02.26 为什么造原子弹时工人可以去车铀球,浓度那么高辐射不会很强吗?

项亮z


铀的辐射很强,但绝不可谈虎色变!

天然铀矿石

铀矿石铀含量低、放射性微弱(大约200吨才可以提炼1公斤铀-235),它发出的阿尔法射线,只需一张A4纸就可以挡住,人的衣服和皮肤完全可以隔绝,不会对人身造成影响。(在科普活动中 ,工作人员会拿阿尔法射线感应仪对着铀矿石,仪器会发出感应声,显示铀矿石发射着射线。)


“黄饼”(铀矿石粗级加工品)

将天然铀矿石磨粉,加入酸或碱溶液,萃取(“水煮”)出丰度较高的重铀酸铵,呈现黄色块状或者粉末状,俗称“黄饼”。黄饼的放射性仍然很低,且状态稳定。加工工人只需一般穿戴防护即可。

“黄饼”不能用于核反应堆,一般用于提炼浓缩铀。为了提高铀矿开采附加值,几乎所有开采铀矿的国家都生产黄饼。

金属铀

由“黄饼”近一步、一步的浓缩而成。

通常采用“气体扩散法”;将黄饼粉高温蒸馏生成六氟化铀气体,压缩入一系列高速旋转的圆筒离心机里提纯(将同位素铀-238与铀-235分离,得到高丰度的铀-235金属材料)。当丰度>94%时,就可以作为核弹弹药使用。

将金属铀加工成铀球

这是制造“枪式引爆”原子弹的技术要求(不赘诉)。



这时,铀材料放射性已相当强,对加工人员构成重大生命威胁。

据揭秘,我国第一个铀球是原公浦师傅利用普通车床手工操作完成的。原公浦师傅穿上笨重的防护服,戴上特制的口罩,套上双层乳胶手套,小心翼翼独自上操作台,与铀球胚料近距离接触,用精湛技艺一次性完成加工。

原公浦师傅后半生相安无事,证明加工铀球的安全防护是有保障的。

今天,人们可用精密数控的机床,通过遥控操作加工铀球,加工人员安全更有保障。


谌人


中国原子弹车铀球的工人是核工业部青海221厂的上海籍车工叫原公浦,一共要车三刀,故有外号"原三刀"。他也受到核幅射的伤害,每月领取一笔数目不详的特别医疗补助金。电视出现过多次


太阳125933863


高纯度的铀确实有放射性,但这种程度的放射性是可以防护的!比如有些网上的资料图,戴着手套的人就敢捧着铀金属饼,听说今天的伊丽莎白女王也摸过用保护膜包裹的铀,她一直健在!


其实,这并不奇怪,铀产生致命的辐射,是在满足临界值的状态下,不断发生链式反应才会有的现象。因此,只要不发生链式反应,铀就是安全的。


一个故事可以充分解释这个现象。死于链式反应实验的加拿大科学家“斯洛廷”,亲身经历了放射性金属,从安全状态进入危险状态的全过程,他的死可以充分说明上述观点。

斯洛廷的实验用到两个都没有达到临界值的铍半球,斯洛廷用左手勾住一个铍半球,右手持螺丝刀顶住这个铍半球壳,保持上下两个铍半球壳之间存在空隙,通过调整铍半球的间隙观察链式反应现象。 这个实验是很危险的,因为两个铍半球充分接触后,就能达到金属“铍”发生链式反应的临界值,那么这位“拥抱”原子弹的科学家注定要死。



恰恰意外就发生了,斯洛廷手里的的螺丝刀意外滑落,左手的力气又不足以抓牢上面的铍半球,两个铍半球碰到一起后达到了临界值,链式反应就这样开始了,可怕的辐射随机遍布实验室,在场的8个人中,距离链式反应核心区最近的斯洛廷几天后死亡,还有3人数年后死于非命!本来狂热参与核物理研究的几个学生被吓破了胆,纷纷辞职选择别的工作。这个故事充分说明一个事实,那就是大块的高纯度放射性物质不会伤害你我,铍是这样、铀也是如此,只要没有发生链式反应它们就是安全的。

而使用车床加工铀金属时,注定是铀块的体积和质量越来越小,也就不会达到可怕的临界值了!不过呢!车床车刀高速摩擦铀金属,肯定会因为高温导致后者氧化,这会严重伤害操作者,因此必要的防护设备必不可少。而我要强调的是,用车床加工铀金属都是老黄历了,现代社会自动化高度发达,谁还会不顾工人的安全去加工铀金属呢?

