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: ![](http://img1.mydrivers.com/img/20151219/a32d566b8d1b43348298468d3bf3ce0b.jpg)
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。
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。
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。
高浓缩铀中铀238和铀235的比例
上图代表高浓缩铀,红色部分的铀235占比90%左右,主要用于核武器。 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氟化铀。
六氟化铀分子结构
六氟化铀中的“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。制成六氟化铀后,接着把六氟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,如果一个六氟化铀气体分子中的“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。
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。
离心机分离法
![](http://img1.mydrivers.com/img/20151219/a642b00df8ab481a8141af1c324756c3.jpg)
布满离心机的浓缩铀工厂(美国能源部)
离心机分离法示意图,深蓝色的颗粒代表含有铀-238的六氟化铀,浅蓝色的代表铀-235。 把六氟化铀放入离心机中,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的六氟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的六氟化铀。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。
运送中的气体离心机(美国能源部)
嗨,这真是,就算是提炼黄金,自古以来,人类也从没有这么大费周折过呀。 可是有什么办法呢,人类可以不佩戴金戒指、金项链,但一秒钟也离不开电! |