铀同位素科普
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物理小报——第一期：铀人们知道，铀235是制造核武器的主要材料之一。
但在天然矿石中铀的3种同位素共生，其中铀235的含量非常低，只有约0．7％。
只有把其他同位素分离出去，不断提高铀235的丰度，它才能用于制造核武器。
这一加工过程称为“浓缩”。
根据国际原子能机构的定义，丰度为3％的铀235为核电站发电用低浓缩铀，丰度大于80％的铀为高浓缩铀，其中丰度大于90％的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。
获得1公斤武器级铀235需要200吨铀矿石。
如果将获得浓缩铀比作“炼金术”的话，那么低纯度铀235就是些普通金矿石，而离心机则成为点石成金的“魔棒”，能够用它获得浓缩铀，进而从事核武器的研发。
离心机是如此重要，以至于一些国家将是否拥有离心机作为判断是否进行核武器研究的标准。
因此不难理解，伊朗核问题各方为何围绕离心机的制造再度出现争执。
利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量，产生爆炸作用，并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。
其中主要利用铀235(厬U) 或钚239(厱Bu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,通常称为原子弹;主要利用重氢(娝H，氘)或超重氢(婤H，氚)等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器，通常称为氢弹。
在天然铀里，铀238占99.28%,铀-235只占0.7%。
只有铀-235是易于裂变的核素。
铀-238虽然不易裂变，但吸收中子后变成制作原子弹的另一种核燃料钚-239. 还有一个关键之处，就是：只有核燃料达到临界质量了才能爆炸（即链式反应），不同的裂变物具有不同的临界质量，在常温下，铀-235的临界质量为48.8公斤，钚-239为16.5公斤，而铀-238要大得多（具体数字未查到）。
所以用作原子弹核燃料，显然太大了。
历史史实：1945年8月6日，由陆军中校蒂贝茨驾驶的B-29“盖伊”号从提尼安岛的美军基地出发，在8时45分01秒向广岛投掷了代号为“小男孩”的铀装药原子弹，造成广岛居民15万的伤亡和86%的建筑被毁。
铀
现代工业中，铀是钢铁工业、医疗、农业、玻璃搪瓷工业 以及地质采矿工程不可缺少的一种放射性材料；铀在原子 能发电和用作舰艇、飞机动力等方面有广泛的用途，是一 种高效而且清洁的可用能源；最重要的是铀在军事方面的 应用，铀是制造原子弹、导弹、航空炸弹、潜艇、鱼雷、 航空母舰等的动力能源。因此，铀技术的快速发展将推动 全世界经济、环境、和平的发展。
自然界中的铀
铀在自然界中以数百 万分率的低含量存在 于土壤、矿石和水中， 可借由开采沥青铀矿 等含铀矿物并8（99.2742%）、铀 -235（0.7204%）以及 极微量的铀-234 （0.0054%）等同位素 存在。铀衰变时释放 出α粒子，过程缓慢， 拥有很长的半衰期
铀浓缩
• 若要在某些类型反应堆和武器中使用铀，就必须 对其进行浓缩。 • 这意味着必须提高易裂变铀-235的浓度，然后才 能将其制成燃料。这种同位素的天然浓度是0.7%， 而在大多数通用商业核电厂中，持续链式反应的 浓度通常约为3.5%。用于武器和舰船推进的丰度 通常约为93%。但舰船推进可以只需20%或更低 的丰度。鉴于在丰度0.7%至2%之间需要与丰度 2%至93%之间同样多的分离功，因此浓缩过程不 是线性的。这意味着在能够随时获得商用浓缩铀 的情况下，达到武器级的浓缩工作量可减少到不 足一半，而铀的供料量可减少到20%以下。
•铀元素是由德国化学家马丁· 克拉普罗特发现的。 1789年，他在位于柏林的实验室中，把沥青铀矿溶 解在硝酸中，再用氢氧化钠中和，成功沉淀出一种 黄色化合物（可能是重铀酸钠）。克拉普罗特假设 这是一种未知元素的氧化物，并用炭进行加热，得 出黑色的粉末。他错误地认为这就是新发现的元素， 但其实该粉末才是铀的氧化物。他以威廉· 赫歇尔 在八年前发现的天王星（Uranus）来命名这种新元 素，而天王星本身是以希腊神话中的天神乌拉诺斯 命名的。 •1841年，巴黎中央工艺学校（Conservatoire National des Arts et Métiers）分析化学教授尤金梅尔希奥· 皮里哥把四氯化铀和钾一同加热，首次分 离出铀金属。 •1896年，亨利· 贝可勒尔在位于巴黎的实验室中， 使用铀元素发现了放射性。
铀