网上有很多西方国家公布的铀加工视频,采矿石、提取、精制、转化,还有最为困难的铀浓缩,以及本文讨论的过程“燃料元组建”、“核装药”成型,都可以自动化完成,工人只要穿戴好防护设备、按照要求工作,是很安全的。


最后,强调一下燃料元组建、核装药的制备过程,这个过程根本不需要车床参与。铀浓缩之后的产物,是六氟化铀,这种气体物质经过化工转化变成固体状的二氧化铀粉末,它就是生产燃料元组建或者半球形核装药的原材料。二氧化铀粉末首先被均匀制成颗粒,再压制、结烧、磨削、清洗、干燥,最终变成二氧化铀陶瓷体,也就是我们经常在网上看到的大块固体状,这个形状是可以选择的,有点类似金属锭的生产过程,完全可以直接按照需要生产出半球状的铀块,车床真的是不需要了。

上图是用于制作核反应堆燃料棒的圆柱形铀金属块;下图是被石墨外壳保护的球形铀燃料,它们都不是车床车出来的。

即便是枪式原子弹的装药,也不一定都是半球形状,它有很多种设计可供选择!比如下图的设计,枪式原子弹的装药被加工成圆柱形和圆柱套筒,通过压力移动套筒,当它与圆柱型装药结合后可达到临界值启动链式反应。这么复杂的形状肯定不能使用车床了!当然了,最早的枪式原子弹使用的还是半球状核装药,如下图所示。由于受到当时工业条件的限制,使用车床加工装药的形状,是必不可少的。


兵器世界


车铀球的原因是为了增加接触面积。

但这种情况仅限于枪式铀弹,环式的铀弹则不会车铀球。

原子弹的爆炸原理就是,就是当U235或钚239的质量超过临界质量时,会自动发生链式反应。当它们的质量达不到临界质量时,它们都只是普通的具有放射性的元素而已。

通常,原子弹的爆炸形式有两种:枪式和环式,而环式其实就是很多个枪式同时轰击同一个目标。

给原子弹装药的时候,就是把两个或者数个次临界质量的U235或者钚239放在原子弹内的不用位置,引爆时,通过高能炸药的轰击,使得两个或者数个核弹材料碰撞在一起,从而使它们超过链式反应的临界质量而自动发生链式反应。

至于,车铀球,只是为了增加前端接触面积而已,毕竟位于后方的核材料根本没有参与核裂变的机会,只能尽量的减少后方的质量,而在所有形状中,只有球形能将后半部分的质量减少到最小。相对而言,车铀球的难度并不在后面的球形有多光滑,而是前端的接触面。因为是接触部分,所以,要车的非常非常平整,以便争取尽可能多的核材料参与链式反应。

枪式核弹和环式核弹的原理图

上图只是一个原理图,实际要复杂的多,因为原子弹在实际应用中要考虑大量的安全因素。以推动铀球的炸药为例,通常要通过几级引爆才会最终引爆推动铀球的炸药,而推动铀球的炸药极其不活泼,用火烧,用锤子砸,猛烈震动等都不会爆炸的那种。

原子弹爆炸的时候,核装药发生链式反应的时间很短很短,因为链式反应会在极短的时间内释放出巨大的能量,而接触的部位往往又是整个裂变材料里最脆弱的部分,因此几乎在刚接触的瞬间就会被弹开,同时释放出巨大的能量,飞速的吹散包括原子弹外壳在内的一切物质。因此,实际参与核裂变的材料其实是很小的一部分。

