-235（23?U）是鈾的一種同位素，原子序數92，中子數143，相對質量235.0439299，約占天然鈾的0.72%，半衰期為7.00×10?年。鈾-235可以發(fā)生裂變鏈式反應，可進行自然衰變，是自然界中唯一作為原始核素存在的裂變同位素。鈾-235可用于核反應堆、核發(fā)電、原子彈、氫彈等，其放射性對人體有危害。除23?U外，還存在23?U、23?U兩種鈾的天然同位素。
發(fā)現歷史
1896年，法國物理學家安東尼·貝克勒爾（Antoine Henri Becquerel，1852~1908）發(fā)現鈾有放射性，鈾是第一個被發(fā)現具有放射性的元素。1935年，加拿大裔美國物理學家亞瑟·登普斯特（Arthur Jeffrey Dempster）發(fā)現23?U。1942年，意大利裔美國科學家恩里克·費米（Enrico Fermi，1901~1954）在美國芝加哥大學成功進行了世界上首次自持核鏈式反應。
自然衰變及放射性
自然衰變
鈾（原子序數為92）是最容易發(fā)生自然放射性衰變的元素之一。
自然界存在3個天然放射性系列，即鈾（U）系、（Th）系和（AcU）系。錒放射性系列以23?U為起始元素，經過衰變形成一個新元素稱為衰變子體，但這個元素仍不穩(wěn)定，將繼續(xù)衰變下去，直至形成最終穩(wěn)定元素2o?Pb。其中的一條衰變鏈可以表示為：
核裂變
鈾-235是自然界中天然存在的易裂變核。鈾-235原子核吸收一個中子后中子的動能和結合能變?yōu)閺秃虾说募ぐl(fā)能，引起復合核的振動和變形。當變形達到極限狀態(tài)時，復合核就分裂為兩個中等質量的獨立的原子核，同時釋放出大量能量和2~3個快中子，在適當條件下，這些中子會被其他鈾核吸收，再引發(fā)裂變，就像鏈條一樣環(huán)環(huán)相扣，一代代地傳下去，形成自持的鏈式反應，這就是鏈式裂變反應。
鈾-235的熱中子裂變方式在40種以上，生成的初級裂變產物（裂變碎片）可達80種以上。由于裂變碎片含中子偏多，其中子/質子（N/Z）遠超過穩(wěn)定范圍，所以它們幾乎全部具有β放射性，一般分析認為每一碎片要經過4~5級β衰變后，才能形成穩(wěn)定核素。
兩種可能的裂變方式舉例如下：
濃縮鈾的分類
濃縮鈾是經過技術過程以增加同位素鈾-235比例的鈾。按照鈾濃度的不同，國際原子能機構將鈾分為微濃縮（0.9%~2%）、低濃縮鈾（2%~20%）和高濃縮鈾（20%以上）。在高濃縮鈾中，鈾-235豐度超過85%的被稱為武器級濃縮鈾，可以直接用于制造核武器。獲得1公斤武器級鈾-235需要200噸鈾礦石。輕水堆核電站所需要的鈾-235豐度大約在3%~5%，核武器所需要的鈾-235豐度要達到90%以上。
同位素分離方法
鈾同位素分離主要是指通過分離濃縮等手段進行鈾-235與鈾-238的分離，增加鈾礦中鈾-235的含量。根據同位素質量不同，運動速率不同，可使用氣體擴散法、離心法進行分離；根據同位素激發(fā)波長不同，可以使用激光法進行分離。現代工業(yè)上采用的濃縮方法是氣體擴散法和離心分離法。濃縮處理是以六氟化鈾形式進行的。此外，噴嘴法、電磁分離法、化學分離法等。
氣體擴散法
氣體擴散法的原理基于氣體擴散定律：在分子間的相互碰撞忽略不計的情況下，氣體的平均熱運動速率與其質量二次方根成反比。使待分離的放射性混合物氣體23?UF?和23?UF?流入裝有擴散膜的裝置，速率大的輕分子23?UF?通過的幾率比速率小的重分子23?UF?更大。氣體通過擴散膜后，23?UF?的含量逐漸提高，從而達到23?UF?和23?UF?分離富集的目的。
激光法
激光法分離鈾同位素是采用合適的激光，使需要的同位素23?U原子或分子UF?激發(fā)為激發(fā)態(tài)，利用激發(fā)態(tài)的同位素原子或分子與非激發(fā)態(tài)的同位素原子或分子性質的不同，采用適當的方法進行分離。
鈾同位素可通過“原子激光法”和“分子激光法”進行分離。原子激光法是將鈾金屬蒸發(fā)，然后用特定的波長的激光束將23?U原子激發(fā)到特定的激發(fā)態(tài)或電離態(tài)，而不激發(fā)或電離23?U原子。然后利用電場掃描通向收集板的23?U原子。分子激光法也是利用鈾同位素吸收光譜的差異，并先用紅外線激光照射六氟化鈾氣體分子。23?U原子吸收這種光譜，從而提高原子能態(tài)。然后再用紫外線激光器分解這些分子，并分離出23?U。
氣體離心分離法