铀纯度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩铀，U-235纯度大于80%的铀为高浓缩铀，其中纯度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。
获得铀是非常复杂的系列工艺，要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程，而浓缩分离是其中最后的流程，需要很高的科技水平。
获得1公斤武器级U-235需要200吨铀矿石。
由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际社会严禁扩散的敏感技术。
目前除了几个核大国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌金属铀握了铀浓缩技术。
提炼浓缩铀方法主要有气体扩散法和气体离心法。
气体扩散法: 使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。
基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。
当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子(238UF6)的大。
这样,通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。
第二次世界大战结束后，美国的实践证明，气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。
它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法，是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战，是比较各种方法的基本点。
美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上，比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。
气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量惊人，成本很高。
气体离心法: 气体离心分离机是其中的关键设备。
铀原料放置于离心机中央反应室内，离心机以7-8万转/分钟的速度旋转。
较重的U-238原子逐渐靠近离心机的边缘，而较轻的U-235则保留在离心机中心部位。
结晶U-235被称为“富铀”（浓缩铀），其余的“贫铀”则被丢弃。
仅靠单个离心机一次分离是远远不够的，必须通过更多离心机加工，才可以分离提纯。
核燃料铀的安全性科普
但是回帖中很多朋友对核燃料没有足够的常识，表现出不必要的恐慌和疑问，这里给大家科普一下，这些内容全凭记忆写成，有些地方可能有记不清或者不正确不确切的，欢迎指正。
核电站和核武器都是靠核裂变链式反应工作，释放出大量能量的，它们的区别在于核武器是不可控的反应，瞬间即完成全部的反应，释放出巨大能量，因而会产生强烈的爆炸破坏力。
而核电站的反应堆则是可控的，而且是天然受限的，所以在任何情况下即使完全失控都不会发生核武器一样的爆炸。
核电站的危险在于放射性物质的泄漏而不是核爆炸。
核电站的反应堆有很多种，最原始的是石墨堆，后来有沸水堆，现在常用的是压水堆，而某些国家则使用重水堆。
这些堆的区别在于它们所用的“减速剂”。
核裂变会产生中子，而中子则会撞击其他核燃料的原子产生核裂变，这样一级一级下去，核裂变会越来越多，这就是核裂变的链式反应，链式反应才能维持核裂变反应不停地进行，从而释放出大量能量。
核电站和核武器都是利用这个链式反应的放大过程。
不过核裂变产生的中子的飞行速度非常快，叫做“快中子”，碰巧的是在一定范围内，中子的速度越快，它撞到别的核燃料的原子上引起裂变的可能性就越小，小到一定程度的话就不能引起持续的链式反应了。
所以如果要能引起持续的链式反应的话有两个办法，一个是把核燃料的纯度密度提到足够高，那么即使中子速度高反应几率小也没有关系，核武器原子弹就是这样造出来的，常用的核燃料铀中只有铀-235同位素是可以进行链式反应的，它在天然铀中的比例非常低，远小于1%，所以要造核武器就需要把它提纯到90%以上，这就是造核武器最大的门槛，一般国家没有足够的技术和资金实力做这个。
而另一个维持链式反应的方法是想办法把裂变产生的中子的速度降下来，即“减速”，减速以后中子撞击到另一个核燃料原子引发裂变的可能性就大多了，所以低浓度的铀也能发生链式反应。
