燃料铀从大自然中提取为什么用完不能再释放到大自然中?


在某问答平台上,有一位童鞋提了这样一个问题:燃料铀从大自然中提取为什么用完不能再释放到大自然中?

这是因为……铀用完后就不是当初那个铀了,自然不能排放到大自然中去。

 

首先我们得认识一下,为什么天然存在的铀没有对环境造成明显污染。

虽然地球上到目前为止使用的铀都是从地下挖出来的,但是你们知道铀矿中铀的含量有多低么?作为一种放射性物质,铀元素会随着时间的推移而衰变减少,在地壳中的含量只有 2/1,000,000(一百万分之二),就算是天然含铀量最高的铀矿石中,含量也不足 0.1%,一吨矿石中提取不出 1 公斤的铀,矿石的主要重量都是来自其它元素,铜、砷、钡、钼、钙和氧等等,而一般的铁矿石,比如我国从澳大利亚进口的含铁量至少要在 65%以上。

 

而这 1 吨提炼出来的 1 公斤铀可以直接用吗?不能,要知道世界上还存在着一种名为“同位素”的东西,拥有相同数量质子但不同数量中子的元素,它们虽被认为是同一种元素,但理化性质却不相同。铀有三种同位素,铀 -234、铀 -235 和铀 -238,自然界中大量存在的主要是后两种,它俩在放射性元素中算是非常怠惰的,一个半衰期是 7.04 亿年,另一个更是高达 44.68 亿年!

 

所以核工业中需要的是半衰期比较短的铀 235,但是它在自然界的含量只有 0.72%(这是自然的,毕竟衰变得快),所以核工业中最重要,难度最大也是最没有可能隐藏的一步就是对高浓度铀进行“再提纯”,将不足百分之一的铀 235 提纯出来。

 

那么这样的铀是不是就变得威力无比,人挡杀人佛挡杀佛了呢?其实依然不会,如果你不想受到铀辐射的侵害,只需要戴上手套,穿上衣服就可以了。

这是为什么?因为铀中发生的核裂变名为α衰变,是所有核辐射中最弱的,放射出的粒子流被称为α射线,虽然听起来还挺厉害的,其实只是氦原子的核——两个质子与两个中子。

 

因为粒子的质量太大,所以速度也相对较慢,只有光速的 1/10,能量也只有 5MeV,要知道没有质量负担的γ射线粒子(其实就是光子)常常可以达到 100Mev,目前检测到来自宇宙最高能的γ射线甚至达到了 450000000Mev!可见α衰变有多么弱小了。这样的射线只需要一张纸或几厘米空气就可以完全吸收,所以只要戴上基本的衣物手套,就不太可能伤到你。

 

那么为什么核废料还如此的可怕,核污染还如此的致命呢?

这是因为……铀并不是只发生一次裂变就会释放出全部能量呀,无论是核爆还是发电站,铀发生的都不是自然情况下的简单α衰变,而是一系列的反复衰变过程,其中涉及了α和β两种衰变 。理论上铀衰变的最终产物是铅:

U(铀)-238 → Th(钍)-234 → Pa(镤)-234 → U(铀)-234 → Th(钍)-230 → Ra(镭)-226 → Rn(氡)-222 → Po(钋)-218 → Pb(铅)-214 或 At(砈)-218 → Bi(铋)-214 → Po(钋)-214 或 Tl(铊)-210 → Pb(铅)-210 → Bi(铋)-210 → Po(钋)-210 或 Tl(铊)-206 → Pb(铅)-206.

 

相信一些朋友也认出来了,其中有几种可是强烈且致命的放射性元素,比如钋、镭、氡等不仅如此,衰变过程中释放的中子流还会被一些元素捕获,比如铀 238 在捕获一个中子后会变成铀 239,然后发生一次β衰变释放两个电子,于是两个中子变成两个质子,产生了一种半衰期为 24100 年的强辐射元素,也就是钚 239。

 

所以用过之后铀与天然的铀早就不一样了,不仅浓度非常高,还产生了很多强大暴躁的放射性元素,自然不能随便丢弃了。

不过……怎么说呢?其实这个问题的两个方面都不是很严谨。首先说天然的铀吧,其实在铀矿丰富的区域,辐射多少还是有一些超标的,因为铀矿中富集了很多放射性元素氡,这也是铀天然衰变的产物,所以开采铀矿的过程一定要严加看护,否则很有可能造成严重的污染。

 

其次再说核废料是如何处理的吧,现在采取的最主要

的方式是深埋,通过区分废料辐射度的不同,将其用特制的容器密封后埋入不同深处的特定核废料处置库。低辐射的就进入地下 20~30 米,这样几乎没有辐射会到达地表,高辐射的需要埋入 500~1000 米深的特制防护处置库。从某种意义上来说呢,也算是回到了自然中吧……大概

 

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