基本介紹
- 中文名：鈾核
- 外文名：uranium nucleus
- 套用：核裂變
- 領域：核能
- 學科：核物理
簡介,化學特性,普通提純技術,雷射提純,特點,優點,技術路線,套用,核子彈,氫彈,放射性治療原料,
簡介
鈾核指的是鈾的原子核，現時的核電站使用的是鈾核燃料。
化學特性
這就相當於我們的煤餅廠或煉油廠，生產出的煤餅里大部分是泥沙，當然也就沒法燃燒。根據研究結果，在鈾核燃料中鈾－235的含量要達到3%以上才能燃燒。因此，開採出來的鈾，並不同於開採出來的煤塊直接可以用做燃料，它需要經過提純、濃縮的手續，把鈾－235的含量比例提高之後，方能用做燃料。
普通提純技術
提純濃縮鈾－235含量的技術比較複雜，因為元素的各種同位素，如同“孿生姐妹”，無論在物理性質和化學性質上都十分相似，採用通常的各種物理提純方法或者化學提純方法收效都甚微，代價卻很高。現時用來提純鈾－235的主要方法有氣體擴散法、離子交換法、氣體離心法、蒸餾法、電解法、電磁法、電流法、離子交換法等，其中以氣體擴散法最成熟，製造第一顆核子彈用的鈾核材料就是用這種方法製造出來的。所有這些提純方法，它們的工藝過程都比較複雜，辦廠投資高，運轉過程中消耗的能量也高；而且產量低，生產出的鈾核燃料成本大。因此，科學家一直在找新提純方法。現在，雷射科學工作者提出用雷射進行提純，或許這種方法能夠大大地降低生產鈾燃料的成本。
雷射提純
特點
用雷射提純、濃縮鈾－235的主要依據是雷射有極好的單色性，以及各同位素原子的同位素光譜位移。各個同位素原子核含的中子數目不同，它們的能級發生所謂同位素位移，發射出來的光輻射波長出現差異，當然，相差的數值是十分小的。但是，雷射的單色性很好，能夠做到用和某種同位素原子發射的光輻射波長相同的雷射去激發其中的一種原子，而不會把其他同位素原子一起激發，亦即是說，用雷射可以做到單獨把各種同位素原子中的一種激發到高能態，或者把它的原子電離。被電離的同位素原子再用電場就可以把它從同位素混合物堆中單獨“拉”出來，收集後就可以單獨獲得這種同位素。如果是把這種同位素的原子激發到高能級去的，我們便可以利用在高能級的原子和在基態的原子參加化學反應的活動能力不同，通過化學反應方法把它給分離出來。
優點
用雷射的方法提純濃縮鈾－235，比現有的各種方法都優越，生產設備可以大大簡化，生產成本也可以大大降低。根據科學家的估計，生產投資大約只有氣體擴散法的1/2，生產過程中消耗的能量只有氣體擴散法的1/10左右。所以，世界各國都很重視開發這種鈾核燃料生產技術。美國從1977年就開始研究用雷射提純濃縮鈾燃料，從實驗上證實了這種方法在原理上的可行性。1982年，美國能源部確定，今後使用雷射來生產鈾核燃料。
技術路線
用雷射提純濃縮鈾－235的技術路線有兩條：一條稱為原子法，另一條稱為分子法。原子法提純時用的原料是經過提煉鈾礦得到的鈾塊。先用爐子把這鈾塊加熱到高溫，形成鈾原子蒸氣，在這鈾蒸氣裡面包含有鈾元素的同位素鈾－234、鈾－235、鈾－238的原子。然後用在可見光波段的雷射（比如用銅蒸氣雷射泵浦的染料雷射器）照射這鈾原子蒸氣。調諧雷射器的輸出波長，讓它落在鈾－235的原子吸收譜線中心，使它單獨獲得激發或者電離。其後再使用其他物理方法便可以把鈾－235原子從同位素鈾混合氣體中分離出來。這條技術路線現在已經比較成熟，達到生產套用階段。分子法使用的原料是鈾的分子化合物（比如六氟化鈾）。用在中紅外波段的雷射（比如波長16微米的雷射）照射這種化合物，並且選擇的雷射波長正好是讓鈾－235的這種化合物的分子獲得激發（或電離），再通過前面在原子法中用的物理方法或化學方法把含鈾－235的分子化合物從混合中分離出來，再對含鈾－235的分子化合物作化學分解反應，便可以獲得鈾－235。這條技術路線現在還未達到生產階段，不過，從發展的潛力來說，分子法比原子法優越。一方面是因為分子法分離時使用的原料是鈾的分子化合物，原料來源比較豐富；其次是在分離的工作過程中不需要加熱，而原子法則需要加熱到2000多度，使鈾原料形成蒸氣。高溫鈾蒸氣有很強的腐蝕性。因此分子法的生產設備會比較簡單，生產成本也相應較低。
套用
核子彈
使用常規炸藥有規律地安放在鈾的周圍，然後使用電子雷管使這些炸藥精確的
同時爆炸，產生的巨大壓力將鈾壓到一起，並被壓縮，達到臨界條件，發生爆炸。或者將兩塊總質量超過臨界質量的鈾塊合到一起，也會發生猛烈的爆炸。臨界質量是指維持核子連鎖反應所需的裂變材料質量。不同的可裂變材料，受核子的性質（如裂變橫切面）、物理性質、物料形狀、純度、是否被中子反射物料包圍、是否有中子吸收物料等等因素影響，而會有不同的臨界質量。剛好可能以產生連鎖反應的組合，稱為已達臨界點。比這樣更多質量的組合，核反應的速率會以指數增長，稱為超臨界。如果組合能夠在沒有延遲放出中子之下進行連鎖反應，這種臨界被稱為即發臨界，是超臨界的一種。即發臨界組合會產生核爆炸。如果組合比臨界點小，裂變會隨時間減少，稱之為次臨界。核子武器在引爆以前必須維持在次臨界。以鈾核彈為例，可以把鈾分成數大塊，每塊質量維持在臨界以下。引爆時把鈾塊迅速結合。投擲在廣島的“小男孩”核子彈是把一小塊的鈾透過槍管射向另一大塊鈾上，造成足夠的質量。這種設計稱為“槍式”。 而要以“槍式”起爆鈽核子彈則較為困難，但理論上要以“槍式”起爆鈽彈並非不可能，只是炸彈可能需要長達十九英尺。
氫彈
核武器的一種，是利用核子彈爆炸的能量點燃氫的同位素氘（D）、氚（T）等質量較輕的原子的原子核發生核聚變反應（熱核反應）瞬時釋放出巨大能量的核武器，又稱聚變彈 、熱核彈、熱核武器。氫彈的殺傷破壞因素與核子彈相同，但威力比核子彈大得多。核子彈的威力通常為幾百至幾萬噸級TNT當量，氫彈的威力則可大至幾千萬噸級TNT當量。還可通過設計增強或減弱其某些殺傷破壞因素，其戰術技術性能比核子彈更好，用途也更廣泛，其爆炸達到的溫度約為3.5億度，遠遠高於太陽中心溫度（約2000萬度）。
