​几个数字让你认识到核武器和原材料的换算比

几个数字让你认识到核武器和原材料的换算比

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最近，美国最大的核武器工厂“洛斯阿莫斯国家实验室”核泄漏引发关注。该工厂正在恢复核弹量产能力，预计2030恢复到每年30枚核弹头。当然，这比起冷战一年1000+产能还是低了很多。那么就让我们看看几个数字，让大家了解一下为啥核弹头那么困难。

为了方便理解，我们不讲钚弹头，只讲铀235核弹头。

在目前流行的核弹设计中，经过反复优化，一枚能够起爆（单独作为原子弹或者作为三项弹核心）的铀235核心约7千克（钚239略低，需要6千克左右），浓度不低于90%，一般按纯铀235计算。所以，我们假设1枚核弹=7千克铀235。

铀235在天然铀含量为0.7%，其他主要成分为铀238。因此，1枚核弹需要7千克纯铀235，意味着需要至少提取1吨的金属铀。那么其他的铀238有啥用呢？美国一般把他作为贫铀弹处理，目前美国俄罗斯各囤积了80万吨贫铀，做坦克炮弹根本不缺材料。

目前最大铀的需求来自于核反应堆。一台标准的1000兆瓦级（百万千瓦）轻水反应堆通常一年需要换2吨燃料棒。而这种维持链式反应的民用燃料棒一般是3%-4%浓度铀235。所以，一台反应堆一年消耗2吨燃料棒，其实也就是消耗纯铀235约70千克，和一枚核弹核心差不多。所以关系式变为10核弹核心=1反应堆一年消耗铀235。

铀需要从含铀矿石开采。铀矿石中比较有价值就是居里夫人接触过的沥青铀矿，从350ppm到千分之一都有开采价值，不过就算美国犹他州最好的铀矿石也不到千分之一品味。我们暂按 0.1%计算，那就是10核弹=1反应堆=10000公斤（10吨）金属铀=1万吨0.1%品味的铀矿石=3万吨0.03%品味矿石。所以由于计算繁琐，现实中大家算铀矿交易用tU表示，表示一吨金属铀。

如今，世界每年出产590万吨铀矿石，被世界上数百个核电站作为燃料使用，中国2019年有47座核电厂反应堆运转。仅仅这些核电站，中国就得需要940吨金属铀，或者说47万吨最好质量铀矿石（如果是较低品味则可能需要100万吨以上）维持运转。

补充：

In June 2015, Greenland Minerals formally announced JORC-compliant maiden ore reserves for the Kvanefjeld project. Total ore reserves of 108 million tonnes contain uranium at 362 ppm U3O8, comprising 43 million tonnes of proven reserves with 352 ppm U3O8 (12,834 tU) and 64 million tonnes of probable reserves with 368 ppm U3O8 (19,970 tU).

2015年中国和格陵兰签订合作协议，开发当地稀有金属矿藏，其中有1.08亿吨含铀矿石，可提炼3.2万吨铀金属，净铀235含量为3.2*0.7%为224吨，意味着32000枚核弹头或者供3200台反应堆运转1年。当然，考虑到格陵兰基础设施，一年产量50万吨原矿可能也就是极限了（毕竟全球才590万吨产量）。