铀
铀相对原子质量
铀相对原子质量铀是一种重要的化学元素，其原子序数为92，相对原子质量为238.03。
它是自然界中存在的最重的元素之一，也是放射性元素中最重的元素。
铀具有广泛的应用领域，包括核能发电、核武器制造和医学放射治疗等。
本文将详细介绍铀的相对原子质量及其相关知识。
一、相对原子质量的定义相对原子质量是指元素的原子质量与碳-12同位素的原子质量之比。
碳-12的相对原子质量被定义为12。
因此，其他元素的相对原子质量是相对于碳-12而言的。
铀的相对原子质量为238.03，表示铀的原子质量是碳-12的约238倍。
二、铀的化学性质铀是一种金属元素，具有银白色的外观，但在空气中容易被氧化而变黑。
它是一种高密度金属，比铅还要重。
铀在自然界中广泛存在，主要以铀矿石的形式存在，如铀铀矿石和铀铀矿石。
铀具有较高的熔点和沸点，分别为1132摄氏度和4131摄氏度。
三、铀的放射性铀是一种放射性元素，其放射性非常强大。
铀的放射性主要来自其两种天然存在的同位素：铀-235和铀-238。
铀-235是一种裂变性同位素，它可以通过核裂变释放出巨大的能量，因此被广泛用于核能发电和核武器制造。
铀-238是一种放射性衰变同位素，它经过一系列衰变反应逐步转化为稳定的铅同位素。
四、铀的应用1. 核能发电：铀-235是一种重要的核燃料，它可以通过核裂变反应释放出大量的热能，用于发电。
核能发电是一种清洁、高效的能源形式，铀在其中起到了至关重要的作用。
2. 核武器制造：铀-235也被用于制造核武器。
通过控制铀-235的裂变反应，可以产生巨大的爆炸能量。
因此，铀-235的获取和使用受到了严格的国际监管。
3. 医学放射治疗：放射性铀同位素常用于医学诊断和治疗。
例如，铀-238可用于放射性治疗癌症，通过放射线杀死癌细胞。
4. 其他应用：除了上述应用之外，铀还用于玻璃染色、陶瓷釉料、金属合金等领域。
五、铀的安全问题铀作为放射性元素，其安全问题备受关注。
长期接触高浓度的铀会对人体健康产生负面影响，如引发癌症和遗传突变等。
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。
第3讲铀元素及铀矿物
由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际 社会严禁扩散的敏感技术。目前除了几个核大 国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根 廷等国家都掌握了铀浓缩技术。提炼浓缩铀通 常采用气体离心法，气体离心分离机是其中的 关键设备，因此美国等国家通常把拥有该设备
作为判断一个国家是否进行核武器研究的标准。
二、铀元素的化学性质
铀属于锕系元素，铀的氧化态是价，离子半径的大小与配位数有关，离子 半径越大，配位数就越高。
铀的化学性质十分活波，几乎可以与稀有气体 元素以外的所有元素发生化学反应。例如：块 状金属铀在室温条件下的空气中可以缓慢氧化， 形成黑色的UO2薄膜，高度粉碎的金属铀在室 温的空气和水中都能自燃。
纯金属铀呈银白色，具有金属光泽，微带淡蓝 色色调。金属铀易氧化，所以在自然界几乎见 不到纯金属铀单质。粉末状金属铀由于受到氧 化呈灰黑色（+4价）。
在天然矿石中铀的三种同位素共生，其中235U 的含量非常低，只有约0.7205％，其他两种同 位素的相对丰度分别为，238U：99.2739%；234U： 0.0056%。
关于铀在地壳中的存在形式，大致可分 为以下三种：
1、铀矿物
自然界中铀以四价和六价两种价态 存在。在内生作用和外生作用中，四价 铀和六价铀都可形成独立的铀矿物和含 铀矿物。
