Z型離心機

Z型離心機，又稱齊佩式離心機，是一種用於提煉鈾235的設備。由二戰後蘇聯利用俘獲的一支60人德國團隊研製。改型離心機因這支團隊的首席設計師格諾特·齊佩（Gernot Zippe）命名。

基本介紹

• 中文名：Z型離心機
• 外文名：Zippe-type centrifuge
• 領域：核物理

簡介

Z型離心機，又稱齊佩式離心機，是一種用於提煉鈾235的設備。由二戰後蘇聯利用俘獲的一支60人德國團隊研製。改型離心機因這支團隊的首席設計師格諾特·齊佩（Gernot Zippe）命名。

背景原理

天然鈾礦包含三種同位素：大部分（99.274%）為鈾238，約0.72%的鈾235以及約0.0055%的鈾234。如果天然鈾被提純到包含3%的鈾235，那么就可以被輕水反應堆用作燃料。如果U-235的成分被提純到90%，則可被用來製作核武器。

鈾-235

鈾235（符號：²³⁵U），是鈾的三種同位素之一，當中只有鈾235能夠發生核分裂，引發連鎖核裂變反應，可用作核電及核彈。1935年由加拿大科學家鄧史達發現。根據國際原子能機構的定義，濃度為3%的鈾235為核電廠發電用低濃縮鈾，高於80%稱作高濃縮鈾，大於90%則叫作為武器級高濃縮鈾。

鈾是自然界的稀有化學元素，具有放射性。鈾主要含三種同位素，即鈾-238、鈾235和鈾-234，但只有鈾235是可裂變核元素。當最少一個中子撞擊鈾235時，連鎖核裂變將會產生。鈾235需要到達臨界質量，連鎖核裂變才會持續下去。

早在1934年，義大利物理學家費米（Fermi）以中子撞擊鈾元素，首次發現核分裂反應。幾經研究，科學家最初發現天然鈾含有鈾238及鈾235兩種同位素，只有後者受中子撞擊後，會發生分裂反應。

在過程中，一個中子撞擊鈾235原子核後，內部因吸收中子的能量，開始作劇烈的啞鈴狀震盪，結構終因震盪過劇而瓦解，產生出兩個質量較小的原子核及放出2到3個新的中子，這些中子又會撞擊附近的鈾235原子核，繼續發生分裂反應，此即所謂“連鎖反應”。

在這反應後，其產生的原子核及中子，總質量較未有反應前為低，損失質量會轉化成能量；按照相對論，質量變成能量時，其轉換關係為“能量=質量×光速的平方”（E=mc²），極小的質量即可變成極大的能量。1945年美軍投下的廣島核子彈，總重量為440公斤，鈾235含量為45公斤，當中只有1公斤鈾235發生核分裂，反應中又只有1克的質量轉化成能量，但已經可以把方圓1公里的地區夷為廢墟。