氣體分離法的原理是離心沉降，六化鈾氣體經壓縮后通過一系列高速旋轉的離心機圓筒，鈾-238重分子氣體比鈾-235輕分子氣體更易在圓筒近壁處得到富集。在近軸處富集的氣體被導出，并送到另一臺離心機再分離，隨著鈾同位素氣體穿過一系列離心機，鈾-235分子被逐漸富集。
化學分離法
同位素離子由于質量不同，會以不同的速率穿過化學膜。有兩種方法：溶劑萃取法和離子交換法。
應用
原子彈
鈾-235是原子彈的原料之一，鈾-235原子核進行裂變鏈式反應釋放出的巨大能量可以用來制造的原子彈，原子彈也被稱為裂變武器。除鈾-235外，鈾-233或钚-239也可作為原子彈的原料。原子彈按照結構原理的不同，可劃分為壓攏型（也稱“槍型”）和內爆式核武器（也稱“內爆型”）。
氫彈
氫彈需要小型原子彈做引爆裝置。原子彈引爆后釋放出中子流并形成超高溫、超高壓環(huán)境，中子流與熱核材料作用使和原子核結合成氦原子核，并釋放出巨大能量和新的中子，繼而又產生新的聚變反應，如此連續(xù)發(fā)展下去，直至產生熱核爆炸。由于熱核材料不受臨界質量限制，氫彈可以制成比原子彈威力大得多的核彈。
核能發(fā)電
鈾核裂變反應堆是核電站的核心部分，是一個能維持和控制的核裂變鏈式反應。利用裂變產生的大量中子可以生產軍用和民用同位素或開展科學研究應用，同時可以作為熱源進行供熱、發(fā)電以及提供動力。
放射性測年
最古老的輻射測年方法之一是鈾鉛測年法。地殼的年齡可以從地質標本中發(fā)現的鈾-235和鉛-207鈾-238和鉛-206的數量之間的比率來估計。
鈾鉛測年法的原理是：23?U和23?U經過衰變，最終會產生2o?Pb和2o?Pb，只需要測定礦物中由23?U衰變產生的2o?Pb含量以及現存23?U就可以計算出衰變時間t。
在實際測量中，常選用鋯石進行測量。由于鋯晶體結構的原因，在結晶過程中鈾很容易進入晶體而鉛被排斥，導致晶體中幾乎不含鉛，測出來的鉛全部由鈾衰變產生。此外，同時測試2o?Pb/23?U年齡和2o?Pb/23?U年齡，可以使鈾鉛測年的精度在0.1%~1%范圍內。
安全事宜
放射性核素的來源
(1)核燃料生產過程。主要包括鈾礦開采、冶煉和燃料元件加工等。鈾礦開采和冶煉過程產生的廢物主要有廢礦石、廢礦、放射性廢物渣、尾礦等固體廢物，礦坑水、濕法作業(yè)中產生的工藝廢水等液體廢物，以及氣和釙[pō]的放射性氣溶膠、粉塵等組成的氣體廢物。
(2)反應堆運行過程。反應堆中生成的大量裂變產物，一般情況下保留在燃料元件包殼內，當發(fā)生元件包殼破損事故時，會有少量裂變產物泄漏到冷卻循環(huán)水中。
(3)核燃料后處理過程。大量裂變產物是核燃料后處理過程的主要廢物。在燃料元件切割和溶解時有部分氣體裂變產物(氪-85、碘-129 等)從燃料元件中釋放出來，進入廢氣系統。99%以上的裂變產物都留在燃料溶解液里。
(4)其他來源。核工業(yè)部門退役的核設施，核彈生產和試驗以及其他使用放射性物質的部門如醫(yī)院、學校、科研單位、工廠等產生的各種廢物。這些廢物種類不少，形式多樣。
危險性概述
緊急情況概述：吞咽致命。吸入致命。長期或反復接觸可能對器官造成傷害。可能對水生生物造成長期持續(xù)有害影響。
GHS危險性類別：
急性經口毒性 類別 2
急性吸入毒性 類別 2
特異性靶器官毒性 反復接觸 類別 2
危害水生環(huán)境 ——長期危險 類別 4
放射性物質進入人體的途徑
放射性物質進入人體的途徑主要有三種：呼吸道吸入、消化道食入和皮膚或黏膜侵入。
(1)呼吸道吸入
從呼吸道吸入的放射性物質的吸收程度與其氣態(tài)物質的性質和狀態(tài)有關。難溶性氣溶膠吸收較慢，可溶性較快；氣溶膠粒徑越大，在肺部的沉積越少。氣溶膠被肺泡膜吸收后，可直接進入血液流向全身。
(2)消化道食入
消化道食入是放射性物質進入人體的重要途徑。放射性物質既能被人體直接攝入，也能通過生物體，經食物鏈途徑進入體內。
(3)皮膚或黏膜侵入
皮膚對放射性物質的吸收能力波動范圍較大，一般在 1%~1.2%左右，經由皮膚侵人的放射性污染物，能隨血液直接輸送到全身。由傷口進入的放射性物質吸收率較高。放射性物質無論以哪種途徑進入人體后，都會選擇性地定位在某個或某幾個器官或組織內。
放射性物質對人體的影響
X 射線或 γ 射線作用于物質時，通過光電效應康普頓散射及電子對產生等三種主要過程損失能量，生物體內的原子和分子接受能量發(fā)生電離或激發(fā);這些原子和分子變得很不穩(wěn)定，極易發(fā)生反應形成自由基。自由基迅速擴散，并與關鍵的生物分子相作用，形成分子損傷。
參考資料 >
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