鈾235

 

 

鈾235

人們知道,鈾235是製造核武器的主要材料之一。但在天然礦石中鈾的3種同位素共生,其中鈾235的含量非常低,只有約0.7%。只有把其他同位素分離出去,不斷提高鈾235的丰度,它才能用於製造核武器。這一加工過程稱為「濃縮」。

根據國際原子能機構的定義,丰度為3%的鈾235為核電站發電用低濃縮鈾,丰度大於80%的鈾為高濃縮鈾,其中丰度大於90%的稱為武器級高濃縮鈾,主要用於製造核武器。獲得1公斤武器級鈾235需要200噸鈾礦石。

目 前國際上通用的鈾濃縮方法有離心法、氣體擴散法和激光法,而氣體離心分離機則是提煉濃縮鈾通常採用的氣體離心法的關鍵設備。它是一個龐大的系統,通過每秒 2萬轉以上的高速離心機,其他同位素可從天然鈾礦石中分離出去,剩餘的鈾235的濃度可達到95%以上。美國當年在日本廣島投放的原子彈就是通過這種技術 製成的。

禁止離心機的製造在限制核武器中起著決定性作用。由於低純度鈾235不能製成武器,因此國際社會對其的交易並沒有嚴格的限制,但有了離心機之後,就能將低純度鈾235「變」成武器級濃縮鈾。

如 果將獲得濃縮鈾比作「煉金術」的話,那麼低純度鈾235就是些普通金礦石,而離心機則成為點石成金的「魔棒」,能夠用它獲得濃縮鈾,進而從事核武器的研 發。離心機是如此重要,以至於一些國家將是否擁有離心機作為判斷是否進行核武器研究的標準。因此不難理解,伊朗核問題各方為何圍繞離心機的製造再度出現爭 執。

鈾235是原子彈的主要裝藥。要獲得高加濃度的鈾235並不是一件輕而易舉的事,這是因為,天然鈾235的含量很小,大約140個鈾原 子中只含有1個鈾235原子,而其餘139個都是鈾238原子;尤其是鈾235和鈾238是同一種元素的同位素,它們的化學性質幾乎沒有差別,而且它們之 間的相對質量差也很小。因此,用普通的化學方法無法將它們分離;採用分離輕元素同位素的方法也無濟於事。

為了獲得高加濃度的鈾235,早期,科學家們曾用多種方法來攻此難關。最後「氣體擴散法」終於獲得了成功。

我 們知道,鈾235原子約比鈾238原子輕1.3%,所以,如果讓這兩種原子處於氣體狀態,鈾235原子就會比鈾238原子運動得稍快一點,這兩種原子就可 稍稍得到分離。氣體擴散法所依據的,就是鈾235原子和鈾238原子之間這一微小的質量差異這種方法首先要求將鈾轉變為氣體化合物。到目前為止,六氮化鈾 是唯一合適的一種氣體化合物。這種化合物在常溫常壓下是固體,但很容易揮發,在56.4℃即昇華成氣體。鈾235的六氟化鈾分子與鈾238的六氟化鈾分子 相比,兩者質量相差不到百分之一,但事實證明,這個差異已足以使它們分離了六氟化鈾氣體在加壓下被迫通過一個多孔隔膜。含有鈾235的分子通過多孔隔膜稍 快一點,所以每通過一個多孔隔膜,油235的含量就會稍增加一點,但是增加的程度是十分微小的。因此,要獲得幾乎純的鈾235,就需要讓六氟化鈾氣體數千 次地通過多孔隔膜

氣體擴散法投資很高,耗電量很大,雖然如此,這種方法目前仍是實現工業應用的唯一方法。為了尋找更好的鈾同位素分離方法, 許多國家做了大量的研究工作,已取得了一定的成績。例如目前離心法已向工業生產過渡,噴嘴法等已處於中間工廠試驗階段,而新興的冠醚化學分離法和激光分離 法等則更有吸引力。可以相信,今後一定會有更多更好的分離鈾同位素的方法付諸實用,氣體擴散法的壟斷地位必將結束。

利用能自持進行核裂變或 聚變反應釋放的能量,產生爆炸作用,並具有大規模殺傷破壞效應的武器的總稱。其中主要利用鈾235(厬u) 或鈈239(厱pu)等重原子核的裂變鏈式反應原理製成的裂變武器,通常稱為原子彈;主要利用重氫(娝h,氘)或超重氫(婤h,氚)等輕原子核的熱核反應 原理製成的熱核武器或聚變武器,通常稱為氫彈。

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