铀-235

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铀-235,235U
含有大量铀-235的铀金属
基本
符号235U
名称铀-235、U-235
原子序92
中子数143
CAS号15117-96-1  checkY
核素数据
丰度0.72%
半衰期703,800,000年
母同位素235Pa
235Np
239Pu
衰变产物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
衰变模式
衰变类型衰变能量MeV
α衰变4.679
铀的同位素
完整核素表

铀235又称铀-235U-235(符号:235
U
),是的三种天然同位素之一,当中只有铀235能够发生核分裂,引发连锁核裂变反应,可用作核电核弹。1935年由加拿大科学家邓史达英语Arthur Jeffrey Dempster发现。根据国际原子能机构的定义,浓度为3%的铀235为核电厂发电用低浓缩铀,高于80%称作高浓缩铀,大于90%则叫作为武器级高浓缩铀。

概述[编辑]

铀是自然界的稀有化学元素,具有放射性。铀主要含三种同位素,即铀-238、铀235和铀-234,但只有铀235是可裂变核元素。当最少一个中子撞击铀235时,连锁核裂变将会产生。铀235需要到达临界质量,连锁核裂变才会持续下去。

早在1934年,意大利物理学家费米(Fermi)以中子撞击铀元素,首次发现核分裂反应。几经研究,科学家最初发现天然铀含有铀238及铀235两种同位素,只有后者受中子撞击后会发生分裂反应。

在过程中,一个中子撞击铀235原子核后,内部因吸收中子的能量,开始作剧烈的哑铃状震荡,结构终因震荡过剧而瓦解,产生出两个质量较小的原子核及放出2到3个新的中子,这些中子又会撞击附近的铀235原子核,继续产生分裂反应,此即所谓“连锁反应”。

在这反应后,其产生的原子核及中子,总质量较未有反应前为低,损失质量会转化成能量;按照相对论,质量变成能量时,其转换关系为“能量=质量×光速的平方”(E=mc2),极小的质量即可变成极大的能量。1945年美军投下的广岛原子弹,总重量为440公斤,铀235含量为45公斤,当中只有1公斤铀235发生核分裂,反应中又只有1克的质量转化成能量,但已经可以把方圆1公里的地区夷为废墟。

自然衰变链[编辑]

技术发展[编辑]

获得铀本身已涉及复杂程序,需要探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等程序,但天然铀所含铀235的浓度只有0.7%,科学家会利用扩散法、气体离心法和激光法等,令天然铀的三种同位素分离,提高铀235的浓度。目前国际间常借由观察一国是否拥有气体离心法设备,来推算其核武器研究水准。1公斤武器级铀235,就需要从200吨铀矿石中提炼。

1945年7月16日凌晨,美国新墨西哥州阿拉莫可德沙漠试爆人类第一枚原子弹,当时铀235是透过劳伦斯法分离。劳伦斯方法亦即电磁法,利用铀235和铀238质量上的差异令两者分离,再抽出铀235;美国当时在田纳西州建立了巨型电磁铁,直径长达4.57米,生产出以千克计的铀235。

另一方法由科学家哈罗德·尤里提出,名为气体扩散法。气体扩散法把铀制成六氟化铀气体,使它通过4,000次多孔障壁,能提炼出浓度为99%的铀235,在很长一段时间内曾是全球最广泛使用的铀浓缩技术。美国为此建造了巨大的工厂,加热后的六氟化铀气体要通过成千的多孔障壁,每一障壁有成百万的小于百万分之一厘米的孔,期间要用数月时间,使一定量的气体从头至尾通过工厂。目前最多采用的则是气体离心法,比扩散法要省能源。

铀浓缩技术是国际间极为敏感的技术。除了五个联合国安理会常任理事国外,德国日本印度巴基斯坦以色列巴西阿根廷国家已确认掌握浓缩铀技术。国际原子能机构从2006年初指在伊朗境内发现浓缩铀痕迹,2006年10月宣布完成核试的北韩亦被指拥有该技术

参考或来源[编辑]