了自产的IR2，后来又有了IR4，直到最近曝光的IR6，意味着伊朗已经掌握了第6代的离心机制造技术。
伊朗宣布第六代离心机技术
内贾德执政时视察国产的IR2离心机
不过按照目前的进度，即便伊朗达到了他们所说的20%的丰度，距离武器级铀90%的丰度也是差了十万八千里。先解释一下，这里面说的百分比，是指铀-235的含量，也叫丰度。因为能用于链式反应的铀同位素只有铀-235，在自然界的铀同位素中仅占0.7%，其他92.25%都是铀-238。
天然铀矿石
所谓铀浓缩，就是从自然界的铀矿石初步精炼制成六氟化铀后，再将其中的六氟化的铀-235一步步分离提纯，使铀-235比例不断升高的过程。那么伊朗现在的铀浓缩技术是否可以造出90%丰度的铀燃料棒呢？恐怕用手上的离心机是办不到的。不光伊朗办不到，全世界到目前为止用离心机造武器级铀燃料棒的好像都没有出现过，因为离心机的分离功实在是太低了人类第一颗用于实战的铀原子弹——小男孩，它的铀235其实使用气体扩散法分离提纯的。而离心机这个东西，美国一直到70年代才开始研发生产，因为离心机其实主要是用来给商业核电站用来制取低浓缩铀的。在制造核武器的场景，核大国一般都使用气体扩散法。我国第一枚核弹，同样使用气体扩散法。气体扩散法是把六氟化铀蒸汽放在容器罐中，利用半透膜将铀235氟化物和铀238氟化物分离。这种膜有无数的小孔，一次只允许通过一个气体分子。因为分子质量较轻的气体分子与容器壁碰撞较为频繁，所以铀235氟化物更容易通过器壁，经过很多级同样结构的装置，实现高丰度浓缩铀的提纯。
人类首次投入使用的原子弹“小男孩”就是一枚铀弹
气体扩散法的分离单元
气体扩散法的机组，用多个容器罐级联
伊朗为什么不用气体扩散法？
那么伊朗为什么不用气体扩散法呢？有两个原因。一个是气体扩散法的工厂功耗惊人。气体扩散装置生产同等丰度和质量的铀，的能耗相当于离心机的10倍。用气体扩散法，得到一吨90%浓度的铀约需要23万个分离功，耗费7亿度电，相当于一个100兆瓦的发电厂将近1年的发电量。美国橡树岭有个浓缩铀工厂，用了4000多个分离单元，功率1700兆瓦，相当于纽约市的耗电量。所以小国用不起；另外一个原因就是，气体扩散工厂实在是太扎眼了，如果一个国家建了这样的工厂，一开始就相当于坐实了要研发核武器的意图，国际压力也就可想而知。印度、巴基斯坦、朝鲜以及今天的伊朗核武器研发计划没有一个是敢公开的，必须装小白兔才可能保证项目的生存。伊朗正是因为国内没有建气体扩散工厂，而只用离心机，所以可以一直处于一个灰色地带中。当年的巴基斯坦朝鲜等国也都是指用了离心机进行铀的浓缩。
不过离心机也没那么好做。一般来说，离心机需要有4到6万转/分，内部抽成真空，才能使铀-235和铀-238分离。由于相对原子质量不同，二者到惯性不一样，铀-235将靠近离心机的中心轴和顶部，而铀-238因为较重，会被甩到筒壁和离心机底部。离心机的好处是能耗比较低，非常用来适合给成本敏感的商用核电站提供低浓缩铀。离心机分离铀不需要像气体扩散那样分好多级，但是每一级都需要数千台乃至上万台离心机。这也是为什么伊朗敢说可以把浓缩铀进一步浓缩提纯到20%。只要在原有基础上增加级数，那么理论上确实可以得到更高纯度的铀-235。不过这样做需要的离心机的数量也会非常非常恐怖。而且20%的铀根本无法保证可靠的链式反应，只能是一枚核脏弹。
穷国搞核武正确的路径：使用钚239制造“经济适用型”核弹
那么作为一个可怜，弱小又无助的穷国，在联合国五常的眼皮子底下是不是完全没法子造核弹了？也不是，其实还有一种成本更低的方法。那就是用钚239造核弹。和铀235不同，钚239在自然界含量微乎其微，基本没有什么提取价值。它是利用核反应堆，利用铀235核反应后释放出的中子，通过减速棒后轰击铀238后经历两次衰变得来的。中子为铀238捕获后，使铀238变为铀239；铀239半衰期极短，在很短时间内就会经历两次β衰变成为钚239。钚239半衰期有2.4万年，因此比较稳定。
钚239获得过程
铀239半衰期只有23.5分钟，很快就衰变成镎239，镎239再衰变成钚239
与铀235相比，钚239更加易得，只要掌握了工业级别的低浓缩铀技术后，利用核反应堆就可以得到；而且钚的临界质量更低，不加中子反射层的情况下，铀235需要52kg的临界质量，而钚239只需要10kg；加了中子反射层后，钚239临界质量可进一步降低至5kg以内。所以钚用来做核弹简直比用铀成本低了太多。当年扔在长崎的“胖子”，就是一枚铀钚合金弹，可见美国有缺钱的时候。没办法，造铀弹实在是太太太耗电了。实际上，后来的苏联，印度，巴基斯坦，乃至朝鲜，第一颗原子弹都是用钚-239制造的。
当然，要制造武器级（93%丰度以上）的钚239，还有一个条件，就是必须用重水反应堆，即使用重水（2H2O）或者石墨做慢化剂的反应堆，轻水反应堆是无法制造武器级的钚239的。7月27日，伊朗原子能机构宣布，将重启阿拉克重水反应堆，这也意味着伊朗从此彻底突破了制造钚弹的最后一个门槛。所以，美国人的担心和制裁确实有道理，并非完全是强权欺压。
不过经济适用型，归根结底也难逃“便宜没好货好货不便宜”的定律。首先钚这种金属加工极难，几乎没有任何可锻造性，成形后由于温度变化很容易发生开裂。虽然钚的半衰期长达2万多年，但是其本身化学性质活泼，易氧化，所以钚239的保质期非常短，一般放7-8年后就衰变的不稳定了；所以制造时需要镀上一层惰性金属膜才行，一般都要用银或金镀膜。而且维护保养也非常困难，在拆除过程中极易发生放射性污染。还有一点就是，钚239制造原子弹时只能使用内爆法，不像铀弹可以使用简单的枪式结构，这种结构非常复杂精密，所有起爆点要求在百万分之一秒内同时起爆，否则会因为爆炸波不同步使波阵面无法聚焦到中心点。
内爆式原子弹，爆炸同步率需要控制在百万分之一秒内
尽管如此，钚弹还是非常受欢迎，因为成本低这一点。不仅穷国喜欢，连美俄这样的超级大国也非常青睐用它做核武器。现如今钚239往往被用来制作三相弹的初级，用来制作三相弹的“扳机”。比如美国战略潜艇装备最大多W88核弹头，就是使用钚239制作初级。
W88核弹头，一种典型的三相弹
基于以上的原因，伊朗很可能真正的目的是发展钚弹。这种经济适用型核弹，一旦掌握了，产量也比铀弹要高得多。一旦伊朗开发出自己的钚弹，将彻底打破中东的力量平衡，拥有核弹头的以色列也再也无法一家独大。这也是伊朗核问题，美国积极干涉，以色列尤其积极地充当马前卒的一个重要的原因了。
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