实用的“减速剂”是比较轻的原子，比如氢、碳等，碳是固体（石墨就是碳），所以最简单，最早的核反应堆就是用碳做减速剂的，这就是石墨堆；氢是气体，不能直接用来做减速剂，所以一般用它的化合物，那么氢最常见最便宜的化合物就是H2O，即水了，这就是沸水堆和压水堆；但是氢虽然减速效果好，但是它有个缺点，就是它会吸收中子，所以用它也会降低发生链式反应的可能性，用氢做减速剂的沸水堆和压水堆就必须用经过提纯的核燃料，虽然只有3%的铀-235，但是成本也很高；这就有另一种减速剂的用武之地了，这就是氢的同位素氘，氘比氢多一个中子，比氢重，它的减速效果好对中子的吸收又好，所以是最好的减速剂，用它做减速剂的反应堆可以直接用未经提纯的天然铀做燃料，燃料成本低。
2024年核技术及科普知识考试题库(附含答案)
2024年核技术及科普知识考试题库（附含答案）一、单选题1.核裂变反应中释放的能量主要用于什么？A、加热反应堆容器B、转换为电能C、产生新的原子核D、发射中子标准答案:B2.核反应堆是通过受控制的（）反应，将核能缓慢地释放出来的装置，原子弹则是通过不受控的这种反应，使强大的核能瞬间释放出来。
A：原子核B：核裂变C：链式裂变标准答案:C3.核辐射防护中，哪种物质常用于吸收中子？B、硼C、镉D、铝标准答案:C4.以下哪项不是核辐射防护的三大原则？A、时间防护B、距离防护C、能量防护D、屏蔽防护标准答案:C5.在核反应堆中，哪个系统负责将热量从反应堆中带走？A、控制系统B、冷却系统C、燃料系统D、屏蔽系统标准答案:B6.在核辐射防护中，哪种物质常用「屏蔽丫射线和X射线？B、铝C、塑料D、玻璃标准答案:A7.从反应堆堆芯卸出的乏燃料首先会存储在()。
A：后处理厂B：乏燃料水池C：高放废物处理场标准答案:B8.()属于第四代核能系统。
A：压水堆B：沸水堆C：超临界水堆标准答案:C9.放射性核素的原子核数目衰变到原来O时所需的时间，称之为半衰期。
A：二分之一B：三分之一C：四分之一标准答案:A10.核反应堆的种类繁多，分类方法也很多，一般是根据用途分为O三种。
A：研究堆、生产堆、动力堆B：发电堆、供热堆、船用堆C：快中子堆、中能中子堆、热中子堆标准答案:A11.核能除了用于发电、供热外还可以用于（）。
A：制氢B：海水淡化C：AB都可以标准答案:C12.世界上拥有运行核电机组最多的国家是（）A：美国B：法国C：日本D：中国标准答案:A13.一座百万千瓦级的压水堆核电站每年产生的乏燃料约为（）。
A：25吨B：250吨C：2500吨标准答案:A14.百万千瓦压水堆核电站安全壳的钢筋混凝土外壁厚度约为（）。
A：1米B：10厘米C：10米标准答案:A15.大气中逐年增加的二氧化碳等温室气体更多地吸收了地球的长波热辐射而使地球表面升温。
同位素中子源
同位素中子源同位素中子源是一种能够发射中子的放射源，可以用于多种领域的应用，比如科学研究、医疗诊断和治疗、工业探伤和检测等。
本文将介绍同位素中子源的基本知识和应用情况。
一、同位素中子源的概念和种类同位素是指化学元素的同位素，具有相同的原子序数但不同的质量数，因此具有不同的中子数。
同位素中子源是指用同位素作为放射源，通过核反应产生中子，并将中子释放到周围的环境中。
常见的同位素中子源有以下几种：1. 铀-238中子源2. 锕-227中子源3. 钚-239中子源4. 钚-241中子源5. 锪-237中子源二、同位素中子源的应用同位素中子源在科学研究、医疗、工业探伤等领域都有广泛的应用。
以下是具体的应用情况介绍：1. 科学研究：同位素中子源可以用于核物理实验和材料科学研究。
例如，中子束可以用来研究材料的性能和结构，在新材料的研发中具有广泛应用价值。
2. 医疗诊断和治疗：同位素中子源可以在放射治疗中应用，用于肿瘤治疗和癌症诊断。
此外，同位素中子源还可以用于医学图像学、非破坏性检测等领域。
3. 工业探伤和检测：同位素中子源可以应用于工业探伤和检测，例如在钢材、航空航天、汽车制造等领域中进行非破坏性检测和质量检测。
三、同位素中子源的优缺点和安全措施同位素中子源具有一定的优缺点。
其优点是产生的中子能量适中，穿透能力强，可以作为一种非破坏性的检测手段。
缺点则是同位素源存在一定的半衰期，需要定期更换，且存在放射性污染问题。
为确保同位素中子源的安全使用，必须采取一定的安全措施，例如：1. 选择合适的同位素中子源，并在使用前进行检测。
2. 对同位素中子源进行正确的储存和运输，避免其泄漏和污染。
3. 在使用同位素中子源时，必须佩戴防护衣、手套等不同程度的防护设备，并保持一定的距离和时间限制。
四、结语同位素中子源作为一种放射源，在科学研究、医学和工业等领域都得到了广泛的应用。
在使用过程中，必须充分认识其优缺点，并采取安全措施，确保人员和环境的安全。
第3讲铀元素及铀矿物
（2）元素组合
