现代核反应要先将铀浓缩,那17亿年前的加蓬核反应堆是怎么实现的?
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发布时间：2022-08-22 09:57
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时间：2024-07-15 00:15
铀在自然界中以三种同位素的形式存在，最常见的是URANIUM-238，占地球上所有铀的99％。铀235约占0.72％，非常少量，约占铀234的0.006％。铀的所有三个同位素都是不稳定的且具有高放射性，但是只有铀238和铀235才能发生核裂变。在这两者之间，铀238更稳定，铀235更易裂变，使其成为核反应堆中最常用的燃料。这三种铀同位素均匀分布在地壳中，因此，今天开采的任何铀矿石都含有0.72％的铀235。但是，该浓度太低而不能引起核裂变。首先需要通过一个复杂的过程来浓缩铀，该过程涉及离心机和气体扩散，因此铀的浓度至少要达到3％。典型的核反应堆需要3-5％的铀235，而核弹则需要90％。
自从地球形成以来，矿石中铀235与铀238的比例一直在变化，因为铀具有放射性，并会随时间分解成其他元素。铀238的半衰期为45亿年，这比铀235的7亿年半衰期要慢得多，因此铀235中的浓度要高得多。因为我们知道URANIUM-235的半衰期，所以我们可以轻松地估算出不同地质时期有多少半衰期。例如，铀235的数量是140万年前的两倍，是今天的1.3％，是2.3％的四倍。
随着时间的推移，铀238的含量会增加，尽管很缓慢，所以百分比不会增加一倍。铀235的浓度在20亿年前接近4％，在太阳系形成时为17％。在1950年代，科学家们假设在一百万或三年前，地壳中存在大量铀235，如果条件合适的话，其中某些铀必须是自然可裂变的。 1956年，日裔美国物理学家黑田东彦（Paul Haruhiko Kuroda）提出理论，认为核裂变可以自发发展并在这种条件下持续存在。
黑田东彦（Haruhiko Kuroda）建议，为了使核裂变自然开始，该场所必须具有高铀含量，并且矿石的厚度必须大于裂变引起的中子位移的平均长度，约为三分之二米。还必须有一个减速器，可以减慢铀裂变产生的中子的速度。最后，绝不能存在大量吸收中子的元素，例如银或硼，这会抑制自持核反应。
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