鈾235是鈾(Uranium)元素里中子數(shù)為143的放射性同位素,是自然界至今唯一能夠裂變的同位素,主要用做核反應(yīng)中的核燃料,也是制造核武器的主要原料之一。鈾是原子序數(shù)為92的元素,其元素符號(hào)是U,是自然界中能夠找到的最重元素。在自然界鈾有三種同位素存在(鈾234、鈾235和鈾238),均帶有放射性。鈾235在天然鈾中的含量為0.711%,其半衰期為7.00×108年,1935年由加拿大科學(xué)家鄧史達(dá)(Arthur Jeffrey Dempster)發(fā)現(xiàn)。
鈾235半衰期鈾235的半衰期為7億年,也就是每過七億年含量減少一半。
人們知道,鈾-235是制造核武器的主要材料之一。但在天然礦石中鈾的3種同位素共生,其中鈾-235的含量非常低,只有約0.7%。只有把其他同位素分離出去,不斷提高鈾235的濃度,它才能用于制造核武器。這一加工過程稱為鈾濃縮。
鈾235國際定義
根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)的定義,豐度為3%的鈾-235為核電站發(fā)電用低濃縮鈾,濃度大于80%的鈾為高濃縮鈾,其中豐度大于90%的稱為武器級(jí)高濃縮鈾,主要用于制造核武器。獲得1公斤武器級(jí)鈾-235需要200噸鈾礦石。
國際上通用的鈾濃縮方法有離心法、氣體擴(kuò)散法和激光法,而氣體離心分離機(jī)則是提煉濃縮鈾通常采用的氣體離心法的關(guān)鍵設(shè)備。它是一個(gè)龐大的系統(tǒng),通過每分鐘2萬轉(zhuǎn)以上的高速離心機(jī),其他同位素可從天然鈾礦石中分離出去,剩余的鈾235的濃度可達(dá)到95%以上。美國當(dāng)年在日本廣島投放的原子彈是通過勞倫斯法分離制成的。
禁止離心機(jī)的制造在限制核武器中起著決定性作用。由于低純度鈾-235不能制成武器,因此國際社會(huì)對其的交易并沒有嚴(yán)格的限制,但有了離心機(jī)之后,就能將低純度鈾-235轉(zhuǎn)變成武器級(jí)濃縮鈾。
如果將獲得濃縮鈾比作“煉金術(shù)”的話,那么低純度鈾235就是些普通金礦石,而離心機(jī)則成為點(diǎn)石成金的“魔棒”,能夠用它獲得濃縮鈾,進(jìn)而從事核武器的研發(fā)。離心機(jī)是如此重要,以至于一些國家將是否擁有離心機(jī)作為判斷是否進(jìn)行核武器研究的標(biāo)準(zhǔn)。因此不難理解,伊朗核問題各方為何圍繞離心機(jī)的制造再度出現(xiàn)爭執(zhí)。
原子彈
鈾-235是原子彈的主要裝藥。要獲得高加濃度的鈾-235并不是一件輕而易舉的事,這是因?yàn)?,天然?235的含量很小,大約140個(gè)鈾原子中只含有1個(gè)鈾-235原子,而其余139個(gè)都是鈾-238原子;尤其是鈾-235和鈾-238是同一種元素的同位素,它們的化學(xué)性質(zhì)幾乎沒有差別,而且它們之間的相對質(zhì)量差也很小。因此,用普通的化學(xué)方法無法將它們分離;采用分離氫元素同位素的方法也無濟(jì)于事。