铀

现代工业中，铀是钢铁工业、医疗、农业、玻璃搪瓷工业 以及地质采矿工程不可缺少的一种放射性材料；铀在原子 能发电和用作舰艇、飞机动力等方面有广泛的用途，是一 种高效而且清洁的可用能源；最重要的是铀在军事方面的 应用，铀是制造原子弹、导弹、航空炸弹、潜艇、鱼雷、 航空母舰等的动力能源。因此，铀技术的快速发展将推动 全世界经济、环境、和平的发展。
自然界中的铀

铀在自然界中以数百 万分率的低含量存在 于土壤、矿石和水中， 可借由开采沥青铀矿 等含铀矿物并8（99.2742%）、铀 -235（0.7204%）以及 极微量的铀-234 （0.0054%）等同位素 存在。铀衰变时释放 出α粒子，过程缓慢， 拥有很长的半衰期
铀浓缩
• 若要在某些类型反应堆和武器中使用铀，就必须 对其进行浓缩。 • 这意味着必须提高易裂变铀-235的浓度，然后才 能将其制成燃料。这种同位素的天然浓度是0.7%， 而在大多数通用商业核电厂中，持续链式反应的 浓度通常约为3.5%。用于武器和舰船推进的丰度 通常约为93%。但舰船推进可以只需20%或更低 的丰度。鉴于在丰度0.7%至2%之间需要与丰度 2%至93%之间同样多的分离功，因此浓缩过程不 是线性的。这意味着在能够随时获得商用浓缩铀 的情况下，达到武器级的浓缩工作量可减少到不 足一半，而铀的供料量可减少到20%以下。
•铀元素是由德国化学家马丁· 克拉普罗特发现的。 1789年，他在位于柏林的实验室中，把沥青铀矿溶 解在硝酸中，再用氢氧化钠中和，成功沉淀出一种 黄色化合物（可能是重铀酸钠）。克拉普罗特假设 这是一种未知元素的氧化物，并用炭进行加热，得 出黑色的粉末。他错误地认为这就是新发现的元素， 但其实该粉末才是铀的氧化物。他以威廉· 赫歇尔 在八年前发现的天王星（Uranus）来命名这种新元 素，而天王星本身是以希腊神话中的天神乌拉诺斯 命名的。 •1841年，巴黎中央工艺学校（Conservatoire National des Arts et Métiers）分析化学教授尤金梅尔希奥· 皮里哥把四氯化铀和钾一同加热，首次分 离出铀金属。 •1896年，亨利· 贝可勒尔在位于巴黎的实验室中， 使用铀元素发现了放射性。
铀的应用
• 用中子去轰击铀 核电站中发生的是铀核裂变反应， 1个铀核裂 -235原子核时，可使铀原子 变释放的能量约为200兆电子伏。因为235克铀中 核破裂成 23 个新的原子核，并放出 2-3个新的 含有6 .0 2 ×1023个NA（阿伏加德罗常数）原 中子，而新中子再去轰击周围的铀 -235原子 子核，1克铀中含2.5 6 ×1021个原子核，所以说， 1克铀-2 3 5释放的能量可达到512×1023兆电子 核，会产生新的裂变和新的中子。这样，铀 伏。燃烧1千克铀-2 3 5放出热量1 .9 6×1010千卡； 235 原子核在极短时间内发生链式裂变反应， 燃烧1千克准煤放出热量7000千卡。通过计算，1 蕴藏在铀原子核内的巨大能量就释放出来。 千克铀-235裂变放出的热量相当于燃烧约2700吨 1 标准煤。由此可见，核能比化学能大几百万倍， 千克铀 -235全部裂变释放出的能量相当于 是一种高密度的优质能源。 2700 吨优质煤完全燃烧时所放出的能量。
铀的基本性质
铀的外电子层构型为[Rn]5f36dl7s2，有+3，+4， +5，+6四种价态，其中+4和+6价化合物稳定。 铀的化学性质活泼，能和所有的非金属作用（惰 性气体除外），能与多种金属形成合金。空气中 易氧化，生成一层发暗的氧化膜，高度粉碎的铀 空气中极易自燃，块状铀在空气中易氧化失去金 属光泽，在空气中加热即燃烧，铀能与所有非金 属反应，250℃下和硫反应，400℃下和氮反应 生成氮化物，1250℃下和碳反应生成碳化物， 250-300℃下和氢反应生成UH3，UH3在真空 350-400℃下分解，放出氢气。铀与卤素反应生 成卤化物，铀能与汞、锡、铜、铅、铝、铋、铁、 镍、锰、钴、锌、铍作用生成金属间化合物，金 属铀缓慢溶于硫酸和磷酸，有氧化剂存在时会加 速溶解，铀易溶于硝酸，铀对碱性溶液呈惰性， 但有氧化剂存在时，能使铀溶解，铀及其化合物 均有较大的毒性，空气中可溶性铀化合物的允许 浓度为0.05mg/m3，不溶性铀化合物允许、浓度 为0.25mg/m3，人体对天然铀的放射性允许剂量， 可溶性铀化合物为7400Bq，不溶性铀化合物为 333Bq。
铀的一生
• 铀是元素周期表中锕系的金属元素，原子序数为92，元素 符号是U。铀原子有92个质子和92个电子，其中6个是价 电子。它的中子数目介于141至146个之间，共有六个同 位素，最普遍存在的是铀-238（146个中子）及铀-235 （143个中子）。所有铀同位素皆不稳定，具有微弱放射 性。
铀元素的发现
提高铀-235浓度的技术
• 1.气体扩散法 • 2.气体离心法 • 3.气体动力学分离法
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4.激光浓缩法 5.同位素电磁分离法 6.化学分离法 7.等离子体分离法
• 迄今为止，只有气体扩散 法和气体离心法达到了商 业成熟程度。所有这7项 技术均在不同程度上具有 扩散敏感性，因为它们都 能够在一项秘密计划中不 惜代价地被用于从天然铀 或低浓铀生产高浓铀。但 是，由于这些技术的特征 不同，因而将影响到其被 探知的可能性。
铀转换
• 开采铀矿石一般通过将铀矿石粉碎为均匀的颗粒，然后对 矿石进行化学萃取以得到铀。粉碎的过程通常会得到干燥 的粉末，一种含有天然铀的物质，被称为铀精矿。
由于目前大多数的商用铀浓缩工厂使用的原料都 是六氟化铀UF6，粉碎后的铀氧化物需要被转化为 这种材料。六氟化铀在常温下是固体，但是温度稍 高，达到57 °C 就会转变为气体。在这一步骤中， 转化产物六氟化铀中仍然仅含有天然铀，而不是浓 缩铀。 某些不需要浓缩核燃料的反应堆，这时，氧化铀也 会直接被转化为陶瓷级的二氧化铀。转化为UO2的 原料体积通常要比转化为UF6的原料更小。