作者：瀚海狼山
人類在上世紀四十年代研發出瞭第一代核武器——原子彈，當時的納粹德國進度最快，而美國人在愛因斯坦等科學傢的敦促和支持下進度後來居上。納粹德國最終被遊擊隊炸毀瞭挪威的重水工廠而功虧一簣，而美國人卻最終研發成功，先喂給小日本吃瞭兩顆。
其實，我們應該首先知道，人類最早制造出核反應堆，就是為瞭提煉生產原子彈的原料——钚元素而研發的，至於用核反應堆產生蒸汽和發電，最早隻是為瞭附帶的冷卻效應。到上世紀五十年代以後，才大規模用於民用供熱和發電——換句話說，最早的反應堆，都是軍用的！現代比例最多的輕水民用反應堆，其實是非核武國傢——加拿大人的專利設計。
最早的原子彈的核裝藥有兩種，一種是采用鈾 235，一種采用钚 239。這兩種核裝藥，都需要高達 93.5% 的濃度，而且需要高能炸藥提前爆炸壓縮這兩種核裝藥超過臨界體積，才能引發鏈式反應，引發核爆炸！
而鈾 235 和钚 239 作為核裝藥，引爆的難度是不同的，钚元素 239 的引爆難度比鈾 235 要低。現代核大國，制造一枚 2 萬噸當量的原子彈，隻需要 8 公斤的钚 239！或者十幾公斤的鈾 235。由於鈾和钚都是和黃金比重接近的重金屬，因此 8 公斤钚的體積還不如一個紅富士蘋果大！钚 239 的臨界壓縮體積也比鈾 235 大，對引爆炸藥的佈置精度的要求更低，這對想初次邁過核門檻的國傢來說，都是明顯的優點。
早年錢三強、鄧稼先、於敏等前輩科學傢造出中國最早的原子彈和氫彈，他們往往把當時國內產量稀少的高濃度钚 239，稱為 " 好料 "，加入少量的 " 好料 "，就可以大大提高增強原子彈和氫彈的威力。這說明钚 239 既有優良的核爆性能，又比較珍貴。
前文已經講過，鈾 235 在地球天然鈾礦中的含量隻有 0.715%，剩下的 99% 以上都是不能裂變利用的鈾 238。要制造原子彈，必須加工出純鈾 235 的含量高達 93.5%！這個難度不是一般的高！作為同位素，鈾 238 的化學性質，和鈾 235 是一模一樣的，用任何化學手段，都不可能把兩者區分開來，隻能利用兩者的比重有輕微的差別，采用離心法，分離提煉出來。
要提煉 1 公斤的純鈾 235，至少需要 200 噸高品質的天然鈾礦石，還需要幾萬臺離心機晝夜不停的旋轉，消耗大量的電力和財力。由於高濃縮鈾的輻射已經很強，因此離心機一旦開機，就不能維修，中途壞瞭，裡面的原料也就廢瞭。用離心法提煉武器級濃縮鈾有多苦逼？看看伊朗就知道。
伊朗用二十多年的時間，開動十幾萬臺離心機，到去年和美國達成和解協議前，隻生產出瞭濃度為 20% 的鈾 235 不到 10 公斤！可以說是費力不討好！離制造一枚原子彈的標準還差的很遠很遠！伊朗之所以同意和美國人達成和解協議，也是核項目筋疲力盡的表現，為瞭追求一枚核彈，而讓國傢常年受國際制裁，上億人民生活困苦，屬於國傢安全上的得不償失。
用鈾 235 造原子彈過程如此苦，而用钚 239 造原子彈的門檻卻低的多。钚 239 在自然界幾乎不存在，因為它的半衰期隻有幾千年，在天然放射性礦物中幾乎檢測不到。要取得钚 239，隻有通過在核反應堆中，用快中子轟擊貧鈾——鈾 238 得到。
由於钚 239 和鈾是完全不同的兩種元素，用簡單的化學方法，就可以從反應堆乏燃料中提煉並提純钚 239！
