鈾-235

核材料铀—235是原子弹的核心材料

鈾235(U-235)是鈾的三種同位素之一，當中只有鈾235能夠發生核裂變，引發連鎖核裂變反應，可用作核電及核彈。

這是自然界至今唯一能夠裂變的同位素，1935年由加拿大科學家鄧史達(Arthur Jeffrey Dempster)發現。

根據國際原子能機構的定義，濃度為3％的鈾235為核電站發電用低濃縮鈾，若於80%稱作高濃縮鈾，大約90%則叫作為武器級高濃縮鈾。

在自然界天然铀中主要包含两种铀的同位素，即铀—238和铀—235，其中可裂变的铀—235只占天然铀的0．714％，其他基本上为不可裂变的铀—238。

可见要实现这一要求，从天然矿石中含量为0．714％提炼浓缩铀到最后，铀—235含量为90％以上，是极为艰巨的技术接力工程。

鈾是自然界的稀有化學元素，具有放射性。鈾主要含三種同位素，即鈾-238、鈾235和鈾-234，但只有鈾235是可裂變核元素。當最少一個中子攻擊鈾235時，連鎖核裂變將會產生。鈾235需要到達臨界質量，連鎖核裂變才會持續下去。

早在1934年，意大利物理學家費米（Fermi）以中子撞擊鈾元素，首次發現核分裂反應。幾經研究，科學家最初發現天然鈾含有鈾238及鈾235兩種同位素，只有後者受中子撞擊後，會發生分裂反應。

在過程中，一個中子撞擊鈾235原子核後，內部因吸收中子的能量，開始作劇烈的啞鈴狀震盪，結構終因震盪過劇而瓦解，產生出兩個質量較小的原子核及放出2到3個新的中子，這些中子又會撞擊附近的鈾235原子核，繼續發生分裂反應，此即所謂「連鎖反應」。

在這反應後，其產生的原子核及中子，總質量較未有反應前為低，損失質量會轉化成能量；按照相對論，質量變成能量時，其轉換關係為「能量=質量×光速的平方」（E=mc²），極小的質量即可變成極大的能量。1945年美軍投下的廣島原子彈，總重量為440公斤，鈾235含量為45公斤，當中只有1公斤鈾235發生核分裂，反應中又只有1克的質量(約如一小塊巧克力重)轉化成能量，但其威力已相當於16萬公噸黃色炸藥發生爆炸，摧毀整個城市。

一、９２号元素，铀
铀是９２号元素，化学符U，原子质量238，具有放射性。1789年，由德国化学家克拉普罗特发现，就用1781年新发现的天王星命名它为Uranium。
铀是一种带有银白色光泽的金属，比铜稍软，具有很好的延展性，很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。铀的比重很大，与黄金差不多，每立方厘米约重19克。
铀的化学性质很活泼，块状的金属铀暴露在空气中时，表面被氧化层覆盖而失去光泽。粉末状铀于室温下，在空气中，甚至在水中就会自燃。美国M1A1主战坦克用的“贫铀弹穿甲弹”，就是利用的铀极重而又易燃这两种性质。
自然界不存在游离的金属铀，它总是以化合状态存在着。但铀其实并不神秘，在自然界的分布还相当广泛，地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5，这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。例如在花岗岩中，平均每吨含3.5克铀。

二、铀矿的工业开采和冶炼
具有工业开采价值的铀矿主要是沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、品质铀矿(二氧化铀)、铀石和铀黑等。铀矿物多呈黄色、绿色或黄绿色。有些铀矿物在紫外线下能发出强烈的荧光，正是铀矿物(铀化合物)这种发荧光的特性，才导致了放射性现象的发现。
铀矿的开采与其它金属矿床的开采并无多大的区别。但由于铀矿石的品位一般很低(约千分之一)，，所以铀的冶炼不象普通金属那样简单。
首先要采用传统的“水冶工艺”（大概是淘金子法），把矿石加工成含铀60～70％的化学浓缩物（重铀酸铵)，呈黄色，俗称黄饼子。
再用硝酸将重铀酸铵溶解，得到硝酸铀酰溶液。再用溶剂萃取法纯化(一般用磷酸三丁酯作萃取剂)，以达到所要求的纯度标准。纯化后的硝酸铀酰溶液需经加热脱硝，转变成三氧化铀，再还原成二氧化铀。
二氧化铀是一种棕黑色粉末，很纯的二氧化铀本身就可以用作反应堆的核燃料。为制取金属铀，需要先将二氧化铀与无水氟化氢反应，得到四氟化铀；最后用金属钙(或镁)还原四氟化铀，即得到纯金属铀。但是对于铀处理工艺来说，这还只是一半，因为这里的纯金属铀是针对铀238而言的。

三、铀235的提纯
１、好事多磨的铀235
自然界的铀有3种同位素共生，其中铀238占99%，从物理化学角度，铀238本应该是主角。而用于核电站和原子弹的铀235含量只有约0．7％，即使你开采、冶炼出一吨纯铀，也只能获得７千克铀235，还不够造半颗原子弹的。
一般铀235纯度为３％的为核电站用低浓缩铀，铀235纯度大于８０％的为高浓缩铀，其中铀235纯度大于９０％的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。

２、＂气体离心法＂提纯铀235
由于铀235和铀238的化学性质相似，无法通过化学方法提纯。只能利用铀235原子约比铀238原子少３个中子，轻1.3％的特性，用物理方法分离，非常地困难。
一般是将冶炼而得的纯天然铀再变成气态化合物，通过每秒2万转以上的高速离心机，将铀235分离出来，浓度可达95％以上。因此，禁止离心机的制造在限制核武器扩散中起着关键性作用。
占总量99％的铀238在被提取铀235后、称为＂贫铀＂（Depleted Uranium）。但＂贫铀＂并不贫，它还有比制造“贫铀弹穿甲弹”强百倍的用途，下章再讲。

３、＂气体扩散法＂提纯铀235
更纯的铀235则通过＂气体扩散法＂获得，因为铀235比铀238轻一点，所以它的气态化合物跑得快一些。六氟化铀是目前唯一合适的一种铀气体化合物。
当六氟化铀气体在加压下被迫通过多孔隔膜时，含有铀235的分子通过多孔隔膜稍快一点，所以每通过一个多孔隔膜，铀235的含量就会稍增加一点，但是增加的程度是十分微小的。因此，要获得几乎纯的铀235，就需要让六氟化铀气体数千次地通过多孔隔膜。最后通过化学还原反应，就获得了纯的铀235。

四、结束语
不管过程再复杂、再耗费财力、再耗费能量、再遗留放射性核废料，只要聚沙成丘，一个核国家就诞生了。对于目前世界上的大部分中等规模、中等发达水平的国家，这些都不是难事。
关键是看一个国家决策者们，根据自己所处的国际环境和地位，是否愿意耗费巨大的人力物力、冒国际制裁、甚至强国直接干涉的风险，去发展核武器。刚会水的易出事，新上路的爱撞车，核子武器虽强，但也容易引火烧身。