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核“姿势”250---矿石家族中的玫瑰花 - 铀矿--之二

关键词:辐射检测仪_便携式辐射检测仪_辐射报警仪_表面污染仪_环境级辐射仪_多功能辐射仪_测氡仪_辐射剂量仪 网址:www.radonbj.com 日期:2020/10/21 22:17:23

这是核电站里面使用的核燃料,它是由上图中黄饼继续提纯后得来的,戴着一副手套后,你依然可以用手捧着它们。

在铀矿中,铀的含量其实是很低的,来自兰州大学核科学与技术学院院长,吴王锁教授,他在一次公开课中告诉我们,铀的含量低到一吨矿石里面提不出一千克的铀,也就是含量不到0.1%,而含量如果高于0.05%基本上就可以开采了,这跟沙里淘金有何区别?没有区别。

而把铀矿提纯后都可以用手拿着,所以您可以想象一块铀矿石的放射水平。

说到这里,估计会有人这样想:既然这样,那开采铀矿时,是不是就不必采取什么防护措施了?

不对,恰恰相反,铀矿开采时有重重的保护措施。这又是为什么呢?

很简单,铀矿埋藏在地底下,虽然铀的半衰期以亿年计,但是整个铀矿中铀的量很大,更重要的是,铀矿埋在地下,它是密封起来的,长年累月,就聚集了很多放射性,但是注意,这种放射性不是铀238和铀235直接带来的,而是铀衰变后,变成氡,主要是由氡带来的。氡的半衰期只有3.8235天,跟铀的半衰期相比,它实在是太短了,铀矿中聚集了大量的氡,这就很危险了,所以需要采取防护措施。

总之一句话就是,一块铀矿石的辐射并没有那么可怕,当然,你要是把它常年累月放在你的枕头边,那是不行的。


我国的铀矿

我们国家并不是一个富铀的国家,量少不说,品位也不是很高。根据世界核协会2013年的统计数据,世界上已知各国可开采的铀如下表:

图 13 世界各国可开采铀矿比例

 

我们国家的铀资源占世界可开采铀资源的4%左右。虽然这两年也在发现一些铀矿,但数据上下浮动不大。

它比沙里淘金难多了

核电站中使用的核燃料是铀235,不是铀238。但是,在天然铀中(注意,天然铀不是铀矿石,它是从含铀很少的铀矿石中提炼出来的),铀235的含量只有0.72%,铀238的含量大于99.2%,而铀的精炼就是要把铀235的浓度提高。 

 

图 14 天然铀中铀238和铀235的比例


上图代表天然铀,蓝色部分表示铀238的比例,红色部分代表铀235。

 

 图 15 低浓缩铀中铀238和铀235的比例


 

上图代表低浓缩铀,红色部分的铀235占比3%到4%,低浓缩铀主要用于核电站.

天然铀中几乎全是铀238,要想把铀235的浓度提高,这实在是太难了,因为它们属于同一种元素,而质量却只相差3个中子,它们的化学性质几乎都是一样的!

 

怎么分离?

在过去,技术不是很先进的时候,主要采取气体扩散法。其原理是先把天然铀制成六**化铀。

 

 图 16 六**化铀分子结构

 

六**化铀中的“铀”,既可能是铀238,也可能是铀235,但我们现在已经清楚,99%的可能是铀238。制成六**化铀后,接着把六**化铀加热使它变成气体,然后在这些气体中把铀235分离出来,怎么做呢?是这样的,如果一个六**化铀气体分子中的“铀”是铀235的话,那么这个气体分子要轻一些——轻3个中子,所以气体运动的时候,它会走得更快一些,就好像是面粉和铁粉混合在一起,你吹一下,面粉肯定走在前面;还有,如果你同时在屋子里分别滴一滴醋和香水,因为香水分子要轻,所以其扩散得快,因此我们将最先闻到香水味。

当然,这只是类比而已,实际上,分离铀235的难度要大得多,因为它只轻了3个中子而已。正如此,使用气体扩散法分离铀235效率很低,耗能巨大,厂房也很壮观。

图 17 美国早年在橡树岭的气体扩散工厂

 

除了气体扩散法,还有离心机分离法,它的原理跟气体扩散法一样,依然还是根据铀238比铀235重那么一点儿来进行的。

 

 

图 18 离心机分离法

 


离心机分离法示意图,深蓝色的颗粒代表含有铀-238的六**化铀,浅蓝色的代表铀-235。

把六**化铀放入离心机中,在每分钟高达4万至6万转中,铀235因为较铀238轻,含有铀235的六**化铀处在离心机的转轴附近,而离转轴稍微远一些的则是含有铀238的六**化铀。离心机分离法需要的电力只有气体扩散法的十分之一左右,效率也要高得多。


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