以二战时期美国在广岛扔下的原子弹来说,就是一颗枪式铀弹,其中,U235的装药是约60公斤,而实际参与裂变的只有不到两公斤,绝大部分的U235在爆炸的瞬间就被吹散了。这些核材料对周围造成的永久性的放射污染可持续数亿年。这也是广岛的核心爆炸区至今无法住人,而周边地区重大疾病高发的主要原因。当然,这样的结果完全是它咎由自取。如果当时美国不仍原子弹的话,不但盟军需要承受巨大的几乎不可接受的伤亡之外,盟国的领土也可能会挨原子弹炸了。这其中就有中国。因为日本当时也在研究原子弹而且取得了很大的成果,只是他们一直没找到铀矿而已。用一些人的话来说就是:日本和原子弹之间只差一个李四光。

高浓度的核材料的放射性当然很高了,对人的危害自然也是巨大的。但这是一个国家稳定的基石,危害再高也不能不去做。在靠近高浓度的核材料时,人们能做的也只能是做好安全工作。在核材料的放射物中,α射线和β射线都比较好防护,最难防护也是对人体伤害最大的就是γ射线了,γ射线是一种中性的高速粒子流,穿透力极强,可以打断人体内的基因链而对身体产生巨大的不可逆的创伤,短时间内接受大量的γ射线照射的话,人很快就会死去。而防护γ射线的办法除了狂堆大原子质量的金属保护外衣之外,别无他法。

这时一个关乎国家和民族生死存亡的事情。很多时候,是要明知不可为而为之的。

至于其他的核武器比如氢弹,中子弹,三相弹等等,都是以原子弹小型化为基础上变种而来。可以说,原子弹小型化是一个国家核武器是不是成熟的标准,它代表着一个国家的话语权。

最后,氢弹的日常维护费用确实巨大,但还不至于高到让美俄等国家维护不起。而实际上,美俄现役的主要核弹头都是氢弹(三相弹),毕竟原子弹的爆炸当量通常不超过五万吨,一般也就2-3万吨TNT当量。

而美俄现役的核弹头都超过了10万吨TNT的爆炸当量。更何况,美俄等国还装备有不少的中子弹(变种氢弹)等核武器。


陌上云白


你所谓的恐怖的核辐射是原子弹爆炸后的大量中子射流,中子可以把你细胞里的DNA打断,这是要命的。

釉的半衰期比较长,单位时间内的辐射不大,再一个α射线是氦核构成的,穿透力相当差,你要是多年不洗澡,角质层都能挡住他。但是要是吸入身体里可就麻烦了。

综上所述,只要穿一身生化服,基本上就不怕啦。


热油泼裤裆


不清楚,不过澳大利亚的铀矿很多。有一次一个技术人员发给我他拿着铀矿(像琥珀一样)的照片。他说铀矿本身的辐射并不严重,只是开始链式反应时才有辐射。不止是否正确✅


澳洲牧语


核物质辐射的强弱与浓度的高低没有关系,而是与半衰期有关,半衰期越长,辐射量就越小;反之半衰期越短,辐射量就越大。以无损探伤设备所使用的放射源铱-192为例:该类核素的半衰期为73.827d(意思就是大约74天),原子序数77,在半衰期内衰变时通过β(贝塔)衰变放出γ(伽玛)射线,γ(伽玛)射线可以穿透10-100mm厚钢板。假设一枚重量为1克的放射源铱-192经过两个半衰期的衰变(即148天),那么这枚放射源铱-192的重量将会从1克降至0.25克,也就是说有0.75克的铱-192在衰变中消耗掉了。在短短的148天中重量就减轻3/4,平均每天衰变0.005克,这足以说明放射源铱-192的辐射量是非常大的。而丰度为90%以上的武器级铀235合金的半衰期为7亿年,假设一枚武器级铀合金球重量为8千克,经过21亿年的衰变后这枚铀合金球的重量将会下降到1.7千克,也就是说有大约5.67千克的铀235在这21亿年的衰变中消耗掉了,平均每1亿年消耗0.27千克,换算下来平均每年衰变0.000000027千克,如果换算单位改为成天和克,那基本上就没法计算了,每天的衰变量那么小,所释放的辐射也就十分微小,所以用手拿着武器级铀235合金球是不会对身体产生伤害的。

