固态的UF6
@wikipedia
这个有根呆毛的UF6是怎么造的呢?
铀矿开采出来以后,首先要去除里面含碳的成分,然后泡在硝酸里,再依次和氨、氢、氢氟酸和氟反应,最后得到UF6,就可以开始浓缩了。
而浓缩完的UF6气体,还要变成固体才能用。所以,浓缩好的UF6气体里还要加入钙,渣氟更中意钙,此时才会把铀抛弃。
这样一波操作之后,最后剩下了孤孤单单一个人的铀的氧化物——二氧化铀。二氧化铀要在到1400摄氏度的高温下烘烤,然后被制作成这样的小块。
用来做核燃料的陶瓷型二氧化铀芯块
@science photo library
不过细心的人还会有疑问:实际上变成UF6之后,铀235和铀238构成的化合物之间的质量比差距更小了,这不是给分离造成了更大的困难吗?为什么要选择UF6呢?为什么不直接用铀的氧化物,或者铀单质来浓缩呢?
这主要有2个原因。首先,铀的氧化物和铀单质的沸点都太高了。比如铀单质的沸点达到了4131摄氏度。如果它都变成了蒸汽,谁家的金属容器还能顶得住啊?
相反,UF6的沸点很低。UF6在常温常压下是白色固体,但是只需要56摄氏度(常压下),它就可以变成气体。
更巧的是,氟只有一个稳定的同位素F19,因此气体扩散法和气体离心法才能派上用场。
想象一下啊,如果氟和铀一样有多种同位素,那么即使分离出了更轻的气体,我们也不能确定分离出来的是更轻的铀235,还是更轻的氟的同位素。
好的,现在我们了解了,UF6用来浓缩铀很合适。听起来很简单,但实际上制造UF6的过程困难重重,技术门槛和危险系数极高。
首先,UF6相当不好惹,它不但剧毒,而且会和水剧烈反应,生成要命的氢氟酸。我们上次介绍过,氢氟酸腐蚀人手的时候,你甚至都不会有感觉。
被盐酸(左),氢氟酸(中),硫酸(右)泡了18小时的大鸡腿
UF6还能腐蚀大多数金属,因此要制造能顶得住UF6的离心机也是很666了。
此外,在制造UF6时要用到的氟单质本身就是个大妖怪,这个家伙性质超活泼,和谁都能打得火热,它可以和元素周期表上除了氖和氦以外的所有元素反应。
举个例子,在零下250摄氏度的黑暗中,氟和氢都能炸起来。用玻璃装氟单质的话,氟和玻璃上的一点点水蒸气都能发生反应,生成能烂穿玻璃的氢氟酸。诺丁汉大学的化学教授 Martyn Poliakoff 说,大多数化学家看到氟单质都怕得要死。它的危险可想而知。