由于内生作用中的温度、氧逸度等物理化学条 件变化很大，因而所形成的铀矿物类型以及铀 在这些矿物中的存在形式有明显的不同。
岩浆作用是在温度高、氧逸度低的条件下进行 的。所以铀在岩浆作用形成的矿物中，主要以 四价形式存在，多数晶质铀矿（如晶质铀矿、 沥青铀矿和铀黑）的含氧系数为2.17～2.50。介 质氧逸度随着温度降低而逐渐升高，因而在中 低温热液条件下形成的铀矿物（主要是沥青铀 矿，其次是铀石），即六价铀的含量显著增加， 沥青铀矿的含氧系数较高，多数为2.4～2.7。
第九章铀ppt课件
胃肠道吸收
可随污染的饮食直接进入。 进入胃肠道的铀，大部分随粪便排除， 吸收较少。 D、W和Y类铀化合物进入胃肠道后，其 吸收分数f1分别为0.05，0.05和0.002。
皮肤和伤口的吸收
难溶性铀化合物通过完整皮肤难以吸收；
可溶性铀化合物不仅可以被吸收，而且能引起
全身性铀中毒症状。 溶剂对皮肤吸收起重要作用：有机溶剂有利于 铀进入皮肤深层，与组织液中重碳酸根络合， 吸收入血。无机溶剂，尤其是酸和硷，可损伤 皮肤，从而增加铀的吸收。一例硝酸铀酰皮肤 烧伤事故吸收入体的铀高达93~186mg，并伴有
体 内 代 谢 呼吸道吸收
生产条件下，铀化合物主要以气溶胶粒 子形式经呼吸道进入体内，与机体的生 理状态，空气中铀浓度，铀化合物溶解 度，尤其是气溶胶粒径的大小有密切关 系，影响铀在肺内的沉积率，而且亦影 响其吸收率。 。 ICRP第30号出版物推荐，易溶性铀化合 物：UF6，UO2F2和UO2(NO3)2为D类化合物； 微溶性铀化合物UO3,UF4和UCl4为W类化合 物；难溶性铀化合物：UO2和U3O8为Y类化 合物。
物理特性
浓缩铀(enriched uranium)，是同位素２３５U的 丰度(Abundance)高于天然铀丰度。 低浓缩铀含235U 2～3％，为一般核动力反应堆 (nuclear power reactor) 所用燃料，而丰度 高达90％以上者用作核武器装料。 234U 的物理半衰期比 238U 短，因此浓缩铀的比 活度比天然铀高，放射性活度则以 234U 的贡献 为主。 贫化铀：同位素２３５U的丰度高于天然铀丰度。
铀的化学性质
极为活泼：铀酰阳离子(UO22+)，铀酸根(UO22-) 或重铀酸根(U2O72-)阴离子；3、4、5和6价化 合物，最重要的是6价铀化合物，其次是4价铀 化合物；铀的氧化物：UO2UO3)，U3O8) ，卤 化物：UF4UF6和氟化铀酰(UO2F2)。 铀酰离子与酸反应易形成铀酰盐：硝酸铀酰 [UO2(NO3)2· 6H2O]，硫酸铀酰(UO2SO4· 3H2O)， 醋酸铀酰[UO2(CH3COO)2· 2H2O]，草酸铀酰 (UO2C2O4)和磷酸铀酰(UO2HPO4) 。 在硷性介质中铀可形成铀酸盐，如重铀酸铵和 重铀酸钠等。
《铀的基本性质》课件
它与使用铀的放射性相关。半衰期越长，
辐射越弱。
3
放射线类型
铀的放射线包括阿尔法、贝塔、伽马射
线。它们能够干扰电子和核素，对人体
能量释放
4
有潜在危害。
铀的放射性能量释放很大，因为它的原 子核不够稳定。这是它被广泛应用于核
能生产的原因。
铀的应用
核能利用
铀是用于制造核能发电的重要原料，它所释放的 能量可以转化为电能，来供电。
铀的基本性质
铀是一种化学元素，具有放射性。本课件将深入探讨它的物理、化学、放射 和应用方面的性质。
铀的概述
1 起源多样
铀可在地球地壳和地球外的空间中发现，也可人工制备。它是一种重要的铀系元素。
2 用途广泛
铀广泛应用于核能利用、医疗领域和工业应用中。它也是核武器制造的必备原料。
铀的物理性质