要得到钚 239，隻有建造核反應堆，來人工制造。
這又引出瞭反應堆的不同類型。從用途上講，核反應堆可以分為試驗研究堆、生產堆和能源發電堆。從技術類型上，可以分為石墨堆、輕水堆、重水堆，以及當代更加先進的增殖堆、氣冷堆等等。在此隻簡單介紹幾種常見的類型。
最早的反應堆，都是軍用試驗——生產堆，就是以提煉钚 239 為主要目的，甚至都沒有考慮發電的用途。
核反應堆，就是持續穩定進行核裂變鏈式反應的裝置。現在所以把它叫做 " 堆 "，是因為世界上第一個核反應堆是用石墨塊——用以控制反應速度；和金屬鈾塊——反應燃料，一層一層交替地 " 堆 " 起來而構成的。後來，其他不用石墨的核反應裝置，仍沿用這種叫法。
鏈式反應的原理，是一個中子打到一個鈾 235 的原子核上，引起這個鈾原子核的裂變，分裂為兩個更小的原子核，然後再釋放中子；這些釋放出的中子，再去轟擊其他鈾原子核，引起連鎖反應。若這個反應過程引發一團超過臨界質量的純鈾 235 或者钚 239 的完全或者部分瞬間完全裂變反應，這就是原子彈爆炸。若這個反應速度相對緩慢可控，就是反應堆中的鏈式反應。
原子彈隻所以猛烈爆炸，在於核裝藥的濃度極高，而且被高能炸藥迅速壓縮到一個很小的體積，這會造成钚或鈾的原子密度很高，相互靠的很近，遊離中子轟擊到原子核的概率極高，瞬間反應完畢。而核反應堆的體積不能任意壓縮，而且鈾燃料的含量也很低，中子轟擊到其他原子核的概率就變的很低，很難達到核爆炸的臨界狀態，但是少量的鏈式反應還是存在的，屬於緩慢 " 燃燒 " 的狀態。
反應堆隻所有能發出高溫，在於遊離態的高能中子，轟擊到其他物質的原子核，引起堆芯物質的強佈朗運動，外在表現就是發熱，需要循環冷卻來降溫，否則反應堆就燒毀融化瞭。
想要控制反應堆內反應的速度和強度，其實是控制燃料棒中的鈾 235 釋放出來的中子的速度。中子速度太高不行，轟擊不到其他原子核就瞬間跑光瞭；速度太慢也不行，速度太慢的中子就打不碎其他原子核，鏈式反應就會停止。
因此所有的反應堆，都需要減速劑和冷卻劑。
最早的反應堆減速劑，就是固體石墨和重水，後來才利用輕水，發明瞭更安全可靠的輕水反應堆。
石墨屬於固體減速物質，這種堆比較簡單原始，但是石墨隻能減速中子而不能為整個反應堆降溫冷卻，屬於早期比較危險的反應堆類型，大部分在當代已經被淘汰。切爾諾貝利爆炸的機組，就是石墨堆。
現在最常見的，是輕水堆和重水堆。
所謂的輕水和重水，都可以看做常見水的組成部分。
輕水，可以看做普通水的主要成份，隻是核反應堆中的輕水，因為加入瞭硼，而顯得特別藍。
我們日常飲用和洗滌的水，化學成分是一氧化二氫。輕水和重水的區別，就在於這其中的氫的同位素不同。大多數水中的氫，是氫原子的單質子同位素——氕（念撇），而重水的氫，是氫的帶中子的同位素——氘（念刀）。這造成重水的分子質量，比普通水高出 11%，所以叫重水。
重水並不神秘，江河湖海中的水，甚至我們日常飲用的水，都是由輕水和重水混合組成，但重水隻占其中比例的萬分之二，影響可以忽略不計。
普通水的組成中，重水含量越低，輕水含量比例越高的水，越對人體和生物有利，而重水對生物是有毒的。
