鈾-235

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鈾-235
HEUraniumC.jpg

含有大量鈾-235的鈾金屬

一般
名稱符號 鈾-235,235U
中子數量 143
質子數量 92
核素數據
豐度 0.72%
半衰期 703,800,000年
母同位素 235Pa
235Np
239Pu
衰變產物 231Th
原子量 235.0439299 u
自旋 7/2-
过剩能量 40914.062 ± 1.970 keV
结合能 1783870.285 ± 1.996 keV
衰变类型 衰变能量
α衰变 4.679 MeV

鈾235(U-235)是的三種同位素之一,當中只有鈾235能夠發生核裂變,引發連鎖核裂變反應,可用作核電核彈。1935年由加拿大科學家鄧史達(Arthur Jeffrey Dempster)發現。根據國際原子能機構的定義,濃度為3%的鈾235為核電站發電用低濃縮鈾,高於80%稱作高濃縮鈾,大於90%則叫作為武器級高濃縮鈾。

概述[编辑]

鈾是自然界的稀有化學元素,具有放射性。鈾主要含三種同位素,即鈾-238、鈾235和鈾-234,但只有鈾235是可裂變核元素。當最少一個中子攻擊鈾235時,連鎖核裂變將會產生。鈾235需要到達臨界質量,連鎖核裂變才會持續下去。

早在1934年,意大利物理學家費米(Fermi)以中子撞擊鈾元素,首次發現核分裂反應。幾經研究,科學家最初發現天然鈾含有鈾238及鈾235兩種同位素,只有後者受中子撞擊後,會發生分裂反應。

在過程中,一個中子撞擊鈾235原子核後,內部因吸收中子的能量,開始作劇烈的啞鈴狀震盪,結構終因震盪過劇而瓦解,產生出兩個質量較小的原子核及放出2到3個新的中子,這些中子又會撞擊附近的鈾235原子核,繼續發生分裂反應,此即所謂「連鎖反應」。

在這反應後,其產生的原子核及中子,總質量較未有反應前為低,損失質量會轉化成能量;按照相對論,質量變成能量時,其轉換關係為「能量=質量×光速的平方」(E=mc2),極小的質量即可變成極大的能量。1945年美軍投下的廣島原子彈,總重量為440公斤,鈾235含量為45公斤,當中只有1公斤鈾235發生核分裂,反應中又只有1克的質量(約如一小塊巧克力重)轉化成能量,但已经可以把方圓50公里的地方夷為廢墟。

技術發展[编辑]

獲得鈾本身已涉及複雜程序,需要探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉等程序,但天然鈾所含鈾235的濃度只有0.7%,科學家會利用擴散法、氣體離心法和激光法等,令天然鈾的三種同位素分離,提高鈾235的濃度。目前國際間常觀察一國是否擁有氣體離心法設備,推算一國的核武器研究水平。1公斤武器級鈾235,就需要從200噸鈾礦石中提鍊。

1945年7月16日凌晨,美國新墨西哥州的阿拉莫可德沙漠上,人類第一枚原子彈試爆,當時鈾235是透過勞倫斯法分離。勞倫斯方法亦即電磁法,利用鈾235和鈾238品質上的差異令兩者分離,再抽出鈾235,美國當時在田納西州建立了巨型電磁鐵,直徑長達4.57米,生產出以千克計的鈾235。

另一方法由科學家尤里提出,名為氣體擴散法。氣體擴散法把鈾製成六氟化鈾氣體,使它通過4000次多孔障壁,能提鍊出濃度99%的鈾235,目前是全球最廣泛使用的鈾濃縮技術。美國為此建造了巨大的工廠,加熱後的六氟化鈾氣體要通過成千的多孔障壁,每一障壁有成百萬的小於百萬分之一釐米的孔,期間要用數月時間,使一定量的氣體從頭至尾通過工廠。

目前最多採用的則是氣體離心法,比擴散法要省能源。

鈾濃縮技術是國際間極為敏感技術。除了中、俄、美、法、英外,日本德國印度巴基斯坦阿根廷國家已確認掌握濃縮鈾技術。國際原子能機構2006年初指在伊朗境內發現濃縮鈾痕跡,2006年10月宣布完成核試的北韓亦被指擁有該技術。

參看[编辑]