铀的提取过程铀元素是天然存在的 , 它大多产生于超新星内部 , 当两颗中子星相撞时也会产生铀 。还有一些铀是由更重的放射性元素衰变生成的 , 例如242Pu衰变生成23?U , 247Cm衰变后生成23?U 。
在地球上 , 铀基本以氧化物的形式存在于铀矿石中 , 其中主要是二氧化铀(UO?)、三氧化铀(UO?)和微量的过氧化铀(U?O?) 。
矿石被采集后 , 经过破碎、酸碱处理、过滤等一系列工序后生成U?O? , 俗称"黄饼"或“黄蛋糕” , 再把它加工成UO?就成为加压重水反应堆的核燃料 。
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“黄饼”
大多数核反应堆无法使用黄饼发电 , 必须要从中提取出铀-235来 。通过将U?O?与氟反应生成六氟化铀(UF?)气体 , 再将UF?经过高速离心机一点一点分离出含有铀-235的UF?气体 , 从而生产出含铀-235达20%的浓缩铀 , 这足以满足在大多数核反应堆的需要 。
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六氟化铀的分子结构
核燃料安全吗?这需要从两方面看 , 在参与到核裂变之前 , 无论是原子弹里的武器级浓缩铀(浓度85%以上)还是核电站燃料棒里的低浓缩铀(浓度20%以下)都是安全的 , 它们释放的α粒子(氦原子核)穿透力很低 , β粒子(高能电子)又极少 , 所以你可以戴手套把它拿在手上端详 。需要注意的是 , 任何情况下吸入α粒子都是危险的 。
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工作人员在安装前检查核燃料棒
铀-235的裂变需要外部中子的激发 , 这些中子携带着能量 , 当能量的大小足够时(1~2MeV) , 铀-235就会裂变并释放出三个的中子与更强大能量(200MeV) , 中子可以轻易地致命 。铀-235裂变的产物同样具有强烈的放射性 , 当人吸入这些物质后会破坏DNA , 进而导致各脏器衰竭 。
核电站的燃料棒不会像原子弹那样发生核爆炸 , 这是由其中铀-235的浓度决定的 。核爆炸的前提是中子引起的连锁反应 , 它需要铀-235的原子达到一定的密度 , 或者拥有相当的总质量 。根据计算 , 一个浓度为20%的铀金属球 , 其质量需要达到400千克才有可能爆炸 , 而5%以下浓度发生爆炸的可能性接近0 。
只有当铀达到相当浓度、超过其临界质量 , 并且有合适能量的中子轰击 , 核材料才会有爆炸的危险 。
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日本福岛核电站氢气爆炸引发放射性物质扩散
总结:铀是放射性物质 , 它产生于超新星内部 , 并且广泛分布在地球表面 。在地球上 , 铀的含量比我们熟知的许多金属比如锡、汞或银都要多得多 。
铀-235受中子轰击后会发生裂变 , 同时释放巨大能量 , 人们利用它来制造核武器 , 也通过控制这种裂变的过程来进行核能发电 。
自然界中的铀-235浓度极低 , 需要经过极其复杂的提纯工序才能得到浓缩铀 , 5%以下的低浓度铀就可以发电 。核燃料棒总体上是安全的 , 因为制造核武器至少需要20%以上浓度 , 这只有极少国家才能做到 。
【原子弹和核电站都用浓缩铀 铀235的半衰期是多少】
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