原子结构
铀可以与各种元素形成化合物，如UO2和UF6。UO2广泛应用于核燃料生产。
3 化学反应
铀与空气中氧气和氮气反应不大。它对热水和稀酸有反应，可以被硝酸、氢氟酸和氯气 溶解。
铀的放射性
1
放射性衰变
铀放射性衰变后，变成一连串的新元素。
半衰期
2
其中半衰期最长的就是铀238，半衰期超 过45亿年。
半衰期是铀衰变为新元素所需的时间。
医学领域
铀广泛运用于诊断和治疗。它的同位素被用于放 射性示踪、放射治疗和X射线影像。
工业应用
铀在降低硫分子量、生产高多巴胺类生物碱、绿 色催化剂和他克莫司等领域有着广泛的工业应用。
核武器
铀是制造核武器的重要原料。它的高能放射性能 让它成为一种极具杀伤力的武器，威力极大。
安全问题
控制措施 事故案例 防护措施 应急措施
铀的基本性质
性质 导热率 磁化率 电阻率 电导（0－ 20℃） ℃ 气化热 原子体积
单位 厘米·秒 度 卡/厘米 秒·度 厘米 电磁单位/g 电磁单位 微欧姆·cm 微欧姆 微欧－1 千卡/摩尔 千卡 摩尔 cm3/摩尔 摩尔
特征值 0.064 1.74×10－6 × 30.0 0.034 110 12.5
金属铀在一定的温度和压力下发生相变。 金属铀在一定的温度和压力下发生相变。在 1.013×105Pa条件下，α铀在 条件下， 铀在 铀在667.7℃相变成 铀； × 条件下 ℃相变成β铀 当温度升高到774.8℃时，β铀又相变成 铀。α、 铀又相变成γ铀 当温度升高到 ℃ 铀又相变成 β、γ三相铀的平衡点的压力为 三相铀的平衡点的压力为29.8×108Pa，温 三相铀的平衡点的压力为 × ， 度是798℃。当压力超过 度是 ℃ 当压力超过29.8×108Pa时，α铀直 × 时 铀直 接转变为γ铀 接转变为 铀。
－0.49V
－2.14V
－2.17V
图中最右端为还原物质， 左端为氧化物质。 图中最右端为还原物质 ， 左端为氧化物质 。 电极电位大于零：说明化学反应自由能小于零， 电极电位大于零：说明化学反应自由能小于零， 反应可自发进行，关系式成立。 反应可自发进行，关系式成立。 在碱性溶液中的电极电位均小于零， 在碱性溶液中的电极电位均小于零，说明碱 性溶液中铀以高价态的形式可稳定存在。 性溶液中铀以高价态的形式可稳定存在。即在 碱性溶液中铀很容易被氧化。 碱性溶液中铀很容易被氧化。
锕系元素包括如下： 锕系元素包括如下：
89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 94Pu 95Am 96Cm 97Bk
锕 钍 98Cf 99Es 锿 锎
镤 100Fm 镄
铀矿基础
核电站
铀资源勘查 高放废物处置
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一、铀的基本性质
1.1 铀的物理性质
铀：元素符号U，原子序数92。1789年由德国化学家
克拉普罗特发现。
铀是存在于自然界中的一种稀有化学元素，铀主要含
三种同位素，即238U、235U和234U，都具有放射性，能 够自发地蜕变成另一种原子核，同时放出射线。 它们的半衰期分别是4.5×109a，7.3×108a和2.6×105a 。
铀矿基础
中广核铀业发展有限公司
马汉峰
2013.10.19
提
纲
一、铀的基本性质
二、铀矿物特征
三、铀矿床特征
四、铀的成矿作用
五、中国及世界铀资源概况 六、铀资源勘查 七、湖南省铀矿概况
核燃料循环示意图
“黄饼”
核工程
铀矿选冶
乏燃料后处理
扬子陆块东南缘
华南活动带
5.1 中国铀矿资源概况
5.2 世界铀资源概况
