浓缩铀_为什么要浓缩天然铀?

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铀在天然含铀矿中主要有三种同位素,其中主要是铀-238,占99.27%(原子百分比,下同)。但真正易于发生核裂变的是铀-235,在自然界中,铀-235在天然铀中的总含量仅占0.7%。还有铀-234,含量更少只占0.0057%。

入射的中子轰击天然铀中的铀-235后产生的中子被周围的物质吸收或泄漏后,系统中被U-238吸收的可能性极小,且不会释放出新的中子。因为U-235含量少,而U-235裂变中子又击中U-235产生裂变的概率就非常小,因此不能引起新一代裂变,链式反应就无法维持。因此,天然铀直接用来做核燃料铀-235浓度太低,所以人们要将天然铀中的铀-235进行浓缩,以达到核能利用的标准。

轻水堆核电站所需要的铀-235丰度大约在3%~5%,核武器所需要的铀-235丰度要达到90%以上。丰度这个概念是指某一同位素在这个元素的比例。铀-235的丰度为3%就是指每100个铀原子核中有3个原子核是铀-235。按照铀浓度的不同,国际原子能机构将铀分为微浓缩(0.9%~2%)、低浓缩铀(2%~20%)和高浓缩铀(20%以上)。在高浓缩铀中,铀-235丰度超过85%的被称为武器级浓缩铀,可以直接用于制造核武器。

重水堆是可以直接用天然铀作为燃料的。重水像轻水一样能将快中子慢化成能以高概率与铀-235发生裂变的热中子,并且慢化效果更好,同时对中子的吸收比轻水少很多,所以中子的“经济性”更好,有比轻水堆更多的中子与铀-235发生裂变,从而可以使用低浓度铀-235的天然铀作为燃料。

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