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鈾-235(符號:235
U
)是鈾的三種天然同位素之一,約佔天然鈾的0.7204%。1935年由加拿大科學家鄧史達發現。鈾-235受中子撞擊後能夠發生核裂變,引發連鎖核裂變反應,可用於核電及核武器。根據國際原子能機構的定義,濃度為3%的鈾-235為核電站發電用低濃縮鈾,高於80%稱作高濃縮鈾,大於90%則叫作為武器級高濃縮鈾。
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此條目沒有列出任何參考或來源。 (2008年12月9日) |
鈾是自然界的稀有化學元素,具有放射性。天然鈾主要含三種同位素:鈾-238、鈾-235和鈾-234,但只有鈾-235是易裂變核種。當最少一個中子撞擊鈾-235時,連鎖核裂變將會產生。鈾-235需要到達臨界質量,連鎖核裂變才會持續下去。
早在1934年,意大利物理學家恩里科·費米以中子撞擊鈾元素,首次發現核裂變反應。幾經研究,科學家最初發現天然鈾含有鈾-238及鈾-235兩種同位素,只有後者受中子撞擊後會發生裂變反應。
在過程中,一個中子撞擊鈾-235原子核後,內部因吸收中子的能量,開始作劇烈的啞鈴狀震盪,結構終因震盪過劇而瓦解,產生出兩個質量較小的原子核及放出2到3個新的中子,這些中子又會撞擊附近的鈾-235原子核,繼續產生裂變反應,此即所謂「連鎖反應」。
在這反應後,其產生的原子核及中子,總質量較未有反應前為低,損失質量會轉化成能量;按照相對論,質量變成能量時,其轉換關係為「能量=質量×光速的平方」(E=mc2),極小的質量即可變成極大的能量。1945年美軍投下的廣島原子彈,總重量為440公斤,鈾-235含量為45公斤,當中只有1公斤鈾-235發生核裂變,反應中又只有1克的質量轉化成能量,但已經可以把方圓1公里的地區夷為廢墟。
獲得鈾本身已涉及複雜程序,需要探礦、開礦、選礦、浸礦、煉礦、精煉等程序,但天然鈾所含鈾235的濃度只有0.7%,科學家會利用擴散法、氣體離心法和激光法等,令天然鈾的三種同位素分離,提高鈾235的濃度。目前國際間常藉由觀察一國是否擁有氣體離心法設備,來推算其核武器研究水準。1公斤武器級鈾235,就需要從200噸鈾礦石中提鍊。
1945年7月16日凌晨,美國在新墨西哥州阿拉莫可德沙漠試爆人類第一枚原子彈,當時鈾235是透過勞倫斯法分離。勞倫斯方法亦即電磁法,利用鈾235和鈾238質量上的差異令兩者分離,再抽出鈾235;美國當時在田納西州建立了巨型電磁鐵,直徑長達4.57米,生產出以千克計的鈾235。
另一方法由科學家哈羅德·尤里提出,名為氣體擴散法。氣體擴散法把鈾製成六氟化鈾氣體,使它通過4,000次多孔障壁,能提鍊出濃度為99%的鈾235,在很長一段時間內曾是全球最廣泛使用的鈾濃縮技術。美國為此建造了巨大的工廠,加熱後的六氟化鈾氣體要通過成千的多孔障壁,每一障壁有成百萬的小於百萬分之一釐米的孔,期間要用數月時間,使一定量的氣體從頭至尾通過工廠。目前最多採用的則是氣體離心法,比擴散法要省能源。
鈾濃縮技術是國際間極為敏感的技術。除了美、俄、中、法、英五個聯合國安理會常任理事國外,德國、日本、印度、巴基斯坦、以色列、巴西、阿根廷等國家已確認掌握濃縮鈾技術。國際原子能機構從2006年初指在伊朗境內發現濃縮鈾痕跡,2006年10月宣佈完成核試的北韓亦被指擁有該技術。
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