关于铀的事实（2017）

1945年8月6日，一枚10英尺长（3米）的炸弹从天上坠落在日本广岛市上空。不到一分钟后，炸弹爆炸一英里以内的一切都被摧毁了。一场强烈的暴风雨迅速摧毁了更多英里，炸死了成千上万人。

这是有史以来第一次在战争中使用原子弹，它使用了一个著名的元素来造成破坏：铀。这种放射性金属的独特之处在于其同位素之一铀235是唯一能够维持核裂变反应的天然同位素。 （同位素是原子核中中子数不同的元素的一种形式。）

要了解铀，了解放射性很重要。铀具有天然放射性：其核不稳定，因此元素处于恒定的衰变状态，以寻求更稳定的排列。实际上，铀是使放射性发现成为可能的元素。 1897年，法国物理学家亨利·贝克勒尔（Henri Becquerel）将一些铀盐留在照相板上，这是一些有关光如何影响这些盐的研究的一部分。令他惊讶的是，钢板起雾了，表明铀盐有某种排放。贝克勒尔（Becquerel）于1903年与玛丽和皮埃尔·居里（Pierre Curie）共同获得了诺贝尔奖。

同位素数量（具有不同中子数量的相同元素的原子）：自然产生的16、3

最常见的同位素：U-234（自然丰度为0.0054％），U-235（自然丰度为0.7204％），U-238（自然丰度为99.2742％）

化学家马丁·海因里希·克拉普罗斯（Martin Heinrich Klaproth）于1789年发现了铀，尽管它至少在公元79年就被人们知道，当时氧化铀被用作陶瓷釉料和玻璃的着色剂。克拉普罗夫斯（Klaproth）在矿物沥青中发现了这种元素，当时人们认为该元素是锌和铁矿石。将矿物溶解在硝酸中，然后将钾盐（钾盐）添加到剩余的黄色沉淀物中。克拉普罗夫斯得出结论说，当钾盐和沉淀物之间的反应没有遵循任何已知元素的反应时，他已经发现了一种新元素。他的发现原来是氧化铀，而不是他最初相信的纯铀。

根据洛斯阿拉莫斯国家实验室的说法，克拉普罗特以最近发现的天王星天王星命名了这一新元素。法国化学家Eugène-MelchiorPéligot在1841年通过用钾加热四氯化铀来分离纯铀。

法国物理学家Antoine H. Becquerel在1896年发现铀具有放射性。贝克勒尔将铀样品留在了一块未曝光的照相板上，该照相板变得浑浊。根据皇家化学学会的说法，他得出结论认为，这是在发出不可见的射线。这是放射性研究的开端，并开辟了一个新的科学领域。波兰科学家玛丽·居里（Marie Curie）在贝克勒尔（Becquerel）被发现后不久创造了“放射性”一词，并与法国科学家皮埃尔·居里（Pierre Curie）继续进行研究，以发现other和镭等其他放射性元素及其性质。

据世界核协会称，宇宙铀是66亿年前形成的超新星。它遍布地球，占大多数岩石的百万分之二至四。根据美国能源部的数据，它是天然地壳岩石中最丰富的元素中的第48位，并且含量是银的40倍。

尽管铀与放射性高度相关，但其衰变率非常低，以至于该元素实际上不是那里放射性更高的元素之一。铀238的半衰期令人难以置信的45亿年。铀235的半衰期刚刚超过7亿年。铀234的半衰期最短，为245,500年，但仅因U-238的衰变而间接发生。

相比之下，放射性最高的元素是po。它的半衰期仅为138天。

尽管如此，由于铀具有维持核连锁反应的能力，它具有爆炸性的潜力。 U-235是易裂变的，这意味着其原子核可被热中子分裂，这些中子具有与周围环境相同的能量。根据世界核协会的说法，这是如何工作的：U-235原子的核具有143个中子。当自由中子撞到原子上时，它分裂原子核，甩出其他神经元，然后这些神经元可以进入附近的U-235原子核，从而形成核分裂的自我维持级联。每个裂变事件都会产生热量。在核反应堆中，这种热量用于煮沸水，产生蒸汽，使涡轮机转动以产生动力，并且反应受镉或硼等物质的控制，这些物质可以吸收多余的中子，将其从反应链中带出。

在像炸毁广岛的裂变炸弹中，反应变得超临界。这意味着裂变以不断增加的速度发生。这些超临界反应释放出大量的能量：摧毁广岛的爆炸具有大约15吨TNT的力量，所有爆炸产生的铀都小于一千克（2.2磅）的裂变。

为了使铀裂变更有效，核工程师对其进行了浓缩。天然铀仅占易裂变同位素U-235的0.7％。其余的是U-238。为了增加U-235的比例，工程师要么将铀气化以分离出同位素，要么使用离心机。据世界核协会称，用于核电站的最浓缩铀由3％至5％的U-235组成。

秤的另一端是贫铀，铀用于坦克装甲和制造子弹。贫铀是在电厂中使用富铀后剩下的。根据美国退伍军人事务部的说法，它的放射性比天然铀低40％。贫铀只有在被枪击或爆炸吸入，摄入或进入人体后才有危险。

