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  天然铀是生产浓缩铀的原料,也可用于生产钚。石墨水堆和石墨气冷堆用的天然铀燃料是加有少量合金元素的金属铀,重水堆用的天然铀燃料是二氧化铀陶瓷体

  原子序数为92,原子量为238,是自然界中能够找到的最重元素。

 

同位素组成

铀的天然同位素组成为:

  238u:自然丰度99.275%,原子量238.0508,半衰期4.51X109a

  235U:自然丰度0.720%,原子量235.0439,半衰期7.00X108a

  234U:自然丰度0.005%,原子量234.0409,半衰期2.47X105a

轻水堆核电站所需要的铀-235丰度大约在3%~5%,核武器所需要的铀-235丰度要达到90%以上。丰度这个概念是指某一同位素在这个元素的比例。铀-235的丰度为3%就是指每100个铀原子核中有3个原子核是铀-235。按照铀浓度的不同,国际原子能机构将铀分为微浓缩(0.9%~2%)、低浓缩铀(2%~20%)和高浓缩铀(20%以上)。在高浓缩铀中,铀-235丰度超过85%的被称为武器级浓缩铀,可以直接用于制造核武器。  

铀元素分布

天然铀在地壳中分布广泛,地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀,这比钨、汞、金、银等元素的含量还高。铀在各种岩石中的含量很不均匀。例如在花岗岩中的含量就要高些,平均每吨含3.5克铀。在地壳的第一层(距地表 20 km)内含铀近1.3×10^14 吨。依此推算,一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。海水中铀的浓度相当低,每吨海水平均只含3.3毫克铀,但由于海水总量极大(海水中总含铀量可达 4.5×10^9 ),且从水中提取有其方便之处,所以不少国家,特别是那些缺少铀矿资源的国家,正在探索海水提铀的方法。

  在自然界中有三种同位素存在,半衰期(数亿年~数十亿年),地球上238U(99.284%)

  其化学性质活泼,易与大多数非金属元素发生反应。

铀矿物

   放射性衰变:铀的原子核属不稳定原子核,铀矿的化学成分是不恒定的。

   类质同像:由于U4+的粒子半径与Th4+REE3+的相近,所以一些U4+矿物中常含有钍和稀土元素的类质同像混入物,或以类质同像形势存在于其它矿物晶格中。

   发光性:铀矿物在外来能量(如紫外线)激发下能够发射可见光,这种发光性是六价铀矿物的特性,而四价铀不具备发光性。

   铀的价态:在矿物中以+4+6两种价态存在,无论在晶体化学性质上,还是在地球化学性质上,它们都有很大的差别。

   颜色:四价铀矿物的颜色多为黑色、褐黑色或暗褐色。六价铀矿物主要为黄色、黄绿色、绿色等。

绿铀矿                 铜铀云母

来源:中国核学会。

已知的铀矿物有200多种,但具有工业开采价值的铀矿只有10余种,其中最重要的有:

  晶质铀矿(Uraninite

  沥青铀矿(Pitchblende

  钛铀矿(Brannerite

  钙铀云母(Autunite

  钒钾铀矿(Carnotite

  钒钙铀矿(Tyuyamunite

铀矿物的成因

主要包括:

  内生作用(如岩浆作用、伟晶作用、热液作用等)

  表生作用(如后生淋积作用、风化作用等)

总体而言,四价铀矿物主要是内生作用的产物,六价铀矿物绝大部分是表生作用的产物。

铀的放射性

铀是放射性核材料,能够放射出α、β、γ三种射线,少量的辐射,对人体不会造成危害。但是,当放射性物质浓集到一定程度,其放射性剂量会大幅度提升,对人体造成危害。

 

无处不在的辐射:我们吃的食物、住的房屋、天空大地、山川草木,甚至人体都存在放射性。≤250mSv/a,不会对人体造成伤害。

 

高原

3.00msv/a

蔬菜

0.20msv/a

矿泉水

0.25msv/a

砖房

0.75msv/a

ct

0.02msv/a

飞机

0.03msv/a

土壤

0.15msv/a

核电站

0.01msv/a

 

铀矿床分类

国际原子能机构(2013 年)将 世界铀矿床划分为7 大工业类型, 各类型占世界资源量的估算百分比分别为: 





其中浸染性铀矿主要分布在澳大利亚及非洲,不整合面型铀矿主要分布在加拿大阿萨巴斯卡盆地,砂岩型铀矿主要分布在中亚。


全球主要国家铀资源分布

来源: OECD NEA & IAEA, Uranium 2016: Resources, Production and Demand ('Red Book').