▼下图为使用在无损探伤设备上的放射源铱-192,它的辐射量是非常强烈的,读过这篇文章的读者要记得提醒家人在外面见到类似项链状的不明物体时千万不要靠近,它一天的放射量就足以使人致病。

铀235产生的核辐射对人体的伤害形式

需要说明的是我们在这里所例举的“铀235”是指丰度为90%以上的武器级浓缩铀合金。铀235在发生核裂变之前是比较安全的,此时的铀235尚处于临界状态之外,它只会向外界以释放α(阿尔法)射线的形式进行α衰变。α(阿尔法)射线对人体的伤害形式体现为:射线对人体细胞内的照射促使DNA断裂,进而造成人体细胞突变、造血功能缺失等症状,从而诱发人体出现各种包括癌症在内的疾病和多种并发症,最终导致死亡;细胞突变还存在引发基因突变的风险,如果孕妇遭受大剂量的α(阿尔法)射线照射,那么胎儿将会发育成畸形儿,还会遗传到下一代。可见铀235在进行α衰变时所释放的α(阿尔法)射线对人体的伤害是非常恐怖的。

▼下图为被α(阿尔法)射线照射造成基因突变的蜥蜴。

铀235在衰变时产生α(阿尔法)射线难以伤害到人体

虽说α(阿尔法)射线非常恐怖,但是它的穿透力却非常弱小,用一张牛皮纸就能屏蔽99.9%的α(阿尔法)射线。这是因为α(阿尔法)射线的α粒子是由两个带正电荷的质子和两个中性的中子组成,在空气中只能传播几厘米远,在众多电离辐射中其穿透能力是最弱的。而我们人类的手掌是专门用来从事劳动的部位,皮肤上的角质层是比较厚的,α粒子无法穿透这层角质,至于人体其他部位则有衣物阻拦,α粒子更是无法穿透这些比牛皮纸还厚的物体,因此工人在使用车床来加工武器级浓缩铀合金时只要按照操作规程穿戴好防护服、防护手套、头罩、口罩、眼罩等劳保用品,就能防止α(阿尔法)射线的伤害。

▼下图为核辐射产生的三种有害射线示意图,穿透力较强的β(贝塔)射线和穿透力最强的γ(伽玛)射线只有在发生核反应时才会释放,自然衰变时只会释放穿透力最弱的α(阿尔法)射线。

工人在使用车床对武器级浓缩铀合金进行加工成型时的防护措施

需要注意的是在加工武器级浓缩铀合金时不可避免地产生飞溅的碎屑,其中那些微小碎屑势必会飞扬在空气中,如果工人在呼吸时从呼吸道吸入或者吞咽口水时进入消化道,那么体内无遮无拦的器官将会受到α(阿尔法)射线的直接照射,伤害将不可避免,所以要求操作车床的工人在完成作业以后必须通过3道消洗才能解除劳保,在离开车间前还需要再经过另一道清洗后才能更衣下班,以确保被沾染的风险降到最低。

▼下图为戴着橡胶手套捧着武器级浓缩铀合金的工人,它准备将这锭合金铀送到机加工车间使用车床按照图纸要求将其加工成型。

综上所述我们可以得出这样的结论:造原子弹时工人用车床去加工成型武器级浓缩铀合金时,只要按照要求整齐穿戴好劳保用品就能避免直接受到核辐射的伤害;丰度达到90%以上的浓缩铀235在衰变时只释放危害极小的α(阿尔法)射线,而α粒子的穿透力非常弱,α(阿尔法)射线可以轻易被屏蔽掉,因此即便徒手触摸武器级浓缩铀合金也不会对身体造成伤害。尽管武器级浓缩铀合金相对安全,但是为了确保万无一失,凡是有操作需求的工人都不得徒手触摸,因为谁也不敢保证手上没有伤口,那么是手掌某个部位被蹭破一点皮都会失去对α(阿尔法)射线的屏蔽作用,虽然这种短时间且小剂量的照射不会致命或者致病,但是被照射的受伤部位长期流脓不止也是一件让人非常头疼的事,心理素质稍差一点的人搞不好还会自己吓自己,弄得得连饭都吃不下,觉也睡不着。