中國古人雖然沒有核知識，但似乎很早就知道 " 水質越輕 " 的水，對人的健康越有利，古人很早就發現，雪水融化後對植物的生長特別有利，現代科學證明，雪水融水是含重水比例最低的輕水之一！
唐代陸羽寫《茶經》，就專門論證泡茶水質的重要性，並對天下泉水做瞭點評和排名。明清兩代皇帝都飲用北京玉泉山的泉水，乾隆皇帝下江南，仍千裡迢迢攜帶玉泉山的水作為皇帝旅途中的專用飲水。但當乾隆皇帝品鑒瞭濟南趵突泉的水後，覺得水質更好，於是下令此後沿途改飲趵突泉泉水。乾隆皇帝還曾經專門派人用銀鬥測量全國各地的水質，發現同樣體積下，趵突泉水最輕，杭州虎跑泉其次，因此趵突泉被乾隆題為 " 天下第一泉 "，虎跑泉其次。
重水外觀上和普通水相似，是無色、無嗅無味的液體．密度比普通水大，熔點、沸點比普通水略高。由於重水分子量大，運動速度慢，所以在高山上的冰雪中，特別是在南極的冰雪中重水含量微乎其微，是地球上最輕的水，也是品質最好的水。
重水在自然界中分佈較少，在普通水中約含重水 0.015%。由於含量少，制備難，所以它的售價較高（約 16 元 / 毫升）。
重水對人和動植物都是有害的．人是不能飲用重水的。微生物、魚類在純重水或含重水較多 ( 超過 80% ) 的水中，隻要數小時就會死亡。重水凝結成的冰會沉入水中。
重水主要用於核反應堆中作減速劑，是優良的減速劑和冷卻劑，它可以減小中子的速率，使之符合裂變生產的需要。1934 年，挪威利用廉價的水力發電，建立瞭世界上第一座重水生產工廠。險些被納粹德國用來制造出世界上第一枚原子彈，好在被遊擊隊提前炸毀。
重水反應堆使用重水來減慢中子的速度，讓它們有機會與鈾反應。輕水亦可以作減速劑，但因為輕水會大量吸收中子，因此輕水式反應堆必須使用 3% 的濃縮鈾，相當於把鈾 235 的衰變時間退回到 18 億年以前。輕水堆不能直接使用天然鈾礦，否則將不能達到臨界狀態。
重水反應堆不單可以使用低濃度鈾，而且會通過中子轟擊把鈾 238 轉化成為可制作核彈的钚 239。印度、巴基斯坦、以色列都是以這樣方法制造核武器材料。
能制造出钚 239 的反應堆，大多數情況下，隻有石墨堆和重水堆，因此核武國傢都曾經發展這兩種堆型。石墨堆技術落後也不安全，因此重水堆就成為制造核武材料的重要生產堆型。由於重水堆需要大量的重水，而重水的生產技術復雜，價格昂貴，國際上能大量生產重水的國傢非常有限，為瞭防止核武器擴散，重水的生產和出售受到國際條約的嚴格限制。
重水作為減速劑能生產出钚 239，而輕水堆不行，關鍵因素在於兩者原子核對中子的攔截面不同，重水具有中子吸收截面小而慢化性能好的特點，所以重水是非常優異的慢化劑，它與石墨並列，也是最常用的慢化劑。重水堆是惟一可以利用天然鈾作燃料的商用核電反應堆。除瞭天然鈾以外，重水堆也可以高效利用其他多種核燃料，包括低濃鈾、鈾钚混合燃料、壓水堆乏燃料、鈾或钚驅動的釷燃料等。
輕水作為慢化劑，就很難生產出钚 239，這也是當今國際上最主流的輕水核電站都不能直接用於發展核武的根本原因。在朝核問題六方會談期間，美國曾經承諾給朝先建設兩個輕水堆，就是想從核燃料和乏燃料兩個方面阻止其的核武項目。
