贫铀（U235含量比天然铀更低的铀）
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更新时间：2023-05-23
贫铀
U235含量比天然铀更低的铀
基本信息
| 中文名 | 贫铀 |
| 外文名 | depleted uranium |
| 定义 | 铀-235丰度低于0.711%的铀 |
| 标准 | 低于0.711% |
| 军事上 | 常用做贫铀弹或装甲板材 |
| 领域 | 核能、能源 |
| 学科 | 核化学 |
收起
基本简介
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 | |
物理化学性质
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。
贫铀是为生产核反应堆和核武器所需加浓铀而对天然铀采取浓缩工艺的副产品。天然铀中235U 的同位素含量是0. 7% , 与其相比, 贫铀中235U 的同位素含量耗减到了原含量的大约三分之一, 约为0. 2%。
贫铀作为金属, 理论密度为19. 07 gö cm 3(是铅密度的1. 7 倍)。贫铀中只存在有微量的234U 以后的衰变产物。这是因为后面所有的衰变产物在铀矿石的加工过程中已经被分离, 而234U 以后的新衰变产物还没有来得及生成(234U 的子体230Th 的半衰期长达7. 50×104 a)。这样, 由于贫铀的污染, 不存在镭和氡(234U 以后的衰变产物) , 在任何有意义的量生成之前需要几千年的时间。贫铀中的同位素每单位时间发射的A辐射的能量和是238U 系处于放射平衡时每单位时间发射的所有A辐射的能量总和的11%。贫铀发射的B辐射能量约为总B辐射的42% , C辐射约为总C辐射1. 4%。铀存在于所有的岩石和土壤中。地壳中238U 的正常活度浓度为5～ 125 Bq/k g (0. 5～ 10ppm , 1 ppm = 1 göt ) , 235U 的正常活度浓度为0. 2～ 5 Bq/k g。在某些富铀的岩石类型(如明矾页岩) 中, 238U 的活度浓度约为600～ 5 000 Bq/kg (50～ 400 ppm )。优质铀矿石(1%～ 30% 的铀) 中的活度浓度为1. 2×103～ 3. 6×106 Bq/kg。纯铀在与其最近的衰变产物处于放射平衡时, 活度浓度为50. 23 ×106 Bqök g。含238U、235U、234U、234Th、234Pa 和231Th 的贫铀的活度浓度为39. 42×106 Bq/kg, 即(12. 27+ 0. 16+ 2.29+ 12. 27+ 12. 27+ 0. 16) ×106 Bq/k g。
利用
贫铀弹
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EK=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。
贫铀用于弹头的顶端, 可以穿透装甲板。也可用于巡航导弹的锥形头部和坦克的装甲。贫铀有许多其他用途, 如用于飞机和导弹中的配重和压载、赛艇的龙骨、工业和医用X 射线和伽玛辐射的屏蔽材料、放射源的运输容器。贫铀之所以有这些用途, 主要原因之一是它的密度高。贫铀用于武器, 可使武器极为坚硬, 能够穿透装甲板。除了密度高之外, 贫铀用于军事用途的其他原因还在于它价格便宜, 可以大量获取。
贫铀装甲
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，阴极表面沉积一层钯。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。
危害介绍
引起贫铀的有害健康效应。贫铀的比活度低(39. 4 kBq/g ) , 可以认为是“仅有弱放射性”。尽管如此, 按线性剂量响应关系, 必须认为贫铀的照射具有潜在的癌症危险, 虽然其水平要比环境中的其他许多来自天然源和人工源的放射性物质要低。
食入或吸入的铀及其化学毒性可以引起有害的健康效应。与放射效应相比, 化学效应通常是主要的。关于摄入铀引起人体有害效应的报道并不多见。几乎没有人摄入了摄入量大得足以引起有害效应的铀。因之, 关于铀的摄入量的可能健康效应的资料主要取自于与人类有类似消化系统的动物实验, 这些动物包括大白鼠、犬、猪和猴, 但不包括兔子和反刍动物。
海湾战争后, 伊拉克一篇关于贫铀的报道猜测伊拉克目前的健康和环境效应与贫铀有一些联系。报道指出, 某些癌症的发生率增加了，包括儿童白血病。报道还指出先天性畸形和免疫系统疾病也增加了。数千名参加过海湾战争的美、加、英士兵事后宣称患有多种不适症状, 一般称之为“海湾战争综合症”。这些退伍老兵曾暴露于各种各样的损坏性或潜在损坏性危险因素之下, 包括环境不适、杀虫剂如有机磷酸脂化学药剂、皮肤昆虫防护剂、医学药品如乙嘧啶溴化物(NA PS)、低水平化学战药剂、多种接种疫苗和贫铀。总之, 今天的研究已经表明许多患有“海湾战争综合症”的老兵曾暴露于许多物质之下。贫铀是否起着“海湾战争综合症”药剂的作用, 仍在讨论之中。