▼下图为正在铸造武器级浓缩铀合金锭的铀浓缩厂工人。


兵器知识谱


铀235 钚239的半衰变周期都是十万年以上的,放射的都是阿尔法粒子,阿尔法粒子携带的能量比较低,连皮肤的表皮都穿不透,发生裂变后发射的是伽马射线,伽马射线可以穿透几十公分厚的钢板,裂变过程中也会生成一些半衰期极短的元素,这些元素会很快衰变并释放出很大的能量.


王哲137


关于原子弹的核辐射是怎么来的,实际上并不是原子弹在爆炸前所装载的高纯度铀的辐射,而是这些铀块在达到临界时,发生剧烈的链式反应时所释放的出的中子流和γ射线造成的高辐射强度,以及后续放射性落下灰造成的污染。

放射性落下灰是因为核武器在地表或水面爆炸后,大量的泥土或水会被火球的高温所汽化,并被带入放射性烟云中。当这些物质以及剩余的可裂变物质或与其他被中子撞击而活化的放射性污染物浓缩时,会发生反应且具有放射性。但短期危害主要是引发的关联反应所释放出的β射线的灼伤,长期危害是由于早期受到放射线所导致的细胞核损伤体现出的延迟效应。

但是了,铀块也不是完全没有辐射,它存在着一定的放射剂量,可是这些放射剂量很微小。而原子弹爆炸后所产生的铀,是铀-238。铀具有微放射性,其同位素都不稳定,并以铀-238(146个中子)和铀-235(143个中子)最为常见。在自然界中,铀主要以三种同位素的形式存在,铀-238,铀-235,和微量的铀-234,他们的衰变时间分别为44.7亿年,7.04亿年和2.45亿年。自然状态下的铀,主要是进行α衰变,放射出α粒子,从而变成较轻的元素,直至铀元素最后变成稳定的铅元素为止。虽然在自然状态下偶尔铀会进行自发的裂变,然后释放γ射线,可该种情况并不常见。

而原子弹的结构为引爆控制系统,高能炸药,反射层,含有核装料的核部件,中子源及弹壳这几部分。反射层是铀-238制成,但题目所说的铀球,应该指的是收聚式原子弹。收聚式原子弹和我们所熟知的枪式原子弹不同,该型原子弹将常规的烈性炸药制成一个大球状,然后将数个小于临界体积的核部件制成小球,最后装入常规烈性炸药的大球中。这种原子弹的好处是在起爆时,大球给予小球充分的压力,使其瞬间小于临界体积,引发链式反应,且炸药完全包裹核装药部件,使得核装药部件的利用率大大提高。

工人加工的高纯度铀是浓缩铀,浓缩铀目前最常用的提纯方法是气体离心法,但不论用什么过程加工,最后工人碰到的还是铀单质。我们高中物理应该都学过,在几种放射线中,α射线的穿透性是最弱的,一张纸即可阻挡α射线的穿透,而题目所给出的图中,戴着的橡胶手套,也可以起到防护。但我们不得不说铀单质还是有毒的,和铀元素的最终衰变产物铅类似,如果是在人体体外,对人造成的影响不大,即使没有带手套,人体的皮肤粘膜屏障也能够阻挡大部分的α射线,且人类的皮肤不会吸收铀。可铀单质一旦摄入体内,则缺少了皮肤粘膜屏障的阻挡,α射线就会直接对人体内脏细胞造成严重损害。如果说化学毒性,铀本身就是重金属,会导致蛋白质变性,这也是铀摄入体内后所造成严重伤害的一种途径。

