铀同位素浓缩方法
同位素、放射性和放射性同位素
同位素、放射性和放射性同位素 同位素和放射性同位素 同位素：如果两个原子质子数目相同，但中子数目不同，则他们仍有相同的原子序，在周期表是同一位置的元素，所以两者就叫同位素。有放射性（物质自发放射射线的性质称为放射性）的同位素称为“放射性同位素”,没有放射性的则称为“放射性同位素”，并不是所有同位素都具有放射性。由于质子数相同，所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的（质子数=核电荷数=核外电子数），并具有相同电子层结构。因此，同位素的化学性质是相同的，但由于它们的中子数不同，这就造成了各原子质量会有所不同，涉及原子核的某些物理性质（如放射性等），也有所不同。一般来说，质子数为偶数的元素，可有较多的稳定同位素，而且通常不少于3个，而质子数为奇数的元素，一般只有一个稳定核素，其稳定同位素从不会多于两个，这是由核子的结合能所决定的。 放射性同位素是一个原子核不稳定的原子，每个原子也有很多同位素，每组同位素的原子序虽然是相同，但却有不同的原子量，如果这原子是有放射性的话，它会被称为物理放射性核种或放射性同位素。放射性同位素会进行放射性衰变，从而放射出伽玛射线，和次原子粒子。放射性同位素（radioisotope）是不稳定的，它会“变”。放射性同位
素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是所谓“核衰变”。放射性同位素在进行核衰变的时候，可放射出α射线、β射线、γ射线和电子俘获等，但是放射性同位素在进行核衰变的时候并不一定能同时放射出这几种射线。核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，也不受元素所处状态的影响，只和时间有关。放射性同位素衰变的快慢，通常用“半衰期”来表示。放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少。半衰期（half-life）即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一半时所需要的时间。以下列出各种放射性元素及其半衰期。 碘131，半衰期8天。 铯134，半衰期2年；铯137，半衰期30年。 钌103，半衰期39天；钌106，半衰期约1年。 锶90，半衰期30年。 钸239，半衰期24,100年。 铀234，半衰期24.7万年；铀235，半衰期710万年；铀238，半衰期45亿年。（铀拥有12种人工同位素(铀-226~铀-240)） 备注（备注部分为博主的理解，供参考）：
铀同位素分离
铀同位素分离 铀同位素分离的研究起始于第二次世界大战期间。1938年O.哈恩等人发现铀核裂变释放出大量能量，从此美国和德国为获得武器级浓缩铀都开展了分离铀同位素的研究工作。1942年美国建造了电磁分离、气体扩散和热扩散三个铀同位素分离工厂，并联合生产了战争期间所用的U235。现在分离铀同位素的方法主要有气体扩散法、气体离心法、喷嘴法、激光法、化学交换法、等离子体法等。具有工业价值的是气体扩散法和气体离心法，激光法的工业应用已经取得重大进展。本文将对以上提及的几种铀同位素分离方法的原理及优缺点进行简要介绍。 1. 电磁分离法 电磁同位素分离(EMIS)技术是20世纪40年代初在美国曼哈顿计划中开发出来的，目的是制造武器级高浓铀，但是不久以后被放弃。然而，它后来又重新出现，成为1992年发现的伊拉克秘密武器铀浓缩计划的主攻方向。该法是基于带电原子在磁场作圆周运动时，铀同位素质量不同的离子旋转半径不同而被分离的方法，与质谱仪原理相同。通过形成低能离子的强电流束，并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现铀同位素分离，由于轻同位素与重同位素圆周运动半径不同而被分离。但是该技术的能耗巨大，约为气体扩散技术的十倍。 2. 