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铀235

归档日期:07-03       文本归类:放射性衰变      文章编辑:爱尚语录

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  铀235是铀(Uranium)元素里中子数为143的放射性同位素,是自然界至今唯一能够发生可控裂变的同位素,主要用做核反应中的核燃料,也是制造核武器的主要原料之一。

  铀235是铀(Uranium)元素里中子数为143的放射性同位素,是自然界至今唯一能够裂变的同位素,主要用做核反应中的核燃料,也是制造核武器的主要原料之一。

  铀是原子序数为92的元素,其元素符号是U,是自然界中能够找到的最重元素。在自然界铀有三种同位素存在(铀234、铀235和铀238),均带有放射性。铀235在天然铀中的含量为0.711%,其半衰期为7.00×10^8年,1935年由加拿大科学家邓史达(Arthur Jeffrey Dempster)发现。

  人们知道,铀-235是制造核武器的主要材料之一。但在天然矿石中铀的3种同位素共生,其中铀-235的含量非常低,只有约0.7%。只有把其他同位素分离出去,不断提高铀235的浓度,它才能用于制造核武器。这一加工过程称为铀浓缩。

  根据国际原子能机构的定义,丰度为3%的铀-235为核电站发电用低浓缩铀,浓度大于80%的铀为高浓缩铀,其中丰度大于90%的称为武器级高浓缩铀,主要用于制造核武器。获得1公斤武器级铀-235需要200吨铀矿石。

  国际上通用的铀浓缩方法有离心法、气体扩散法和激光法,而气体离心分离机则是提炼浓缩铀通常采用的气体离心法的关键设备。它是一个庞大的系统,通过每分钟2万转以上的高速离心机,其他同位素可从天然铀矿石中分离出去,剩余的铀235的浓度可达到95%以上。美国当年在日本广岛投放的是通过劳伦斯法分离制成的。

  禁止离心机的制造在限制核武器中起着决定性作用。由于低纯度铀-235不能制成武器,因此国际社会对其的交易并没有严格的限制,但有了离心机之后,就能将低纯度铀-235 转变成武器级浓缩铀。

  如果将获得浓缩铀比作“炼金术”的线就是些普通金矿石,而离心机则成为点石成金的“魔棒”,能够用它获得浓缩铀,进而从事核武器的研发。离心机是如此重要,以至于一些国家将是否拥有离心机作为判断是否进行核武器研究的标准。因此不难理解,伊朗核问题各方为何围绕离心机的制造再度出现争执。

  为了获得高加浓度的铀235,科学家们曾用多种方法来攻此难关,最后“气体扩散法”终于获得了成功。

  我们知道,铀235原子约比铀238原子轻1.3%,所以,如果让这两种原子处于气体状态,铀235原子就会比铀238原子运动得稍快一点,这两种原子就可稍稍得到分离。气体扩散法所依据的,就是铀235原子和铀238原子之间这一微小的质量差异这种方法首先要求将铀转变为气体化合物。到目前为止,六氟化铀是唯一合适的一种气体化合物。这种化合物在常温常压下是固体,但很容易挥发,在56.4℃即升华成气体。铀235的六氟化铀分子与铀238的六氟化铀分子相比,两者质量相差不到百分之一,但事实证明,这个差异已足以使它们分离了六氟化铀气体在加压下被迫通过一个多孔隔膜。含有铀235的分子通过多孔隔膜稍快一点,所以每通过一个多孔隔膜,铀235的含量就会稍增加一点,但是增加的程度是十分微小的。因此,要获得几乎纯的铀235,就需要让六氟化铀气体数千次地通过多孔隔膜。

  气体扩散法投资很高,耗电量很大,虽然如此,这种方法仍是实现工业应用的唯一方法。为了寻找更好的铀同位素分离方法,许多国家做了大量的研究工作,已取得了一定的成绩。例如离心法已向工业生产过渡,喷嘴法等已处于中间工厂试验阶段,而新兴的冠醚化学分离法和激光分离法等则更有吸引力。可以相信,今后一定会有更多更好的分离铀同位素的方法付诸实用,气体扩散法的垄断地位必将结束。

  利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量,产生爆炸作用,并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。其中主要利用铀235(235U) 或钚239(239Pu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,通常称为;主要利用重氢(2H,氘)或超重氢(3H,氚)等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。

  铀-235是的主要装药。要获得高加浓度的铀-235并不是一件轻而易举的事,这是因为,天然铀-235的含量很小,大约140个铀原子中只含有1个铀-235原子,而其余139个都是铀-238原子;尤其是铀-235和铀-238是同一种元素的同位素,它们的化学性质几乎没有差别,而且它们之间的相对质量差也很小。因此,用普通的化学方法无法将它们分离;采用分离氢元素同位素的方法也无济于事。

  曾铁.铀和铀浓缩及其方法综述[J].湖南工业职业技术学院学报,2013,13(01):6-10+34.

  Fourmentel, D.,Filliatre, P.,Barbot, L.,Villard, J.F.,Lyoussi, A.,Geslot, B.,Carcreff, H.,Malo, J.Y.,Reynard-Carette, C.. Comparison of thermal neutron flux measured by uranium 235 fission chamber and rhodium self-powered neutron detector in MTR[P]. ,2013.

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