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铀235发生裂变的条件 (铀235发生裂变反应时会释放出什么终止)

作者:顾传刚 干货分享 2023-04-08 22:30:04 阅读:25

为何铀238比铀235更难发生核裂变反应?

铀238是比铀235裂变起来难一些,但是还是能够做到的,影响铀238在核应用中使用的因素主要不是裂变的问题,更关键的是铀238裂变后难以维持链式反应。

上图就是铀-238样品的样子,目前来说铀238裂变的条件比较苛刻,只有在高能快中子的作用下才能发生裂变,分裂后的铀238会产生慢中子,慢中子不能够引起进一步的裂变,所以就谈不上维持链反应,没有链式反应也就谈不上应用了。作为燃料来说,你可以把铀238当作受潮的木材,点火能点着(难点着),烧一下又灭了,无法持续反应燃烧。

想要成为核裂变链式反应的燃料需要满足几个条件:首先要较为容易发生裂变,其次可以放出中子,最后中子要能够被下一个核吸收接着裂变。铀238勉强算的上满足前两个条件,人为制造快中子去冲击U238让其裂变,现在不是难事,被冲击后U238确实可以裂变并放出慢中子,也算符合第二条,不过接下来就难了,慢中子并不能接着被下一个核吸收了,所以没办法直接当燃料。不过U238衰变后能产生钚239,可以被利用,所以一般都把U238当转换材料来着。

我们目前大多核反应堆中消耗的都是天然的铀235和极少部分铀238吸收中子后产生的钚239,所以铀235是目前唯一存在的天然易裂变核元素,但是天然铀矿中的铀235含量极低,仅为0.71%,其余部分基本上都是只能被当做可转换材料的铀238。

什么原料能提炼成铀238?

这个问题应该是什么原料能提炼出铀235,因为自然界中的铀主要就是以铀238的形式存在的,并且铀238含量达到了99%以上,但核工业和核武器中主要使用的是铀235。

最初的原料就是铀矿石,在上世纪50年代很多省份都有这么一个单位“核工业地质局***大队”,这些大队的主要任务就是翻山越岭,通过地质测量、放射性物质探测等方法探寻埋藏在地下的铀脉,目前在内蒙古地区已经找到了国内最大铀矿。

图释:核工业部部长刘杰题词

总体来说想要从铀矿石中提炼出铀235还需要以下几个步骤:

铀矿石的粉碎、磨粉、浸取、吸附、用酸淋洗、萃取、反萃取、沉淀后形成重铀酸铵,也是常说的黄饼,黄饼精炼,提纯后得到铀235。

黄饼里铀含量(非铀235)大概有40%到70%,含量和铀矿品质以及工艺有关。粉碎磨粉是为了浸取做准备,浸取液充分接触矿石,将矿石中的铀酸盐溶解出来,这是分离除杂的第一步,浸取后将溶解了铀的矿浆通过过滤进一步除杂,接下来使用的是化学中常用的提纯方法如淋洗萃取等方法得到黄饼。

图释:粒磷铅铀矿

图释:铜铀矾

图释:铜铀云母

黄饼中含有硅、钙、镁等杂质离子,需要进一步精制,才能得到铀的氧化物,铀的氧化物再继续经过气体扩散法或者是高速离心机等方法才能得到核电站或者是核武器使用的铀235。

图释:铀玻璃杯在紫外线照射下

这个过程比淘金的过程难多了,因为铀235和铀238化学性质完全相同,物理上在质量上仅仅相差三个中子的重量,无论采用哪种方法分离提纯,其特点就是难度大、效率低,就因为这样,许多国家深知核工业对于国家意义,都是举全国之力来发展核工业的。

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