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核裂变是物理变化还是化学变化(核聚变质量亏损到哪里去了)


铀是一种金属元素,它定义了20世纪上半叶。

从1896年放射性的发现和核武器的发展,到提供了解亚原子世界的窗口和为核电站提供电力。

科学、政治和艺术都受到了这种特殊化学元素的巨大影响。

铀是什么?

铀是天然存在的最重的元素之一。

在它的原子核中,有92个质子和数量不等的中子,介于140到146之间。

但这些组合中只有一些是自发发生的,最丰富的是铀-238(92个质子和146个中子)和铀-235(92个质子和146个中子)。

作为一种极端的自然元素,只有在极端事件中才能形成。

这被称为r过程,发生在某些超新星和中子星碰撞中。

从这些事件中,它蔓延到整个宇宙,并成为我们星球的一个重要组成部分,尽管它很罕见。

地球有内部热量的原因是铀的存在正在衰变。

这就是铀的关键特征:随着时间的推移,它会以氦原子的形式发出辐射,通常会变成钍。

几乎所有的铀同位素(具有不同数量的中子)都有很长的半衰期,即样品将其铀含量减半所需的时间。

铀-238的半衰期为45亿年。

谁发现了铀?

自罗马时代以来,铀就被用作陶瓷和玻璃的黄釉。

它在中世纪以沥青铀矿的形式复兴,至今仍被用作玻璃制造中的染料。

1789年,德国化学家马丁·海因里希·克拉普罗斯将硝酸和沥青铀矿混合,然后用氢氧化钠中和溶液。

这个反应产生了一种黄色物质,沉入底部。

当用木炭加热时,它会变成黑色粉末,卡普罗斯错误地认为这是纯铀,但它很可能是氧化物。

他以八年前由Willaim Herschel发现的天王星命名了这种新元素。

直到1841年才分离出第一个纯铀样本。

这一成就是由化学家欧仁-梅尔基奥·佩里戈特完成的。

铀是用来做什么的?

1896年亨利·贝克勒尔发现铀的用途不再是着色玻璃和釉料,而是铀的放射性性质。

40年后的1934年,恩里科·费米领导的一组意大利物理学家用中子轰击铀,发现铀发出电子和正电子。

奥托·哈恩和弗里茨·斯特拉斯曼的工作表明,铀可以分解成更轻的元素,丽丝·迈特纳和她的侄子奥托·罗伯特·弗里施解释并命名了核裂变过程。

这就是铀成为游戏规则改变者的原因,无论是好是坏。

一公斤铀-235如果通过完全裂变被引导,相当于燃烧150万公斤煤可以提取的化学能。

这种储存这种能量并以众所周知的方式释放它的能力使这种元素能够在核电站中使用。

同样,原子弹中也使用了铀突然爆炸释放的能量。

在核电站中,铀燃料棒的放射性发射会加热冷却剂,而冷却剂又被用来加热另一个容器中的水,并将其转化为蒸汽。

蒸汽推动与发电机相连的涡轮机,产生电力--关键是,不会产生温室气体排放。

浓缩铀和贫化铀。

在这两种情况下,通常发现的铀在许多反应堆中都不是理想的。

地球上开采的99.2%以上的铀是铀-238,其余的几乎都是铀-235。

后一种同位素非常善于产生核连锁反应,从而使稳定和持续的反应成为可能。

但你需要在你的燃料棒中有足够的燃料。

这被称为临界质量,浓缩铀的含量通常在3%到5%之间。

浓缩过程遗留下来的是贫化铀的产生,它的铀-235较少。

它被用作运输放射性材料、工业射线照相设备以及装甲电镀和穿甲弹等军事用途的集装箱。

它在战争中的广泛使用让许多人担心长期的健康影响。

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