气体动力学分离法（喷嘴法） 喷嘴法的原理是六氟化铀与氢（或氦）的气体 混合物通过喷嘴吹向凹形壁，即让流动着的六氟化 铀混合气体受到高速直线或离心的加速度，使较重 的U238同位素比较轻的U235更靠近壁面，这样利用 曲面末端的“刮板”可将气体分成浓缩铀和贫化铀 的两股流，如右图所示 喷嘴法的单级分离系数介于气体扩散法和离心 法之间，比能耗和比投资与气体扩散法相当或略大。 1956年联邦德国用喷嘴法分离了六氟化铀，80年代 与巴西联合投资准备筹建示范工厂。南非研制的涡流管法也是一种气体动力学方法。由于气体动力学法的比能耗和比投资都很高，已经成功应用扩散法的国家一般都不再研制气体动力学方法。南非气体动力学分离厂也是由于耗电过大，在1995年关闭。 3. 等离子体分离法 该法是利用离子回旋共振原理，有选择性地激发铀同位素离子中等离子体U235的能量，当等离子体通过密式分隔的平行板收集器时，因U235离子具有大轨道而更多地沉积在平行板上，其余的等离子体贫化离子则积聚在收集器的端板上。实际拥有等离子体实验计划的只有美国和法国，1982年美国已放弃了这项开发计划，在1990年前后，法国虽停了有关项目，但仍将该项目用于稳定同位素分离。
系列铀同位素基准物质的研制
!第!"卷第"期原子能科学技术 #$%&!"!’$&"!" (()年"月*+$,-./012345.-10.160781.90$%$34 :1;&"(() 系列铀同位素基准物质的研制 朱海巧!刘峻岭!罗中艳!郝晓娟!梁!靓!刘权卫 "中国原子能科学研究院放射化学研究所!北京!<("!<= $摘要!利用高纯"=C M 和"=) M 研制系列铀同位素基准物质!其相对不确定度优于(&(C ]%采用以基准物 质重铬酸钾为滴定剂的自动电位滴定法对基准物质中的铀含量进行准确定值%所研制的铀同位素基准物质可用以对我国现有的"F 种铀同位素标准物质重新进行定值!从而使这些标准物质中铀同位素测量值的不确定度降低!并使其具有可溯源性%关键词!铀同位素#系列基准物质#自动电位滴定法 中图分类号!W F C "&>!!!文献标志码!*!!!文章编号!<(((E F >=<""(()$("E (< 天然铀的放射性类型是什么？近距离接触对人有危害吗？ 孙晓博，重度网瘾需电击，晚期懒癌无药医 射线的实际能量要小于表中对应的衰变能 此表中真正值得关注只有U-235 和U-238，所谓天然铀就是0.72% 左右的U-235 加上99.28% 左右的U-238。天然铀衰变对人体造成的放射性损伤完全可以忽略不计，这是因为： 1.天然铀中两种铀同位素半衰期都在十亿年左右（）的数量级，跟地球年龄差不多， 所以衰变极其缓慢，几乎可认为是稳定核素。 2.天然铀中两种铀同位素都是都是衰变，同等情况下三种射线粒子中粒子的穿透 能力最弱，的粒子在人体组织中的射程仅为几十到一百个微米，连表皮都不一定能穿透，再考虑人所穿衣物的屏蔽作用，这种能量的粒子在体外不可能对人体造成任何实质影响。所以在实际工作中都不会考虑射线的外照射（意思是可以随意进行近距离观察和零距离触摸，只是考虑到部分衰变核素有化学毒性以及要保持元件表面光洁，一般都还是要戴手套或者用镊子等工具夹取），只需避免内照射就行（意思是不要让放射源通过口鼻或体表伤口等进入体内）。 严格来说，U-235 和U-238 在衰变的过程中除了射线外还会放出射线，但实际工作中不必考虑其影响，个中缘由见补充说明 评估射线影响需要明确种类（射线穿透能力最弱）、能量（能量越低穿透能力越弱）、强度（衰变越快，单位时间内产生的射线粒子越多，射线就越剧烈） 评估辐射防护需要明确时间（接触时间越短越安全）、距离（距离越远越安全）、屏蔽（屏蔽材料质量厚度越大越安全） 核反应堆内放射性之所以高，是因为在堆内中子的参与下，铀核发生了包括裂变在内的核反应，这些核反应会产生大量高放射性的核素。在进入堆内接受中子辐照前，铀（包括高浓铀）本身衰变放射性对人体造成的影响完全可以忽略不计。 有图为证： 伊朗时任总统内贾德视察伊朗首枚首枚燃料棒装填作业。