鈾-235

Template:Expand Template:Unreferenced Template:NoteTA Template:Infobox isotope 鈾-235（符号：Template:核素）是鈾的三種天然同位素之一，約占天然鈾的0.7204%。1935年由加拿大科學家Template:Le發現。鈾-235受中子撞擊後能夠發生核分裂，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為核電廠發電用低濃縮鈾，高於80%稱作高濃縮鈾，大於90%則叫作為武器級高濃縮鈾。

概述

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是易分裂核素。當最少一個中子撞擊鈾-235時，連鎖核分裂將會產生。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·费米以中子撞擊鈾元素，首次發現核分裂反應。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分裂反應。

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，繼續產生分裂反應，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發生核分裂，反應中又只有1克的質量轉化成能量，但已经可以把方圓1公里的地区夷為廢墟。

自然衰变链

$\begin{array}{c}{\phantom{A}}_{\phantom{92}}^{\phantom{235}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}92}^{\phantom{2}235}\mathrm{U}\underset{7.038\times 10{\phantom{A}}^8\mathrm{y}}{\overset{\mathrm{\alpha }}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{90}}^{\phantom{231}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}90}^{\phantom{2}231}\mathrm{T}\mathrm{h}\underset{25.52\mathrm{h}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{91}}^{\phantom{231}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}91}^{\phantom{2}231}\mathrm{P}\mathrm{a}\underset{3.276\times 10{\phantom{A}}^4\mathrm{y}}{\overset{\mathrm{\alpha }}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{89}}^{\phantom{227}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}89}^{\phantom{2}227}\mathrm{A}\mathrm{c}\left\{\begin{array}{c}\underset{21.773\mathrm{y}}{\overset{98.62\mathrm{\%}\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{90}}^{\phantom{227}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}90}^{\phantom{2}227}\mathrm{T}\mathrm{h}\underset{18.718\mathrm{d}}{\overset{\mathrm{\alpha }}{\to }}\\ \underset{21.773\mathrm{y}}{\overset{1.38\mathrm{\%}\mathrm{\alpha }}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{87}}^{\phantom{223}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}87}^{\phantom{2}223}\mathrm{F}\mathrm{r}\underset{21.8\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}\end{array}\right\}{\phantom{A}}_{\phantom{88}}^{\phantom{223}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}88}^{\phantom{2}223}\mathrm{R}\mathrm{a}\underset{11,434\mathrm{d}}{\overset{\mathrm{\alpha }}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{86}}^{\phantom{219}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}86}^{\phantom{2}219}\mathrm{R}\mathrm{n}\\ {\phantom{A}}_{\phantom{86}}^{\phantom{219}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}86}^{\phantom{2}219}\mathrm{R}\mathrm{n}\underset{3.96\mathrm{s}}{\overset{\mathrm{\alpha }}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{84}}^{\phantom{215}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}84}^{\phantom{2}215}\mathrm{P}\mathrm{o}⟶[\mathrm{\alpha }][1.778\mathrm{m}\mathrm{s}]{\phantom{A}}_{\phantom{82}}^{\phantom{211}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}82}^{\phantom{2}211}\mathrm{P}\mathrm{b}\underset{36.1\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{83}}^{\phantom{211}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}83}^{\phantom{2}211}\mathrm{B}\mathrm{i}\left\{\begin{array}{c}\underset{2.13\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{99.73\mathrm{\%}\mathrm{\alpha }}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{81}}^{\phantom{207}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}81}^{\phantom{2}207}\mathrm{T}\mathrm{l}\underset{4.77\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}\\ \underset{2.13\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}}{\overset{0.27\mathrm{\%}\mathrm{\beta }{\phantom{A}}^{-}}{\to }}{\phantom{A}}_{\phantom{84}}^{\phantom{211}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}84}^{\phantom{2}211}\mathrm{P}\mathrm{o}\underset{0.516\mathrm{s}}{\overset{\mathrm{\alpha }}{\to }}\end{array}\right\}{\phantom{A}}_{\phantom{82}}^{\phantom{207}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}82}^{\phantom{2}207}\mathrm{P}\mathrm{b}{\phantom{A}}_{(\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{l}\mathrm{e})}\end{array}$

技術發展

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，在很长一段时间内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、英五个联合国安理会常任理事国外，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月宣布完成核試的北韓亦被指擁有該技術。

參考或來源

• 鈾
• 濃縮鈾
• 國際原子能機構
• 核武器
• 貧化鈾