铀-235
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 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  |
| 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（符号：235
U
）是铀的三种天然同位素之一，约占天然铀的0.7204%。1935年由加拿大科学家邓史达发现。铀-235受中子撞击后能够发生核裂变，引发连锁核裂变反应，可用于核电及核武器。根据国际原子能机构的定义，浓度为3％的铀-235为核电站发电用低浓缩铀，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。天然铀主要含三种同位素：铀-238、铀-235和铀-234，但只有铀-235是易裂变核素。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，意大利物理学家恩里科·费米以中子撞击铀元素，首次发现核裂变反应。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裂变反应。
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，继续产生裂变反应，此即所谓“链反应”。
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发生核裂变，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]![{\displaystyle {\begin{array}{l}{\ce {{}_{92}^{235}U->[\alpha ][7.038\times 10^{8}\ {\ce {y}}]{}_{90}^{231}Th->[\beta ^{-}][25.52\ {\ce {h}}]{}_{91}^{231}Pa->[\alpha ][3.276\times 10^{4}\ {\ce {y}}]{}_{89}^{227}Ac}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[98.62\%\beta ^{-}][21.773\ {\ce {y}}]{}_{90}^{227}Th->[\alpha ][18.718\ {\ce {d}}]}}\\{\ce {->[1.38\%\alpha ][21.773\ {\ce {y}}]{}_{87}^{223}Fr->[\beta ^{-}][21.8\ {\ce {min}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {{}_{88}^{223}Ra->[\alpha ][11,434\ {\ce {d}}]{}_{86}^{219}Rn}}\\{\ce {{}_{86}^{219}Rn->[\alpha ][3.96\ {\ce {s}}]{}_{84}^{215}Po->[\alpha ][1.778\ {\ce {ms}}]{}_{82}^{211}Pb->[\beta ^{-}][36.1\ {\ce {min}}]{}_{83}^{211}Bi}}{\begin{Bmatrix}{\ce {->[99.73\%\alpha ][2.13\ {\ce {min}}]{}_{81}^{207}Tl->[\beta ^{-}][4.77\ {\ce {min}}]}}\\{\ce {->[0.27\%\beta ^{-}][2.13\ {\ce {min}}]{}_{84}^{211}Po->[\alpha ][0.516\ {\ce {s}}]}}\end{Bmatrix}}{\ce {{}_{82}^{207}Pb_{(stable)}}}\end{array}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d27b269d6e7c4a7835b438aedf8c6effee1e64d3)
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，美国在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。除了美、俄、中、法、英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、阿根廷等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月宣布完成核试的朝鲜亦被指拥有该技术。