如果是通过消化道途径进入到体内的铀,例如氧化铀这类不可溶物质进入后,大约有百分之0.5会被人体吸收,其余便会被排出体外。但是如果是可溶性较高的铀酰离子进入了体内,人体的吸收率则会大大增加,达到百分之5左右。不过食用铀元素这种途径多见于核爆炸后的地区,或者是铀矿矿区等,对于直接触碰加工铀块的工人来说,则是呼吸道途径。而铀顺着呼吸道进入肺后,铀会沉积于肺内,无法排出;进入血液后,铀会因其亲磷的特性而积累滞留在骨骼等组织内,并停留多年。而留在体内的铀会影响肾、脑、肝、心这些器官正常运作。但是,还是要强调,研究人员或者工人在加工铀块时使用手套即可避免铀的伤害,对于高浓度的铀单质,只须避免发生意外而摄入体内,就能保证研究人员和工人的安全。

还有一点是关于美国疾病有预防控制中心的报告,在报告中曾指出,天然铀及贫铀仍没有造成过人类癌症个案的例子,但是有充分证据证明铀及其衰变产物(特别是氡)对人体健康有极大的威胁。因此关于一直传播的美国陆军的A-10飞行员因贫铀弹从而患上睾丸癌等,也是谣言,且α射线的穿透力最差的物理特性,就直接能让这类谣言不攻自破。


雷姐的机械空间


提到杀伤性武器——原子弹,一朵遮天蔽日的蘑菇云一定会浮现在大家的脑海,还有响彻云霄的巨响和蒸发钢铁的高温。

1945年8月6日,美国空军飞行员保罗·提贝兹驾驶着一架B-29“超级空中堡垒”轰炸机在日本广岛上空投下了人类历史上第一枚用于战争的原子弹——代号“小男孩”。



“小男孩”采用枪式构型:

将一块低于临界质量的铀235射向三个同样低于临界质量的环形铀235,使得铀超过临界质量,引起核裂变反应,从而引发核爆。

“小男孩”装有64千克的铀235,但只有不到1千克的铀参与到核裂变反应中,而其中,只有约0.6克的物质按照爱因斯坦的质能方程转化为一万五千吨TNT当量的能量,直接完成6.6万人死于那次核爆。

让原子弹拥有如此巨大能量的,就是第92号元素——铀

铀是自然界中稳定存在的相对原子质量最大的元素,元素符号U。



▲铜铀矿石

1789年由德国化学家克拉普罗特从沥青铀矿中分离提取出来,散发着蓝色光芒,而恰巧在八年前的1781年,天文学家在太阳系中新发现之行星——天王星(Uranus),从地球看去,其就是一个蓝色的球体,十分耀眼。因此,克拉普罗特将其命名为(Uranium)。

几十年后,科学家发现,克拉普罗特发现的并不是单质铀,而是铀的一种氧化物——二氧化铀,单质铀为银白色,在空气中会被氧化成黑色。

1939年,德国物理学家哈恩和斯特拉奇曼发现了核裂变反应,原先经提取出具有治疗癌症效果的镭后产生的含铀矿物瞬间引起了科学家们的注意,身价倍增。


爱因斯坦等科学家发现,核裂变可以产生巨大能量,在那个特殊年代的催化下,各国争先发展铀的开采、提炼等工业,并迅速建立起较为完整的核工业体系,目的很简单:早日造出威力巨大的原子弹,取得战略先机。

铀广泛存在于地壳和海水中,大气降水中铀平均含量约为2.5×10ˇ-8 g/L,海洋水中铀平均含量为3.2×10ˇ-6 g/L,淡水湖中铀平均含量约1.03×10ˇ-6 g/L,咸水湖中铀平均含量约20×10ˇ-6 g/L,河水中铀平均含量约0.6×10ˇ-6 g/L,地下水中铀含量变化幅度最大,介于1×10ˇ-8~0.1ng/L之间。

地壳中铀的平均含量为每吨地壳物质中约含3~5g铀,但在各种岩石中的含量很不均匀,铀、钍主要富集于硅铝层(花岗岩层)。例如,花岗岩中的铀含量相对要高些,平均每吨含3.5g铀。