World U resources are hosted by ~14 different deposit types
>590 Economic / potential U deposits all types >500 Tonnes U @ >0.03% U (IAEA)
钙铀云母
2. 六价铀矿物
铜铀云母
提
纲
一、铀的基本性质 二、铀矿物特征 三、铀矿床特征 四、铀的成矿作用 五、中国及世界铀资源概况
六、铀资源勘查技术
三、铀矿床特征
三、铀矿床特征
3.1 铀矿床工业要求
1）铀矿石品位：
第3讲铀元素及铀矿物
（2）元素组合
铀属于亲石元素，与氧有很强的亲合力，因此 在自然界中只形成氧化物、氢氧化物和含氧盐 类矿物，而不形成硫化物、砷化物和氟化物类 矿物，也不存在自然元素型的单质铀。
铀矿物中的元素组合因铀的价态而异，这是铀 矿物化学成分的又一特点。
与四价铀结合的元素基本上是亲石元素。它们 组成的矿物有简单氧化物、复杂氧化物、硅酸 盐和磷酸盐等。
六价铀矿物中类质同象主要表现为阴离子之间 的置换，如：O2-和OH-之间、[PO4]3-和[AsO4]3之间的置换。阳离子类质同象不太明显，仅见 于少数矿物中。
（4）放射性衰变
铀属于放射性元素，因此铀矿物的化学成分是 不恒定的。
自从铀矿物在地壳中形成之后，其成分就按照 一定的规律发生着变化，结果矿物中的铀含量 逐渐减少，而铀的衰变产物206Pb、207Pb却越积 越多（铀238经8次α衰变和6次β衰变，最终衰变 为铅206；铀235经7次α衰变和4次β衰变，最终 衰变为铅207；铀234衰变为钍230）。
子主要是O2-，许多元素以络阴离子形式与铀结 合。铀矿物中常见的络阴离子有[SiO4]4-， [PO4]3-，[AsO4]3-，等等。 阳离子主要是亲石元素，其次是部分亲硫元素 和亲铁元素等。在个别情况下，亲气元素H和 N以H+和NH4+的形式参与铀矿物的组成。
2、铀矿物化学成分的特点
（1）铀的价态
六价铀矿物中结构水主要以羟基(OH)-形式存 在们，与仅 结在 构少 联数系矿紧物密中，以因离此子只有H3在O+较形高式温存度在下。才它 能从矿物中逸出，同时矿物的结构也随之而遭 到破坏。
二、铀矿物的晶体化学特点
1、四价铀矿物的晶体化学特点 （1）键性和晶格类型 四价铀矿物的晶体结构分析表明，铀在 其中以U4+离子形式存在，四价铀矿物主 要是离子键化合物，多数属于离子晶格。 因为U4+的离子半径较大，所以其配位数 较高。
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铀
纯度为3%的U-235为核电站发电用低浓缩铀，U-235纯度大于80%的铀为高浓缩铀，其中纯度大于90%的称为武器级高浓缩铀，主要用于制造核武器。
获得铀是非常复杂的系列工艺，要经过探矿、开矿、选矿、浸矿、炼矿、精炼等流程，而浓缩分离是其中最后的流程，需要很高的科技水平。
获得1公斤武器级U-235需要200吨铀矿石。
由于涉及核武器问题，铀浓缩技术是国际社会严禁扩散的敏感技术。
目前除了几个核大国之外，日本、德国、印度、巴基斯坦、阿根廷等国家都掌
金属铀
握了铀浓缩技术。
提炼浓缩铀方法主要有气体扩散法和气体离心法。
气体扩散法: 使待分离的气体混合物流入装有扩散膜（分离膜）的装置来得到富集和贫化的两股流的同位素分离方法。
基本原理是：在分子间的相互碰撞忽略不计的情况下，气体混合物中质量不同的气体分子 (例如235UF6和238UF6)的平均热运动速率与其质量二次方根成反比。
当气体通过扩散膜时,速率大的轻分子(235UF6)通过的几率比速率小的重分子
(238UF6)的大。