“小男孩”中的铀仅占1.38％。据原子遗产基金会称，摧毁广岛的炸弹进行了裂变。炸弹总共包含约140磅（64公斤）铀。

＆＃34;小男孩＆＃34;根据1980年美国国防部原子能机构的一份报告，该炸弹在广岛上空引爆了1,670英尺（509米），仅留下了几座钢筋混凝土建筑物的框架，这些建筑物屹立在零地面附近一英里半径内。暴风雪摧毁了爆炸后4.4英里半径（7公里）内的所有物体。

铀238的半衰期为45亿年。它腐烂成镭226，然后又腐烂成ra 222。 on 222变成po 210，最后衰减成稳定的核素铅。

与铀一起工作的玛丽·居里（Marie Curie）发现了几种甚至更多的放射性元素（pol和镭），可能因工作中的辐射而屈服。她于1934年死于再生障碍性贫血，后者是由于放射线损伤了骨髓而引起的红细胞缺乏症。

铀有时用于给玻璃着色，该玻璃在黑光下会发出绿黄光，但这并不是因为放射性（玻璃只是放射性最小的一点）。根据《收藏家周刊》的报道，荧光是由于紫外线激发玻璃中的铀酰化合物而引起的，它在沉降时会释放出光子。

黄饼是固体氧化铀。这是铀浓缩之前通常出售的形式。

根据世界核能协会的数据，铀在20个国家/地区开采，其中一半以上来自加拿大，哈萨克斯坦，澳大利亚，尼日尔，俄罗斯和纳米比亚。

根据Lenntech的说法，所有人类和动物自然都会暴露于食物，水，土壤和空气中的微量铀。在大多数情况下，一般人群可以放心地忽略摄入量，除非他们生活在危险废物场所，矿山附近，或者农作物生长在受污染的土壤中或用受污染的水浇灌。

鉴于其在核燃料中的重要性，研究人员对铀的功能特别是在融化过程中特别感兴趣。当反应堆周围的冷却系统发生故障并且反应堆堆芯中的裂变反应产生的热量使燃料融化时，就会发生熔毁。这是在切尔诺贝利核电站的核灾难期间发生的，导致了一个被称为“象脚”的放射性斑点。

石溪大学和布鲁克海文国家实验室的化学家兼矿物学家约翰·帕里斯（John Parise）说，了解核燃料融化后的行为对建造围护船的核工程师至关重要。

2014年11月，来自Argonne国家实验室和其他机构的Parise及其同事在《科学》杂志上发表了一篇论文，首次阐明了熔融二氧化铀（核燃料的主要成分）的内部工作原理。直到温度达到5,432 F（3,000 C）时，二氧化铀才会融化，因此，很难测量物料变为液态时会发生什么情况，Parise告诉Live Science –只是没有一个足够坚固的容器。

解决该问题的方法是，用二氧化碳激光器从顶部加热一个二氧化铀球，并将该球悬浮在气流中，＆＃34;巴黎说。 ＆＃34;您在气流上悬浮着这个物料球，因此您不需要一个容器。

然后，研究人员将X射线穿过二氧化铀气泡，并用探测器测量这些X射线的散射。散射角揭示了二氧化铀内部原子的结构。

研究人员发现，在固态二氧化铀中，这些原子像一系列立方体一样排列，并以网格状方式与空白空间交替排列，每个铀原子周围有八个氧原子。当材料接近其熔点时，氧气变得“疯狂”，阿贡国家实验室研究员Lawrie Skinner在有关结果的视频中说道。氧原子开始四处移动，填充空的空间并从一个铀原子跳到另一个铀原子。

最终，当材料融化时，当立方体变成无序的多面体时，结构类似于Salvador Dali的绘画。巴黎说，在这一点上，每个铀原子周围的氧原子数（称为配位数）从八个下降到大约七个（一些铀原子周围有六个氧，有些有七个氧，平均为6.7铀中的氧气）。

帕里斯说，知道这个数字可以模拟二氧化铀在这些高温下的行为。下一步是增加更多的复杂性。他说，核芯不仅仅是二氧化铀。它们还包括锆等材料以及用于屏蔽反应器内部的材料。研究小组现在计划添加这些材料，以查看材料的反应如何变化。

＆＃34;您需要知道纯二氧化铀液体的行为，以便当您开始观察少量添加剂的作用时，可以看到有什么区别？＆＃34;巴黎说。

铀的绝大部分用于动力，通常用于受控核反应。剩余的贫铀铀可以回收利用，以利用其他类型的能源，例如太阳的能源。洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家伊戈尔·乌索夫（Igor Usov）和米兰·西科拉（Milan Sykora）于2017年获得了一项专利，该专利讨论了利用核反应中的贫化铀来制造太阳能电池。作者写道，贫铀氧化物充裕而廉价，是核燃料浓缩过程的残余物，可以通过控制厚度，铀/氧比，结晶度和掺杂来优化用作太阳能电池。

根据橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的托马斯·米克（Thomas Meek）在2000年发表的一篇论文，二氧化铀是一种出色的半导体，与某些传统用途的硅，锗或砷化镓相比，二氧化铀可能在某些用途上有所改进。与相同用途的传统元素和化合物相比，在室温下，氧化铀将提供最高的太阳能电池效率。