从图中可以看出完全不需要任何防护，左边小哥戴的手套以及右边大叔戴的口罩与其说是在保护他们自己，不如说是在保护燃料棒束，避免其沾染汗渍和唾液。 铀同位素分离-铀同位素分离 铀同位素分离-正文 由铀235含量较低的铀同位素混合物，获得铀235含量较高的铀同位素混合物的同位素分离技术。铀同位素分离在核燃料循环中占极重要的地位。铀 235含量大于天然含量的铀称为浓缩铀。浓缩铀可用作反应堆的燃料(含量在3％左右),还可用作核武器的装料（含量在90％以上）和舰艇的核动力燃料（含量在20％左右）。但是天然铀中主要含有铀238（含量为99.275％），而铀235的含量仅为 0.720％。因此必须通过铀同位素的分离来提高铀同位素混合物中铀235的含量。 铀同位素分离的研究起始于第二次世界大战期间。1938年O.哈恩等人发现铀核裂变释放出大量能量，从此美国和德国为获得武器级浓缩铀都开展了分离铀同位素的研究工作。1942年美国建造了电磁分离、气体扩散和热扩散三个铀同位素分离工厂，并联合生产了战争期间所用的铀 235。现在分离铀同位素的方法主要有气体扩散法、离心法、喷嘴法、激光法、化学交换法、等离子体法等。具有工业价值的是气体扩散法和离心法，激光法的工业应用已经取得重大进展。 同位素分离的效率用分离系数或浓缩系数来表示。设分离前后铀235的丰度分别为C F和C P,则分离系数α定义为 而浓缩系数ε则定义为ε＝α-1。同位素分离装置的能力用分离功率来量度。分离功率表示该装置单位时间所提供的分离功。分离功是一个分离装置对于它所处理的物质所做的“功”，具有质量的量纲，在数值上等于同位素混合物通过该装置所获得的价值增量，可表示为： ΔU＝PV(C P)+W V(C W)-FV(C F) 式中P、W、F分别为精料、贫料、供料中的铀质量；C P、C W、C F和V(C P)、V(C W)、V(C F)分别为所需同位素的丰度及价值函数。 气体扩散法使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子(238UF6)的大。这样,通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。 对于六氟化铀气体，气体扩散法的理想单级浓缩系数为4.29×10-3。在实际扩散机中,浓缩系数远不能达到理想值，70年代末80年代初，最高水平可达2×10-3。由于气体扩散法的一次分离系数很小，在生产中需要把很多级按一定方式连接成级联。简单串 联级联见图1 ，通过膜后的气体（精料）送入前一级，未通过膜的气体（贫料）送入后一级,铀235逐级加浓。级联还有并联、搭接等多种形式。要得到90％丰度的铀235同位素,就需要3000～4000个扩散机组成的长达几千米的级联装置。 第二次世界大战结束后，美国的实践证明，气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法，是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战，是比较各种方法的基本点。美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上，比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量惊人，成本很高。 离心法利用在离心力的作用下，分子质量不同的流体的压强分布不同的原理分离同位素的方法。在巨大的离心力场作用下，输入离心机的六氟化铀气体中的轻分子235UF6在离心机转子中央部分加浓, 而重分子238UF6更多地趋于筒壁，造成铀同位素在径向的部分分离。 离心法的分离系数取决于两种同位素分子的质量差，而与同位素分子本身质量无关。这就使得分离重同位素并不比分离轻同位素困难，有利于铀同位素分离。另外，分离系数随着离心机转筒线速度的增加而迅速增加。实用工业离心机是高速逆流离心机(图天然铀并不可怕
铀同位素分离-铀同位素分离