据科学家估计,在地壳中,铀的总含量在10ˇ14吨左右,海水中铀的总含量为10ˇ10吨左右,甚至高于汞、铋等金属的含量。

铀在自然界中有三种同位素存在——铀234、铀235、铀238。它们均具有放射性,但是半衰期很长,产生的放射性强度极小。其中,铀236的半衰期为7.1亿年,铀238的半衰期为44.7亿年,与钚215(0.0018秒)、铋212(1小时)、碘131(8天)、碳14(5730年)的半衰期比起来,可谓是日月漫长。

除了衰变慢,铀衰变产生的α粒子用一张薄纸片就可阻挡

核反应会产生三种粒子——α、β、γ粒子。

其中γ粒子的穿透能力最强,能穿过数厘米厚的铅,β粒子实质就是电子流,穿透能力仅次于γ粒子,但几厘米厚的铝板就可完全阻挡。


α粒子由两个质子和两个中子组成,的穿透能力最弱,仅能穿过一张薄纸片。

正是因为知道α粒子的穿透能力不强,科学家和铀球切削员才敢放心大胆的戴个手套、口罩用手速拿铀球,因为这样做几乎完全可以保证安全,只要不乱来。

临界质量:一“物”降一物

由上面可以知道,铀在自然界中有三种同位素,但只有铀235可以用于核裂变,产生能量,但在天然铀中,铀235的含量只有约0.71%,与铀238的99.28%相比,简直小巫见大巫,因此要想利用铀235,就要对铀进行提纯处理,以生产出不同用途的不同浓度的铀。

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,浓度大于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。



之所以只有铀235能发生核裂变反应,是因为铀235受到一个中子的轰击后,变成不稳定的铀236,自发裂变成141Ba和92Kr,并释放三个中子和能量。

这三个中子会去轰击其他的铀235,一而三,三而九……引发裂变反应,而铀238和铀234受到中子轰击后产生的新原子核比较稳定,不易发生裂变。

原子十分空旷,原子核只占了其中很小很小的一部分,所以铀235裂变释放出来的中子要想轰击到其他铀原子核并不是一件容易的事,是一个小概率事件。

但如果有铀原子核层层阻挡,这个很小的概率会叠加累积成一个较大的概率。因此,铀块的体积越大,质量越大,中子轰击到其他原子核的概率也就越大,从而引发链式反应。


在物理学中,专门针对放射性物质产生核裂变的质量规定了一个定义——临界质量。

临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。不同的可裂变材料,受核子的性质(如裂变横切面)、物理性质、物料型状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响,而会有不同的临界质量。影响临界质量的因素包括核素性质、纯度(一般称为富集度)。



理论上,球状纯铀的临界质量为52千克,这需要铀球的半径达到17cm才能引发链式反应。

而根据科学家的计算,一个用于可用于核电站发电的浓度为20%的铀球,其质量需要达到400千克,半径为34厘米才有可能引发链式反应,而浓度在5%以下的铀球发生核爆的可能性几乎为零。

显然,无论是军用还是民用,单个铀球的质量都不会达到临界质量,也不会有哪个国家或科学家敢生产这么大的铀球,这岂不是搬起石头砸自己的脚嘛!



因此,网球般大小的铀球可以被放于掌心。

总结

虽然核反应会产生辐射,但铀在正常情况下辐射剂量不大,而且辐射出来的α粒子的穿透能力不强,戴个手套就能挡住。



虽然α粒子的穿透能力不强,但它的电离能力很强,一旦被吸入体内,会对内脏、组织产生巨大伤害,破坏组织细胞,造成内脏损伤等。因此,车削铀球时要全副武装,以免α粒子电离对人体产生伤害。


写在最后

多年以来,人们一直担忧核电站的建设会威胁周围的居民和生态的安全,的确,从上世纪的切尔诺贝利核电站爆炸事故到2011年的日本福岛第一核电站泄露,已经给世人敲响了警钟。



随着科技的变革和操作流程的规范化,以我国“华龙一号”为代表的国际第三代核反应堆,在设计理念、能量利用率、安全性、经济性等方面均已达到较高水平,不需要对核电站的安全忧心忡忡。


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