這個(ge) 地球上最危險的物質之一就是鈾，曾被用來造原子彈、氫彈，但你知道嗎？人們(men) 也用它來造玻璃。這是怎麽(me) 回事？

　　還有，巧婦難為(wei) 無米之炊，核電站使用的核燃料，它並不是地上的幹柴，撿起來就可以使用，而是蘊藏在鈾礦裏。

　　而關(guan) 於(yu) 鈾礦，不少人對它有誤解，今天咱們(men) 不妨就來認識一下它，並講述將鈾礦精煉為(wei) 核燃料時那可怕的艱難曆程。

　　礦石家族中的“玫瑰花”

　　地球誕生之前，甚至說在太陽存在之前，鈾就存在於(yu) 宇宙中了，後來它成為(wei) 了地球的一份子。

　　如果要評選世界上最美麗(li) 動人的礦石，那麽(me) 鈾礦絕對名列前茅——它被譽為(wei) 礦石家族中的“玫瑰花”。

　　粒磷鉛鈾礦

　　碲鈾礦

　　矽鉛鈾礦

　　銅鈾礬

　　鈣鈾雲(yun) 母

　　銅鈾雲(yun) 母

 

　　輻射怎麽(me) 樣？

　　看到上麵這些鈾礦，很多人的第一個(ge) 疑問是：鈾礦石有輻射嗎？就像美麗(li) 的毒蘑菇，鈾礦如此美麗(li) ，輻射肯定很厲害吧？是不是碰都不能碰？

　　首先，鈾礦石有輻射，這是肯定的,但是，其輻射程度並沒有大家想的那麽(me) 可怕。

　　研究表明，一個(ge) 人在衣兜裏揣個(ge) 1斤左右的鈾礦石，每天所受的輻射量也就跟戴一塊夜光手表差不多。

　　在以前，人們(men) 還將鈾作為(wei) 一種調色劑，用來製造好看的玻璃，這就是鈾玻璃。陶器彩釉中過去也用到鈾。

　　鈾玻璃

　　在紫外線照射下發光的鈾玻璃

　　在紫外線照射下發光的鈾玻璃

　　天然鈾中主要含有鈾238和鈾235，而這兩(liang) 種鈾的半衰期分別是44.68億(yi) 年和7.04億(yi) 年，如此天荒地老的半衰期，這讓它並沒有那麽(me) 毒。

　　另外，鈾衰變的時候主要放出的是阿爾法粒子α，並不是危險的伽馬射線γ。

　　原子的阿爾法衰變，釋放α粒子

　　α射線、β射線和γ射線穿透性演示

　　可以看到，在這三種射線中，α射線的穿透性最弱，一張紙就可以把其擋住

　　也許有人還不是很信服，但是沒關(guan) 係，咱們(men) 再來看看下麵的圖。

　　鈾礦提純過程中的中間產(chan) 品——黃餅

　　這是鈾礦提純過程中的一種中間產(chan) 品，名叫“黃餅”，它含有80%左右的鈾氧化物。

　　你瞧，鈾礦提純了都敢拿手去抓，更何況是沒被提純的鈾礦呢。

　　高濃縮的鈾金屬

　　為(wei) 核電站中使用的核燃料，它是由上圖中的黃餅繼續提純後得來的，戴著一副手套後，你依然可以用手捧著它們(men)

　　在鈾礦中，鈾的含量其實是很低的，來自蘭(lan) 州大學核科學與(yu) 技術學院院長吳王鎖教授.他在一次公開課中告訴我們(men) ，鈾的含量低到一噸礦石裏麵提不出一千克的鈾，也就是含量不到0.1%，而含量如果高於(yu) 0.05%基本上就可以開采了，這跟沙裏淘金有何區別？沒有區別。

　　而把鈾礦提純後都可以用手拿著，所以您可以想象一塊鈾礦石的放射水平。

　　說到這裏，估計會(hui) 有人這樣想：既然這樣，那開采鈾礦時，是不是就不必采取什麽(me) 防護措施了？

　　不對，恰恰相反，鈾礦開采時有重重的保護措施。這又是為(wei) 什麽(me) 呢？

　　很簡單，鈾礦埋藏在地底下，雖然鈾的半衰期以億(yi) 年計，但是整個(ge) 鈾礦中鈾的量很大，更重要的是，鈾礦埋在地下，它是密封起來的，長年累月，就聚集了很多放射性，但是注意，這種放射性不是鈾238和鈾235直接帶來的，而是鈾衰變後，變成氡，主要是由氡帶來的。

