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?  天然鈾是生產濃縮鈾的原料,也可用于生產钚。石墨水堆和石墨氣冷堆用的天然鈾燃料是加有少量合金元素的金屬鈾,重水堆用的天然鈾燃料是二氧化鈾陶瓷體

?  原子序數為92,原子量為238,是自然界中能夠找到的最重元素。

 

同位素組成

鈾的天然同位素組成為:

?  238u:自然豐度99.275%,原子量238.0508,半衰期4.51X109a

?  235U:自然豐度0.720%,原子量235.0439,半衰期7.00X108a

?  234U:自然豐度0.005%,原子量234.0409,半衰期2.47X105a

輕水堆核電站所需要的鈾-235豐度大約在3%~5%,核武器所需要的鈾-235豐度要達到90%以上。豐度這個概念是指某一同位素在這個元素的比例。鈾-235的豐度為3%就是指每100個鈾原子核中有3個原子核是鈾-235。按照鈾濃度的不同,國際原子能機構將鈾分為微濃縮(0.9%~2%)、低濃縮鈾(2%~20%)和高濃縮鈾(20%以上)。在高濃縮鈾中,鈾-235豐度超過85%的被稱為武器級濃縮鈾,可以直接用于制造核武器。  

鈾元素分布

天然鈾在地殼中分布廣泛,地殼中鈾的平均含量約為百萬分之2.5,即平均每噸地殼物質中約含2.5克鈾,這比鎢、汞、金、銀等元素的含量還高。鈾在各種巖石中的含量很不均勻。例如在花崗巖中的含量就要高些,平均每噸含3.5克鈾。在地殼的第一層(距地表 20 km)內含鈾近1.3×10^14 噸。依此推算,一立方公里的花崗巖就會含有約一萬噸鈾。海水中鈾的濃度相當低,每噸海水平均只含3.3毫克鈾,但由于海水總量極大(海水中總含鈾量可達 4.5×10^9 ),且從水中提取有其方便之處,所以不少國家,特別是那些缺少鈾礦資源的國家,正在探索海水提鈾的方法。

?  在自然界中有三種同位素存在,半衰期(數億年~數十億年),地球上238U(99.284%)

?  其化學性質活潑,易與大多數非金屬元素發生反應。

鈾礦物

?   放射性衰變:鈾的原子核屬不穩定原子核,鈾礦的化學成分是不恒定的。

?   類質同像:由于U4+的粒子半徑與Th4+REE3+的相近,所以一些U4+礦物中常含有釷和稀土元素的類質同像混入物,或以類質同像形勢存在于其它礦物晶格中。

?   發光性:鈾礦物在外來能量(如紫外線)激發下能夠發射可見光,這種發光性是六價鈾礦物的特性,而四價鈾不具備發光性。

?   鈾的價態:在礦物中以+4+6兩種價態存在,無論在晶體化學性質上,還是在地球化學性質上,它們都有很大的差別。

?   顏色:四價鈾礦物的顏色多為黑色、褐黑色或暗褐色。六價鈾礦物主要為黃色、黃綠色、綠色等。

綠鈾礦                 銅鈾云母

來源:中國核學會。

已知的鈾礦物有200多種,但具有工業開采價值的鈾礦只有10余種,其中最重要的有:

?  晶質鈾礦(Uraninite

?  瀝青鈾礦(Pitchblende

?  鈦鈾礦(Brannerite

?  鈣鈾云母(Autunite

?  釩鉀鈾礦(Carnotite

?  釩鈣鈾礦(Tyuyamunite

鈾礦物的成因

主要包括:

?  內生作用(如巖漿作用、偉晶作用、熱液作用等)

?  表生作用(如后生淋積作用、風化作用等)

總體而言,四價鈾礦物主要是內生作用的產物,六價鈾礦物絕大部分是表生作用的產物。

鈾的放射性

鈾是放射性核材料,能夠放射出α、β、γ三種射線,少量的輻射,對人體不會造成危害。但是,當放射性物質濃集到一定程度,其放射性劑量會大幅度提升,對人體造成危害。

 

無處不在的輻射:我們吃的食物、住的房屋、天空大地、山川草木,甚至人體都存在放射性。≤250mSv/a,不會對人體造成傷害。

 

高原

3.00msv/a

蔬菜

0.20msv/a

礦泉水

0.25msv/a

磚房

0.75msv/a

ct

0.02msv/a

飛機

0.03msv/a

土壤

0.15msv/a

核電站

0.01msv/a

 

鈾礦床分類

國際原子能機構(2013 年)將 世界鈾礦床劃分為7 大工業類型, 各類型占世界資源量的估算百分比分別為: 





其中浸染性鈾礦主要分布在澳大利亞及非洲,不整合面型鈾礦主要分布在加拿大阿薩巴斯卡盆地,砂巖型鈾礦主要分布在中亞。


全球主要國家鈾資源分布

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


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