輕水堆的燃料棒，本身朝就無力生產，而反應後的乏燃料棒又不能回收生產武器級钚 239。這樣就可以從源頭上卡住瞭核武計劃。但美國後來又反悔，沒有履行建設輕水堆的承諾。朝在指責美國背信棄義的同時，用他最原始的石墨堆繼續拼命提煉钚 239，因為朝即使想得到大量的重水，也是很困難的，但石墨和天然鈾礦，朝境內卻都儲量豐富。
若大傢還不理解重水和輕水的區別，可再打一個簡單的比喻：假設把要生產的钚 239，當做 " 機器壓制的面條 "，那麼重水和石墨就是網眼大小正合適的篩子，面團在壓力下通過篩子孔，出來的就是面條。而輕水的網孔太小，比頭發絲還細，這樣細的孔，就很難壓出面條，即使能壓出少量非常細的條，也不能當面條來吃。同理，輕水堆的乏燃料中，钚 239 極少，而且還含有大量的钚 240 等雜質，這種乏燃料想提煉出武器級的钚，比用離心法提煉出純鈾 235 還麻煩。
目前國際上主流的大功率民用核電站，基本都是輕水反應堆，以水和汽水混合物作為冷卻劑和慢化劑，是和平利用核能的一種主要方式。輕水堆就堆內載出核裂變熱能的方式，又可分為壓水堆和沸水堆兩種，是目前國際上多數核電站所采用的兩種堆型。日本福島出現重大事故的核電機組，都是沸水堆，這屬於年代比較早的技術，而二代、三代核電、核動力航母和核潛艇上用的反應堆，絕大多數是壓水堆。
輕水堆是壓水堆（PWR）和沸水堆（BWR）的通稱，至今已有 40 多年的發展歷史，成為當今世界核電廠的主要和較成熟的堆型，截止於 1999 年 12 月 31 日，世界上正在運行的核電機組共 434 個，其中壓水堆機組 252 個，沸水堆機組 92 個。輕水堆機組約占總運行機組數的 80%，而壓水堆機組占輕水堆運行機組總數的 73% 以上。
輕水也就是一般的純水，廣泛地被用於反應堆的慢化劑和冷卻劑。與重水相比，輕水有廉價的長處，此外其減速、降溫效率也很高。沸水堆的特點是將水蒸汽不經過熱交換器直接送到氣輪機，從而防止瞭熱效率的低下，但是由於隻有一個回路，堆芯的放射性物質容易直接外泄到汽輪機管路中，核安全性相對較差，屬於當代逐步淘汰的技術。
壓水堆則用高壓抑制沸騰，對輕水一般加 100 至 160 個標準大氣壓（atm），從而熱交換器把一次冷卻系（取出堆芯產生的熱）和二次冷卻系（發生送往渦輪機的蒸汽）完全隔離開來，可以有效的防止核物質的泄露。
壓水堆和沸水堆都用純水作為慢化劑和冷卻劑，有嚴格的水質要求，通常加硼，以調節反應性；加鋰，以調節 PH 值。
網絡上多年以來，都在流傳小日本處心積慮的從西方核電國傢，主要是美國和法國，收集瞭大量民用核電站反應後產生的乏燃料，其中含有钚元素，總量甚至高達幾千噸，因此得出日本人可以在半年內制造三千枚核彈的聳人聽聞的傳言。
但實際上，看完本篇，大傢就知道這種傳聞根本就是無稽之談！日本人確實狼子野心不死，但他們收集的這幾千噸民用反應堆反應後剩下的乏燃料，含有大量的放射性雜質，根本不能用來直接提煉武器級钚 239。其中混雜的钚 240，幾乎是無法剔除的。這些放射性廢物，要真正提煉出武器級钚，其難度比伊朗用 20 年提煉瞭十公斤 20% 的鈾 235 的難度，還要大不知道多少倍，世界上任何國傢，都不會傻到把重水堆生產的钚 239 交給別國。
小日本的這幾千噸钚雜質，造點 " 臟彈 " 綽綽有餘，若想讓他短時間內造出原子彈？除非請天頂星人來幫忙。
以上內容僅代表作者個人觀點。