　　氡的半衰期隻有3.8235天，跟鈾相比，它實在是太短了，鈾礦中聚集了大量的氡，這就很危險了，所以需要采取防護措施。

　　總之一句話就是，一塊鈾礦石的輻射並沒有那麽(me) 可怕，當然，你要是把它常年累月放在你的枕頭邊，那是不行的。

　　中國的鈾礦

　　我們(men) 國家並不是一個(ge) 富鈾的國家，量少不說，品位也不是很高。根據世界核協會(hui) 2013年的統計數據，世界上已知各國可開采的鈾如下表：

　　中國鈾資源占世界可開采鈾資源的4%左右。雖然這兩(liang) 年也在發現一些鈾礦，但數據上下浮動不大。

　　它比沙裏淘金難多了

 

核電站中使用的核燃料是鈾235，不是鈾238，但是在天然鈾中（注意天然鈾不是鈾礦石，它是從(cong) 含鈾很少的鈾礦石中提煉出來的），鈾235的含量隻有0.72%，鈾238的含量大於(yu) 99.2%，而鈾的精煉就是要把鈾235的濃度提高。

　　天然鈾，藍色部分表示鈾238的比例，紅色部分代表鈾235

　　低濃縮鈾，紅色部分的鈾235占比3%到4%，低濃縮鈾主要用於(yu) 核電站

　　高濃縮鈾，紅色部分的鈾235占比90%左右，主要用於(yu) 核武器

　　天然鈾中幾乎全是鈾238，要想把鈾235的濃度提高，這實在是太難了，因為(wei) 它們(men) 屬於(yu) 同一種元素，而質量卻隻相差3個(ge) 中子，它們(men) 的化學性質幾乎都是一樣的！

　　怎麽(me) 分離？

　　在過去，技術不是很先進的時候，主要采取氣體(ti) 擴散法，其原理是先把天然鈾製成六氟化鈾。

　　六氟化鈾分子結構

　　六氟化鈾中的“鈾”，既可能是鈾238，也可能是鈾235，但我們(men) 現在已經清楚，99%的可能是鈾238。

　　製成六氟化鈾後，接著把六氟化鈾加熱使它變成氣體(ti) ，然後在這些氣體(ti) 中把鈾235分離出來。怎麽(me) 做？

　　是這樣的：如果一個(ge) 六氟化鈾氣體(ti) 分子中的“鈾”是鈾235的話，那麽(me) 這個(ge) 氣體(ti) 分子要輕一些——輕3個(ge) 中子，所以氣體(ti) 運動的時候，它會(hui) 走得更快一些，就好像是麵粉和鐵粉混合在一起，你吹一下，麵粉肯定走在前麵。

　　還有，如果你同時在屋子裏分別滴一滴醋和香水，因為(wei) 香水分子要輕，所以其擴散得快，因此我們(men) 將最先聞到香水味。

　　當然，這隻是類比而已，實際上，分離鈾235的難度要大得多，因為(wei) 它隻輕了3個(ge) 中子而已。

　　正如此，使用氣體(ti) 擴散法分離鈾235效率很低，耗能巨大，廠房也很壯觀。

　　美國早年在橡樹嶺的氣體(ti) 擴散工廠

　　除了氣體(ti) 擴散法，還有離心機分離法，它的原理跟氣體(ti) 擴散法一樣，依然還是根據鈾238比鈾235重那麽(me) 一點兒(er) 來進行的。

　　離心機分離法示意圖，深藍色的顆粒代表含有鈾-238的六氟化鈾，淺藍色的代表鈾-235

　　把六氟化鈾放入離心機中，在每分鍾高達4萬(wan) 至6萬(wan) 轉中，鈾235因為(wei) 較鈾238輕，含有鈾235的六氟化鈾處在離心機的轉軸附近，而離轉軸稍微遠一些的則是含有鈾238的六氟化鈾。

　　離心機分離法需要的電力隻有氣體(ti) 擴散法的十分之一左右，效率也要高得多。

　　布滿離心機的濃縮鈾工廠

　　運送中的氣體(ti) 離心機

　　嗨，這真是，就算是提煉黃金，自古以來，人類也從(cong) 沒有這麽(me) 大費周折過呀。

　　可是有什麽(me) 辦法呢？人類可以不佩戴金戒指、金項鏈，但一秒鍾也離不開電！


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