这样,通过膜以后，轻分子的含量就会提高，从而达到同位素分离的目的。
第二次世界大战结束后，美国的实践证明，气体扩散法能够用来大规模生产铀 235。
它是目前最成熟的大规模分离铀同位素的方法，是对各种新的浓缩方法的大规模商业应用的挑战，是比较各种方法的基本点。
美国和法国大型气体扩散工厂的分离功率达1万吨/年以上，比能耗均在 2400千瓦·时/千克左右。
气体扩散法的缺点是分离系数小，工厂规模大，耗电量惊人，成本很高。
气体离心法: 气体离心分离机是其中的关键设备。
铀原料放置于离心机中央反应室内，离心机以7-8万转/分钟的速度旋转。
较重的U-238原子逐渐靠近离心机的边缘，而较轻的U-235则保留在离心机中心部位。
结晶
U-235被称为“富铀”（浓缩铀），其余的“贫铀”则被丢弃。
仅靠单个离心机一次分离是远远不够的，必须通过更多离心机加工，才可以分离提纯。
这些离心机以“级联配置”联接一体。
因而，“级联配置”成为核物质用途的又一重要线索。
铀在一级离心机提纯后，会转送到下一级离心机继续提纯，级级相连。
由于核电站所需铀浓缩较低，其离心机级联层次较少，因而看起来会比较短。
而用作核武器的铀浓度要达到90%以上，其离心机层次更多，级联配置自然显得又细又长。
美国等国家通常把拥有该设备作为判断一个国家是否进行核武器研究的标准。
核电站核反应堆只需3%~5%的U-235，而要生产核武器，U-235浓
度至少要达到90%。
如果发现某个国家的U-235浓度达到90%，这就是企图制造核武器的铁证。
编辑本段原子弹
使用常规炸药有规律的安放在铀的周围，然后使用电子雷管使这些炸药精确的
原子弹蘑菇云
同时爆炸，产生的巨大压力将铀压到一起，并被压缩，达到临界条件，发生爆炸。
或者将两块总质量超过临界质量的铀块合到一起，也会发生猛烈的爆炸。
临界质量是指维持核子连锁反应所需的裂变材料质量。
不同的可裂变材料，受核子的性质（如裂变横切面）、物理性质、物料形状、纯度、是否被中子反射物料包围、是否有中子吸收物料等等因素影响，而会有不同的临界质量。
刚好可能以产生连锁反应的组合，称为已达临界点。
比这样更多质量的组合，核反应的速率会以指数增长，称为超临界。
如果组合能够在没有延迟放出中子之下进行连锁反应，这种临界被称为即发临界，是超临界的一种。
即发临界组合会产生核爆炸。
如果组合比临界点小，裂变会随时间减少，称之为次临界。
核子武器在引爆以前必须维持在次临界。
以铀核弹为例，可以把铀分成数大块，每块质量维持在临界以下。
引爆时把铀块迅速结合。
投掷在广岛的“小男孩”原子弹是把一小块的铀透过枪管射向另一大块铀上，造成足够的质量。
这种设计称为“枪式”。
钚核弹不能以这种方法引爆。
第一枚钚原子弹胖子是内爆式钚弹。
处于低临界的球形钚，被放置在空心的球状炸药内。
周围接上了三十二枚同时起爆的雷管。
雷管接通起爆后，产生强大的内推压力，挤压球形钚。
当钚的密度增加至超临界状况，引发起核子连锁反应，造成核爆。
胖子不能使用“小男孩”铀弹一类的“枪式”起爆。
因为钚的自发中子比铀多很多。
如果好像枪式铀弹一样将数块钚结合，连锁反应会在裂变物料刚刚到达超临界时立即开始；产生的能量会把
其余大量尚未进行裂变的材料炸开，造成释放能量大为下降的“提前起爆”（Fizzle）。
理论上要以“枪式”起爆钚弹并非不可能，但是炸弹可能需要长达十九英尺，这种设计超越当时B-29的载负能力所以不可取。
由于内爆式钚弹是一种崭新的设计，因此美国在使用前，先在1945年7月16日新墨西哥州试爆了另一枚同一模式，称为“小玩意”（Gadget）的原子弹。
结果试验非常成功，得到的当量达二万公吨，比原先预计高出二至四倍。