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U235含量比天然铀更低的铀叫贫铀。美国原子能标准委员会(NRC)将 U235低于0.711%的铀定为贫铀,美国国防部定的国防部标准为U235含量在0.3%以下,而实际使用的标准是0.20%。贫铀能大幅提升穿甲强度或装甲抗度,军事上常用做贫铀弹或装甲板材。

简介

贫铀,也称为 贫化铀耗乏铀衰变铀等等,英文简写为 DU,是一种主要由-238构成的物质,为核燃料制程中的的副产物,故也是一种核废料。
自然界中的铀,含有U238、U235、U234三种同位素,其中有约99.27%的铀-238,0.72%的铀-235,及0.0055%的铀-234,而只有U235才能用于核裂变反应,才能作为核武器和核电站燃料,纯天然铀中U235仅占0.72%,U238占绝对优势,因此天然铀必须加工处理成高含U235的浓缩铀。获取浓缩铀后剩余的铀,U235含量更低。这种U235含量比天然铀更低的铀叫贫铀。其中铀-235和铀-234的浓度大约只有天然铀的三分之一,放射性则约为天然铀的60%。也有部分贫铀通过再处理已使用的核燃料生产,但这类贫铀会含有铀-236。
美国原子能标准委员会(NRC)将 U235低于0.711%的铀定为贫铀,美国国防部定的国防部标准为U235含量在0.3%以下,而实际使用的标准是0.20%。表1为天然铀和美国国防部使用的贫铀中各种同位素比率的比较。从表中可以看出,贫铀中不但 U235含量减少了,U234也大大减少了。
表1.天然铀和贫铀的比较
 
重量百分数
辐射
(贝克勒尔/克)
U234
U235
U236
U238
一般天然铀
(对辐射能的贡献率)
0.0057%
(50.7%)
0.72%
(2.2%)
0%
(0%)
99.28%
(47.1%)
25900
美国国防部使用的贫铀
(对辐射能的贡献率)
0.001%
(15.6%)
0.20%
(1.1%)
0.00030%
(0.10%)
99.8%
(83.2%)
14800
半衰期(年)
2.47×10^5
7.1×10^8
2.4×10^7
4.5×10^9
 

物理性质

铀的各种同位素都具有放射性,主要是α射线,其中U234的辐射能占绝对优势。天然铀中U234含量虽少,但其辐射能几乎占全部辐射能的一半。贫铀也有放射性,由于贫铀中U234、U235含量减少,因此贫铀的辐射能仅是天然铀的60%,虽然弱一些,但并无本质减少,贫铀的辐射能主要是由U238贡献的。
贫铀除了具有放射性外,它的金属性能也是其他金属不可替代的。它具有高密度、高硬度、高韧性等物理特性。贫铀的密度高达19.1g/cm3可以和钨匹敌,几乎是铅的2倍。可做为飞行器的配重块,或放射线疗法及工业用放射造影器材的屏蔽物,及放射性物质使用的货箱。军事上则常用做贫铀弹或装甲板材,这是因为 贫铀能大幅提升穿甲强度或装甲抗度,并且贫铀弹在命中后另具有摄氏三千度的高温烧灼效果。

贫铀的利用

贫铀弹

贫铀弹--脱壳尾翼稳定穿甲弹
贫铀作为核燃料的副产品,在过去相当长的时间内被作为核废料,而用于核废料的管理费用是相当巨大的。因此各生产核燃料的国家都为贫铀的利用寻找出路。目前已有不少国家将贫铀用于新弹药的研制,生产了贫铀弹。美国在贫铀的利用方面取得了突破性进展,美国生产的新式M1A1坦克采用了贫铀装甲,大大提高了坦克防护能力。在海湾战争期间,美国使用了贫铀穿甲弹。
贫铀穿甲弹穿甲性能很强。一是由于贫铀密度大,制成相同体积的弹丸时质量大。根据物理学原理,在同等火药的情况下,弹丸获得的动能相同,而一个物体的动量P和动能Ek的关系为E K=P^2/2m,可见弹丸在动能相同的情况下,其动量和质量m的平方根成正比。而根据物理学中的动量原理,弹丸穿甲时的平均穿透力F、穿甲时间和弹丸动量P有如下关系:
Fdt—P…F=P/t=ZmE/t
因此弹丸穿透力和弹丸质量平方根成正比,这就是贫铀穿甲弹为什么穿甲性能很强的主要原因。其次贫铀的高硬度也是重要因素,又由于铀易氧化,穿甲时发热燃烧,形成较大的后破坏作用,杀伤乘员及破坏坦克的内部设备。

贫铀装甲

装备贫铀装甲的美国M1A1“艾布拉姆斯”坦克
贫铀装甲即为掺杂了贫铀金属的复合装甲。纯贫铀的硬度和强度都不高,必须添加别的成分制成贫铀合金,再经过热处理。把贫铀合金制成网状结构嵌入钢质基体内做成装甲块,然后嵌入坦克外壳,就成为贫铀装甲,网状贫铀合金在其中所起的作用是对包裹在其中每一个网格中的陶瓷块起约束紧固作用。贫铀密度为18.7克/厘米,是钢铁密度的2.5倍。因为密度高,可有效减少装甲陶瓷在应力波下的损伤,提高了装甲整体强度并带有一定约束环装甲的特性,防护力得以增强。

贫铀活化燃料电池

贫铀活化燃料电池结构与一般燃料电池相同,但电极采用多孔石墨电极,内部掺入少量贫铀,阳极表面沉积一层铂,阴极表面沉积一层。铂和钯是吸收氧,氢的材料,使活化材料附近燃料密度更大催化效率更高。U-238进行衰变放出α射线,α射线在空气中每前进1cm就产生几万对离子,因此可使燃料大量电离参与反应。
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- 来自原声例句
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