铀-235

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索


铀-235
HEUraniumC.jpg

含有大量铀-235的铀金属

一般
名称符号 铀-235,235U
中子数量 143
质子数量 92
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
衰变类型 衰变能量
α衰变 4.679 MeV

铀235(符号:235U),是的三种同位素之一,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,继续发生分裂反应,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。目前国际间常观察一国是否拥有气体离心法设备,推算一国的核武器研究水平。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,美国新墨西哥州的阿拉莫可德沙漠上,人类第一枚原子弹试爆,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品质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4000次多孔障壁,能提炼出浓度99%的铀235,目前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技术。除了、美、外,日本德国印度巴基斯坦阿根廷国家已确认掌握浓缩铀技术。国际原子能机构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

参看[编辑]