【科普】贫铀弹有关的基础化学知识

近期，有报道称，某国将向wkl提供贫铀弹支援，网上再次涌起关于贫铀弹与战争伦理的议论。

蹭个热度，借机做一个有关同位素化学知识的科普。

很多元素有同位素。即核电荷数（原子核内所含质子数）相等、化学性质基本相同，然而中子数不同，导致某些物理性质大不相同的核素（原子）。

比如，氢元素就有常见的氕（核内1个质子、没有中子，这是唯一不含中子的原子）、氘（1个质子、1个中子）、氚（1个质子、2个中子）3种同位素。

之所以叫“同位素”，是因为这些不同的原子在元素周期表内占据同一个位置。因为，它们的化学性质几乎相同。

同位素具有相同化学性质、不同物理性质（如单质密度，再如放射性——由于原子核不够稳定会不停地自发释放某种射线）这一特点，有十分重要的应用价值。

比如，人体内脖子中部有一个重要的器官叫甲状腺，它负责合成甲状腺素，调节许多生理活动。

合成甲状腺素需要碘元素，人通过食物和水摄入的碘元素，大半都集中在脖子中部的这个位置。

一旦甲状腺发生疾病，则它集中碘的能力有可能丧失。

这时，摄入的碘可能不再像正常情况下那样分布。

怎么知道甲状腺功能是否正常呢？

普通的碘主要是¹²⁷I（核内53个质子、74个中子）。它与碘的所有其它同位素具有相同的化学性质，当然也包括生物学性质。

医学上运用¹³¹I（核内53个质子、78个中子）具有放射性的特点，给疑似甲状腺病人服用一点点含¹³¹I的药物，一段时间后用仪器扫描脖子部位，检测此部位¹³¹I的含量，结合其他临床表现，即可判断甲状腺功能是否正常。

历史上，关于光合作用过程中O₂来源（来自H₂O还是来自CO₂）的争执，据说也是通过给植物浇灌¹⁸O构成的水（重氧水，普通水主要含¹⁶O），然后收集其释放的氧气，测定氧气密度判断的（¹⁶O₂和¹⁸O₂分子量不同、密度不同）。

以上初步普及了同位素的基本知识。

下边进入正题，说说铀元素及贫铀弹。

铀(U)原子序数为92，是自然界中能够找到的最重（原子序数、相对原子质量最大）元素。

92号以后的元素，大都是通过粒子加速器技术人工合成的，叫“人造元素”或者“超铀元素”。

U在自然界中有三种同位素 (²³⁴U、²³⁵U 、²³⁸U)，其中²³⁵U的用途最大，因为它具有强的放射性，可以用来生产原子弹或作为核反应堆（发电，以及顺便生产其它放射性元素）的原料。

然而！三种同位素中，含量最多的却是用途不大的²³⁸U，达99%以上，²³⁵U只占0.72%。

这三种同位素不是分别独立存在的，它们在矿物中都是十分均匀地、按照上述比例掺杂在一起。

那么，怎样把有用的²³⁵U分离出来呢？

要知道，它们的化学性质可是几乎没有差别的哟！

它们的某些物理性质存在差异呀。只好从这里入手想办法啦！

终于，科学家找到了一种元素：氟（F）！

它跟U结合可以得到挥发性较强的UF₆。凑巧的是，F是单核素元素，只有¹⁹F这一种原子。

于是²³⁵UF₆和²³⁸UF₆的相对分子质量之间就有了1.3%的差！

让它们在特定的介质中“跑步”（实际操作没有说的这么容易，要通过一次次、连续数百次的离心分离）！

分子量小的跑（扩散）得略快。

一段时间后，把跑在前边的部分截下来，还原成单质，得到单质状态的、有用的²³⁵U。

分离分子量差异如此之小的两种物质，要多次扩散、需要很多很多离心机。

这就是为什么多年前伊朗那位叫内贾德的总统动辄发布“我们最近又上了多少多少台离心机”信息，以此作为跟美国人谈判筹码的背景。

因为美国一直担心伊朗制造出符合核武器要求的高纯度²³⁵U。

²³⁵U含量达到一定比例（比如20%以上）即可用于核反应堆，要达到制造核弹的水平，可能需要90%以上。

按U的同位素存在的比例，大家不妨想一想，为提取有用的²³⁵U，顺带得到了多少²³⁸U呢？

一百五十倍于²³⁵U的量呐！

这么大量的²³⁸U，不但是废物，而且是极具危险性的废物。

为什么呢？

靠那“赛跑”技术，谁敢保证把它们分离得那么清楚啊？

那“跑”在后边的²³⁸UF₆中，总有一定比例的²³⁵UF₆残余。

故分离、还原完后，所得²³⁸U的单质依然具有一定的放射性危害。

这么大量的废物²³⁸U积攒在那里，怎么处理呢？

单质铀毕竟是一种金属，且密度大、硬度大，机械性能接近钢材。

但是具有微弱的放射性啊，总不好拿来打成菜刀卖给自己国家的老百姓吧？

有人出了这么个馊主意：

反正战争也是不讲武德（像中国古代那种先分别列阵、后通报姓名、再厮杀的方式，似乎算是讲武德哈），拿来做炮弹皮子算了。

从此，世间出现了一种人类独特的产品：贫铀弹。

从新闻报道看，美国在海湾战争和空袭南联盟的行动中，曾大量使用过贫铀弹，造成了严重的战争后遗症。

贫铀弹爆炸，会形成放射性微粒和气溶胶，它们会通过呼吸进入人体；也会沉降至地表，再通过作物和水等被摄入人体，引发癌症和肝脏、神经系统损害，还会导致新生儿畸形。

据称，参加过以上战争的美军人员回国后，也有不少人检测到因贫铀弹放射性损伤导致的疾病。

由此不难联想，那大量使用的贫铀弹，给战场附近的居民带来多么严重而持久的损害！

后来，又有军工厂利用贫铀合金的高硬度、大密度（惯性大啊！）和高熔点，生产出各类穿甲弹，依靠动能来打击坦克等装甲战车。

近日wkl危机中，某国准备支援wkl的贫铀弹，就包含这类所谓穿甲弹。

有媒体分析，即便是该国较新的L27A1型贫铀穿甲弹，也是1999年开始服役的。

考虑到贫铀弹的服役寿命通常在15-20年，将它们送到wkl，不排除有借机“免费销毁”的企图。

不知战争发生地的人民，是否期待这样的支援呢。

Ps：研究显示，人体中也是含铀的，平均含量为1 ppm（百万分之一），当然不会是纯粹的U-235。

不必惊吓哈。