基本介紹
- 中文名:奧克洛
- 外文名:Oklo
簡介,歷史,上奧果韋省,鈾,核裂變,
簡介
歷史
1976年6月,法國科學院接到一個報告:法國的一家工廠從非洲中部的加彭共和國進口了一批鈾235礦石,經檢測發現其含鈾量不足0.3%,遠遠低於一般礦石含量0.711%,顯示此原料已被使用過。這個現象引起了科學家的注意,他們用各種技術和科學方法,尋找礦石中鈾235含量變低的原因。最後,科學家在當地找到一個天然核反應堆。
上奧果韋省
鈾
鈾(Uranium)是一種銀白色金屬化學元素,屬於元素周期表中的錒系,化學符號為U,原子序為92。每個鈾原子有92個質子和92個電子,其中6個為價電子。鈾具有微放射性,其同位素都不穩定,並以鈾-238(146個中子)和鈾-235(143箇中子)最為常見。鈾在天然放射性核素中原子量第二高,僅次於鈽。其密度比鉛高出大約70%,比金和鎢低。天然的泥土、岩石和水中含有百萬分之一至百萬分之十左右的鈾。採礦工業從瀝青鈾礦等礦物中提取出鈾元素。
自然界中的鈾以三種同位素的形式存在:鈾-238(99.2739至99.2752%)、鈾-235(0.7198至0.7202%)、和微量的鈾-234(0.0050至0.0059%)。鈾在衰變的時候釋放出α粒子。鈾-238的半衰期為44.7億年,鈾-235的則為7.04億年,因此它們被用於估算地球的年齡。
核裂變
核裂變(德語:Kernspaltung;英語:nuclear fission),在港台稱作核分裂,是指由較重的(原子序數較大的)原子,主要是指鈾或鈽,裂變成較輕的(原子序數較小的)原子的一種核反應或放射性衰變形式。核裂變是由莉澤·邁特納、奧托·哈恩及奧托·羅伯特·弗里施等科學家在1938年發現。核子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。早期核子彈套用鈽-239為原料製成。而鈾-235裂變在核電站最常見。
重核原子經中子撞擊後,裂變成為兩個較輕的原子,同時釋放出數個中子,並且以伽馬射線的方式釋放光子。釋放出的中子再去撞擊其它的重核原子,從而形成鏈式反應而自發裂變。原子核裂變時除放出中子還會放出熱,核電站用以發電的能量即來源於此。因此核裂變產物的結合能需大於反應物的的結合能。
核裂變會將化學元素變成另一種化學元素,因此核裂變也是核遷變的一種。所形成的二個原子質量會有些差異,以常見的可裂變物質同位素而言,形成二個原子的質量比約為3:2。大部分的核裂變會形成二個原子,偶爾會有形成三個原子的核裂變,稱為三裂變變,大約每一千次會出現二至四次,其中形成的最小產物大小介於質子和氬原子核之間。
現代的核裂變多半是刻意產生,由中子撞擊引發的人造核反應,偶爾會有自發性的,因放射性衰變產生的核裂變,後者不需要中子的引發,特別會出現在一些質量數非常高的同位素,其產物的組成有相當的機率性甚至混沌性,和質子發射、α衰變、集群衰變等單純由量子穿隧產生的裂變不同,後面這些裂變每次都會產生相同的產物。核子彈以及核電站的能量來源都是核裂變。核燃料是指一物質當中子撞擊引發核裂變時也會釋放中子,因此可以產生鏈式反應,使核裂變持續進行。在核電站中,其能量產生速率控制在一個較小的速率,而在核子彈中能量以非常快速不受控制的方式釋放。
由於每次核裂變釋放出的中子數量大於一個,因此若對鏈式反應不加以控制,同時發生的核裂變數目將在極短時間內以幾何級數形式增長。若聚集在一起的重核原子足夠多,將會瞬間釋放大量的能量。核子彈便套用了核裂變的這種特性。製成核子彈所使用的重核含量,需要在90%以上。
核能發電套用中所使用的核燃料,鈾-235的含量通常很低,大約在3%到5%,因此不會產生核爆。但核電站仍需要對反應堆中的中子數量加以控制,以防止功率過高造成堆芯熔毀的事故。通常會在反應堆的慢化劑中添加硼,並使用控制棒吸收燃料棒中的中子以控制核裂變速度。從鎘以後的所有元素都能裂變。
核裂變時,大部分的裂變中子均是一裂變就立即釋出,稱為瞬發中子,少部分則在之後(一至數十秒)才釋出,稱為延遲中子。