浓缩铀:从矿石到核能“心脏”
作者 苏更林
发表于 2025年10月

2025年6月13日,以色列以“消除伊朗核威胁”为目标,对伊朗核设施及军事指挥体系发动了系统性打击。这场“12天攻防战”的发起缘由在于伊朗核问题,即“浓缩铀”问题。那么,什么是浓缩铀?浓缩铀有哪些用途?浓缩铀与核武器有什么关系?回答这些问题,我们要从铀矿石到核燃料的蜕变史说起。

美丽铀矿里的危险核素

铀矿是以铀为基本组分的矿物,是铀元素在地壳中存在的重要形式。天然铀在地壳中的含量约为百万分之二点五。作为一种稀有元素,这样的分布水平并不低,但铀在各种岩石中的含量差距巨大,并且总是以化合物状态存在,因此很难找到铀的单质。

天然铀主要由铀-238、铀-235和铀-234三个同位素组成,半衰期分别为45亿年、7亿年和 27万年。其中,铀-238是天然铀中最主要的同位素;铀-235 的含量虽然较少,却是建造核反应堆和生产核武器的关键原料。

目前,世界上已发现的铀矿物和含铀矿物约500种,具有工业开采价值的只有20多种。最重要的铀矿物包括沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、品质铀矿(主要成分为二氧化铀)、铀石和铀黑等。这些铀矿物大多为黄色、绿色或黄绿色,有些在紫外线的作用下还能发出强烈的荧光,神秘又美丽。铀矿物的这种荧光特性也曾为放射现象的发现提供了线索。

中国的铀矿资源比较丰富,主要分布于广东、湖南、江西、新疆、内蒙古等省(区)。近年来,随着勘探技术的进步,一些新的铀矿资源相继被发现。特别是鄂尔多斯盆地泾川地区特大型铀矿的发现,无疑是我国在铀矿勘探方面取得的一项重大技术突破,必将为我国的核工业发展提供更加坚实的铀资源保障。

铀的发现与早期应用

人类使用天然含铀化合物的历史非常悠久,甚至可以追溯到公元79年。据悉,英国考古学家在挖掘古罗马帝国遗址时发现了一种色彩斑斓的玻璃状壁饰。经鉴定,该玻璃状壁饰中含有含量大于1%的氧化铀,考古学家推断应为人为添加。那么,添加这种氧化铀有什么作用呢?原来,这种氧化铀是一种重要的玻璃着色剂,能让玻璃制品呈现鲜艳的颜色,而且由于部分铀具有独特的荧光性质,更使得这些玻璃制品充满了神秘感。

1789年,德国化学家M.H.克拉普罗特首次从沥青铀矿中发现铀(实际是铀的氧化物)。当时,克拉普罗特在柏林实验室中用硝酸溶解沥青铀矿,然后用氢氧化钠进行中和,进而分离出了一种黄色化合物;对这种化合物进行加热后,又得到了一种黑色粉末。克拉普罗特认为这是一种新元素的氧化物,于是将其命名为“Uranit”,该名字源于天王星的名字“Uranus”。一年后,这种元素被正式命名为“Uranium”,化学符号为U。

1841年,法国化学家E.-M.佩利戈特通过加热四氯化铀和金属钾,然后对其进行分离,得到了真正的金属铀。当时,人们并未发现铀的放射性。1896年,法国物理学家亨利·贝可勒尔在研究铀矿物时发现一种肉眼不可见的神秘射线,这种射线能使摄影底片感光。两年后,居里夫人通过实验证明了含铀化合物具有放射性,从而揭开了铀的放射性本质,开启了核科学的新纪元。

核裂变“双刃剑”效应

铀的真正价值于1938年被发现。当时,德国放射化学家奥托·哈恩和物理化学家斯特拉斯曼发现了铀原子核裂变现象。核裂变是一个重原子核分裂成两个(或更多)中等质量碎片的现象,多在外来粒子(最常见的是中子)轰击下产生。重原子核裂变时不但能释放出巨大的能量,还能再释放出几个中子。

本文刊登于《百科知识》2025年18期
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