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

　　還有，巧婦難為無米之炊，核電站使用的核燃料，它并不是地上的干柴，撿起來就可以使用，而是蘊藏在鈾礦里。

　　而關(guān)于鈾礦，不少人對它有誤解，今天咱們不妨就來認識一下它，并講述將鈾礦精煉為核燃料時那可怕的艱難歷程。

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　　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，鈾就存在于宇宙中了，后來它成為了地球的一份子。

　　如果要評選世界上最美麗動人的礦石，那么鈾礦絕對名列前茅——它被譽為礦石家族中的“玫瑰花”。

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　　粒磷鉛鈾礦

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　　碲鈾礦

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　　硅鉛鈾礦

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　　銅鈾礬

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　　鈣鈾云母

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　　銅鈾云母

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　　輻射怎么樣？

　　看到上面這些鈾礦，很多人的第一個疑問是：鈾礦石有輻射嗎？就像美麗的毒蘑菇，鈾礦如此美麗，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，其輻射程度并沒有大家想的那么可怕。

　　研究表明，一個人在衣兜里揣個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，人們還將鈾作為一種調(diào)色劑，用來制造好看的玻璃，這就是鈾玻璃。陶器彩釉中過去也用到鈾。

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　　鈾玻璃

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　　在紫外線照射下發(fā)光的鈾玻璃

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　　在紫外線照射下發(fā)光的鈾玻璃

　　天然鈾中主要含有鈾238和鈾235，而這兩種鈾的半衰期分別是44.68億年和7.04億年，如此天荒地老的半衰期，這讓它并沒有那么毒。

　　另外，鈾衰變的時候主要放出的是阿爾法粒子α，并不是危險的伽馬射線γ。

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　　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(guān)系，咱們再來看看下面的圖。

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　　鈾礦提純過程中的中間產(chǎn)品——黃餅

　　這是鈾礦提純過程中的一種中間產(chǎn)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。

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　　高濃縮的鈾金屬

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　　為核電站中使用的核燃料，它是由上圖中的黃餅繼續(xù)提純后得來的，戴著一副手套后，你依然可以用手捧著它們

　　在鈾礦中，鈾的含量其實是很低的，來自蘭州大學核科學與技術(shù)學院院長吳王鎖教授.他在一次公開課中告訴我們，鈾的含量低到一噸礦石里面提不出一千克的鈾，也就是含量不到0.1%，而含量如果高于0.05%基本上就可以開采了，這跟沙里淘金有何區(qū)別？沒有區(qū)別。

　　而把鈾礦提純后都可以用手拿著，所以您可以想象一塊鈾礦石的放射水平。

　　說到這里，估計會有人這樣想：既然這樣，那開采鈾礦時，是不是就不必采取什么防護措施了？

　　不對，恰恰相反，鈾礦開采時有重重的保護措施。這又是為什么呢？

　　很簡單，鈾礦埋藏在地底下，雖然鈾的半衰期以億年計，但是整個鈾礦中鈾的量很大，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，而是鈾衰變后，變成氡，主要是由氡帶來的。

　　氡的半衰期只有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，一塊鈾礦石的輻射并沒有那么可怕，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

　　我們國家并不是一個富鈾的國家，量少不說，品位也不是很高。根據(jù)世界核協(xié)會2013年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，世界上已知各國可開采的鈾如下表：

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　　中國鈾資源占世界可開采鈾資源的4%左右。雖然這兩年也在發(fā)現(xiàn)一些鈾礦，但數(shù)據(jù)上下浮動不大。

　　它比沙里淘金難多了

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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，它是從含鈾很少的鈾礦石中提煉出來的），鈾235的含量只有0.72%，鈾238的含量大于99.2%，而鈾的精煉就是要把鈾235的濃度提高。

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　　天然鈾，藍色部分表示鈾238的比例，紅色部分代表鈾235

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　　低濃縮鈾，紅色部分的鈾235占比3%到4%，低濃縮鈾主要用于核電站

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　　高濃縮鈾，紅色部分的鈾235占比90%左右，主要用于核武器

　　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，因為它們屬于同一種元素，而質(zhì)量卻只相差3個中子，它們的化學性質(zhì)幾乎都是一樣的！

　　怎么分離？

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

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　　六氟化鈾分子結(jié)構(gòu)

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

　　制成六氟化鈾后，接著把六氟化鈾加熱使它變成氣體，然后在這些氣體中把鈾235分離出來。怎么做？

　　是這樣的：如果一個六氟化鈾氣體分子中的“鈾”是鈾235的話，那么這個氣體分子要輕一些——輕3個中子，所以氣體運動的時候，它會走得更快一些，就好像是面粉和鐵粉混合在一起，你吹一下，面粉肯定走在前面。

　　還有，如果你同時在屋子里分別滴一滴醋和香水，因為香水分子要輕，所以其擴散得快，因此我們將最先聞到香水味。

　　當然，這只是類比而已，實際上，分離鈾235的難度要大得多，因為它只輕了3個中子而已。

　　正如此，使用氣體擴散法分離鈾235效率很低，耗能巨大，廠房也很壯觀。

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　　美國早年在橡樹嶺的氣體擴散工廠

　　除了氣體擴散法，還有離心機分離法，它的原理跟氣體擴散法一樣，依然還是根據(jù)鈾238比鈾235重那么一點兒來進行的。

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　　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，在每分鐘高達4萬至6萬轉(zhuǎn)中，鈾235因為較鈾238輕，含有鈾235的六氟化鈾處在離心機的轉(zhuǎn)軸附近，而離轉(zhuǎn)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只有氣體擴散法的十分之一左右，效率也要高得多。

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　　布滿離心機的濃縮鈾工廠

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　　運送中的氣體離心機

　　嗨，這真是，就算是提煉黃金，自古以來，人類也從沒有這么大費周折過呀。

　　可是有什么辦法呢？人類可以不佩戴金戒指、金項鏈，但一秒鐘也離不開電！


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