铀属于亲石元素，与氧有很强的亲合力，因此 在自然界中只形成氧化物、氢氧化物和含氧盐 类矿物，而不形成硫化物、砷化物和氟化物类 矿物，也不存在自然元素型的单质铀。
铀矿物中的元素组合因铀的价态而异，这是铀 矿物化学成分的又一特点。
与四价铀结合的元素基本上是亲石元素。它们 组成的矿物有简单氧化物、复杂氧化物、硅酸 盐和磷酸盐等。
六价铀矿物中类质同象主要表现为阴离子之间 的置换，如：O2-和OH-之间、[PO4]3-和[AsO4]3之间的置换。阳离子类质同象不太明显，仅见 于少数矿物中。
（4）放射性衰变
铀属于放射性元素，因此铀矿物的化学成分是 不恒定的。
自从铀矿物在地壳中形成之后，其成分就按照 一定的规律发生着变化，结果矿物中的铀含量 逐渐减少，而铀的衰变产物206Pb、207Pb却越积 越多（铀238经8次α衰变和6次β衰变，最终衰变 为铅206；铀235经7次α衰变和4次β衰变，最终 衰变为铅207；铀234衰变为钍230）。
子主要是O2-，许多元素以络阴离子形式与铀结 合。铀矿物中常见的络阴离子有[SiO4]4-， [PO4]3-，[AsO4]3-，等等。 阳离子主要是亲石元素，其次是部分亲硫元素 和亲铁元素等。在个别情况下，亲气元素H和 N以H+和NH4+的形式参与铀矿物的组成。
2、铀矿物化学成分的特点
（1）铀的价态
六价铀矿物中结构水主要以羟基(OH)-形式存 在们，与仅 结在 构少 联数系矿紧物密中，以因离此子只有H3在O+较形高式温存度在下。才它 能从矿物中逸出，同时矿物的结构也随之而遭 到破坏。
二、铀矿物的晶体化学特点
1、四价铀矿物的晶体化学特点 （1）键性和晶格类型 四价铀矿物的晶体结构分析表明，铀在 其中以U4+离子形式存在，四价铀矿物主 要是离子键化合物，多数属于离子晶格。 因为U4+的离子半径较大，所以其配位数 较高。
铀214质量数
铀214质量数全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：铀214是一种非常重要的放射性同位素，其质量数为214。
铀214具有非常强的放射性，是一种具有巨大研究价值和应用潜力的同位素。
下面将为大家介绍铀214的一些基本性质、研究进展、应用领域和展望。
让我们来了解一下铀214的基本性质。
铀214属于铀系放射性同位素，其原子序数为92，质量数为214。
铀214是一种α衰变同位素，其半衰期约为24.1分钟。
在衰变过程中，铀214会逐步衰变为其他核素，释放出α粒子和γ射线。
由于其放射性极强，因此需要特殊的防护措施来处理和研究。
铀214在核物理和放射性研究领域具有非常重要的应用价值。
在核物理实验中，铀214常被用作放射源，用于测量核反应产物和辐射能谱分析。
通过研究铀214的衰变过程和衰变产物，可以深入了解核物理过程和核反应机制。
铀214也被广泛应用于地质学和环境监测领域，用于研究地下水和土壤中的放射性元素分布和迁移规律。
近年来，随着核物理技术和仪器的不断发展，铀214在医学影像和治疗领域也逐渐得到应用。
铀214可以作为靶标核素用于放射性同位素药物的制备，用于肿瘤治疗和诊断。
铀214的放射性特性和辐射能量适合用于肿瘤细胞的杀伤和显像。
铀214在核医学领域有着广阔的应用前景。
除了在核物理和医学领域，铀214还有着其他潜在的应用领域。
在材料科学和能源领域，铀214可以用于核电技术中的燃料循环和废物处理。
通过利用铀214的放射性特性和核衰变过程，可以实现核燃料的高效利用和放射性废物的处理回收。
铀214还可以用于研究核聚变和核裂变过程，探索清洁能源的发展途径。
第二篇示例：铀214是一种放射性核素，其质量数为214。
铀214是自然界中常见的铀同位素之一，通常与其他铀同位素一起存在于自然界中。
铀214的放射性活度很高，具有一定的危险性。
本文将介绍铀214的一些基本信息，包括其性质、用途、危害以及相关的科研进展等内容。
让我们来了解一下铀214的基本性质。
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铀同位素的简单知识
铀235 铀有三种同位素，即铀－234、铀－235和铀－238。
其中的铀－234不会发生核裂变，铀－238在通常情况下也不会发生核裂变，而铀－235这种同位素原子能够轻易发生核裂变，或者说，做核燃料的实际上是铀－235。
但是，从矿山里开采出来的铀里面，铀－235的含量却又是很低，仅占0.66％，绝大部分是铀－238，它占了99.2％。
这就相当于我们的煤饼厂或炼油厂，生产出的煤饼里大部分是泥沙，当然也就没法燃烧。
根据研究结果，在铀核燃料中铀－235的含量要达到3％以上才能燃烧。
因此，开采出来的铀，并不同于开采出来的煤块直接可以用做燃料，它需要经过提纯、浓缩的手续，把铀－235的含量比例提高之后，方能用做燃料。